EP2718025B1 - Method for coating and/or painting vehicle parts, for producing cured polymer compounds and a two- or multi-component reactive system therefor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer ausgehärteten Kunststoffmasse basierend auf einem Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystem sowie ein hierauf abgestimmtes Reaktivsystem.The invention relates to a method for producing a cured plastic compound based on a two- or multi-component reactive system and a reactive system coordinated therewith.
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.The processes mentioned at the outset and the reactive systems used are known in a wide variety of forms, with at least one of the components in the two- or multi-component reactive systems being in a fragile, microencapsulated form.
Mit solchen Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsystemen lassen sich beispielsweise Beschichtungen auf Substrate, insbesondere Lack- oder Klebstoffbeschichtungen, aufbringen, wie dies z.B. in der
Aus der
Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsysteme zur Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen sind ebenfalls bekannt.Two- or multi-component reactive systems for the production of three-dimensional objects are also known.
Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsysteme werden auch verwendet, um mit Composit-Materialien, insbesondere mit Faserverbundwerkstoffen, Formkörper herzustellen.Two- or multi-component reactive systems are also used to produce molded bodies with composite materials, in particular with fiber composite materials.
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.The invention is based on the object of providing a method for coating and / or painting vehicle parts with which, in the case of complex shapes of the vehicle parts, even areas that are difficult to access can be coated or painted in good quality.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a method having the features of claim 1.
Die Offenbarung betrifft auch 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.The disclosure also relates to a method for producing cured plastic compounds based on a two- or multi-component reactive system of the type described at the outset, with which a cured plastic compound with improved properties is obtained.
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 Kunststoffmasse gleichzeitig erreicht werden können.The provision of a two- or multi-component reactive system of the type mentioned, the conditioning of the reactive system to specified reaction conditions and the subsequent reduction in the ambient pressure of the reactive system lead to a release of the microencapsulated component and, associated therewith, to the start of the curing reaction. In the course of the curing reaction mentioned, a cured plastic mass can be formed in a very homogeneous manner over the cross section of the plastic mass, since uniform starting conditions for the curing reaction can be achieved in practically all parts of the volume of the plastic mass at the same time.
Dies basiert auf dem Umstand, dass sich Druckänderungen mit Schallgeschwindigkeit in der (unausgehärteten) Kunststoffmasse 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.This is based on the fact that pressure changes propagate through the (uncured) plastic mass at the speed of sound, a speed that is typically well above the propagation of temperature increases (specific thermal conductivity), which in the prior art are very often used as a means of starting the curing of the reactive component used lies. According to the invention, the release of the encapsulated component takes place almost simultaneously in all parts of the volume.
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 Strahlungshärtungsverfahren 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.Another advantage of the present invention is in particular that the curing reaction proceeds uniformly regardless of the geometry of the product to be formed from the cured plastic compound, in particular also in areas that are difficult to access. For radiation curing processes, such areas of the product that are difficult to access represent, for example, those sections of the product which, due to the formation of shadows and / or covering, cannot or can only be reached with difficulty by the curing radiation. In the case of heat curing processes, areas of the product that are difficult to access are those sections of the product that are at a certain distance from a point of introduction of heat and that are heated only slowly or with a time delay due to a low thermal conductivity and / or a high mass of the product.
In einem besonders einfachen Fall wird nach einer Bereitstellung eines Zwei-oder Mehrkomponenten-Reaktivsystems dieses bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck lediglich einer Druckverminderung unterworfen, beispielsweise durch Unterdruck, insbesondere Anlegen eines Vakuums oder das Überführen oder Einschleusen der Kunststoffmasse in eine Vakuumkammer.In a particularly simple case, after a two- or multi-component reactive system has been provided, it is only subjected to a pressure reduction at ambient temperature and pressure, for example by negative pressure, in particular applying a vacuum or transferring or channeling the plastic compound into a vacuum chamber.
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 Kunststoffmasse erzielen.The pressure reduction can be sudden, i.e. in the range from about 10 to about 500 milliseconds, or else gradually, e.g. in the range of several minutes (e.g. approx. 1 to approx. 5 min). In both cases, a sufficiently uniform release of the (micro) encapsulated component and subsequently a homogeneous curing of the plastic compound can be achieved.
Einstellbare Druckdifferenzen liegen in besonders bevorzugten Fällen im Bereich von ca. 0,01 bar bis ca. 0,9 bar.In particularly preferred cases, adjustable pressure differences are in the range from approx. 0.01 bar to approx. 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 (beispielsweise ΔT = ca. 40 K bis ca. 120 K) verringert sich in den meisten Fällen auch die Viskosität, was zu einer Erhöhung der Druckfortpflanzungsgeschwindigkeit in der Kunststoffmasse führt. Dies kann als Teilschritt des Konditionierungsvorgangs 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.Depending on the type of two- or multi-component reactive system, it may be desirable to raise the temperature of the reactive system, in particular to remove residual solvents and / or to allow the curing reaction of the plastic compound to proceed more quickly. With a temperature increase (for example ΔT = approx. 40 K to approx. 120 K) in most cases the viscosity also decreases, which leads to an increase in the speed of pressure propagation in the plastic compound. This can be implemented as a partial step of the conditioning process, so that optimal reaction conditions are given at the beginning of the curing reaction. If it takes a certain amount of time to reach a uniform temperature in the plastic compound, the reduction in the ambient pressure can be postponed until a temperature equilibrium is reached, so that the curing reaction starts under the same conditions in all parts of the volume.
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 Kunststoffmasse 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.With the method according to the invention, it is possible, as part of the conditioning, in particular when setting a system temperature that is higher than room temperature, to increase the ambient pressure, if necessary, in order to counteract the expansion of the microcapsules and thus premature breaking of the microcapsules and to start the hardening reaction of the Plastic compound to avoid before reaching a uniform temperature distribution in the same. Only then is the pressure reduced, starting from the higher ambient pressure, so that the curing reaction is then started with a reactive system conditioned at a higher temperature, which then proceeds faster.
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.In the case of molded bodies, this in particular avoids warping and an unaesthetic appearance of the component as a result of curing processes that take place at different speeds or that begin at different times.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch für die Massenproduktion von Produkten, bei denen Composit-Werkstoffe Verwendung finden.The method according to the invention is also particularly suitable for the mass production of products in which composite materials are used.
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.According to a first embodiment of the invention, after a two- or multicomponent reactive system has been provided, it is subjected to an increased temperature and a changing ambient pressure in an autoclave, for example applying an overpressure, an ambient pressure and / or a vacuum determined by the reaction conditions. According to the invention, pressure shock waves can also be provided, which can contain both short-term pressure increases and short-term pressure decreases in rapid succession.
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.In particular, it is advisable to provide a reactive system with an encapsulated reactive component, in which this is selected from initiators, catalysts and / or accelerators for the curing reaction. The microcapsules preferably contain radicals such as those formed when UV photoinitiators are exposed to UV radiation. Long-lived and / or stabilized radicals are particularly suitable.
Mit den genannten Modifikationen lassen sich die Eigenschaften des Reaktivsystems bei der Aushärtung auf den jeweiligen Anwendungsfall hin optimieren.With the modifications mentioned, the properties of the reactive system during curing can be optimized for the particular application.
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.In particular, this also enables the release of radicals by means of light, in particular UV radiation, which can be integrated into the method according to the invention as a substep of the conditioning process, or can be done when the two- or multi-component reactive system is provided, so that the conditions for production the free-radical encapsulated component can be selected in a simple manner in such a way that the component is fully activated and shadowing effects, as in the prior art, are avoided.
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.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 the use 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 from approx. 20 kHz to approx. 500 kHz can be supported. Such sound waves should, for example, act on the environment of the reactive system in the range of approx. 0.01 Pa to approx. 100 Pa.
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.The method described above is also particularly suitable for plastic compounds that represent a composite material, are used as paint or generally as a coating material, or also for plastic compounds that represent a three-dimensional plastic component. In the latter case, according to a preferred variant, the reactive system is injected into an injection mold. In the case of an open tool mold, the plastic compound is applied by spraying or spraying or is placed in the mold in the form of pre-fabricated fabrics (so-called "prepregs"). The "prepregs" are resin-impregnated mats or panels in which the reactive system is in the form of a solidified melt.
Insbesondere eignet sich das Verfahren für Kunststoffmassen, die eine Beschichtung auf einer Oberfläche eines Substrats darstellen, wobei das Substrat erfindungsgemäß eine Kraftfahrzeugkarosserie oder ein Teil / Modul einer Kraftfahrzeugkarosserie ist. Module einer Kraftfahrzeugkarosserie können der Rahmen ("Spaceframe"), Rahmenteile sowie Anbauteile wie Dach, Hauben, Kotflügel, Seitenteile, Türen und diverse Kleinteile sein.In particular, the method is suitable for plastic compounds that represent a coating on a surface of a substrate, the substrate according to the invention being a motor vehicle body or a part / module of a motor vehicle body. Modules of a motor vehicle body can be the frame ("spaceframe"), frame parts and add-on parts such as roof, hoods, fenders, side parts, doors and various small parts.
Im letzteren Fall wird das Reaktivsystem erfindungsgemäß in einem Tauchbeschichtungsvorgang auf das Substrat aufgetragen, während gemäß einer anderen bevorzugten Variante ein Auftrag mittels Spritzen oder Sprühen vorgenommen wird.In the latter case, according to the invention, the reactive system is applied to the substrate in a dip-coating process, while according to another preferred variant, application is carried out by spraying or spraying.
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.Both types of application are easily possible with the method according to the invention, since the two- or multi-component reactive system is designed in such a way that the microcapsules only release the encapsulated reactive component when the pressure is reduced, so that the reactive system can be handled this process does not yet lead to the start of the curing reaction. Even under these circumstances, it is ensured that a uniform start of the reaction takes place in all parts of the plastic compound.
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.In a further variant of the present invention, when the reactive system is provided, the system is first mixed with essentially all components with the exception of the microencapsulated component and only then is the microencapsulated component 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.
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.The reactive system used can be a dispersion (soft, deformable, mobile microcapsules in liquid) or a suspension (solid, hard microcapsules in liquid) or a combination of soft and hard microcapsules in a liquid. On the other hand, it is conceivable that the reactive system is present in a mixture of powdery components and the microencapsulated component and is accordingly processed as a powdery solid mixture.
Die Aktivierung der mikroverkapselten Komponente kann vor oder auch bei der Zugabe zu dem Reaktivsystem vorgenommen werden.The activation of the microencapsulated component can be carried out before or also during the addition to the reactive system.
Alternativ kann die Aktivierung der mikroverkapselten Komponente als Teilschritt der Konditionierung realisiert werden.Alternatively, the activation of the microencapsulated component can be implemented as a conditioning substep.
Die Offenbarung betrifft auch Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsysteme, insbesondere zur Verwendung in einem der vorstehend erwähnten Verfahren, bei welchen das Reaktivbeschichtungssystem zwei oder mehr Reaktivkomponenten umfasst, wobei mindestens eine der Komponenten in verkapselter Form vorliegt, deren Verkapselung mittels Druckminderung zerstörbar ist.The disclosure also relates to two- or multi-component reactive systems, in particular for use in one of the above-mentioned methods, in which the reactive coating system comprises two or more reactive components, at least one of the components being in an encapsulated form, the encapsulation of which can be destroyed by reducing the pressure.
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.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 preferably contain radicals such as those formed when UV photoinitiators are exposed to UV radiation.
Die Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsysteme sind erfindungsgemäß als Lack-Formulierung ausgelegt.According to the invention, the two- or multi-component reactive systems are designed as a paint formulation.
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 EndlosFasern umfasst, ausgewählt aus der Gruppe von Glasfasern, Kohlefasern, Keramikfasern, Naturfasern und/oder Polymerfasern.Another preferred form of the two- 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.
Des Weiteren umfassen besonders bevorzugte Reaktivsysteme Additive, insbesondere in Form von Farbmitteln und Füllstoffen (Pigmente, Farbstoffe, usw.) sowie Hilfsstoffen (Verlaufshilfsmittel, Weichmacher, Lichtschutzmittel, usw.).Furthermore, particularly preferred reactive systems include additives, in particular in the form of colorants and fillers (pigments, dyes, etc.) and auxiliaries (leveling aids, plasticizers, light stabilizers, etc.).
Bei der Mikroverkapselung werden bei den erfindungsgemäßen Reaktivsystemen bevorzugt Mikrokapseln einer anorganischen Verbindung zum Einsatz kommen, die insbesondere auf SiO2 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 Beschichtung aufgebracht, als Gießmasse bei der Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen verwendet oder auch bei der Verarbeitung zu CompositWerkstoffen verwendet werden kann.In the case of microencapsulation, the reactive systems according to the invention preferably use microcapsules of an inorganic compound based in particular on SiO 2 , with an average wall thickness of the encapsulation of approx. 4 to approx. 100 nanometers, in particular approx. 10 to approx. 75 nanometers, is chosen. With such wall thicknesses, it is ensured that the reactive system can be applied as a coating with the usual technical aids, used as a casting compound in the manufacture of three-dimensional objects or also used in the processing into composite materials.
Andererseits sollte eine Obergrenze der Wanddicke von vorzugsweise ca. 50 Nanometer beachtet werden, damit mit wirtschaftlichen Mitteln eine ausreichende Druckminderung dargestellt werden kann, die zur Öffnung der Mikrokapseln und Freisetzung der verkapselten Komponente führen.On the other hand, an upper limit of the wall thickness of preferably approx. 50 nanometers should be observed so that it is sufficient with economic means Pressure reduction can be represented, which lead to the opening of the microcapsules and release of the encapsulated component.
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.In an alternative reactive system according to the invention, the encapsulation is based on an organic compound (polymer shell), in which case average wall thicknesses in the range from approx. 10 to approx. 50 nanometers are preferred.
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 und/oder bei der Verarbeitung zu Compositwerkstoffen.Here, too, it is again ensured that 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 and / or during processing into composite materials.
In weiteren alternativen Reaktivsystemen kann die Verkapselung aus insbesonders organischem Materialien ausgeführt sein, die auf Wachsen oder Gelatine basieren.In further alternative reactive systems, the encapsulation can be made from, in particular, organic materials based on waxes or gelatin.
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.In order to ensure that the microencapsulated component is distributed as uniformly as possible in the reactive system and thus uniform reaction conditions in all parts of the volume, it is recommended to use the microcapsules with an average capsule diameter of approx. 20 nm to approx. 10,000 nm, in particular approx. 20 nm to approx 1,000 nm.
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.In order to facilitate the release of the encapsulated component from the microcapsules, it can be provided in preferred reactive systems according to the invention that a propellant is enclosed in the microcapsule in addition to the actual reactive component.
Bevorzugt sind Treibmittel, insbesondere Lösemittel, mit einem Dampfdruck von ca. 20 mbar oder mehr bei 20 °C.Propellants, in particular solvents, with a vapor pressure of approx. 20 mbar or more at 20 ° C. are preferred.
Die erfindungsgemäßen Reaktivsysteme können gemäß einer besonderen Ausführungsform als pastöse Masse gestaltet sein.According to a particular embodiment, the reactive systems according to the invention can be designed as a pasty mass.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Reaktivsystem als aushärtbare Schmelze ausgelegt.According to a further particular embodiment, the reactive system according to the invention is designed as a curable melt.
Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Beispielen noch näher erläutert.These and further advantages of the present invention are explained in more detail below using examples.
Zwei- oder Mehrkomponenten-Reaktivsysteme für die Verfahren der folgenden Beispiele 1 bis 6 lassen sich z.B. aus den in der
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 a first exemplary embodiment, a workpiece, for example a motor vehicle body or a motor vehicle module, is provided with a lacquer layer, for example a clear lacquer. The workpiece is then placed in a chamber and optionally exposed to a slight negative pressure of approx. 0.8 to 0.9 bar (absolute) for approx. 10 minutes, whereby the remaining solvent escapes from the paint film and thus the paint film dries. Then suddenly (by opening a valve to a parallel chamber under vacuum) the pressure in the chamber is reduced to approximately 0.2 bar to 0.1 bar (absolute). The microcapsules contained in the reactive system of the paint film break within a short time and the hardening component is released and causes the paint film to cure within a short time (10 seconds to 2 minutes).
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 a second embodiment, a workpiece, e.g. a motor vehicle body or a motor vehicle module, with a layer of paint, e.g. a clear lacquer. The workpiece is then placed in a paint dryer, where the workpiece is exposed to a temperature that is 40 to 120 K higher than the ambient temperature for approx. 5 to 15 minutes, whereby the remaining solvent escapes from the paint film and the paint film dries. The workpiece is then placed in a chamber and within a few minutes or seconds (by opening a valve to a parallel chamber under vacuum) the pressure in the chamber is reduced to below 0.1 bar. The microcapsules contained in the reactive system of the paint film break and the hardening component is released and causes the paint film to cure within a short time (10 seconds to 2 minutes).
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 a third exemplary embodiment, a workpiece, for example a motor vehicle component or a motor vehicle module, is provided with a lacquer layer, for example a clear lacquer. The reactive system of the clear lacquer composition is treated by means of UV radiation during the application of the clear lacquer to the component or module and its microencapsulated component is activated. If necessary, the workpiece is brought into a paint dryer, where the workpiece is exposed to a temperature that is 40 to 120 K higher than the ambient temperature for approx. 5 to 15 minutes and / or a slight negative pressure of approx. 0.8 to 0.9 bar (absolute ), whereby the remaining solvent escapes from the paint film and thus the paint film dries. The workpiece is then placed in a chamber and within 2 minutes or suddenly (e.g. by opening a valve to a parallel chamber under vacuum) the pressure in the chamber is reduced to approx. 0.1 bar (absolute), ie by a pressure difference of approx. 0.7 bar to 0.8 bar compared to the previously set pressure level or by a pressure difference of 0.9 bar compared to atmospheric pressure. The microcapsules contained in the reactive system of the paint film break and the activated hardening component is released and causes the paint film to cure within a short time (10 seconds to 2 minutes).
In einem ersten Referenzbeispiel 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 a first reference example, a two-component or multi-component plastic compound (reactive system) is injected into a mold with or without an inserted fiber reinforcement part. Then (or even during injection) the workpiece formed by the tool shape is heated in the workpiece shape by 20 to 80 K compared to the original temperature and at the same time the ambient pressure is increased proportionally to the temperature increase up to a maximum of 10 bar (absolute). After the uniform heating, the workpiece in the tool mold is suddenly lowered again to atmospheric pressure conditions. The microcapsules contained in the plastic mass break and the hardening component is released and causes the plastic or composite part to harden within a short time (10 seconds to 2 minutes).
In einem zweiten Referenzbeispiel 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 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 a second reference example, a two- or multi-component plastic compound (reactive system) is injected into a mold with or without an inserted fiber reinforcement part. Subsequently (or even during the injection process) the workpiece formed by the tool shape is exposed in the workpiece shape to an ambient pressure (negative pressure) that is reduced compared to standard conditions, in particular atmospheric pressure. After reaching the maximum negative pressure of approx. 0.1 bar or less, the microcapsules contained in the plastic compound break and the hardening component is released and causes the plastic or composite part to harden within a short time (10 seconds to 2 minutes).
In einem dritten Referenzbeispiel wird in eine Werkzeugform mit oder ohne eingelegten Faserverstärkungsteil eine Zwei- oder Mehrkomponenten-Kunstoffmasse (Reaktivsystem) eingespritzt. Vor dem Einspritzen wird die Kunststoffmasse 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.In a third reference example, a two-component or multi-component plastic compound is placed in a mold with or without an inserted fiber reinforcement part (Reactive system) injected. Before the injection, the plastic compound in the supply line is irradiated with UV radiation for a maximum of 1 minute, which activates the components contained in the microcapsules. Subsequently (or even during the injection process) the workpiece formed by the tool mold is exposed to a negative pressure in the workpiece mold. After reaching the maximum negative pressure of approx. 0.1 bar or less, the microcapsules contained in the plastic compound break and the hardening component is released and causes the plastic or composite part to harden within a short time (10 seconds to 2 minutes).
Claims (13)
- Method for painting vehicle parts in the form of motor vehicle bodies or parts/modules of a motor vehicle body using a two or multi-component reactive system, comprising the steps:- providing a two or multi-component reactive system, comprising at least one of the components in a microencapsulated form;- applying the reactive system in a dip coating process or by sprinkling or spraying onto a surface area of a vehicle part;- conditioning the vehicle part having the reactive system applied thereon to predetermined reaction conditions;reducing a pressure (ambient pressure) acting on the reactive system for releasing the microencapsulated component; and- allowing the reactive system to react forming a cured paint layer.
- Method in accordance with claim 1, characterized in that the two or multi-component reactive system is provided and applied under standard conditions, in particular at atmospheric pressure, and in that the pressure reducing step comprises applying, in the environment of the reactive system, a pressure level which, compared to that of standard conditions and/or atmospheric pressure, is reduced (i.e., a negative pressure).
- Method in accordance with claim 1 or 2, characterized in that the conditioning step comprises increasing the temperature of the reactive system.
- Method in accordance with any one of claims 1 to 3, characterized in that the reactive system comprises an encapsulated reactive component which is selected from initiators, catalysts and/or promoters for the curing reaction.
- Method in accordance with claim 4, characterized in that the microencapsulated component comprises an activated reactive component, in particular a reactive component including a chemical radical.
- Method in accordance with claim 4, characterized in that the encapsulated reactive component is activated while still in the microencapsulated state and in that the reactive system is subsequently applied to a surface area to be coated or is injected into a mould tool.
- Method in accordance with claims 1 to 6, characterized in that the reactive system has applied thereto sonic waves, in particular infrared or ultrasonic waves, during or after changing the ambient pressure of the reactive system.
- Method in accordance with any one of claims 1 to 7, characterized in that for providing the reactive system, substantially all components except for the microencapsulated component are mixed and the microencapsulated component is subsequently, in particular at a temporal distance, added to the reactive system, wherein- the microencapsulated component is activated before or during the addition thereof to the reactive system, wherein- the activation step is performed as a sub-step of the conditioning step in particular.
- Method in accordance with any one of claims 1 to 8, characterized in that the reactive system comprises a composite material, in particular wherein said material contains fibres selected from the group consisting of glass fibres, carbon fibres, ceramic fibres, natural fibres and/or polymer fibres and/or comprises a mat or board made of fibres and impregnated with the reactive system.
- Method in accordance with any one of claims 1 to 9, characterized in that the encapsulated component comprises an initiator, a catalyst and/or a reaction promoter.
- Method in accordance with any one of claims 1 to 10, characterized in that the reactive system contains additives, in particular pigments, flow improvers, fillers, plasticizers and/or light stabilizers.
- Method in accordance with any one of claims 1 to 11, characterized in that the microcapsules are based on an inorganic compound, in particular SiO2, and have a mean wall thickness of approx. 10 to approx. 100 nm or in that the microcapsules are based on an organic compound and have a mean wall thickness of approx. 10 to approx. 50 nm.
- Method in accordance with any one of claims 1 to 12, characterized in that the microcapsules have contained therein, aside from the component, an expanding agent whose vapour pressure at 20 °C has a value of approx. 20 mbar or more.
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