ES2197096T3 - Procedimiento de etapas multiples para la aplicacion sobre substratos de una base liquida y de una capa de acabado en polvo. - Google Patents

Procedimiento de etapas multiples para la aplicacion sobre substratos de una base liquida y de una capa de acabado en polvo.

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ES2197096T3
ES2197096T3 ES00930727T ES00930727T ES2197096T3 ES 2197096 T3 ES2197096 T3 ES 2197096T3 ES 00930727 T ES00930727 T ES 00930727T ES 00930727 T ES00930727 T ES 00930727T ES 2197096 T3 ES2197096 T3 ES 2197096T3
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Donaldson J. Emch
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Abstract

Un proceso para el revestimiento de un substrato metálico, que comprende las etapas de: (a) aplicar una composición de revestimiento de base líquida a una superficie del substrato metálico; (b) exponer la composición de revestimiento de base al aire que tiene una temperatura que oscila de aproximadamente 10ºC a aproximadamente 50ºC durante un periodo de al menos 5 minutos para volatilizar al menos una porción de material volátil desde la composición de revestimiento de base, siendo menor la velocidad del aire en una superficie de la composición de revestimiento de base de aproximadamente 0, 5 metros por segundo; (c) aplicar radiación infrarroja que tiene una longitud de onda de 20 micrómetros o menos y una densidad de potencia de 40 kilowatios por metro cuadrado de superficie de pared de emisor o menos y teniendo el aire caliente una temperatura que oscila de 50ºC a 110ºC simultáneamente con la composición de revestimiento de base durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, siendo menor la velocidad del aire en la superficie de la composición de revestimiento de base de aproximadamente 4 metros por segundo, incrementándose la temperatura del substrato metálico a una velocidad que oscila de aproximadamente 0, 4ºC por segundo a aproximadamente 1, 2ºC por segundo para conseguir una temperatura punta de metal del substrato que oscila de aproximadamente 120ºC a aproximadamente 165ºC, de manera que se forma una capa de base seca sobre la superficie del substrato metálico; y (d) aplicar una composición de revestimiento superior en polvo sobre la capa de base seca.

Description

Procedimiento de etapas múltiples para la aplicación sobre substratos de una capa de base líquida y de una capa de acabado en polvo.
Referencia cruzada respecto a aplicaciones relacionadas
Esta solicitud de patente está relacionada con la Patente de los Estados Unidos 6221441 titulada ``Multi-Stage Processes for Coating Substrates with Liquid Basecoat and Liquid Topcoat'', Patente de los Estados Unidos 6113764, titulada ``Processes for Coating a Metal Substrate with an Electrodeposited Coating Composition and Drying the Same'', Patente de los Estados Unidos 6200650 titulada ``Processes For Drying Primer Coating Compositions'', y Patente de los Estados Unidos 6231932 titulada ``Processes For Drying Topcoats and Multicomponent Composite Coatings On Metal And Polymeric Substrates'', todo de Donaldson J. Emch y cada una presentada al mismo tiempo con la presente solicitud.
Campo de la invención
La presente invención se refiere al secado de capas de base líquidas para aplicaciones de revestimiento para automóviles y, más particularmente, a procesos de múltiples capas para el secado de una capa de base líquida que incluye una combinación de radiación infrarroja y secado por convección para posterior aplicación de capa superior en polvo.
Antecedentes de la invención
Las carrocerías de automóviles actuales son tratadas con múltiples capas de revestimiento que no solamente mejoran la apariencia del automóvil, sino que además proporcionan protección contra corrosión, desconchado, luz ultravioleta, lluvia ácida y otras condiciones medioambientales que pueden deteriorar la apariencia del revestimiento y la carrocería del coche subyacente.
Las formulaciones de estos revestimientos pueden variar extensamente. No obstante, un reto al que miran todos los fabricantes de automóviles es cómo secar y endurecer rápidamente este revestimiento con la mínima inversión de capital y espacio de suelo, lo que es valorado al máximo en las plantas de fabricación.
Se han propuesto varias ideas para acelerar los procesos de secado y endurecimiento para revestimientos de automóviles, tales como el secado por convección de aire caliente. Aunque el secado con aire caliente es rápido, puede formarse una capa sobre la superficie del revestimiento que impide el escape de los volátiles de la composición de revestimiento y provoca ampollas, burbujas o vesículas que arruinan la apariencia del revestimiento secado.
Otros métodos y aparatos para el secado y endurecimiento de un revestimiento aplicado a una carrocería de automóvil se describen en la Patente de los Estados Unidos Nºs 4.771.728; 4.907.533; 4.908.231 y 4.943.447 en la que se calienta la carrocería del automóvil con calor radiante durante un tiempo suficiente para fraguar el revestimiento sobre las superficies de Clase A de la carrocería y posteriormente se endurece con aire caliente.
La Patente de los Estados Unidos Nº 4.416.068 describe un método y aparato para acelerar el secado y el endurecimiento de revestimientos de re-acabado para automóviles que utilizan radiación infrarroja. Se descarga aire de ventilación utilizado para proteger los radiadores infrarrojos de los vapores disolventes como un flujo laminar sobre la carrocería del coche. La figura 15 es un gráfico de la temperatura como una función de tiempo que muestra la curva de tiempo de secado corto/temperatura alta preferida 122 con respecto al secado infrarrojo convencional (curva 113) y el secado por convección (curva 114). Las técnicas de secado rápidas, a alta temperatura pueden ser poco deseadas puesto que puede formarse una capa sobre la superficie del revestimiento que puede provocar ampollas, burbujas o vesículas, como se describe anteriormente.
La Patente de los Estados Unidos Nº 4.336.279 describe un proceso y aparato para el secado de revestimientos para automóviles utilizando energía radiante directa, una gran parte de la cual tiene una longitud de onda mayor de 5 micras. El aire caliente se pone en circulación bajo condiciones turbulentas contra los lados traseros de las paredes de la cámara de calentamiento para proporcionar calor radiante. Después, el aire caliente es puesto en circulación como un flujo generalmente laminar a lo largo de los lados interiores de las paredes para mantener la temperatura de las paredes y eliminar los volátiles de la cámara de secado.
Como se describe en la columna 7, las líneas 18-22 se mantiene el movimiento del aire a un mínimo en la porción central de la cámara interior en la que se seca la carrocería del automóvil.
Es necesario un proceso de secado rápido, de múltiples etapas para revestimientos de automóviles que elimine la formación de defectos superficiales y la decoloración en el revestimiento, particularmente, para uso con capas de base líquidas que deben sobrerevestirse con capa superior de polvo.
Resumen de la invención
La presente invención proporciona un proceso para revestir un substrato metálico, que comprende las etapas de: (a) aplicar una composición de revestimiento de base líquida a una superficie del substrato metálico; (b) exponer la composición de revestimiento de base al aire que tiene una temperatura que oscila de aproximadamente 10ºC a aproximadamente 50ºC durante un periodo de al menos aproximadamente 5 minutos para volatilizar al menos una porción de material volátil desde la composición de revestimiento de base líquida, siendo menor la velocidad del aire en una superficie de la composición de revestimiento de base de aproximadamente 0,5 metros por segundo; (c) aplicar radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente a la composición de revestimiento de base durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, siendo menor la velocidad del aire en la superficie de la composición de revestimiento de base de aproximadamente 4 metros por segundo, incrementándose la temperatura del substrato metálico a una velocidad que oscila de aproximadamente 0,4ºC por segundo a aproximadamente 1,2ºC por segundo para conseguir una temperatura punta de metal del substrato que oscila de aproximadamente 120ºC a aproximadamente 165ºC, de manera que se forma una capa de base seca sobre la superficie del substrato metálico; y (d) aplicar una composición de revestimiento superior en polvo sobre la capa de base seca.
Otro aspecto de la presente invención es un proceso para el revestimiento de un substrato metálico, que comprende las etapas de: (a) aplicar una composición de revestimiento de base líquida a una superficie del substrato metálico, (b) aplicar radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente a la composición de revestimiento de base durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, siendo menor la velocidad del aire en la superficie de la composición de revestimiento de base de aproximadamente 4 metros por segundo, siendo incrementada la temperatura del substrato metálico a una velocidad que oscila desde aproximadamente 0,05ºC por segundo a aproximadamente 30ºC a aproximadamente 60ºC, de manera que la capa de base pre-secada está formada sobre la superficie del substrato metálico; (c) aplicar radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente a la composición de revestimiento de base durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, siendo menor la velocidad del aire en la superficie de la composición de revestimiento de base de aproximadamente 4 metros por segundo, siendo incrementada la temperatura del substrato metálico a una velocidad que oscila de aproximadamente 0,4ºC por segundo a aproximadamente 1,2ºC por segundo para conseguir la temperatura punta del metal del substrato que oscila de aproximadamente 120ºC a aproximadamente 165ºC, de manera que se forma una capa de base seca sobre la superficie del substrato metálico; y (d) aplicar una composición de revestimiento superior de polvo sobre la capa de base seca.
Todavía otro aspecto de la presente invención es un proceso para el revestimiento de un substrato polimérico, que comprende las etapas de: (a) aplicar una composición de revestimiento de base líquida a una superficie del substrato polimérico; (b) exponer la composición de revestimiento de base al aire que tiene una temperatura que oscila de aproximadamente 10ºC a aproximadamente 50ºC durante un periodo de al menos aproximadamente 5 minutos para volatilizar al menos una porción del material volátil desde la composición de revestimiento de base líquida, siendo menor la velocidad del aire en una superficie de la composición de revestimiento de base de aproximadamente 0,5 metros por segundo; (c) aplicar radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente a la composición de revestimiento de base durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, siendo menor la velocidad del aire en la superficie de la composición de revestimiento de base de aproximadamente 4 metros por minuto, estando incrementa la temperatura del substrato polimérico a una velocidad que oscila de aproximadamente 0,4ºC por segundo a aproximadamente 1,2ºC por segundo para conseguir una temperatura punta de substrato polimérico de aproximadamente 120ºC a aproximadamente 165ºC, de manera que se forma una capa de base seca sobre la superficie del substrato polimérico; y (d) aplicar una composición de revestimiento superior en polvo sobre la capa de base seca.
Otro aspecto de la presente invención es un proceso para el revestimiento de un substrato polimérico, que comprende las etapas de: (a) aplicar una composición de revestimiento de base líquida a una superficie del substrato polimérico; (b) aplicar radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente a la composición de revestimiento de base durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos; siendo menor la composición del revestimiento de base de aproximadamente 4 metros por segundo, incrementándose la temperatura del substrato a una velocidad que oscila de aproximadamente 0,05ºC por segundo a aproximadamente 0,3ºC por segundo para conseguir una temperatura punta del substrato que oscila de aproximadamente 30ºC a aproximadamente 60ºC, de manera que se forma una capa de base pre-secada sobre la superficie del substrato polimérico; (c) aplicar radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente a la composición de revestimiento de base durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, siendo menor la velocidad del aire en la superficie de la composición de revestimiento de base de aproximadamente 4 metros por segundo, estando incrementada la temperatura del substrato polimérico a una velocidad que oscila de aproximadamente 0,4ºC por segundo a aproximadamente 1,2ºC por segundo para conseguir una temperatura punta del substrato polimérico que oscila de aproximadamente 120ºC a aproximadamente 165ºC, de manera que se forma una capa de base seca sobre la superficie del substrato polimérico; y (d) aplicar una composición de revestimiento superior en polvo sobre la capa de base seca.
Breve descripción de los dibujos
El resumen precedente, así como la siguiente descripción detallada de las formas de realización preferidas se entenderán mejor cuando se haya leído en unión con los dibujos adjuntos. En los dibujos:
La figura 1 es un diagrama de flujo de un proceso para el secado de capa de base líquida para revestimiento superior de polvo de acuerdo con la presente invención.
La figura 2 es un diagrama esquemático en alzado lateral de una porción del proceso de la figura 1; y
La figura 3 es una vista en alzado delantera tomada a lo largo de la línea 3-3 de una porción del diagrama esquemático de la figura 2.
Descripción detallada de las formas de realización preferidas
Haciendo referencia a los dibujos, en los que los números iguales indican elementos similares, en general, se muestra en la figura 1 un diagrama de flujo de un proceso de múltiples etapas para el revestimiento de un substrato de acuerdo con la presente invención.
Este proceso es adecuado para el revestimiento de substratos metálicos o poliméricos en un proceso discontinuo o continuo. En un proceso discontinuo, el substrato es estacionario durante cada etapa de tratamiento del proceso, mientras que en un proceso continuo, el substrato está en movimiento continuo a lo largo de la línea de montaje. La presente invención se describirá a continuación generalmente en el contexto de revestimiento de un substrato en un proceso en línea de montaje continua, aunque el proceso también es útil para el revestimiento de substratos en un proceso discontinuo.
Los substratos útiles que pueden revestirse de acuerdo con el proceso de la presente invención incluyen substratos metálicos, substratos poliméricos, tales como materiales termoestables y materiales termoplásticos, y sus combinaciones. Los substratos metálicos útiles que pueden ser revestidos de acuerdo con el proceso de la presente invención incluyen metales ferrosos tales como hierro, acero, y sus aleaciones, metales no ferrosos tales como aluminio, cinc, magnesio y sus aleaciones, y combinaciones de los mismos. Preferentemente, el substrato está formado a partir de acero laminado en frío, acero electrogalvanizado, tal como acero electrogalvanizado de inmersión en caliente o acero de cinc-hierro electrogalvanizado, aluminio o magnesio.
Los materiales útiles termoestables incluyen poliésteres, epóxidos, fenólicos, poliuretanos, tales como materiales termoestables de uretano de moldeado inyectado en reacción (RIM) y sus mezclas. Los materiales termoplásticos útiles incluyen poliolefinas termoplásticas, tales como polietileno y polipropileno, poliamidas, tales como nylon, poliuretanos termoplásticos, poliésteres termoplásticos, polímeros acrílicos, polímeros de vinilo, policarbonatos, copolímeros (ABS) de estireno-butadieno-acrilonitrilo, caucho EPDM, copolímeros y sus mezclas.
Preferentemente, los substratos son utilizados como componentes para fabricar vehículos automóviles, incluyendo pero sin limitarse a automóviles, camiones y tractores. Los substratos pueden tener cualquier configuración, pero están preferentemente en forma de componentes de carrocería de automóvil, tales como carrocerías (bastidores), capó, puertas, parachoques, amortiguadores, y/o guarnición para vehículos automóviles.
La presente invención se describirá en primer lugar generalmente en el contexto de revestimiento de una carrocería de automóvil metálica. Un técnico en la materia entenderá que el proceso de la presente invención es útil para el revestimiento de componentes metálicos y/o poliméricos no automóviles, que se describirán a continuación.
Antes del tratamiento de acuerdo con el proceso de la presente invención, el substrato metálico puede limpiarse y desengrasarse y puede depositarse un revestimiento de pretratamiento, tal como fosfato de cinc CHEMFOS 700 o rico en cinc BONAZINC (cada uno disponible comercialmente de PPG Industries, Inc. de Pittsburg, Pensilvania) sobre la superficie del substrato metálico. De manera alternativa o adicional, puede electrodepositarse una composición de revestimiento electrodepositable sobre al menos una porción del substrato metálico. Los métodos de electrodeposición útiles y las composiciones de revestimiento electrodepositable incluyen composiciones de revestimiento electrodepositable catiónicas o aniónicas convencionales, tales como revestimientos basados en epoxi o poliuretano descritos en la Patente de los Estados Unidos Nº 5.530.043; 5.760.107; 5.820.987 y 4.933.056, que son incorporados aquí por referencia.
Haciendo referencia ahora a la figura 1, que presenta un diagrama de flujo del proceso de la presente invención, se aplica una composición de revestimiento de base a una superficie del substrato metálico (carrocería del automóvil 16) en una primera etapa 10, preferentemente, sobre un revestimiento electrodepositado como se describe anteriormente. El revestimiento de base líquida puede aplicarse a la superficie del substrato en la etapa 10 por cualquier proceso de revestimiento adecuado bien conocido por los técnicos en la materia, por ejemplo, por revestimiento por inmersión, revestimiento con rodillo directo, revestimiento con rodillo inverso, revestimiento con cortina, revestimiento por pulverización, revestimiento con cepillo, y sus combinaciones. El método y aparato para la aplicación de la composición de revestimiento de base líquida al substrato es determinados en parte por la configuración y tipo de material de substrato.
La composición de revestimiento de base líquida comprende un material o aglutinante de formación de película, material volátil y opcionalmente pigmento. Preferentemente, la composición de revestimiento de base es una composición de revestimiento reticulable que comprende al menos un material de formación de película termoestable, tal como acrílicos, poliésteres, (incluyendo alquidos), poliuretanos, y epoxies, y al menos un material de reticulación. Pueden utilizarse también los materiales de formación de película termoplásticos tales como las poliolefinas. La cantidad de material de formación de película en la capa de base líquida oscila generalmente desde aproximadamente 40 a aproximadamente 97 por ciento en peso sobre una base de sólidos total de la composición de revestimiento de base.
Los polímeros acrílicos adecuados incluyen copolímeros de uno o más ácido acrílico, ácido metacrílico y sus alquilésteres, tales como metil metacrilato, etil metacrilato, hidroxietil metacrilato, butil metacrilato, etil acrilato, hidroxietil acrilato, butil acrilato, y 2-etilhexil acrilato, opcionalmente junto con uno o más monómeros polimerizables insaturados etilénicamente que incluyen compuestos vinilo aromáticos tales como estireno y vinil tolueno, nitrilos tales como acrilonitrilo y metacrilonitrilo, haluros de vinilo y vinilideno, y vinilésteres tales como vinil acetato. Otros acrílicos adecuados y métodos para la preparación de los mismos se describen en la Patente de los Estados Unidos Nº 5.196.485 en la columna 11, líneas 16-60, que son incorporados aquí por referencia.
Los poliésteres y alquidos son otros ejemplos de aglutinantes resinosos útiles para la preparación de la composición de revestimiento de base. Tales polímeros pueden prepararse de una manera conocida por condensación de alcoholes polihídricos, tales como etileno glicol, propileno glicol, butileno glicol, 1,6-hexileno glicol, neopentil glicol, trimetilolpropano y pentaeritritol, con ácidos policarboxílicos tales como ácido adípico, ácido maleico, ácido fumárico, ácidos ftálicos, ácido trimetílico o ácidos grasos de secado.
Los poliuretanos pueden utilizarse también como el aglutinante resinoso de la capa de base. Los poliuretanos útiles incluyen los productos de reacción de lo polioles poliméricos, tales como polioles poliéster o polioles acrílicos con un poliisocianato, incluyendo los diisocianatos aromáticos, tales como 4,4'-difenilmetano diisocianato, diisocianatos alifáticos, tales como 1,6-hexametileno diisocianato, y diisocianatos alifáticos tales como diisocianato de isoforona y 4,4'-metileno-bis(ciclohexil isocianato).
Los materiales de reticulación adecuados incluyen aminoplastos, poliisocianatos, poliácidos, polianhídridos y sus mezclas. Las resinas de aminoplasto útiles están basadas en los productos de adición de formaldehído, con una substancia que lleva el grupo amino o amido. Los productos de condensación obtenidos a partir de la reacción de alcoholes y formaldehído con melamina, urea o benzoguanamina son los más comunes. Los materiales de reticulación de poliisocianato útiles incluyen poliisocianatos bloqueados o no bloqueados tales como los descritos anteriormente para la preparación del poliuretano. Los ejemplos de agentes de bloqueo adecuados para los poliisocianatos incluyen alcoholes alifáticos inferiores tales como metanol, oximas tales como metil etil cetoxima y lactamas tales como caprolactama. La cantidad de material reticulante en la composición de revestimiento de capa de base oscila generalmente de aproximadamente 5 a aproximadamente 50 por ciento en peso sobre una base de peso en sólido de resina total de la composición de revestimiento de capa de base.
La composición líquida de revestimiento base comprende uno o más materiales volátiles, tales como agua, disolventes orgánicos y/o aminas. Los ejemplos no limitativos de disolventes útiles incluidos en la composición, además de algunos proporcionados por otros componentes de revestimiento, incluyen disolventes alifáticos tales como hexano, nafta y espectro de minerales; disolventes aromáticos y/o aromáticos alquilados tales como tolueno, xileno y SOLVESSO 100; alcoholes tales como etilo, metilo, n-propilo, isopropilo, n-butilo, isobutilo y alcohol amilo, y m-pirolo; ésteres tales como etil acetato, n-butil acetato, isobutil acetato e isobutil isobutirato; cetonas tales como acetona, metil etil cetona, metil isobutil cetona, diisobutil cetona, metil n-amil cetona, e isoforona, glicol éteres y glicol éter ésteres tales como etileno glicol monobutil éter, dietileno glicol monobutil éter, etileno glicol monohexil éter, propileno glicol monometil éter, propileno glicol monopropil éter, etileno glicol monobutil éter acetato, propileno glicol monometil éter acetato, y dipropileno glicol monometil éter acetato. Las aminas útiles incluyen alcanolaminas. El contenido de sólidos de la composición líquida de revestimiento de base oscila generalmente de aproximadamente 15 a aproximadamente 60 por ciento en peso, y preferentemente, aproximadamente 20 a aproximadamente 50 por ciento en peso.
La composición de revestimiento de base puede comprender adicionalmente uno o más pigmentos u otros aditivos tales como absorbentes de UV, agentes de control de reología o agentes tensioactivos. Los pigmentos metálicos útiles incluyen copos de aluminio, copos de bronce, mica revestida, copos de níquel, copos de estaño, copos de plata, copos de cobre, y sus combinaciones. Otros pigmentos adecuados incluyen mica, óxidos de hierro, óxidos de plomo, negro de carbón, dióxido de titanio y pigmentos orgánicos coloreados tales como ftalocianinas. El pigmento específico para relación de aglutinante puede variar ampliamente siempre que proporcione la opacidad requerida en el espesor de película y sólidos de aplicación.
Las capas de base que llevan agua adecuadas para los compuestos de color más claro incluyen las descritas en la Patente de los Estados Unidos de Nºs 4.403.003; 5.401.790 y 5.071.904, que se incorporan aquí por referencia. Además, los poliuretanos que llevan agua, tales como los preparados de acuerdo con la Patente de los Estados Unidos Nº 4.147.679, pueden utilizarse como el formador de película resinosa en la capa de base, que se incorpora aquí por referencia. Los formadores de película adecuados para capas de base basadas en disolvente orgánico se describen en la Patente de los Estados Unidos Nº 4.220.679 en la columna 2, línea 24 a columna 4, línea 40 y Patente de los Estados Unidos Nº 5.196.485 en columna 11, línea 7 a través de la columna 13, línea 22, que son incorporados aquí por referencia.
El espesor de la composición de revestimiento de base aplicada al substrato puede variar en base a tales factores tales como el tipo de substrato y el uso pretendido del substrato, es decir, el entorno en el que debe clocarse el substrato y la naturaleza de los materiales de contacto. Generalmente, el espesor de la composición de revestimiento de base aplicada al substrato oscila de aproximadamente 10 a aproximadamente 38 micrómetros, y más preferentemente, aproximadamente 12 a aproximadamente 30 micrómetros.
Con referencia ahora a la figura 1, después de la aplicación de la capa de base, el proceso de la presente invención incluye una segunda etapa 12 de exposición de la composición de revestimiento de base a aire de baja velocidad que tiene una temperatura que oscila de aproximadamente 10ºC a aproximadamente 50ºC, y preferentemente, aproximadamente 20ºC a aproximadamente 40ºC, durante un periodo de al menos aproximadamente 5 minutos (preferentemente, aproximadamente 5 a aproximadamente 10 minutos) para volatilizar al menos una porción del material volátil desde la composición líquida de revestimiento de base y fraguar la capa de base.
Como se utiliza aquí, el término ``fraguar'' significa que la capa de base está libre de adhesión (resiste la adherencia del polvo y otros contaminantes que lleva el aire) y no es alterado o arañado (ondulado o rizado) por corrientes de aire que soplan pasada la superficie revestida de base. La velocidad del aire en una superficie de la composición líquida de revestimiento de base es menor de aproximadamente 0,5 metros por segundo y oscila preferentemente de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,5 metros por segundo.
La volatilización o evaporación de los componentes volátiles desde la superficie de capa de base puede llevarse a cabo en el aire abierto, pero se lleva a cabo preferentemente en una primera cámara de secado 18 en la que el aire se pone en circulación a una velocidad baja para reducir al mínimo la contaminación de las partículas que lleva el aire como se muestra en la figura 2. La carrocería del automóvil 16 está colocada en la entrada a la primera cámara de secado 18 y se mueve lentamente a través de ella de una manera en línea de montaje a una velocidad que permite la volatilización de la capa de base como se describe anteriormente. La velocidad a la que se mueve la carrocería del automóvil 16 a través de la primera cámara de secado 18 y las otras cámaras de secado descritas a continuación depende, en parte, de la longitud y configuración de la cámara de secado 18, pero oscila preferentemente de aproximadamente 3 metros por minuto a aproximadamente 7,3 metros por minuto para un proceso continuo. Un técnico en la materia entenderá que los secadores individuales pueden ser utilizados para cada etapa del proceso o que puede utilizarse, como se desee, un solo secador que tiene una pluralidad de cámaras o secciones de secado individuales (mostrado en la figura 2) configuradas para corresponder con cada etapa del proceso.
El aire es suministrado preferentemente a la primera cámara de secado 18 por un soplante 20 o secador, mostrado en líneas imaginarias en la figura 2. Un ejemplo no limitativo de un soplante adecuado es un soplante ALTIVAR 66 que está disponible comercialmente de Square D Corporation. El aire puede ponerse en circulación a temperatura ambiente o calentarse, si es necesario, al intervalo de temperatura deseado de aproximadamente 10ºC a aproximadamente 50ºC. Preferentemente, la composición de revestimiento de base está expuesta a aire durante un periodo que oscila de aproximadamente 5 segundos a aproximadamente 10 minutos antes de que la carrocería del automóvil 16 se mueva a la siguiente etapa del proceso de secado.
Con referencia ahora a las figuras 1 y 2, el proceso puede comprender adicionalmente una etapa adicional (opcional) 22 (que puede utilizarse después de la etapa 12 anterior o en lugar de la misma) de aplicación de radiación infrarroja y aire caliente de baja velocidad simultáneamente con la composición de revestimiento de base durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, de forma que se incrementa la temperatura del substrato metálico a una velocidad que oscila de aproximadamente 0,05ºC por segundo a aproximadamente 0,3ºC por segundo para conseguir una temperatura punta del metal que oscila de aproximadamente 30ºC a aproximadamente 60ºC y forman una capa de base pre-secada sobre la superficie del substrato metálico. Mediante el control de la velocidad a la que se incrementa la temperatura del metal y la temperatura punta del metal, pueden reducirse al mínimo los deterioros en la apariencia de la capa de base y la capa superior, tales como ampollas y burbujas.
La radiación infrarroja aplicada incluye preferentemente región próxima infrarroja (0,7 a 1,5 micrómetros) y región intermedia infrarroja (1,5 a 20 micrómetros), y más preferentemente oscila de aproximadamente 0,7 a aproximadamente 4 micrómetros. La radiación infrarroja calienta las superficies de Clase A (externa) 24 del substrato revestido que están expuestas a la radiación y preferentemente no inducen a la reacción química o reticulación de los componentes del revestimiento de base. La mayoría de las superficies de no Clase A no están expuestas directamente a la radiación infrarroja, sino que se calientan a través de conducción a través de la carrocería de automóvil y difusión aleatoria de radiación infrarroja.
Haciendo referencia a las figuras 2 y 3, la radiación infrarroja es emitida por una pluralidad de emisores 26 dispuestos en la cámara de secado interior 27 de una combinación de aparato de secado por convección / infrarrojo 28. Cada emisor 26 es preferentemente una lámpara infrarroja de alta intensidad, preferentemente, una lámpara de envoltura de cuarzo que tiene un filamento de tungsteno. Las lámparas de alta intensidad útiles de corta longitud de onda (0,76 a 2 micrómetros) incluyen lámparas Modelo Nº T-3, tales como las disponibles comercialmente de General Electric Co., Sylvania, Phillips, Heraeus and Ushio y tienen una velocidad de emisión de entre 75 y 100 vatios por pulgada lineal en la fuente de luz. Las lámparas de longitud de onda media (2 a 4 micrómetros) pueden utilizarse también y están disponibles por los mismos proveedores. La lámpara emisora está preferentemente en forma de barra generalmente y tiene una longitud que puede variar para adaptarse a la configuración del horno, pero generalmente es preferentemente de aproximadamente 0,75 a aproximadamente 1,5 metros de largo. Preferentemente, las lámparas emisoras sobre las paredes laterales 30 de la cámara de secado interior 27 están dispuestas generalmente en vertical con referencia al suelo 32, excepto para algunas hileras 34 (preferentemente aproximadamente 3 a aproximadamente 5 hileras) de emisores 26 en el fondo de la cámara de secado interior 27 que están dispuestos generalmente en horizontal al suelo 32.
El número de emisores 26 puede variar dependiendo de la intensidad de energía deseada que debe emitirse. En una forma de realización preferida, el número de emisores 26 montados al techo 36 de la cámara de secado interior 27 es aproximadamente de 24 a aproximadamente 32 dispuestos en una serie lado a lado lineal con los emisores 26 espaciados aproximadamente 10 a aproximadamente 20 centímetros de centro a centro, y preferentemente aproximadamente 15 centímetros. La anchura de la cámara de secado interior 27 es suficiente para adaptarse a la carrocería del automóvil o cualquier componente del substrato que deba secarse dentro, y preferentemente es aproximadamente 2,5 a aproximadamente 3,0 metros de ancho. Preferentemente, cada pared lateral 30 de la cámara 27 tiene aproximadamente 50 a aproximadamente 60 lámparas con las lámparas espaciadas aproximadamente 15 a aproximadamente 20 centímetros separadas de centro a centro. La longitud de cada pared lateral 30 es suficiente para abarcar la longitud de la carrocería del automóvil o cualquier componente del substrato que deba secarse dentro, y preferentemente está a aproximadamente 4 a aproximadamente 6 metros. La pared lateral 30 tiene preferentemente cuatro secciones horizontales que están en ángulo para adaptarse a la configuración de los lados de la carrocería del automóvil. La sección superior de la pared lateral 30 tiene preferentemente 24 lámparas paralelas divididas en 6 zonas. Las tres zonas más próximas a la entrada de la cámara de secado 27 son accionadas a longitudes de onda medias, las tres más próximas a la salida en las longitudes de onda más corta. La sección media de la pared lateral está configurada de forma similar a la sección superior. Las dos secciones inferiores de las paredes laterales contienen cada una preferentemente 6 bombillas en una matriz 2 por 3. La primera sección de las bombillas más próxima a la entrada es accionada preferentemente a una longitud de onda media y las otras dos secciones a longitudes de onda corta.
Haciendo referencia a la figura 2, cada una de las lámparas emisoras 26 está dispuesta dentro de un reflector en forma de canal 38 que está formado preferentemente de aluminio pulido. Los reflectores adecuados incluyen reflectores con funda de oro integral o aluminio que están disponibles comercialmente de BGK ITW Automotive, Heraeus and Fannon Products. Los reflectores 38 agrupan la energía transmitida desde las lámparas emisoras 26 y enfocan la energía en la carrocería del automóvil 16 para reducir la difusión de energía.
Dependiendo de factores tales como la configuración y la colocación de la carrocería de automóvil 16 dentro de la cámara de secado interior 27 y el color de la capa superior que debe secarse, las lámparas emisoras 26 pueden ser controladas de forma independiente por el microprocesador (no mostrado), de forma que las lámparas emisoras 26 más alejadas de una superficie de Clase A 24 pueden ser iluminadas a una mayor intensidad que las lámparas más próximas a la superficie Clase A 24 para proporcionar calentamiento uniforme. Por ejemplo, a medida que el techo 40 de la carrocería del automóvil 16 pasa debajo de una sección de lámparas emisoras 26, las lámparas emisoras 26 en esta zona pueden ajustarse a una intensidad menor hasta que ha pasado el techo 40, después, puede incrementarse la intensidad para calentar la tapa de cubierta 42 que está a una mayor distancia desde las lámparas emisoras 26 que del techo 40.
Además, con el fin de reducir al mínimo la distancia desde las lámparas emisoras 26 a las superficies de Clase A 24, la posición de las paredes laterales 30 y las lámparas emisoras 26 puede ajustarse hacia o fuera de la carrocería de automóvil como se indica por las flechas de dirección 44, 46, respectivamente, en la figura 3. Un técnico en la materia entendería que cuanto más próximas están las lámparas emisoras 26 a las superficies de Clase A 24 de la carrocería del automóvil 16, mayor será el porcentaje de energía disponible que se aplica para calentar las superficies 24 y los revestimientos presentes dentro. Generalmente, la radiación infrarroja es emitida a una densidad de potencia que oscila desde aproximadamente 10 a aproximadamente 25 kilowatios por metro cuadrado (kW/m^{2}) de la superficie de la pared del emisor, y preferentemente, aproximadamente 12 kW/m^{2} para lámparas del emisor que 26 que miran hacia los lados 48 de la carrocería del automóvil 16 (puertas o parachoques) que están más próximas a las lámparas del emisor 26 dirigidas hacia la capota y tapa de cubierta 42 de la carrocería del automóvil 16, que emiten preferentemente aproximadamente 24 kW/m^{2}.
Un ejemplo no limitativo de un aparato combinado de secado de convección/infrarrojo es un horno de convección de aire caliente y radiación infrarroja combinado BGK, que está disponible comercialmente de BGK Automotive Group of Mineápolis, Minesota. La configuración general de este horno se describirá a continuación y se muestra en la Patente de los Estados Unidos Nºs 4.771.728; 4.907.533; 4.908.231; y 4.943.447, que son incorporados aquí por referencia. Otro aparato de combinación de secado por convección/infrarrojo está disponible comercialmente de Durr of Wixon, Michigan, Thermal Innovations of Manasquan, New Jersey, Thermovation Engineering of Cleveland, Ohio, Dry-Quick of Greenburg, Indiana and Wisconsin Oven and Infrared Systems of East Toy, Wisconsin.
Haciendo referencia ahora a las figuras 2 y 3, el aparato preferido de combinación de secado por convección/infrarrojos 28 incluye paredes laterales desviadas 30 que tienen toberas o aberturas de muesca 50 a través de las cuales pasa el aire 52 para entrar en la cámara de secado interior 27 a una velocidad de menos de aproximadamente 4 metros por segundo. Durante esta etapa, la velocidad del aire en la superficie 54 del revestimiento superior es menor de aproximadamente 4 metros por segundo, preferentemente oscila de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 4 metros por segundo y, preferentemente, aproximadamente 0,7 a aproximadamente 1,5 metros por segundo.
La temperatura del aire 52 oscila generalmente desde aproximadamente 25ºC a aproximadamente 50ºC, y preferentemente de aproximadamente 30ºC a aproximadamente 40ºC. El aire 52 es suministrado por el soplante 56 o secador y puede precalentarse externamente o desviando el aire sobre las lámparas emisoras infrarrojas 26 y sus reflectores 38. Haciendo pasar el aire 52 sobre los emisores 26 y los reflectores 38, la temperatura de trabajo de estas partes puede reducirse, prolongando de este modo su vida útil. Además, pueden eliminarse los vapores de disolventes no deseados de la cámara de secado interior 27. El aire 52 puede estar en circulación hacia arriba a través de la cámara de secado interior 27 a través del subsuelo 58. Preferentemente, el flujo de aire circula de nuevo para incrementar la eficiencia. Una parte del flujo de aire puede sangrarse para eliminar los contaminantes y suplir con aire nuevo filtrado para compensar las pérdidas.
La carrocería del automóvil 16 es calentada por radiación infrarroja y aire caliente hasta una temperatura punta del metal que oscila de aproximadamente 25ºC a aproximadamente 60ºC, y preferentemente de aproximadamente 30ºC a aproximadamente 50ºC. Como se utiliza aquí, ``temperatura punta del metal'' significa la temperatura objetiva instantánea a la que debe calentarse el substrato metálico (carrocería del automóvil 16). Se mide la temperatura punta del metal para un substrato metálico en la superficie del substrato revestido aproximadamente en medio del lateral del substrato opuesto al lateral sobre el que se aplica el revestimiento. La temperatura punta para un substrato polimérico se mide en la superficie del substrato revestido aproximadamente en la mitad del lateral del substrato sobre el que se aplica el revestimiento. Es preferible que esta temperatura punta del metal se mantenga durante un tiempo lo más corto posible para reducir al mínimo la posibilidad de reticulación de la capa de base.
Con referencia ahora a las figuras 1 y 2, el proceso de la presente invención comprende una siguiente etapa 60 de aplicación de radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente con la composición de revestimiento de base sobre el substrato metálico (carrocería de automóvil 16) durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos. La temperatura del substrato de metal es incrementada a una velocidad que oscila de aproximadamente 0,4ºC por segundo a aproximadamente 1,2ºC por segundo para conseguir una temperatura punta del metal del substrato que oscila desde aproximadamente 120ºC a aproximadamente 165ºC. Se forma una capa de base seca 62 de este modo sobre la superficie del substrato metálico. Controlando la velocidad a la que se incrementa la temperatura del metal y la temperatura punta del metal, la combinación de las etapas 12 y 60 proporciona capa de base líquida y revestimientos compuestos de capa superior en polvo con un mínimo de deterioros en la apariencia superficial, tales como ampollas y burbujas. Además, pueden conseguirse construcciones de película altas en un periodo de tiempo corto con un mínimo de entrada de energía y las condiciones de un funcionamiento flexible pueden reducir la necesidad de reparaciones de marcas.
La capa de base seca que se forma sobre la superficie de la carrocería del automóvil 10 es secada suficientemente para permitir la aplicación de la capa superior de forma que no se verá afectada de forma adversa la calidad de la capa superior por el secado adicional de la capa de base. Para capas de base que llevan agua, ``seco'' significa la ausencia casi completa de agua de la capa de base. Si está presente demasiada agua, la capa de base puede agrietarse, formar burbujas o ``ampollas'' durante el secado de la capa de base a medida que el vapor de agua desde la capa de base intenta pasar a través de la capa de base.
Esta etapa de secado 60 puede llevarse a cabo de un modo similar a la etapa 22 anterior utilizando una combinación de aparato de secado por convección/radiación infrarroja, no obstante, la velocidad de calentamiento oscila desde aproximadamente 0,4ºC por segundo a aproximadamente 1,2ºC por segundo y la temperatura punta del metal del substrato oscila de aproximadamente 120ºC a aproximadamente 165ºC. Preferentemente, la velocidad de calentamiento oscila de aproximadamente 0,5ºC por segundo a aproximadamente 1,1ºC por segundo y la temperatura punta del metal del substrato oscila de aproximadamente 132ºC a aproximadamente 155ºC.
La radiación infrarroja aplicada incluye preferentemente la radiación de la región infrarroja cercana (0,7 a 1,5 micrómetros) y la región infrarroja intermedia (1,5 a 20 micrómetros), y más preferentemente oscila desde aproximadamente 0,7 a aproximadamente 4 micrómetros.
El aire de secado caliente tiene preferentemente una temperatura que oscila desde aproximadamente 50ºC a aproximadamente 110ºC, y más preferentemente, aproximadamente 95ºC a aproximadamente 110ºC. La velocidad del aire en la superficie de la composición de revestimiento de base en la etapa de secado 60 es menor de aproximadamente 4 metros por segundo, y oscila preferentemente de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 metros por segundo. El periodo de secado oscila preferentemente de aproximadamente 2 a aproximadamente 6 minutos.
La etapa de secado 60 puede llevarse a cabo utilizando cualquier combinación convencional de aparato de secado por convección/infrarrojos tal como la radiación infrarroja BGK y horno de convección de aire caliente combinado que se describe en detalle anteriormente. Los emisores individuales 26 pueden configurarse como se describe anteriormente y controlarse individualmente o en grupos por un microprocesador (no mostrado) para proporcionar las velocidades de calentamiento y de transmisión de energía infrarroja.
El proceso de la presente invención puede comprender adicionalmente una etapa de endurecimiento adicional 64 en la que se aplica aire caliente 66 a la capa de base seca 62 después de la etapa 60 para conseguir y mantener una temperatura punta del metal que oscila de aproximadamente 110ºC a aproximadamente 135ºC durante un periodo de al menos 6 minutos y endurecer la capa de base. Preferentemente, se utiliza una combinación de secado por convección de aire caliente y radiación infrarroja simultáneamente para endurecer la capa de base seca. Como se utiliza aquí, ``endurecer'' significa que cualquiera de los componentes reticulables de la capa de base seca está substancialmente reticulado.
Esta etapa de endurecimiento 64 puede llevarse a cabo utilizando un secador por convección de aire caliente, tal como se describen anteriormente, o de una manera similar a la de la etapa 22 anterior utilizando una combinación de aparato de secado por convección/radiación infrarroja, no obstante, la temperatura punta del metal del substrato oscila desde aproximadamente 110ºC a aproximadamente 135ºC, y el substrato se mantiene en la temperatura punta del metal durante al menos 6 minutos, y preferentemente de aproximadamente 6 a aproximadamente 20 minutos.
El aire caliente de secado tiene preferentemente una temperatura que oscila de aproximadamente 110ºC a aproximadamente 140ºC, y más preferentemente de aproximadamente 120ºC a aproximadamente 135ºC. La velocidad del aire en la superficie del revestimiento de base en la etapa de endurecimiento 64 puede oscilar desde aproximadamente 4 a aproximadamente 20 metros por segundo, y oscila preferentemente de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 metros por segundo.
Si se utiliza una combinación de aire caliente y radiación infrarroja, la radiación infrarroja incluye preferentemente región próxima a infrarroja (0,7 a 1,5 micrómetros) y región intermedia infrarroja (1,5 a 20 micrómetros), y más preferentemente, oscila desde aproximadamente 0,7 a aproximadamente 4 micrómetros. La etapa de endurecimiento 64 puede llevarse a cabo utilizando cualquier combinación convencional de aparato de secado por convección/infrarrojo, tal como el horno de convección de aire caliente y radiación infrarroja combinado BGK que se describe de forma detallada anteriormente. Los emisores individuales 26 pueden estar configurados como se describe anteriormente y controlarse de manera individual o en grupos por un microprocesador (no mostrado) para proporcionar las velocidades de transmisión de energía infrarroja y de calentamiento deseadas.
Con referencia ahora a la figura 1, el proceso de la presente invención puede comprender adicionalmente una etapa de refrigeración 66 en la que la temperatura de la carrocería del automóvil 16 que tiene la capa de base secada y/o endurecida encima de las etapas 60 y/o 64 es refrigerada, preferentemente, a una temperatura que oscila de aproximadamente 20ºC a aproximadamente 30ºC, y, más preferentemente de 20ºC a aproximadamente 25ºC. La refrigeración de la carrocería de automóvil de capa de base 16 puede facilitar la aplicación de la capa superior de polvo reduciendo las corrientes parásitas de aire caliente que pueden alterar incluso la deposición del polvo. La carrocería de automóvil revestida con base 16 puede ser refrigerada al aire a una temperatura que oscila de aproximadamente 15ºC a aproximadamente 25ºC, y preferentemente, de aproximadamente 15ºC a aproximadamente 20ºC durante un periodo que oscila de aproximadamente 3 a aproximadamente 6 minutos. De manera alternativa o adicionalmente, la carrocería de automóvil con capa de base 16 puede refrigerarse por la exposición a aire saturado, enfriado soplado sobre la superficie del substrato de aproximadamente 4 a aproximadamente 10 metros por segundo para prevenir el agrietamiento del revestimiento.
Después de que se ha secado el revestimiento de base sobre la carrocería de automóvil 16 (y se ha endurecido y/o refrigerado, si se desea), se aplica una composición de revestimiento superior en polvo sobre la capa de base seca en una etapa de revestimiento superior en polvo 68. La capa superior de polvo puede aplicare por la pulverización electrostática utilizando una pistola o campana de 60 a 80 kV, 80 a 120 gramos por minuto para conseguir un espesor de película de aproximadamente 50-90 micras, por ejemplo.
Preferentemente, la composición de revestimiento superior de polvo es un revestimiento reticulable que comprende al menos un material de formación de película termoestable y al menos un material de reticulación tal como se describen anteriormente. La composición de revestimiento superior puede incluir aditivos tales como los descritos anteriormente, pero generalmente sin pigmentos. Las capas superiores de polvo adecuadas se describen en la Patente de los Estados Unidos Nº 5.663.240 (incorporada aquí por referencia) e incluyen polímeros acrílicos con funcionalidad epoxi y agentes de reticulación de ácido policarboxílico. La cantidad de la composición de revestimiento superior aplicada al substrato puede variar en base a tales factores como el tipo de substrato y el uso pretendido del substrato, es decir, el entorno en el que el substrato debe colocarse y la naturaleza de los materiales de contacto.
En una forma de realización preferida, el proceso de la presente invención comprende adicionalmente una etapa de endurecimiento 70 (mostrada en la figura 1) de endurecimiento de la composición de revestimiento superior de polvo después de la aplicación sobre la capa de base seca. El espesor del revestimiento compuesto secado y reticulado es generalmente de aproximadamente 0,2 a 5 mils (5 a 125 micrómetros), y preferentemente de aproximadamente 0,4 a 4 mils (10 a 100 micrómetros). El revestimiento superior en polvo puede endurecerse por el secado por convección de aire caliente y, si se desea, el calentamiento infrarrojo, de forma que se reticulan algunos componentes reticulables del revestimiento superior en polvo hasta un grado tal que la industria del automóvil acepta el proceso de revestimiento como suficientemente completo para transportar la carrocería del automóvil revestida sin dañar la capa superior. El revestimiento superior en polvo puede endurecerse utilizando algún secador por convección de aire caliente convencional o la combinación de secador infrarrojo/convección tal como se describe anteriormente. Generalmente, el revestimiento superior de polvo es calentado a una temperatura de aproximadamente 140ºC hasta aproximadamente 155ºC durante un periodo de aproximadamente 25 a aproximadamente 30 minutos para endurecer la capa superior de polvo.
Alternativamente, si la capa de base no estaba endurecida antes de la aplicación de la capa superior de polvo, tanto la capa de base como la composición de revestimiento superior de polvo pueden endurecerse juntas por la aplicación de convección de aire caliente y/o calentamiento infrarrojo utilizando el aparato tal como se describe en detalle anteriormente para endurecer tanto la capa de base como la composición de revestimiento de polvo. Para endurecer la capa de base y la composición de revestimiento en polvo, el substrato es calentado generalmente a una temperatura de aproximadamente 140ºC a aproximadamente 155ºC durante un periodo de aproximadamente 25 a aproximadamente 30 minutos para endurecer la capa superior en polvo.
Otro aspecto de la presente invención es un proceso para el revestimiento de un substrato polimérico. El proceso incluye las etapas similares a las utilizas para el revestimiento de un substrato metálico anterior. Una composición líquida de revestimiento de base es aplicada a una superficie del substrato polimérico como se describe anteriormente. La composición de revestimiento de base está expuesta al aire que tiene una temperatura que oscila desde aproximadamente 10ºC a aproximadamente 50ºC durante un periodo de al menos 5 minutos para volatilizar al menos una porción del material volátil desde la composición líquida de revestimiento de base. La velocidad del aire en una superficie de la composición de revestimiento de base es menor de aproximadamente 0,5 metros por segundo, y oscila preferentemente de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,5 metros por segundo. El aparato utilizado para volatilizar la capa de base puede ser igual al utilizado para volatilizar la capa de base para el substrato de metal.
El proceso puede comprender adicionalmente una etapa adicional (opcional) (que puede utilizarse después de la etapa de volatilización anterior o en su lugar) de aplicación de radiación infrarroja y aire caliente de baja velocidad simultáneamente con la composición de revestimiento de base durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, de forma que la temperatura del substrato metálico se incrementa a una velocidad que oscila de aproximadamente 0,05ºC por segundo a aproximadamente 0,3ºC por segundo par conseguir una temperatura punta del metal que oscila de aproximadamente 30ºC a aproximadamente 60ºC y forma una capa de base pre-secada sobre la superficie del substrato metálico.
Se aplican simultáneamente radiación infrarroja y aire caliente a la composición de revestimiento de base durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos y preferentemente de aproximadamente 2 a aproximadamente 3 minutos. La velocidad del aire en la superficie de la composición de revestimiento de base es menor de aproximadamente 4 metros por segundo, y oscila preferentemente de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 2,5 metros por segundo. La temperatura del substrato polimérico se incrementa a una velocidad que oscila de aproximadamente 0,4ºC por segundo a aproximadamente 1,2ºC por segundo para conseguir una temperatura punta del substrato polimérico que oscila desde aproximadamente 120ºC a aproximadamente 165ºC, de manera que se forma una capa de base seca sobre la superficie del subtrato polimérico. El aparato utilizado para secar la capa de base puede ser el mismo aparato de convección de aire caliente/infrarrojo combinado tal como se describe anteriormente para el tratamiento del substrato metálico. La capa de base puede endurecerse, si se desea, antes de que se aplique el revestimiento superior en polvo.
El substrato polimérico revestido con base es refrigerado preferentemente a una temperatura de aproximadamente 20ºC a aproximadamente 25ºC antes de que se aplique la composición de revestimiento superior en polvo sobre la capa de base seca. Las composiciones de revestimiento superior en polvo anteriores y los métodos de aplicación de los mismos se describen de forma detallada anteriormente para el revestimiento del substrato metálico.
La presente invención se describirá adicionalmente a modo de referencia a los siguientes ejemplos. Los siguiente ejemplos son simplemente ilustrativos de la invención y no están destinados a la limitación. A menos que se indique otra cosa, todas las partes están en peso.
Ejemplo 1
En este ejemplo, se revistieron paneles de ensayo de acero con una capa de base líquida y capa clara de polvo como se especifica a continuación para evaluar los procesos de secado de acuerdo con la presente invención. Los substratos de ensayo fueron paneles de acero de tamaño 30,48 cm por 45,72 cm (12 pulgadas por 18 pulgadas) electrorevestidos laminados en frío ACT con una capa de imprimación electrodepositable catiónicamente disponible de PPG Industries, Inc. como ED-5000.La capa de base que lleva agua comercial (HWB 83542 W-1 Stone White que está disponible comercialmente de PPG Industries, Inc. de Pittsburgh, Pensilvania) fue aplicada por pulverización a cada uno de los paneles 1 y Controles 1-5 (1 capa de pulverización automática con campana) a 65% de humedad relativa y 23ºC para dar un espesor de película seca como se especifica en la Tabla 1 siguiente. Para el panel de Control 6, se aplicó la capa de base HWB 90394 Bright White (disponible comercialmente de PPG). Los revestimientos de capa de base sobre los paneles fueron secados como se especifica en las Tablas 1A y 1B utilizando una radiación infrarroja combinada BGK y horno de convección de aire caliente, que está disponible comercialmente de BGK-ITW Automotive Group of Mineápolis, Minesota. Los paneles fueron revestidos en la parte superior con capa superior en polvo PCC10106 (disponible comercialmente de PPG) y se endurecieron durante 30 minutos a 143ºC utilizando convección de aire caliente solamente para dar un espesor de película total como se especifica en la Tabla 1B.
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La apariencia y las propiedades físicas de los paneles revestidos fueron evaluadas utilizando los siguientes ensayos: sólidos de la hoja y apariencia (número de ampollas, clasificación de Piel de Naranja y clasificación general). Se determinó el porcentaje en peso de sólidos de la hoja para cada muestra midiendo el revestimiento no volátil depositado sobre una lámina de hoja de 75 mm por 100 mm al panel pulverizado. La hoja fue retirada del panel después del proceso de secado y se pesó, después se recoció hasta que estaban presentes solamente los no volátiles de acuerdo con el Método ASTM 2369-D a una temperatura de 110ºC. Se determinó el número de ampollas sobre la superficie del revestimiento de cada muestra por inspección visual de toda la superficie del panel. La clasificación de piel de naranja, el brillo especular y Distinción de Imagen (``DOI''), se determinaron por exploración de una muestra de 9375 mm cuadrados de superficie del panel utilizando un dispositivo analizador de calidad superficial Autospect QMS BP que está disponible comercialmente de Perceptron. Se determinó la clasificación de Apariencia General añadiendo 40% de clasificación de piel naranja, 20% de clasificación de Brillo y 40% de clasificación DOI. La Tabla 2 siguiente proporciona las propiedades medidas.
Como se muestra en la Tabla 2, los substratos revestidos secados de acuerdo con el proceso de la presente invención (Nº Operación 1) mostraron generalmente menos formación de ampollas, resistencia a la piel de naranja superior y mejor apariencia general que los paneles de Control en los que no se secaron los revestimientos por un proceso de acuerdo con la presente invención.
TABLA 2
\nobreak\vskip.5\baselineskip\centering\begin{tabular}{|l|c|l|l|l|l|}\hline
 Nº  \+ Horizontal  \+ Sólidos  \+\multicolumn{3}{|c|}{Apariencia}\\
 Operación  \+ o vertical  \+ lámina 
\+\multicolumn{3}{|c|}{  }\\   \+  \+ (%) 
\+\multicolumn{3}{|c|}{  }\\\hline   \+  \+  \+ Ampollas 
\+ Clasifi-  \+ Clasifi- \\   \+  \+  \+  \+ cación  \+ cación \\  
\+  \+  \+  \+ piel  \+ general \\   \+  \+  \+  \+ naranja \+
\\\hline  1  \+ H  \+ 98  \+ Ninguna  \+ 71  \+ 67 \\\hline   \+ V 
\+ 99  \+ Bordes  \+ 46  \+ 58 \\\hline  CONTROL 1  \+ H  \+ 96  \+
Algunas  \+ 36  \+ 35 \\\hline   \+ V  \+ 99  \+ Micro  \+ 54  \+ 56
\\\hline  CONTROL 2  \+ H  \+ 96  \+ Micro  \+ 58  \+ 62 \\\hline  
\+ V  \+ 98  \+ En borde  \+ 41  \+ 52 \\\hline  CONTROL 3  \+ H  \+
95  \+ Severa  \+ 16  \+ 26 \\\hline   \+ V  \+ 96  \+ Severa  \+ 21
 \+ 38 \\\hline  CONTROL 4  \+ H  \+ 97  \+ Algunas  \+ 50  \+ 56
\\\hline   \+ V  \+ 98  \+ Algunas  \+ 28  \+ 39 \\\hline  CONTROL 5
 \+ H  \+ 98  \+ Bordes  \+ 61  \+ 64 \\\hline   \+ V  \+ 99  \+
Baja  \+ 49  \+ 59 \\   \+  \+  \+ 1/2* \+ \+ \\\hline  CONTROL 6 
\+ -  \+ 92,6  \+ Micro  \+ 25  \+ 27
\\\hline\end{tabular}\par\vskip.5\baselineskip
* número grande de ampollas sobre la mitad inferior del panel debido solamente a un espesor de película alto que excedió 1,6 milésimas de máximo recomendado.
Ejemplo 2
En este ejemplo, se revistieron los paneles de ensayo de acero con una capa de base líquida y capa clara en polvo como se especifica a continuación para evaluar los procesos de secado de acuerdo con la presente invención. Los substratos de ensayo fueron paneles de acero laminados en frío ACT de tamaño 30,48 cm por 45,72 cm (12 pulgadas por 18 pulgadas) electrorevestidos con una capa de imprimación electrodepositable catiónicamente disponible comercialmente de PPG Industries, Inc. como ED-5000. Cada panel de ensayo fue revestido con una capa de imprimación aproximadamente 1,2-1,6 milésimas de Alpine White AF2009300 (disponible comercialmente de Mehnert and Veck). La capa de imprimación fue calentada en un horno de convección de aire convencional durante 17 minutos hasta una temperatura punta del metal de 155ºC (311ºF). La capa de base que lleva agua comercial (Alpine White III (300) que está disponible comercialmente de BASF Corp. de Parsippany, New Jersey) fue aplicada por pulverización (1 capa de pulverización automática a 65% de humedad relativa y 25+/-3ºC) para ofrecer un espesor de película seca de aproximadamente 0,8 a 1,0 mils. Los revestimientos de capa de base sobre los paneles fueron secados como se especifica en la Tabla 3A utilizando una radiación infrarroja y horno de convección de aire caliente combinado, que está disponible comercialmente de BGK-ITW Automotive Group of Mineápolis, Minesota. Los paneles fueron revestidos en la parte superior con capa superior en polvo de 2,6-2,8 mils de PCC10106 (disponible comercialmente de PPG Industries, Inc.) y endurecidos durante 4,5 minutos en aumento para mantenerse durante 24 minutos a 145ºC (293ºF) utilizando convección de aire caliente para ofrecer un espesor de película general como se especifica en la Tabla 3B.
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La apariencia de los paneles revestidos fue evaluada utilizando los siguientes ensayos. La uniformidad de las capas claras de polvo endurecidas sobre la capa de base fue medida utilizando un Byk Wavescan en el que se indican los resultados como números de onda larga y onda corta, donde los valores inferiores significan películas más uniformes. El brillo especular a 20º y la Distinción de Imagen (DOI) fueron medidas utilizando un Autospect QMS-BP de Perceptron donde los números más altos indican una mejor actuación. La formación de ampollas fue determinada por la observación visual y clasificación a una escala de 0 a 5, indicando 0 no formación de ampollas e indicando 5 formación severa de ampollas. El color del panel de ensayo fue evaluado en un ángulo de 45º utilizando un colorímetro X-RITE. El valor de Delta L indica iluminación/oscuridad. El valor Delta a indica rojo/verde. El valor Delta b indica azul/amarillo. El valor delta E indica la variación total de color. Los resultados de ensayo son indicados en la Tabla 4 siguiente en la que cada valor indicado representa los resultados de una media de valores de 5 paneles de ensayo para cada operación.
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Como se muestra en la figura 4, los substratos revestidos secados de acuerdo con el proceso de la presente invención (Nº de operaciones 1-7) mostraron menos ondulación y mejor brillo, distinción de imagen y menos amarilleo y desviación del color indicado por los valores de \Deltab, \DeltaE y \DeltaL de los paneles de Control 1 y 2 en los que no se secaron los revestimientos por un proceso de acuerdo con la presente invención.
Ejemplo 3
En este ejemplo, los paneles de ensayo de acero fueron revestidos con una capa de base líquida y capa clara de polvo como se especifica a continuación para evaluar loso procesos de secado de acuerdo con la presente invención. Los substratos de ensayo fueron paneles de acero laminados en frío ACT de tamaño 30,48 por 45,72 cm (12 pulgadas x 18 pulgadas) electrorevestidos con una capa de imprimación electrodepositable catiónicamente disponible comercialmente de PPG Industries, Inc, como ED-5000. Cada panel de ensayo fue revestido con una capa de aproximadamente 1,1-1,2 mils de AF 204 7328 de imprimación de color gris (disponible comercialmente de Mehnert & Veck). La capa de imprimación fue calentada en un horno de convección de aire convencional durante 17 minutos para una temperatura punta del metal de 155ºC (311ºF). La capa de base que lleva agua comercial (354 Titan Silver que está disponible comercialmente de BASF Corp. de Parsippany, New Jersey) fue aplicada con pulverización (1 capa de 65% de humedad relativa y 25+/- 30ºC) para ofrecer un espesor de película seca de aproximadamente 0,2 a 0,6 mils. Los revestimientos de base sobre los paneles fueron secados como se especifica en la Tabla 5A utilizando una radiación infrarroja combinada y horno de convección de aire caliente, que está disponible comercialmente de BGK-ITW Automotive Group of Minneapolis, Minesota. Los paneles fueron entonces revestidos en la parte superior con 2,6-2,8 mols de capa superior de polvo PCC10106 (disponible comercialmente de PPG Industries, Inc) y se endurecieron durante 4,5 minutos en ascenso para mantenerse durante 24 minutos a 145ºC (293ºF) utilizando convección de aire caliente para ofrecer un espesor de película general como se especifica en la Tabla 5B.
La apariencia de los paneles revestidos fue evaluada utilizando los ensayos descritos anteriormente en el Ejemplo 2. Los resultados de ensayo se indican en la Tabla 6 siguiente en la que cada valor indicado representa los resultados de la media de los valores para 5 paneles de ensayo para cada operación.
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Como se muestra en la Tabla 6, los substratos revestidos secados de acuerdo con el proceso de la presente invención (Operación Nº 1) mostraron generalmente valores inferiores para onda corta BYK, brillo superior y distinción de imagen y que los paneles de Control 1 y 2 en los que los revestimientos no fueron secados de acuerdo con la presente invención.
Los procesos de la presente invención proporcionan el revestimiento rápido de los substratos metálicos y poliméricos, pueden eliminar o reducir la necesidad de hornos de línea de montaje larga lo que puede reducir drásticamente el tiempo de procesamiento. Menos formación de ampollas y buen flujo y apariencia de la capa de base, incluso a espesores superiores, proporciona mayor latitud de funcionamiento cuando se aplica la capa de base, lo que puede reducir las reparaciones.
Se apreciará por los técnicos en la materia que podrían realizarse cambios en las formas de realización descritas anteriormente sin separarnos del alcance del concepto de la invención. Por tanto, debe entenderse que esta invención no está limitada a las formas de realización particulares descritas, sino que se pretende cubrir las modificaciones que están dentro del alcance de la invención, como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (26)

1. Un proceso para el revestimiento de un substrato metálico, que comprende las etapas de:
(a) aplicar una composición de revestimiento de base líquida a una superficie del substrato metálico;
(b) exponer la composición de revestimiento de base al aire que tiene una temperatura que oscila de aproximadamente 10ºC a aproximadamente 50ºC durante un periodo de al menos 5 minutos para volatilizar al menos una porción de material volátil desde la composición de revestimiento de base, siendo menor la velocidad del aire en una superficie de la composición de revestimiento de base de aproximadamente 0,5 metros por segundo;
(c) aplicar radiación infrarroja que tiene una longitud de onda de 20 micrómetros o menos y una densidad de potencia de 40 kilowatios por metro cuadrado de superficie de pared de emisor o menos y teniendo el aire caliente una temperatura que oscila de 50ºC a 110ºC simultáneamente con la composición de revestimiento de base durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, siendo menor la velocidad del aire en la superficie de la composición de revestimiento de base de aproximadamente 4 metros por segundo, incrementándose la temperatura del substrato metálico a una velocidad que oscila de aproximadamente 0,4ºC por segundo a aproximadamente 1,2ºC por segundo para conseguir una temperatura punta de metal del substrato que oscila de aproximadamente 120ºC a aproximadamente 165ºC, de manera que se forma una capa de base seca sobre la superficie del substrato metálico; y
(d) aplicar una composición de revestimiento superior en polvo sobre la capa de base seca.
2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde el substrato metálico es seleccionado del grupo que consta de aleaciones de hierro, acero, aluminio, cinc, magnesio y sus combinaciones.
3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde el substrato metálico es un componente de carrocería de automóvil.
4. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde el material volátil de la composición líquida de revestimiento comprende agua.
5. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde el material volátil de la composición líquida de revestimiento de base es seleccionado del grupo que consta de disolventes orgánicos y aminas.
6. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde el aire tiene una temperatura que oscila de 20ºC a 40ºC en la etapa (b).
7. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde el periodo oscila de 5 minutos a 10 minutos en la etapa (b).
8. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde la velocidad del aire oscila de 0,3 a 0,5 metros por segundo en la etapa (b).
9. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde la radiación infrarroja es emitida a una longitud de onda de 0,7 a 20 micrómetros en la etapa (c).
10. El proceso de acuerdo con la reivindicación 9, donde la longitud de onda oscila de 0,7 a 4 micrómetros.
11. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde la radiación infrarroja es emitida a una densidad de potencia que oscila de 10 a 40 kilowatios por metro cuadrado de superficie de pared del emisor en la etapa (c).
12. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde el periodo oscila de 2 a 6 minutos en la etapa (c).
13. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde la velocidad del aire oscila de 1 a 4 metros por segundo en la etapa (c).
14. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde la temperatura del substrato metálico oscila de 0,5ºC por segundo a 1,1ºC por segundo en la etapa (c).
15. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde la temperatura unta del metal del substrato oscila de 132ºC a 155ºC en la etapa(c).
16. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una etapa adicional (b') de aplicación de radiación infrarroja y calor que tiene una temperatura que oscila de 25ºC a 50ºC simultáneamente con la composición de revestimiento de base durante un periodo de al menos 2 minutos entre las etapas (b) y (c), siendo menor la velocidad del aire en la superficie de la composición de revestimiento de base de 4 metros por segundo, incrementándose la temperatura del substrato metálico a una velocidad que oscila de 0,05ºC por segundo a 0,3ºC por segundo para conseguir una temperatura punta del metal que oscila de 30ºC a 60ºC, de forma que la capa de base pre-secada está formada sobre la superficie del substrato metálico.
17. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una etapa adicional (c') de aplicación de aire caliente que tiene una temperatura que oscila de 110ºC a 140ºC hasta la capa superior seca para conseguir una temperatura punta del metal que oscila de 110ºC a 135ºC durante un periodo de al menos 6 minutos, después de la etapa (c), de manera que se forma una capa de base endurecida sobre la superficie del substrato metálico.
18. El proceso de acuerdo con la reivindicación 17, donde la etapa adicional (c') comprende adicionalmente aplicar radiación infrarroja a la capa superior seca simultáneamente mientras se aplica el aire caliente.
19. El proceso de acuerdo con la reivindicación 18, que comprende adicionalmente una etapa adicional (c``) de refrigeración del substrato metálico que tiene la capa de base seca encima a una temperatura de 20ºC a 30ºC entre las etapas (c) y (d).
20. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una etapa adicional (f) de endurecimiento de la composición de revestimiento superior de polvo después de la aplicación sobre la capa de base seca.
21. El proceso de acuerdo con la reivindicación 20, donde la etapa adicional (f) comprende adicionalmente el endurecimiento de la composición de revestimiento de base y la composición de revestimiento de polvo después de la aplicación de la composición de revestimiento superior de polvo sobre la capa de base seca.
22. Un proceso para el revestimiento de un substrato metálico, que comprende las etapas de:
(a) aplicar una composición líquida de revestimiento de base a la superficie del substrato metálico;
(b) aplicar radiación infrarroja que tiene una longitud de onda de 20 micrómetros o menos y una densidad de potencia de 40 kilowatios por metro cuadrado de superficie de pared emisora o menos y aire caliente que tiene una temperatura que oscila de 25ºC a 50ºC simultáneamente con la composición de revestimiento de base durante un periodo de al menos 2 minutos, siendo menor la velocidad del aire en la superficie de la composición de revestimiento de base de 4 metros por segundo, estando incrementada la temperatura del substrato metálico a una velocidad que oscila de 0,05ºC por segundo a 0,3ºC por segundo para conseguir una temperatura punta del metal del substrato que oscila de 30ºC a 60ºC, de manera que se forma una capa de base presecada sobre la superficie del substrato metálico;
(c) aplicar radiación infrarroja que tiene una longitud de onda de 20 micrómetros o menos y una densidad de potencia de 40 kilowatios por metro cuadrado de superficie de pared emisora o menos y aire caliente que tiene una temperatura que oscila de 50ºC a 110ºC simultáneamente con la composición de revestimiento de base durante un periodo de al menos 2 minutos, siendo incrementada la velocidad del aire en la superficie de la composición de revestimiento de base en 4 metros por segundo, elevándose la temperatura del substrato metálico a una velocidad que oscila de 0,4ºC por segundo a 1,2ºC por segundo para conseguir una temperatura punta del metal del substrato que oscila de 120ºC a 165ºC, de manera que se forma una capa de base seca sobre la superficie del substrato metálico;
(d) aplicar una composición de revestimiento superior en polvo sobre la capa de base seca.
23. Un proceso para el revestimiento de un substrato polimérico que comprende las etapas de:
(a) aplicar una composición líquida de revestimiento de base a una superficie del substrato polimérico;
(b) exponer la composición de revestimiento de base al aire que tiene una temperatura que oscila de aproximadamente 10ºC a aproximadamente 50ºC durante un periodo de al menos aproximadamente 5 minutos para volatilizar al menos una porción del material volátil desde la composición líquida de revestimiento de base, siendo menor la velocidad del aire en una superficie de la composición de revestimiento de base de aproximadamente 0,5 metros por segundo;
(c) aplicar radiación infrarroja que tiene una longitud de onda de 20 micrómetros o menos y una densidad de potencia de 40 kilowatios por metro cuadrado de la superficie de pared de emisor o menor y teniendo el aire caliente una temperatura que oscila de 50ºC a 110ºC simultáneamente con la composición de revestimiento de base durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, siendo menor la velocidad del aire en la superficie de la composición de revestimiento de base de aproximadamente 4 metros por minuto, estando incrementa la temperatura del substrato polimérico a una velocidad que oscila de 0,4ºC por segundo a 1,2ºC por segundo para conseguir una temperatura punta del substrato polimérico que oscila de 120ºC a 165ºC, de manera que se forma una capa de base seca sobre la superficie del substrato polimérico; y
(d) aplicar una composición de revestimiento superior en polvo sobre la capa de base seca.
24. El proceso de acuerdo con la reivindicación 23, que comprende adicionalmente una etapa adicional (c'') de refrigeración del substrato polimérico que tiene la capa de base seca encima a una temperatura de 20ºC a 30ºC entre las etapas (c) y (d).
25. El proceso de acuerdo con la reivindicación 23, que comprende adicionalmente una etapa adicional (e) de endurecimiento de la composición de revestimiento superior en polvo después de la aplicación de la capa de base seca.
26. Un proceso para el revestimiento de un substrato polimérico, que comprende las etapas de:
(a) aplicar una composición líquida de revestimiento de base a la superficie del substrato metálico;
(b) aplicar radiación infrarroja que tiene una longitud de onda de 20 micrómetros o menos y una densidad de potencia de 40 kilowatios por metro cuadrado de superficie de pared emisora o menos y aire caliente que tiene una temperatura que oscila de 25ºC a 50ºC simultáneamente con la composición de revestimiento de base durante un periodo de al menos 2 minutos, siendo la velocidad del aire en la superficie de la composición de revestimiento de base de 4 metros por segundo, siendo incrementada la temperatura del substrato metálico a una velocidad que oscila de 0,05ºC por segundo a 0,3ºC por segundo para conseguir una temperatura punta del metal del substrato que oscila de 30ºC a 60ºC, de manera que se forma una capa de base presecada sobre la superficie del substrato metálico;
(c) aplicar radiación infrarroja que tiene una longitud de onda de 20 micrómetros o menos y una densidad de potencia de 40 kilowatios por metro cuadrado de superficie de pared emisora o menos y aire caliente que tiene una temperatura que oscila de 50ºC a 110ºC simultáneamente con la composición de revestimiento de base durante un periodo de al menos 2 minutos, siendo incrementada la velocidad del aire en la superficie de la composición de revestimiento de base en 4 metros por segundo, elevándose la temperatura del substrato metálico a una velocidad que oscila de 0,4ºC por segundo a 1,2ºC por segundo para conseguir una temperatura punta del metal del substrato que oscila de 120ºC a 165ºC, de manera que se forma una capa de base seca sobre la superficie del substrato metálico;
(d) aplicar una composición de revestimiento superior en polvo sobre la capa de base seca.
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