JPH05508579A - 粉末ペイントによる感熱材料の塗装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 粉末ペイントによる感熱材料の塗装方法本発明は、粉末ペイントによる感熱材料 の塗装を可能にする方法に関するものである。本明細書において、「感熱材料」 とは、塗膜の形成工程においてさらには粉末の状態にあるペイントを硬化させる 際に一般的に用いられる温度および時間で処理すると物理的および／または化学 的修飾を受ける材料を意味するものである。ちなみに、「耐熱性材料」は上記の 修飾を受けない材料である。

粉末ペイントは、環境汚染及び塗装に雇われている労働者の健康への悪影響等の 多くの問題があるため、質の優れた塗膜を形成する以外は、いずれのタイプの金 属性または熱耐性の物体を塗装する上でますます重要になってきている。

しかしながら、粉末ペイントは、様々なシステム、今日では主に静電塗装によっ て物体に塗布された後、溶解、塗膜形成、さらには物体に永久的に接着している ように硬化されなければならず、この工程は、通常、被覆される物体によって様 々な構造の窯炉内で、ペイント成分の溶融温度に必要なかなり高い温度で、これ らの温度を連続して所定時間維持しながら、行われる。

しかしながら、プラスチック材料、木材、紙及び厚紙、なめし革、編織布等の感 熱材料は連続した時間、粉末ペイントによる処理をするのに必要な温度に絶対に 耐えられないため、今日まで、これらの材料を粉末ペイントで塗装することは不 可能であると考えられてきた。一方、上記の材料を粉末ペイントで塗装し、通常 必須である、使用することによるこのような工業部門における上記したような感 熱材料を塗装するための溶剤含有ペイントの上記したような危難や危険をも回避 できることは、非常に望ましいことである。

しかしながら、今日まで粉末ペイントで塗装された物体を処理するために行われ てきた構造および方法によっては、不可逆的に損傷してしまうような感熱材料に まで広げられるような処理を可能にしてはいない。現状の構造及び方法はすべて 、金属性または耐熱性の物体に適しているのみである。特に、赤外線による処理 があるが、この処理の温度及び時間は感熱材料にはあまりにも高すぎる。ドイツ 国特許ＤＥ−３４０６７８９Ｃ１（ベルクマン（Ｂｅ　ｒｋｍａｎｎ）　）によ ると、赤外線によって粉末ペイントで塗装された物体を塗膜形成及び硬化する方 法が開示されており、この方法では処理中物体を冷却する中間の中立領域が２つ の加熱領域の間に設置されているが、これらの２つの領域の処理温度及び時間は 感熱材料が使用できないような領域である。

特に、上記特許の詳細な記載によると、物体の温度はわずかに低くなっているの みであり、このため、物体中に様々に存在している厚さ間の温度差を補うことが できる。しかしながら、全体として、この件においても、物体の温度は高いまま である。さらに、物体全部を空気の循環によって加熱することは、感熱材料の存 在下ではできないことがある。

ダブル　ブルーゲル（Ｗ、　Ｂｒｕｅｇｅｌ）、フィシツク　ラントテクニック 　デル　ウルトラロットストラールング（Ｐｈｙｓｉｋ　ｕｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉ ｋ　ｄｅｒ　Ｕｌｊｒａｒｏｊｇｊｒａｈｌｕｎｇ）、チャプターＦ１ラクへル トウング（ＬａｃｋｈａｅｒｒｕＢ）　（ページ　３８３〜３９５）、タルト　 ヴインセンツ　フェルラグ（Ｃｕｒｔ　Ｖ：ａｃｅｌｘ　Ｖｅｒｌａｇ）、ハノ ーフｙ　（Ｈａｎｎｏｖｅｒ）　１９６１年においては、まず初めに（木材の） ベースを加熱することなく、木材上のペイントを「衝撃硬化（ｓｈｏｃｋ　ｈａ ｒｄｅｎｉｎｇ）　Ｊさせ、短時間、強力な照射を施すことが報告されている（ ページ３９４）。しかしながら、このような処理をどのようにして行うかについ ては説明がなされていない。粉末ペイントで起こることとは逆であるが、ペイン トを基礎にした溶剤を用いると、拡散の問題が生じ、好ましくない。

［ブルヴｙ　−（ＰｕｌｙｅｒＪ＋ラック（Ｌａｃｋ）Ｊ　、Ｎｏ、２．１９７ ９年、１１０ページ以降、特に１１２ページにおいては、「拡散相（ｓｐｒｅａ ｄｉｎｇ　ｐｈａｓｅ）　Ｊ　、および真の及び適切な［硬化相（ｃｕｒｉｎｇ 　ｐｈａｓｅ）Ｊにおける粉末ペイントの効果の再分が報告されている。しかし ながら、第一に、低温を維持し、さらに硬化温間を即座に上昇させているが、実 際問題として、これによっては良好な拡散は得られず、また、材料を高温にかな り長時間さらしている。

本発明は、第一に、上記の有力な問題を解決し、最終的には、今日までは絶対に できないと思われていた、感熱材料を粉末ペイントで塗装できるようにし、粉末 ペイントの処理温度によって制限されてきた防止間を克服するものである。

本発明による方法は、例えば媒質または赤外域における短波等の照射による高温 での短い操作時間および冷却時間又は次の操作時間の間にある処理の中断の受動 域とを交互に短い間隔をあけて支持体（つまり物体）及び支持体に塗装するペイ ントを処理することから実質的に構成され、損傷および／または塗装された材料 の特性を悪化させることなく、ペイントの完全な層が得られるように、手順の様 々なパラメーターが種々多様にあり、反応している材料の機能として最適になる ように調節できるものである。

このようにして、ペイント層の溶解、塗膜形成およびもしあれば硬化に必要な熱 は、冷却期間にできるだけ熱を浪費させるため、支持体の感熱材料を損傷させる ように作用する暇がない。しかしながら、加熱速度が高いことが重要であり、こ のことは高い照射力によって得られる。

好ましくは、ペイント層は熱による損傷が起こらない温度にまで迅速に加熱され 、さらに、ペイントの硬化に適当な温度にまで冷却し、この温度を硬化が終了す るまで維持する。

最初の加熱サイクルは、ペイントの拡散が終了した直後に中断することが好まし い。

冷却は、１００℃未満の温度で毎回行われることが好ましい。

少なくとも４０ｋｗ／ｍ　のＩＲ照射力を用いる。加熱時間、可能な最大温度、 冷却等の方法のパラメーターは、各々、支持体や粉末ペイントに適していなけれ ばならず、さらに、予備試験によって決定されなければならない。

相互にくる短い処理および冷却期間の物理作用は、加熱作用に関して緩衝域とし て機能することもある、添加剤を粉末ペイントの組成物中に組み込むことと結合 することによって補うことができる。

ペイント層の支持体への完全な接着を保証し、維持するために、支持体を熱から 保護するのに適しており、同時に支持体およびペイントの両方に適合している材 料の中間の保護層の塗布をも予見できる。

さらに、適切な添加剤を使用することによって、例えば、合成の熱可塑性または 熱硬化性材料の場合では、瞬間耐熱性を増す支持体に対する複合材料の製造をも 考えられる。

このような添加物質は、有機でも無機でもよ（、また、具体的には、酸化鉄、酸 化珪素、チタン繊維等の既知の断熱化合物が挙げられる。

本発明による方法を実施するために、処理される物体の照射及び冷却時間を交互 にするという目的を満たすような、様々な種類や形態の装置が構築できる。加熱 が迅速であり、加熱が高い照射力によって得られることが、特に重要である。

このように、例えば、装置は、間隔を置いた一連の狭いスリットの下を通り、赤 外線が物体の上にあたり、素早く連続して能動的な処理および受動的な冷却域を 通るような、コンベヤーベルト等の可動性のキャリアーの上に物体を置くことに よって得られた処理および照射域を交互に提供することができるものがある。こ のようにして、物体の連続した処理サイクルが得られる。照射力が十分高いこと のみが重要である；さらに、加熱時間はランプの作用範囲の長さやコンベヤーの 速度によってのみ決定される。冷却は、ランプのない領域で行われ、必要であれ ば、例えば冷却空気によって補助することができる。

しかしながら、赤外線の源が源を交互に被覆したり被覆していない可動性のスク リーンの後ろに配置されてるチャンバーを備えているような他の形態の装置でも よく、このような場合には、物体は源が被覆されいない時に処理され、源が例え ばブラインドまたはルーバーのようにスラットを回転及び振動する形態であるス クリーンによって被覆されている際に冷却される。

他のシステムとしては、例えば位相の遅れを指令することによって、短い間隔を おいて照射の源のスイッチを入れたり切ったりするものがある。但し、この際、 電力は例えばサイリスタによって制御されている。

方法の目的、特徴および利点は、以下に詳細に記載する幾つかの実施態様によっ てさらに明らかに、明瞭になる。

ここでは、方法を行うに当たって考慮にいれなければならない幾つかのパラメー ターの実際値が記載されている。

本方法の実施例を、上記の処理に最も適した粉末ペイントを選択した後、合成材 料、木材及びなめし革等の様々な支持体に行った。

赤外線に関する限りは、より迅速な加熱および処理された材料の次の冷却、さら には様々なタイプの支持体及び粉末ペイントによる要求に従った温度及び時間の サイクルを容易に実施できる、熱の源の最大速度による調節が可能である、約０ ．７６から２．９μｍの間の短波長の赤外線で最も良好な結果が得られることが 知られている。

本実施例において、様々な赤外線放熱器からなる装置を使用した。それぞれの装 置は、各々、コントロール及び正弦波の入力電圧の位相の遅れの調節の電子回路 によって、また、ペイントの表面温度に関して輻射高温計及びその厚さの機能と して温度変化を測定するために支持体内に様々な深さに配置された熱電対を用い て、生じた温度を測定することによって、調節可能である。

対照として用いられた薄紅板のスラブに関する予備試験によって、ペイント塗料 、および当然支持体の熱による損傷がない最大温度に非常に素早（加熱した際に 粉末ペイントの最適な拡散が得られ、さらに、即座に冷却し、次にペイント塗料 を固化または硬化することを決定する。

拡散が顕著に改善されることにはならず、かえって塗装された表面に損傷が始ま るという点で、最大温度を維持することは好ましくない。

しかしながら、ペイントの拡散に本質的なことを以下に示す；粒度組成、溶融段 階における速度および上記したように赤外線が０．７６から２．０μｍの範囲、 特に１．２μｍ付近である際に最適である加熱速度。

このように、１回の加熱サイクルで感熱材料の支持体上に粉末ペイントの塗膜を 作製しようとする際には、支持体への損傷およびペイント塗膜層における欠陥が どうしてもおきてしまうが、表面のペイント塗膜および支持体間の温度差があま りにも小さいと、上記の支持体を粉末ベイット処理に必要な温度の効果から保護 できないという実験証拠がある。

これとは反対に、本発明の方法によって得られる可能性および優れた結果をも確 認できる。事実、材料を間隔をあけて冷却しながら２回以上のより短い加熱サイ クルにかけると、ペイント塗膜と支持体の表面の間にかなりの温度差があり、こ れによってより良好な熱による処理が得られる。

あるタイプの木材に関しては、特に若い木材および軟質バルブの場合では、木材 の細孔から水または樹脂が放出し、これによって幾つかの問題が生じるが、本方 法は特に材料を様々な短期間の処理サイクルにかけることによって適している。

また、ＳＭＣ（シート−モルディング　コンパウンド（Ｓｈｅｅｔ−！ｄｏｕｌ ｄｉｎｇ　Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）　）に関する実験に集中し、不飽和のポリエステ ル樹脂およびガラス繊維の層を成形することによって実験を行い、さらに、特に 車体の構成部品を製造するために使用し、エポシキーポリエステル樹脂を基礎と した熱硬化性ペイントを用いた。

実験を、シートの下側、つまり粉末ペイントが塗布される側と反対の側から穴の 開いている、様々な深さの細孔のある４ｍｍのＳＭＣシートを用いて行う。これ らの細孔中にＮｉ−ＣｒＮｉの熱電対を添付する。このように接着することによ って、材料の測定ポイントを正確に測定することができ、さらに、シート材料お よび温度測定のポイントとの間には良好な熱伝達がある。

添付した図は実験の最も重要な特徴を示しており、詳細には： 図１は、ＳＭＣシートに関するＩＲ放熱器またはＳＰ輻射高温計の位置を概略的 に示している；図２は、ＳＭＣシート上の５つの電熱対、ＴＥＩ、ＴＥ２、ＴＥ ３、ＴＥ４及びＴＥ５の位置を概略的に示している； 図３は、本発明の方法による赤外線を用いた粉末ペイント処理中のＳＭＣにおけ る温度分布を示すグラフである。

したがって、このようにしてＳＭＣシート上で行われた調製によって、ＳＰ輻射 高温計による上部表面温度、ＳＭＣシート内では電熱対ＴＥＩによる０、１ｍｍ の深さく上部表面の下）、ＴＥ２による１ｍｍ、ＴＥ３による２　ｍ　ｍ。

ＴＥ４による３ｍｍ及びＴＥ５によるシートの下方表面（４ｍｍ）の温度を記録 できる。

ＳＰ輻射高温計及び電熱対ＴＥは校正され、直接記録できる。測定誤差は±１． ５℃である。

すべての実験は塗布されたばかりのペイント塗膜を用いて行われるので、吸収関 係は同等であり、吸熱または発熱のサイクルの影響は一定である。

以下のようにして処理サイクルを繰り返し行う：２４０℃（ペイント塗膜層の温 度）まで３分以内に加熱し、２４０℃の温度を１分間維持し、６５℃で１０分間 冷却し、２４０℃まで加熱し、２４０℃の温度を１分間維持し、冷却する。

照射力は５０ｋＷ／ｍ２であり、放熱器とシートとの間の距離は１２０ｍｍであ る。

図３のグラフに明らかに示されるように、２４０℃の温度に達すると、電熱対の 温度は以下のような値を記録する：ＴＥ１＝２００℃、ＴＥ２＝１９２℃；ＴＥ ３＝１８５℃；ＴＥ４＝１８０℃、ＴＥ５＝１７６℃。

したがって、シートの内側の温度は常にペイント層の温度より低く、温度差の最 大値（４０℃）はペイント塗膜及びシートとの間の境界層で正しく起こっている が、シートの上方および下方の端部間の差は約２０℃であり、さらに、第二の加 熱サイクルでは、冷却が室温に達しなくとも、温度は第一のサイクル間に記録し た温度以上にならないことが示される。このようにして、支持体の材料の耐熱性 を知ることによって、必要なまたは可能な処理温度の最大値および加熱サイクル の回数を選択することができることが証明される。最大温度を維持する時間は工 程の成否を決定する因子であり、通常、１分を超えてはならない。実際、２分の 照射では、感熱材料は完全に試験を通らず、ペイント塗膜の脱離、ガスの放出や 他の好ましくないことが起こることが確認されている。さらに、バブル形成、無 光沢および他の好ましくないことを防止するために、支持体に適するタイプの粉 末ペイントを明らかに選択しなければならない。

処理をそれぞれ短い期間の２回以上のサイクルに細分することによって、ペイン ト塗膜（Ｓ　Ｐ）及び支持体の境界層（ＴＥＩ）との間の温度差を顕著に増加さ せ、これによって他の材料をこの工程に使用できる可能性をも顕著に増加させて いる。

このようにして、実験をさらに行うことによって処理サイクルが最適な結果を得 るのに限りなく好ましいことが分かった。

粉末ペイント層は、まず、可能な限り迅速にかつ高温で高い照射力によって加熱 され、この温度を非常に短期間維持し、熱による負荷を減少させる。この最初の いわゆる「物理的」段階においてはペイント層は硬化してはならず、単に溶融し ており、このように短期間で非常に低い動的速度に達することによって硬化温度 までの簡便なゆったりした加熱工程に関してペイント塗料のより良好な拡散が得 られる。次のいわゆる「化学的ｊ段階においてのみ、多少低い温度で行われ、粉 末ペイント塗料の完全な硬化がおき、この温度は少なくともペイントの硬化温度 と一致している。

本試験は、固化された塗膜の厚さが６０±１０μｍのペイント層を用いて、ＴＡ の温度に可能な限り迅速に加熱しながら、脱脂された落鉱板上で、非常に迅速に 固化しながら粉末ペイントを用いて行われる。

これらのパラメーターは以下の表の通りである。

試料に関して行われた測定は以下の通りであるニー　層の厚さく磁気誘導方法（ ｍｘｇｎｅｔｏｉｎｄｕｃｔｉｙｅ　ｍｅｔｈｏｄ）−スタンダード　ＤＩＮ　 ５０９８１）−ボール落下試験（エリクセン（Ｅｒｉｃｋｓｅｎ）　３０４タイ プ−５０ｃｍの高さから落として損傷なし）−アセトン耐性（固化したペイント 層が不溶）−明度（６０−スタンダード　ＤＩＮ　６７５３０、ＡＳＴＭ　Ｄ　 ５２３に従ったレフレフトメーター（ｒｅｆｌｅｅｔｏｍｅｔｅｒ）値） 一任意目盛による拡散（ポイント１＝鏡面から４＝不足）−有彩の偏りＥ　（ス タンダード　ＤＩＮ　６１７４にＮ よる） および結果を以下の表に記す。

表の結果より、工程を予備の「物理的」段階および次の「化学的」段階に細分す ることによって、従来の方法に比べてペイント塗料の顕著により良好な拡散が得 られることが明らかである。

「物理的」段階が短期間であることによって、ペイント層の熱による負荷及び従 って有彩変化の危険性が顕著に減少する。

方法のパラメーター、特に加熱速度、最大温度の値ＴＡ、Ｔ　での持続時間、Ｔ ８での速度及び温度の値Ｔ８を最Ｘ 適化することによって、ペイントの拡散がさらに改善され、有彩変化が再度さら に減少できる。また、「化学的」状態を複数の間隔をあけた一定の時間に細分す ることによってより良好な結果が得られ、温度Ｔ８にあまりにも長くさら図２ シ具摩Ｔ 要約 支持体を損傷せずに塗膜形成および次のペイントの硬化ができるようにペイント 塗料と支持体との間の温度差があり、冷却サイクルを間におき、例えば赤外線跡 の輻射によってペイント塗料の加熱サイクルの繰り返しを基礎とした、粉末ペイ ントのよる感熱材料の塗装方法を記載する。

補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　５年１月１４日１

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．適当な温度で照射によって支持体に塗布されたペイント塗料を加熱すること によって塗膜形成およびペイントの硬化を行い、必要であれば短い予め決められ た時間上記温度を維持し、より低い温度まで冷却を行い、さらに必要であれば上 記のサイクルを１回以上繰り返すことから構成される、粉末ペイントによる感熱 材料及び非感熱材料の塗装方法。
2. ２．第一のサイクルに続くサイクルの加熱温度は第一のサイクルの温度、連続し た塗膜形成およびあるとすればペイントの硬化ができる値と同等またはそれ未満 であることを特徴とする、請求の範囲１に記載の方法。
3. ３．ペイント層を熱による損傷が起こらない温度にまで素早く加熱し、次に、ペ イントの硬化に適した温度にまで冷却し、さらに、上記温度を硬化が終了するま で維持することを特徴とする、請求の範囲１または２に記載の方法。
4. ４．第一のサイクルにおいて加熱をペイントの拡散が完了した直後に中断するこ とを特徴とする、請求の範囲１、２および３のいずれかまたはそれ以上に記載の 方法。
5. ５．それぞれ１００℃未満の温度まで冷却することを特徴とする、請求の範囲１ から４のいずれかまたはそれ以上に記載の方法。
6. ６．少なくとも４０ｋｗ／ｍ２のＩＲ照射力を使用することを特徴とする、請求 の範囲１から５のいずれかまたはそれ以上に記載の方法。
7. ７．赤外線は０．７６から２．０μｍまでの範囲、好ましくは１．２μｍ付近で あることを特徴とする、請求の範囲１に記載の方法。
8. ８．特に詳細に記載された実施態様に関しており、さらに上記目的のための、実 質的には上記の通りである、粉末ペイントのよる感熱材料の塗装方法。