EP2718025A2 - Verfahren zum beschichten und/oder lackieren von fahrzeugteilen, zur herstellung ausgehärteter kunststoffmassen sowie ein zwei- oder mehrkomponenten-reaktivsystem hierfür - Google Patents

Verfahren zum beschichten und/oder lackieren von fahrzeugteilen, zur herstellung ausgehärteter kunststoffmassen sowie ein zwei- oder mehrkomponenten-reaktivsystem hierfür

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EP2718025A2
EP2718025A2 EP12726101.4A EP12726101A EP2718025A2 EP 2718025 A2 EP2718025 A2 EP 2718025A2 EP 12726101 A EP12726101 A EP 12726101A EP 2718025 A2 EP2718025 A2 EP 2718025A2
Authority
EP
European Patent Office
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reactive system
component
reactive
pressure
microencapsulated
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EP12726101.4A
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English (en)
French (fr)
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EP2718025B1 (de
Inventor
Konrad Ortlieb
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Duerr Systems AG
Original Assignee
Duerr Systems AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP2718025B1 publication Critical patent/EP2718025B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/34—Applying different liquids or other fluent materials simultaneously
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/04—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases
    • B05D3/0493—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases using vacuum

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a cured plastic composition based on a two-component or multi-component reactive system and to a reactive system adapted thereto.
  • Two-component or multi-component reactive systems are also used to produce molded articles with composite materials, in particular with fiber composite materials.
  • the invention has for its object to provide a method for coating and / or painting of vehicle parts, with the complex forms of the vehicle parts and hard to reach areas can be coated or painted in good quality. This object is achieved by a method having the features of claim 1.
  • the invention is also quite generally based on the object of providing a process for producing cured plastics compositions based on a two-component or multi-component reactive system of the type described above, with which a cured plastic composition having improved properties is obtained.
  • the pressure reduction can abruptly, ie. in the range of approx. 10 to approx.
  • Adjustable pressure differences are in particularly preferred cases in the range of about 0.01 bar to about 0.9 bar.
  • the temperature of the reactive system may be desirable to raise the temperature of the reactive system, particularly to remove residual solvent and / or to accelerate the curing reaction of the plastic mass.
  • the inventive method is particularly suitable for the mass production of products in which composite materials are used.
  • a first embodiment of the invention after providing a two-component or multi-component reactive system, it is subjected to an elevated temperature and changing ambient pressure in an autoclave, for example application of an overpressure, an ambient pressure and / or a vacuum determined by the reaction conditions.
  • pressure shock waves can also be provided which can include both short-term pressure increases and short-term pressure reductions in rapid succession.
  • the microcapsules contain radicals, such as those resulting from the UV irradiation of UV photoinitiators. Particularly suitable are long-lived and / or stabilized radicals.
  • radicals by means of light, in particular UV radiation, which can be integrated as part of the conditioning process into the process according to the invention, or else can take place when providing the two- or multi-component reactive system, so that the conditions for the production the radical encapsulated component can be chosen in a simple manner so that a complete activation of the component is given and shading effects, as in the prior art, are avoided.
  • light in particular UV radiation
  • the effect of the release of the microencapsulated component can in a variant of the method according to the invention during or after the reduction of the ambient pressure by means of application of sound waves, in particular infrasound in a frequency range of about 0.2 Hz to about 10 Hz or Ultrasound in a frequency range of about 20 kHz to about 500 kHz, to be supported.
  • sound waves in particular infrasound in a frequency range of about 0.2 Hz to about 10 Hz or Ultrasound in a frequency range of about 20 kHz to about 500 kHz, to be supported.
  • the method described above is also suitable in particular for plastic materials which constitute a composite material, are used as a lacquer or generally as a coating material, or also in the case of plastic materials which constitute a three-dimensional plastic component.
  • the reactive system is injected according to a preferred variant in an injection mold.
  • the plastic mass is applied by spraying or spraying or in the form of prefabricated fabrics (so-called "prepregs") inserted into the mold.
  • prepregs are resin-impregnated mats or plates in which the reactive system is in the form of a solidified melt.
  • the method is suitable for plastic compositions which represent a coating on a surface of a substrate, wherein the substrate may in particular also be a motor vehicle body or a part / module of a motor vehicle body.
  • Modules of a motor vehicle body may be the frame (“spaceframe”), frame parts and attachments such as roof, hoods, fenders, side panels, doors and various small parts.
  • the reactive system is applied to the substrate in a dip-coating operation, while according to another preferred variant, an application is carried out by means of spraying or spraying.
  • the system in providing the reactive system, first the system is mixed with substantially all components except the microencapsulated component and only then the microencapsulated component is added to the reactive system. This is recommended, for example, when an activated reactive component is used, in particular in the form of a long-lived radical.
  • the reactive system used can be present on the one hand as a dispersion (soft, deformable mobile microcapsules in liquid) or as a suspension (solid, hard microcapsules in liquid) or of a combination of soft and hard microcapsules in a liquid.
  • the reactive system is present in a mixture of pulverulent components and the microencapsulated component and is therefore processed as a pulverulent solid mixture.
  • the activation of the microencapsulated component can be carried out before or even during the addition to the reactive system.
  • the activation of the microencapsulated component can be realized as a sub-step of the conditioning.
  • the invention also relates, as mentioned above, to two-component or multi-component reactive systems according to claim 11, in particular for use in one of the above-mentioned processes, in which the reactive coating system comprises two or more reactive components, at least one of the components being present in encapsulated form whose encapsulation is destructible by means of pressure reduction.
  • the encapsulated component of the reactive systems according to the invention comprises in particular an initiator, a catalyst and / or a reaction accelerator for the curing reaction of the reactive system.
  • the microcapsules contain radicals, such as those resulting from the UV irradiation of UV photoinitiators.
  • Particularly preferred two- or multi-component reactive systems are designed as a lacquer formulation, as an adhesive formulation, as a casting compound or as a mat or fiber-containing panels.
  • Another preferred form of the two-component or multi-component reactive system according to the invention is that of a composite material, the material in particular comprising oriented or non-oriented short, long or continuous fibers selected from the group of glass fibers, carbon fibers, ceramic fibers, natural fibers and / or polymer fibers.
  • particularly preferred reactive systems comprise additives, in particular in the form of colorants and fillers (pigments, dyes, etc.), and auxiliaries (leveling agents, plasticizers, light stabilizers, etc.).
  • the reactive systems according to the invention preferably use microcapsules of an inorganic compound which are based in particular on SiO 2 , an average wall thickness of the encapsulation of from approximately 4 to approximately 100 nanometers, in particular approximately 10 to approximately 75 nanometers, is selected. With such wall thicknesses, it is ensured that the reactive system can be applied as a coating with the customary technical aids, used as a casting compound in the production of three-dimensional objects or can also be used to form composite materials during processing.
  • an upper limit of the wall thickness of preferably about
  • the encapsulation is carried out based on an organic compound (polymer shell), wherein then average wall thicknesses in the range of about 10 to about 50 nanometers are preferred.
  • the encapsulated component can be safely handled in the reactive system in the typical method for applying the reactive system as a coating on substrates, when used as a casting material and / or during processing into composite materials.
  • the encapsulation may be made of especially organic materials based on waxes or gelatin.
  • the microcapsules In order to ensure a uniform distribution of the microencapsulated component in the reactive system and thus in all parts by volume uniform reaction conditions, it is recommended that the microcapsules with a mean capsule diameter of about 20 nm to about 10,000 nm, in particular about 20 nm to ca 1,000 nm, to use.
  • a blowing agent is enclosed in the microcapsule.
  • blowing agents in particular solvents, having a vapor pressure of about 20 mbar or more at 20 ° C.
  • the reactive systems of the invention may be designed according to a particular embodiment as a pasty mass.
  • the reactive system according to the invention is designed as a curable melt.
  • Two- or multi-component reactive systems for the processes of the following Examples 1 to 6 can be e.g. develop from the reactive systems described in EP 1 497 338 Bl, to which reference is made in its entirety. In particular, reference may be made to the embodiments of EP 1 497 338 Bl.
  • they are added according to the present invention in microencapsulated form to the reactive systems. The photoinitiators are still activated in the microencapsulated state by irradiation and the reactive system is subsequently applied to the substrates to be coated or injected into corresponding molds. Thereafter, the activated photoinitiators are released from the microcapsules, as described in detail in Examples 1 to 6 below.
  • a workpiece for example a motor vehicle body or a motor vehicle module, is provided with a lacquer layer, for example a clear lacquer.
  • a lacquer layer for example a clear lacquer.
  • the workpiece is placed in a chamber and optionally exposed for about 10 minutes to a slight negative pressure of about 0.8 to 0.9 bar (absolute), whereby the residual solvent escapes from the paint film and thus dries the paint film.
  • the pressure in the chamber is abruptly lowered (by opening a valve to a parallel chamber under vacuum) to approximately 0.2 bar to 0.1 bar (absolute).
  • the microcapsules contained in the reactive system of the paint film break down within a short time and the curing component is released and causes within a short time (10 seconds to 2 minutes) the curing of the paint film.
  • a workpiece for. B. a motor vehicle body or a motor vehicle module, with a lacquer layer, e.g. a clearcoat, provided.
  • the workpiece is placed in a paint dryer, where the workpiece is exposed to a temperature increased by 40 to 120 K relative to the ambient temperature for about 5 to 15 minutes, whereby the residual solvent escapes from the paint film and thus dries the paint film.
  • the workpiece is placed in a chamber and lowered within a few minutes or seconds (by opening a valve to a parallel chamber under vacuum), the pressure in the chamber to less than 0.1 bar.
  • the microcapsules contained in the reactive system of the paint film break and the curing component is released and causes within a short time (10 seconds to 2 minutes), the curing of the paint film.
  • a workpiece for example a motor vehicle component or a motor vehicle module, with a paint layer, for.
  • a clearcoat provided as a clearcoat.
  • the reactive system of the clearcoat composition is treated during application of the clearcoat to the component or module by means of UV radiation and thus activates its microencapsulated component.
  • the workpiece is placed in a paint dryer, where the workpiece is exposed to a temperature increased by 40 to 120 K from the ambient temperature for about 5 to 15 minutes and / or a slight negative pressure of about 0.8 to 0.9 bar (absolute ), whereby the residual solvent escapes from the paint film and thus dries the paint film.
  • the workpiece is placed in a chamber and within 2 minutes or abruptly (eg by opening a valve to a parallel chamber under vacuum), the pressure in the chamber to about 0.1 bar (absolute), ie. by a pressure difference of about 0.7 bar to 0.8 bar compared to the previously set pressure level or by a pressure difference of 0.9 bar lowered to atmospheric pressure.
  • the microcapsules contained in the reactive system of the paint film break and the activated curing component is released and causes within a short time (10 seconds to 2 minutes), the curing of the paint film.
  • a two- or multi-component plastic material (reactive system) is injected into a mold with or without inserted fiber reinforcement. Subsequently (or even during the injection), the workpiece formed by the tool shape is heated in the workpiece shape by 20 to 80 K from the original temperature and simultaneously increased in proportion to the temperature increase of the ambient pressure to a maximum of 10 bar (absolute). After uniform heating, the workpiece in the mold is abruptly lowered back to atmospheric pressure conditions. The microcapsules contained in the plastic compound break and the curing component is released and causes within a short time (10 seconds to 2 minutes) the curing of the plastic or composite part.
  • a two- or multi-component plastic material (reactive system) is injected into a mold with or without inserted fiber reinforcement. Subsequently (or already during the injection), the workpiece formed by the tool mold is exposed in the workpiece mold to an ambient pressure (negative pressure) which is reduced compared to standard conditions, in particular atmospheric pressure. After reaching the maximum negative pressure of about 0.1 bar or less, the microcapsules contained in the plastic mass break and the curing component is released and effected within a short time
  • a two- or multi-component Injected plastic mass in a mold with or without inserted fiber reinforcement part, a two- or multi-component Injected plastic mass (reactive system).
  • the plastic mass Before injection, the plastic mass is irradiated in the supply line for up to a maximum of 1 minute with UV radiation, resulting in activation of the component contained in the microcapsules.
  • the workpiece formed by the tool mold is exposed in the workpiece mold to a negative pressure. After reaching the maximum negative pressure of about 0.1 bar or less, the microcapsules contained in the plastic mass break and the curing component is released and causes within a short time (10 seconds to 2 minutes), the curing of the plastic or composite part.

Landscapes

  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
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Abstract

Um ein Verfahren zum Beschichten und/oder Lackieren von Fahrzeugteilen bereitzustellen, mit dem bei komplexen Formen der Fahrzeugteile auch schwer zugängliche Bereiche in guter Qualität beschichtet bzw. lackiert werden können, wird ein die folgenden Schritte umfassendes Verfahren vorgeschlagen: - Bereitstellen eines Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystems, welches mindestens eine der Komponenten in einer mikroverkapselten Form umfasst; - Auftragen des Reaktivsystems auf einen Oberflächenbereich eines Fahr- zeugteils; - Konditionieren des Fahrzeugteils mit dem darauf aufgetragenen Reaktivsystem auf vorgegebene Reaktionsbedingungen; - Änderung, insbesondere Verminderung, eines auf das Reaktivsystem einwirkenden Drucks (Umgebungsdruck) zur Freisetzung der mikroverkapselten Komponente; und - Reagierenlassen des Reaktivsystems unter Bildung einer ausgehärteten Beschichtung bzw. Lackschicht.

Description

Verfahren zum Beschichten und/oder Lackieren von Fahrzeugteilen, zur Herstellung ausgehärteter Kunststoffmassen sowie ein Zwei- oder
Mehrkomponenten-Reaktivsystem hierfür
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer ausgehärteten Kunststoffmasse basierend auf einem Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystem sowie ein hierauf abgestimmtes Reaktivsystem.
Die eingangs genannten Verfahren bzw. die dabei verwendeten Reaktivsysteme sind in vielfältiger Form bekannt, wobei bei den Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystemen mindestens eine der Komponenten in einer zerbrechlichen mikroverkapselten Form vorliegt.
Mit solchen Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystemen lassen sich beispielsweise Beschichtungen auf Substrate, insbesondere Lack- oder Klebstoff- beschichtungen, aufbringen, wie dies z.B. in der EP 0 590 975 AI beschrieben ist.
Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsysteme zur Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen sind ebenfalls bekannt.
Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsysteme werden auch verwendet, um mit Composit-Materialien, insbesondere mit Faserverbundwerkstoffen, Formkörper herzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beschichten und/oder Lackieren von Fahrzeugteilen bereitzustellen, mit dem bei komplexen Formen der Fahrzeugteile auch schwer zugängliche Bereiche in guter Qualität beschichtet bzw. lackiert werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Erfindung liegt des Weiteren ganz generell die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von ausgehärteten Kunststoffmassen basierend auf einem Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystem der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, mit dem eine ausgehärtete Kunststoffmasse mit verbesserten Eigenschaften erhalten wird .
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 2 gelöst.
Die Bereitstellung eines Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystems der genannten Art, die Konditionierung des Reaktivsystems auf vorgegebene Reaktionsbedingungen und die nachfolgende Verminderung des Umgebungsdrucks des Reaktivsystems führen zu einer Freisetzung der mikroverkapselten Komponente und damit zusammenhängend zu dem Beginn der Aushärtereaktion. Im Verlauf der genannten Aushärtereaktion ist eine Bildung einer ausgehärteten Kunststoffmasse in einer über den Querschnitt der Kunststoffmasse sehr homogenen Weise realisierbar, da einheitliche Startbedingungen für die Aushärtereaktion in praktisch allen Volumenteilen der Kunststoff masse gleichzeitig erreicht werden können.
Dies basiert auf dem Umstand, dass sich Druckänderungen mit Schallgeschwindigkeit in der (unausgehärteten) Kunststoff masse ausbreiten, einer Geschwindigkeit, die typischerweise deutlich über der Fortpflanzung von Temperaturerhöhungen (spezifische Wärmeleitfähigkeit), die im Stand der Technik sehr häufig als Mittel zum Starten des Aushärtens der Reaktivkomponente verwendet werden, liegt. Die Freisetzung der verkapselten Komponente findet erfindungsgemäß in allen Volumenteilen nahezu gleichzeitig statt. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere auch darin, dass unabhängig von der Geometrie des aus der ausgehärteten Kunststoffmasse zu bildenden Produktes, insbesondere auch in schwer zugänglichen Bereichen, die Aushärtereaktion gleichmäßig verläuft. Für Strahlungshärtungs- verfahren stellen solche schwer zugänglichen Bereiche beispielsweise solche Abschnitte des Produktes dar, die infolge Schattenbildung und/oder Abdeckung nicht oder nur schwer von der Härtungsstrahlung erreicht werden können. Bei Wärmehärtungsverfahren sind als schwer zugängliche Bereiche solche Abschnitte des Produktes anzusehen, die einen gewissen Abstand von einer Einleitungsstelle der Wärme aufweisen und die infolge einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit und/oder einer hohen Masse des Produkts nur langsam bzw. zeitlich verzögert erwärmt werden.
In einem besonders einfachen Fall wird nach einer Bereitstellung eines Zweioder Mehrkomponenten-Reaktivsystems dieses bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck lediglich einer Druckverminderung unterworfen, beispielsweise durch Unterdruck, insbesondere Anlegen eines Vakuums oder das Überführen oder Einschleusen der Kunststoff masse in eine Vakuumkammer.
Die Druckminderung kann schlagartig, d .h. im Bereich von ca. 10 bis ca.
500 Millisekunden, erfolgen oder aber allmählich, z. B. im Bereich mehrerer Minuten (z. B. ca. 1 bis ca. 5 min). In beiden Fällen lässt sich eine ausreichend gleichmäßige Freisetzung der (mikro)verkapselten Komponente und nachfolgend eine homogene Aushärtung der Kunststoff masse erzielen.
Einstellbare Druckdifferenzen liegen in besonders bevorzugten Fällen im Bereich von ca. 0,01 bar bis ca. 0,9 bar.
Je nach Art des Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystems kann es erwünscht sein, die Temperatur des Reaktivsystems anzuheben, insbesondere um Restlösemittel zu entfernen und/oder um die Aushärtereaktion der Kunststoffmasse schneller ablaufen zu lassen. Mit einer Temperaturerhöhung (bei- spielsweise ΔΤ = ca. 40 K bis ca. 120 K) verringert sich in den meisten Fällen auch die Viskosität, was zu einer Erhöhung der Druckfortpflanzungsgeschwindigkeit in der Kunststoff masse führt. Dies kann als Teilschritt des Konditionie- rungsvorgangs realisiert werden, so dass beim Beginn der Aushärtereaktion optimale Reaktionsbedingungen gegeben sind. Braucht das Erreichen einer gleichmäßigen Temperatur in der Kunststoffmasse eine gewisse Zeit, kann die Verminderung des Umgebungsdrucks bis zum Erreichen eines Temperaturgleichgewichts zurückgestellt werden, so dass die Aushärtereaktion in allen Volumenteilen unter denselben Bedingungen startet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, im Rahmen der Konditionierung, insbesondere beim Einstellen einer gegenüber der Raumtemperatur erhöhten Systemtemperatur, gegebenenfalls eine Erhöhung des Umgebungsdrucks vorzunehmen, um der Ausdehnung der Mikrokapseln und damit einem vorzeitigen Zerbrechen der Mikrokapseln entgegenzuwirken und um den Beginn der Aushärtereaktion der Kunststoff masse vor dem Erreichen einer gleichmäßigen Temperaturverteilung in derselben zu vermeiden. Erst dann wird, ausgehend von dem höheren Umgebungsdruck, eine Druckminderung vorgenommen, so dass dann bei einem auf höherer Temperatur konditionierten Reaktivsystem die Aushärtereaktion gestartet wird, die entsprechend schneller abläuft.
Bei Formkörpern wird auf diese Weise insbesondere vermieden, dass es durch unterschiedlich schnell ablaufende oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten beginnende Aushärteprozesse zu einem Verziehen und zu einem unästhetischen Aussehen des Bauteils kommt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch für die Massenproduktion von Produkten, bei denen Composit-Werkstoffe Verwendung finden. Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird nach einer Bereitstellung eines Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystems dieses in einem Autoklaven einer erhöhten Temperatur und einem wechselnden Umgebungsdruck unterworfen, beispielsweise durch die Reaktionsbedingungen festgelegtes Anlegen eines Überdrucks, eines Umgebungsdrucks und/oder eines Vakuums. Erfindungsgemäß können auch Druck-Stoßwellen vorgesehen werden, die sowohl kurzzeitige Druckerhöhungen als auch kurzzeitige Druckverminderungen in rascher Abfolge beinhalten können.
Insbesondere empfiehlt es sich, ein Reaktivsystem mit einer verkapselten Reaktivkomponente bereitzustellen, bei der diese ausgewählt ist aus Initiatoren, Katalysatoren und/oder Beschleunigern für die Aushärtereaktion. Vorzugsweise enthalten die Mikrokapseln Radikale, wie sie bei der UV-Bestrahlung von UV-Photoinitiatoren entstehen. Besonders geeignet sind langlebige und/oder stabilisierte Radikale.
Mit den genannten Modifikationen lassen sich die Eigenschaften des Reaktivsystems bei der Aushärtung auf den jeweiligen Anwendungsfall hin optimieren.
Dies ermöglicht insbesondere auch die Freisetzung von Radikalen mittels Licht, insbesondere UV-Strahlung, was als Teilschritt des Konditionierungsvorgangs in das erfindungsgemäße Verfahren integriert werden kann, oder aber bei der Bereitstellung des Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystems geschehen kann, so dass die Bedingungen zur Herstellung der radikalischen verkapselten Komponente in einfacher Weise so gewählt werden können, dass eine vollständige Aktivierung der Komponente gegeben ist und Abschattungseffekte, wie im Stand der Technik, vermieden werden.
Der Effekt der Freisetzung der mikroverkapselten Komponente kann bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens während oder nach der Verminderung des Umgebungsdrucks mittels Anwendung von Schallwellen, insbesondere Infraschall in einem Frequenzbereich von ca. 0,2 Hz bis ca. 10 Hz oder Ultraschall in einem Frequenzbereich von ca. 20 kHz bis ca. 500 kHz, unterstützt werden. Durch derartige Schallwellen sollen beispielsweise Druckstöße im Bereich von ca. 0,01 Pa bis ca. 100 Pa auf die Umgebung des Reaktivsystems einwirken.
Das vorstehend beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere auch für Kunststoffmassen, die einen Composit-Werkstoff darstellen, als Lack oder allgemein als Beschichtungsstoff Verwendung finden, oder auch bei Kunststoffmassen, die ein dreidimensionales Kunststoffbauteil darstellen. Im letzteren Fall wird das Reaktivsystem gemäß einer bevorzugten Variante in eine Spritzgussform eingespritzt. Bei einer offenen Werkzeugform wird die Kunststoffmasse mittels Spritzen oder Sprühen aufgetragen oder in Form von vorgefertigten Geweben (sog . "Prepregs") in die Form eingelegt. Bei den "Prepregs" handelt es sich um harzgetränkte Matten oder Platten, bei denen das Reaktivsystem in Form einer erstarrten Schmelze vorliegt.
Insbesondere eignet sich das Verfahren für Kunststoffmassen, die eine Be- schichtung auf einer Oberfläche eines Substrats darstellen, wobei das Substrat insbesondere auch eine Kraftfahrzeugkarosserie oder ein Teil / Modul einer Kraftfahrzeugkarosserie sein kann. Module einer Kraftfahrzeugkarosserie können der Rahmen ("Spaceframe"), Rahmenteile sowie Anbauteile wie Dach, Hauben, Kotflügel, Seitenteile, Türen und diverse Kleinteile sein .
Im letzteren Fall wird das Reaktivsystem gemäß einer bevorzugten Variante in einem Tauchbeschichtungsvorgang auf das Substrat aufgetragen, während gemäß einer anderen bevorzugten Variante ein Auftrag mittels Spritzen oder Sprühen vorgenommen wird .
Beide Arten des Auftragens sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren problemlos möglich, da das Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystem so konzipiert ist, dass die Mikrokapseln erst unter Druckverminderung die verkapselte Reaktivkomponente freigeben, so dass die Handhabung des Reaktivsystems bei diesem Vorgang noch nicht zu einem Beginn der Aushärtereaktion führt. Auch unter diesen Umständen wird sichergestellt, dass ein gleichmäßiger Reaktionsstart in allen Teilen der Kunststoffmasse erfolgt.
Bei einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung wird bei der Bereitstellung des Reaktivsystems zunächst das System mit im Wesentlichen allen Komponenten mit Ausnahme der mikroverkapselten Komponente gemischt und erst dann die mikroverkapselte Komponente dem Reaktivsystem zugegeben. Dies empfiehlt sich beispielsweise dann, wenn eine aktivierte Reaktivkomponente verwendet wird, insbesondere in Form eines langlebigen Radikals.
Das verwendete Reaktivsystem kann einerseits als Dispersion (weiche, deformierbare bewegliche Mikrokapseln in Flüssigkeit) oder als Suspension (feste, harte Mikrokapseln in Flüssigkeit) oder aus einer Kombination von weichen und harten Mikrokapseln in einer Flüssigkeit vorliegen. Andererseits ist es vorstellbar, dass das Reaktivsystem in einer Mischung von pulverförmigen Komponenten und der mikroverkapselten Komponente vorliegt und demnach als pulverförmige Feststoffmischung verarbeitet wird.
Die Aktivierung der mikroverkapselten Komponente kann vor oder auch bei der Zugabe zu dem Reaktivsystem vorgenommen werden.
Alternativ kann die Aktivierung der mikroverkapselten Komponente als Teilschritt der Konditionierung realisiert werden.
Die Erfindung betrifft, wie eingangs erwähnt, auch Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsysteme nach Anspruch 11, insbesondere zur Verwendung in einem der vorstehend erwähnten Verfahren, bei welchen das Reaktivbeschich- tungssystem zwei oder mehr Reaktivkomponenten umfasst, wobei mindestens eine der Komponenten in verkapselter Form vorliegt, deren Verkapselung mittels Druckminderung zerstörbar ist. Die verkapselte Komponente der erfindungsgemäßen Reaktivsysteme umfasst insbesondere einen Initiator, einen Katalysator und/oder einen Reaktionsbeschleuniger für die Aushärtereaktion des Reaktivsystems. Vorzugsweise enthalten die Mikrokapseln Radikale, wie sie bei der UV- Bestrahlung von UV-Photoinitiatoren entstehen.
Besonders bevorzugte Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsysteme sind als Lack-Formulierung, als Klebstoff-Formulierung, als Gießmasse oder als Matten oder Fasern enthaltende Platten ausgelegt.
Eine weitere bevorzugte Form des erfindungsgemäßen Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystems ist die eines Composit-Werkstoffs, wobei der Werkstoff insbesondere orientierte oder nicht orientierte Kurz-, Lang- oder Endlos- Fasern umfasst, ausgewählt aus der Gruppe von Glasfasern, Kohlefasern, Keramikfasern, Naturfasern und/oder Polymerfasern.
Des Weiteren umfassen besonders bevorzugte Reaktivsysteme Additive, insbesondere in Form von Farbmitteln und Füllstoffen (Pigmente, Farbstoffe, usw.) sowie Hilfsstoffen (Verlaufshilfsmittel, Weichmacher, Lichtschutzmittel, usw.).
Bei der Mikroverkapselung werden bei den erfindungsgemäßen Reaktivsystemen bevorzugt Mikrokapseln einer anorganischen Verbindung zum Einsatz kommen, die insbesondere auf Si02 basiert, wobei eine mittlere Wanddicke der Verkapselung von ca. 4 bis ca. 100 Nanometer, insbesondere ca. 10 bis ca. 75 Nanometer, gewählt wird . Bei solchen Wanddicken ist sichergestellt, dass das Reaktivsystem mit den üblichen technischen Hilfsmitteln als Be- schichtung aufgebracht, als Gießmasse bei der Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen verwendet oder auch bei der Verarbeitung zu Composit- Werkstoffen verwendet werden kann.
Andererseits sollte eine Obergrenze der Wanddicke von vorzugsweise ca.
50 Nanometer beachtet werden, damit mit wirtschaftlichen Mitteln eine ausrei- chende Druckminderung dargestellt werden kann, die zur Öffnung der Mikrokapseln und Freisetzung der verkapselten Komponente führen.
Bei einem alternativen erfindungsgemäßen Reaktivsystem ist die Verkapselung auf einer organischen Verbindung (Polymerhülle) basierend ausgeführt, wobei dann mittlere Wanddicken im Bereich von ca. 10 bis ca. 50 Nanometer bevorzugt sind .
Auch hier ist wieder gewährleistet, dass die verkapselte Komponente in dem Reaktivsystem sicher gehandhabt werden kann bei dem typischen Verfahren zum Auftragen des Reaktivsystems als Beschichtung auf Substraten, bei der Verwendung als Gießmasse und/oder bei der Verarbeitung zu Compositwerk- stoffen.
In weiteren alternativen Reaktivsystemen kann die Verkapselung aus insbe- sonders organischem Materialien ausgeführt sein, die auf Wachsen oder Gelatine basieren.
Um eine möglichst gleiche Verteilung der mikroverkapselten Komponente in dem Reaktivsystem und damit in allen Volumenteilen gleichmäßige Reaktionsbedingungen sicher zu stellen, wird empfohlen, die Mikrokapseln mit einem mittleren Kapseldurchmesser von ca. 20 nm bis zu ca. 10.000 nm, insbesondere ca. 20 nm bis ca. 1.000 nm, zu verwenden.
Um die Freisetzung der verkapselten Komponente aus den Mikrokapseln zu erleichtern, kann bei bevorzugten erfindungsgemäßen Reaktivsystemen vorgesehen sein, dass neben der eigentlichen Reaktivkomponente ein Treibmittel in der Mikrokapsel eingeschlossen ist.
Bevorzugt sind Treibmittel, insbesondere Lösemittel, mit einem Dampfdruck von ca. 20 mbar oder mehr bei 20 °C. Die erfindungsgemäßen Reaktivsysteme können gemäß einer besonderen Ausführungsform als pastöse Masse gestaltet sein.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Reaktivsystem als aushärtbare Schmelze ausgelegt.
Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Beispielen noch näher erläutert.
Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsysteme für die Verfahren der folgenden Beispiele 1 bis 6 lassen sich z.B. aus den in der EP 1 497 338 Bl beschriebenen Reaktivsystemen entwickeln, auf die hier vollumfänglich Bezug genommen wird . Insbesondere darf auf die Ausführungsbeispiele der EP 1 497 338 Bl verwiesen werden. Anstatt die Photoinitiatoren den Reaktivsystemen direkt zuzugeben, werden diese entsprechend der vorliegenden Erfindung in mikrover- kapselter Form den Reaktivsystemen beigegeben. Die Photoinitiatoren werden noch in mikroverkapseltem Zustand durch Bestrahlung aktiviert und das Reaktivsystem nachfolgend auf die zu beschichtenden Substrate aufgetragen bzw. in entsprechende Werkzeugformen eingespritzt. Danach werden die aktivierten Photoinitiatoren aus den Mikrokapseln freigesetzt, wie dies im Folgenden in den Beispielen 1 bis 6 im Einzelnen beschrieben wird.
In einem ersten Ausführungsbeispiel wird ein Werkstück, z.B. eine Kraftfahrzeugkarosserie oder ein Kraftfahrzeugmodul, mit einer Lackschicht, z.B. einem Klarlack, versehen. Anschließend wird das Werkstück in eine Kammer gebracht und optional ca. 10 Minuten einem leichten Unterdruck von ca. 0,8 bis 0,9 bar (absolut) ausgesetzt, wodurch das restliche Lösemittel aus dem Lackfilm entweicht und damit der Lackfilm trocknet. Anschließend wird schlagartig (durch Öffnen eines Ventils zu einer unter Vakuum stehenden parallelen Kammer) der Druck in der Kammer auf näherungsweise 0,2 bar bis 0,1 bar (absolut) abgesenkt. Dabei zerbrechen innerhalb kurzer Zeit die im Reaktivsystem des Lackfilms enthaltenen Mikrokapseln und die Härtungskomponente wird freigesetzt und bewirkt innerhalb kurzer Zeit (10 Sekunden bis 2 Minuten) die Aushärtung des Lackfilms.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Werkstück, z. B. eine Kraftfahrzeugkarosserie oder ein Kraftfahrzeugmodul, mit einer Lackschicht, z.B. einem Klarlack, versehen. Anschließend wird das Werkstück in einen Lacktrockner gebracht, wo das Werkstück einer um 40 bis 120 K erhöhten Temperatur gegenüber der Umgebungstemperatur ca. 5 bis 15 Minuten ausgesetzt wird, wodurch das restliche Lösemittel aus dem Lackfilm entweicht und damit der Lackfilm trocknet. Anschließend wird das Werkstück in eine Kammer gebracht und innerhalb von wenigen Minuten oder Sekunden (durch Öffnen eines Ventils zu einer unter Vakuum stehenden parallelen Kammer) der Druck in der Kammer auf unter 0,1 bar abgesenkt. Dabei zerbrechen die im Reaktivsystem des Lackfilms enthaltenen Mikrokapseln und die Härtungskomponente wird freigesetzt und bewirkt innerhalb kurzer Zeit (10 Sekunden bis 2 Minuten) die Aushärtung des Lackfilms.
In einem dritten Ausführungsbeispiel wird ein Werkstück, z.B. ein Kraftfahrzeugbauteil oder ein Kraftfahrzeugmodul, mit einer Lackschicht, z. B. einem Klarlack, versehen. Das Reaktivsystem der Klarlackzusammensetzung wird während des Auftragens des Klarlacks auf das Bauteil oder Modul mittels UV- Strahlung behandelt und damit dessen mikroverkapselte Komponente aktiviert. Bedarfsweise wird das Werkstück in einen Lacktrockner gebracht, wo das Werkstück einer um 40 bis 120 K erhöhten Temperatur gegenüber der Umgebungstemperatur ca. 5 bis 15 Minuten ausgesetzt wird und/oder einem leichten Unterdruck von ca. 0,8 bis 0,9 bar (absolut), wodurch das restliche Lösemittel aus dem Lackfilm entweicht und damit der Lackfilm trocknet. Anschließend wird das Werkstück in eine Kammer gebracht und innerhalb von 2 Minuten oder schlagartig (z.B. durch Öffnen eines Ventils zu einer unter Vakuum stehenden parallelen Kammer) der Druck in der Kammer auf ca. 0,1 bar (absolut), d .h . um eine Druckdifferenz von ca. 0,7 bar bis 0,8 bar gegenüber dem zuvor eingestellten Druckniveau bzw. um eine Druckdifferenz von 0,9 bar gegenüber Atmosphärendruck abgesenkt. Dabei zerbrechen die im Reaktivsystem des Lackfilms enthaltenen Mikrokapseln und die aktivierte Härtungskomponente wird freigesetzt und bewirkt innerhalb kurzer Zeit (10 Sekunden bis 2 Minuten) die Aushärtung des Lackfilms.
In einem vierten Ausführungsbeispiel wird in eine Werkzeugform mit oder ohne eingelegten Faserverstärkungsteil eine Zwei- oder Mehrkomponenten- Kunststoffmasse (Reaktivsystem) eingespritzt. Anschließend (oder auch schon während des Einspritzens) wird das durch die Werkzeugform gebildete Werkstück in der Werkstückform um 20 bis 80 K gegenüber der Ursprungstemperatur aufgeheizt und gleichzeitig proportional zur Temperaturerhöhung der Umgebungsdruck bis maximal 10 bar (absolut) erhöht. Nach dem gleichmäßigen Erwärmen wird das Werkstück in der Werkzeugform schlagartig wieder auf Atmosphärendruckbedingungen abgesenkt. Dabei zerbrechen die in der Kunststoffmasse enthaltenen Mikrokapseln und die Härtungskomponente wird freigesetzt und bewirkt innerhalb kurzer Zeit (10 Sekunden bis 2 Minuten) die Aushärtung des Kunststoff- oder Composite-Teils.
In einem fünften Ausführungsbeispiel wird in eine Werkzeugform mit oder ohne eingelegten Faserverstärkungsteil eine Zwei- oder Mehrkomponenten- Kunststoffmasse (Reaktivsystem) eingespritzt. Anschließend (oder auch schon während des Einspritzens) wird das durch die Werkzeugform gebildete Werkstück in der Werkstückform einem gegenüber Normbedingungen, insbesondere Atmosphärendruck reduzierten Umgebungsdruck (Unterdruck) ausgesetzt. Nach dem Erreichen des maximalen Unterdrucks von ca. 0,1 bar oder weniger zerbrechen die in der Kunststoff masse enthaltenen Mikrokapseln und die Härtungskomponente wird freigesetzt und bewirkt innerhalb kurzer Zeit
(10 Sekunden bis 2 Minuten) die Aushärtung des Kunststoff- oder Composite- Teils.
In einem sechsten Ausführungsbeispiel wird in eine Werkzeugform mit oder ohne eingelegten Faserverstärkungsteil eine Zwei- oder Mehrkomponenten- Kunstoffmasse (Reaktivsystem) eingespritzt. Vor dem Einspritzen wird die Kunststoff masse in der Zuführungsleitung bis zu maximal 1 Minute mit UV- Strahlung bestrahlt, was zu einer Aktivierung der in den Mikrokapseln enthaltenen Komponente führt. Anschließend (oder auch schon während des Einspritzens) wird das durch die Werkzeugform gebildete Werkstück in der Werkstückform einem Unterdruck ausgesetzt. Nach dem Erreichen des maximalen Unterdrucks von ca. 0,1 bar oder weniger zerbrechen die in der Kunststoffmasse enthaltenen Mikrokapseln und die Härtungskomponente wird freigesetzt und bewirkt innerhalb kurzer Zeit (10 Sekunden bis 2 Minuten) die Aushärtung des Kunststoff- oder Composite-Teils.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Beschichten und/oder Lackieren von Fahrzeugteilen unter Verwendung eines Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystems, umfassend die Schritte
Bereitstellen eines Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystems, welches mindestens eine der Komponenten in einer mikroverkap- selten Form umfasst;
Auftragen des Reaktivsystems auf einen Oberflächenbereich eines Fahrzeugteils;
Konditionieren des Fahrzeugteils mit dem darauf aufgetragenen Reaktivsystem auf vorgegebene Reaktionsbedingungen;
Verminderung eines auf das Reaktivsystem einwirkenden Drucks (Umgebungsdruck) zur Freisetzung der mikroverkapselten Komponente; und
Reagierenlassen des Reaktivsystems unter Bildung einer ausgehärteten Beschichtung bzw. Lackschicht.
Verfahren zur Herstellung einer ausgehärteten Kunststoff masse basierend auf einem Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystem, umfassend die Schritte
Bereitstellen eines Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystems, welches mindestens eine der Komponenten in einer mikroverkapselten Form umfasst;
Konditionieren des Reaktivsystems auf vorgegebene Reaktionsbedingungen;
Verminderung eines auf das Reaktivsystem einwirkenden Drucks (Umgebungsdruck) zur Freisetzung der mikroverkapselten Komponente; und
Reagierenlassen des Reaktivsystems unter Bildung der ausgehärteten Kunststoffmasse.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystem bei Normbedingungen, insbesondere Atmosphärendruck, bereitgestellt und aufgetragen wird und dass die Verminderung des Drucks das Anlegen eines gegenüber Normbedingungen und/oder Atmosphärendruck verminderten Druckniveaus in der Umgebung des Reaktivsystems (Unterdruck) umfasst.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Konditionieren eine Erhöhung der Temperatur des Reaktivsystems umfasst.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reaktivsystem eine verkapselte Reaktivkomponente umfasst, die ausgewählt ist aus Initiatoren, Katalysatoren und/oder Beschleunigern für die Aushärtereaktion.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mikro- verkapselte Komponente eine aktivierte Reaktivkomponente, insbesondere eine ein chemisches Radikal beinhaltende Reaktivkomponente, umfasst.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der verkapselten Reaktivkomponente noch in mikroverkapseltem Zustand erfolgt und das Reaktivsystem nachfolgend auf einen zu beschichtenden Oberflächenbereich aufgetragen oder in eine Werkzeugform eingespritzt wird .
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktivsystem während oder nach der Änderung des Umgebungsdrucks des Reaktivsystems mit Schallwellen, insbesondere Infra- oder Ultraschall, beaufschlagt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmasse eine Beschichtung auf der Oberfläche eines Substrats ist, wobei das Substrat eine Kraftfahrzeugkarosserie oder ein Kraftfahrzeugteil/-Modul ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung des Reaktivsystems im Wesentlichen alle Komponenten mit Ausnahme der mikroverkapselten Komponente gemischt werden und nachfolgend, insbesondere mit einem zeitlichen Abstand, die mikroverkapselte Komponente dem Reaktivsystem zugegeben wird, wobei
die mikroverkapselte Komponente vor oder bei der Zugabe zu dem Reaktivsystem aktiviert wird, wobei
die Aktivierung insbesondere als Teilschritt der Konditionierung vorgenommen wird .
Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystem, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktivbeschichtungs- system zwei oder mehr Reaktivkomponenten umfasst, wobei mindestens eine der Komponenten in verkapselter Form vorliegt, deren Ver- kapselung mittels Druckminderung zerstörbar ist.
Reaktivsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Lackformulierung, eine Klebstoffformulierung und/oder eine Gießmasse ist.
Reaktivsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das System einen Composite-Werkstoff umfasst, wobei der Werkstoff insbesondere Fasern, ausgewählt aus der Gruppe Glasfasern, Kohlefasern, Keramikfasern, Naturfasern und/oder Polymerfasern, enthält und/oder eine mit dem Reaktivsystem getränkte Matte oder Platte aus Fasern umfasst.
14. Reaktivsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die verkapselte Komponente einen Initiator, einen Katalysator und/oder einen Reaktionsbeschleuniger umfasst.
15. Reaktivsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktivsystem Additive, insbesondere Pigmente, Verlaufshilfsmittel, Füllstoffe, Weichmacher und/oder Lichtschutzmittel, enthält.
16. Reaktivsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokapseln auf einer anorganischen Verbindung, insbesondere Si02, basieren und eine mittlere Wanddicke von ca. 10 bis ca. 100 Nanometer aufweisen oder dass die Mikrokapseln auf einer organischen Verbindung basieren und eine mittlere Wanddicke von ca. 10 bis ca. 50 Nanometer aufweisen.
17. Reaktivsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in den Mikrokapseln neben der Komponente ein Treibmittel enthalten ist, dessen Dampfdruck bei 20 °C einen Wert von ca.
20 mbar oder mehr aufweist.
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