ES2223523T3 - Procedimiento de etapas multiples para recubrir substratos con una capa de base liquida y una capa de acabado liquida. - Google Patents

Abstract

En un proceso de recubrimiento de un sustrato metálico donde se aplica una composición líquida de recubrimiento base a una superficie del sustrato metálico y se expone a aire caliente, y donde se aplica radiación infrarroja y aire a la composición de recubrimiento base, y se aplica una composición líquida de recubrimiento superior sobre el recubrimiento base secado, el proceso se caracteriza porque: (a) la composición de recubrimiento base se expone a aire que tiene una temperatura en el rango de aproximadamente 10°C a aproximadamente 35°C durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos para volatilizar al menos una porción de material volátil de la composición líquida de recubrimiento base (14), siendo la velocidad del aire en una superficie de la composición de recubrimiento base (14) inferior a aproximadamente 0, 5 metros por segundo; (b) se aplica radiación infrarroja y aire templado (52) simultáneamente a la composición de recubrimiento base durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos, siendo la velocidad del aire en la superficie (54) de la composición de recubrimiento base inferior a aproximadamente 4 metros por segundo, incrementándose la temperatura del sustrato metálico a una velocidad que está en el rango de desde aproximadamente 0, 02°C por segundo a aproximadamente 0, 4°C por segundo para lograr una temperatura máxima del metal del sustrato que está en el rango de desde aproximadamente 20°C a aproximadamente 60°C; y (c) se aplica radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente a la composición de recubrimiento base durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos, incrementándose la temperatura del sustrato metálico a una velocidad que está en el rango de desde aproximadamente 0, 4°C por segundo a aproximadamente 1, 5°C por segundo para lograr una temperatura máxima del metal del sustrato que está en el rango de desde aproximadamente 40°C a aproximadamente 75°C, de tal manera que se forme un recubrimiento base secado (62)sobre la superficie del sustrato metálico.

Description

Procedimientos de etapas múltiples para recubrir substratos con una capa de base líquida y una capa de acabado líquida.

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

Esta solicitud de patente está relacionada con la Solicitud de Patente de Estados Unidos número de serie 09/320.264 titulada "Procesos multietápicos para recubrir sustratos con recubrimiento base líquido y recubrimiento superior en polvo"; la Solicitud de Patente de Estados Unidos número de serie 09/320.483 titulada "Procesos para recubrir un sustrato metálico con una composición de recubrimiento electrodepositada y secarla"; la Solicitud de Patente de Estados Unidos número de serie 09/320.484 titulada "Procesos para secar composiciones de recubrimiento de imprimación"; y la Solicitud de Patente de Estados Unidos número de serie 09/320.522 titulada "Procesos para secar recubrimientos superiores y recubrimientos compuestos multicomponentes sobre sustratos metálicos y poliméricos", todas de Donaldson J. Emch y presentadas simultáneamente con la presente solicitud.

Campo de la invención

La presente invención se refiere al secado de recubrimientos base líquidos para aplicaciones de recubrimiento en automóviles y, más en concreto, a procesos polietápicos para secar un recubrimiento base líquido que incluyen una combinación de secado por radiación infrarroja y convección para posterior aplicación de un recubrimiento superior líquido.

Antecedentes de la invención

Las carrocerías de los automóviles modernos se tratan con capas múltiples de recubrimientos que no sólo mejoran el aspecto del automóvil, sino que también proporcionan protección contra la corrosión, el picado, la luz ultravioleta, la lluvia ácida y otras condiciones ambientales que pueden deteriorar el aspecto del recubrimiento y la carrocería subyacente del automóvil.

Las formulaciones de estos recubrimientos pueden variar ampliamente. Sin embargo, un reto importante al que se enfrentan todos los fabricantes de automóviles es cómo secar y curar rápidamente estos recubrimientos con mínima inversión de capital y espacio, que escasea en las plantas de fabricación.

Se ha propuesto varias ideas para acelerar procesos de secado y curado para recubrimientos de automóvil, tal como secado por convección de aire caliente. Aunque el secado por aire caliente es rápido, se puede formar en la superficie del recubrimiento una piel que impide el escape de volátiles de la composición de recubrimiento y produce bombas, burbujas o ampollas que deterioran el aspecto del recubrimiento secado.

Otros métodos y aparato para secar y curar un recubrimiento aplicado a una carrocería de automóvil se describen en las Patentes de Estados Unidos números 4.771.728; 4.907.533; 4.908.231 y 4.943.447, en las que la carrocería de automóvil se calienta con calor radiante durante un tiempo suficiente para fraguar el recubrimiento en superficies de Clase A de la carrocería y después se cura con aire caliente. En particular, la Patente de Estados Unidos número 4.943.447 ("la patente '447") describe un método y aparato para secar y curar una composición líquida de recubrimiento base sobre un sustrato, y después aplicar encima una composición líquida de recubrimiento superior. Como se expone allí, la composición de recubrimiento base se aplica a una carrocería de automóvil, y después se calienta con calor radiante durante un tiempo suficiente para fraguar el recubrimiento en las superficies de Clase A de la carrocería. Se puede emplear un flujo de aire muy bajo durante la etapa de calentamiento por infrarrojos para enfriar los paneles de lámpara. La patente '447 describe que la radiación infrarroja se emite a alta densidad de potencia de entre 30 y 150 W/pulgada cuadrada (es decir, entre 47 a 233 kW/m^{2}) para fraguar inicialmente el recubrimiento. Después del fraguado inicial del recubrimiento mediante calentamiento por infrarrojos, el calentamiento por infrarrojos se elimina virtualmente y el recubrimiento se somete a aire caliente a "velocidad alta" (por ejemplo 3000 pies por minuto (en 15 metros por segundo)) que cura las superficies de Clase A. Después de la etapa de curado a "alta velocidad", se puede aplicar una composición líquida de recubrimiento claro sobre el recubrimiento base secado.

La Patente de Estados Unidos número 4.416.068 describe un método y aparato para acelerar el secado y curado de recubrimientos de reacabado para automóviles usando radiación infrarroja. El aire de ventilación usado para proteger los radiadores de infrarrojos de los vapores de solvente se descarga como un flujo laminar sobre la carrocería de automóvil. La figura 15 es un gráfico de la temperatura en función de tiempo que muestra la curva preferida de alta temperatura/tiempo de secado corto 122 frente a secado convencional por infrarrojos (curva 113) y secado por convección (curva 114). Tales técnicas de secado rápido a alta temperatura pueden ser indeseables porque se puede formar una piel en la superficie del recubrimiento que puede producir bombas, burbujas o ampollas, como se ha explicado anteriormente.

La Patente de Estados Unidos número 4.336.279 describe un proceso y aparato para secar recubrimientos de automóvil usando energía radiante directa, de la que una mayor parte tiene una longitud de onda superior a 5 micras. Se hace circular aire caliente bajo condiciones turbulentas contra los lados traseros de las paredes de la cámara de calentamiento para proporcionar el calor radiante. Después, el aire caliente se hace circular como un flujo generalmente laminar a lo largo de los lados interiores de las paredes para mantener la temperatura de las paredes y quitar volátiles de la cámara de secado. Como se explica en la columna 7, líneas 18-22, el movimiento del aire se mantiene a un mínimo en la porción central de la cámara interior en la que se seca la carrocería de automóvil.

Se necesita un proceso de secado rápido, polietápico para recubrimientos de automóvil que inhiba la formación de defectos superficiales y la decoloración en el recubrimiento, en particular para uso con recubrimientos base líquidos a sobrerrecubrir con un recubrimiento superior líquido.

Resumen de la invención

La presente invención proporciona un proceso para recubrir un sustrato metálico, incluyendo los pasos de: (a) aplicar una composición líquida de recubrimiento base a una superficie del sustrato metálico; (b) exponer la composición de recubrimiento base a aire que tiene una temperatura en el rango de aproximadamente 10ºC a aproximadamente 35ºC durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos para volatilizar al menos una porción de material volátil de la composición líquida de recubrimiento base, siendo la velocidad del aire en una superficie de la composición de recubrimiento base inferior a aproximadamente 0,5 metros por segundo; (c) aplicar radiación infrarroja y aire templado simultáneamente a la composición de recubrimiento base durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos, siendo la velocidad del aire en la superficie de la composición de recubrimiento base inferior a aproximadamente 4 metros por segundo, incrementándose la temperatura del sustrato metálico a una velocidad que está en el rango de desde aproximadamente 0,02ºC por segundo a aproximadamente 0,4ºC por segundo para lograr una temperatura máxima del metal del sustrato que está en el rango de desde aproximadamente 20ºC a aproximadamente 60ºC; (d) aplicar radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente a la composición de recubrimiento base durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos, incrementándose la temperatura del sustrato metálico a una velocidad que está en el rango de desde aproximadamente 0,4ºC por segundo a aproximadamente 1,5ºC por segundo para lograr una temperatura máxima del metal del sustrato que está en el rango de desde aproximadamente 40ºC a aproximadamente 75ºC, de tal manera que se forme un recubrimiento base secado sobre la superficie del sustrato metálico; y (e) aplicar una composición líquida de recubrimiento superior sobre el recubrimiento base secado.

Otro aspecto de la presente invención es un proceso para recubrir un sustrato polimérico, incluyendo los pasos de: (a) aplicar una composición líquida de recubrimiento base a una superficie del sustrato polimérico; (b) exponer la composición de recubrimiento base a aire que tiene una temperatura en el rango de aproximadamente 10ºC a aproximadamente 35ºC durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos para volatilizar al menos una porción de material volátil de la composición líquida de recubrimiento base, siendo la velocidad del aire en una superficie de la composición de recubrimiento base inferior a aproximadamente 4 metros por segundo; (c) aplicar radiación infrarroja que tiene una longitud de onda que está en el rango de desde aproximadamente 0,7 a aproximadamente 4 micras y aire templado simultáneamente a la composición de recubrimiento base durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos, siendo la velocidad del aire en la superficie de la composición de recubrimiento base inferior a aproximadamente 4 metros por segundo, incrementándose la temperatura del sustrato polimérico a una velocidad que está en el rango de desde aproximadamente 0,02ºC por segundo a aproximadamente 0,2ºC por segundo para lograr una temperatura polimérica máxima en el rango de aproximadamente 30ºC a aproximadamente 50ºC; y (d) aplicar radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente a la composición de recubrimiento base durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos, incrementándose la temperatura del sustrato polimérico a una velocidad que está en el rango de desde aproximadamente 0,4ºC por segundo a aproximadamente 1,5ºC por segundo para lograr una temperatura polimérica máxima que es inferior a una temperatura de distorsión térmica del sustrato polimérico y está en el rango de aproximadamente 40ºC a aproximadamente 150ºC, de tal manera que se forme un recubrimiento base secado sobre la superficie del sustrato polimérico; y (e) aplicar una composición líquida de recubrimiento superior sobre el recubrimiento base secado.

Breve descripción de los dibujos

El resumen anterior, así como la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferidas, se entenderán mejor leídos en unión con los dibujos anexos. En los dibujos:

La figura 1 es un diagrama de flujo de un proceso para secar recubrimiento base líquido para recubrimiento superior líquido según 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 frontal tomada a lo largo de la línea 3-3 de una porción del diagrama esquemático de la figura 2.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Con referencia a los dibujos, en los que números análogos indican elementos análogos en todos ellos, se muestra en la figura 1 un diagrama de flujo de un proceso polietápico para recubrir un sustrato según la presente invención.

Este proceso es adecuado para recubrir sustratos metálicos o poliméricos en un proceso discontinuo o continuo. En un proceso discontinuo, el sustrato está fijo durante cada paso de tratamiento del proceso, mientras que en un proceso continuo el sustrato está en movimiento continuo a lo largo de una línea de montaje. La presente invención se explicará ahora en general en el contexto de recubrir un sustrato en un proceso continuo de línea de montaje, aunque el proceso también es útil para recubrir sustratos en un proceso discontinuo.

Los sustratos útiles que se puede recubrir según el proceso de la presente invención incluyen sustratos metálicos, sustratos poliméricos, tal como materiales termoestables y materiales termoplásticos, y sus combinaciones. Los sustratos metálicos útiles que se puede recubrir según el proceso de la presente invención incluyen metales ferrosos tal como hierro, acero, y sus aleaciones, metales no ferrosos tal como aluminio, zinc, magnesio y sus aleaciones, y sus combinaciones. Preferiblemente, el sustrato se forma a partir de acero laminado en frío, acero electrogalvanizado tal como acero electrogalvanizado de inmersión en caliente o acero de hierro-zinc electrogalvanizado, aluminio o magnesio.

Los materiales termoestables útiles incluyen poliésteres, epóxidos, fenólicos, poliuretanos tal como materiales termoestables de uretano moldeados por reacción e inyección (RIM) y sus mezclas. Los materiales termoplásticos útiles incluyen poliolefinas termoplásticas tal como polietileno y polipropileno, poliamidas tal como nylon, poliuretanos termoplásticos, poliésteres termoplásticos, polímeros acrílicos, polímeros de vinilo, policarbonatos, copolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), caucho EPDM, copolímeros y sus mezclas.

Preferiblemente, los sustratos se utilizan como componentes para fabricar vehículos automóviles, incluyendo, aunque sin limitación, automóviles, camiones y tractores. Los sustratos pueden tener cualquier forma, pero tienen preferiblemente forma de componentes de carrocería de automóvil tal como carrocerías (bloques), capós, puertas, guardabarros, parachoques y/o molduras para vehículos automóviles.

La presente invención se explicará primero en general en el contexto de recubrir una carrocería metálica de automóvil. Los expertos en la técnica entenderán que el proceso de la presente invención también es útil para recubrir componentes metálicos y/o poliméricos no de automóvil, que se explicará a continuación.

Antes del tratamiento según el proceso de la presente invención, el sustrato metálico se puede limpiar y desengrasar, y se puede depositar un recubrimiento de pretratamiento, tal como CHEMFOS 700 fosfato de zinc o BONAZINC pretratamiento rico en zinc (comercializados por PPG Industries, Inc., de Pittsburgh, Pennsylvania), en la superficie del sustrato metálico. Alternativa o adicionalmente, se puede electrodepositar una composición de recubrimiento electrodepositable al menos sobre una porción del sustrato metálico. Los métodos de electrodeposición y las composiciones de recubrimiento electrodepositable útiles incluyen composiciones de recubrimiento electrodepositables aniónicas o catiónicas convencionales, tal como recubrimientos a base de epoxi o poliuretano explicados en las Patentes de Estados Unidos números 4.933.056; 5.530.043; 5.760.107 y 5.820.987.

Con referencia ahora a la figura 1, que presenta un diagrama de flujo del proceso de la presente invención, se aplica una composición líquida de recubrimiento base a una superficie del sustrato metálico (carrocería de automóvil 16 representada en la figura 2) en un primer paso 110, preferiblemente sobre un recubrimiento electrodepositado como se ha descrito anteriormente o imprimación. El recubrimiento base líquido se puede aplicar a la superficie del sustrato en el paso 110 por cualquier proceso de recubrimiento adecuado conocido por los expertos en la materia, por ejemplo por recubrimiento por inmersión, recubrimiento por laminación directa, recubrimiento por laminación inversa, recubrimiento de cortina, recubrimiento por pulverización, recubrimiento con pincel y sus combinaciones. El método y aparato para aplicar la composición líquida de recubrimiento base al sustrato se determina en parte por la configuración y el tipo de material de sustrato.

La composición líquida de recubrimiento base incluye un material peliculígeno o aglutinante, material volátil y opcionalmente pigmento. Preferiblemente, la composición de recubrimiento base es una composición de recubrimiento entrecruzable incluyendo al menos un material peliculígeno termoestable, tal como acrílicos, poliésteres (incluyendo alquidos), poliuretanos y epoxies, y al menos un material de entrecruzamiento. También se puede usar materiales peliculígenos termoplásticos tal como poliolefinas. La cantidad de material peliculígeno en el recubrimiento base líquido está en general en el rango de aproximadamente 40 a aproximadamente 97 por ciento en peso en base al peso de sólidos totales de la composición de recubrimiento base.

Los polímeros acrílicos adecuados incluyen copolímeros de uno o varios de ácido acrílico, ácido metacrílico y sus alquil ésteres, tal como metacrilato de metilo, metacrilato de etilo, metacrilato de hidroximetilo, metacrilato de butilo, acrilato de etilo, acrilato de hidroxietilo, acrilato de butilo y acrilato de 2-etilhexilo, opcionalmente junto con uno u otros varios monómeros etilénicamente insaturados polimerizables incluyendo compuestos aromáticos de vinilo tal como estireno y vinil tolueno, nitrilos tal como acrilonitrilo y metacrilonitrilo, haluros de vinilo y vinilideno, y ésteres de vinilo tal como acetato de vinilo. Otros acrílicos y métodos adecuados para prepararlos se describen en la Patente de Estados Unidos número 5.196.485 en la columna 11, líneas 16-60.

Los poliésteres y alquidos son otros ejemplos de aglutinantes resinosos útiles para preparar la composición de recubrimiento base. Tales polímeros se pueden preparar de manera conocida por condensación de alcoholes polihídricos, tal como etilen glicol, propilen glicol, butilenglicol, 1,6-hexilen glicol, neopentil glicol, trimetilolpropano y pentaeritritol, con ácidos policarboxílicos tal como ácido adípico, ácido maleico, ácido fumárico, ácidos ftálicos, ácido trimelítico o ácidos grasos oleosos secantes.

También se puede usar poliuretanos como el ligante resinoso del recubrimiento base. Los poliuretanos útiles incluyen los productos de reacción de polioles poliméricos tal como polioles de poliéster o polioles acrílicos con un poliisocianato, incluyendo diisocianatos aromáticos tal como diisocianato de 4,4'-difenilmetano, diisocianatos alifáticos tal como diisocianato de 1,6-hexametileno, y diisocianatos cicloalifáticos tal como diisocianato de isoforona y 4,4'-metileno-bis(isocianato de ciclohexilo). Los materiales de entrecruzamiento adecuados incluyen aminoplastos, poliisocianatos, poliácidos, polianhídridos y sus mezclas. Las resinas aminoplásticas útiles se basan en los productos de adición de formaldehído, con una sustancia de transporte de grupos amino o amido. Los productos de condensación obtenidos de la reacción de alcoholes y formaldehído con melamina, urea o benzoguanamina son muy comunes. Los materiales de entrecruzamiento de poliisocianato útiles incluyen poliisocianatos bloqueados o no bloqueados tales como los explicados anteriormente para preparar el poliuretano. Los ejemplos de agentes bloqueantes adecuados para los poliisocianatos incluyen alcoholes alifáticos inferiores tal como metanol, oximas tal como metil etil cetoxima y lactamas tal como caprolactama. La cantidad del material de entrecruzamiento en la composición de recubrimiento base está en general en el rango de aproximadamente 5 a aproximadamente 50 por ciento en peso en base al peso de sólidos de resina totales de la composición de recubrimiento base.

La composición líquida de recubrimiento base incluye uno o más materiales volátiles tal como agua, disolventes orgánicos y/o aminas. Los ejemplos no limitativos de disolventes útiles incluidos en la composición, además de los proporcionados por otros componentes de recubrimiento, incluyen solventes alifáticos tal como hexano, nafta, y alcoholes minerales; disolventes aromáticos y/o aromáticos alquilados tal como tolueno, xileno, y SOLVESSO 100; alcoholes tal como etilo, metilo, n-propilo, isopropilo, n-butilo, alcohol isobutílico y amílico, y m-pirol; ésteres tal como acetato de etilo, acetato de n-butilo, acetato de isobutilo e isobutirato de isobutilo; cetonas tal como acetona, metil etil cetona, metil isobutil cetona, diisobutilcetona, metilo n-amil cetona, e isoforona, glicol éteres y glicol éter ésteres tal como monobutil éter de etilen glicol, monobutil éter de dietilen glicol, etilen glicol monohexil éter, éter monometílico de propilen glicol, éter monopropílico de propilenglicol, monobutil éter de etilen glicol acetato, propilen glicol éter monometílico acetato, y dipropilen glicol éter monometílico acetato. Las aminas útiles incluyen alcanolaminas. El contenido de sólidos de la composición líquida de recubrimiento base está en general en el rango de aproximadamente 15 a aproximadamente 60 por ciento en peso, y preferiblemente de aproximadamente 20 a aproximadamente 50 por ciento en peso.

La composición de recubrimiento base puede incluir además uno o varios pigmentos u otros aditivos tal como absorbedores de UV, agentes de control reológico o surfactantes. Los pigmentos metálicos útiles incluyen escamas de aluminio, escamas de bronce, mica recubierta, escamas de níquel, escamas de estaño, escamas de plata, escamas de cobre y sus combinaciones. Otros pigmentos adecuados incluyen mica, óxidos de hierro, óxidos de plomo, negro de carbón, dióxido de titanio y pigmentos orgánicos de color tal como ftalocianinas. La relación específica de pigmento a aglutinante puede variar ampliamente a condición de que proporcione la opacidad necesaria al grosor deseado de la película y los sólidos de aplicación.

Los recubrimientos base en suspensión en el agua adecuados para compuestos de color-más-claro incluyen los descritos en las Patentes de Estados Unidos números 4.403.003; 5.401.790 y 5.071.904, que se incorporan aquí por referencia. Además, como el formador de película resinosa en el recubrimiento base se puede usar poliuretanos en suspensión en el agua tales como los preparados según la Patente de Estados Unidos número 4.147.679, que se incorpora aquí por referencia. Se describen formadores de película adecuados para recubrimientos base a base de solventes orgánicos en la Patente de Estados Unidos número 4.220.679 en la columna 2, línea 24, a la columna 4, línea 40, y la Patente de Estados Unidos número 5.196.485 en la columna 11, línea 7, a la columna 13, línea 22.

El grosor de la composición de recubrimiento base aplicada al sustrato puede variar en base a factores como el tipo de sustrato y el uso previsto del sustrato, es decir, el entorno en el que se ha de colocar el sustrato y la naturaleza de los materiales de contacto. En general, el grosor de la composición de recubrimiento base aplicada al sustrato está en el rango de aproximadamente 10 a aproximadamente 38 micras, y más preferiblemente de aproximadamente 12 a aproximadamente 30 micras.

Con referencia ahora a la figura 1, después de aplicar el recubrimiento base, el proceso de la presente invención incluye un segundo paso 12, 112 de exponer la composición de recubrimiento base a aire a velocidad baja que tiene una temperatura en el rango de aproximadamente 10ºC a aproximadamente 35ºC, y preferiblemente de aproximadamente 20ºC a aproximadamente 30ºC, durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos para volatilizar al menos una porción del material volátil de la composición líquida de recubrimiento base y fraguar el recubrimiento base.

En el sentido en que se usa aquí, el término "fraguar" significa que el recubrimiento base está libre de pegajosidad (resiste la adherencia de polvo y otros contaminantes en suspensión en el aire) y no se perturba o deteriora (ondula o riza) por las corrientes de aire que pasan por la superficie con recubrimiento base. La velocidad del aire en una superficie de la composición de recubrimiento base es menos de aproximadamente 0,5 metros por segundo y está preferiblemente en el rango de desde aproximadamente 0,3 a aproximadamente 4 metros por segundo.

La volatilización o evaporación de volátiles del recubrimiento base 14 se puede llevar a cabo al aire libre, pero se realiza preferiblemente en una primera cámara de secado 18 en la que se hace circular aire a velocidad baja para minimizar la contaminación por partículas suspendidas en el aire, como se representa en la figura 2. La carrocería de automóvil 16 está colocada en la entrada a la primera cámara de secado 18 y se desplaza lentamente a su través a modo de línea de montaje a una velocidad que permite la volatilización del recubrimiento base como se ha explicado anteriormente. La velocidad a la que la carrocería de automóvil 16 se desplaza por la primera cámara de secado 18 y las otras cámaras de secado explicadas a continuación depende en parte de la longitud y configuración de la cámara de secado 18, pero está preferiblemente en el rango de desde aproximadamente 3 metros por minuto a aproximadamente 7,3 metros por minuto para un proceso continuo. Los expertos en la técnica entenderán que se puede usar secadoras individuales para cada paso del proceso o que se puede usar una sola secadora con una pluralidad de cámaras o secciones de secado individuales (representadas en la figura 2) configuradas de manera que correspondan a cada paso del proceso, según se desee.

El aire se suministra preferiblemente a la primera cámara de secado 18 por un ventilador 20 o secadora, que se muestra en transparencia en la figura 2. Un ejemplo no limitador de un ventilador adecuado es un ventilador ALTIVAR 66 que se puede adquirir en el mercado de Square D Corporation. El aire se puede circular a temperatura ambiente o calentar, si es necesario, en el rango de temperaturas deseada de aproximadamente 10ºC a aproximadamente 50ºC. Preferiblemente, la composición de recubrimiento base se expone a aire durante un período que está en el rango de desde aproximadamente 30 segundos a aproximadamente 3 minutos antes de que la carrocería de automóvil 16 se desplace a la etapa siguiente del proceso de secado.

Con referencia ahora a las figuras 1 y 2, el proceso incluye un paso siguiente 114 de aplicar radiación infrarroja y aire templado a velocidad baja simultáneamente a la composición de recubrimiento base durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos (preferiblemente de aproximadamente 30 segundos a aproximadamente 3 minutos) de tal manera que la temperatura del sustrato metálico se incremente a una velocidad que está en el rango de desde aproximadamente 0,02ºC por segundo a aproximadamente 0,4ºC por segundo para lograr una temperatura máxima del metal en el rango de aproximadamente 20ºC a aproximadamente 60ºC y formar un recubrimiento base presecado en la superficie del sustrato metálico. Controlando la velocidad a la que se incrementa la temperatura del metal y temperatura máxima del metal, se puede minimizar los defectos en el aspecto del recubrimiento base y el recubrimiento superior, tal como bombas y burbujas.

La radiación infrarroja aplicada incluye preferiblemente radiación en la región del infrarrojo cercano (0,7 a 1,5 micras) y la región del infrarrojo intermedio (1,5 a 20 micras), y oscila más preferiblemente desde aproximadamente 0,7 a aproximadamente 4 micras. La radiación infrarroja calienta las superficies de Clase A (externas) 24 del sustrato recubierto que están expuestas a la radiación y preferiblemente no induce reacción química o entrecruzamiento de los componentes del recubrimiento base. La mayor parte de las superficies no de Clase A no se exponen directamente a la radiación infrarroja, sino que se calentarán por conducción a través de la carrocería de automóvil y la dispersión aleatoria de la radiación infrarroja.

Con referencia ahora a las figuras 2 y 3, la radiación infrarroja la emiten una pluralidad de emisores 26 dispuestos en la cámara interior de secado 27 de un aparato de secado por infrarrojos/convección combinados 28. Cada emisor 26 es preferiblemente una lámpara de infrarrojos de alta intensidad, preferiblemente una lámpara de envolvente de cuarzo que tiene un filamento de tungsteno. Las lámparas útiles de alta intensidad y corta longitud de onda (0,76 a 2 micras) incluyen lámparas Modelo Nº T-3 tal como las comercializadas por General Electric Co., Sylvania, Phillips, Heraeus y Ushio, y tienen una tasa de emisión de entre 75 y 100 vatios por pulgada lineal en la fuente de luz. También se puede usar lámparas de longitud de onda media (2 a 4 micras) y se pueden adquirir de los mismos proveedores. La lámpara emisora tiene preferiblemente forma general de varilla y tiene una longitud que se puede variar para adaptarla a la configuración del horno, pero en general es preferiblemente de aproximadamente 0,75 a aproximadamente 1,5 metros de longitud. Preferiblemente, las lámparas emisoras en las paredes laterales 30 de la cámara interior de secado 27 están dispuestas de forma generalmente vertical con referencia a tierra 32, a excepción de unas pocas filas 34 (preferiblemente de aproximadamente 3 a aproximadamente 5 filas) de emisores 26 en la parte inferior de la cámara interior de secado 27 que están dispuestas de forma generalmente horizontal a tierra 32.

El número de emisores 26 puede variar dependiendo de la intensidad deseada de energía a emitir. En una realización preferida, el número de emisores 26 montados en el techo 36 de la cámara interior de secado 27 es aproximadamente 24 a aproximadamente 32 dispuestos en una matriz lineal de lado a lado, con los emisores 26 espaciados de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 centímetros de centro a centro, y preferiblemente de aproximadamente 15 centímetros. La anchura de la cámara interior de secado 27 es suficiente para acomodar la carrocería de automóvil o cualquier componente sustrato a secar en ella, y preferiblemente es aproximadamente 2,5 a aproximadamente 3,0 metros de ancho. Preferiblemente, cada pared lateral 30 de la cámara 27 tiene de aproximadamente 50 a aproximadamente 60 lámparas con las lámparas espaciadas de aproximadamente 15 a aproximadamente 20 centímetros de centro a centro. La longitud de cada pared lateral 30 es suficiente para abarcar la longitud de la carrocería de automóvil o cualquier componente sustrato que se esté secando en ella, y preferiblemente es de aproximadamente 4 a aproximadamente 6 metros. La pared lateral 30 tiene preferiblemente cuatro secciones horizontales que están inclinadas para conformarse a la forma de los lados de la carrocería de automóvil. La sección superior de la pared lateral 30 tiene preferiblemente 24 lámparas paralelas divididas en 6 zonas. Las tres zonas más próximas a la entrada a la cámara de secado 27 se ponen en funcionamiento a longitudes de onda medias, las tres más próximas a la salida a longitudes de onda cortas. La sección media de la pared lateral está configurada de forma parecida a la sección superior. Las dos secciones inferiores de las paredes laterales contienen preferiblemente 6 bombillas en una matriz de 2 por 3. La primera sección de bombillas más próxima a la entrada opera preferiblemente a longitud de onda media y las otras dos secciones a longitudes de onda cortas.

Con referencia a la figura 2, cada una de las lámparas emisoras 26 está dispuesta dentro de un reflector en forma de canal 38 que se forma preferiblemente de aluminio pulido. Los reflectores adecuados incluyen reflectores de aluminio o con vaina integral de oro que comercializan BGK-ITW Automotive, Heraeus y Fannon Products. Los reflectores 38 recogen la energía transmitida de las lámparas emisoras 26 y enfocan la energía en la carrocería de automóvil 16 para disminuir la dispersión de energía.

Dependiendo de factores como la configuración y la colocación de la carrocería de automóvil 16 dentro de la cámara interior de secado 27 y el color del recubrimiento base a secar, las lámparas emisoras 26 puede ser controladas independientemente por microprocesador (no representado) de tal manera que las lámparas emisoras 26 más alejadas de una superficie de Clase A 24 se puedan iluminar a una mayor intensidad que las lámparas más próximas a una superficie de Clase A 24 para proporcionar calentamiento uniforme. Por ejemplo, cuando el techo 40 de la carrocería de automóvil 16 pasa por debajo de una sección de lámparas emisoras 26, las lámparas emisoras 26 en dicha zona se pueden ajustar a una intensidad más baja hasta que el techo 40 haya pasado, después la intensidad se puede incrementar para calentar la cubierta de capó 42 que está a mayor distancia de las lámparas emisoras 26 que el techo 40.

Además, para minimizar la distancia de las lámparas emisoras 26 a las superficies de Clase A 24, la posición de las paredes laterales 30 y lámparas emisoras 26 se puede aproximar o alejar de la carrocería de automóvil como se indica con flechas de dirección 44, 46, respectivamente, en la figura 3. Los expertos en la técnica entenderán que cuanto más próximas están las lámparas emisoras 26 a las superficies de Clase A 24 de la carrocería de automóvil 16, tanto mayor es el porcentaje de energía disponible que se aplica para calentar las superficies 24 y los recubrimientos presentes en ellas. En general, la radiación infrarroja se emite a una densidad de potencia que está en el rango de desde aproximadamente 10 a aproximadamente 25 kilovatios por metro cuadrado (kW/m^{2}) de la superficie de pared del emisor, y preferiblemente de aproximadamente 12 kW/m^{2} para lámparas emisoras 26 que miran a los lados 48 de la carrocería de automóvil 16 (puertas o guardabarros) que están más próximos que las lámparas emisoras 26 que miran al capó y la tapa del capó 42 de la carrocería de automóvil 16, que preferiblemente emiten aproximadamente 24 kW/m^{2}.

Un ejemplo no limitador de un aparato adecuado de secado por infrarrojos/convección combinados es un horno de convección BGK de radiación infrarroja y aire caliente combinados, que se puede adquirir en el mercado de BGK Automotive Group de Minneapolis, Minnesota. La configuración general de este horno se describirá a continuación. Otro aparato útil de secado por infrarrojos/convección combinados lo comercializan Durr de Wixom, Michigan, Thermal Innovations de Manasquan, New Jersey, Thermovation Engineering de Cleveland, Ohio, Dry-Quick de Greenburg, Indiana, y Wisconsin Oven and Infrared Systems de East Troy, Wisconsin.

Con referencia ahora a las figuras 2 y 3, el aparato de secado preferido por infrarrojos/convección combinados 28 incluye paredes laterales deflectadas 30 que tienen boquillas o agujeros de ranura 50 por los que entra aire 52 a la cámara interior de secado 27 a una velocidad de menos de aproximadamente 4 metros por segundo. Durante este paso, la velocidad del aire en la superficie 54 de la composición de recubrimiento base es menos de aproximadamente 4 metros por segundo, está preferiblemente en el rango de desde aproximadamente 0,3 a aproximadamente 4 metros por segundo y, más preferiblemente, de aproximadamente 0,7 a aproximadamente 1,5 metros por segundo.

La temperatura del aire 52 está en general en el rango de aproximadamente 25ºC a aproximadamente 50ºC, y preferiblemente de aproximadamente 30ºC a aproximadamente 40ºC. El aire 52 se suministra por un ventilador 56 o secadora y se puede precalentar externamente o pasar el aire sobre las lámparas emisoras de infrarrojos calentadas 26 y sus reflectores 38. Pasando el aire 52 sobre los emisores 26 y reflectores 38, la temperatura operativa de estas partes se puede disminuir, prolongando por lo tanto su vida útil. Además, se puede extraer vapores de solventes indeseables de la cámara interior de secado 27. El aire 52 también se puede hacer circular por la cámara interior de secado 27 a través del suelo inferior 58. Preferiblemente, el flujo de aire se hace recircular para incrementar la eficiencia. Una porción del flujo de aire se puede expulsar para extraer contaminantes y complementar con aire fresco filtrado para compensar las pérdidas.

La carrocería de automóvil 16 se calienta por la radiación infrarroja y el aire templado a una temperatura máxima del metal en el rango de aproximadamente 20ºC a aproximadamente 60ºC, y preferiblemente de aproximadamente 25ºC a aproximadamente 30ºC. En el sentido en que se usa aquí, "temperatura máxima del metal" significa la temperatura instantánea deseada a la que se debe calentar el sustrato metálico (carrocería de automóvil 16). La temperatura máxima del metal para un sustrato metálico se mide en la superficie del sustrato recubierto aproximadamente en el medio del lado del sustrato opuesto al lado en el que se aplica el recubrimiento. La temperatura máxima para un sustrato polimérico se mide en la superficie del sustrato recubierto aproximadamente en el medio del lado del sustrato en el que se aplica el recubrimiento. Se prefiere mantener esta temperatura máxima del metal el tiempo más breve que sea posible.

Con referencia ahora a las figuras 1 y 2, el proceso de la presente invención incluye un paso siguiente 116 de aplicar radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente a la composición de recubrimiento base en el sustrato metálico (carrocería de automóvil 16) durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos, y preferiblemente de aproximadamente 30 segundos a aproximadamente 3 minutos. La temperatura del sustrato metálico se incrementa a una velocidad que está en el rango de desde aproximadamente 0,4ºC por segundo a aproximadamente 1,5ºC por segundo para lograr una temperatura máxima del metal del sustrato que está en el rango de desde aproximadamente 40ºC a aproximadamente 75ºC. Por lo tanto, se forma un recubrimiento base secado 62 en la superficie del sustrato metálico.

Controlando la velocidad a la que se incrementa la temperatura del metal y la temperatura máxima del metal, la combinación de los pasos 112, 114 y 116 puede proporcionar recubrimientos compuestos de recubrimiento base líquido y recubrimiento superior líquido con un mínimo de defectos en el aspecto superficial, tal como bombas y burbujas. Además, se puede lograr altas acumulaciones de película en un período corto de tiempo con mínima entrada de energía y las condiciones operativas flexibles pueden disminuir la necesidad de reparaciones.

El recubrimiento base secado que se forma en la superficie de la carrocería de automóvil 16 se seca suficientemente para permitir la aplicación del recubrimiento superior de tal manera que la calidad del recubrimiento superior no quede afectada adversamente por el secado adicional del recubrimiento base. Preferiblemente, el recubrimiento base secado, después de la aplicación a la superficie del sustrato, forma una película que está sustancialmente sin entrecruzar, es decir, no se calienta a una temperatura suficiente para inducir entrecruzamiento significativo y no hay sustancialmente reacción química entre el material peliculígeno termoestable y el material de entrecruzamiento.

Para recubrimientos base en suspensión en agua, "seco" significa la ausencia casi completa de agua del recubrimiento base. Si está presente demasiada agua, el recubrimiento superior puede formar fisuras, burbujas o "bombas" durante el secado del recubrimiento superior cuando el vapor de agua del recubrimiento base intenta pasar a través del recubrimiento superior.

Este paso de secado 116 se puede llevar a cabo de forma parecida a la del paso 114 anterior usando un aparato de secado por radiación infrarroja/convección combinadas; sin embargo, la velocidad a la que se incrementa la temperatura del sustrato metálico está en el rango de aproximadamente 0,4ºC por segundo a aproximadamente 1,5ºC por segundo, y la temperatura máxima del metal del sustrato está en el rango de aproximadamente 40ºC a aproximadamente 75ºC. Preferiblemente, la tasa de calentamiento está en el rango de aproximadamente 0,7ºC por segundo a aproximadamente 1,3ºC por segundo y la temperatura máxima del metal del sustrato está en el rango de aproximadamente 40ºC a aproximadamente 60ºC.

La radiación infrarroja aplicada incluye preferiblemente radiación de la región del infrarrojo cercano (0,7 a 1,5 micras) y la región del infrarrojo intermedio (1,5 a 20 micras), y oscila más preferiblemente desde aproximadamente 0,7 a aproximadamente 4 micras.

El aire secante caliente tiene preferiblemente una temperatura en el rango de aproximadamente 50ºC a aproximadamente 110ºC, y más preferiblemente de aproximadamente 60ºC a aproximadamente 90ºC. La velocidad del aire en la superficie de la composición de recubrimiento base en el paso de secado 116 es menos de aproximadamente 4 metros por segundo, y está preferiblemente en el rango de desde aproximadamente 1 a aproximadamente 4 metros por segundo.

El paso de secado 116 se puede llevar a cabo usando cualquier aparato convencional de secado por infrarrojos/convección combinados tal como el horno combinado de radiación infrarroja y convección de aire caliente BGK que se describe con detalle anteriormente. Los emisores individuales 26 se pueden configurar como se ha explicado anteriormente y controlar individualmente o en grupos por un microprocesador (no representado) para proporcionar las velocidades deseadas de calentamiento y transmisión de energía de infrarrojos.

El proceso de la presente invención puede incluir además un paso de curado adicional 118 en el que se aplica aire caliente 66 al recubrimiento base secado 62 durante un período de al menos aproximadamente 6 minutos después del paso 116 para mantener el sustrato recubierto a una temperatura máxima del metal en el rango de aproximadamente 110ºC a aproximadamente 135ºC y curar el recubrimiento base. Preferiblemente, se utiliza simultáneamente una combinación de secado por convección de aire caliente y radiación infrarroja para curar el recubrimiento base secado. En el sentido en que se usa aquí, "curar" significa que los componentes entrecruzables del recubrimiento base secado se entrecruzan sustancialmente.

Este paso de curado 118 se puede llevar a cabo usando una secadora de convección de aire caliente, tal como las explicadas anteriormente o de forma parecida a la del paso 114 anterior usando un aparato de secado por radiación infrarroja/convección combinadas; sin embargo, la temperatura máxima deseada del metal del sustrato está en el rango de aproximadamente 110ºC a aproximadamente 135ºC y el sustrato se mantiene a la temperatura máxima del metal durante al menos aproximadamente 6 minutos, y preferiblemente de aproximadamente 6 a aproximadamente 20 minutos.

El aire secante caliente tiene preferiblemente una temperatura en el rango de aproximadamente 110ºC a aproximadamente 140ºC, y más preferiblemente de aproximadamente 120ºC a aproximadamente 135ºC. La velocidad del aire en la superficie de la composición de recubrimiento base en el paso de curado 118 puede oscilar desde aproximadamente 4 a aproximadamente 20 metros por segundo, y está preferiblemente en el rango de desde aproximadamente 10 a aproximadamente 20 metros por segundo.

Si se utiliza una combinación de aire caliente y radiación infrarroja, la radiación infrarroja aplicada incluye preferiblemente la región del infrarrojo cercano (0,7 a 1,5 micras) y la región del infrarrojo intermedio (1,5 a 20 micras), y oscila más preferiblemente desde aproximadamente 0,7 a aproximadamente 4 micras. El paso de curado 118 se puede llevar a cabo usando cualquier aparato convencional de secado por infrarrojos/convección combinados tal como el horno combinado de radiación infrarroja y convección de aire caliente BGK antes descrito con detalle. Los emisores individuales 26 se pueden configurar como se ha explicado anteriormente y controlar individualmente o en grupos por un microprocesador (no representado) para proporcionar las velocidades deseadas de calentamiento y transmisión energía de infrarrojos.

El proceso de la presente invención puede incluir además un paso de enfriamiento en el que se enfría la temperatura de la carrocería de automóvil 16 que tiene un recubrimiento base curado de pasos 116 y/o 118, preferiblemente a una temperatura en el rango de aproximadamente 20ºC a aproximadamente 60ºC y, más preferiblemente, aproximadamente 25ºC a aproximadamente 30ºC. El enfriamiento de la carrocería de automóvil con recubrimiento base 16 puede facilitar la aplicación del recubrimiento superior líquido. La carrocería de automóvil con recubrimiento base 16 se puede enfriar en aire a una temperatura en el rango de aproximadamente 15ºC a aproximadamente 35ºC, y preferiblemente de aproximadamente 25ºC a aproximadamente 30ºC durante un período que está en el rango de desde aproximadamente 3 a aproximadamente 6 minutos. Alternativa o adicionalmente, la carrocería de automóvil con recubrimiento base 16 se puede enfriar por exposición a aire soplado enfriado saturado sobre la superficie del sustrato a aproximadamente 4 a aproximadamente 10 metros por segundo para evitar la fisuración del recubrimiento.

Después de que el recubrimiento base en la carrocería de automóvil 16 se ha secado (y curado y/o enfriado, si se desea), se aplica una composición líquida de recubrimiento superior sobre el recubrimiento base secado en un paso de recubrimiento superior líquido 120. El recubrimiento superior se puede aplicar con equipo convencional de pulverización electrostática tal como un atomizador de campana rotativo a alta velocidad (aproximadamente 30.000 a aproximadamente 60.000 revoluciones por minuto) a alto voltaje (aproximadamente 60.000 a aproximadamente 90.000 voltios) a un grosor de aproximadamente 40 a aproximadamente 65 micras en una o dos pasadas.

Preferiblemente, la composición de recubrimiento superior es un recubrimiento entrecruzable incluyendo al menos un material peliculígeno termoestable y al menos un material de entrecruzamiento, aunque se puede usar materiales peliculígenos termoplásticos tal como poliolefinas. Se describen recubrimientos superiores en suspensión en agua adecuados en la Patente de Estados Unidos número 5.098.947 (incorporada aquí por referencia) y se basan en resinas acrílicas solubles en agua. Se describen recubrimientos superiores en suspensión en solvente útiles en las Patentes de Estados Unidos números 5.196.485 y 5.814.410 (incorporadas aquí por referencia) e incluyen poliepóxidos y agentes de curado de poliácido. La composición de recubrimiento superior puede incluir materiales de entrecruzamiento e ingredientes adicionales tal como los explicados anteriormente pero preferiblemente no pigmentos. La cantidad de la composición de recubrimiento superior aplicada al sustrato puede variar en base a factores como el tipo de sustrato y el uso previsto del sustrato, es decir, el entorno en el que se ha de colocar el sustrato y la naturaleza de los materiales de contacto.

En una realización preferida, el proceso de la presente invención incluye además un paso de curado 122 (representado en la figura 1) de curar la composición líquida de recubrimiento superior después de la aplicación sobre el recubrimiento base secado. El grosor del recubrimiento compuesto secado y entrecruzable es generalmente aproximadamente 0,2 a 5 milésimas de pulgada (5 a 125 micras), y preferiblemente de aproximadamente 0,4 a 3 milésimas de pulgada (10 a 75 micras). El recubrimiento superior líquido se puede curar por secado por convección de aire caliente y, si se desea, calentamiento por infrarrojos, de tal manera que los componentes entrecruzables del recubrimiento superior líquido se entrecrucen en un grado tal que la industria automovilística acepte el proceso de recubrimiento como suficientemente completo para transportar la carrocería de automóvil recubierta sin daño del recubrimiento superior. El recubrimiento superior líquido se puede curar usando secadora convencional de convección de aire caliente o secadora de convección/infrarrojos combinados tal como las explicadas anteriormente. En general, el recubrimiento superior líquido se calienta a una temperatura de aproximadamente 120ºC a aproximadamente 150ºC durante un período de aproximadamente 20 a aproximadamente 40 minutos para curar el recubrimiento superior líquido.

Alternativamente, si el recubrimiento base no se curó antes de aplicar el recubrimiento superior líquido, el recubrimiento base y la composición líquida de recubrimiento superior se pueden curar conjuntamente aplicando calentamiento por convección de aire caliente y/o infrarrojos usando un aparato como el descrito con detalle anteriormente para curar individualmente el recubrimiento base y la composición líquida de recubrimiento. Para curar el recubrimiento base y la composición líquida de recubrimiento, el sustrato se calienta generalmente a una temperatura de aproximadamente 120ºC a aproximadamente 150ºC durante un período de aproximadamente 20 a aproximadamente 40 minutos para curar el recubrimiento superior líquido.

Otro aspecto de la presente invención es un proceso para recubrir un sustrato polimérico. El proceso incluye pasos similares a los usados para recubrir un sustrato metálico anterior. Se aplica una composición líquida de recubrimiento base a una superficie del sustrato polimérico como se ha descrito anteriormente. La composición de recubrimiento base se expone a aire que tiene una temperatura en el rango de aproximadamente 10ºC a aproximadamente 35ºC durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos para volatilizar al menos una porción de material volátil de la composición líquida de recubrimiento base. La velocidad del aire en una superficie de la composición de recubrimiento base es menos de aproximadamente 4 metros por segundo, y está preferiblemente en el rango de desde aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,5 metros por segundo. El aparato usado para volatilizar el recubrimiento base puede ser el mismo que el usado para volatilizar el recubrimiento base para el sustrato metálico.

Se aplican simultáneamente radiación infrarroja, que tiene una longitud de onda que está en el rango de desde aproximadamente 0,7 a aproximadamente 4 micras, y aire templado a la composición de recubrimiento base durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos y preferiblemente de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2 minutos. La velocidad del aire en la superficie de la composición de recubrimiento base es menos de aproximadamente 4 metros por segundo, y está preferiblemente en el rango de desde aproximadamente 0,7 a aproximadamente 1,5 metros por segundo. La temperatura del sustrato polimérico se incrementa a una velocidad que está en el rango de desde aproximadamente 0,02ºC por segundo a aproximadamente 0,2ºC por segundo para lograr una temperatura polimérica máxima del sustrato que está en el rango de desde aproximadamente 20ºC a aproximadamente 60ºC, y preferiblemente de aproximadamente 30ºC a aproximadamente 50ºC. El aparato usado para secar el recubrimiento base puede ser el mismo aparato combinado de infrarrojos/convección de aire caliente, como el explicado anteriormente para tratar el sustrato metálico.

A continuación, se aplica simultáneamente radiación infrarroja y aire caliente a la composición de recubrimiento base durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos y preferiblemente de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2 minutos. La velocidad del aire en la superficie de la composición de recubrimiento base es menos de aproximadamente 4 metros por segundo, y está preferiblemente en el rango de desde aproximadamente 1,5 a aproximadamente 2,5 metros por segundo. La temperatura del sustrato polimérico se incrementa a una velocidad que está en el rango de desde aproximadamente 0,4ºC por segundo a aproximadamente 1,5ºC por segundo para lograr una temperatura polimérica máxima del sustrato que es inferior a la temperatura de distorsión térmica del sustrato polimérico y está en el rango de aproximadamente 40ºC a aproximadamente 150ºC, de tal manera que se forme un recubrimiento base secado en la superficie del sustrato polimérico. La temperatura de distorsión térmica es la temperatura a la que el sustrato polimérico se deforma físicamente y es incapaz de recuperar su forma anterior. Por ejemplo, las temperaturas de distorsión térmica para varios materiales termoplásticos comunes son las siguientes: olefinas termoplásticas aproximadamente 138ºC (280ºF), poliuretanos termoplásticos aproximadamente 149ºC (300ºF), y copolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno aproximadamente 71-82ºC (160-180ºF).

El aparato usado para secar el recubrimiento base puede ser el mismo aparato combinado de infrarrojos/convección de aire caliente que el explicado anteriormente para tratar el sustrato metálico. El recubrimiento base se puede curar, si se desea, antes de aplicar el recubrimiento superior líquido.

El sustrato polimérico con recubrimiento base se enfría preferiblemente a una temperatura de aproximadamente 20 a aproximadamente 30ºC antes de aplicar la composición líquida de recubrimiento superior sobre el recubrimiento base secado. Antes se han explicado con detalle composiciones de recubrimiento superior líquido y métodos de aplicarlas para recubrir el sustrato metálico.

La presente invención se describirá mejor con referencia al ejemplo siguiente. El ejemplo siguiente es meramente ilustrativo de la invención y no pretende limitarla. A no ser que se indique lo contrario, todas las partes son en
peso.

Ejemplo

En este ejemplo, se recubrieron paneles de acero de prueba con un recubrimiento base líquido y un recubrimiento transparente líquido como se especifica a continuación para evaluar procesos de secado según la presente invención. Los sustratos de prueba eran paneles de acero ACT laminados en frío de un tamaño de 30,48 cm por 45,72 cm (12 pulgadas por 18 pulgadas) electrorrecubiertos con una imprimación electrodepositable catiónicamente comercializada por PPG Industries, Inc., como ED-5000. Se aplicó un recubrimiento base en suspensión en agua, comercial (HWB90394 que se puede adquirir en el mercado de PPG Industries, Inc) por pulverización (pulverización automática de 1 capa (campanas) con evaporación ambiente de 30 segundos) a 60% humedad relativa y 24ºC, obteniendo un grosor de película seca como el especificado en las Tablas 1A y 1C siguientes. Los recubrimientos base en los paneles se secaron como se especifica en las Tablas 1A-1C usando un horno de radiación de infrarrojos y convección de aire caliente combinadas comercializado por BGK-ITW Automotive Group de Minneapolis, Minnesota. Posteriormente, se recubrieron los paneles con líquido DIAMONDCOAT® DCT-5002 recubrimiento superior (comercializado por PPG Industries, Inc.) y curaron durante 30 minutos a 141ºC (285ºF) usando convección de aire caliente para obtener un grosor general de película de aproximadamente 110 a 130 micras.

1

2

3

El aspecto y las propiedades físicas de los paneles recubiertos se midieron usando las pruebas siguientes: sólidos de lámina y aspecto (número de bombas, clasificación de piel de naranja y clasificación general. El porcentaje en peso de sólidos de lámina para cada muestra se determinó midiendo el recubrimiento no volátil depositado en una lámina de 75 mm por 100 mm unida al panel pulverizado. La lámina se extrajo del panel después del proceso de secado y pesó, cociéndose después hasta que sólo hubiese sustancias no volátiles según el Método ASTM 2369-D a una temperatura de 110ºC. El número de bombas en la superficie del recubrimiento de cada muestra se determinó por inspección visual de la superficie completa del panel. Las bombas se clasificaron en una escala de 0 a 5, indicando 0 la inexistencia de bombas e indicando 5 un número severo de bombas. La clasificación de piel de naranja, brillo especular y Distinción de Imagen ("DOI") se determinaron explorando una muestra de superficie de panel de 9375 mm cuadrados usando un analizador de calidad superficial Autospect QMS BP que se puede adquirir en el mercado de Perceptron. La Clasificación de aspecto general se determinó añadiendo 40% de la Clasificación de piel de naranja, 20% de la clasificación de brillo y 40% de la clasificación DOI. La Tabla 2 siguiente proporciona las propiedades medidas.

Como se muestra en la Tabla 2, los sustratos recubiertos secados según el proceso de la presente invención (Pasadas nº 1-8) exhibían en general menos bombas y tenían un aspecto comparable a los paneles de control en los que los recubrimientos no se secaron según la presente invención.

\vskip1.000000\baselineskip

\vskip1.000000\baselineskip

\vskip1.000000\baselineskip

(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 2

4

Los procesos de la presente invención proporcionan rápido recubrimiento de sustratos metálicos y poliméricos, pueden eliminar o reducir la necesidad de largos hornos de línea de montaje y pueden reducir drásticamente el tiempo general de procesado. El menor número de bombas y el buen flujo y aspecto del recubrimiento base, incluso a grosores más altos, proporciona más libertad operativa cuando se aplica el recubrimiento base que puede disminuir las reparaciones.

Los expertos en la materia apreciarán que se puede hacer cambios en las realizaciones antes descritas sin apartarse de su amplio concepto novedoso. Se entiende, por lo tanto, que esta invención no se limita a las realizaciones particulares descritas, sino que se pretende cubrir modificaciones que estén dentro del alcance de la invención, definida por las reivindicaciones anexas.

Claims (25)

1. En un proceso de recubrimiento de un sustrato metálico donde se aplica una composición líquida de recubrimiento base a una superficie del sustrato metálico y se expone a aire caliente, y donde se aplica radiación infrarroja y aire a la composición de recubrimiento base, y se aplica una composición líquida de recubrimiento superior sobre el recubrimiento base secado, el proceso se caracteriza porque:

(a)

la composición de recubrimiento base se expone a aire que tiene una temperatura en el rango de aproximadamente 10ºC a aproximadamente 35ºC durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos para volatilizar al menos una porción de material volátil de la composición líquida de recubrimiento base (14), siendo la velocidad del aire en una superficie de la composición de recubrimiento base (14) inferior a aproximadamente 0,5 metros por segundo;

(b)

se aplica radiación infrarroja y aire templado (52) simultáneamente a la composición de recubrimiento base durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos, siendo la velocidad del aire en la superficie (54) de la composición de recubrimiento base inferior a aproximadamente 4 metros por segundo, incrementándose la temperatura del sustrato metálico a una velocidad que está en el rango de desde aproximadamente 0,02ºC por segundo a aproximadamente 0,4ºC por segundo para lograr una temperatura máxima del metal del sustrato que está en el rango de desde aproximadamente 20ºC a aproximadamente 60ºC; y

(c)

se aplica radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente a la composición de recubrimiento base durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos, incrementándose la temperatura del sustrato metálico a una velocidad que está en el rango de desde aproximadamente 0,4ºC por segundo a aproximadamente 1,5ºC por segundo para lograr una temperatura máxima del metal del sustrato que está en el rango de desde aproximadamente 40ºC a aproximadamente 75ºC, de tal manera que se forme un recubrimiento base secado (62) sobre la superficie del sustrato metálico.

2. El proceso según la reivindicación 1, donde el sustrato metálico se selecciona a partir del grupo que consta de hierro, acero, aluminio, zinc, magnesio, aleaciones y sus combinaciones.

3. El proceso según la reivindicación 1, donde el sustrato metálico es un componente de carrocería de automóvil.

4. El proceso según la reivindicación 1, donde el material volátil de la composición líquida de recubrimiento base (14) incluye agua.

5. El proceso según la reivindicación 1, donde el material volátil de la composición líquida de recubrimiento base (14) se selecciona a partir del grupo que consta de disolventes orgánicos y aminas.

6. El proceso según la reivindicación 1, donde el aire tiene una temperatura en el rango de aproximadamente 10ºC a aproximadamente 35ºC en el paso (a).

7. El proceso según la reivindicación 1, donde el período está en el rango de aproximadamente 30 segundos a aproximadamente 3 minutos en el paso (a).

8. El proceso según la reivindicación 1, donde la velocidad del aire está en el rango de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,5 metros por segundo en el paso (a).

9. El proceso según la reivindicación 1, donde la radiación infrarroja se emite a una longitud de onda que está en el rango de desde aproximadamente 0,7 a aproximadamente 20 micras.

10. El proceso según la reivindicación 9, donde las longitudes de onda son del rango de aproximadamente 0,7 a aproximadamente 4 micras.

11. El proceso según la reivindicación 1, donde la radiación infrarroja se emite a una densidad de potencia que está en el rango de desde aproximadamente 10 a aproximadamente 40 kilovatios por metro cuadrado de superficie de pared del emisor.

12. El proceso según la reivindicación 1, donde el aire (52) tiene una temperatura en el rango de aproximadamente 25ºC a aproximadamente 50ºC en el paso (b).

13. El proceso según la reivindicación 1, donde el período está en el rango de aproximadamente 30 segundos a aproximadamente 3 minutos en el paso (b).

14. El proceso según la reivindicación 1, donde la velocidad del aire está en el rango de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 4 metros por segundo en el paso (b).

15. El proceso según la reivindicación 1, donde la temperatura del sustrato metálico se incrementa a una velocidad que está en el rango de desde aproximadamente 0,02ºC por segundo a aproximadamente 0,2ºC por segundo en el paso (b).

16. El proceso según la reivindicación 1, donde la temperatura máxima del metal del sustrato metálico está en el rango de aproximadamente 25ºC a aproximadamente 30ºC en el paso (b).

17. El proceso según la reivindicación 1, donde el aire tiene una temperatura en el rango de aproximadamente 50ºC a aproximadamente 110ºC en el paso (c).

18. El proceso según la reivindicación 1, donde el período está en el rango de aproximadamente 30 segundos a aproximadamente 3 minutos en el paso (c).

19. El proceso según la reivindicación 1, donde la temperatura del sustrato metálico se incrementa a una velocidad que está en el rango de desde aproximadamente 0,6ºC por segundo a aproximadamente 1,3ºC por segundo en el paso (c).

20. El proceso según la reivindicación 1, donde la temperatura máxima del metal del sustrato metálico está en el rango de aproximadamente 40ºC a aproximadamente 60ºC en el paso (c).

21. El proceso según la reivindicación 1, incluyendo además un paso adicional (c') de aplicar aire caliente al recubrimiento base secado (62) durante un período de al menos aproximadamente 6 minutos después del paso (c) para mantener a una temperatura máxima del metal en el rango de aproximadamente 110ºC a aproximadamente 135ºC, de tal manera que se forme un recubrimiento base curado en la superficie del sustrato metálico.

22. El proceso según la reivindicación 21, donde el paso adicional (c') incluye además aplicar radiación infrarroja al recubrimiento base secado (62) aplicando simultáneamente al mismo tiempo el aire caliente.

23. El proceso según la reivindicación 1, incluyendo además un paso adicional (d) de curar la composición líquida de recubrimiento superior después de la aplicación sobre el recubrimiento base secado (62).

24. El proceso según la reivindicación 1, donde el paso adicional (d) incluye además curar la composición de recubrimiento base y la composición líquida de recubrimiento después de la aplicación de la composición líquida de recubrimiento superior sobre el recubrimiento base secado (62).

25. En el proceso de recubrimiento de un sustrato polimérico donde se aplica una composición líquida de recubrimiento base a una superficie del sustrato polimérico y se expone a aire caliente, y donde se aplica radiación infrarroja y aire a la composición de recubrimiento base, y se aplica una composición líquida de recubrimiento superior sobre el recubrimiento base secado, el proceso se caracteriza porque

(a)

la composición de recubrimiento base se expone a aire que tiene una temperatura en el rango de aproximadamente 10ºC a aproximadamente 35ºC durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos para volatilizar al menos una porción de material volátil de la composición líquida de recubrimiento base (14), siendo la velocidad del aire en una superficie de la composición de recubrimiento base inferior a aproximadamente 4 metros por segundo;

(b)

teniendo la radiación infrarroja una longitud de onda que está en el rango de desde aproximadamente 0,7 a aproximadamente 4 micras y se aplica aire templado (52) simultáneamente a la composición de recubrimiento base durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos, siendo la velocidad del aire en la superficie (54) de la composición de recubrimiento base inferior a aproximadamente 4 metros por segundo, incrementándose la temperatura del sustrato polimérico a una velocidad que está en el rango de desde aproximadamente 0,02ºC por segundo a aproximadamente 0,2ºC por segundo para lograr una temperatura polimérica máxima en el rango de aproximadamente 30ºC a aproximadamente 50ºC; y

(c)

se aplica la radiación infrarroja y aire caliente simultáneamente a la composición de recubrimiento base durante un período de al menos aproximadamente 30 segundos, incrementándose la temperatura del sustrato polimérico a una velocidad que está en el rango de desde aproximadamente 0,4ºC por segundo a aproximadamente 1,5ºC por segundo para lograr una temperatura polimérica máxima que es inferior a una temperatura de distorsión térmica del sustrato polimérico y está en el rango de aproximadamente 40ºC a aproximadamente 150ºC, de tal manera que se forme un recubrimiento base secado (62) sobre la superficie del sustrato polimérico.