ES2204611T3 - Procedimientos para secar y tratar composiciones de recubrimiento de imprimacion. - Google Patents
Procedimientos para secar y tratar composiciones de recubrimiento de imprimacion.Info
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Abstract
Un proceso para el secado de una composición de revestimiento de capa de imprimación líquida aplicada a una superficie de un substrato metálico, comprendiendo las etapas de: (a) exponer la composición de revestimiento de capa de imprimación líquida al aire que tiene una temperatura que oscila desde aproximadamente 10ºC a aproximadamente 50ºC durante un periodo de al menos aproximadamente 30 segundos para volatilizar al menos una porción del material volátil desde la composición de revestimiento de la capa de imprimación líquida, siendo la velocidad del aire en una superficie de la composición de revestimiento de capa de imprimación menor de aproximadamente 4 metros por segundo; (b) aplicar radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente con la composición de revestimiento de capa de imprimación durante un periodo de al menos aproximadamente 1 minuto, siendo la velocidad del aire en la superficie de la composición de revestimiento de la capa de imprimación menor de aproximadamente 4 metros por segundo, siendo incrementada la temperatura del substrato metálico a una velocidad que oscila desde aproximadamente 0, 2ºC por segundo hasta aproximadamente 2ºC por segundo para conseguir una temperatura punta del metal del substrato que oscila desde aproximadamente 30ºC hasta aproximadamente 120ºC; y (c) aplicar radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente a la composición de capa de imprimación durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, siendo incrementada la temperatura del substrato de metal a una velocidad que oscila desde aproximadamente 0, 1ºC por segundo hasta aproximadamente 1ºC por segundo para conseguir una temperatura punta del metal del substrato que oscila desde aproximadamente 40ºC hasta aproximadamente 155ºC, de manera que se forma un revestimiento de capa de imprimación seca sobre la superficie del substrato metálico.
Description
Procedimiento para secar y tratar composiciones
de recubrimiento de imprimación.
La presente invención se refiere al secado de
composiciones de revestimiento de capa de imprimación (capa de
imprimación/capa superficial) para aplicaciones de revestimiento de
automóviles y, más particularmente, a procesos de múltiples etapas
para secar composiciones de revestimiento de capa de imprimación que
incluyen una combinación de radiación infrarroja y secado por
convección.
Las carrocerías de automóviles actuales son
tratadas con múltiples capas de revestimientos que no solamente
mejoran la apariencia del automóvil, sino que además proporcionan
protección frente a la corrosión, picaduras, luz ultravioleta,
lluvia ácida y otras condiciones del medio ambiente que pueden
deteriorar la apariencia del revestimiento y la carcasa del coche
subyacente.
Las formulaciones de estos revestimientos pueden
variar ampliamente. No obstante, el principal desafío al que hacen
frente todos los fabricantes de automóviles es cómo secar
rápidamente y endurecer estos revestimientos con la mínima inversión
de capital y espacio de suelo, que es valioso al máximo en las
plantas de fabricación.
Se han propuesto varias ideas para acelerar los
procesos de secado y endurecimiento para revestimientos de
automóvil, tales como secado por convección de aire caliente. Aunque
es rápido el secado con aire caliente, puede formarse una capa sobre
la superficie del revestimiento que impide el escape de los
volátiles desde la composición de revestimiento y provoca pompas,
burbujas, ampollas que arruinan la apariencia del revestimiento
secado.
Se describen otros métodos y aparatos para el
secado y endurecimiento de un revestimiento aplicado a una carcasa
de automóvil 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 los revestimientos de acabado para automóviles
utilizando radiación infrarroja. El aire de ventilación utilizado
para proteger los radiadores infrarrojos de los vapores disolventes
es descargado como un flujo laminar sobre la carrocería del coche.
La figura 15 es un gráfico de temperatura como una función del
tiempo que muestra la curva de tiempo de secado corto/temperatura
alta preferida 122 frente al secado infrarrojo convencional (curva
113) y el secado por convección (curva 114). Tales técnicas de
secado rápido a alta temperatura pueden ser poco deseadas puesto que
puede formarse una capa sobre la superficie del revestimiento que
puede provocar pompas, burbujas o ampollas, como se describe
anteriormente.
La Patente de los Estados Unidos 4.336.279
describe un proceso y aparato para secar revestimientos de automóvil
utilizando energía radiante directa, la mayoría de la cual tiene una
longitud de onda mayor de 5 micras. El aire caliente está en
circulación bajo condiciones turbulentas contra los laterales
traseros de las paredes de la cámara de calentamiento para
proporcionar el 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 una porción central
de la cámara interior en la que se seca la carrocería del
automóvil.
Es necesario un proceso rápido de secado de
múltiples etapas para revestimientos de automóvil que inhiba la
formación de defectos superficiales y decoloración en el
revestimiento, particularmente, para el secado de revestimientos de
capa de imprimación/capa superficial.
La presente invención proporciona el proceso para
secar una composición de revestimiento de capa de imprimación
líquida aplicada a una superficie de un substrato metálico, que
comprende las etapas de: (a) exponer la composición de revestimiento
de capa de imprimación líquida al aire que tiene una temperatura que
oscila desde aproximadamente 10ºC a aproximadamente 50ºC durante un
periodo de al menos aproximadamente 30 segundos para volatilizar al
menos una porción del material volátil desde la composición de
revestimiento de la capa de imprimación líquida, siendo la velocidad
del aire en una superficie de la composición de revestimiento de
capa de imprimación menor de aproximadamente 4 metros por segundo;
(b) aplicar radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente con
la composición de revestimiento de capa de imprimación durante un
periodo de al menos aproximadamente 1 minuto, siendo la velocidad
del aire en la superficie de la composición de revestimiento de la
capa de imprimación menor de aproximadamente 4 metros por segundo,
siendo incrementada la temperatura del substrato metálico a una
velocidad que oscila desde aproximadamente 0,2ºC por segundo hasta
aproximadamente 2ºC por segundo para conseguir una temperatura punta
del metal del substrato que oscila desde aproximadamente 30ºC hasta
aproximadamente 120ºC, y (c) aplicar radiación infrarroja y aire
caliente simultáneamente a la composición de capa de imprimación
durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, siendo
incrementada la temperatura del substrato de metal a una velocidad
que oscila desde aproximadamente 0,1ºC por segundo hasta
aproximadamente 1ºC por segundo para conseguir una temperatura punta
del metal del substrato que oscila desde aproximadamente 40ºC hasta
aproximadamente 155ºC, de manera que se forma un revestimiento de
capa de imprimación seca sobre la superficie del substrato
metálico.
Otro aspecto de la presente invención es un
proceso para secar una composición de revestimiento de capa de
imprimación de suspensión en polvo aplicada a una superficie de un
substrato metálico, que comprende las etapas de: (a) aplicar
radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente con la
composición de revestimiento de capa de imprimación de suspensión en
polvo durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos,
siendo la velocidad del aire en la superficie de la composición de
revestimiento de la capa de imprimación de polvo menor de
aproximadamente 4 metros por segundo, siendo la temperatura del
substrato metálico incrementada a una velocidad que oscila desde
aproximadamente 0,5ºC por segundo hasta aproximadamente 1ºC por
segundo para conseguir una temperatura punta del metal del substrato
que oscila desde aproximadamente 90ºC hasta aproximadamente 110ºC; y
(b) aplicar radiación infrarroja y aire caliente de forma simultánea
a la composición de la capa de imprimación en polvo durante un
periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, siendo incrementada
la temperatura del substrato metálico a una velocidad que oscila
desde aproximadamente 0,25ºC por segundo hasta aproximadamente 1ºC
por segundo para conseguir una temperatura punta del metal del
substrato que oscila desde aproximadamente 125ºC hasta
aproximadamente 140ºC, de manera que se forma el revestimiento de
capa de imprimación seca fundida sobre la superficie del substrato
metálico.
Todavía otro aspecto de la presente invención es
un proceso para endurecer una composición de revestimiento de capa
de imprimación en polvo aplicada a una superficie de un substrato
metálico, que comprende las etapas de: (a) aplicar radiación
infrarroja y aire caliente de forma simultánea respecto a la
composición de revestimiento de capa de imprimación en polvo durante
un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, siendo la
velocidad del aire en la superficie de la composición de
revestimiento de la capa de imprimación de polvo menor de
aproximadamente 4 metros por segundo, siendo incrementada la
temperatura del substrato metálico a una velocidad que oscila desde
aproximadamente 0,5ºC por segundo hasta aproximadamente 1ºC por
segundo hasta conseguir una temperatura punta del metal del
substrato que oscila desde aproximadamente 90ºC hasta
aproximadamente 110ºC; y (b) aplicar radiación infrarroja y aire
caliente de forma simultánea a la composición de capa de imprimación
en polvo durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos en
los que se incrementa una temperatura del substrato metálico a una
velocidad que oscila desde aproximadamente 0,5ºC por segundo hasta
aproximadamente 1,5ºC por segundo para conseguir una temperatura
punta del metal del substrato que oscila desde aproximadamente 160ºC
hasta aproximadamente 200ºC, y mantener la temperatura punta del
metal durante al menos aproximadamente 15 minutos.
Otro aspecto de la presente invención es un
proceso para el secado de una composición de revestimiento de capa
de imprimación líquida aplicada a una superficie de un substrato
polimérico, que comprende las etapas de: (a) exponer la composición
de revestimiento de la capa de imprimación líquida al aire que tiene
una temperatura que oscila desde aproximadamente 10ºC hasta
aproximadamente 30ºC durante un periodo de al menos aproximadamente
30 segundos para volatilizar al menos una porción de material
volátil desde la composición de revestimiento de la capa de
imprimación líquida, siendo la velocidad del aire en una superficie
de la composición de revestimiento de capa de imprimación menor de
aproximadamente 4 metros por segundo; (b) aplicar radiación
infrarroja y aire caliente de forma simultánea con la composición de
revestimiento de la capa de imprimación durante un periodo de al
menos aproximadamente 1 minuto, siendo la velocidad del aire en la
superficie de la composición de la capa de imprimación menor de
aproximadamente 4 metros por segundo, siendo incrementada la
temperatura del substrato polimérico a una velocidad que oscila
desde aproximadamente 0,2ºC por segundo hasta aproximadamente 0,4ºC
por segundo para conseguir una temperatura punta del substrato que
oscila desde aproximadamente 30ºC hasta aproximadamente 50ºC; y (c)
aplicar radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente a la
composición de capa de imprimación durante un periodo de al menos
aproximadamente 2 minutos, siendo incrementada la temperatura del
substrato polimérico a una velocidad que oscila desde
aproximadamente 0,1ºC por segundo hasta aproximadamente 1ºC por
segundo para conseguir una temperatura punta del substrato que
oscila desde aproximadamente 40ºC hasta aproximadamente 145ºC, de
manera que se forma un revestimiento de capa de imprimación seco
sobre la superficie del substrato.
Todavía otro aspecto de la presente invención es
un proceso para el endurecimiento de una composición de
revestimiento de capa de imprimación en polvo aplicada a una
superficie de un substrato polimérico, que comprende las etapas de:
(a) aplicar radiación infrarroja y aire caliente de forma simultánea
a la composición de revestimiento de capa de imprimación en polvo
durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, siendo la
velocidad del aire en la superficie de la composición de
revestimiento de capa de imprimación en polvo menor de
aproximadamente 4 metros por segundo, siendo incrementada la
temperatura del substrato polimérico a una velocidad que oscila
desde aproximadamente 0,5ºC por segundo hasta aproximadamente 1ºC,
por segundo para alcanzar una temperatura punta del substrato que
oscila desde aproximadamente 90ºC hasta aproximadamente 110ºC; y (b)
aplicar radiación infrarroja y aire caliente de forma simultánea a
la composición de capa de imprimación en polvo durante un periodo de
al menos aproximadamente 2 minutos en el que se incrementa la
temperatura del substrato en una proporción que oscila desde
aproximadamente 0,5ºC por segundo hasta aproximadamente 1ºC por
segundo para conseguir una temperatura punta del substrato que
oscila desde aproximadamente 160ºC hasta aproximadamente 200ºC y
manteniendo la temperatura punta durante al menos aproximadamente 15
minutos.
El resumen precedente, así como la siguiente
descripción detallada de las formas de realización preferidas, se
entenderá mejor cuando se lea en unión con los dibujos adjuntos. En
los dibujos:
La figura 1 es un diagrama de flujo de un proceso
para el secado de una composición de revestimiento de la capa de
imprimación 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.
Haciendo referencia a los dibujos, en los que los
números similares indican elementos similares generalmente, se
muestra en la figura 1 un diagrama de flujo de un proceso de
múltiples etapas para el secado de un revestimiento de capa de
imprimación sobre un substrato de acuerdo con la presente
invención.
Este proceso es adecuado para el secado de los
revestimientos de la capa de imprimación sobre substratos metálicos
o poliméricos en un proceso discontinuo o continuo. En un proceso
discontinuo, el substrato está estacionario durante cada etapa de
tratamiento del proceso, mientras que en un proceso continuo el
substrato está en movimiento continuo a lo largo de una línea de
montaje. La presente invención se describirá a continuación
generalmente en el contexto de secar revestimientos de capa de
imprimación sobre un substrato en un proceso de línea de montaje
continua, aunque el proceso es útil también para el revestimiento de
substratos en un proceso discontinuo.
Los substratos útiles que pueden ser revestidos
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
hierro-cinc electrogalvanizado, aluminio o
magnesio.
Los materiales termoestables útiles incluyen
poliésteres, epóxidos, fenólicos, poliuretanos, tales como
materiales termoestables de uretano de moldeo por inyección de
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 de
acrilonitrilo-butadieno-estireno
(ABS), 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 (carcasas), capó, puertas, parachoques,
amortiguadores, y/o embellecedores para vehículos automóviles.
La presente invención se describirá primero
generalmente en el contexto del secado de un revestimiento de capa
de imprimación sobre una carrocería metálica de automóvil. Un
técnico en la materia entendería que el proceso de la presente
invención es útil también para secar revestimientos de imprimación
sobre componentes metálicos y/o poliméricos no de automóvil, 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 pretratamiento de fosfato de cinc CHEMFOS
700 o rico en cinc BONAZINC (disponible cada uno comercialmente de
PPG Industries, Inc. de Pittsburg, Pensilvania) sobre la superficie
del substrato metálico.
Antes de la aplicación del revestimiento de capa
de imprimación al substrato, puede aplicarse una composición de
revestimiento electrodepositable líquida a una superficie del
substrato metálico (carrocería de automóvil 16 mostrada en la figura
2) en una primera etapa 110 (mostrado en la figura 1). La
composición de revestimiento electrodepositable líquida puede
aplicarse a la superficie del substrato en la etapa 110 por
cualquier proceso de electrodeposición aniónico o catiónico adecuado
bien conocido por los técnicos en la materia. En un proceso de
electrodeposición catiónico, la composición de revestimiento
electrodepositable líquida es colocada en contacto con un ánodo
eléctricamente conductor y un cátodo eléctricamente conductor,
siendo la superficie metálica que debe ser revestida el cátodo.
Siguiendo el contacto con la composición de revestimiento
electrodepositable líquida, se deposita una película adherente de la
composición de revestimiento sobre el cátodo cuando se imprime la
tensión suficiente entre los electrodos. Las condiciones bajo las
que se lleva a cabo la electrodeposición son, en general, similares
a las utilizadas en la electrodeposición de otros revestimientos.
Las tensiones aplicadas pueden variarse y, por ejemplo, pueden ser
tan bajas como 1 voltio o tan altas como varios miles de voltios,
pero típicamente entre 50 y 500 voltios. La densidad de corriente
está normalmente entre 0,5 y 15 amperios por pie cuadrado y tiende a
disminuir durante la electrodeposición indicando la formación de una
película aislante.
Las composiciones de revestimiento
electrodepositables útiles incluyen composiciones
electrodepositables aniónicas o catiónicas bien conocidas por los
técnicos en la materia. Tales composiciones comprenden generalmente
uno o más materiales de formación de película, y materiales
reticulantes. Los materiales de formación de película adecuados
incluyen materiales de formación de película de funcionalidad epoxi,
materiales de formación de película de poliuretano, y materiales de
formación de película acrílica. La cantidad de material de formación
de película en la composición electrodepositable oscila generalmente
desde aproximadamente 50 hasta aproximadamente 95 por ciento en peso
sobre una base del peso total en sólidos de la composición
electrodepositable.
Los materiales de funcionalidad epoxi adecuados
contienen al menos uno, y preferentemente dos o más grupos epoxi u
oxirano en la molécula, tales como di- o poliglicidil éteres de
alcoholes polihídricos. Los poliglicidiléteres útiles de los
alcoholes polihídricos pueden formarse haciendo reaccionar las
epihalohidrinas, tales como la epiclorhidrinas con alcoholes
polihídricos, tales como alcoholes dihídricos, en la presencia de
una condensación alcalina y catalizador de deshidrogenación tal como
hidróxido de sodio o hidróxido de potasio. Los alcoholes
polihídricos adecuados pueden ser aromáticos, tales como bisfenol A,
alifáticos, tales como glicoles o polioles, o cicloalifáticos. Los
materiales de funcionalidad epoxi adecuados tienen un peso
equivalente epoxi que oscila desde aproximadamente 100 hasta
aproximadamente 2000, como se mide por titracción con ácido
perclórico utilizando metil violeta como un indicador. Los
poliepóxidos útiles se describen en la Patente de los Estados Unidos
Nº 5.820.987 en la columna 4, línea 52 a columna 6, línea 59. El
material de funcionalidad epoxi puede reaccionar con una amina para
formar grupos de sal catiónica, por ejemplo, con aminas primaria y
secundaria que pueden acidificarse después de la reacción con los
grupos epoxi para formar grupos de sal amina o aminas terciarias que
pueden acidificarse antes de la reacción con los grupos epoxi y que
después de la reacción con los grupos epoxi forma grupos de sales
amonio cuaternario. Otros formadores de grupo de sal catiónica
útiles incluyen sulfuros.
Los materiales de formación de película de
funcionalidad acrílica adecuados incluyen los polímeros derivados de
los alquilésteres de ácido acrílico y ácido metacrílico, tales como
se describen en la Patente de los Estados Unidos Nºs 3.455.806 y
3.928.157.
Ejemplos de resinas de formación de película
adecuadas para la electrodeposición aniónica incluyen polímeros que
contienen ácido carboxílico solubilizado en base, tales como, el
producto de reacción o aducto de un éster de ácido graso de
semi-secado o aceite de secado con un ácido
carboxílico o anhídrido y cualquier material de modificación
insaturada adicional que reaccionan adicionalmente con poliol. Son
también adecuados al menos los interpolímeros parcialmente
neutralizados de hidroxi-alquil ésteres de ácidos
carboxílicos insaturados, ácido carboxílico insaturado y al menos
cualquier monómero insaturado etilénicamente. Otras resinas
electrodepositables adecuadas comprenden un vehículo
alquil-aminoplasto, es decir, un vehículo que
contiene una resina alquida, y una resina
amina-aldehído o ésteres mezclados de un poliol
resinoso. Estas composiciones se describen detalladamente en la
Patente de los Estados Unidos Nº 3.749.657 en la columna 9, líneas 1
a 75, y columna 10, líneas 1 a 13. Pueden utilizarse también otros
polímeros de funcionalidad ácido tales como polímeros de poliepóxido
fosfatizado o polímeros acrílicos fosfatizados que son bien
conocidos por los técnicos en la materia.
Los materiales de reticulación útiles para la
composición de revestimiento electrodepositable comprenden
poliisocianatos bloqueados o no bloqueados que incluyen
diisocianatos aromáticos; diisocianatos alifáticos, tales como
1,6-hexametileno diisocianato; y diisocianatos
cicloalifáticos, tales como diisocianato de isoforona y
4,4'-metileno-bis(ciclohexil
isocianato). Los ejemplos de los agentes de bloqueo adecuados para
los poliisocianatos incluyen alcoholes alifáticos inferiores, tales
como metanol, oximas, tales como metiletil cetoxima y lactamas,
tales como caprolactama. La cantidad de material de reticulación en
la composición de revestimiento electrodepositable oscila
generalmente desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 50 por
ciento en peso sobre una base de peso de sólidos de resina en total
de la composición de revestimiento electrodepositable.
Generalmente, la composición de revestimiento
electrodepositable comprende también uno o más
pigmentos que pueden ser incorporados en forma de una pasta, agentes tensioactivos, agentes humectantes, catalizadores, aditivos de formación de película, agentes de aplanamiento, agentes desespumadores, microgeles, aditivos de control del pH y materiales volátiles, tales como agua, y disolventes orgánicos, como se describe en la Patente de los Estados
Unidos Nº 5.820.987 en la columna 9, línea 13 a columna 10, línea 27. Los disolventes útiles incluyeron en la composición, además de cualquiera previsto por otros componentes de revestimiento, incluyen disolventes de coalescencia, tales como hidrocarburos, alcoholes, ésteres, éteres y cetonas. Los disolventes de coalescencia preferidos incluyen alcoholes, polioles, éteres y cetonas. La cantidad de disolvente de coalescencia es generalmente aproximadamente 0,05 a aproximadamente 5 por ciento en peso sobre una base de peso total de la composición de revestimiento electrodepositable.
pigmentos que pueden ser incorporados en forma de una pasta, agentes tensioactivos, agentes humectantes, catalizadores, aditivos de formación de película, agentes de aplanamiento, agentes desespumadores, microgeles, aditivos de control del pH y materiales volátiles, tales como agua, y disolventes orgánicos, como se describe en la Patente de los Estados
Unidos Nº 5.820.987 en la columna 9, línea 13 a columna 10, línea 27. Los disolventes útiles incluyeron en la composición, además de cualquiera previsto por otros componentes de revestimiento, incluyen disolventes de coalescencia, tales como hidrocarburos, alcoholes, ésteres, éteres y cetonas. Los disolventes de coalescencia preferidos incluyen alcoholes, polioles, éteres y cetonas. La cantidad de disolvente de coalescencia es generalmente aproximadamente 0,05 a aproximadamente 5 por ciento en peso sobre una base de peso total de la composición de revestimiento electrodepositable.
Otras composiciones de revestimiento
electrodepositable útiles se describen en la Patente de los Estados
Unidos Nºs 4.891.111; 5.760.107; y 4.933.056. El contenido en
sólidos de la composición de revestimiento electrodepositable
líquida oscila generalmente de aproximadamente 3 a aproximadamente
75 por ciento en peso, y preferentemente, de aproximadamente 5 a
aproximadamente 50 por ciento en peso.
Si la composición de revestimiento
electrodepositable es aplicada por inmersión del substrato metálico
en un baño, después de la eliminación del substrato del baño, el
substrato es expuesto al aire para permitir que la composición de
revestimiento electrodepositada en exceso se drene en las cavidades
interiores y superficies del substrato.
Preferentemente, el periodo de drenaje es al
menos aproximadamente 5 minutos, y más preferentemente,
aproximadamente 5 a aproximadamente 10 minutos, de forma que no esté
agua constante desde el aclarado de agua final. La temperatura del
aire durante el periodo de drenaje oscila preferentemente de
aproximadamente 10ºC a aproximadamente 40ºC. La velocidad del aire
durante el drenaje es preferentemente mejor de aproximadamente 0,5
metros por segundo.
El espesor del revestimiento electrodepositable
aplicado 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 ser colocado y la naturaleza de
los materiales de contacto. Generalmente, el espesor del
revestimiento electrodepositable aplicado al substrato oscila desde
aproximadamente 5 hasta aproximadamente 40 micrómetros, y más
preferentemente de aproximadamente 12 a aproximadamente 35
micrómetros.
El revestimiento electrodepositado puede secarse
y endurecerse, si se desea, antes de la siguiente etapa 112 de
aplicación de la capa de imprimación. El revestimiento
electrodepositado puede secarse, por ejemplo, por secado por
convección de aire caliente o secado por infrarrojos.
Preferentemente, el revestimiento/aclarado electrodepositable en
exceso es drenado durante aproximadamente 5 a aproximadamente 10
minutos. A continuación, la radiación infrarroja y el caliente a
baja velocidad pueden aplicarse de forma simultánea al revestimiento
electrodepositado durante un periodo de al menos aproximadamente 1
minuto, de forma que la temperatura del substrato metálico se
incrementa a una velocidad que oscila desde aproximadamente 0,25ºC
por segundo hasta aproximadamente 2ºC por segundo para conseguir una
temperatura punta del metal que oscila de aproximadamente 35ºC hasta
aproximadamente 125ºC y forman un revestimiento electrodepositado
presecado sobre la superficie del substrato metálico. Para formar
una electrocapa seca, la radiación infrarroja y el aire caliente
pueden aplicarse de forma simultánea al revestimiento
electrodepositado sobre el substrato metálico durante un periodo de
al menos aproximadamente 2 minutos durante el cual se incrementa la
temperatura del substrato metálico a una proporción que oscila de
aproximadamente 0,2ºC por segundo hasta aproximadamente 1,5ºC por
segundo para conseguir una temperatura punta del metal del substrato
que oscila desde aproximadamente 160ºC hasta aproximadamente 215ºC y
endurecido posteriormente por el mantenimiento de la temperatura
punta del metal durante al menos aproximadamente 6 minutos. Se
describen a continuación detalladamente aparatos adecuados para el
secado y el endurecimiento de la capa de base utilizando una
combinación de calor por infrarrojos y calor por convección, para el
secado del revestimiento de la capa de imprimación.
Haciendo referencia a la figura 1, se aplica una
composición de revestimiento de capa de imprimación (capa de
imprimación/capa superficial) sobre al menos una porción del
revestimiento electrodepositado. La composición de revestimiento de
capa de imprimación puede ser suspensión líquida, en polvo o polvo
(sólido), como se desee. El revestimiento de capa de imprimación de
suspensión líquida o en polvo puede aplicarse a la superficie del
substrato por cualquier proceso de revestimiento adecuado bien
conocido por la técnica en la materia, por ejemplo, por
revestimiento por inmersión, revestimiento con rodillo directo,
revestimiento con rodillo inverso, revestimiento de cortina,
revestimiento por pulverización, revestimiento por cepillado y sus
combinaciones. Los revestimientos de polvo son aplicados
generalmente por deposición electrostática. El método y aparato para
la aplicación de la composición de capa de imprimación al substrato
es determinado en parte por la configuración y el tipo de material
de substrato.
La composición de revestimiento de capa de
imprimación de suspensión en líquido o en polvo comprende
generalmente uno o más materiales de formación de película,
materiales volátiles, y opcionalmente, pigmentos. Los materiales
volátiles no están presentes en la composición de revestimiento en
polvo. Preferentemente, la composición de revestimiento de la capa
de imprimación, o bien suspensión líquida, en polvo o polvo,
comprende uno o más materiales de formación de película
termoestable, tales como poliuretanos, acrílicos, poliésteres,
epoxies y materiales de reticulación.
Los poliuretanos adecuados incluyen productos de
reacción de polioles poliméricos, tales como polioles poliéster o
polioles acrílicos con un poliisocianato, incluyendo diisocianatos
aromáticos, tales como 4,4'-difenilmetano
diisocianato, diisocianatos alifáticos, tales como
1,6-hexametileno diisocianato, y diisocianatos
cicloalifáticos, tales como la isoforona diisocianato y
4,4'-metileno-bis(ciclohexil
isocianato). Los polímeros acrílicos adecuados incluyen polímeros de
ácido acrílico, ácido metacrílico y sus alquilésteres. Otros
materiales de formación de película útiles y otros componentes para
capas de imprimación se describen en la Patente de los Estados
Unidos Nº 4.971.837; 5.492.731 y 5.262.464.
La cantidad de material de formación de película
en la capa de imprimación oscila generalmente desde aproximadamente
37 hasta aproximadamente 60 por ciento en peso sobre una base de
peso total de sólidos de resina de la composición de revestimiento
de capa de imprimación.
Los materiales de reticulación adecuados incluyen
aminoplastos, poliisocianatos, (descritos anteriormente) y sus
mezclas. Las resinas de aminoplasto útiles están basadas en los
productos de adición de formaldehído, con una substancia que lleva
un grupo amino- o amido. Son más comunes los productos de
condensación obtenidos a partir de la reacción de alcoholes y
formaldehído con melamina, urea o benzoguanamina. La cantidad de
material de reticulación en la composición de revestimiento de capa
de imprimación oscila generalmente desde aproximadamente 5 a
aproximadamente 50 por ciento en peso sobre una base de peso total
de sólidos de resina de la composición de revestimiento de capa de
imprimación.
Los materiales volátiles que pueden incluirse en
la composición de revestimiento de capa de imprimación de suspensión
líquida o en polvo incluyen agua y/o disolventes orgánicos, tales
como los alcoholes que incluyen metanol, propanol, etanol, butanol,
alcohol butilo y alcohol hexilo; éteres y alcohol éter, tales como
etilenglicol monoetiléte, etilenglicol monobutil éter; cetonas tales
como metil etil cetona y metil isobutil cetona; ésteres tales como
butil acetato; hidrocarburos alifáticos y alicíclicos, tales como
naftas petróleo; e hidrocarburos aromáticos, tales como tolueno y
xileno. La cantidad de material volátil en la composición de
revestimiento de capa de imprimación puede oscilar desde
aproximadamente 1 a aproximadamente 30 por ciento en peso sobre una
base total de peso de la composición de revestimiento de capa de
imprimación.
Otros aditivos, tales como plastificantes,
antioxidantes, mildewcides, fungicidas, agentes tensioactivos,
substancias de relleno y pigmentos, pueden estar presentes en la
composición de revestimiento de capa de imprimacion en cantidades
generalmente hasta aproximadamente 40 por ciento en peso. Las
substancias de carga y los pigmentos útiles se describen en la
Patente de los Estados Unidos Nº 4.971.837. Para las composiciones
de revestimiento de capa de imprimación de suspensión líquida o en
polvo, los sólidos de porcentaje en peso del revestimiento oscilan
generalmente desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 80 por
ciento en peso sobre una base de peso total.
Haciendo referencia ahora a la figura 1, si la
composición de revestimiento de la capa de imprimación aplicada a la
superficie del substrato está en forma líquida, el proceso de la
presente invención comprende una siguiente etapa 12, 114 de
exposición de la composición de revestimiento de la capa de
imprimación líquida a aire baja velocidad que tiene una temperatura
que oscila desde aproximadamente 10ºC hasta aproximadamente 50ºC, y
preferentemente, de aproximadamente 20ºC a aproximadamente 35ºC,
durante un periodo de al menos aproximadamente 30 segundos para
volatilizar al menos una porción del material volátil desde la
composición de revestimiento de la capa de imprimación líquida y
fraguar el revestimiento de la capa de imprimación. Esta etapa no es
necesaria para el tratamiento de los revestimientos de capa de
imprimación de polvo o suspensión polvo.
Como se utiliza aquí, el término "fraguar"
significa que el revestimiento de capa de imprimación líquida está
libre de adhesión (resiste la adherencia del polvo otros
contaminantes que lleva el aire) y no está alterado o deformado
(ondulado o nervado) por corrientes de aire que soplan pasada la
superficie revestida con capa de imprimación. La velocidad del aire
en la superficie expuesta del revestimiento de capa de imprimación
líquida es menor de aproximadamente 4 metros por segundo,
preferentemente, oscila desde aproximadamente 0,5 a aproximadamente
4 metros por segundo y, más preferentemente, aproximadamente 0,7 a
aproximadamente 1,5 metros por segundo.
La volatilización o evaporación de volátiles
desde la superficie del revestimiento de capa de imprimación líquida
14 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 baja velocidad para reducir al mínimo la
contaminación de partículas que lleva el aire como se muestra en la
figura 2. La carrocería del automóvil 16 es colocada en la entrada
de la primera cámara de secado 18 y se mueve lentamente a través de
ella de una forma de línea de montaje a una velocidad que permite la
volatilización del revestimiento de la capa de imprimación 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 la configuración de la cámara de secado 18, pero
oscilan preferentemente de aproximadamente 3 metros por minuto hasta
aproximadamente 10 metros por minuto para un proceso continuo. Un
técnico en la materia entendería que los secadores individuales
pueden utilizarse para cada etapa del procesador o que puede
utilizarse un solo secador que tiene una pluralidad de cámaras o
secciones de secado individuales (mostrado en la figura 2)
configuradas para que se correspondan con cada etapa del proceso,
según se desee.
El aire es suministrado preferentemente a la
primera cámara de secado 18 por un dispositivo de soplado 20 o
secador, mostrado en línea imaginaria en la figura 2. Un ejemplo no
limitativo de un dispositivo de soplado adecuado es un dispositivo
de soplado 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 20ºC hasta aproximadamente 40ºC.
Preferentemente, el revestimiento de capa de imprimación está
expuesto al aire durante un periodo que oscila desde aproximadamente
30 segundos hasta aproximadamente 3 minutos antes de que la
carrocería del automóvil 16 se mueva hasta la siguiente etapa del
proceso de secado.
Haciendo referencia ahora a las figuras 1 y 2,
para el secado de un revestimiento de capa de imprimación líquida,
el proceso comprende una siguiente etapa 22, 116 de aplicación de
radiación infrarroja y aire caliente a baja velocidad
simultáneamente con el revestimiento de la capa de imprimación
durante un periodo de al menos aproximadamente 1 minuto
(preferentemente, de aproximadamente 1 a aproximadamente 3 minutos),
de manera que la temperatura del substrato metálico es incrementada
a una velocidad que oscila desde aproximadamente 0,2ºC por segundo
hasta aproximadamente 2ºC por segundo (preferentemente,
aproximadamente 0,2ºC por segundo hasta aproximadamente 1,5ºC por
segundo) para conseguir una temperatura punta del metal que oscila
desde aproximadamente 30ºC hasta aproximadamente 120ºC, y
preferentemente, de aproximadamente 35ºC hasta aproximadamente
110ºC, y forman un revestimiento de capa de imprimación
pre-secado sobre la superficie del substrato
metálico.
Como se utiliza aquí, "temperatura punta del
metal" significa la temperatura objetivo mínima al a que debe
calentarse el substrato metálico (carrocería del automóvil 16). La
temperatura punta del metal para un substrato metálico se mide en la
superficie del substrato revestido aproximadamente en la mitad del
lateral del substrato opuesto al lateral al que se aplica el
revestimiento. La temperatura punta para un substrato polimérico es
medida en la superficie del substrato revestido aproximadamente en
la mitad del lado del substrato sobre el que se aplica un
revestimiento. Es preferible que esta temperatura punta del metal se
mantenga durante un tiempo tan corto como sea posible para reducir
al mínimo la posibilidad de reticular el revestimiento de la capa de
imprimación.
Alternativamente, para el tratamiento de un
revestimiento de capa de imprimación de suspensión de polvo o en
polvo, se aplican radiación infrarroja y aire caliente a baja
velocidad al substrato metálico revestido simultáneamente durante un
periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, de forma que la
temperatura del substrato de metal se incrementa a una velocidad que
oscila desde aproximadamente 0,5ºC por segundo hasta aproximadamente
1ºC por segundo para conseguir una temperatura punta del metal que
oscila desde aproximadamente 90ºC hasta aproximadamente 110ºC, y
forman un revestimiento de capa de imprimación presecado sobre la
superficie del substrato metálico.
Mediante el control de la velocidad a la que se
incrementa la temperatura del metal y l temperatura punta del metal,
pueden reducirse al mínimo los defectos en la apariencia de la capa
de base y la capa superior aplicadas posteriormente, tales como
pompa y burbujas.
La radiación infrarroja aplicada incluye
preferentemente radiación de región casi infrarroja (0,7 a 1,5
micrómetros) y de región infrarroja intermedia (1,5 a 20
micrómetros), y más preferentemente oscila desde 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 no inducen preferentemente a
reacción química o reticulación de los componentes del revestimiento
electrodepositable. La mayoría de las superficies no de
Clase-A no están expuestas directamente a la
radiación infrarroja sino que serán calentadas a través de la
conducción en la carrocería del automóvil y dispersión aleatoria de
la radiación infrarroja.
Con referencia ahora 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 del
aparato de secado infrarrojo/por convección 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 de longitud
de onda corta útil (de 0,76 a 2 micrómetros) incluyen las lámparas
Modelo Nº T-3, tales como las disponibles
comercialmente de General Electric Co., Sylvania, Phillips, Heraeus
y 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 (de 2 a 4 micrómetros) pueden utilizarse también y están
disponibles por los mismos proveedores. La lámpara emisora es
preferentemente generalmente en forma de varilla y tiene una
longitud de onda que puede variarse 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 de 3 a aproximadamente 5
hileras) de emisores 26 en el fondo de la cámara de secado interior
27 que están dispuestos generalmente en horizontal con respecto al
suelo 32.
El número de emisores 26 puede variar dependiendo
de la intensidad deseada de energía que debe emitirse. En una forma
de realización preferida, el número de emisores 26 montados en el
techo 36 de la cámara de secado interior 27 es aproximadamente de 24
a aproximadamente 32 dispuestos en una serie lineal lado a lado con
los emisores 26 espaciados aproximadamente 10 a aproximadamente 20
centímetros separados 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 cualquiera que sea el componente del substrato que debe
secarse dentro, y preferentemente es aproximadamente 2,5 a
aproximadamente 3,0 metros de ancho. Preferentemente, cada pared
lateral 30 de la cámara 27 tienen aproximadamente de 50 a
aproximadamente 60 lámparas con las lámparas espaciadas
aproximadamente de 15 a aproximadamente 20 centímetros separados 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 se esté secando dentro, y
preferentemente, es aproximadamente de 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 media, las
tres zonas más próximas a la salida a longitudes de onda 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 bulbos en una serie
de 2 por 3. La primera sección de bulbos más próxima a la entrada es
accionada preferentemente a 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 a partir de
aluminio pulido. Los reflectores adecuados incluyen reflectores con
funda de aluminio o con funda de oro integral 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 sobre la
carrocería del automóvil 16 para disminuir la difusión de
energía.
Dependiendo de factores de este tipo como la
configuración y la colocación de la carrocería del automóvil 16
dentro de la cámara de secado interior 27 y el color de la capa de
base que debe secarse, las lámparas emisoras 26 pueden controlarse
de forma independiente por el microprocesador (no mostrado) de forma
que las lámparas emisoras 26 más separadas de la superficie de Clase
A 24 pueden ser iluminadas a una mayor intensidad que las lámparas
más próximas a la superficie 24 de Clase A 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 ser
ajustadas hasta una intensidad más baja hasta que haya pasado el
techo 40, después, puede incrementarse la intensidad para calentar
la tapa de cubierta 42 que es una distancia más grande desde las
lámparas emisoras 26 que el 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 del
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
es 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, de aproximadamente 12
kW/m^{2} para las lámparas del emisor 26 que están dirigidas hacia
los lados 48 de la carrocería del automóvil 16 (puertas o
parachoques) que están más próximos a las lámparas emisoras 26 que
miran hacia el capó o tapa de cubierta 42 de la carrocería del
automóvil 16, que emiten preferentemente aproximadamente 24
kW/m^{2}.
Un ejemplo no limitativo de una combinación
adecuada de aparato de secado por convección/infrarrojos es un horno
de convección con aire caliente y radiación infrarroja combinado
BGK, que está disponible comercialmente de BGK Automotive Group of
Minneapolis, Minnesota. La configuración general de este horno se
describirá a continuación y se describe en la Patente de los Estados
Unidos Nºs 4.771.728.; 4,907.533; 4.908.231; y 4.943.447. Otros
aparatos en combinación útiles de secado por infrarrojos/convección
están disponibles comercialmente de Durr of Wixom, Michigan, Thermal
Innovations of Manasquam, New Jersey, Thermovation Engineering of
Cleveland, Ohio, Dry-Quick of Greenburg, Indiana and
Wisconsin Oven and Infrared Systems of East Troy, Wisconsin.
Haciendo referencia ahora a las figuras 2 y 3, el
aparato de secado por infrarrojos/convección en combinación
preferido 28 incluye paredes laterales desviadas 30 que tienen
toberas o aberturas de muescas 50 a través de las cuales pasa el
aire 52 para entrar en el interior de la cámara de secado 27 a una
velocidad menor de aproximadamente 4 metros por segundo. Durante
esta etapa, la velocidad del aire en la superficie 54 del
revestimiento electrodepositado es menor de aproximadamente 4 metros
por segundo, preferentemente oscila desde aproximadamente 0,5 a
aproximadamente 4 metros por segundo y, más preferentemente,
aproximadamente 0,7 a aproximadamente 1,5 metros por segundo.
La temperatura del aire 52 oscila generalmente
desde aproximadamente 25ºC hasta aproximadamente 50ºC, y
preferentemente de aproximadamente 30ºC a aproximadamente 40ºC. El
aire 52 es suministrado por el dispositivo de soplado 56 o el
secador y puede precalentarse externamente o haciendo pasar el aire
sobre las lámparas emisoras de infrarrojos calientes 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
disminuirse, extendiéndose así su vida útil. Además, los vapores de
disolvente no deseados pueden ser retirados de la cámara de secado
interior 27. El aire 52 puede ponerse en circulación también a
través del la cámara de secado interior 27 por el subsuelo 58.
Preferentemente, el flujo de aire se pone en circulación de nuevo
para incrementar la eficiencia. Una parte del flujo de aire puede
sangrarse para eliminar los contaminantes y puede suplementarse con
aire nuevo filtrado para compensar las pérdidas.
Haciendo referencia ahora a las figuras 1 y 2,
para el secador de una composición de revestimiento de capa de
imprimación líquida, el proceso de la presente invención comprende
una siguiente etapa 60, 118 de aplicación de radiación infrarroja y
aire caliente simultáneamente con el revestimiento de la capa de
imprimación sobre el substrato metálico (carrocería del automóvil
16) durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, y
preferentemente aproximadamente de 2 a aproximadamente 3 minutos.
La temperatura del substrato metálico se incrementa a una velocidad
que oscila desde aproximadamente 0,1ºC por segundo hasta
aproximadamente 1ºC por segundo (preferentemente, aproximadamente
0,5 a aproximadamente 0,7ºC por segundo) para conseguir una
temperatura punta del metal del substrato que oscila desde
aproximadamente 40ºC a aproximadamente 155ºC (preferentemente, desde
aproximadamente 40ºC hasta aproximadamente 125ºC). Se forma una capa
de imprimación seca 62 de este modo sobre la superficie del
substrato metálico.
Alternativamente, para el tratamiento de un
revestimiento de capa de imprimación de suspensión en polvo, se
aplican radiación infrarroja y aire caliente al substrato metálico
revestido simultáneamente durante un periodo de al menos
aproximadamente 2 minutos, de forma que la temperatura del substrato
metálico se incrementa a una velocidad que oscila desde
aproximadamente 0,25ºC por segundo hasta aproximadamente 0,5ºC por
segundo hasta alcanzar una temperatura punta del metal que oscila
desde aproximadamente 125ºC hasta aproximadamente 150ºC y forman un
revestimiento de capa de imprimación seca sobre la superficie del
substrato metálico.
En otra forma de realización alternativa para el
tratamiento de un revestimiento de capa de imprimación en polvo, la
radiación infrarroja y el aire caliente son aplicados al substrato
de metal revestido simultáneamente durante un periodo de al menos
aproximadamente 2 minutos, de forma que la temperatura del substrato
metálico es incrementada a una velocidad que oscila desde
aproximadamente 0,5ºC por segundo hasta aproximadamente 1,5ºC por
segundo para alcanzar una temperatura punta del metal que oscila
desde aproximadamente 160ºC hasta aproximadamente 200ºC para formar
un revestimiento de capa de imprimación fundido sobre la superficie
del substrato metálico.
Esta etapa 118 puede llevarse a cabo de una
manera similar a la de la etapa 116 anterior utilizando un aparato
de secado por radiación infrarroja/convección en combinación, no
obstante, varían como se especifica la velocidad a la que se
incrementa la temperatura del substrato metálico y la temperatura
punta del metal del substrato.
La radiación infrarroja aplicada incluye
preferentemente radiación de región próxima a infrarroja (0,7 a 1,5
micrómetros) y de región infrarroja intermedia (de 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 110ºC hasta
aproximadamente 150ºC, y más preferentemente, de aproximadamente
110ºC hasta aproximadamente 140ºC. La velocidad del aire en la
superficie del revestimiento de capa de imprimación en la etapa 118
es preferentemente inferior a aproximadamente 6 metros por segundo,
y oscila preferentemente de aproximadamente 1 a aproximadamente 4
metros por segundo.
La etapa 118 puede llevarse a cabo utilizando
cualquier combinación convencional de aparato de secado por
infrarrojos/por convección, tal como el horno combinado de
convección con aire caliente y radiación infrarroja BGK que se
describe en detalle anteriormente. Los emisores individuales 26
pueden estar configurados como se describe anteriormente y
controlarse individualmente o en grupos por un microprocesador (no
mostrado) para proporcionar las velocidades de transmisión de
energía infrarroja y calentamiento deseadas.
El revestimiento de la capa de imprimación que
está formado sobre la superficie de la carrocería del automóvil 16
es secado y fusionado suficientemente para permitir la aplicación de
una capa de base, de forma que la calidad de la capa de base no se
verá afectada de forma adversa por el secado adicional o fusión de
la capa de imprimación. Preferentemente, la capa de imprimación está
endurecida antes de la aplicación de la capa de base. Para endurecer
la capa de imprimación, el proceso de la presente invención puede
comprender adicionalmente una etapa de endurecimiento adicional 120
en la que se aplica aire caliente 66 a la capa de imprimación (y
cualquier electrocapa no endurecida, si está presente) durante un
periodo de al menos aproximadamente 15 minutos después de la etapa
118 para alcanzar una temperatura punta del metal que oscila desde
aproximadamente 160ºC hasta aproximadamente 200ºC y endurecer la
capa de imprimación. Preferentemente, se utiliza simultáneamente una
radiación con infrarrojos y secado por convección de aire caliente
para endurecer la capa de imprimación y la electrocapa, si está
presente. Como se utiliza aquí, "endurecer" significa que
algunos componentes reticulables de la capa de imprimación y la
electrocapa están substancialmente reticulados.
Esta etapa de endurecimiento 120 puede llevarse a
cabo utilizando un horno de convección de aire caliente, tal como un
horno de convección/pared radiante de automóvil que está disponible
comercialmente de Durr, Haden o Thermal Engineering Corp, o de una
manera similar a la de la etapa 114 anterior, utilizando un aparato
de secado por convección/radiación infrarroja de combinación, no
obstante, la temperatura punta del metal del substrato oscila desde
aproximadamente 160ºC hasta aproximadamente 200ºC y el substrato se
mantiene a la temperatura punta del metal durante al menos
aproximadamente 15 minutos, y preferentemente aproximadamente de 15
a aproximadamente 20 minutos.
El aire de endurecimiento caliente tiene
preferentemente una temperatura que oscila desde aproximadamente
165ºC hasta aproximadamente 200ºC, y más preferentemente, de
aproximadamente 170ºC hasta aproximadamente 190ºC. La velocidad del
aire en la superficie de la composición de electrorevestimiento en
la etapa de endurecimiento 120 puede oscilar desde aproximadamente 4
hasta aproximadamente 20 metros por segundo, y oscila
preferentemente desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 20
metros por segundo.
Si se utiliza una combinación de aire caliente y
radiación infrarroja, la radiación infrarroja aplicada incluye
preferentemente región próxima a infrarroja (de 0,7 a 1,5
micrómetros) y región intermedia a infrarroja (de 1,5 a 20
micrómetros), y más preferentemente, oscila desde aproximadamente
0,7 a aproximadamente 4 micrómetros. La etapa de endurecimiento 120
puede llevarse a cabo utilizando cualquier aparato de secado por
convección/infrarrojo en combinación convencional, tal como el horno
de convección de aire caliente y de radiación infrarroja combinado
BGK que se describe en detalle anteriormente. Los emisores
individuales 26 pueden configuraciones como se describe
anteriormente y controlarse de forma individual o en grupos por un
microprocesador (no mostrado) para proporcionar las velocidades de
transmisión de calentamiento y energía infrarroja deseadas.
El proceso de la presente invención puede
comprender adicionalmente una etapa de refrigeración en la que la
temperatura de la carrocería del automóvil 16 que tiene la capa de
imprimación secada y/o endurecida encima de las etapas 116, 118 y/o
120 es refrigerada, preferentemente a una temperatura que oscila
desde aproximadamente 20ºC hasta aproximadamente 60ºC y, más
preferentemente, aproximadamente 25ºC hasta aproximadamente 30ºC. La
refrigeración de la carrocería del automóvil 16 revestida con capa
de imprimación puede facilitar la aplicación del siguiente
revestimiento de una capa de base líquida encima previniendo un
flash rápido de los volátiles de la capa de base líquida que pueden
provocar un flujo secado, superficies rugosas y generalmente una
mala apariencia. La carrocería del automóvil 16 revestida con capa
de imprimación puede refrigerarse en aire a temperatura que oscila
desde aproximadamente 15ºC hasta aproximadamente 35ºC, y
preferentemente aproximadamente 25ºC hasta aproximadamente 30ºC,
durante un periodo que oscila desde aproximadamente 15 hasta
aproximadamente 45 minutos. Alternativa o adicionalmente, la
carrocería del automóvil 16 revestida con capa de imprimación puede
refrigerarse por la exposición a aire saturado refrigerado soplado
sobre la superficie del substrato a aproximadamente 4 a
aproximadamente 10 metros por segundo para prevenir el agrietamiento
del revestimiento.
El proceso de la presente invención puede
comprender adicionalmente una etapa adicional 122 de aplicación de
una composición de revestimiento de base líquida sobre la superficie
de la capa de imprimación secada y/o endurecida. El revestimiento de
la capa de base líquida puede aplicarse a la superficie del
substrato 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 de cortina,
revestimiento por pulverización, revestimiento con cepillado y sus
combinaciones.
La composición de revestimiento de base líquida
comprende un material de formación de película o aglutinante,
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, tales como acrílicos,
poliésteres (incluyendo alquidos), poliuretanos y epoxies, y al
menos un material reticulante tal como se describen anteriormente.
Los materiales de formación de película termoplástica tales como
poliolefinas, pueden utilizarse también. La cantidad de material de
formación de película en la capa de base líquida oscila generalmente
de aproximadamente 40 hasta aproximadamente 97 por ciento en peso
sobre una base de sólidos total de la composición de revestimiento.
La cantidad de material de reticulación en la composición de
revestimiento de capa de base oscila generalmente desde
aproximadamente 5 a aproximadamente de 50 por ciento en peso sobre
una base del peso de sólidos de resina en total de la composición de
revestimiento de capa de base.
Los polímeros de formación de película acrílica
adecuados incluyen copolímeros de uno o más ácidos acrílicos, ácido
metacrílicos 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 aromáticos de vinilo, tales como estireno y vinil
tolueno, nitrilos, tales como acrilonitrilo y metacrilonitrilo,
haluros de vinilo y de 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 se
incorporan 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 maléico, ácido fumárico, ácidos
ftálicos, ácido trimelítico o ácidos grasos secantes.
Pueden utilizarse también los poliuretanos como
el aglutinante resinoso de la capa de base. Los poliuretanos útiles
incluyen los productos de reacción de polioles poliméricos, tales
como poliéster polioles o polioles acrílicos con poliisocianato, que
incluyen diisocianatos aromáticos, tales como
4,4'-difenilmetanol diisocianato, diisocianatos
alifáticos, tales como 1,6-hexametileno
diisocianato, y diisocianatos cicloalifáticos, tales como isoforona
diisocianato y
4,4'-metileno-bis(ciclohexil
isocianato).
La composición de revestimiento de base líquida
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 cualquiera
proporcionado por otros componentes de revestimiento, incluyen
disolventes alifáticos tales como hexano, nafta, y alcoholes
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-pirol; 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, glicoléteres y glicoléter ésteres tales como
etileno glicol monobutil éter, dietileno glicol monobutil éter,
etileno glicol monohexil éter, acetato de etileno glicol monobutil
éter, acetato propileno glicol monometil éter, y acetato dipropileno
glicol monometil éter. Las aminas útiles incluyen alcanolaminas. El
contenido de sólidos de la composición de revestimiento de base
líquida oscila generalmente de aproximadamente de 15 a
aproximadamente 60 por ciento en peso, y preferentemente, de
aproximadamente 20 a aproximadamente 50 por ciento en peso.
La composición de revestimiento de base puede
comprender adicionalmente uno o más aditivos tales como pigmentos,
substancias de relleno, absorbentes de UV, agentes de control de
reología o agentes tensioactivos. Los pigmentos y las substancias de
relleno útiles incluyen copos de aluminio, copos de bronce, mica
revestida, copos de níquel, copos de estaño, copos de plata, copos
de cobre, mica, óxidos de hierro, óxidos de plomo, negro de carbón,
dióxido de titanio y talco. La relación específica de pigmento
respecto a aglutinante puede variar enormemente en la medida que se
proporciona la opacidad requerida en el espesor de película y
sólidos de aplicación deseados.
Las capas de base adecuadas que llevan agua para
los compuestos de color más claro incluyen las descritas en la
Patente de los Estados Unidos Nºs 4.403.003; 5.401.790 y 5.071.904.
Además, los poliuretanos que llevan agua, tales como estos
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. 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 la Patente de los Estados Unidos Nº 5.196.485 en la
columna 11, línea 7 a columna 13, línea 22.
El espesor de la composición de revestimiento de
base aplicado al substrato puede variar sobre factores tales como el
tipo de substrato y el uso pretendido del substrato, es decir, el
entorno en el que debe colocarse el sustrato y la naturaleza de los
materiales de contacto. Generalmente, el espesor de la composición
de revestimiento de base aplicado al substrato oscila de
aproximadamente 10 a aproximadamente 38 micrómetros, y más
preferentemente, de aproximadamente 12 a aproximadamente 30
micrómetros.
La capa de base puede secarse por secado por
convección de aire caliente o secado infrarrojo convencionales, pero
se seca, preferentemente, por la exposición de la capa de base a
aire a baja velocidad para volatilizar al menos una parte del
material volátil desde la composición de revestimiento de base
líquida y ajustar la composición de revestimiento de base. La
composición de revestimiento de base puede estar expuesta al aire
que tiene una temperatura que oscila desde aproximadamente 10ºC
hasta aproximadamente 50ºC durante un periodo de al menos
aproximadamente 5 minutos para volatilizar al menos una parte del
material volátil desde la composición de revestimiento de base
líquida, siendo la velocidad del aire en la superficie de la
composición de revestimiento de base menor de aproximadamente 0,5
metros por segundo, utilizando el aparato similar a la etapa 114
anterior. La radiación infrarroja y el aire caliente puede aplicarse
de forma simultánea a la composición de revestimiento de base
durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, para
incrementar la temperatura del substrato metálico a una velocidad
que oscila desde aproximadamente 0,4ºC por segundo hasta
aproximadamente 1,1ºC por segundo para conseguir una temperatura
punta del metal del substrato que oscila desde aproximadamente 120ºC
hasta aproximadamente 165ºC, de manera que se forma una capa de base
seca sobre la superficie del substrato metálico, similar a la etapa
116 anterior. La velocidad del aire en la superficie de la
composición de revestimiento de base es preferentemente inferior a
aproximadamente 4 metros por segundo durante esta etapa de
secado.
La capa de base secada que se forma sobre la
superficie de la carrocería del automóvil 16 es secada
suficientemente para permitir la aplicación de una capa de base, de
forma que la calidad de la capa superior no se verá afectada de
forma adversa por el secado adicional de la capa de base. Para capas
de base que llevan agua, "seco" significa la ausencia casi
completa de agua desde la capa de base. Si está presente mucho agua,
la capa superior puede agrietarse, formar burbujas o "formar
pompas" durante el secado de la capa de superior a medida que el
vapor de agua desde la capa de base intenta pasar a través de la
capa de base.
La capa de base secada puede ser endurecida antes
de la aplicación de la capa de base si debe aplicarse encima una
capa superior de polvo. Para endurecer la capa de base secada, el
proceso de la presente invención puede comprender adicionalmente una
etapa de endurecimiento adicional en la que se aplica aire caliente
a la capa de base secada durante un periodo de al menos
aproximadamente 6 minutos para conseguir una temperatura punta del
metal que oscila desde aproximadamente 110ºC hasta aproximadamente
135ºC. Preferentemente, se utiliza simultáneamente una combinación
de secado por convección de aire caliente y radiación infrarroja
para endurecer la capa de base secada. Como se utiliza aquí,
"endurecer" significa que cualquiera de los componentes
reticulables de la capa de base secada están substancialmente
reticulados.
La etapa de endurecimiento puede llevarse a cabo
utilizando un secador de convección de aire caliente, tal como se
describen anteriormente o de una manera similar a la de la etapa 120
anterior, utilizando aparato de secado de combinación de
convección/radiación infrarroja, no obstante, la temperatura punta
del metal del substrato oscila desde aproximadamente 110ºC hasta
aproximadamente 135ºC, y el substrato se mantiene en la temperatura
punta del metal durante al menos aproximadamente 6 minutos, y
preferentemente aproximadamente de 6 a aproximadamente 20
minutos.
El aire de endurecimiento caliente tiene
preferentemente una temperatura que oscila desde aproximadamente
110ºC hasta aproximadamente 140ºC, y más preferentemente desde
aproximadamente 120ºC hasta aproximadamente 135ºC. La velocidad del
aire en la superficie de la composición de revestimiento de base en
la etapa de endurecimiento puede oscilar desde aproximadamente 4
hasta aproximadamente 20 metros por segundo, y oscila
preferentemente desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 20
metros por segundo.
Si se utiliza una combinación de radiación
infrarroja y aire caliente, la radiación infrarroja aplicada incluye
preferentemente región próxima a infrarroja (de 0,7 a 1,5
micrómetros) y región infrarroja intermedia (de 1,5 a 20
micrómetros), y más preferentemente, oscila desde aproximadamente
0,7 a aproximadamente 4 micrómetros.
El proceso de la presente invención puede
comprender adicionalmente una etapa de refrigeración en la que la
temperatura de la carrocería del automóvil 16 que tiene la capa de
base secada y/o endurecida es refrigerada, preferentemente, a una
temperatura que oscila desde aproximadamente 20ºC hasta
aproximadamente 60ºC, y más preferentemente, de aproximadamente 25ºC
hasta aproximadamente 30ºC. La refrigeración de la carrocería del
automóvil revestida con base 16 puede facilitar la aplicación de la
capa superior mejorando el flujo y reduciendo las corrientes
parásitas de aire caliente para incrementar la eficiencia de
transparencia. La carrocería del automóvil revestida con base 16
puede refrigerarse en aire a una temperatura que oscila desde
aproximadamente 15ºC hasta aproximadamente 35ºC, y preferentemente,
de aproximadamente 25ºC hasta aproximadamente 30ºC, durante un
periodo que oscila desde aproximadamente 3 hasta aproximadamente 6
minutos. De forma alternativa o adicional, la carrocería del
automóvil revestida con base 16 puede refrigerarse como se describe
anteriormente para la refrigeración de la capa de imprimación.
Después de que se ha secado la carrocería del
automóvil 16 (y se ha endurecido, y/o refrigerado, si se desea), se
aplica una composición de revestimiento superior sobre la capa de
base. La capa superior puede ser líquida, en polvo o suspensión en
polvo, como se desee. Preferentemente, la composición de
revestimiento superior es un revestimiento reticulable que comprende
al menos un material de formación de película termoestable y al
menos un material reticulante, aunque pueden utilizarse los
materiales que forman la película termoplástica, tales como
poliolefinas. La composición de revestimiento superior puede incluir
materiales termoplásticos e ingredientes adicionales tales como los
descritos anteriormente, pero preferentemente no pigmentos.
Las capas superiores que llevan agua adecuadas se
describen en la Patente de los Estados Unidos Nº 5.098.947 y están
basadas en resinas acrílicas solubles en agua. Las capas superiores
útiles que llevan disolvente se describen en la Patente de los
Estados Unidos Nºs 5.196.485 y 5.814.410 e incluyen los agentes de
endurecimiento poliepóxidos y poliácidos. Las capas superiores de
polvo adecuadas se describen en la Patente de los Estados Unidos Nº
5.663.240 e incluyen copolímeros acrílicos con funcionalidad epoxi y
agentes reticulantes de ácido policarboxílico. La cantidad de la
composición de revestimiento superior aplicada al substrato puede
variar basado en factores tales como el tipo de substrato y el uso
pretendido del substrato, es decir, el entorno en el que debe
colocarse el substrato y la naturaleza de los materiales de
contacto, pero oscila generalmente desde aproximadamente 25 a
aproximadamente 75 micrómetros.
La capa superior, si está en forma líquida, puede
secarse por cualquier medio de secado convencional, tal como secado
por convección de aire caliente o infrarrojos, tal que cualquiera de
los componentes reticulables del revestimiento superior de líquido
son reticulados hasta tal punto que la industria del automóvil
acepta el proceso de revestimiento como suficientemente completo
para transportar la carrocería revestida del automóvil sin dañar la
capa superior. Preferentemente, el revestimiento superior de líquido
es secado de forma similar al revestimiento de base utilizando una
combinación de dispositivo de secado por convección de aire
caliente/infrarrojos como se describe anteriormente.
Después del secado, se endurece la capa superior
líquida. El secado no es necesario para una capa superior en polvo,
pero debe endurecerse la capa superior en polvo. El revestimiento
superior puede endurecerse utilizando cualquier dispositivo de
secado por convección de aire caliente convencional o combinación de
dispositivo de secado por convección/infrarrojo tal como se
describen anteriormente. Generalmente, el revestimiento superior es
calentado a una temperatura de aproximadamente 120ºC hasta
aproximadamente 150ºC durante un periodo de aproximadamente 20 a
aproximadamente 40 minutos para endurecer la capa superior líquida.
El espesor del revestimiento de compuesto reticulado de múltiples
componentes es generalmente aproximadamente 0,2 a 5 mils (de 5 a 125
micrómetros), y preferentemente de aproximadamente 0,4 a 3 mils (de
10 a 75 micrómetros).
Alternativamente, si la capa de base no estaba
endurecida antes de la aplicación de una capa superior líquida,
tanto la capa de base como la composición de revestimiento superior
líquida pueden ser endurecidas juntas mediante la aplicación de
calentamiento infrarrojo y/o por convección de aire caliente
utilizando los aparatos tales como se describen en detalle
anteriormente para endurecer tanto la capa de base como la
composición de revestimiento líquida. Para endurecer la capa de base
y la composición de revestimiento líquida, el substrato es calentado
generalmente a una temperatura de aproximadamente 120ºC hasta
aproximadamente 150ºC, durante un periodo de aproximadamente 20 a
aproximadamente 40 minutos para endurecer la capa superior
líquida.
Otros aspectos de la presente invención incluyen
procesos para el revestimiento de un substrato polimérico con una
composición de revestimiento de capa de imprimación líquida, de
suspensión en polvo o de polvo. El proceso incluye etapas similares
a las utilizadas para el revestimiento de un substrato metálico
anterior, excepto que no está presente una electrocapa. La
composición de revestimiento de capa de imprimación es aplicada a
una superficie del substrato polimérico como se describe
anteriormente. Si se utiliza un revestimiento de capa de imprimación
líquida, la composición de capa de imprimación líquida está expuesta
a aire que tiene una temperatura que oscila desde aproximadamente
10ºC a aproximadamente 30ºC durante un periodo de al menos
aproximadamente 30 segundos (preferentemente, aproximadamente 30
segundos a aproximadamente 3 minutos), para volatilizar al menos una
porción del material volátil desde la composición de revestimiento
de capa de imprimación líquida. La velocidad del aire en una
superficie de la composición de capa de imprimación líquida es menor
de aproximadamente 4 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 imprimación del
líquido puede ser la misma que la utilizada para volatilizar la capa
de imprimación líquida por el substrato metálico descrito
anteriormente.
A continuación, se aplican simultáneamente
radiación infrarroja y aire caliente a la composición de capa de
imprimación líquida desvolatilizada durante un periodo de al menos
aproximadamente 1 minuto y preferentemente, aproximadamente de 1 a
aproximadamente 3 minutos. La velocidad del aire en la superficie de
la composición de capa de imprimación líquida desvolatilizada es
menor de aproximadamente 4 metros por segundo, y oscila
preferentemente de aproximadamente 0,75 a aproximadamente 1,5 metros
por segundo. La temperatura del substrato polimérico se incrementa a
una velocidad que oscila desde aproximadamente 0,2ºC por segundo
hasta aproximadamente 0,4ºC por segundo hasta alcanzar una
temperatura del substrato polimérico punta que oscila desde
aproximadamente 30ºC hasta aproximadamente 50ºC, de manera que se
forma una capa de imprimación seca sobre la superficie del substrato
polimérico.
Para una capa de imprimación de polvo o
suspensión en polvo, se aplican radiación infrarroja y aire caliente
simultáneamente a la composición de capa de imprimación durante un
periodo de al menos aproximadamente 2 minutos y preferentemente
aproximadamente de 2 a aproximadamente 3 minutos. La velocidad del
aire en la superficie de la composición de capa de imprimación es
menor de aproximadamente 4 metros por segundo, y oscila
preferentemente de aproximadamente 0,75 a aproximadamente 1,5 metros
por segundo. La temperatura del substrato polimérico es incrementada
a una velocidad que oscila desde aproximadamente 0,5ºC por segundo
hasta aproximadamente 1ºC por segundo para alcanzar una temperatura
punta del substrato polimérico que oscila desde aproximadamente 90ºC
hasta aproximadamente 110ºC.
Para la composición de revestimiento de capa de
imprimación líquida secada, se aplican simultáneamente radiación
infrarroja y aire caliente a la composición de capa de imprimación
durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos y,
preferentemente, aproximadamente de 2 a aproximadamente 3 minutos.
La velocidad del aire en la superficie de la composición de la capa
de imprimación es menor de aproximadamente 6 metros por segundo, y
preferentemente, oscila desde aproximadamente 1 a aproximadamente 4
metros por segundo. La temperatura del substrato polimérico se
incrementa a una velocidad que oscila desde aproximadamente 0,1ºC
por segundo hasta aproximadamente 1ºC por segundo para alcanzar una
temperatura punta del substrato polimérico que oscila desde
aproximadamente 40ºC hasta aproximadamente 125ºC, de manera que se
forma una capa de imprimación secada sobre la superficie del
substrato polimérico. El aparato utilizado para secar la capa de
imprimación puede ser el mismo aparato de convección aire
caliente/infrarrojos combinado tal y como se describe anteriormente
para el tratamiento del substrato metálico.
Para la capa de imprimación de suspensión en
polvo o polvo, se aplican radiación infrarroja y aire caliente
simultáneamente con la composición de la capa de imprimación durante
un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos y, preferentemente,
aproximadamente 2 hasta aproximadamente 3 minutos. La velocidad del
aire en la superficie de la composición de capa de imprimación es
menor de aproximadamente 6 metros por segundo, y oscila
preferentemente desde aproximadamente 1 a aproximadamente 4 metros
por segundo. La temperatura del substrato polimérico es incrementada
a una velocidad que oscila desde aproximadamente 0,5ºC por segundo
hasta aproximadamente 1ºC por segundo para conseguir una temperatura
punta del substrato polimérico que oscila desde aproximadamente
160ºC hasta aproximadamente 200ºC.
La capa de imprimación puede endurecerse para
fusionar y/o reticular cualquiera de los componentes reticulables de
la capa de imprimación, si se desea, antes de que se aplique el
revestimiento superior. Para endurecer la capa de imprimación, puede
mantenerse la temperatura punta del substrato polimérico durante un
periodo de al menos aproximadamente 6 minutos, y preferentemente, de
aproximadamente 6 a aproximadamente 15 minutos, utilizando secado
por convección, secado infrarrojo o una combinación de los
mismos.
El substrato polimérico revestido con capa de
imprimación es refrigerado preferentemente a una temperatura de
aproximadamente 25ºC hasta aproximadamente 30ºC antes de que se
apliquen las composiciones de revestimiento de superior y de
revestimiento de base sobre la capa de imprimación. Las
composiciones de revestimiento de base y de revestimiento superior
adecuadas y los métodos de aplicación de las mismas se describen en
detalle anteriormente para revestimiento del substrato metálico.
La presente invención se describirá
adicionalmente por referencia al siguiente ejemplo. El siguiente
ejemplo es simplemente ilustrativo de la invención y no está
destinado a la limitación. A menos que se indique otra cosa, las
partes están en peso.
Un parachoques de automóvil compuesto de una
mezcla óxido de parafenileno/nylon GTX (disponible de General
Electric Plastics) fue revestido con aproximadamente 0,2 milímetros
(0,8 mils) de composición de revestimiento de capa de imprimación
conductora negra que lleva disolvente Nº 045 que está disponible
comercialmente de BASF Corp. of Parsippany, New Jersey. El
parachoques revestido con capa de imprimación fue calentado
utilizando un horno de convección de aire/infrarrojos en combinación
BGK desde temperatura ambiente (aproximadamente 25ºC) hasta 43ºC
(temperatura punta del plástico localizada) durante un periodo de
tres minutos utilizando aire caliente a una temperatura de
aproximadamente 38ºC y radiación infrarroja a una densidad en vatios
de aproximadamente 3 kW/m^{2} y una longitud de onda de
aproximadamente 0,7-4,0 micrómetros. A continuación,
el parachoques revestido fue calentado durante un periodo de tres
minutos a una temperatura punta de substrato polimérico de 156ºC
para secar el revestimiento de la capa de imprimación utilizando
aire caliente a una temperatura de aproximadamente 38ºC, y radiación
infrarroja a una densidad en vatios de aproximadamente 15
kW/m^{2}, y longitud de onda de aproximadamente
0,7-4,0 micrómetros.
Las ventajas de los procesos de la presente
invención incluyen el revestimiento rápido de los substratos
poliméricos y el tiempo de procesamiento reducido eliminando o
reduciendo la necesidad de hornos en línea de montaje larga. Además,
el automóvil puede ser revestido con capa de imprimación con los
paneles de carrocería de plástico y embellecedores fijados a la
carrocería de acero.
Se apreciará por los técnicos en la materia que
podrían realizarse cambiaos a las formas de realización descritas
anteriormente, sin separarnos de su amplio 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 espíritu y alcance de
la invención, como se define por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (27)
1. Un proceso para el secado de una composición
de revestimiento de capa de imprimación líquida aplicada a una
superficie de un substrato metálico, comprendiendo las etapas
de:
(a) exponer la composición de revestimiento de
capa de imprimación líquida al aire que tiene una temperatura que
oscila desde aproximadamente 10ºC a aproximadamente 50ºC durante un
periodo de al menos aproximadamente 30 segundos para volatilizar al
menos una porción del material volátil desde la composición de
revestimiento de la capa de imprimación líquida, siendo la velocidad
del aire en una superficie de la composición de revestimiento de
capa de imprimación menor de aproximadamente 4 metros por
segundo;
(b) aplicar radiación infrarroja y aire caliente
simultáneamente con la composición de revestimiento de capa de
imprimación durante un periodo de al menos aproximadamente 1 minuto,
siendo la velocidad del aire en la superficie de la composición de
revestimiento de la capa de imprimación menor de aproximadamente 4
metros por segundo, siendo incrementada la temperatura del substrato
metálico a una velocidad que oscila desde aproximadamente 0,2ºC por
segundo hasta aproximadamente 2ºC por segundo para conseguir una
temperatura punta del metal del substrato que oscila desde
aproximadamente 30ºC hasta aproximadamente 120ºC; y
(c) aplicar radiación infrarroja y aire caliente
simultáneamente a la composición de capa de imprimación durante un
periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, siendo incrementada
la temperatura del substrato de metal a una velocidad que oscila
desde aproximadamente 0,1ºC por segundo hasta aproximadamente 1ºC
por segundo para conseguir una temperatura punta del metal del
substrato que oscila desde aproximadamente 40ºC hasta
aproximadamente 155ºC, de manera que se forma un revestimiento de
capa de imprimación seca sobre la superficie del substrato
metálico.
2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1,
donde el substrato metálico es seleccionado del grupo que consta de
hierro, acero, aluminio, cinc, magnesio, y las aleaciones y
combinaciones de los mismos.
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 de capa de imprimación
líquida comprende agua.
5. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1,
donde el material volátil de la composición de capa de imprimación
líquida comprende un disolvente orgánico.
6. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1,
donde el aire tiene una temperatura que oscila desde aproximadamente
20ºC hasta aproximadamente 35ºC en la etapa (a).
7. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1,
donde el periodo oscila desde aproximadamente 30 segundos hasta
aproximadamente 3 minutos en la etapa (a).
8. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1,
donde la velocidad del aire oscila desde aproximadamente 0,5 a
aproximadamente 4 metros por segundo en la etapa (a).
9. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1,
donde la radiación infrarroja es emitida a una longitud de onda que
oscila desde aproximadamente 0,7 a aproximadamente 20
micrómetros.
10. El proceso de acuerdo con la reivindicación
9, donde la longitud de onda oscila desde aproximadamente 0,7 a
aproximadamente 4 micrómetros.
11. El proceso de acuerdo con la reivindicación
1, donde la radiación infrarroja es emitida a una densidad de
potencia que oscila desde aproximadamente 10 a aproximadamente 40
kilowatios por metro cuadrado de superficie de pared emisora.
12. El proceso de acuerdo con la reivindicación
1, donde el aire tiene una temperatura que oscila desde
aproximadamente 25ºC hasta aproximadamente 50ºC en la etapa (b).
13. El proceso de acuerdo con la reivindicación
1, donde el periodo oscila desde aproximadamente 1 a aproximadamente
3 minutos en la etapa (b).
14. El proceso de acuerdo con la reivindicación
1, donde la velocidad del aire oscila desde aproximadamente 0,5 a
aproximadamente 4 metros por segundo en la etapa (b).
15. El proceso de acuerdo con la reivindicación
1, donde la temperatura del substrato metálico es incrementada a una
velocidad que oscila desde aproximadamente 0,2ºC por segundo hasta
aproximadamente 1,5ºC por segundo en la etapa (b).
16. El proceso de acuerdo con la reivindicación
1, donde la temperatura punta del metal del substrato oscila desde
aproximadamente 35ºC hasta aproximadamente 110ºC en la etapa
(b).
17. El proceso de acuerdo con la reivindicación
1, donde el aire tiene una temperatura que oscila desde
aproximadamente 110ºC hasta aproximadamente 150ºC en la etapa
(c).
18. El proceso de acuerdo con la reivindicación
1, donde el periodo oscila desde aproximadamente 2 a aproximadamente
3 minutos en la etapa (c).
19. El proceso de acuerdo con la reivindicación
1, donde la temperatura del substrato metálico se incrementa a una
velocidad que oscila desde aproximadamente 0,5ºC por segundo hasta
aproximadamente 0,7ºC por segundo en la etapa (c).
20. El proceso de acuerdo con la reivindicación
1, donde la temperatura punta del metal del substrato metálico
oscila desde aproximadamente 40ºC hasta aproximadamente 125ºC en la
etapa (c).
21. El proceso de acuerdo con la reivindicación
1, que comprende adicionalmente una etapa adicional (d) de
aplicación de aire caliente al revestimiento de capa de imprimación
seca durante un periodo de al menos aproximadamente 6 minutos
después de la etapa (c) para conseguir una temperatura punta del
metal que oscila desde aproximadamente 160ºC hasta aproximadamente
200ºC, de manera que se forma un revestimiento de capa de
imprimación endurecida sobre la superficie del substrato
metálico.
22. El proceso de acuerdo con la reivindicación
21, donde la etapa adicional (d) comprende adicionalmente aplicar
simultáneamente radiación infrarroja al revestimiento de capa de
imprimación secada mientras se aplica aire caliente.
23. El proceso de acuerdo con la reivindicación
1, que comprende adicionalmente una etapa adicional (e) de
aplicación de una composición de revestimiento de base sobre el
revestimiento de capa de imprimación secada.
24. Un proceso para secar una composición de
revestimiento de capa de imprimación de suspensión en polvo aplicada
a una superficie de un substrato metálico, comprendiendo las etapas
de:
(a) aplicar radiación infrarroja y aire caliente
simultáneamente con la composición de revestimiento de capa de
imprimación de suspensión en polvo durante un periodo de al menos
aproximadamente 2 minutos, siendo la velocidad del aire en la
superficie de la composición de revestimiento de la capa de
imprimación de polvo menor de aproximadamente 4 metros por segundo,
siendo la temperatura del substrato metálico incrementada a una
velocidad que oscila desde aproximadamente 0,5ºC por segundo hasta
aproximadamente 1ºC por segundo para conseguir una temperatura punta
del metal del substrato que oscila desde aproximadamente 90ºC hasta
aproximadamente 110ºC; y
(b) aplicar radiación infrarroja y aire caliente
de forma simultánea a la composición de la capa de imprimación en
polvo durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos,
siendo incrementada la temperatura del substrato metálico a una
velocidad que oscila desde aproximadamente 0,25ºC por segundo hasta
aproximadamente 1ºC por segundo para conseguir una temperatura punta
del metal del substrato que oscila desde aproximadamente 125ºC hasta
aproximadamente 140ºC, de manera que se forma el revestimiento de
capa de imprimación seca fundida sobre la superficie del substrato
metálico.
25. Un proceso para el endurecimiento de una
composición de revestimiento de capa de imprimación en polvo
aplicada a una superficie de un substrato metálico, comprendiendo
las etapas de:
(a) aplicar radiación infrarroja y aire caliente
de forma simultánea a la composición de revestimiento de capa de
imprimación en polvo durante un periodo de al menos aproximadamente
2 minutos, siendo la velocidad del aire en la superficie de la
composición de revestimiento de capa de imprimación en polvo menor
de aproximadamente 4 metros por segundo, siendo incrementada la
temperatura del substrato polimérico a una velocidad que oscila
desde aproximadamente 0,5ºC por segundo hasta aproximadamente 1ºC,
por segundo para alcanzar una temperatura punta del substrato que
oscila desde aproximadamente 90ºC hasta aproximadamente 110ºC; y
(b) aplicar radiación infrarroja y aire caliente
de forma simultánea a la composición de capa de imprimación en polvo
durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos en el que
se incrementa la temperatura del substrato en una proporción que
oscila desde aproximadamente 0,5ºC por segundo hasta aproximadamente
1,5ºC por segundo para conseguir una temperatura punta del substrato
que oscila desde aproximadamente 160ºC hasta aproximadamente 200ºC y
manteniendo la temperatura punta durante al menos aproximadamente 15
minutos.
26. Un proceso para el secado de una composición
de revestimiento de capa de imprimación líquida aplicada a una
superficie de un substrato polimérico, comprendiendo las etapas
de:
(a) exponer la composición de revestimiento de la
capa de imprimación líquida al aire que tiene una temperatura que
oscila desde aproximadamente 10ºC hasta aproximadamente 30ºC durante
un periodo de al menos aproximadamente 30 segundos para volatilizar
al menos una porción de material volátil desde la composición de
revestimiento de la capa de imprimación líquida, siendo la velocidad
del aire en una superficie de la composición de revestimiento de
capa de imprimación menor de aproximadamente 4 metros por
segundo;
(b) aplicar radiación infrarroja y aire caliente
de forma simultánea con la composición de revestimiento de la capa
de imprimación durante un periodo de al menos aproximadamente 1
minuto, siendo la velocidad del aire en la superficie de la
composición de la capa de imprimación menor de aproximadamente 4
metros por segundo, siendo incrementada la temperatura del substrato
polimérico a una velocidad que oscila desde aproximadamente 0,2ºC
por segundo hasta aproximadamente 0,4ºC por segundo para conseguir
una temperatura punta del substrato que oscila desde aproximadamente
30ºC hasta aproximadamente 50ºC; y
(c) aplicar radiación infrarroja y aire caliente
simultáneamente a la composición de capa de imprimación durante un
periodo de al menos aproximadamente 2 minutos, siendo incrementada
la temperatura del substrato polimérico a una velocidad que oscila
desde aproximadamente 0,1ºC por segundo hasta aproximadamente 1ºC
por segundo para conseguir una temperatura punta del substrato que
oscila desde aproximadamente 40ºC hasta aproximadamente 145ºC, de
manera que se forma un revestimiento de capa de imprimación seca
sobre la superficie del substrato.
27. Un proceso para el endurecimiento de una
composición de revestimiento de capa de imprimación en polvo
aplicada a una superficie de un substrato polimérico, comprendiendo
las etapas de:
(a) aplicar radiación infrarroja y aire caliente
de forma simultánea a la composición de revestimiento de capa de
imprimación en polvo durante un periodo de al menos aproximadamente
2 minutos, siendo la velocidad del aire en la superficie de la
composición de revestimiento de capa de imprimación en polvo menor
de aproximadamente 4 metros por segundo, siendo incrementada la
temperatura del substrato polimérico a una velocidad que oscila
desde aproximadamente 0,5ºC por segundo hasta aproximadamente 1ºC,
por segundo para alcanzar una temperatura punta del substrato que
oscila desde aproximadamente 90ºC hasta aproximadamente 110ºC; y
(b) aplicar radiación infrarroja y aire caliente
de forma simultánea a la composición de capa de imprimación en polvo
durante un periodo de al menos aproximadamente 2 minutos en el que
se incrementa la temperatura del substrato en una proporción que
oscila desde aproximadamente 0,5ºC por segundo hasta aproximadamente
1ºC por segundo para conseguir una temperatura punta del substrato
que oscila desde aproximadamente 160ºC hasta aproximadamente 200ºC y
manteniendo la temperatura punta durante al menos aproximadamente 15
minutos.
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