EP1366331A1 - Method for producing a coating on a quasi-continuously fed material strip - Google Patents

Method for producing a coating on a quasi-continuously fed material strip

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EP1366331A1
EP1366331A1 EP02702389A EP02702389A EP1366331A1 EP 1366331 A1 EP1366331 A1 EP 1366331A1 EP 02702389 A EP02702389 A EP 02702389A EP 02702389 A EP02702389 A EP 02702389A EP 1366331 A1 EP1366331 A1 EP 1366331A1
Authority
EP
European Patent Office
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coating agent
coating
material strip
electromagnetic radiation
radiation
Prior art date
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Application number
EP02702389A
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German (de)
French (fr)
Other versions
EP1366331B2 (en
EP1366331B1 (en
Inventor
Rainer Gaus
Kai K. O. BÄR
Rolf Wirth
Klaus Gabel
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Adphos Innovative Technologies GmbH
Original Assignee
Adphos Advanced Photonics Technologies AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26DRYING
    • F26BDRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/28Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun
    • F26B3/30Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun from infrared-emitting elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26DRYING
    • F26BDRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/28Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a coating by means of electromagnetic radiation on a quasi-endlessly conveyed, in particular band-shaped, flexible material band moving in the conveying direction.
  • Coatings of surfaces not only play a role with regard to the aesthetic effect, but also serve, for example, to protect a certain object against external influences, e.g. to make it more resistant to light radiation, water, heat and mechanical influences.
  • the coating can impart physical properties that the body to be coated does not have per se, such as electrical conductivity or magnetizability.
  • Quasi-endless coated metal sheets in particular steel and aluminum sheets, are used in huge quantities in the automotive industry and also for the manufacture of household appliances (the so-called white goods) and also for the manufacture of air and water vehicles and cladding for the building industry processed.
  • the steel sheets are primarily bare, galvanized or nickel-plated (steel) sheets with thicknesses in the range between a few tenths of a millimeter and over a millimeter.
  • Such sheets are Coils are wound up on rolls before they are continuously fed to a specific forming or stamping process.
  • the sheets already have an anti-corrosion coating and / or a primer or a coating on the coil primer application.
  • these metal strips are coated before the process step of bending, embossing, etc., in which the sheet is ultimately brought into the desired shape.
  • at least one coating agent is usually rolled on at a first station of this system or applied to the metal strip using another technique.
  • Such coating compositions are mostly applied in the liquid state, but occasionally also as a powder coating.
  • the metal strip Since the coating agent must be completely dried or crosslinked before the subsequent process steps, the metal strip is subsequently fed to an oven, which often works on the principle of forced air drying. In this furnace, the coating agent is heated together with the entire sheet of the metal strip, so that the coating agent dries and / or cross-links. Due to the strong heating of the metal strip, cooling of the metal strip is necessary after the drying process. Since the metal strip is often subjected to bending, embossing and welding processes after the coating process, particularly high demands are placed on the quality of the dried or crosslinked coating agent. So it must not flake off when bending or embossing. Furthermore, the coated metal strip must remain weldable.
  • the thermal energy required for drying or crosslinking the coating agent is transferred inductively, ie by means of electromagnetic coupling, to the metal strip. That so heated metal strip releases the thermal energy to the coating agent by thermal conduction, as a result of which it is dried or crosslinked.
  • the entire metal strip must be heated from the ambient temperature outside the system to at least the temperature required for drying or crosslinking the coating agent.
  • the metal strip in the case of a coating agent which requires a temperature of 180 ° C. for crosslinking, the metal strip must be heated inductively to approximately 250 ° C. in order to produce a sufficient temperature gradient between the metal strip and the coating agent, so that the coating agent is in one acceptable time can be dried or crosslinked.
  • Thin-film structures on large, thin, quasi-endlessly conveyed material belts or carriers are also becoming increasingly important in various fields of technology.
  • thin-film transistor structures such as are used in particular in liquid crystal display arrangements, and other thin-film systems for display units, for example for plasma displays.
  • Other technically and economically important thin-film structures are the separator structures of electrochemical elements, in particular primary or secondary elements based on lithium (lithium batteries and lithium-ion batteries etc.) as well as highly differentiated membrane systems for material separation and energy generation, for example in fuel cells.
  • a thin coating applied to a thin carrier in an initial state usually has to be converted into a functional layer and firmly connected to the carrier. The important thing here is to realize a process with a very high degree of reliability and excluding damage to the carrier or the coating material with a high productivity, ie a high area throughput per unit of time.
  • This object is achieved according to the invention by a method for producing a coating according to the features of claim 1 and by a device according to the features of claim 16.
  • Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • the present invention thus relates to a method for producing a coating of quasi-endless, conveyed and conveyed material belts which are provided with a coating agent which is at least partially dried and / or crosslinked at least partially by means of electromagnetic radiation, the essential one Active component of the electromagnetic radiation is in the wavelength range of the near infrared.
  • the present invention relates in particular to a method for producing a coating or a thin layer structure from a band-shaped, flexible, in particular quasi-endless, carrier with at least one functional coating connected to the carrier, which has a thickness that is in particular of the order of the thickness of the carrier has the steps of forming an output layer structure by surface-coating a coating agent on the carrier and irradiating the carrier provided with the coating agent with electromagnetic radiation, which has an active component in the near infrared range, to form the functional coating from the Coating agent with simultaneous connection to the carrier including drying and / or thermal crosslinking.
  • An important application of the proposed method is in particular the drying and / or crosslinking of an anti-corrosion agent or a primer or a primer for subsequent painting, in particular on the surface of a bare, galvanized or nickel-plated steel sheet, in particular for automobile or household appliance production (coil coating).
  • the coating agent in the initial state is a powder or liquid lacquer layer which is dried or crosslinked to give an intermediate or final lacquer.
  • the method according to the invention is characterized by potentially high productivity, simplicity and reliability with extensive exclusion of damage to the coating (s) and / or the carrier.
  • the method according to the invention it is possible to coat on a material strip with particularly short irradiation times, preferably in less than 30s, preferably in less than 10s, more preferably less than 5 s, in particular 2s, and therefore compared to a conventional coating or Coil coating process, particularly quick to produce. Due to the short treatment or irradiation time, the material strip is subjected to little thermal stress. sprucht. This makes it possible to coat thermally sensitive materials such as thermoplastics with coating agents that require temperatures for crosslinking that are higher than the damage temperature of the material strip. Thus, the method according to the invention makes it possible, in particular, to coat strips of material whose coating was previously not possible due to their thermal sensitivity or only with great technical difficulties.
  • Changes in the material structure and / or changes in material properties can also be avoided by applying the method according to the invention, which was often not possible with conventional methods, or only if the time required to carry out the method was considerably extended.
  • strips of material can be coated, the microscopic structure of which changes when heat is applied (which can reduce their mechanical strength properties or structural changes in the material), e.g. Aluminum or alloys, or strips of material, the materials of which segregate, e.g. Composites.
  • the intensity maximum or the spectral composition of the electromagnetic radiation is adapted to the absorption and transmission properties of the coating agent and, optionally, of the material strip.
  • the wavelength of the maximum intensity and or the spectral composition of the electromagnetic radiation is preferably selected so that the coating
  • the radiation energy is absorbed substantially uniformly over its layer thickness, an inadmissible thermal load on the carrier and also individual areas of the coating being avoided. It can thereby be achieved that the coating agent is at least partially heated and / or crosslinked directly and at least partially by the radiation within a very short time.
  • the spectral composition of the electromagnetic radiation is preferably set by at least one filter.
  • the intensity maximum of the electromagnetic radiation can preferably be set so that relatively little radiation is absorbed in the material band in order to avoid useless heating thereof. Due to the very short irradiation times, an energy transfer by heat conduction, which takes place slowly in comparison to the energy transfer by radiation, can be greatly reduced to the material strip in contact with the coating agent.
  • a clear temperature gradient in the material strip and thus an energy separation between the material strip and the coating agent to be dried or crosslinked are achieved.
  • a significantly higher degree of efficiency can be achieved in comparison to conventional methods, and the amount of energy required to carry out the method according to the invention can be considerably reduced compared to conventional methods, depending on the material properties, such as the specific heat capacity, the thickness of the material strip or the coating material , because comparatively little thermal energy is transferred to the material belt.
  • This effect is particularly important for materials with a particularly high heat capacity, such as sheet steel, since these materials require a large amount of energy absorb.
  • the heating of the sheet from 250 ° C. can be reduced to 200 ° C. Accordingly, this means a reduction in the energy expenditure required for drying or crosslinking the coating agent by a fifth. Larger temperature differences, ie energy savings, are also possible with thicker materials.
  • the surface of the material strip is preferably treated for the purpose of specifically adjusting its reflectivity before the coating agent is actually applied. This is done, for example, by smoothing, polishing or roughening the surface.
  • the intensity maximum of the electromagnetic radiation is adapted to the absorption and / or transmission properties of the material band in such a way that the electromagnetic radiation at least partially penetrates the material band.
  • This is particularly useful when the coating agent is applied to both sides of the material strip.
  • certain coating agent / material strip combinations can be used the drying or crosslinking is carried out in such a way that the electromagnetic radiation used for drying or crosslinking, in addition to the coating agent which is applied to the material strip side facing the radiation source, also penetrates the material strip.
  • no radiation energy is preferably absorbed in the material band.
  • electromagnetic radiation is only applied from one side of the material strip.
  • the coating agent applied to the material strip on both sides is dried or crosslinked essentially simultaneously on both sides of the material strip.
  • the method according to the invention can be carried out in such a way that the coating agent applied on both sides is dried or crosslinked essentially simultaneously with a radiation source which is arranged on only one side of the material strip and has at least one emitter.
  • the method according to the invention in an application in which the coating agent is applied on one side but on the side facing away from the radiation source.
  • the electromagnetic radiation preferably penetrates the material strip, essentially without being absorbed by it, in order then to dry or crosslink the coating agent.
  • the radiation source can be protected from the volatile and highly flammable components emerging from the coating agent by the material strip and / or one or more further processing steps can be carried out simultaneously with the irradiation process on the side of the material strip to which the coating agent is applied the coating agent and / or the material strip can be carried out without impeding the irradiation process.
  • the drying or crosslinking processes of the coating agent are essentially thermal.
  • energy is transferred to the coating agent, which is used in the form of thermal energy to cause the formation of polymer chains.
  • a certain temperature of the coating composition is required for the crosslinking process to take place.
  • coating agents are dried or crosslinked essentially completely by photoreactions, while thermal processes play only a minor role or not at all.
  • the coating agent can be dried or crosslinked either completely or only partially by means of the electromagnetic radiation, the essential active component of which lies in the wavelength range of the near infrared. However, it is also possible to dry or crosslink the coating agent in a plurality of time intervals which are separated or offset from one another. Drying or crosslinking can also be supported at the same time or at different times from the above-mentioned radiation by at least one additional radiation source, in particular with an active component in a different wavelength range, and / or by at least one other energy or heat source.
  • the radiation field of the electromagnetic radiation in a proven and cost-effective manner according to the invention is preferred by at least one thermal one Radiant body or emitter generated, the radiator temperature is above 2900 K and preferably above 3200 K.
  • electromagnetic radiation with a high power density is preferably used.
  • Typical power densities characteristic of the method according to the invention are in particular above 100 kW / m 2 , preferably above 200 kW / m 2 and particularly preferably above 500 kW / m 2 .
  • Such high power densities can be achieved, for example, by the arrangement of a plurality of interacting, in particular parallel, halogen lamps which extend over the entire width of the moving material strip and have correspondingly assigned highly effective reflectors.
  • a further adjustment of the power density can be achieved in that, according to the present invention, the electromagnetic radiation is focused on the surface of the material strip provided with the coating agent.
  • the power density can also be set via the operating voltage; Filters can also be used.
  • power control is provided on the basis of feedback sensor signals (for example temperature sensors).
  • an electromagnetic radiation the intensity maximum of which lies in the wavelength range from 0.8 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • Such a wavelength range of the electromagnetic radiation has proven to be particularly effective for a highly effective polymer formation or polymer crosslinking of the coating agents used for coating material strips.
  • the invention preferably enables the above-mentioned short irradiation times for specific material strips and / or coating agents for optimal power densities to be determined.
  • pre-treatment of the material strip is often provided before application.
  • heating of the material strip is necessary.
  • Steel sheet usually has to be heated to temperatures of 900 ° C to 1100 ° C to achieve a structural change, which is usually carried out under an inert atmosphere or hydrogen atmosphere.
  • methods using convection or induction heating are used for this.
  • the processes in which convection heating is used take a long time to heat the steel strip to the high temperature. Efficiency and homogeneous heating are problematic in induction heating.
  • this preheating is likewise effected by means of electromagnetic radiation, the essential active component of which lies in the wavelength range of the near infrared. This makes it possible to heat the steel strip much faster than with conventional methods based on slow heat conduction.
  • the electromagnetic radiation used for this preferably has its essential active component likewise in the wavelength range from 0.8 ⁇ m to 2.0 ⁇ m.
  • the wavelength is preferably adjusted so that a large part of the electromagnetic radiation is absorbed by the material band.
  • At least one measurable process parameter is used, which allows a conclusion to be drawn about the condition and quality of the coating by means of a corresponding automated process control.
  • the temperature is particularly suitable for this the surface of the material band, which can be changed on the one hand by a corresponding change in the electrical power and thus the radiation power of the emitter and on the other hand by varying the distance between the emitters and the surface of the material band.
  • a device for realizing a possibly automatic setting of radiation parameters comprises at least one sensor for detecting the relevant physical quantities, in particular one or more photoelectric sensors for detecting the brightness, the reflectivity or the refractive index or other optical parameters which provide information about the Provide the drying or crosslinking state of the coating agent, or a contactless, in particular pyrometric temperature sensor.
  • the sensor or the sensors is connected to a control input or control inputs of a radiation control device via an evaluation circuit.
  • the radiation parameters to be set in the further course of the process in particular the power density and possibly the spectral composition of the radiation, can be optimized.
  • an automatically controlled real-time operational management can also be implemented.
  • cooling and / or removal of these volatile constituents is also carried out by means of a gas flow, preferably at right angles to the conveying direction, along the latter, in particular air flow. meaningful.
  • This gas stream sweeping over the material strip preferably strikes the material to be removed at a certain predetermined speed
  • the Gas flow preferably impinges knife-like on the material to be dried.
  • a dry, cold gas with high momentum is supplied.
  • a gas flow sweeping over the surface of the applied coating agent and / or the rear surface of the carrier can, on the one hand, achieve a uniform distribution of the temperature and, if necessary, lower the surface temperature, and on the other hand can quickly remove volatile constituents of the coating agent. This further increases the reliability and efficiency of the method.
  • the gas stream (air stream) is preferably dry and cold and is supplied at high pressure or pulse. Further details in this regard are disclosed in DE-A 198 07 643 by the applicant.
  • the endlessly conveyed material band is preferably a metal band, in particular a steel band.
  • the endlessly conveyed material band can, however, also be metal foils or fine metal mesh, especially made of aluminum or copper or their alloys or made of an alloy containing aluminum or copper, plastic foils, especially polyethylene (PE), polypropylene (PP) or PVC films, around glass layers or sheets, around material composite systems, such as Wood veneers to laminates such as Capacitors or displays, or thermoplastics or thermosets.
  • Other preferred areas of application are films for packaging, such as Blister films or adhesive films.
  • both the coating agent and the material band or the carrier have an average thickness in the range between 5 ⁇ m and 500 ⁇ m, in particular between 20 ⁇ m and 200 ⁇ m.
  • the coating agent and the solid thin layer formed therefrom have a thickness in the range between l ⁇ m and lOO ⁇ m, in particular between 2 ⁇ m and 20 ⁇ m.
  • the coating agent is applied to the material strip to be coated depending on the nature, in particular the surface and / or the material composition of the material band.
  • the coating agent is preferably applied as a fluid or pasty system, which can be accomplished using known application methods, in particular by rolling on, spreading on, spraying on, pouring, spinning on, trickling on, inflating or knife coating.
  • the coating composition is applied in the form of a powder, in particular using electrostatic forces, in particular sprinkled on or inflated.
  • it can also be sputtered onto the material tape.
  • a pretreatment in particular by roughening, etching or also by applying an adhesion promoter, may be appropriate. This pretreatment serves, inter alia, to improve the adhesion between the coating agent and the material strip moving in the conveying direction.
  • coatings paints, in particular powder coatings, one-component or two-component wet coatings, both water-based and based on organic solvents, coatings for corrosion protection, coatings for pretreatment and for the functionalization of metal surfaces, conductivity pastes and photoresist.
  • paints are substances that are at least partially dryable and / or crosslinkable with radiation.
  • Paint systems are typically systems that contain at least one additive, preferably one additive and one binder, as discussed in detail below. In many paints, radiation curing often takes place by polymerizing the binder contained in the paint.
  • wet lacquers or powder lacquers can be used for the process according to the invention. Water-based paints and solvent-based paints are referred to as wet paints.
  • Wet lacquers can be one-component lacquers, such as UV lacquers, and two-component lacquers, it being possible to use water-based lacquers or else based on organic solvents. Combinations of these are also conceivable for multilayer structures.
  • weldable coating systems are also of interest for the above-mentioned coil coating processes.
  • solvent-based paints are divided into conventional, solvent-based paints, low-solvent and solvent-free paints.
  • the solids content of low-solvent paints is greater than 70% by mass; with a solids content of less than 70 mass% one speaks of solvent-based paints.
  • the term high-solids is also used for high-solids paints such as spray paints.
  • Low-solvent and solvent-free lacquers are divided into one and two-component systems according to the type of curing reaction.
  • one-component paints the polymerization and thus the crosslinking commence after the addition of initiators and accelerators or through the action of UV or electron beams.
  • vinyl chloride polymers or copolymers and unsaturated polyester resins such as low molecular weight hydroxyl-bearing acrylate, alkyd and polyester resins are used as one-component paints.
  • Two-component paints harden through an addition reaction, in which, in contrast to the one-component paints, no environmentally harmful fission products are released.
  • the binders are usually epoxy resins in combination with hardeners or polyisocyanates in combination with hydroxyl-containing resins.
  • Powder coatings are thermoplastic or thermosetting plastics that are applied in powder form to substrates.
  • Application methods such as electrostatic powder spraying, electrostatic whirl sintering, bulk sintering, whirl sintering, rotary sintering or centrifugal casting are used.
  • epoxy resin powder, powder of saturated polyester resins, polyacrylate powder, polyethylene powder, polyvinyl chloride powder, polyamide powder, cellulose acetate butyrate powder, chlorinated polyether, ethylene-vinyl acetate mixed polymer powder or polymethacrylic acid methyl ester powder are used as powder coatings.
  • UV lacquers require a so-called UV initiator, which is an expensive component of the lacquer, but is necessary for crosslinking.
  • UV initiators can be dispensed with in many cases, but UV lacquers of this type can nevertheless be dried using the method according to the invention.
  • binders which can be crosslinked by radiation-induced processes in the process according to the invention. They are either binders that can be crosslinked by radical polymerization or can be crosslinked by cationic polymerization. In the former, radicals are generated by the action of electromagnetic radiation on the binders then trigger the crosslinking reaction. In the case of the cationically curing systems, Lewis acids are formed by the irradiation from initiators, which then trigger the crosslinking reaction.
  • additives such as polymers, in particular crosslinking agents, catalysts for crosslinking, initiators, in particular pigments, dyes, fillers, reinforcing fillers, rheology aids, wetting and dispersing agents, adhesion promoters, additives for improving the surface wetting, additives for improving the surface smoothness , Matting agents, leveling agents, film-forming aids, drying agents, skin-preventing agents, light stabilizers, corrosion inhibitors, biocides, flame retardants, polymerization inhibitors, in particular photoinhibitors or plasticizers, as are customary and known, for example, in the paint industry.
  • additives such as polymers, in particular crosslinking agents, catalysts for crosslinking, initiators, in particular pigments, dyes, fillers, reinforcing fillers, rheology aids, wetting and dispersing agents, adhesion promoters, additives for improving the surface wetting, additives for improving the surface smoothness , Matting agents, leveling agents, film-forming aids, drying
  • the coating compositions can also contain ceramic colors, such as titanium dioxide, carbon black or colored pigments such as lead chromate, red lead, zinc yellow, zinc green, cadmium red, cobalt blue, Berlin blue, ultramarine, manganese violet, cadmium yellow, molybdenum orange and red, chrome orange and red, iron oxide red, chromium dioxide green and strontium yellow.
  • ceramic colors such as titanium dioxide, carbon black or colored pigments such as lead chromate, red lead, zinc yellow, zinc green, cadmium red, cobalt blue, Berlin blue, ultramarine, manganese violet, cadmium yellow, molybdenum orange and red, chrome orange and red, iron oxide red, chromium dioxide green and strontium yellow.
  • organic colors for example naturally occurring pigments such as sepia, indigo, chlorophyll, or in particular synthetic pigments such as for example azo pigments, indigoids, dioxazine, cliinacridone, phthalocyanine, isoindolidone, perylene and perinone, metal complex and alkali blue Pigments can be components of the coating compositions.
  • the coating compositions can also contain luminescent pigments to produce a metallic effect.
  • Metal platelets can be used in particular, preferably aluminum plates, which give a special optical effect through their reflection behavior.
  • Other metal platelets are, for example, those based on gold bronzes, copper-zinc alloys, nickel, stainless steel and mica.
  • the coating compositions can also contain luminescent pigments for producing metamerism effects.
  • pigments can be used to create a pearlescent sheen.
  • bismuth oxide chloride, titanium dioxide mica and lead carbonate are to be found.
  • the coating compositions can contain pigments with high reflectivity for IR radiation, in particular lead carbonate and titanium dioxide mica. Destructive interference leads to the extinction of essential radiation components, whereby thermal protection is achieved.
  • the coating compositions can also contain pigments for corrosion protection.
  • Lead (II) orthoplumbate, chromate pigments, phosphate pigments, zinc dust or lead dust are preferably used.
  • the coating compositions can contain magnetic pigments such as pure iron, iron oxide or chromium (IV) oxide.
  • the proposed method is particularly suitable for the production of a functional coating for the production of thin-film transistor arrangements, in particular for liquid crystal display arrangements, of separator membranes for electrochemical elements, in particular of lithium-ion batteries, for the production of thin-film structures for plasma displays and for the production of membrane structures for fuel cells.
  • a coated substrate which has a substrate and a dried and / or crosslinked coating agent which is applied on one or both sides.
  • the substrate is selected in particular from a thermoplastic substrate, a metal foil or sheet, a plastic film, a glass plate, a composite material system such as a wood veneer, a laminate such as capacitors or displays.
  • the coating agent is preferably selected from a lacquer, in particular powder lacquer, a one-component or two-component wet lacquer, both water-based and organic solvent-based, a coating for corrosion protection, a coating for pretreatment and for the functionalization of metal surfaces, a conductivity paste or a photoresist ,
  • the radiation device is preferred. device designed as a
  • a means for setting or a regulating device for regulating the radiation power in particular adjusting means for precision adjustment of at least one radiation source of the irradiation device, is provided.
  • the method according to the invention is preferably carried out using a device which has an essentially closed device through which the material strip provided with a coating agent is conveyed on one or both sides, in which at least one emitter is mounted and the inner walls of which are equipped with at least one electromagnetic one Radiation reflecting device, such as are provided with a reflector.
  • the side reflectors can be adjusted, for example by means of displacement devices, and can be adapted to the width of the material strip to be coated while forming the radiation space.
  • the width of the radiation space can be adapted to the width of the material strip and the efficiency of the system can be optimized independently of the width of the material strip.
  • the emitters located outside the supplied side reflectors are not used. In this way, optimal and thus energy-saving drying or crosslinking of the coating agent can always be achieved.
  • Such an adjustment Solution of the energy sources used for drying or for crosslinking is not possible with conventional methods and is a major problem.
  • the electromagnetic radiation used for drying or crosslinking can be selected so that in addition to the coating agent, the material strip can also be penetrated by the radiation, it is sensible for investment reasons to arrange emitter modules only on one side of the material strip.
  • the device has at least one emitter, which in particular contains a thermal radiating body, in particular an incandescent lamp or a halogen lamp, which is operated in particular at an increased operating temperature.
  • the emitter is provided by a tube radiator formed with a filament extending in a radiation-permeable tube, in particular in a quartz glass tube, as a thermal radiant body.
  • thermal radiation body instead of the thermal radiation body, alternative radiation sources such as laser diodes, plasma emitters, UV emitters or radiation sources based on other physical effects can also be used. If necessary, it is also possible to arrange a plurality of emitters, preferably parallel to one another, as so-called emitter modules over the entire width of the material band moving rapidly in the conveying direction.
  • the emitters are arranged parallel to the conveying direction of the endlessly conveyed material band. This has the essential advantage that the irradiance remains homogeneous over the entire material band, both in the conveying direction and in the direction perpendicular to it, even if, for example, the aging process of the emitters or another effect changes the radiation homogeneity along the longitudinal direction of the emitters , assuming that this change is the same for all emitters.
  • a special linear arrangement of the emitters is selected for the irradiation of linearly, for example, lattice-shaped, endlessly conveyed material belts in the conveying direction, so that in each case an emitter or is arranged essentially parallel to a material part of the lattice-like material belt arranged parallel to the conveying direction optionally a series of emitters arranged one behind the other.
  • the radiation emitted by the emitters can be focused on the material parts by appropriate reflective devices.
  • the arrangement of a reflector on the side opposite the material strip in relation to the emitters is desirable in order to increase the efficiency of the system.
  • linear emitters oriented transversely to the conveying direction are additionally provided which can be moved with the material parts at their conveying speed. Further details of this special embodiment can be found in one of the applicants under the title “Method and device for heating continuously conveyed, lattice-like material or similar structures "with the application number DE 10062633 filed application.
  • a quartz glass pane This can prevent solvents from igniting due to the high temperatures on the outer surface of the emitter body.
  • two quartz glass panes arranged next to one another are provided between the material band and the emitter or emitters, between which an additional cooling gas, e.g. Nitrogen gas flows to prevent heating of the solvent more effectively.
  • a gas flow generating device for generating and aligning the above-mentioned gas flow and / or a device for power adjustment or control is additionally provided, the latter preferably comprising means for adjusting the distance between the radiation source and the layer structure.
  • the gas flow generating device is preferably designed in such a way that a gas pulse which is directed essentially parallel to the surface of the material strip and which passes over the irradiation device, particularly dry and cold gas flow, is generated with a high pulse.
  • FIG. 1 shows a sketch of a coil coating device 1 for coating a quasi-endless steel sheet 3, which is wound onto a coil 5, and for drying the coating.
  • the coil 5 is set in rotation by an electric drive 7, and the sheet 3 is thereby moved under a spray coater 9 and an NIR drying section 11.
  • the spray coater 9 applies an aqueous solution 13 'to the sheet 3 as a starting material for a corrosion protection or primer layer 13. This is dried in an elongated radiation zone A formed by the NIR drying section 11 with NIR radiation having a high power density, in particular above 500 kW / m 2 .
  • the NIR drying section 11 comprises a solid Al reflector 15 with a plurality of reflector sections 15a which are approximately W-shaped in cross section and which are internally water-cooled and, for this purpose, connected to an external cooler (not shown) via cooling water lines 17.
  • each reflector section 15a is an elongated tubular halogen filament lamp 19.
  • each elongated halogen lamp is assigned a reflector section with a partially elliptical, partially parabolic or essentially W-shaped cross section.
  • the halogen filament lamps 19 are supplied with current by an irradiation control unit 21 and controlled in such a way that they emit NIR radiation with an intensity maximum in the range between 0.8 ⁇ m and 1.5 ⁇ m with a radiator temperature above 2900 K.
  • the radiation control device assigned to the radiation device is preferably suitable for setting the power density of the radiation on the surface of the coating agent to a value of more than 500 kW / m 2 , in particular more than 750 kW / m 2 , and / or for setting the temperature in the layering agent to a value above 200 ° C, in particular to a value in the range between 200 and 250 ° C.
  • a pyrometer element 23 for detecting the surface temperature of the coating 13 in a T-detection zone B, which is connected to a signal input of the radiation control unit 21.
  • the radiation is controlled in such a way that an essentially constant temperature is maintained in the coating, which temperature is selected as a function of the physical and chemical properties of the starting material 13 ′ of the corrosion protection or primer layer 13 and is typically around 200 ° C.
  • the throughput speed of the steel sheet 13 through the irradiation zone A is set such that a residence time of the aqueous solution 13 'in the irradiation zone A of a few seconds is obtained, which is necessary for the complete evaporation of the solvent component and for the thermal crosslinking of the layer 13 is sufficient.
  • the sheet is typically conveyed through the drying device at a speed in the range between 50 and 200 m / min, in particular between 75 and 150 m / min.
  • Irradiation device with a length of 2 to 5 meters and more than one megawatt, preferably 2 to 5 MW, to use power consumption which has a radiation power density of more than 500 kW / m 2 , in particular more than 750 kW /, on the surface of the coating to be dried or crosslinked. m 2 .
  • the method preferably does not require an active gas flow supply to remove evaporating coating components; essentially convection over the heated coating is used for this purpose.
  • an active gas flow supply to remove evaporating coating components
  • a gas stream sweeping over the surface in particular an air stream generated by a suitable fan, can certainly be used.
  • At least one process-relevant physical variable of the coating system is preferably measured and evaluated for process control.

Abstract

The invention relates to a method for producing a coating for quasi-continuously fed material strips, displaced in the direction of transport, in particular band-shaped, flexible material strips. According to said method, a coating agent is applied to at least one side of the material strip and is at least partially dried and/or cross-linked by means of electromagnetic radiation, the latter having a fundamental active component in the near-infrared wavelength range.

Description

Verfahren zum Erzeugen einer Beschichtung auf einem quasi-endlos geförderten Materialband Method for producing a coating on a quasi-endlessly conveyed material belt
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Beschichtung mittels elektromagnetischer Strahlung auf einem sich in Förderrichtung bewegenden quasi-endlos geförderten, insbesondere bandförmigen, flexiblen Materialband.The invention relates to a method for producing a coating by means of electromagnetic radiation on a quasi-endlessly conveyed, in particular band-shaped, flexible material band moving in the conveying direction.
Beschichtungen von Oberflächen spielen nicht nur hinsichtlich der ästhetischen Wirkung eine Rolle, sondern dienen beispielsweise auch dazu, einen bestimmten Gegenstand gegen äußere Einflüsse, wie z.B. gegen Lichtstrahlung, Wasser, Wärme und mechanische Einwirkungen widerstandsfähiger zu machen. Darüber hinaus können durch die Beschichtung physikalische Eigenschaften verliehen werden, die der zu beschichtende Körper an sich nicht besitzt, wie z.B. elektrische Leitfähigkeit oder Magnetisierbarkeit.Coatings of surfaces not only play a role with regard to the aesthetic effect, but also serve, for example, to protect a certain object against external influences, e.g. to make it more resistant to light radiation, water, heat and mechanical influences. In addition, the coating can impart physical properties that the body to be coated does not have per se, such as electrical conductivity or magnetizability.
Besondere Bedeutung hat diesbezüglich das Beschichten quasi-endlos geförderter flexibler Materialbänder wie z.B. von Metallbändern, Kunststoffolien, Werkstoffverbundsystemen und Laminaten, die beispielsweise von Rollen oder Stapeln gefördert werden.The coating of quasi-endlessly conveyed flexible material strips, e.g. of metal strips, plastic foils, composite material systems and laminates, which are conveyed for example by rolls or stacks.
Quasi-endlose beschichtete Metallbleche, insbesondere Stahl- und Aluminiumble- ehe, werden in riesigen Mengen in der Automobilindustrie und auch zur Herstellung von Haushaltsgeräten (der sogenannten weißen Ware) und des weiteren auch zur Herstellung von Luft- und Wasserfahrzeugen und von Verkleidungen für das Bauwesen verarbeitet. Bei den Stahlblechen handelt es sich um primär blanke, verzinkte oder auch vernickelte (Stahl-)Bleche mit Stärken im Bereich zwischen einigen Zehnteln Millimetern und über einem Millimeter. Derartige Bleche sind auf Rollen, sog. „Coils" aufgewickelt, bevor sie einem bestimmten Umform- oder Stanzprozeß kontinuierlich zugeführt werden. Als Vorbehandlung für eine spätere Lackierung bzw. Kunststoffbeschichtung erhalten die Bleche bereits auf dem "Coil" eine Korrosionsschutzbeschichtung und/ oder eine Grundierung bzw. einen Primerauftrag.Quasi-endless coated metal sheets, in particular steel and aluminum sheets, are used in huge quantities in the automotive industry and also for the manufacture of household appliances (the so-called white goods) and also for the manufacture of air and water vehicles and cladding for the building industry processed. The steel sheets are primarily bare, galvanized or nickel-plated (steel) sheets with thicknesses in the range between a few tenths of a millimeter and over a millimeter. Such sheets are Coils are wound up on rolls before they are continuously fed to a specific forming or stamping process. As a pretreatment for a subsequent coating or plastic coating, the sheets already have an anti-corrosion coating and / or a primer or a coating on the coil primer application.
Das Beschichten dieser Metallbänder erfolgt aus Rationalisierungsgründen vor dem Prozeßschritt des Biegens, Prägens, usw., in dem das Blech letztendlich in die gewünschte Form gebracht wird. In einer solchen Anlage wird üblicherweise an einer ersten Station dieser Anlage mindestens ein Beschichtungsmittel aufgewalzt oder mit einer anderen Technik auf das Metallband aufgetragen. Derartige Beschichtungsmittel werden zumeist im flüssigen Zustand, gelegentlich aber auch als Pulverbeschichtung, aufgebracht.For reasons of rationalization, these metal strips are coated before the process step of bending, embossing, etc., in which the sheet is ultimately brought into the desired shape. In such a system, at least one coating agent is usually rolled on at a first station of this system or applied to the metal strip using another technique. Such coating compositions are mostly applied in the liquid state, but occasionally also as a powder coating.
Da das Beschichtungsmittel vor den nachfolgenden Prozeßschritten vollständig getrocknet bzw. vernetzt sein muß, wird das Metallband nachfolgend einem Ofen zugeführt, der häufig nach dem Prinzip der Umlufttrocknung arbeitet. In diesem Ofen wird das Beschichtungsmittel zusammen mit dem gesamten Blech des Metallbandes erwärmt, so daß das Beschichtungsmittel trocknet und/oder vernetzt. Aufgrund der starken Erwärmung des Metallbandes ist im Anschluß an den Trocknungsprozeß eine Kühlung des Metallbandes notwendig. Da das Metallband nach dem Beschichtungsprozeß häufig Biege-, Präge- und Schweißprozessen unterzogen wird, werden besonders hohe Anforderungen an die Qualität des getrockneten bzw. vernetzten Beschichtungsmittel gestellt. So darf dieses beim Bie- gen bzw. Prägen nicht abplatzen. Des weiteren muß das beschichtete Metallband schweißbar bleiben.Since the coating agent must be completely dried or crosslinked before the subsequent process steps, the metal strip is subsequently fed to an oven, which often works on the principle of forced air drying. In this furnace, the coating agent is heated together with the entire sheet of the metal strip, so that the coating agent dries and / or cross-links. Due to the strong heating of the metal strip, cooling of the metal strip is necessary after the drying process. Since the metal strip is often subjected to bending, embossing and welding processes after the coating process, particularly high demands are placed on the quality of the dried or crosslinked coating agent. So it must not flake off when bending or embossing. Furthermore, the coated metal strip must remain weldable.
Bei einem anderen herkömmlichen Trocknungsverfahren wird die zur Trocknung bzw. Vernetzung des Beschichtungsmittels notwendige Wärmeenergie induktiv, d.h. durch elektromagnetische Kopplung auf das Metallband übertragen. Das so erwärmte Metallband gibt die Wärmeenergie durch Wärmeleitung an das Beschichtungsmittel ab, wodurch dieses getrocknet bzw. vernetzt wird.In another conventional drying method, the thermal energy required for drying or crosslinking the coating agent is transferred inductively, ie by means of electromagnetic coupling, to the metal strip. That so heated metal strip releases the thermal energy to the coating agent by thermal conduction, as a result of which it is dried or crosslinked.
Bei den oben geschilderten herkömmlichen Methoden muß das gesamte Metall- band von der Umgebungstemperatur außerhalb der Anlage mindestens auf die zur Trocknung bzw. Vernetzung des Beschichtungsmittels erforderliche Temperatur erwärmt werden. Bei einer mit induktiver Wärmeübertragung arbeitenden Anlage ist es bei dünnen Metallbandstärken und/oder großen Beschichtungsmitteldicken (d.h. abhängig von deren spezifischer Wärmekapazität) notwendig, das Metall- band sogar über die zur Trocknung bzw. Vernetzung erforderliche Temperatur aufzuheizen. Das bedeutet, daß bei einem Beschichtungsmittel, das zur Vernetzung eine Temperatur von 180°C benötigt, das Metallband induktiv etwa auf 250°C erwärmt werden muß, um einen ausreichenden Temperaturgradienten zwischen Metallband und Beschichtungsmittel zu erzeugen, so daß das Beschich- tungsmittel in einer akzeptablen Zeit getrocknet bzw. vernetzt werden kann.In the conventional methods described above, the entire metal strip must be heated from the ambient temperature outside the system to at least the temperature required for drying or crosslinking the coating agent. In a system working with inductive heat transfer, it is necessary with thin metal strip thicknesses and / or large coating agent thicknesses (i.e. depending on their specific heat capacity) to even heat the metal strip above the temperature required for drying or crosslinking. This means that in the case of a coating agent which requires a temperature of 180 ° C. for crosslinking, the metal strip must be heated inductively to approximately 250 ° C. in order to produce a sufficient temperature gradient between the metal strip and the coating agent, so that the coating agent is in one acceptable time can be dried or crosslinked.
Die bei den oben dargestellten Verfahren zur Trocknung bzw. Vernetzung des Beschichtungsmittels erforderliche Wärmeenergie ist erheblich, da das gesamte Metallband erwärmt werden muß. Dessen Erwärmung ist in bestimmten Fällen sogar nachteilig, weil sie bestimmte, in vorhergehenden Schritten mittels sorgfältig aufeinander abgestimmter thermischer Bearbeitungsverfahren eingestellte physikalische Eigenschaften des Metalls wieder verändern kann. Die durch die unnötige Erwärmung des Metallbandes verlorengehende Energie summiert sich im übrigen angesichts der sehr großen Tonnagen von auf diese Weise getrocknetem beschichteten Metallband auf volkswirtschaftlich erhebliche Beträge.The thermal energy required in the above-described methods for drying or crosslinking the coating agent is considerable since the entire metal strip has to be heated. In certain cases, its heating is even disadvantageous because it can change certain physical properties of the metal, which were set in previous steps by means of carefully coordinated thermal processing methods. The energy lost due to the unnecessary heating of the metal strip adds up to economically significant amounts in view of the very large tonnages of coated metal strip dried in this way.
Darüber hinaus gehen Anlagen zum Beschichtungen von sich schnell in Förderrichtung bewegender Materialbändern mit hohen Investitionskosten einher, die es aus wirtschaftlichen Gründen erforderlich machen, die Anlagen mit der höchstmöglichen Fördergeschwindigkeit und unter höchster Auslastung laufen zu lassen. In einer „Coilcoating-Anlage" wird das sich von einer Rolle abwickelnde Metallband beispielsweise mit einer Fördergeschwindigkeit von 120 m/min durch die einzelnen Stationen dieser Anlage geführt. Aufgrund derartiger hoher Fördergeschwindigkeiten und der damit verbleibenden geringeren Wechselwirkungszeit beim Trocknen bzw. Kühlen des Metallbandes weisen die einzelnen Stationen, d.h. der Trocknungsofen und die Kühlstation, erhebliche Längenausdehnungen auf, die bis zu 100 m betragen können.In addition, systems for coating fast moving material belts are associated with high investment costs which, for economic reasons, make it necessary to run the systems at the highest possible conveying speed and under maximum load. In a "coil coating system", the metal strip unwinding from a roll is fed through the individual stations of this system, for example at a conveying speed of 120 m / min. Due to such high conveying speeds and the resulting lower interaction time when drying or cooling the metal strip the individual stations, ie the drying oven and the cooling station, have considerable lengths, which can be up to 100 m.
Es wird deutlich, daß die Größe einer solchen Anlage aufgrund ihres Platzbedar- fes und eines erhöhten Instandhaltungsaufwands erhebliche Kosten verursacht. Darüber hinaus erhöht die lange Trocknungszeit beim Durchlaufen des Metallbandes, bevor dieses einem Umformprozeß zugeführt werden kann, die Herstellungskosten des Metallbandes in entsprechendem Maße. Die erwähnten Nachteile führen insgesamt zu einem heute noch relativ hohen Preis von mit dem soge- nannten "Coilcoating" bearbeiteten Blechen, was sich angesichts des zunehmenden Kostendrucks bei den Zulieferern der Automobil- und Konsumgüterindustrie zunehmend nachteilig bemerkbar macht.It is clear that the size of such a system causes considerable costs due to its space requirements and increased maintenance. In addition, the long drying time when passing through the metal strip before it can be fed to a forming process increases the manufacturing costs of the metal strip to a corresponding extent. Overall, the disadvantages mentioned lead to a relatively high price of sheet metal processed with the so-called "coil coating", which is becoming increasingly noticeable in the face of increasing cost pressure among suppliers to the automotive and consumer goods industries.
Auch Dünnschichtstrukturen auf großflächigen, dünnen quasi-endlos geförderten Materialbändern bzw. Trägern gewinnen auf verschiedenen Gebieten der Technik zunehmend an Bedeutung. Bekannte und wirtschaftlich höchst bedeutende Beispiele hierfür sind Dünnschicht-Transistorstrukturen, wie sie insbesondere in Flüssigkristall-Anzeigeanordnungen eingesetzt werden, und andere Dünnschichtsysteme für Anzeigeeinheiten, etwa für Plasmadisplays. Weitere technisch und wirtschaftlich bedeutsame Dünnschichtstrukturen sind die Separatorstrukturen von elektrochemischen Elementen, insbesondere Primär- oder Sekundärelementen auf Lithiumbasis (Lithiumbatterien und Lithium-Ionen-Akkus etc.) sowie hoch differenzierte Membransysteme für die Stofftrennung und die Energiegewinnung, beispielsweise in Brennstoffzellen. Zur Herstellung derartiger Dürrnschichtsysteme muß üblicherweise eine in einem Ausgangszustand auf einen dünnen Träger aufgebrachte dünne Beschichtung in eine funktioneile Schicht umgewandelt und fest mit dem Träger verbunden werden. Es kommt hierbei darauf an, einen mit sehr hoher Zuverlässigkeit und unter Ausschluß von Schädigungen des Trägers oder des Beschichtungsmaterials ablaufenden Prozeß mit einer hohen Produktivität, d. h. einem hohen Flächendurchsatz pro Zeiteinheit, zu realisieren.Thin-film structures on large, thin, quasi-endlessly conveyed material belts or carriers are also becoming increasingly important in various fields of technology. Known and economically most important examples of this are thin-film transistor structures, such as are used in particular in liquid crystal display arrangements, and other thin-film systems for display units, for example for plasma displays. Other technically and economically important thin-film structures are the separator structures of electrochemical elements, in particular primary or secondary elements based on lithium (lithium batteries and lithium-ion batteries etc.) as well as highly differentiated membrane systems for material separation and energy generation, for example in fuel cells. To produce such thin layer systems, a thin coating applied to a thin carrier in an initial state usually has to be converted into a functional layer and firmly connected to the carrier. The important thing here is to realize a process with a very high degree of reliability and excluding damage to the carrier or the coating material with a high productivity, ie a high area throughput per unit of time.
Es sind für die verschiedenen Dünnschichtsysteme, die heute große technische Bedeutung erlangt haben, verschiedenartige Herstellungsverfahren bekannt, die diese Anforderungen nur bedingt erfüllen.Various types of manufacturing processes are known for the various thin-film systems which have become of great technical importance today, and which only partially meet these requirements.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes, hochgradig universelles und an verschiedenartige konkrete Schichtstrukturen leicht anpaßbares Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Beschichtung auf einem sich schnell in Förderrichtung bewegenden Materialband bereitzustellen, mit welchem bzw. mit welcher besonders rasch und mit geringem Enerigeauf- wand ein beschichtetes quasi-endlos gefördertes Materialband erzeugt werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Erzeugen einer Beschichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.It is therefore an object of the present invention to provide an improved, highly universal method and a device for producing a coating on a material belt that moves quickly in the conveying direction, with which or with which particularly quickly and with little, and adaptable to different concrete layer structures Energy expenditure can produce a coated quasi-endless conveyed material band. This object is achieved according to the invention by a method for producing a coating according to the features of claim 1 and by a device according to the features of claim 16. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen einer Be- Schichtung von quasi-endlosen, geförderten und in Förderrichtung bewegten Materialbändern, die mit einem Beschichtungsmittel versehen werden, das zumindest teilweise mittels elektromagnetischer Strahlung zumindest teilweise getrocknet und/oder vernetzt wird, wobei der wesentliche Wirkanteil der elektromagnetischen Strahlung im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot liegt. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung bzw. eines dünnen Schichtaufbaus aus einem bandförmigen, flexiblen, insbesondere quasi-endlosen, Träger mit mindestens einer mit dem Trägerfest verbundenen funktionalen Beschichtung, die eine insbesondere in der Größenordnung der Dicke des Trägers liegende Dicke hat, das die Schritte des Bildens eines Ausgangs-Schichtaufbaus durch flächiges Auftragen eines Beschichtungsmittels auf den Träger und der Bestrahlung des mit dem Beschichtungsmittel versehenen Trägers mit elektromagnetischer Strahlung aufweist, die einen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot hat, zur Bildung der funktionalen Beschichtung aus dem Beschichtungsmittel bei gleichzeitiger Verbindung mit dem Träger unter Einschluss einer Trocknung und/oder thermischen Vernetzung. Ein wichtiger Anwendungsfall des vorgeschlagenen Verfahrens ist insbesondere die Trocknung und/oder Vernetzung eines Korrosionsschutzmittels oder einer Grundierung bzw. eines Primers für eine nachfolgende Lackierung insbesondere auf der Oberfläche eines blanken, verzinkten oder vernickelten Stahlblechs, insbesondere für die Automobil- oder Haushaltsgeräteproduktion (Coilcoating).The present invention thus relates to a method for producing a coating of quasi-endless, conveyed and conveyed material belts which are provided with a coating agent which is at least partially dried and / or crosslinked at least partially by means of electromagnetic radiation, the essential one Active component of the electromagnetic radiation is in the wavelength range of the near infrared. The present invention relates in particular to a method for producing a coating or a thin layer structure from a band-shaped, flexible, in particular quasi-endless, carrier with at least one functional coating connected to the carrier, which has a thickness that is in particular of the order of the thickness of the carrier has the steps of forming an output layer structure by surface-coating a coating agent on the carrier and irradiating the carrier provided with the coating agent with electromagnetic radiation, which has an active component in the near infrared range, to form the functional coating from the Coating agent with simultaneous connection to the carrier including drying and / or thermal crosslinking. An important application of the proposed method is in particular the drying and / or crosslinking of an anti-corrosion agent or a primer or a primer for subsequent painting, in particular on the surface of a bare, galvanized or nickel-plated steel sheet, in particular for automobile or household appliance production (coil coating).
In einer weiteren wichtigen Anwendung handelt es sich bei dem Beschichtungsmittel (im Ausgangszustand) um eine Pulver- oder Flüssiglackschicht, die zu einer Zwischen- oder Endlackierung getrocknet bzw. vernetzt wird.In another important application, the coating agent (in the initial state) is a powder or liquid lacquer layer which is dried or crosslinked to give an intermediate or final lacquer.
Das erfmdungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch potentiell hohe Produktivität, Einfachheit und Zuverlässigkeit bei weitgehendem Ausschluß von Schädigungen der Beschichtung(en) und/oder des Trägers aus.The method according to the invention is characterized by potentially high productivity, simplicity and reliability with extensive exclusion of damage to the coating (s) and / or the carrier.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Beschichtung auf einem Materialband mit besonders kurzen Bestrahlungsdauern, vorzugsweise in weniger als 30s, bevorzugt in weniger als 10s, weiter bevorzugt weniger als 5 s, insbesondere 2s und daher, verglichen mit einem herkömmlichen Beschichtungs- bzw. Coil-Coating Verfahren, besonders rasch herzustellen. Durch die kurze Be- handlungs- bzw. bestrahlungsdauer wird das Materialband thermisch wenig bean- sprucht. Dadurch wird es möglich, thermisch empfindliche Materialien wie z.B. Thermoplaste mit Beschichtungsmitteln zu beschichten, die zur Vernetzung Temperaturen benötigen, die höher sind als die Schädigungstemperatur des Materialbandes. Somit wird es mit dem erfϊndungsgemäßen Verfahren insbesondere mög- lieh, Materialbänder zu beschichten, deren Beschichten wegen ihrer thermischen Empfindlichkeit zuvor nicht bzw. nur mit großen technischen Schwierigkeiten möglich war.With the method according to the invention, it is possible to coat on a material strip with particularly short irradiation times, preferably in less than 30s, preferably in less than 10s, more preferably less than 5 s, in particular 2s, and therefore compared to a conventional coating or Coil coating process, particularly quick to produce. Due to the short treatment or irradiation time, the material strip is subjected to little thermal stress. sprucht. This makes it possible to coat thermally sensitive materials such as thermoplastics with coating agents that require temperatures for crosslinking that are higher than the damage temperature of the material strip. Thus, the method according to the invention makes it possible, in particular, to coat strips of material whose coating was previously not possible due to their thermal sensitivity or only with great technical difficulties.
Auch können Veränderungen der Materialstruktur und/oder Änderungen von Materialeigenschaften durch Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden werden, was bei herkömmlichen Verfahren häufig nicht möglich war, oder nur bei erheblicher Verlängerung der zur Durchführung des Verfahrens benötigten Zeitdauer. Dies gilt insbesondere für Materialien die sich bei starker Wärmezufuhr beispielsweise verformen wie z.B. Kunststoffe. Des weiteren kön- nen Materialbänder beschichtet werden, deren mikroskopische Struktur sich bei starker Wärmezufuhr verändert (wodurch sich deren mechanische Festigkeitseigenschaften reduzieren können oder Gefügeveränderungen im Material auftreten können), wie z.B. Aluminium oder Legierungen, oder Materialbänder, deren Materialien sich Entmischen, wie z.B. Verbundwerkstoffe.Changes in the material structure and / or changes in material properties can also be avoided by applying the method according to the invention, which was often not possible with conventional methods, or only if the time required to carry out the method was considerably extended. This applies in particular to materials that, for example, deform when subjected to strong heat, e.g. Plastics. Furthermore, strips of material can be coated, the microscopic structure of which changes when heat is applied (which can reduce their mechanical strength properties or structural changes in the material), e.g. Aluminum or alloys, or strips of material, the materials of which segregate, e.g. Composites.
Durch die kurzen Bestrahlungsdauern kann darüber hinaus in vielen Fällen eine höhere Qualität der Beschichtung erzielt werden. Auch kann der zur Erzeugung einer Beschichtung erforderliche Energie- und Kostenaufwand deutlich reduziert werden. Um eine möglichst effiziente Übertragung von Strahlungsenergie an das Beschichtungsmittel zu erreichen, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform das Intensitätsmaximum bzw. die spektrale Zusammensetzung der elektromagnetischen Strahlung an die Absorptions- und Transmissionseigenschaften des Beschichtungsmittels und wahlweise des Materialbandes angepaßt. Bevorzugt wird dabei die Wellenlänge des Intensitätsmaximums und oder die spektrale Zusammensetzung der elektromagnetischen Strahlung so gewählt, daß das Beschich- tungsmittel die Strahlungsenergie im wesentlichen gleichmäßig über seine Schichtdicke absorbiert, wobei eine unzulässige thermische Belastung des Trägers sowie auch einzelner Bereiche der Beschichtung vermieden wird. Dadurch kann erreicht werden, daß das Beschichtungsmittel gleichmäßig und innerhalb kürzester Zeit unmittelbar durch die Strahlung zumindest teilweise erwärmt und/oder vernetzt wird.Due to the short irradiation times, a higher quality of the coating can also be achieved in many cases. The energy and cost required to produce a coating can also be significantly reduced. In order to achieve the most efficient possible transmission of radiation energy to the coating agent, according to a preferred embodiment the intensity maximum or the spectral composition of the electromagnetic radiation is adapted to the absorption and transmission properties of the coating agent and, optionally, of the material strip. The wavelength of the maximum intensity and or the spectral composition of the electromagnetic radiation is preferably selected so that the coating The radiation energy is absorbed substantially uniformly over its layer thickness, an inadmissible thermal load on the carrier and also individual areas of the coating being avoided. It can thereby be achieved that the coating agent is at least partially heated and / or crosslinked directly and at least partially by the radiation within a very short time.
Vorzugsweise wird die spektrale Zusammensetzung der elektromagnetischen Strahlung durch mindestens ein Filter eingestellt.The spectral composition of the electromagnetic radiation is preferably set by at least one filter.
Andererseits läßt sich das Intensitätsmaximum der elektromagnetischen Strahlung bevorzugt so einstellen, daß relativ wenig Strahlung in dem Materialband absorbiert wird, um eine nutzlose Erwärmung desselben zu vermeiden. Durch die sehr kurzen Bestrahlungsdauern kann darüber hinaus eine Energieübertragung durch Wärmeleitung, die im Vergleich zur Energieübertragung durch Strahlung langsam abläuft, an das mit dem Beschichtungsmittel in Kontakt stehende Materialband stark reduziert werden.On the other hand, the intensity maximum of the electromagnetic radiation can preferably be set so that relatively little radiation is absorbed in the material band in order to avoid useless heating thereof. Due to the very short irradiation times, an energy transfer by heat conduction, which takes place slowly in comparison to the energy transfer by radiation, can be greatly reduced to the material strip in contact with the coating agent.
Somit wird beim erfindungsgemäßen Verfahren in bestimmten Fällen, abhängig von der Dicke bzw. der spezifischen Wärmekapazität des Materialbandes bzw. Beschichtungsmittels, ein deutlicher Temperaturgradient im Materialband und somit eine Energieseparation zwischen dem Materialband und dem zu trocknenden bzw. zu vernetzenden Beschichtungsmittel erreicht. Es kann ein im Vergleich zu konventionellen Verfahren deutlich höherer Wirkungsgrad erzielt werden und die zur Durchführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens erforderliche Energiemenge kann gegenüber den herkömmlichen Verfahren, abhängig von den Materialeigenschaften, wie z.B. der spezifischen Wärmekapazität, der Dicke des Materialbandes bzw. des Beschichtungsmittels erheblich reduziert werden, da vergleichsweise wenig Wärmeenergie auf das Materialband übertragen wird. Dieser Effekt spielt insbesondere bei Materialien mit besonders hoher Wärmekapazität wie Stahlblech eine große Rolle, da diese Materialien eine große Energiemenge absorbieren. Beispielsweise kann bei Blechstärken von mehr als 0,5 mm beim erfindungsgemäßen Verfahren die Erwärmung des Bleches von 250°C, wie dies z.B. bei einem herkömmlichen induktiven Verfahren der Fall ist, auf 200°C reduziert werden. Entsprechend bedeutet dies eine Reduzierung des zur Trocknung bzw. Vernetzung des Beschichtungsmittels erforderlichen Energieaufwands um ein fünftel. Bei dickeren Materialien sind auch größere Temperaturunterschiede d.h. Energieeinsparungen möglich.Thus, in the method according to the invention, in certain cases, depending on the thickness or the specific thermal capacity of the material strip or coating agent, a clear temperature gradient in the material strip and thus an energy separation between the material strip and the coating agent to be dried or crosslinked are achieved. A significantly higher degree of efficiency can be achieved in comparison to conventional methods, and the amount of energy required to carry out the method according to the invention can be considerably reduced compared to conventional methods, depending on the material properties, such as the specific heat capacity, the thickness of the material strip or the coating material , because comparatively little thermal energy is transferred to the material belt. This effect is particularly important for materials with a particularly high heat capacity, such as sheet steel, since these materials require a large amount of energy absorb. For example, with sheet thicknesses of more than 0.5 mm in the method according to the invention, the heating of the sheet from 250 ° C., as is the case, for example, with a conventional inductive method, can be reduced to 200 ° C. Accordingly, this means a reduction in the energy expenditure required for drying or crosslinking the coating agent by a fifth. Larger temperature differences, ie energy savings, are also possible with thicker materials.
Neben den Kosten des Beschichtungsverfahrens werden auch die Kosten der hier- zu notwendigen Vorrichtung bzw. Anlage deutlich reduziert, da aufgrund der im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren erheblich kürzeren Trocknungs- bzw. Vernetzungszeiten auch die zum Trocknen bzw. Vernetzen notwendige Strecke bei gleichbleibender Fördergeschwindigkeit deutlich reduziert ist. Darüber machen sich insbesondere Inf astruktureinsparungen besonders bemerkbar.In addition to the costs of the coating process, the costs of the device or system required for this are also significantly reduced, since the drying and crosslinking times, which are considerably shorter compared to conventional processes, also significantly reduce the distance required for drying or crosslinking while the conveying speed remains the same is. Infrastructure savings are particularly noticeable.
In vielen Fällen kann durch Reflexionen an der Grenzfläche zwischen dem Beschichtungsmittel und dem Materialband eine erneute Durchstrahlung des Beschichtungsmittels bewirkt werden und somit die Effizienz der Energieübertragung an dieses erhöht werden. Hierzu wird vorzugsweise die Oberfläche des Ma- terialbandes zum Zwecke einer gezielten Einstellung dessen Reflexionsvermögens vor dem eigentlichen Auftragen des Beschichtungsmittels behandelt. Dies erfolgt beispielsweise durch Glätten, Polieren oder Aufrauhen der Oberfläche.In many cases, reflections at the interface between the coating agent and the material strip can cause the coating agent to be re-irradiated, thus increasing the efficiency of the energy transfer to it. For this purpose, the surface of the material strip is preferably treated for the purpose of specifically adjusting its reflectivity before the coating agent is actually applied. This is done, for example, by smoothing, polishing or roughening the surface.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Intensitätsmaximum der elektromagnetischen Strahlung an die Absorptions- und/oder Transmissionseigenschaften des Materialbands derart angepaßt, daß die elektromagnetische Strahlung das Materialband zumindest teilweise durchdringt. Dies ist insbesondere bei beidseitig auf dem Materialband aufgetragenem Beschichtungsmittel sinnvoll. Um auch das auf der anderen Seite des Materialbandes aufgetragene Beschichtungsmittel zu trocknen und/oder zu vernetzen, kann bei bestimmten Beschichtungsmittel/Materialband-Kombinationen die Trocknung bzw. Vernetzung derart durchgeführt werden, daß die zum Trocknen bzw. Vernetzen eingesetzte elektromagnetische Strahlung neben dem Beschichtungsmittel, das auf der der Strahlungsquelle zugewandten Materialbandseite aufgetragen ist, auch das Materialband durchdringt. Dabei wird vorzugsweise im wesentlichen keine Strahlungsenergie im Materialband absorbiert. Die Beaufschlagung mit elektromagnetischer Strahlung erfolgt in diesem Fall nur von einer Seite des Materialbandes. Das beidseitig auf das Materialband aufgetragene Beschichtungsmittel wird auf beiden Seiten des Materialbandes im wesentlichen gleichzeitig getrocknet bzw. vernetzt.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, the intensity maximum of the electromagnetic radiation is adapted to the absorption and / or transmission properties of the material band in such a way that the electromagnetic radiation at least partially penetrates the material band. This is particularly useful when the coating agent is applied to both sides of the material strip. In order to also dry and / or crosslink the coating agent applied to the other side of the material strip, certain coating agent / material strip combinations can be used the drying or crosslinking is carried out in such a way that the electromagnetic radiation used for drying or crosslinking, in addition to the coating agent which is applied to the material strip side facing the radiation source, also penetrates the material strip. Essentially no radiation energy is preferably absorbed in the material band. In this case, electromagnetic radiation is only applied from one side of the material strip. The coating agent applied to the material strip on both sides is dried or crosslinked essentially simultaneously on both sides of the material strip.
Entsprechend kann das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt werden, daß das beidseitig aufgetragene Beschichtungsmittel mit einer nur auf einer Seite des Materialbandes angeordneten Strahlungsquelle, welche mindestens einen Emitter aufweist, im wesentlichen gleichzeitig getrocknet bzw. vernetzt wird.Accordingly, the method according to the invention can be carried out in such a way that the coating agent applied on both sides is dried or crosslinked essentially simultaneously with a radiation source which is arranged on only one side of the material strip and has at least one emitter.
Denkbar ist darüber hinaus der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Anwendung, bei der das Beschichtungsmittel einseitig, jedoch auf der der Strahlungsquelle abgewandten Seite aufgetragen ist. Die elektromagnetische Strahlung durchdringt vorzugsweise das Materialband, im wesentlichen ohne von diesem absorbiert zu werden, um dann das Beschichtungsmittel zu trocknen bzw. zu vernetzen. Durch diese Anordnung kann die Strahlungsquelle vor aus dem Beschichtungsmittel austretenden flüchtigen und leicht entzündlichen Komponenten desselben durch das Materialband geschützt werden und/oder es können gleichzeitig mit dem Bestrahlungsvorgang auf der Seite des Materialbandes, auf der das Beschichtungsmittel aufgetragen ist, einer oder mehrere weitere Bearbeitungsschritte an dem Beschichtungsmittel und/oder dem Materialband durchgeführt werden, ohne den Bestrahlungsvorgang zu behindern.It is also conceivable to use the method according to the invention in an application in which the coating agent is applied on one side but on the side facing away from the radiation source. The electromagnetic radiation preferably penetrates the material strip, essentially without being absorbed by it, in order then to dry or crosslink the coating agent. With this arrangement, the radiation source can be protected from the volatile and highly flammable components emerging from the coating agent by the material strip and / or one or more further processing steps can be carried out simultaneously with the irradiation process on the side of the material strip to which the coating agent is applied the coating agent and / or the material strip can be carried out without impeding the irradiation process.
Nach den Erkenntnissen der Erfinder sind die Trocknungs- bzw. Vernetzungspro- zesse des Beschichtungsmittels im wesentlichen thermisch bedingt. Das bedeutet, daß bei der Trocknung eines mit Wasser oder Lösungsmittel versehenen Be- schichtungsmittels dem Lösungsmittel mit der elektromagnetischen Strahlung aus dem Wellenlängenbereich des nahen Infrarot Energie übertragen wird, um das Lösungsmittel aus dem Beschichtungsmittel abzutrennen. Zum Vernetzen wird Energie auf das Beschichtungsmittel übertragen, die in Form von Wärmeenergie dazu aufgewandt wird, die Ausbildung von Polymerketten zu bewirken. Bei vielen Beschichtungsmittels ist dazu eine bestimmte Temperatur des Beschichtungsmittels erforderlich, damit der Vernetzungsprozeß abläuft.According to the inventors' knowledge, the drying or crosslinking processes of the coating agent are essentially thermal. This means that when drying a water or solvent Layering means the solvent with the electromagnetic radiation from the wavelength range of the near infrared energy is transferred to separate the solvent from the coating agent. For crosslinking, energy is transferred to the coating agent, which is used in the form of thermal energy to cause the formation of polymer chains. With many coating compositions, a certain temperature of the coating composition is required for the crosslinking process to take place.
Daneben können durch die elektromagnetische Strahlung aus dem Wellenlängen- bereich des nahen Infrarot hervorgerufene Photoreaktionen zu einer zusätzlichen Beschleunigung der Vernetzungsprozesse führen.In addition, photo reactions caused by the electromagnetic radiation from the near infrared wavelength range can lead to an additional acceleration of the cross-linking processes.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, Beschichtungsmittel im wesentlichen vollkommen durch Photoreaktionen zu trocknen bzw. zu vernetzen, während thermische Prozesse nur eine untergeordnete oder gar keine Rolle spielen.According to a further preferred embodiment, it is provided that coating agents are dried or crosslinked essentially completely by photoreactions, while thermal processes play only a minor role or not at all.
Das Trocknen bzw. das Vernetzen des Beschichtungsmittels kann entweder vollständig oder nur teilweise durch die elektromagnetische Strahlung erfolgen, deren wesentlicher Wirkanteil im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot liegt. Jedoch ist es auch möglich, das Beschichtungsmittel in mehreren zeitlich voneinander getrennten oder versetzten Intervallen zu trocknen oder zu vernetzen. Auch kann das Trocknen bzw. Vernetzen zeitgleich oder zeitlich versetzt mit der oben genannten Bestrahlung durch zumindest eine zusätzliche Strahlungsquelle, insbe- sondere mit einem Wirkanteil in einem anderen Wellenlängenbereich, und/oder durch zumindest eine andere Energie- oder Wärmequelle unterstützt werden.The coating agent can be dried or crosslinked either completely or only partially by means of the electromagnetic radiation, the essential active component of which lies in the wavelength range of the near infrared. However, it is also possible to dry or crosslink the coating agent in a plurality of time intervals which are separated or offset from one another. Drying or crosslinking can also be supported at the same time or at different times from the above-mentioned radiation by at least one additional radiation source, in particular with an active component in a different wavelength range, and / or by at least one other energy or heat source.
Zur Trocknung und/oder Vernetzung des Beschichtungsmittels wird das Strahlungsfeld der elektromagnetischen Strahlung in bewährter und kostengünstiger Weise gemäß der Erfindung bevorzugt durch mindestens einen thermischen Strahlkörper bzw. Emitter, erzeugt, dessen Strahlertemperatur oberhalb von 2900 K und bevorzugt oberhalb von 3200 K liegt.For drying and / or crosslinking the coating agent, the radiation field of the electromagnetic radiation in a proven and cost-effective manner according to the invention is preferred by at least one thermal one Radiant body or emitter generated, the radiator temperature is above 2900 K and preferably above 3200 K.
Um besonders kurze Trocknungszeiten bzw. besonders kurze Bestrahlungsdauern zu erzielen, wird vorzugsweise elektromagnetische Strahlung mit einer hohen Leistungsdichte verwendet. Typische, für das erfindungsgemäße Verfahren charakteristische Leistungsdichten liegen insbesondere oberhalb von 100 kW/m2, bevorzugt oberhalb von 200 kW/m2 und besonders bevorzugt oberhalb von 500 kW/m2. Derartige hohe Leistungsdichten lassen sich beispielsweise durch die Anordnung aus mehreren zusammenwirkenden, insbesondere parallel zueinander angeordneten, über die Gesamtbreite des sich fortbewegenden Materialbandes erstreckenden Halogenstrahlern mit entsprechend zugeordneten hochwirksamen Reflektoren bewerkstelligen. Eine weitere Einstellung der Leistungsdichte läßt sich dadurch erzielen, daß gemäß der vorliegenden Erfindung die elektromagnetische Strahlung auf die Oberfläche des mit dem Beschichtungsmittel versehenen Materialbandes fokussiert wird.In order to achieve particularly short drying times or particularly short irradiation times, electromagnetic radiation with a high power density is preferably used. Typical power densities characteristic of the method according to the invention are in particular above 100 kW / m 2 , preferably above 200 kW / m 2 and particularly preferably above 500 kW / m 2 . Such high power densities can be achieved, for example, by the arrangement of a plurality of interacting, in particular parallel, halogen lamps which extend over the entire width of the moving material strip and have correspondingly assigned highly effective reflectors. A further adjustment of the power density can be achieved in that, according to the present invention, the electromagnetic radiation is focused on the surface of the material strip provided with the coating agent.
Die Einstellung der Leistungsdichte kann auch über die Betriebsspannung erfolgen; weiterhin können Filter eingesetzt werden. In einer weiter verfeinerten Verfahrensführung ist eine Leistungsregelung auf der Basis von rückgekoppelten Sensorsignalen (beispielsweise von Temperaturfühlern) vorgesehen.The power density can also be set via the operating voltage; Filters can also be used. In a further refined procedure, power control is provided on the basis of feedback sensor signals (for example temperature sensors).
Vorzugsweise wird mit einer elektromagnetischen Strahlung bestrahlt, deren Intensitätsmaximum in dem Wellenlängenbereich von 0,8μm bis 2μm liegt. Ein solcher Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung hat sich als be- sonders effektiv für eine hochwirksame Polymerbildung bzw. Polymervernetzung der zur Beschichtung von Materialbändern verwendeten Beschichtungsmittel erwiesen.It is preferably irradiated with an electromagnetic radiation, the intensity maximum of which lies in the wavelength range from 0.8 μm to 2 μm. Such a wavelength range of the electromagnetic radiation has proven to be particularly effective for a highly effective polymer formation or polymer crosslinking of the coating agents used for coating material strips.
Bei Anwendung von Wellenlängen, die den spezifischen Absorptions- und/oder Transmissions- bzw. Reflexionseigenschaften des Materialbandes und/oder desWhen using wavelengths that match the specific absorption and / or transmission or reflection properties of the material band and / or the
Beschichtungsmittels Rechnung tragen, und/oder bei Verwendung der für das spezifische Materialband und/oder Beschichtungsmittel zu ermittelnden optimalen Leistungsdichten ermöglicht die Erfindung in einer bevorzugten Ausfuhrungsform vorzugsweise die oben genannten kurzen Bestrahlungsdauern. In Abhängigkeit des verwendeten Beschichtungsmittels ist vor dem Aufbringen häufig eine Vor- behandlung des Materialbandes vorgesehen. Insbesondere ist dabei eine Erwärmung des Materialbandes notwendig. Stahlblech muß hierbei meist auf Temperaturen von 900° C bis 1100° C zur Erreichung einer Gefügeveränderung erhitzt werden, was üblicherweise unter einer inerten Atmosphäre oder Wasserstoffatmosphäre durchgeführt wird. Herkömmlich werden dazu Verfahren unter Verwen- düng von Konvektions- oder Induktionserwärmung verwendet. Die Verfahren, bei welchen Konvektionserwärmung eingesetzt wird, benötigen eine lange Zeit, um das Stahlband auf die hohe Temperatur zu erwärmen. Bei der Induktionserwärmung ist der Wirkungsgrad sowie die homogene Erwärmung problematisch.Take coating agent into account, and / or when using the for the In a preferred embodiment, the invention preferably enables the above-mentioned short irradiation times for specific material strips and / or coating agents for optimal power densities to be determined. Depending on the coating agent used, pre-treatment of the material strip is often provided before application. In particular, heating of the material strip is necessary. Steel sheet usually has to be heated to temperatures of 900 ° C to 1100 ° C to achieve a structural change, which is usually carried out under an inert atmosphere or hydrogen atmosphere. Conventionally, methods using convection or induction heating are used for this. The processes in which convection heating is used take a long time to heat the steel strip to the high temperature. Efficiency and homogeneous heating are problematic in induction heating.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieses Vorwärmen ebenfalls mittels elektromagnetischer Strahlung bewirkt, deren wesentlicher Wirkanteil im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot liegt. Dadurch wird es möglich, das Stahlband viel schneller zu erwärmen als mit herkömmlichen, auf langsamer Wärmeleitung basierenden Methoden.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, this preheating is likewise effected by means of electromagnetic radiation, the essential active component of which lies in the wavelength range of the near infrared. This makes it possible to heat the steel strip much faster than with conventional methods based on slow heat conduction.
Die erfür verwendete elektromagnetische Strahlung hat vorzugsweise ihren wesentlichen Wirkanteil ebenfalls im Wellenlängenbereich von 0,8μm bis 2,0μm. Vorzugsweise wird die Wellenlänge dabei so angepaßt, daß ein Großteil der elektromagnetischen Strahlung durch das Materialband absorbiert wird.The electromagnetic radiation used for this preferably has its essential active component likewise in the wavelength range from 0.8 μm to 2.0 μm. The wavelength is preferably adjusted so that a large part of the electromagnetic radiation is absorbed by the material band.
Aufgrund der vorzugsweise sehr hohen Fördergeschwindigkeit des Materialbandes ist eine entsprechende Qualitätssicherung und Prozeßsicherheit der Verfahrensführung notwendig. Hierzu wird gemäß der vorliegenden Erfindung zumindest ein meßbarer Prozeßparameter herangezogen, der über eine entsprechende automatisierte Prozeßsteuerung einen Rückschluß auf den Zustand und die Qualität der Beschichtung zuläßt. Insbesondere eignet sich hierfür die Temperatur auf der Oberfläche des Materialbandes, die einerseits über eine entsprechende Abänderung der elektrischen Leistung und damit der Strahlungsleistung des Emitters und andererseits über eine Variation des Abstandes zwischen den Emittern und der Oberfläche des Materialbandes veränderbar ist. Eine Vorrichtung zur Realisie- rung einer gegebenenfalls automatischen Einstellung von Bestrahlungsparametern umfaßt mindestens einen Meßfühler zur Erfassung der relevanten physikalischen Größen, also insbesondere einen oder mehrere photoelektrische Sensoren zur Erfassung der Helligkeit, des Reflektionsvermögens oder des Brechungsindex' oder anderer optischer Parameter, die Aufschluß über den Trocknungs- bzw. Vernet- zungszustand des Beschichtungsmittels geben, bzw. einen berührungslos arbeitenden, insbesondere pyrometrischen Temperaturfühler.Due to the preferably very high conveying speed of the material belt, appropriate quality assurance and process reliability of the process management is necessary. For this purpose, according to the present invention, at least one measurable process parameter is used, which allows a conclusion to be drawn about the condition and quality of the coating by means of a corresponding automated process control. The temperature is particularly suitable for this the surface of the material band, which can be changed on the one hand by a corresponding change in the electrical power and thus the radiation power of the emitter and on the other hand by varying the distance between the emitters and the surface of the material band. A device for realizing a possibly automatic setting of radiation parameters comprises at least one sensor for detecting the relevant physical quantities, in particular one or more photoelectric sensors for detecting the brightness, the reflectivity or the refractive index or other optical parameters which provide information about the Provide the drying or crosslinking state of the coating agent, or a contactless, in particular pyrometric temperature sensor.
Zur Einstellung der einzelnen Bestrahlungsparameter ist der Sensor, bzw. die Sen- soren, über eine Auswertungsschaltung mit einem Steuereingang, bzw. Steuereingängen einer Strahlungssteuereinrichtung verbunden. In Abhängigkeit von den erfaßten Meßwerten bzw. einem Ergebnis der Auswertung dieser Meßwerte können die im weiteren Prozeßverlauf einzustellenden Bestrahlungsparameter, insbesondere die Leistungsdichte und gegebenenfalls die spektrale Zusammensetzung der Strahlung optimiert werden. Durch das Vorsehen einer geschlossenen Regelschleife ist hierbei auch eine automatisch geregelte Echtzeit-Betriebsführui g realisierbar.To set the individual irradiation parameters, the sensor or the sensors is connected to a control input or control inputs of a radiation control device via an evaluation circuit. Depending on the recorded measured values or a result of the evaluation of these measured values, the radiation parameters to be set in the further course of the process, in particular the power density and possibly the spectral composition of the radiation, can be optimized. By providing a closed control loop, an automatically controlled real-time operational management can also be implemented.
Bei speziellen Anwendungen, bei denen flüchtige Bestandteile des Beschichtungsmittels von diesem durch die Wechselwirkung mit der elektromagnetischen Strahlung getrennt werden, ist auch eine Kühlung und/oder Abführung dieser flüchtigen Bestandteile durch eine an diesen, vorzugsweise quer zur Förderrichtung, entlang geführten Gasstrom, insbesondere Luftstrom, sinnvoll.In special applications in which volatile constituents of the coating composition are separated from it by the interaction with the electromagnetic radiation, cooling and / or removal of these volatile constituents is also carried out by means of a gas flow, preferably at right angles to the conveying direction, along the latter, in particular air flow. meaningful.
Vorzugsweise trifft dieser das Materialband überstreichende Gasstrom mit einer bestimmten zuvor festgelegten Geschwindigkeit auf die abzutransportierendenThis gas stream sweeping over the material strip preferably strikes the material to be removed at a certain predetermined speed
Teilchen der abgetrennten Feuchtkomponente auf und reißt diese mit, wobei der Gasstrom vorzugsweise messerartig an dem Trocknungsgut auftrifft. Insbesondere wird ein trockenes, kaltes Gas mit hohem Impuls zugeführt. Durch einen die Oberfläche des aufgebrachten Beschichtungsmittels und/oder die rückseitige Oberfläche des Trägers überstreichenden Gasstrom kann zum einen eine Ver- gleichmäßigung der Temperaturverteilung und gegebenenfalls Absenkung der Oberflächentemperatur und zum anderen die schnelle Abführung von flüchtigen Bestandteilen des Beschichtungsmittels erreicht werden. Hierdurch läßt sich die Zuverlässigkeit und Effizienz des Verfahrens weiter erhöhen. Der Gasstrom (Luftstrom) ist vorzugsweise trocken und kalt und wird mit hohem Druck bzw. Impuls zugeführt. Weitere Einzelheiten diesbezüglich sind in der DE-A 198 07 643 der Anmelderin offenbart.Particles of the separated wet component and entrains it, the Gas flow preferably impinges knife-like on the material to be dried. In particular, a dry, cold gas with high momentum is supplied. A gas flow sweeping over the surface of the applied coating agent and / or the rear surface of the carrier can, on the one hand, achieve a uniform distribution of the temperature and, if necessary, lower the surface temperature, and on the other hand can quickly remove volatile constituents of the coating agent. This further increases the reliability and efficiency of the method. The gas stream (air stream) is preferably dry and cold and is supplied at high pressure or pulse. Further details in this regard are disclosed in DE-A 198 07 643 by the applicant.
Vorzugsweise ist das endlos geförderte Materialband ein Metallband, insbesondere ein Stahlband. Bei dem endlos geförderten Materialband kann es sich jedoch auch um Metallfolien bzw. feine Metallgewebe, speziell aus Aluminium oder Kupfer oder deren Legierungen bzw. aus einer aluminium- bzw.- kupferhaltigen Legierung, um Kunststoffolien, speziell Polyethylen- (PE), Polypropylen- (PP) oder PVC-Folien, um Glasschichten bzw. -platten, um Werkstoffverbundsysteme, wie z.B. Holzfurniere, um Laminate, wie z.B. Kondensatoren oder Displays, oder um Thermoplaste oder Duroplaste handeln. Weitere bevorzugte Anwendungsgebiete sind Folien zur Verpackung, wie z.B. Blisterfolien oder Klebefolien. In bevorzugten Schichtaufbauten haben sowohl das Beschichtungsmittel als auch das Materialband bzw. der Träger eine mittlere Dicke im Bereich zwischen 5 μm und 500 μm, insbesondere zwischen 20 μm und 200 μm.The endlessly conveyed material band is preferably a metal band, in particular a steel band. The endlessly conveyed material band can, however, also be metal foils or fine metal mesh, especially made of aluminum or copper or their alloys or made of an alloy containing aluminum or copper, plastic foils, especially polyethylene (PE), polypropylene ( PP) or PVC films, around glass layers or sheets, around material composite systems, such as Wood veneers to laminates such as Capacitors or displays, or thermoplastics or thermosets. Other preferred areas of application are films for packaging, such as Blister films or adhesive films. In preferred layer structures, both the coating agent and the material band or the carrier have an average thickness in the range between 5 μm and 500 μm, in particular between 20 μm and 200 μm.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform hat das Beschichtungsmittel und die daraus gebildete feste dünne Schicht eine Dicke im Bereich zwischen lμm und lOOμm, insbesondere zwischen 2μm und 20μm.In a further preferred embodiment, the coating agent and the solid thin layer formed therefrom have a thickness in the range between lμm and lOOμm, in particular between 2μm and 20μm.
Die Auftragung des Beschichtungsmittels auf das zu beschichtende Materialband erfolgt in Abhängigkeit von der Beschaffenheit, insbesondere der Oberfläche und/oder der Materialzusammensetzung des Materialbands. Vorzugsweise wird das Beschichtungsmittel als fluides oder paströses System aufgebracht, was mit an sich bekannten Auftragsverfahren, insbesondere durch Aufwalzen, Aufstreichen, Aufsprühen, Gießen, Aufschleudern, Aufrieseln, Aufblasen oder Rakeln bewerk- stelligt werden kann. Das Beschichtungsmittel wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in Form eines Pulvers insbesondere unter Ausnutzung elektrostatischer Kräfte aufgebracht, insbesondere aufgerieselt oder aufgeblasen. Darüber hinaus kann es auch auf das Materialband aufgesputtert werden. Je nach Oberflächenbeschaffenheit des Materialbandes kann u.U. eine Vorbehandlung, insbesondere durch Aufrauhen, Anätzen oder auch durch Aufbringen eines Haftvermittlers zweckmäßig sein. Diese Vorbehandlung dient u.a. der Verbesserung der Haftung zwischen dem Beschichtungsmittel und dem sich in Förderrichtung bewegenden Materialbandes.The coating agent is applied to the material strip to be coated depending on the nature, in particular the surface and / or the material composition of the material band. The coating agent is preferably applied as a fluid or pasty system, which can be accomplished using known application methods, in particular by rolling on, spreading on, spraying on, pouring, spinning on, trickling on, inflating or knife coating. According to a further preferred embodiment, the coating composition is applied in the form of a powder, in particular using electrostatic forces, in particular sprinkled on or inflated. In addition, it can also be sputtered onto the material tape. Depending on the surface quality of the material strip, a pretreatment, in particular by roughening, etching or also by applying an adhesion promoter, may be appropriate. This pretreatment serves, inter alia, to improve the adhesion between the coating agent and the material strip moving in the conveying direction.
Als Beschichtungsmittel sind insbesondere zu nennen: Lacke, insbesondere Pulverlacke, Einkomponenten- oder Zweikomponenten-Naßlacke, sowohl auf Wasserbasis als auch auf der Basis von organischen Lösungsmitteln, Beschichtungen zum Korrosionsschutz, Beschichtungen zur Vorbehandlung sowie zur Funktiona- lisierung von Metalloberflächen, Leitfähigkeitspasten und Photolack.The following are to be mentioned in particular as coatings: paints, in particular powder coatings, one-component or two-component wet coatings, both water-based and based on organic solvents, coatings for corrosion protection, coatings for pretreatment and for the functionalization of metal surfaces, conductivity pastes and photoresist.
Bei den Lacken handelt es sich um Substanzen, die zumindest teilweise mit Strahlung trockenbar und/oder vernetzbar sind. Lackiermittel sind typischerweise Systeme, die mindestens einen Zusatzstoff, vorzugsweise einen Zusatzstoff und ein Bindemittel, wie jeweils nachfolgend ausführlich diskutiert, enthalten. Die Bestrahlungshärtung geschieht bei vielen Lackiermitteln häufig durch Polymerisation des im Lackiermittel enthaltenen Bindemittels.The paints are substances that are at least partially dryable and / or crosslinkable with radiation. Paint systems are typically systems that contain at least one additive, preferably one additive and one binder, as discussed in detail below. In many paints, radiation curing often takes place by polymerizing the binder contained in the paint.
Ein Beispiel hierfür ist die optisch über Photoinitiatoren gestartete Polymerisation von niederviskosen Lackiermitteln mit Bindemitteln reaktiver Monomere, Oligo- mere und Präpolymere, beispielsweise die radikalische oder die kationische Polymerisation oder die Vernetzung linearer Polymere mit reaktiven Seitenketten. Für das erfindungsgemäße Verfahren können Naßlacke oder Pulverlacke verwendet werden. Als Naßlacke werden u.a. Wasserlacke und Lösungsmittellacke bezeichnet. Naßlacke können Einkomponentenlacke, wie z.B. UV-Lacke, und Zwei- komponentenlacke sein, wobei solche auf Wasserbasis oder aber auch auf der Basis organischer Lösungsmittel eingesetzt werden können. Bei Mehrschichtstrukturen sind auch Kombinationen davon denkbar. Ferner sind für die oben erwähnten Coilcoating- Verfahren auch schweißbare Lacksysteme von Interesse.An example of this is the polymerization of low-viscosity coating materials with binders of reactive monomers, oligomers and prepolymers started optically via photoinitiators, for example free-radical or cationic polymerization or the crosslinking of linear polymers with reactive side chains. Wet lacquers or powder lacquers can be used for the process according to the invention. Water-based paints and solvent-based paints are referred to as wet paints. Wet lacquers can be one-component lacquers, such as UV lacquers, and two-component lacquers, it being possible to use water-based lacquers or else based on organic solvents. Combinations of these are also conceivable for multilayer structures. Furthermore, weldable coating systems are also of interest for the above-mentioned coil coating processes.
Lösungsmittellacke werden in Abhängigkeit vom Lösungsmittelgehalt in konventionelle, lösungsmittelhaltige Lacke, lösungsmittelarme und lösungsmittelfreie Lacke unterteilt. Der Feststoffgehalt lösungsmittelarmer Lacke ist größer als 70 Massen-%; bei einem Feststoffgehalt kleiner 70 Massen-% spricht man von lö- sungsmittelhaltigen Lacken. Für festkörperreiche Lacke wie beispielsweise Spritzlacke wird auch der Begriff High-solids verwendet.Depending on the solvent content, solvent-based paints are divided into conventional, solvent-based paints, low-solvent and solvent-free paints. The solids content of low-solvent paints is greater than 70% by mass; with a solids content of less than 70 mass% one speaks of solvent-based paints. The term high-solids is also used for high-solids paints such as spray paints.
Lösungsmittelarme und lösungsmittelfreie Lacke werden nach der Art der Härtungsreaktion in Ein- und Zweikomponentensysteme unterteilt. Bei Einkomponentenlacken setzt die Polymerisation und damit die Vernetzung nach Zusatz von Initiatoren und Beschleunigern oder durch Einwirkung von UV- oder Elektronenstrahlen ein. Als Einkomponentenlacke werden beispielsweise Vinylchlorid- Polymere oder Copolymere und ungesättigte Polyesterharze, wie niedermolekulare Hydroxylgruppen tragende Acrylat-, Alkyd- und Polyesterharze verwendet. Zweikomponentenlacke härten durch eine Additionsreaktion, bei der im Gegen- satz zu den Einkomponentenlacken keine umweltbelastenden Spaltprodukte freigesetzt werden. Die Bindemittel sind in der Regel Epoxidharze in Kombination mit Härtern oder Polyisocyanate in Kombination mit Hydroxylgruppen tragenden Harzen.Low-solvent and solvent-free lacquers are divided into one and two-component systems according to the type of curing reaction. In the case of one-component paints, the polymerization and thus the crosslinking commence after the addition of initiators and accelerators or through the action of UV or electron beams. For example, vinyl chloride polymers or copolymers and unsaturated polyester resins such as low molecular weight hydroxyl-bearing acrylate, alkyd and polyester resins are used as one-component paints. Two-component paints harden through an addition reaction, in which, in contrast to the one-component paints, no environmentally harmful fission products are released. The binders are usually epoxy resins in combination with hardeners or polyisocyanates in combination with hydroxyl-containing resins.
Unter Pulverlacken versteht man thermoplastische oder duromere Kunststoffe, die in Pulverform auf Substrate aufgetragen werden. Hierbei werden verschiedene Auftragsverfahren wie beispielsweise elektrostatisches Pulverspritzen, elektrostatisches Wirbelsintern, Schüttsintern, Wirbelsintern, Rotationssintern oder Zentrifugalgießen eingesetzt. Als Pulverlacke werden beispielsweise Epoxidharz- Pulver, Pulver gesättigter Polyesterharze, Polyacrylat-Pulver, Polyethylen-Pulver, Polyvinylchlorid-Pulver, Polyamidpulver, Celluloseacetobutyrat-Pulver, chlorierte Polyether, Ethylen-Vinylacetat-Mischpolymerisatpulver oder Polymethacrylsäu- remethylester-Pulver eingesetzt.Powder coatings are thermoplastic or thermosetting plastics that are applied in powder form to substrates. Here are different Application methods such as electrostatic powder spraying, electrostatic whirl sintering, bulk sintering, whirl sintering, rotary sintering or centrifugal casting are used. For example, epoxy resin powder, powder of saturated polyester resins, polyacrylate powder, polyethylene powder, polyvinyl chloride powder, polyamide powder, cellulose acetate butyrate powder, chlorinated polyether, ethylene-vinyl acetate mixed polymer powder or polymethacrylic acid methyl ester powder are used as powder coatings.
UV-Lacke benötigen einen sogenannten UV-Initiator, der einen teueren Bestand- teil des Lackes darstellt, jedoch zur Vernetzung notwendig ist. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in vielen Fällen auf den Einsatz der UV- Initiatoren verzichtet werden, dennoch lassen sich derartige UV-Lacke mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens trocknen.UV lacquers require a so-called UV initiator, which is an expensive component of the lacquer, but is necessary for crosslinking. With the aid of the method according to the invention, the use of UV initiators can be dispensed with in many cases, but UV lacquers of this type can nevertheless be dried using the method according to the invention.
Heutzutage werden in Lackiermitteln, da diese häufig Polyesterharz als Bindemittel verwenden, große Mengen von Lösungsmittel eingesetzt. Jedoch ist die Entwicklung dahingehend, dass zunehmend aus unterschiedlichen Gründen wie z.B. für den Umweltschutz und zur Vermeidung von Geruchsbelästigungen Versuche unternommen werden, Lacke mit Harzen zum Einsatz zu bringen, die rela- tiv wenig Lösungsmittel benötigen, wie beispielsweise Acrylatharze. Die lösemittelarmen Lacksysteme (high-solids und wasserverdünnbare Systeme) sollen daher künftig verstärkt eingesetzt werden. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die nachteilige längere Trockenzeit dieser Systeme vermieden werden.Nowadays, large quantities of solvents are used in paints and varnishes, since they often use polyester resin as a binder. However, the trend is that increasingly for different reasons such as for environmental protection and to avoid unpleasant smells, attempts are being made to use varnishes with resins that require relatively little solvent, such as acrylic resins. The low-solvent coating systems (high-solids and water-thinnable systems) should therefore be used increasingly in the future. The disadvantageous longer drying time of these systems can be avoided by using the method according to the invention.
Als durch strahlungsinduzierte Prozesse vernetzbare Bindemittel können im erfindungsgemäßen Verfahren alle üblichen strahlenhärtbaren Bindemittel oder deren Mischungen eingesetzt werden, die dem Fachmann bekannt sind. Es handelt sich entweder um durch radikalische Polymerisation vernetzbare oder durch kationi- sehe Polymerisation vernetzbare Bindemittel. Bei ersteren entstehen durch Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung auf die Bindemittel Radikale, die dann die Vernetzungsreaktion auslösen. Bei den kationisch härtenden Systemen werden durch die Bestrahlung aus Initiatoren Lewis-Säuren gebildet, die dann die Vernetzungsreaktion auslösen.All customary radiation-curable binders or mixtures thereof which are known to the person skilled in the art can be used as binders which can be crosslinked by radiation-induced processes in the process according to the invention. They are either binders that can be crosslinked by radical polymerization or can be crosslinked by cationic polymerization. In the former, radicals are generated by the action of electromagnetic radiation on the binders then trigger the crosslinking reaction. In the case of the cationically curing systems, Lewis acids are formed by the irradiation from initiators, which then trigger the crosslinking reaction.
Andere Beschichtungsmittel enthalten entsprechend ihrem Einsatzgebiet entsprechende Zusatzstoffe wie Polymere, insbesondere Vernetzer, Katalysatoren für die Vernetzung, Initiatoren, insbesondere Pigmente, Farbstoffe, Füllstoffe, Verstärkerfüllstoffe, Rheologiehilfsmittel, Netz- und Dispergiermittel, Haftvermittler, Additive zur Verbesserung der Untergrundbenetzung, Additive zur Verbesserung der Oberflächenglätte, Mattierungsmittel, Verlaufmittel, filmbildende Hilfsmittel, Trockenstoffe, Hautverhinderungsmittel, Lichtschutzmittel, Korrosionsinhibitoren, Biozide, Flammschutzmittel, Polymerisationsinhibitoren, insbesondere Photoinhibitoren oder Weichmacher, wie sie beispielsweise auf dem Lackiermittelsektor üblich und bekannt sind. Die Auswahl der Zusatzstoffe richtet sich nach dem gewünschten Eigenschaftsprofil des Beschichtungsmittels und dessen Verwendungszweck.Depending on their field of application, other coating compositions contain appropriate additives such as polymers, in particular crosslinking agents, catalysts for crosslinking, initiators, in particular pigments, dyes, fillers, reinforcing fillers, rheology aids, wetting and dispersing agents, adhesion promoters, additives for improving the surface wetting, additives for improving the surface smoothness , Matting agents, leveling agents, film-forming aids, drying agents, skin-preventing agents, light stabilizers, corrosion inhibitors, biocides, flame retardants, polymerization inhibitors, in particular photoinhibitors or plasticizers, as are customary and known, for example, in the paint industry. The choice of additives depends on the desired property profile of the coating agent and its intended use.
Die Beschichtungsmittel können ferner keramische Farben enthalten, wie beispielsweise Titandioxid, Ruß oder Buntpigmente wie Bleichromat, Mennige, Zinkgelb, Zinkgrün, Cadmiumrot, Cobaltblau, Berliner Blau, Ultramarin, Manganviolett, Cadmiumgelb, Molybdatorange und -rot, Chromorange und -rot, Eisenoxidrot, Chromdioxidgrün und Strontiumgelb.The coating compositions can also contain ceramic colors, such as titanium dioxide, carbon black or colored pigments such as lead chromate, red lead, zinc yellow, zinc green, cadmium red, cobalt blue, Berlin blue, ultramarine, manganese violet, cadmium yellow, molybdenum orange and red, chrome orange and red, iron oxide red, chromium dioxide green and strontium yellow.
Auch organische Farben, beispielsweise natürlich vorkommende Pigmente wie Sepia, Indigo, Chlorophyll, oder insbesondere synthetische Pigmente wie beispielsweise Azo-Pigmente, Indigoide, Dioxazin-, Cliinacridon-, Phthalocyanin-, Isoindolidon-, Perylen- und Perinon-, Metallkomplex- und Alkaliblau-Pigmente können Bestandteile der Beschichtungsmittel darstellen.Also organic colors, for example naturally occurring pigments such as sepia, indigo, chlorophyll, or in particular synthetic pigments such as for example azo pigments, indigoids, dioxazine, cliinacridone, phthalocyanine, isoindolidone, perylene and perinone, metal complex and alkali blue Pigments can be components of the coating compositions.
Ebenso können die Beschichtungsmittel Leuchtpigmente zur Erzeugung eines Metalleffekts enthalten. Verwendbar sind insbesondere Metall-Plättchen, vor- zugsweise Aluminium-Plättchen, die über ihr Reflexionsverhalten einen besonderen optischen Effekt geben. Weitere Metall-Plättchen sind beispielsweise solche auf Basis von Gold-Bronzen, Kupfer-Zink-Legierungen, Nickel, rostfreiem Stahl und Glimmer.The coating compositions can also contain luminescent pigments to produce a metallic effect. Metal platelets can be used in particular, preferably aluminum plates, which give a special optical effect through their reflection behavior. Other metal platelets are, for example, those based on gold bronzes, copper-zinc alloys, nickel, stainless steel and mica.
Die Beschichtungsmittel können außerdem Leuchtpigmente zur Erzeugung von Metamerieeffekten enthalten. Hier können beispielsweise Pigmente zur Erzeugung von Perlglanz eingesetzt werden. Im einzelnen sind zu nemien Bismuto- xidchlorid, Titandioxid-Glimmer und Bleicarbonat.The coating compositions can also contain luminescent pigments for producing metamerism effects. Here, for example, pigments can be used to create a pearlescent sheen. In particular, bismuth oxide chloride, titanium dioxide mica and lead carbonate are to be found.
Als Interferenz-Pigmente zum Wärmeschutz können die Beschichtungsmittel Pigmente mit hohem Reflexionsvermögen für IR-Strahlung enthalten, insbesondere Bleicarbonat und Titandioxid-Glimmer. Durch destruktive Interferenz kommt es zur Auslöschung wesentlicher Strahlungsanteile, wodurch ein Wärmeschutz erzielt wird.As interference pigments for heat protection, the coating compositions can contain pigments with high reflectivity for IR radiation, in particular lead carbonate and titanium dioxide mica. Destructive interference leads to the extinction of essential radiation components, whereby thermal protection is achieved.
Die Beschichtungsmittel können im Rahmen der Erfindung auch Pigmente zum Korrosionsschutz enthalten. Vorzugsweise werden Blei(II)orthoplumbat, Chro- mat-Pigmente, Phosphat-Pigmente, Zinkstaub oder Bleistaub verwendet.Within the scope of the invention, the coating compositions can also contain pigments for corrosion protection. Lead (II) orthoplumbate, chromate pigments, phosphate pigments, zinc dust or lead dust are preferably used.
Darüber hinaus können die Beschichtungsmittel magnetische Pigmente wie Reineisen, Eisenoxid oder Chrom(IV)oxid enthalten.In addition, the coating compositions can contain magnetic pigments such as pure iron, iron oxide or chromium (IV) oxide.
Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung einer funktionellen Beschichtung zur Herstellung von Dünnschicht-Transistoranordnungen, insbesondere für Flüssigkristalldisplayanordnungen, von Separatormembranen für elektrochemische Elemente, insbesondere von Lithium-Ionen-Akkus, zur Herstellung von Dünnschichtstrukturen für Plasmadisplays und zur Herstellung von Membranstrukturen für Brennstoff- zellen. Durch Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit möglich ein beschichtetes Substrat herzustellen, das ein Substrat und ein getrocknetes und/oder vernetztes Beschichtungsmittel, das einseitig oder beidseitig aufgebracht ist, aufweist. Das Substrat wird insbesondere ausgewählt unter einem thermopla- stischen Substrat, einer Metallfolie bzw. -blech, einer Kunststoffolie, einer Glasplatte, einem Werkstoffverbundsystem, wie z.B. einem Holzfurnier, einem Laminat, wie z.B. Kondensatoren oder Displays. Das Beschichtungsmittel ist vorzugsweise unter einem Lack, insbesondere Pulverlack, einem Einkomponentenoder Zweikomponenten-Naßlack, sowohl auf Wasserbasis als auch auf der Basis von organischen Lösungsmitteln, einer Beschichtung zum Korrosionsschutz, einer Beschichtung zur Vorbehandlung sowie zur Funktionalisierung von Metalloberflächen, einer Leitfähigkeitspaste oder einem Photolack ausgewählt.The proposed method is particularly suitable for the production of a functional coating for the production of thin-film transistor arrangements, in particular for liquid crystal display arrangements, of separator membranes for electrochemical elements, in particular of lithium-ion batteries, for the production of thin-film structures for plasma displays and for the production of membrane structures for fuel cells. By applying the method according to the invention it is thus possible to produce a coated substrate which has a substrate and a dried and / or crosslinked coating agent which is applied on one or both sides. The substrate is selected in particular from a thermoplastic substrate, a metal foil or sheet, a plastic film, a glass plate, a composite material system such as a wood veneer, a laminate such as capacitors or displays. The coating agent is preferably selected from a lacquer, in particular powder lacquer, a one-component or two-component wet lacquer, both water-based and organic solvent-based, a coating for corrosion protection, a coating for pretreatment and for the functionalization of metal surfaces, a conductivity paste or a photoresist ,
Eine geeignete Anordnung zur Herstellung eines dünnen Schichtaufbaus aus ei- nem bandförmigen, flexiblen, insbesondere quasi-endlosen, Träger mit mindestens einer mit dem Träger fest verbundenen funktionalen Beschichtung, die eine insbesondere in der Größenordnung der Dicke des Trägers liegende Dicke hat, mit den Schritten der Bildung eines Ausgangs-Schichtaufbaus durch flächiges Auftragen eines Beschichtungsmittels auf den Träger und der Bestrahlung des mit dem Beschichtungsmittel versehenen Trägers mit elektromagnetischer Strahlung, die einen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot hat, zur Bildung der funktionalen Beschichtung aus dem Beschichtungsmittel bei gleichzeitiger Verbindung mit dem Träger unter Einschluß einer Trocknung und/oder thermischen Vernetzung, weist vorzugsweise eine Zuführungs- und Vorschubeinrichtung für den Träger, - die insbesondere eine Träger- Vorratsrolle und eine Walzen- Vorschubeinrichtung umfassen kann -, eine Zuführungs- und Schichterzeugungseinrichtung zur, insbesondere kontinuierlichen, Zuführung und Aufbringung des Beschichtungsmittel auf den Träger und eine stromabwärts der Zuführungs- und Schichterzeugungseinrichtung angeordneten und dem mit dem Beschichtungsmittel versehenen Trä- ger zugewandten, Strahlung mit einem Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot erzeugende Bestrahlungseinrichtung auf. Bevorzugt ist die Bestrahlungseinrich- tung als eine, insbesondere mit erhöhter Betriebstemperatur betriebene Halogenlampe ausgebildet.A suitable arrangement for producing a thin layer structure from a band-shaped, flexible, in particular quasi-endless, carrier with at least one functional coating firmly connected to the carrier, which has a thickness that is in particular in the order of magnitude of the thickness of the carrier, with the steps the formation of an initial layer structure by the surface application of a coating agent to the carrier and the irradiation of the carrier provided with the coating agent with electromagnetic radiation, which has an active component in the near infrared range, to form the functional coating from the coating agent while being combined with the Carrier including drying and / or thermal crosslinking, preferably has a feed and feed device for the carrier, which can in particular comprise a carrier supply roll and a roller feed device, a feed and layer ore Diffraction device for, in particular continuous, supply and application of the coating agent to the carrier and a radiation device which is arranged downstream of the supply and layer generating device and faces the carrier provided with the coating agent and has an active component in the near infrared range. The radiation device is preferred. device designed as a halogen lamp, in particular operated at elevated operating temperature.
Ferner ist insbesondere ein Mittel zur Einstellung bzw. eine Regelungseinrichtung zur Regelung der Strahlungsleistung, insbesondere Verstellmittel zur Präzisionsverstellung mindestens einer Strahlungsquelle der Bestrahlungseinrichtung vorgesehen.In addition, in particular a means for setting or a regulating device for regulating the radiation power, in particular adjusting means for precision adjustment of at least one radiation source of the irradiation device, is provided.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird darüber hinaus vorzugsweise mit einer Vorrichtung durchgeführt, welche eine im wesentlichen abgeschlossene Einrichtung, durch welche das einseitig oder beidseitig mit einem Beschichtungsmittel versehene Materialband gefördert wird, aufweist, in welcher zumindest ein Emitter montiert ist und deren innere Wände mit zumindest einer elektromagnetische Strahlung reflektierenden Vorrichtung, wie z.B. einem Reflektor versehen sind.In addition, the method according to the invention is preferably carried out using a device which has an essentially closed device through which the material strip provided with a coating agent is conveyed on one or both sides, in which at least one emitter is mounted and the inner walls of which are equipped with at least one electromagnetic one Radiation reflecting device, such as are provided with a reflector.
Grundsätzlich ist es in allen Fällen sinnvoll die Anlage zur Steigerung der Effizienz und zur Energieoptimierung mit Reflektoren auszustatten, so daß dort, wo Emitter eingesetzt werden ein abgeschlossener Strahlungsraum erzeugt wird. Neben Gegenreflektoren ist zusätzlich das Vorsehen von Seitenreflektoren und von quer zur Förderrichtung angeordneten Reflektoren sinnvoll.In principle, it is sensible in all cases to equip the system with reflectors to increase efficiency and to optimize energy, so that a closed radiation space is generated where emitters are used. In addition to counter reflectors, it is also useful to provide side reflectors and reflectors arranged transversely to the conveying direction.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Seitenreflektoren beispielsweise mittels Verschiebeeinrichtungen zustellbar und unter Ausbildung des Strahlungsraumes an die Breite des zu beschichtenden Materialbandes anpaßbar. Dadurch kann die Breite des Strahlungsraumes an die Breite des Materialbandes angepaßt werden und die Effizienz der Anlage unabhängig von der Breite des Materialbandes optimiert werden. Bei der Bearbeitung eines Materialbandes, das eine geringere als die maximal für die Anlage mögliche Breite aufweist, werden die sich außerhalb der zugestellten Seitenreflektoren befindenden Emitter nicht eingesetzt. So kann immer eine optimale und damit energiesparende Trocknung bzw. Vernetzung des Beschichtungsmittels erreicht werden. Eine derartige Anpas- sung der zur Trocknung bzw. zum Vernetzen eingesetzten Energiequellen ist bei herkömmlichen Verfahren nicht möglich und stellt ein großes Problem dar.According to a preferred embodiment, the side reflectors can be adjusted, for example by means of displacement devices, and can be adapted to the width of the material strip to be coated while forming the radiation space. As a result, the width of the radiation space can be adapted to the width of the material strip and the efficiency of the system can be optimized independently of the width of the material strip. When processing a strip of material that is smaller than the maximum width that is possible for the system, the emitters located outside the supplied side reflectors are not used. In this way, optimal and thus energy-saving drying or crosslinking of the coating agent can always be achieved. Such an adjustment Solution of the energy sources used for drying or for crosslinking is not possible with conventional methods and is a major problem.
Zur beidseitigen Beschichtung von Materialbändern ist es sinnvoll, je nach Art des Beschichtungsmittels bzw. des Materials Emittermodule nur auf einer Seite des Materialbandes oder auch beidseitig des Materialbandes anzuordnen. Kann die zum Trocknen bzw. Vernetzen eingesetzte elektromagnetische Strahlung so gewählt werden, daß neben dem Beschichtungsmittel auch das Materialband von der Strahlung durchdrungen werden kann, ist es sinnvoll aus Investitionsgründen Emitteπnodule nur auf einer Seite des Materialbandes anzuordnen. Zur Steigerung der Effektivität der Anlage ist es dann sinnvoll auf der dem zumindest einen Emitter gegenüberliegenden Seite einen oder mehrere Reflektoren anzuordnen, um die durch das Materialband und die Schichten des aufgetragenen Beschichtungsmittel hindurchgehende Strahlung zurück durch das Beschichtungsmittel und das Materialband zu reflektieren.For coating material strips on both sides, it is useful, depending on the type of coating agent or material, to arrange emitter modules only on one side of the material strip or on both sides of the material strip. If the electromagnetic radiation used for drying or crosslinking can be selected so that in addition to the coating agent, the material strip can also be penetrated by the radiation, it is sensible for investment reasons to arrange emitter modules only on one side of the material strip. To increase the effectiveness of the system, it then makes sense to arrange one or more reflectors on the side opposite the at least one emitter in order to reflect the radiation passing through the material strip and the layers of the applied coating agent back through the coating agent and the material strip.
Bei strahlungsundurchlässigen Materialbändern sowie in den Fällen, in welchen die Vernetzung des Beschichtungsmittels im wesentlichen durch Photoreaktionen bewirkt wird, ist eine beidseitige Anordnung von Emittermodulen vorteilhaft.With radiation-impermeable material strips and in cases in which the crosslinking of the coating agent is essentially caused by photo reactions, an arrangement of emitter modules on both sides is advantageous.
Zur Trocknung und/oder Vernetzung des Beschichtungsmittels weist die Vorrichtung mindestens einen Emitter auf, der insbesondere einen thermischen Strahlkörper, insbesondere eine Glühlampe oder eine Halogenlampe beinhaltet, die insbesondere mit erhöhter Betriebstemperatur betrieben wird, hl einer bevor- zugten Ausgestaltung wird der Emitter durch einen Röhrenstrahler mit einem sich in einer strahlungsdurchlässigen Röhre, insbesondere in einer Quarzglasröhre erstreckenden Glühfaden als thermischen Strahlkörper gebildet.For drying and / or crosslinking the coating agent, the device has at least one emitter, which in particular contains a thermal radiating body, in particular an incandescent lamp or a halogen lamp, which is operated in particular at an increased operating temperature. In a preferred embodiment, the emitter is provided by a tube radiator formed with a filament extending in a radiation-permeable tube, in particular in a quartz glass tube, as a thermal radiant body.
Anstelle des thermischen Strahlkörpers sind auch alternative Strahlungsquellen wie z.B. Laserdioden, Plasmastrahler, UV-Strahler oder auf anderen physikalischen Effekten basierende Strahlungsquellen einsetzbar. Gegebenenfalls lassen sich auch über die gesamte Breite des sich schnell in Förderrichtung fortbewegenden Materialbandes mehrere Emitter, vorzugsweise parallel zueinander als sogenannte Emittermodule anordnen.Instead of the thermal radiation body, alternative radiation sources such as laser diodes, plasma emitters, UV emitters or radiation sources based on other physical effects can also be used. If necessary, it is also possible to arrange a plurality of emitters, preferably parallel to one another, as so-called emitter modules over the entire width of the material band moving rapidly in the conveying direction.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Emitter parallel zur Förderrichtung des endlos geförderten Materialbandes angeordnet. Dies hat den wesentlichen Vorteil, daß die Bestrahlungsstärke über das gesamte Materialband sowohl in Förderrichtung wie auch in der Richtung senkrecht dazu homogen bleibt, auch wenn sich beispielsweise durch den Alterungsprozeß der Emitter bedingt, oder durch einen anderen Effekt die Strahlungshomogenität entlang der Längsrichtung der Emitter verändert, wobei die Annahme zugrunde gelegt werden kann, daß diese Änderung für alle Emitter in gleicher Weise abläuft.In a preferred embodiment, the emitters are arranged parallel to the conveying direction of the endlessly conveyed material band. This has the essential advantage that the irradiance remains homogeneous over the entire material band, both in the conveying direction and in the direction perpendicular to it, even if, for example, the aging process of the emitters or another effect changes the radiation homogeneity along the longitudinal direction of the emitters , assuming that this change is the same for all emitters.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zur Bestrahlung linien- förmiger beispielsweise gitterföπniger endlos geförderter Materialbänder in Förderrichtung eine spezielle linienförmige Anordnung der Emitter gewählt, so daß sich jeweils gegenüber einem parallel zur Förderrichtung angeordneten Materialteil des gitterartigen Materialbandes ein im wesentlichen parallel dazu ange- ordneter Emitter oder gegebenenfalls eine Reihe von hintereinander angeordneten Emittern befindet. Zusätzlich kami zur Erhöhung der Effizienz die von den Emittern emittierte Strahlung durch entsprechende reflektierende Einrichtungen auf die Materialteile fokussiert sein. Ferner ist die Anordnung eines Reflektors auf der dem Materialband im Verhältnis zu den Emittern gegenüberliegenden Seite zur Steigerung der Effizienz der Anlage wünschenswert. Um Beschichtungsmittel, das auf quer zur Förderrichtung verlaufende Materialteile aufgetragen ist, ebenfalls effizient zu Trocknen bzw. zu Vernetzen, sind zusätzlich quer zur Förderrichtung orientierte linienförmige Emitter vorgesehen, die mit den Materialteilen mit deren Fördergeschwindigkeit mitbewegt werden können. Weitere Einzelheiten dieser speziellen Ausführungsform sind in einer von der Anmelderin unter dem Titel „Verfahren und Vorrichtung zum Aufheizen von kontinuierlich gefördertem, gitterförmigem Material oder dergleichen Strukturen" mit der Anmeldenummer DE 10062633 eingereichten Anmeldung offenbart.According to a further preferred embodiment, a special linear arrangement of the emitters is selected for the irradiation of linearly, for example, lattice-shaped, endlessly conveyed material belts in the conveying direction, so that in each case an emitter or is arranged essentially parallel to a material part of the lattice-like material belt arranged parallel to the conveying direction optionally a series of emitters arranged one behind the other. In addition, in order to increase the efficiency, the radiation emitted by the emitters can be focused on the material parts by appropriate reflective devices. Furthermore, the arrangement of a reflector on the side opposite the material strip in relation to the emitters is desirable in order to increase the efficiency of the system. In order to also efficiently dry or crosslink coating material which is applied to material parts running transversely to the conveying direction, linear emitters oriented transversely to the conveying direction are additionally provided which can be moved with the material parts at their conveying speed. Further details of this special embodiment can be found in one of the applicants under the title “Method and device for heating continuously conveyed, lattice-like material or similar structures "with the application number DE 10062633 filed application.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Raum, in welchem flüchtige Komponenten des Beschichtungsmittels, wie beispielsweise Lösungsmittel beim Trocknungsprozeß entweichen, durch eine Quarzglasscheibe von den Emittern getrennt. Dadurch kann verhindert werden, daß sich Lösungsmittel durch die hohen Temperaturen an der äußeren Oberfläche der Emitterkörper entzündet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden zur weiteren Erhöhung der Sicherheit zwischen dem Materialband und dem oder den Emittern zwei nebeneinander angeordnete Quarzglasscheiben vorgesehen, zwischen welchen zusätzlich ein Kühlgas, z.B. Stickstoffgas strömt, um eine Erwärmung des Lösungsmittels noch effektiver zu verhindern.According to a further embodiment, the space in which volatile components of the coating agent, such as solvents, for example, escape during the drying process, is separated from the emitters by a quartz glass pane. This can prevent solvents from igniting due to the high temperatures on the outer surface of the emitter body. According to a further preferred embodiment, two quartz glass panes arranged next to one another are provided between the material band and the emitter or emitters, between which an additional cooling gas, e.g. Nitrogen gas flows to prevent heating of the solvent more effectively.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Vorrichtung ist zusätzlich eine Gasstrom-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung und Ausrichtung des oben erwähnten Gasstromes und/oder eine Einrichtung zur Leistungseinstellung oder -regelung vorgesehen, wobei die letztere bevorzugt Mittel zur Abstandseinstellung zwischen Strahlungsquelle und Schichtaufbau umfaßt.In a preferred embodiment of this device, a gas flow generating device for generating and aligning the above-mentioned gas flow and / or a device for power adjustment or control is additionally provided, the latter preferably comprising means for adjusting the distance between the radiation source and the layer structure.
Bevorzugt ist die Gasstrom-Erzeugungseinrichtung so ausgestaltet, daß ein im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Materialbandes gerichteter, dieses im Einwirkungsbereich der der Bestrahlungseinrichtung überstreichender, insbesondere trockener und kalter Gasstrom mit hohem Impuls erzeugt wird.The gas flow generating device is preferably designed in such a way that a gas pulse which is directed essentially parallel to the surface of the material strip and which passes over the irradiation device, particularly dry and cold gas flow, is generated with a high pulse.
Eine Vorrichtung zur Herstellung eines quasi-endlosen beschichteten, wickelfähigen Bleches, insbesondere von Karosserieblech für die Automobilindustrie oder von Gehäuseblech für Haushaltsgeräte, mit den Schritten des Aufbringens eines, insbesondere flüssigen, Beschichtungsmittels und des Trocknens bzw. Vernetzens des Beschichtungsmittels zu einer festen dünnen Schicht, die jeweils am schnell durchlaufenden Blech ausgeführt werden, d.h. eine Vorrichtung zur Durchführung des Coilcoating-Verfahrens weist vorzugsweise eine Bestrahlunginrichtung zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung mit hoher Leistungdichte und/oder im Bereich des nahen Infrarot, die insbesondere ihren wesentlchen Wirkanteil im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 μm und 1,5 μm hat.A device for producing a quasi-endless coated, windable sheet, in particular body sheet for the automotive industry or housing sheet for household appliances, with the steps of applying a coating agent, in particular a liquid coating agent, and drying or crosslinking the coating agent to form a solid thin layer, which are each carried out on the sheet running through quickly, ie a device for carrying them out of the coil coating method preferably has an irradiation device for generating electromagnetic radiation with a high power density and / or in the near infrared range, which has in particular its essential active component in the wavelength range between 0.8 μm and 1.5 μm.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung bezüglich des Coilcoating- Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels einer Coilcoating- Vorrichtung anhand der einzigen Figur. Diese zeigt skizzenartig eine Coilcoating- Vorrichtung 1 zum Beschichten eines quasi-endlosen Stahlbleches 3, welches auf einen Coil 5 aufgewickelt wird, und zum Trocknen der Beschichtung. Der Coil 5 wird durch einen elektrischen Antrieb 7 in Rotationsbewegung versetzt, und hierdurch wird das Blech 3 unter einem Sprühbeschichter 9 und einer NIR-Trocknungsstrecke 11 entlang bewegt.Advantages and advantages of the invention with regard to the coil coating method result from the following description of a preferred exemplary embodiment of a coil coating device with reference to the single figure. This shows a sketch of a coil coating device 1 for coating a quasi-endless steel sheet 3, which is wound onto a coil 5, and for drying the coating. The coil 5 is set in rotation by an electric drive 7, and the sheet 3 is thereby moved under a spray coater 9 and an NIR drying section 11.
Durch den Sprühbeschichter 9 wird auf das Blech 3 als Ausgangsstoff für eine Korrosionsschutz- oder Grundierungsschicht 13 eine wäßrige Lösung 13' aufgebracht. Diese wird in einer durch der NIR-Trocknungsstrecke 11 ausgebildeten langgestreckten Bestrahlungszone A mit NIR-Strahlung hoher Leistungsdichte, insbesondere oberhalb von 500 kW/m2, getrocknet.The spray coater 9 applies an aqueous solution 13 'to the sheet 3 as a starting material for a corrosion protection or primer layer 13. This is dried in an elongated radiation zone A formed by the NIR drying section 11 with NIR radiation having a high power density, in particular above 500 kW / m 2 .
Die NIR-Trocknungsstrecke 11 umfaßt einen massiven AI-Reflektor 15 mit einer Mehrzahl von im Querschnitt annähernd W-förmigen Reflektorabschnitten 15a, der intern wassergekühlt und hierzu über Kühlwasserleitungen 17 mit einem ex- fernen (nicht dargestellten) Kühler verbunden ist. Im Zentrum jedes Reflektorabschnitts 15a sitzt eine langgestreckt röhrenförmige Halogen-Glühfadenlampe 19. Vorzugsweise ist jeder langgestreckten Halogenlampe jeweils ein Reflektorabschnitt mit teil-elliptischem, teil-parabolischem oder im wesentlichen W- förmigem Querschnitt zugeordnet. Die Halogen-Glühfadenlampen 19 werden durch eine Bestrahlungssteuereinheit 21 mit Strom versorgt und derart gesteuert, daß sie mit einer Strahlertemperatur oberhalb von 2900 K NIR-Strahlung mit einem Intensitätsmaximum im Bereich zwischen 0,8 μm und 1,5 μm abgeben.The NIR drying section 11 comprises a solid Al reflector 15 with a plurality of reflector sections 15a which are approximately W-shaped in cross section and which are internally water-cooled and, for this purpose, connected to an external cooler (not shown) via cooling water lines 17. In the center of each reflector section 15a is an elongated tubular halogen filament lamp 19. Preferably, each elongated halogen lamp is assigned a reflector section with a partially elliptical, partially parabolic or essentially W-shaped cross section. The halogen filament lamps 19 are supplied with current by an irradiation control unit 21 and controlled in such a way that they emit NIR radiation with an intensity maximum in the range between 0.8 μm and 1.5 μm with a radiator temperature above 2900 K.
Die der Bestrahlungseinrichtung zugeordnete Bestrahlungssteuereinrichtung ist vorzugsweise geeignet, die Leistungsdichte der Strahlung auf der Oberfläche des Beschichtungsmittels auf einen Wert von mehr als 500 kW/m2, insbesondere mehr als 750 kW /m2 einzustellen, und/oder zur Einstellung der Temperatur im Be- schichtungsmittel auf einen Wert oberhalb von 200°C, insbesondere auf einen Wert im Bereich zwischen 200 und 250°C.The radiation control device assigned to the radiation device is preferably suitable for setting the power density of the radiation on the surface of the coating agent to a value of more than 500 kW / m 2 , in particular more than 750 kW / m 2 , and / or for setting the temperature in the layering agent to a value above 200 ° C, in particular to a value in the range between 200 and 250 ° C.
Im AI-Reflektor 15 ist ein Pyrometerelement 23 zur Erfassung der Oberflächentemperatur der Beschichtung 13 in einer T-Erfassungszone B angeordnet, der mit einem Signaleingang der Bestrahlungssteuereinheit 21 verbunden ist. Die Bestrahlung wird derart gesteuert, daß in der Beschichtung eine im wesentlichen konstante Temperatur eingehalten wird, die in Abhängigkeit von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Ausgangsstoffs 13' der Korrosionsschutz- oder Grundierungsschicht 13 gewählt wird und typischerweise bei ca. 200°C liegt.Arranged in the AI reflector 15 is a pyrometer element 23 for detecting the surface temperature of the coating 13 in a T-detection zone B, which is connected to a signal input of the radiation control unit 21. The radiation is controlled in such a way that an essentially constant temperature is maintained in the coating, which temperature is selected as a function of the physical and chemical properties of the starting material 13 ′ of the corrosion protection or primer layer 13 and is typically around 200 ° C.
Durch geeignete Steuerung des Antriebes 7 wird die Durchlaufgeschwindigkeit des Stahlbleches 13 durch die Bestrahlungszone A derart eingestellt, daß eine Verweildauer der wäßrigen Lösung 13' in der Bestrahlungszone A von wenigen Sekunden erhalten wird, welche zum vollständigen Abdampfen der Lösungsmittelkomponente und zur thermischen Vernetzung der Schicht 13 ausreichend ist.By suitably controlling the drive 7, the throughput speed of the steel sheet 13 through the irradiation zone A is set such that a residence time of the aqueous solution 13 'in the irradiation zone A of a few seconds is obtained, which is necessary for the complete evaporation of the solvent component and for the thermal crosslinking of the layer 13 is sufficient.
Das Blech wird typischerweise mit einer Geschwindigkeit im Bereich zwischen 50 und 200 m/min, insbesondere zwischen 75 und 150 m/min, durch die Trocknungsvorrichtung gefördert. Zur Erreichung von vorteilhaft kurzen Bestrahlungszeiten unterhalb von 10 s, insbesondere unterhalb von 5 s, ist dann eine Bestrahlungseinrichtung mit 2 bis 5 Metern Länge und mehr als einem Megawatt, bevorzugt 2 bis 5 MW, Leistungsaufnahme einzusetzen, die auf der Oberfläche der zu trocknenden bzw. vernetzenden Beschichtung eine Strahlungsleistungsdichte von mehr als 500 kW/m2, insbesondere mehr als 750 kW/m2, erzeugt.The sheet is typically conveyed through the drying device at a speed in the range between 50 and 200 m / min, in particular between 75 and 150 m / min. In order to achieve advantageously short irradiation times of less than 10 s, in particular less than 5 s, one is then Irradiation device with a length of 2 to 5 meters and more than one megawatt, preferably 2 to 5 MW, to use power consumption which has a radiation power density of more than 500 kW / m 2 , in particular more than 750 kW /, on the surface of the coating to be dried or crosslinked. m 2 .
Diese Werte sind für die Primärtrocknung bzw. -Vernetzung einer als Flüssigkeit oder in Pulverform aufgebrachten Schicht anzusetzen, wo in der Beschichtung im Trocknungs- bzw. Vernetzungsschritt die Temperatur auf einem Wert oberhalb von 200°C, insbesondere im Bereich zwischen 200°C und 250°C gehalten wird.These values are to be used for the primary drying or crosslinking of a layer applied as a liquid or in powder form, where the temperature in the coating in the drying or crosslinking step is above 200 ° C., in particular in the range between 200 ° C. and 250 ° C. ° C is maintained.
Insbesondere für den Einsatz mit Pulverbeschichtungen kommt das Verfahren bevorzugt ohne eine aktive Gassfromzuführung zur Abfuhr von verdampfenden Beschichtungskomponenten aus; hierzu wird im wesentlichen die Konvektion über der erhitzten Beschichtung ausgenutzt. Bei der Trocknung von flüssigen Sy- stemen kann allerdings durchaus ein die Oberfläche überstreichender Gasstrom, insbesondere ein durch ein geeignetes Gebläse erzeugter Luftstrom, genutzt werden.In particular for use with powder coatings, the method preferably does not require an active gas flow supply to remove evaporating coating components; essentially convection over the heated coating is used for this purpose. When drying liquid systems, however, a gas stream sweeping over the surface, in particular an air stream generated by a suitable fan, can certainly be used.
Zur Qualitätskontrolle bei der Verfahrensdurchführung wird bevorzugt minde- stens eine prozeßrelevante physikalische Größe des Beschichtungssystems, insbesondere dessen Temperatur und gegebenenfalls auch optische Eigenschaften, gemessen und zur Prozeßsteuerung ausgewertet.For quality control when carrying out the process, at least one process-relevant physical variable of the coating system, in particular its temperature and possibly also optical properties, is preferably measured and evaluated for process control.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsfor- men beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf andere mögliche Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens im Rahmen der Fähigkeiten eines Fachmanns. The present invention is not limited to the previously described embodiments, but also extends to other possible uses of the method within the scope of the skills of a person skilled in the art.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Erzeugen einer Beschichtung von quasi-endlos geförderten und in Förderrichtung bewegten, insbesondere bandförmigen, flexiblen, Materialbändern, bei dem ein Beschichtungsmittel auf zumindest eine Seite des Materialbandes aufgebracht und mittels elektromagnetischer Strahlung zumindest teilweise getrocknet und/oder vernetzt wird, wobei die elektromagnetische Strahlung einen wesentlichen Wirkanteil im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot aufweist.1. A method for producing a coating of quasi-endlessly conveyed and moved in the conveying direction, in particular band-shaped, flexible material strips, in which a coating agent is applied to at least one side of the material strip and is at least partially dried and / or crosslinked by means of electromagnetic radiation, the electromagnetic radiation has a significant active component in the wavelength range of the near infrared.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Intensitätsmaximum der elektro- magnetischen Strahlung an die Absorptions- und Transmissionseigenschaften des Beschichtungsmittels angepaßt ist, so daß das Beschichtungsmittel die Strahlungsenergie im wesentlichen gleichmäßig über seine Schichtdicke absorbiert.2. The method according to claim 1, in which the intensity maximum of the electromagnetic radiation is adapted to the absorption and transmission properties of the coating agent, so that the coating agent absorbs the radiation energy substantially uniformly over its layer thickness.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Intensitätsmaximum der elektromagnetischen Strahlung an die Absorptions- und/oder Transmissionseigenschaften des Materialbands derart angepaßt ist, daß die elektromagnetische Strahlung das Materialband zumindest teilweise durchdringt.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the maximum intensity of the electromagnetic radiation is adapted to the absorption and / or transmission properties of the material strip such that the electromagnetic radiation at least partially penetrates the material strip.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem beidseitig auf das Materialband aufgetragenes Beschichtungsmittel auf beiden Seiten des Materialbandes im wesentlichen gleichzeitig getrocknet bzw. vernetzt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, in which coating agent applied to both sides of the material strip is dried or crosslinked on both sides of the material strip substantially simultaneously.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das beidseitig aufgetragene Beschichtungsmittel mit zumindest einer nur auf einer Seite des Materialbandes angeordneten Strahlungsquelle im wesentlichen gleichzeitig getrocknet bzw. vernetzt wird.5. The method according to claim 4, in which the coating agent applied on both sides is dried or crosslinked essentially simultaneously with at least one radiation source arranged on only one side of the material strip.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trocknen und/oder Vernetzen des Beschichtungsmittels zumindest teilweise durch eine Photoreaktion erfolgt.6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the drying and / or crosslinking of the coating agent is carried out at least partially by a photo reaction.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leistungsdichte der elektromagnetischen Strahlung durch den Abstand des Strahlkörpers von dem Materialband und/oder über die Temperatur des Strahlkörpers, bei vorzugsweise oberhalb 2500 K, bevorzugt oberhalb 2900 K und besonders bevorzugt oberhalb 3200 K eingestellt wird.7. The method according to any one of the preceding claims, in which the power density of the electromagnetic radiation is set by the distance of the radiating body from the material band and / or via the temperature of the radiating body, preferably above 2500 K, preferably above 2900 K and particularly preferably above 3200 K. becomes.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leistungsdichte der elektromagnetischen Strahlung oberhalb von 100 kW/m2, bevorzugt oberhalb von 200 kW/m2 und besonders bevorzugt oberhalb von- 500 kW/m2, insbesondere oberhalb von 750 kW/m2 liegt.Method according to one of the preceding claims, in which the power density of the electromagnetic radiation is above 100 kW / m 2 , preferably above 200 kW / m 2 and particularly preferably above 500 kW / m 2 , in particular above 750 kW / m 2 lies.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der wesentliche Wirkanteil der elektromagnetischen Strahlung im Wellenlängenbereich von 0,8 μm bis 2 μm liegt.9. The method according to any one of the preceding claims, in which the essential active component of the electromagnetic radiation is in the wavelength range from 0.8 μm to 2 μm.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung weniger als 30s, bevorzugt weniger als 10s, insbesondere weniger als 5s und besonders bevorzugt weniger als 2s dauert.10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the irradiation with electromagnetic radiation lasts less than 30s, preferably less than 10s, in particular less than 5s and particularly preferably less than 2s.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Oberfläche des Materialbandes vor dem Auftragen des Beschichtungsmittels vorbehandelt, vorzugsweise erwärmt wird. 11. The method according to any one of the preceding claims, in which the surface of the material strip is pretreated, preferably heated, before the coating agent is applied.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem von dem Beschichtungsmittel abgetrennte flüchtige Bestandteile mittels eines das Materialband überstreichenden Gasstroms abgeführt werden.12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the volatile constituents separated from the coating agent are removed by means of a gas stream sweeping over the material strip.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem es sich bei dem Materialband um ein Metallband, insbesondere um ein blankes, verzinktes, oder vernickeltes Stahlblech, insbesondere ein Karosserieblech für die Automobilindustrie oder ein Gehäuseblech für Haushaltsgeräte handelt.13. The method according to any one of the preceding claims, wherein the material band is a metal band, in particular a bright, galvanized, or nickel-plated steel sheet, in particular a body panel for the automotive industry or a housing panel for household appliances.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Beschichtungsmittel ein Lack, insbesondere ein Nass- oder Pulverlack, eine Beschichtung zum Korrosionsschutz, zur Vorbehandlung und/oder zur Funktionalisierung der Oberfläche des Materialbandes, eine Leitfähigkeits- paste, oder ein Photolack ist.14. The method according to any one of the preceding claims, wherein the coating agent is a lacquer, in particular a wet or powder lacquer, a coating for corrosion protection, for pretreatment and / or for functionalizing the surface of the material strip, a conductivity paste, or a photoresist.
15. Beschichtetes Substrat, herstellbar mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, aufweisend:15. Coated substrate, producible by means of a method according to one of claims 1 to 14, comprising:
- ein Substrat, ausgewählt unter einem thermoplastischen Substrat, einer Metallfolie bzw. -blech, einer Kunststoffolie, einer Glasplatte, einem- A substrate, selected from a thermoplastic substrate, a metal foil or sheet, a plastic film, a glass plate, a
Werkstoffverbundsystem, einem Laminat; undComposite material system, a laminate; and
- ein getrocknetes und/oder vernetztes Beschichtungsmittel, das einseitig oder beidseitig aufgebracht ist, wobei das Beschichtungsmittel ausgewählt ist unter einem Lack, insbesondere Pulverlack, einem Einkompo- nenten- oder Zweikomponenten-Naßlack auf Wasserbasis oder auf der- A dried and / or crosslinked coating agent which is applied on one or both sides, the coating agent being selected from a paint, in particular powder paint, a one-component or two-component water-based wet paint or on the
Basis von organischen Lösungsmitteln, einer Beschichtung zum Korrosionsschutz, einer Beschichtung zur Vorbehandlung und/oder zur Funktionalisierung der Oberfläche des Materialbandes, insbesondere von Metalloberflächen, einer Leitfähigkeitspaste, einem Photolack oder einer Kombination aus zwei oder mehr davon. Basis of organic solvents, a coating for corrosion protection, a coating for pretreatment and / or for functionalizing the surface of the material strip, in particular of metal surfaces, a conductivity paste, a photoresist or a combination of two or more thereof.
16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, insbesondere mit den Schritten des Aufbringens eines Beschichtungsmittels und des Trockenens bzw. Vernetzens des Beschichtungsmittels zu einer Beschichtung, die jeweils am durchlaufenden Materialband ausge- führt werden, welche aufweist:16. Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 14, in particular with the steps of applying a coating agent and drying or crosslinking the coating agent to form a coating, which are each carried out on the continuous material strip, which comprises:
- eine Zuführungs- und Vorschub einrichtung für das Materialband,- A feed and feed device for the material band,
- eine Zuführungs- und Schichterzeugungseinrichtung zur, insbesondere kontinuierlichen Zuführung und Aufbringung des Beschichtungsmittels auf dem Materialband, - eine Strahlungsquelle zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung mit hoher Leistungsdichte und/oder im Bereich des nahen Infrarot.a supply and layer generation device for, in particular continuous supply and application of the coating agent on the material strip, a radiation source for generating electromagnetic radiation with a high power density and / or in the near infrared range.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16 , wobei die Schichterzeugungseinrichtung im wesentlichen geschlossen ist und deren innere Wände mit zumindest einer elektromagnetische Strahlung reflektierenden Vorrichtung versehen sind.17. The apparatus of claim 16, wherein the layer generating device is substantially closed and the inner walls are provided with at least one electromagnetic radiation reflecting device.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, welche des weiteren Seitenwände aufweist, die im wesentlichen zu dem geförderten Materialband zustellbar und unter18. The apparatus of claim 17, which further has side walls that are deliverable to the material belt being conveyed and below
Ausbildung des BeStrahlungsbereichs an die Breite des Materialbandes anpaßbar sind.Formation of the irradiation area can be adapted to the width of the material strip.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei welcher zumindest jeweils ein Emitter auf jeder Seite des Materialbandes vorgesehen ist.19. Device according to one of claims 16 to 18, in which at least one emitter is provided on each side of the material strip.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei welcher die elektromagnetische Strahlung von mindestens einem Emitter mit einem thermischen Strahlkörper, insbesondere einer Glühlampe oder Halogenlampe, er- zeugt wird. 20. Device according to one of claims 16 to 19, in which the electromagnetic radiation is generated by at least one emitter with a thermal radiation body, in particular an incandescent lamp or halogen lamp.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, bei welcher die elektromagnetische Strahlung von mindestens einem Emitter erzeugt wird, der eine Laserdiode oder einen Plasmastrahler aufweist.21. Device according to one of claims 16 to 20, wherein the electromagnetic radiation is generated by at least one emitter having a laser diode or a plasma emitter.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei welcher der Emitter eine im wesentlichen längliche Form aufweist, und längs der Förderrichtung des Materialbandes ausgerichtet ist. 22. Device according to one of claims 16 to 21, wherein the emitter has a substantially elongated shape, and is aligned along the conveying direction of the material band.
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