WO2007096117A1 - Method and device for the automated performance of high-throughput investigations - Google Patents

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WO2007096117A1
WO2007096117A1 PCT/EP2007/001418 EP2007001418W WO2007096117A1 WO 2007096117 A1 WO2007096117 A1 WO 2007096117A1 EP 2007001418 W EP2007001418 W EP 2007001418W WO 2007096117 A1 WO2007096117 A1 WO 2007096117A1
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coatings
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Wolfgang Schrof
Eva Wagner
Thomas Meier
T. Brinz
Sebastian Koltzenburg
T. Burk
T. Geiger
Tiefenbacher
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Basf Se
Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for the automated performance of high-throughput investigations of a plurality of materials for heatnbe harshungen.
  • liquid formulations such as dispersions, emulsions or solutions
  • screening tests in order to test and optimize them with regard to various properties.
  • High-throughput screening is a technology in which the highest possible number of materials to be investigated are manufactured and tested for application properties in as short a time as possible, through the use of automation, miniaturization and possibly parallelization can be.
  • HTS HTS in the research and development of coatings, such as, for example, paints, varnishes and / or precursors thereof, makes it possible to react very quickly to changing needs or structure-effect relationships in formulations with in some cases complicated compositions. recognizing tongues. New needs or requirements are constantly arising, for example due to new specifications by the legislation, price requirements and new technical requirements of the customers. Such requirements can be, for example: reduction of volatile organic solvent constituents, improved scratch resistance or resistance to chemicals or new fashionable or technical properties.
  • Typical classes of paint formulations are e.g. One-component (IK) systems, such as e.g. Melamine resin based, two component (2K) systems, e.g. Isocyanate / hydroxy-based, radiation-curable formulations, etc. These can be used as clearcoat systems or as pigmented systems.
  • IK One-component
  • 2K two component
  • additives e.g. Flow control agents, UV absorbers, photoinitiators, fillers, catalysts, stabilizers, matting agents an important role.
  • a coating is to be understood as meaning a film or a layer applied in the form of a film.
  • the present invention proposes now a method for the automated performance of high-throughput investigations of a plurality of materials in terms of formulation, surface coating, curing and performance characterization with the features of claim 1 before.
  • the present invention provides a corresponding device for the automated implementation of such high-throughput investigations with the features of patent claim 23 ready. Further advantageous embodiments are listed in the corresponding subclaims.
  • a method of automated high throughput inspection of a plurality of surface coating materials wherein in a step (a) the materials of the plurality of materials are provided within a predetermined time interval, in a step (b) at least coating a surface of at least one substrate with the respective materials so provided to form a respective coating, drying or optionally curing in a step (c), and (d) determining at least one property of each of the respective coatings produced respective coatings each have an axis extending parallel to the surface of the substrate surface, contiguous stretch of at least 25 cm 2. At least one of the steps (a), (b), (c) or (d) is carried out automatically. However, two, three or all four of steps (a), (b), (c) and (d) may be automated.
  • the areal and contiguous extent of the coatings produced in each case is chosen so that the coating produced has a sufficiently large area, the properties of a large-area coating, as is usually the case in the application, such as in coatings of a motor vehicle with a designated paint film, reflects.
  • the choice of the areal extent is based, on the one hand, on characterization methods to be carried out for determining the at least one property, which require different areas in order to be able to make an adequate statement, and, on the other hand, on carrying out the high-throughput investigations still easily manageable size of the at least one substrate, on whose at least one surface the respective coating is applied.
  • marginal effects should as far as possible be excluded in the area intended to determine the property.
  • the coating produced should have so-called "minimum film quality".
  • the areal extent is in a range from 25 cm 2 to 2000 cm 2 , preferably 25 cm 2 to 200 cm 2 .
  • the areal extent is advantageously 36 cm 2 and more preferably 6 cm ⁇ 6 cm.
  • the areal extent may preferably also be 123.25 cm 2 and in particular 8.5 cm ⁇ 14.5 cm.
  • a DIN method that can be carried out on the respective coatings may, for example, be one of the following methods: DIN-EN ISO 1520 and / or DIN 67530 and / or DIN 53151.
  • DIN-EN ISO 1520 and / or DIN 67530 and / or DIN 53151 are large and accordingly also allow comparatively large-area coatings.
  • the areal extent of a respective coating can be selected in the said range in such a way that a sufficient size is provided for carrying out a specific characterization method and / or several, preferably non-destructive characterization methods can be carried out on one and the same coating. If several characterization methods are applied to one and the same areal extent of a coating to be examined, then a direct comparison of the various examined properties of the coating is made possible, whereupon optimizations can be carried out very quickly, without having to take effects into account, which are due to the fact that Certain characterization methods have been carried out on different coatings.
  • the at least one surface of the at least one substrate is coated with less than six coatings of respectively different materials. It is possible to apply the up to five coatings mosaic on the at least one surface of the at least one substrate. However, the up to five coatings can also be realized one above the other.
  • the majority of the materials in which it is preferably are different materials, greater than or equal to 25, preferably greater than or equal to 50, and particularly preferably greater than or equal to 100 selected. Furthermore, it is conceivable to produce the majority of the materials within a time interval of 24 hours from up to 100 starting materials.
  • the coated substrate (s) can be taken out of the leveling process or the corresponding device together for a predeterminable time prior to a characterization of the respective coatings and then returned to the process. In the meantime, other processes can run.
  • the materials of the plurality of materials may be liquid formulations, such as dispersions, emulsions or solutions or combinations thereof.
  • the materials may be liquid formulations, such as dispersions, emulsions or solutions or combinations thereof.
  • pigment-containing dispersions which are often used in the form of colored pigments or inorganic fillers in paints to form a coating
  • all other types of liquid formulations used for coating may also be provided.
  • the liquid formulations can be prepared by homogenizing mixing or dispersing from various solid or liquid feedstocks or components.
  • liquid formulations such as, for example, pigment-containing dispersions
  • speed mixer it is possible, for example, to use a so-called speed mixer.
  • homogenization balls for example. From metal, ceramic or glass can be used. These balls can be filled manually or offline or automatically and automati- Mogenrawen material to be separated.
  • the produced liquid formulations can also be filled in a respective container and provided in this respective container.
  • the liquid formulations and also the pigment-containing dispersions can be formulated automatically. Automated production can be carried out by automated weighing or volumetric metering of at least two components of the formulation into at least one vessel and subsequent automated homogenization of the resulting mixture by automated mixing to form a coating formulation, for example a pigment-containing formulation.
  • step (a) of providing the materials for each of the materials to be provided may comprise a series of automated steps, namely, a step of automated production of a mixture by automated dosing, e.g., gravimetric or volumetric dosing, of appropriate components into a suitable vessel optionally, a step of automatically closing the vessel, a step of automatically homogenizing the prepared mixture by automated mixing, and optionally a step of automatically opening the vessel, for example, to remove a defined amount of the material provided to coat the at least one
  • a defined amount of the liquid formulation such as, for example, a pigment ha
  • a coating to the at least one surface of the at least one substrate.
  • a syringe For removal can be used, for example, a syringe.
  • a disposable syringe In order to prevent the grinding medium from clogging the syringe inlet during aspiration of the liquid formulation, a disposable syringe may be used which is only immersed in the milling insert at a distance of 2 to 4 mm or the grinding media can be retained by means of filters of suitable mesh size. The immersion depth can be ensured by a distance measurement by ultrasound.
  • a suitable syringe may also simultaneously serve as a vessel in which the corresponding liquid formulation is prepared as described. As a result, vessels and possibly cleaning steps can be avoided.
  • An automated dosing can be carried out, for example, while stirring or until a predetermined pH or a specific viscosity is set.
  • the plurality of materials may be so-called liquid formulations made from a plurality of components.
  • the components may, for example, be a liquid, a solid or liquid substance that is insoluble or soluble in the liquid formulation, and, for example, a surfactant.
  • the insoluble substance in the liquid formulation means that the substance does not dissolve at all or at most up to 10% by weight in the liquid formulation.
  • Such a multicomponent system is generally present as dispersion, emulsion, liquid multicomponent system or solution.
  • the starting materials or components may also be already mixed, preferably rolled, and tempered feedstock templates.
  • the liquid may be a solvent or a solvent mixture, consisting in particular of water and / or an organic solvent which is typical for paint formulations and which may be polar or non-polar, such as, for example, As alcohols such as butanol, ethanol, methanol, polyhydric alcohols such as glycerol or polyols, organic solvents such. As xylenes, toluene, butyl acetate, ethyl acetate, DBE, ethyl acetate, methoxypropyl acetate, tetrahydrofuran, rapeseed oil, paraffins and / or hydrocarbon mixtures.
  • As alcohols such as butanol, ethanol, methanol, polyhydric alcohols such as glycerol or polyols, organic solvents such.
  • the substance which is soluble or insoluble in the liquid formulation is, for example, dyes and / or pigments or various additives, initiators, other fillers; in the liquid formulation, soluble or insoluble organic solvents, for example as defined above; synthetic or natural waxes, e.g. B. beeswax, wool wax; synthetic, vegetable or animal oils, e.g. Paraffin oil, rapeseed oil, soybean oil, pine needle oil, rosemary oil, peanut oil, jojoba oil, coconut oil, almond oil, olive oil, palm oil, castor oil, wheat germ oil, isopropyl myristate, or essential oils, e.g. B.
  • synthetic or natural waxes e.g. B. beeswax, wool wax
  • synthetic, vegetable or animal oils e.g. Paraffin oil, rapeseed oil, soybean oil, pine needle oil, rosemary oil, peanut oil, jojoba oil, coconut oil, almond oil, olive oil, palm oil, castor oil, wheat germ oil, iso
  • the surface-active substances are, for example, solubilizers, surfactants, cosurfactants, hydrotropes, protective colloids, such as polyvinylpyrrolidone, generally neutral, cationic, anionic and metallic dispersants, such as polyacrylates, polyacrylic acid and their salts, maleic acid / acrylic acid copolymers, naphthalene-formaldehyde condensates, naphthalenesulfonic acid condensates, phenolsulfonic acid condensates, neutral and cationized starch, polyvinyl alcohol, polyethyleneimine and polyvinylamine and modified products thereof, emulsifiers and / or thickeners, in particular anionic ones , nonionic, cationic or amphoteric surfactants, e.g.
  • Alkyl polyglycosides fatty alcohol sulfates, fatty alcohol ethers, alkanesulfonates, fatty alcohol ethoxylates, fatty alcohol alcohols, fatty alcohol ethers, fatty alcohols, alkylbetaines, sorbitan esters, alkoxylated sorbitan esters, sugar fatty acid esters, fatty acid polyglycerol esters, fatty acid partial glycerides, fatty acid carboxylates, fatty alcohol sulfosuccinates, fatty acid arcosinates, fatty acid isethionates, fatty acid taurinates, citric acid esters, silicone Polymers, silicone copolymers and / or fatty acid polyglycol esters.
  • the exact composition of the liquid formulation depends on the field of application. Suitable applications are mentioned below.
  • the materials are applied to the at least one surface of the at least one substrate, for example by knife coating and / or spraying and / or dipping and / or brushing and / or spin coating and / or ESTA coating. Process or applied by other suitable methods known in the art or applied. Coating can be automated.
  • step (c), namely the drying step is carried out only at room temperature or at temperatures ⁇ 80 ° C. This can be realized, for example, as a kind of venting step.
  • a thermal curing can be carried out in a suitable oven at a temperature in the range of 50 0 C to 350 0 C.
  • a curing at a temperature of 250 0 C to 300 0 C may be particularly suitable, for example, for so-called coil coating applications.
  • an optional so-called quenching process may be carried out by immersing the coating in, for example, a water bath and associated cooling.
  • a coating produced in each case may be subject to several curing steps.
  • the several identical or different curing steps to be carried out may also be different curing steps. This means that, for example, a first curing step can be carried out with UV light, which is then followed by another, for example, a thermal curing step.
  • the duration of the curing steps or operations performed can be suitably set or selected.
  • the curing that is to say the type, the duration of time and possibly the sequence of different curing steps
  • the at least one property to be determined of the coatings produced can be controlled be influenced, from which later conclusions can be drawn on a to be carried out in the application coating with a particular material.
  • Curing can also be automated.
  • the type of curing, if necessary, the sequence of different curing and / or different curing steps and the respective duration of a curing step and, if necessary, the radiation dose to be applied during irradiation processes can be preset.
  • the at least one surface of the at least one substrate is coated with a plurality of coatings of the materials of the plurality of materials to produce at least one multi-layer coating.
  • the plurality of coatings are successively applied to each other, wherein between the application of two successive coatings, the first applied coating is optionally subjected to a curing process.
  • the curing process can, as described above, be designed differently.
  • successive coatings are applied directly without successive intermediate curing and only the complete multi-layer coating is suitably cured. All other possible variations when applying the coatings and optional hardening Processing steps between the application of the individual coatings are conceivable and known to the person skilled in the art.
  • the respective coatings are produced with a respective layer thickness which is in the range from 2 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • a respective layer thickness which is in the range from 2 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the at least one property which is to be determined for each coating produced may be mechanical, physical, electrical or other measurable
  • stability for example against temperature load, UV or optical radiation exposure, weathering, rockfall or earthquake, viscosity, homogeneity, scratch resistance, flexibility, hardness, chemical resistance, weathering resistance, elasticity, creep behavior, ductility, gloss, crack resistance, Determining layer thickness, adhesion or colorimetry of the coating to be examined. Even visually perceptible defects such as bubbles can be determined here. Different, even conventional characterization methods can be used to determine the respective property. Due to the areal and contiguous extent of the coating to be examined, it is also possible to carry out further visual and manual characterizations.
  • a coating can also be subjected to a weathering test, wherein here too a planar expansion of the coating to be examined is advantageous.
  • a conventional mechanical characterization methods for example, an Erichsentiefung and a study with the Fischerscope (micro penetration measurement, among other things, to determine hardness and elasticity) can be mentioned here.
  • the step (d) of determining the at least one property can also be carried out automatically.
  • automated viscosity measurements for example at one or more shear rates, transmission and remission measurements, particle size measurements and spectroscopic methods such as Raman, NIR and / or IR spectrometry and / or image analysis can be carried out for a homogeneity test.
  • One or more examinations can be carried out one after the other on one and the same coating.
  • measuring systems used can be automatically cleaned, at least when needed.
  • a viscosity measurement can be done with any viscometer be performed, for example.
  • a rotational viscometer The homogeneity can be determined via an image analysis with different lighting situations, for example different brightnesses and illumination angles.
  • the at least one substrate having at least one coating to be examined for determining the at least one property in step (d) is brought to a corresponding measuring location by means of an axis-mounted, preferably multi-axis manipulation system, for example a robot.
  • the measuring station or apparatus provided for determining the at least one property has a modular structure, which allows the exchange of different characterization methods as a function of the property to be determined.
  • the substrate on which the respective coatings are to be applied can be made of a material selected from a group comprising at least wood, metal, glass, ceramics, paper, fiberboard and plastic. However, any other suitable material on which a material of the plurality of materials may be applied to form a coating may also be employed.
  • the at least one surface of the at least one substrate in a size of 14.5 cm ⁇ 8.5 cm and a thickness of up to 1 cm. This is a suitable surface size in order to be able to provide a sufficiently large areal and contiguous extent of a respective coating on the one hand and on the other hand to enable a substrate that is easy to handle for a fast, efficient and optimized implementation of the method.
  • the present invention relates to an apparatus for automated performance of high-throughput trials of a plurality of materials for surface coating.
  • the device according to the invention has at least the following stations:
  • the stations are, at least in part, modular.
  • Such a modular structure means that the stations or parts of the stations can be exchanged, supplemented or modifiable.
  • This modular construction makes the device according to the invention very flexible and adaptable to different boundary conditions. Any repairs or pending modifications can be carried out quickly and efficiently.
  • the formulation station can comprise a dosing station, a closing station and a homogenization station, at which individual steps of providing a material of the plurality of materials can be carried out.
  • syringe-like vessels serve as containers for starting materials, as dosing containers, as mixing containers, for coating and for formulated materials. These disposable containers reduce the cleaning effort drastically.
  • the individual stations of the formulation station can be operated automatically. Intermediate products obtained at the individual stations or mixtures produced in the meantime to produce a material to be provided can be passed from station to station in an appropriate sequence by means of an axis-mounted, preferably multiaxial manipulation system, for example a robot.
  • the individual stations are operated in parallel, d. H. that, for example, a mixture for a second material is already produced at the dosing station, while a mixture for a first material is homogenized in the homogenization station.
  • the dosing station may further comprise a pipetting station or a syringe dosing station.
  • a pipetting station or a syringe dosing station.
  • Dosing station Dosimaten peristaltic pumps and / or dosing for liquids with a temperature up to 300 0 C are suitable.
  • a metered quantity can be controlled by a balance. to be controlled. Further, it is possible to provide metering with stirring.
  • the homogenization station may be an ultrafasturrax, an ultrasonic disperser, a vibrator / shaker or a mixer. A combination of two or more of these devices is possible.
  • the homogenization station may comprise a tempering and / or cooling station, optionally with a mixing and / or shaking device.
  • the formulator station may also perform steps to provide a material in a single station.
  • the formulation station comprises a so-called speed mixer.
  • a speed mixer By means of such a speed mixer, it is, for example, possible to homogenize a pigment-containing dispersion or viscous mixtures quickly and precisely.
  • mixtures of grinding media and pulverulent starting materials are preferably produced for pulverulent feedstocks, such as pigments, and a downstream metering station for grinding bodies.
  • pulverulent feedstocks such as pigments
  • a downstream metering station for grinding bodies.
  • additives may be surface-active substances, including surfactants, polymers and pigment derivatives. These additives can act as defoamers, deaerators, wetting agents, dispersants and / or leveling additives and / or Reologiever- improvers.
  • a subsequent subsequent dosing preferably for non-pigmented coating raw materials then one or more coating raw materials are added.
  • a subsequent closing preferably screw
  • the vessel containing the mixture is closed and preferably fed by means of a robot to a dispersing unit, for example a speed mixer such as that offered by Haunschild.
  • a dispersing unit for example a speed mixer such as that offered by Haunschild.
  • a homogeneous liquid formulation is produced by multi-axis, centrifuge-like motion.
  • the liquid formulation and vessels containing the grinding media may preferably be removed from the dispersing aggregate by means of a robot and conveniently passed to the characterization station in a suitable vessel.
  • a defined amount of the liquid formulation such as a pigment-containing dispersion
  • a syringe may be used for removal.
  • a disposable syringe may be used which is only immersed in the milling insert at a distance of 2 to 4 mm or a filter insert is used. The immersion depth and tracking during the aspiration of the sample is, for example, guaranteed by a distance measurement or calculated by a control unit.
  • the homogenized liquid formulations may be suitably applied by means of a robot to the at least one surface of the at least one substrate to produce a given coating.
  • a pigment-containing dispersion it is conceivable that the pigment-containing dispersion before application to the at least one surface of the at least one substrate with a defined amount of white and black paste is mixed.
  • white and Black paste By mixing with white and Black paste can be changed, for example, the coloristics of the pigment-containing dispersion.
  • the measurement is carried out by means of a suitable colorimetry device, which is arranged in the characterization station and can measure the coating colorimetrically. In this case, light is irradiated with a suitable wavelength in the form of light flashes at a suitable angle in each case at a certain distance.
  • At least one container is provided which is suitable both for providing therein at least one material of the plurality of materials and from it for the at least one material provided from the plurality of materials on the at least one surface of the at least one substrate for producing a coating.
  • the container provided for this purpose can be, for example, a syringe which, on the one hand, serves to store a manufactured material and, moreover, is suitable for directly applying or applying the material for producing a corresponding coating on the surface of the substrate , It is conceivable to bring this container by means of at least one axis-mounted, preferably multi-axis manipulation system, for example a robot, from the formulation station to the coating station.
  • the characterization station comprises various suitable measuring devices, such as, for example, measuring devices for determining the transmission and / or remission, for image analysis, Raman spectrometers, gloss measuring devices, NIR spectrometers, IR spectrometers and / or particle size measuring devices. It is also conceivable that a colorimetric device is also provided.
  • the device according to the invention additionally has as further unit:
  • the evaluation unit provided according to the invention of the device according to the invention has at least one computing unit, such as a computer, for data acquisition and evaluation.
  • the evaluation unit can have suitable software on a computer-readable medium, with the help of which the data determined and passed on by the characterization station are available.
  • certain properties of the respective coatings documented, further processed, evaluated, compared against each other and possibly can be correlated with performance properties. It is conceivable to provide an optimization algorithm in order to be able to determine optimally suitable starting materials or components for producing a corresponding coating material and its layer thickness to be optimally produced with respect to properties investigated for a coating.
  • the evaluation unit can be designed to take over flowcharts and compositions of materials electronically from other computers, for example via external data management or as files.
  • various measurements of various properties such as colloidal stability, particle size of the particles in the dispersion and dispersibility, can be carried out by so-called colorimetric measurement, preferably by taking up a reflectance spectrum.
  • the evaluation of the recorded remission spectrum then takes place by means of a suitable colorimetric software, where, for example, at least one of the following colorimetric parameters is determined, inter alia:
  • ⁇ a *, ⁇ b *, ⁇ C *, DH ⁇ -hue angle
  • dL ⁇ -brightness
  • dC ⁇ -chroma
  • ddE ⁇ -glaze
  • FAE chroma / color equivalent
  • the invention provides for the use of the method according to the invention or the device according to the invention for the automated performance of high-throughput investigations of a plurality of materials for a surface coating.
  • Materials which can be subjected to a process according to the invention can, for example, be, as already mentioned, paint formulations consisting of paint precursors, in particular pigment dispersions, polymeric binders which, for example, find broad applications as paints in the automotive sector.
  • paint formulations consisting of paint precursors, in particular pigment dispersions, polymeric binders which, for example, find broad applications as paints in the automotive sector.
  • compositions determined in the method according to the invention can be stored in a database and processed by automated evaluation algorithms and, if appropriate, can be used automatically in order to design a formulation proposal optimized for a specific field of application.
  • the method according to the invention is logged by a suitable data management and possibly planned.
  • a material i. usually a liquid formulation, such as to optimize a pigmented dispersion with respect to several relevant parameters.
  • properties relevant for a coating such as mechanical, color, adhesion and chemical resistance properties, can be weighed against one another and from this an optimized formulation for a specific application can be derived.
  • the device according to the invention By providing an at least partially modular construction of the device according to the invention, it is also possible to use individual parts of the device in the form of modules exchange and / or supplement.
  • the modular design makes the device according to the invention very user-friendly and largely flexible in its application.
  • sensors that can indicate a defect occurred provide that can trigger an adjustable error treatment.
  • an adjustable error treatment it may be, for example, a stopping of the entire device or else a gradual termination at the time of currently performed process steps in order to initiate further process steps for troubleshooting or discarding the currently processed sample.
  • characterization methods can be used which are adapted very closely to corresponding industrial processes.
  • the provision of the materials from the plurality of materials within a predetermined time interval then includes an automated production of the respective materials.
  • an automated production comprises, for example, automated weighing of at least one pigment and at least one lacquer into at least one vessel and automated homogenization by means of automated shaking or another suitable process, such that a pigment-containing dispersion is formed.
  • an automated production of a liquid formulation consists in bringing together various components forming the liquid formulation in a vessel, wherein at least one of the components is automatically metered into the vessel.
  • the vessel may conveniently be a glass or vial with screw cap or snap closure, preferably at a volume of 1 to 100 ml.
  • the nature of the combination is subject to no restriction insofar as it can be carried out automatically.
  • the bringing together of the corresponding liquid formulation characterizing components can be done by presenting one or more components, in particular a component, automatic dosing of one or more components and / or automatic removal, in particular pipetting one or more components from one or more storage containers. It is conceivable that the vessel is initially empty and at least one component in a defined amount is automatically pipetted from a reservoir into the empty vessel or dosed.
  • the components corresponding to a corresponding liquid formulation are brought together in the vessel by means of at least one suitable robot. It is also possible that metering, pipetting and / or dilution steps are carried out in parallel for several samples at the same time.
  • the automated production of the mixture can be effected by an automated weighing of at least one pigment and of at least one further use component in at least one vessel. It is also possible for the preparation of paint formulations to weigh the at least one pigment formulation in different dosages with the at least one paint in a vessel. Again, a suitable robot can be used again. After weighing, a homogenization step may be automated to obtain a desired liquid formulation. The implementation of the homogenization is subject to no restriction, as far as an automated implementation is possible. Homogenization is preferably carried out by ultrathurrax, stirring, ultrasonic dispersion and / or shaking.
  • the vessel is auto- matically closed before shaking, whereas in the case of ultrasonic dispersion, stirring or ultrathurrax, the vessel is subsequently auto- matically sealed.
  • the closure preferably takes place by means of a suitable robot.
  • the homogenization time can be automatically changed and adjusted in a controllable manner. Several liquid formulations can be homogenized in parallel.
  • parts used such as, for example, vessels, doctor blades, measuring probes, are automatically cleaned or used as disposable parts without the need for cleaning.
  • a liquid formulation is automatically tempered and / or cooled, it being possible at the same time mixed, for example, shaken, can be.
  • the tempering or cooling time is automatically controlled and adjustable. It is also possible to temper and / or cool several liquid formulations in parallel.
  • automated homogenization can be achieved by an automatic be done by shaking, so that a liquid formulation is formed.
  • an automated closing of the at least one vessel takes place, in which the various components forming the liquid formulation were weighed.
  • the at least one vessel can be closed by means of a robot.
  • the closed vessel can be given by the robot for automated shaking into a dispersing device, preferably a dispersing unit, particularly preferably a Skandex dispersing unit or a speed mixer.
  • the dispersion time can be changed and adjusted automatically. Depending on the dispersion time, dispersions having different particle size distributions and thus also having different properties, in particular different coloristic properties, are obtained.
  • containers for feedstocks as a metering container, as a mixing container, as a reservoir for formulated materials and as containers from which an appropriate formulation is applied to the surface of a substrate to be coated to provide syringe-like vessels.
  • Several functions can also be taken over by a syringe-like vessel. As a result, the cleaning effort is drastically reduced.
  • the syringe-like vessels are often disposable containers.
  • the properties may be, for example, mechanical, physical, electrical or other measurable properties, for example the stability, for example against thermal stress, UV or optical radiation exposure, weathering, stone chipping or earthquakes, viscosity, homogeneity, scratch resistance, hardness, chemical resistance, Weathering resistance, elasticity, creep behavior, ductility, gloss, crack resistance, adhesion act.
  • a measurement of the viscosity can take place, for example, by automated viscosity measurements.
  • an automated spectroscopic method such as Raman, NIR and / or IR spectrometry and / or image analysis can be used.
  • the measurement systems used to determine the respective properties can be automatically cleaned if necessary.
  • a viscosity measurement can be carried out with any viscometer, for example a rotation viscometer.
  • the homogeneity can be determined by an image analysis with different brightness levels.
  • the substrate provided with a corresponding coating can be brought to a corresponding measuring location by means of an axis-mounted, preferably multiaxial manipulation system, for example a robot.
  • a suitable robot For applying a material of the plurality of materials to the at least one surface of the at least one substrate and the production of a coating, a suitable robot can be used, which by means of a removal unit, preferably a syringe, a desired amount of material, such as, for example, paint formulation , takes off.
  • a removal unit preferably a syringe
  • a desired amount of material such as, for example, paint formulation
  • a disposable syringe can be immersed only 2 to 4 mm, the immersion depth is preferably ensured by a distance measurement or calculated by a control unit.
  • An evaluation of the specific properties of the respective coatings is carried out by means of a suitable software, it being possible to stop the determination of a specific property of a coating to be examined as soon as the coating to be examined proves to be unsuitable.
  • the evaluation may also include a documentation of the examined coatings of the respective materials, the production process and the measurement results.
  • the method according to the invention and / or the device according to the invention are particularly suitable for use in the area of paint coatings, for example in the automotive industry.
  • the invention can also be used for coatings in other industrial sectors, in the deco sector, in the field of woodworking or processing, in the field of construction or architectural industries and other areas in which to provide coatings of the type mentioned in the invention are to be used.

Abstract

The present invention relates to a method for the automated performance of high-throughput investigations of a plurality of materials for surface coatings, in which (a) the materials are provided from the plurality of materials within a given time interval; (b) at least one surface of at least one substrate is coated with the respective materials provided, to produce a respective coating, (c) the respectively produced coatings are cured, and (d) at least one property of each of the respective coatings produced is determined, wherein the respective coatings produced each have a two-dimensional, contiguous extent parallel to the surface of the substrate of at least 25 cm2. Furthermore, the present invention relates to a corresponding device for the automated performance of high-throughput investigations of a plurality of materials for surface coatings.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur automatisierten Durchführung von Hochdurchsatz-Untersuchungen Method and device for the automated performance of high-throughput investigations
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Durchführung von Hochdurchsatz-Untersuchungen einer Mehrzahl von Materialien für O- berflächenbeschichtungen .The present invention relates to a method and a device for the automated performance of high-throughput investigations of a plurality of materials for Oberflächenbeschichtungen.
Bei der Entwicklung von Flüssigformulierungen, wie bspw. Dispersionen, Emulsionen oder Lösungen, werden diese Flüssigformulierungen sogenannten Screeningtests unterworfen, um sie im Hinblick auf verschiedene Eigenschaften zu testen und zu optimieren.In the development of liquid formulations, such as dispersions, emulsions or solutions, these liquid formulations are subjected to so-called screening tests in order to test and optimize them with regard to various properties.
Insbesondere bei der Entwicklung neuer Beschichtungen, wie bspw. Lackformulierungen und deren Bestandteile, kommt dabei die Technologie des sogenannten High-Throughput- Screenings (HTS) zur Anwendung. Bei dem High-Throughput- Screening oder Hochdurchsatz-Screening handelt es sich um eine Technologie, bei der in möglichst kurzer Zeit, durch Einsatz von Automation, Miniaturisierung und ggf. Paralle- lisierung eine möglichst hohe Zahl von zu untersuchenden Materialien hergestellt und auf Anwendungseigenschaften getestet werden kann.In particular, in the development of new coatings, such as paint formulations and their components, the technology of so-called high-throughput screening (HTS) is used. High-throughput screening or high-throughput screening is a technology in which the highest possible number of materials to be investigated are manufactured and tested for application properties in as short a time as possible, through the use of automation, miniaturization and possibly parallelization can be.
Ein Einsatz von HTS bei der Forschung und Entwicklung von Beschichtungen, wie bspw. Farben, Lacken und/oder Vorprodukten davon, erlaubt es, sehr schnell auf sich ändernde Bedürfnisse zu reagieren bzw. Struktur-Wirkung-Beziehungen in Formulierungen mit zum Teil komplizierten Zusammenset- zungen zu erkennen. Neue Bedürfnisse oder Anforderungen ergeben sich fortwährend, bspw. durch neue Vorgaben durch die Gesetzgebung, Preisanforderungen und neuen technischen Anforderungen der Kunden. Solche Anforderungen können bspw. sein: Verringerung flüchtiger organischer Lösemittelbe- standteile, verbesserte Kratzfestigkeit oder Chemiekalien- beständigkeit bzw. neue modische oder technische Eigenschaften.The use of HTS in the research and development of coatings, such as, for example, paints, varnishes and / or precursors thereof, makes it possible to react very quickly to changing needs or structure-effect relationships in formulations with in some cases complicated compositions. recognizing tongues. New needs or requirements are constantly arising, for example due to new specifications by the legislation, price requirements and new technical requirements of the customers. Such requirements can be, for example: reduction of volatile organic solvent constituents, improved scratch resistance or resistance to chemicals or new fashionable or technical properties.
Typische Klassen an Lackformulierungen sind z.B. Einkompo- nenten (IK) -Systeme, wie z.B. Melaminharzbasierte, Zweikomponenten (2K) -Systeme, wie z.B. Isocyanat/Hydroxy-basierte, strahlungshärtbare Formulierungen etc. Diese können als Klarlacksysteme oder aber als pigmentierte Systeme eingesetzt werden. Darüber hinaus spielen die Menge und Art von Additiven wie z.B. Verlaufhilfsmittel, UV-Absorber, Photoinitiatoren, Füllstoffe, Katalysatoren, Stabilisatoren, Mattierungsmittel eine wichtige Rolle.Typical classes of paint formulations are e.g. One-component (IK) systems, such as e.g. Melamine resin based, two component (2K) systems, e.g. Isocyanate / hydroxy-based, radiation-curable formulations, etc. These can be used as clearcoat systems or as pigmented systems. In addition, the amount and type of additives, e.g. Flow control agents, UV absorbers, photoinitiators, fillers, catalysts, stabilizers, matting agents an important role.
Dabei ist es wichtig, Eigenschaften von zur Beschichtung verwendeten Flüssigformulierungen oder von deren Ausgangs- Stoffen präzise, schnell, reproduzierbar und anwendungs- bzw. realitätsnah zu testen.It is important to test the properties of liquid formulations or their raw materials used for coating precisely, quickly, reproducibly and in terms of application or realism.
Bisher ist es bekannt, wie bspw. aus WO 01/032320 Al, WO 02/34381 Al, US 2003/0077399 Al und US 2003/0038941 Al entnehmbar, zur Beschichtung verwendbare Flüssigformulierungen auf eine Titerplatte aufzubringen, wobei eine derartige Titerplatte in der Regel eine Vielzahl von sogenannten Kavi- täten oder, allgemein, Regionen umfasst, in welche jeweils eine bestimmte Menge der zu untersuchenden Flüssigformulierung eingebracht werden kann. Die dabei in die Regionen eingebrachten Mengen der zu untersuchenden Flüssigformulierungen sind allerdings sehr klein und spiegeln daher nur zum Teil die Praxis-Eigenschaften von als Beschichtung bzw. als Film aufgebrachten Flüssigformulierungen wieder. Bei kleinen Flächen spielen Randeffekte eine große Rolle und es werden kaum praxisrelevante Filmeigenschaften erreicht. Ferner kann an derart eingebrachten Mengen bzw. Tropfen einer Flüssigformulierung nur ein Teil von Charakterisierungsmethoden angewandt werden, die zum Teil zerstörenden Charakter haben, und diese zum Teil auch nur unter einem Vorbehalt von aufgrund der Tropfenform zu berücksichtigenden Randeffekten. Somit wird auch am gehärteten Film eine unmittelbare realitäts- bzw. anwendungsnahe Charakterisierung nur schwer möglich. Zur Durchführung mehrerer Charakterisierungsmethoden auf der zu untersuchenden Flüssigformulierung müssen weitere Tropfen aufgebracht werden.It has hitherto been known, for example, from WO 01/032320 A1, WO 02/34381 A1, US 2003/0077399 A1 and US 2003/0038941 A1, to remove liquid formulations usable for coating onto a titer plate, such a titer plate generally being used a multiplicity of so-called cavities or, in general, regions, in each of which a certain amount of the liquid formulation to be investigated can be introduced. However, the quantities of the liquid formulations to be investigated which are introduced into the regions are very small and therefore only partially reflect the practical properties of as coating or as film applied liquid formulations again. In small areas, edge effects play an important role and hardly any relevant film properties are achieved. Furthermore, only a part of characterization methods can be applied to such introduced amounts or drops of a liquid formulation, which have a partially destructive character, and this partly even with a reservation of due to the drop shape to be considered edge effects. Thus, even on the cured film an immediate realistic or application-oriented characterization is difficult. To carry out several characterization methods on the liquid formulation to be examined further drops must be applied.
Ausgehend von dem hier genannten Stand der Technik wäre es nunmehr wünschenswert, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit deren Hilfe es ermöglicht wird, möglichst präzise, schnell und realitätsnah Eigenschaften von zu untersuchenden Materialien, insbesondere von Formulierungen in Bezug auf deren Verwendung als Beschichtung untersuchen zu können. Unter einer Beschichtung soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Film bzw. eine in Form eines Films aufgebrachte Schicht verstanden werden.On the basis of the prior art mentioned here, it would now be desirable to provide a method and a device with the aid of which it is possible to investigate as precisely as possible, fast and realistic properties of materials to be investigated, in particular of formulations, with respect to their use as a coating to be able to. In the context of the present invention, a coating is to be understood as meaning a film or a layer applied in the form of a film.
Die vorliegende Erfindung schlägt ausgehend davon nunmehr ein Verfahren zur automatisierten Durchführung von Hochdurchsatz-Untersuchungen einer Mehrzahl von Materialien hinsichtlich Formulierung, Oberflächenbeschichtung, Härtung und anwendungstechnischer Charakterisierung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 vor .The present invention proposes now a method for the automated performance of high-throughput investigations of a plurality of materials in terms of formulation, surface coating, curing and performance characterization with the features of claim 1 before.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zur automatisierten Durchführung von derartigen Hochdurchsatz-Untersuchungen mit den Merkmalen von Patent- anspruch 23 bereit. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den entsprechenden Unteransprüchen aufgeführt.Furthermore, the present invention provides a corresponding device for the automated implementation of such high-throughput investigations with the features of patent claim 23 ready. Further advantageous embodiments are listed in the corresponding subclaims.
Gemäß Patentanspruch 1 wird ein Verfahren zur automatisierten Durchführung von Hochdurchsatz-Untersuchungen einer Mehrzahl von Materialien für Oberflächenbeschichtungen bereitgestellt, bei dem in einem Schritt (a) die Materialien aus der Mehrzahl der Materialien innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls bereitgestellt werden, in einem Schritt (b) mindestens eine Oberfläche mindestens eines Substrats mit den jeweiligen so bereitgestellten Materialien unter Erzeugung einer jeweiligen Beschichtung beschichtet wird, in einem Schritt (c) getrocknet oder gegebenenfalls gehärtet wird, und (d) mindestens eine Eigenschaft von jeder der erzeugten jeweiligen Beschichtungen bestimmt wird, wobei die erzeugten jeweiligen Beschichtungen je eine parallel zur Oberfläche des Substrats verlaufende flächige, zusammenhängende Ausdehnung von mindestens 25 cm2 aufweisen. Dabei wird mindestens einer der Schritte (a) , (b) , (c) oder (d) automatisiert ausgeführt. Es können jedoch auch zwei, drei oder alle vier der Schritte (a) , (b) , (c) und (d) automatisiert ausgeführt werden.According to claim 1 there is provided a method of automated high throughput inspection of a plurality of surface coating materials, wherein in a step (a) the materials of the plurality of materials are provided within a predetermined time interval, in a step (b) at least coating a surface of at least one substrate with the respective materials so provided to form a respective coating, drying or optionally curing in a step (c), and (d) determining at least one property of each of the respective coatings produced respective coatings each have an axis extending parallel to the surface of the substrate surface, contiguous stretch of at least 25 cm 2. At least one of the steps (a), (b), (c) or (d) is carried out automatically. However, two, three or all four of steps (a), (b), (c) and (d) may be automated.
Die flächige und zusammenhängende Ausdehnung der jeweils erzeugten Beschichtungen wird dabei so gewählt, dass die erzeugte Beschichtung einen ausreichend großen Bereich aufweist, der Eigenschaften einer großflächigen Beschichtung, wie sie im Anwendungsfall meist vorkommt, wie bspw. bei Beschichtungen eines Kraftfahrzeugs mit einem dafür vorgesehenen Lackfilm, wiederspiegelt. Die Wahl der flächigen Ausdehnung orientiert sich zum Einen an zur Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft durchzuführenden Charakterisierungsmethoden, die unterschiedliche Bereiche benötigen, um eine adäquate Aussage machen zu können, und zum Anderen an einer bei Durchführung der Hochdurchsatz-Untersuchungen noch gut handhabbaren Größe des mindestens einen Substrats, auf dessen mindestens einer Oberfläche die jeweilige Be- schichtung aufgebracht wird. Bei Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft von jeder der erzeugten jeweiligen Be- schichtungen sollen in dem zur Bestimmung der Eigenschaft vorgesehenen Bereich Randeffekte weitestgehend ausgeschlossen werden können. In dem zur Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft vorgesehenen Bereich soll die erzeugte Be- schichtung sogenannte „Mindest-Filmqualität" aufweisen.The areal and contiguous extent of the coatings produced in each case is chosen so that the coating produced has a sufficiently large area, the properties of a large-area coating, as is usually the case in the application, such as in coatings of a motor vehicle with a designated paint film, reflects. The choice of the areal extent is based, on the one hand, on characterization methods to be carried out for determining the at least one property, which require different areas in order to be able to make an adequate statement, and, on the other hand, on carrying out the high-throughput investigations still easily manageable size of the at least one substrate, on whose at least one surface the respective coating is applied. When determining the at least one property of each of the respective coatings produced, marginal effects should as far as possible be excluded in the area intended to determine the property. In the area provided for determining the at least one property, the coating produced should have so-called "minimum film quality".
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt die flächige Ausdehnung in einem Bereich von 25 cm2 bis 2000 cm2, bevorzugt 25 cm2 bis 200 cm2. Die flächige Ausdehnung beträgt vorteilhafterweise 36 cm2 und dabei besonders bevorzugt 6 cm x 6 cm. Ferner kann die flächige Ausdehnung vorzugsweise auch 123,25 cm2 und dabei insbesondere 8,5 cm x 14,5 cm betragen.In one possible embodiment of the method according to the invention, the areal extent is in a range from 25 cm 2 to 2000 cm 2 , preferably 25 cm 2 to 200 cm 2 . The areal extent is advantageously 36 cm 2 and more preferably 6 cm × 6 cm. Furthermore, the areal extent may preferably also be 123.25 cm 2 and in particular 8.5 cm × 14.5 cm.
Eine flächige Ausdehnung der jeweiligen Beschichtungen in dem genannten Bereich macht es möglich, an den jeweiligen Beschichtungen bestimmte DIN-Charakterisierungsmethoden vorzunehmen. Bei einer auf den jeweiligen Beschichtungen durchführbaren DIN-Methode kann es sich bspw. um eine der folgenden Methoden handeln: DIN-EN ISO 1520 und/oder DIN 67530 und/oder DIN 53151. Im Vergleich zu bislang durchgeführten Untersuchungen von Flüssigformulierungen unter Verwendung von Titerplatten sind die Ausmaße der mindestens einen Oberfläche des Substrats, die mit einer zu untersuchenden Beschichtung belegt wird, groß und erlaubt demnach auch vergleichsweise großflächige Beschichtungen.An areal expansion of the respective coatings in the stated range makes it possible to carry out certain DIN characterization methods on the respective coatings. A DIN method that can be carried out on the respective coatings may, for example, be one of the following methods: DIN-EN ISO 1520 and / or DIN 67530 and / or DIN 53151. Compared to previous investigations of liquid formulations using titer plates For example, the dimensions of the at least one surface of the substrate, which is coated with a coating to be examined, are large and accordingly also allow comparatively large-area coatings.
Die flächige Ausdehnung einer jeweiligen Beschichtung kann in dem genannten Bereich so gewählt werden, dass eine ausreichende Größe zur Durchführung einer bestimmten Charakterisierungsmethode bereitgestellt wird und/oder mehrere, vorzugsweise nicht-zerstörende Charakterisierungsmethoden auf ein und derselben Beschichtung durchgeführt werden können. Werden auf ein und derselben flächigen Ausdehnung einer zu untersuchenden Beschichtung mehrere Charakterisierungsmethoden angewandt, so wird dadurch ein unmittelbarer Vergleich der verschiedenen untersuchten Eigenschaften der Beschichtung ermöglicht, worauf aufbauend sehr schnell Optimierungen durchgeführt werden können, ohne Effekte berücksichtigen zu müssen, die darauf zurückzuführen sind, dass gewisse Charakterisierungsmethoden auf jeweils unterschiedlichen Beschichtungen durchgeführt worden sind.The areal extent of a respective coating can be selected in the said range in such a way that a sufficient size is provided for carrying out a specific characterization method and / or several, preferably non-destructive characterization methods can be carried out on one and the same coating. If several characterization methods are applied to one and the same areal extent of a coating to be examined, then a direct comparison of the various examined properties of the coating is made possible, whereupon optimizations can be carried out very quickly, without having to take effects into account, which are due to the fact that Certain characterization methods have been carried out on different coatings.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die mindestens eine Oberfläche des mindestens einen Substrats mit weniger als sechs Beschichtungen jeweils unterschiedlicher Materialien beschichtet. Dabei ist es möglich die bis zu fünf Beschichtungen mosaikartig auf der mindestens einen Oberfläche des mindestens einen Substrats aufzubringen. Die bis zu fünf Beschichtungen können jedoch auch übereinanderliegend realisiert werden.In one possible embodiment of the method according to the invention, the at least one surface of the at least one substrate is coated with less than six coatings of respectively different materials. It is possible to apply the up to five coatings mosaic on the at least one surface of the at least one substrate. However, the up to five coatings can also be realized one above the other.
Weiterhin ist es denkbar, die mindestens eine Oberfläche des mindestens einen Substrats mit genau einer Beschichtung eines Materials aus der Mehrzahl von Materialien zu beschichten. Dadurch wird die Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft einer jeweiligen Beschichtung vereinfacht, da nur Substrate mit einer einzigen entsprechend darauf aufgebrachten Beschichtung zu untersuchen sind, und dabei keine durch angrenzende Beschichtungen möglicherweise hervorgerufene Randeffekte berücksichtigt werden müssen. Die Handhabung von jeweils mit nur einer Beschichtung versehenen Substrate vereinfacht und beschleunigt somit das Verfahren.Furthermore, it is conceivable to coat the at least one surface of the at least one substrate with exactly one coating of a material of the plurality of materials. This simplifies the determination of the at least one property of a given coating, since only substrates with a single corresponding coating applied thereto are to be examined, and no edge effects possibly caused by adjacent coatings have to be taken into account. The handling of each provided with only one coating substrates simplifies and thus speeds up the process.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Mehrzahl der Materialien, bei denen es sich vorzugsweise um unterschiedliche Materialien handelt, größer gleich 25, bevorzugt größer gleich 50, und besonders bevorzugt größer gleich 100 gewählt. Ferner ist es denkbar die Mehrzahl der Materialien innerhalb eines Zeitintervalls von 24 Stunden aus bis zu 100 Einsatzstoffen herzustellen. Das bzw. die beschichteten Substrate können zum Zwecke eines Reifeprozesses, der meist einer Vervollständigung einer Härtungsreaktion gleichkommt, vor einer Charakterisierung der jeweiligen Beschichtungen für eine vorgebbare Zeit gemeinsam aus dem Verlaufsprozess bzw. der entsprechenden Vorrichtung entnommen werden und danach dem Verfahren wieder zurückgeführt werden. In der Zwischenzeit können andere Prozesse laufen.In a further embodiment of the method according to the invention, the majority of the materials in which it is preferably are different materials, greater than or equal to 25, preferably greater than or equal to 50, and particularly preferably greater than or equal to 100 selected. Furthermore, it is conceivable to produce the majority of the materials within a time interval of 24 hours from up to 100 starting materials. For the purpose of a ripening process, which usually equals a completion of a curing reaction, the coated substrate (s) can be taken out of the leveling process or the corresponding device together for a predeterminable time prior to a characterization of the respective coatings and then returned to the process. In the meantime, other processes can run.
Dabei ist es möglich, die Materialien aus der Mehrzahl der Materialien nacheinander oder parallel bereitzustellen. Bei den Materialien kann es sich dabei, wie bereits erwähnt, um Flüssigformulierungen, wie Dispersionen, Emulsionen oder Lösungen oder Kombinationen daraus handeln. Neben pigmenthaltigen Dispersionen, die oft in Form von Bunt-Pigmenten oder anorganischen Füllern in Anstrichmitteln zur Erzeugung einer Beschichtung verwendet werden, können ferner jedoch auch alle anderen Arten von Flüssigformulierungen bereitgestellt bzw. hergestellt werden, die zur Beschichtung eingesetzt werden.It is possible to provide the materials of the plurality of materials sequentially or in parallel. As already mentioned, the materials may be liquid formulations, such as dispersions, emulsions or solutions or combinations thereof. However, in addition to pigment-containing dispersions, which are often used in the form of colored pigments or inorganic fillers in paints to form a coating, all other types of liquid formulations used for coating may also be provided.
Die Flüssigformulierungen können durch ein homogenisierendes Mischen oder ein Dispergieren aus verschiedenen festen oder flüssigen Einsatzstoffen bzw. Komponenten hergestellt werden. Bei Herstellung derartiger Flüssigformulierungen, wie bspw. bei pigmenthaltigen Dispersionen kann bspw. ein sogenannter Speedmixer eingesetzt werden. Zur besseren Homogenisierung können Kugeln, bspw. aus Metall, Keramik oder Glas eingesetzt werden. Diese Kugeln können händisch bzw. offline oder automatisch befüllt und automatisiert vom ho- mogenisierten Material abgetrennt werden. Die hergestellten Flüssigformulierungen können ferner in einem jeweiligen Behältnis abgefüllt und in diesem jeweiligen Behältnis bereitgestellt werden.The liquid formulations can be prepared by homogenizing mixing or dispersing from various solid or liquid feedstocks or components. When producing such liquid formulations, such as, for example, pigment-containing dispersions, it is possible, for example, to use a so-called speed mixer. For better homogenization balls, for example. From metal, ceramic or glass can be used. These balls can be filled manually or offline or automatically and automati- Mogenisierten material to be separated. The produced liquid formulations can also be filled in a respective container and provided in this respective container.
Die Flüssigformulierungen und auch die pigmenthaltigen Dispersionen können automatisiert formuliert werden. Ein automatisiertes Herstellen kann dabei durch automatisiertes Einwiegen oder volumetrisches Dosieren von mindestens zwei Komponenten der Formulierung in mindestens ein Gefäß und ein sich daran anschließendes automatisiertes Homogenisieren des entstandenen Gemischs durch automatisiertes Mischen erfolgen, so dass eine Beschichtungsformulierung, bspw. eine pigmenthaltige Formulierung entsteht.The liquid formulations and also the pigment-containing dispersions can be formulated automatically. Automated production can be carried out by automated weighing or volumetric metering of at least two components of the formulation into at least one vessel and subsequent automated homogenization of the resulting mixture by automated mixing to form a coating formulation, for example a pigment-containing formulation.
Somit kann Schritt (a) der Bereitstellung der Materialien für jedes der bereitzustellenden Materialien eine Folge von automatisiert durchführbaren Schritten umfassen, nämlich einen Schritt des automatisierten Hersteilens eines Gemischs durch automatisiertes Dosieren, bspw. gravimetri- sches oder volumetrisches Dosieren, entsprechender Komponenten in ein geeignetes Gefäß, optional einen Schritt des automatisierten Schließens des Gefäßes, einen Schritt des automatisierten Homogenisierens des hergestellten Gemischs durch automatisiertes Mischen und optional einen Schritt des automatisierten Öffnens bzw. „Freigebens" des Gefäßes bspw. zur Entnahme einer definierten Menge des bereitgestellten Materials zum Beschichten der mindestens einen O- berfläche des mindestens einen Substrats unter Erzeugung einer entsprechenden Beschichtung. Dabei kann bspw. mittels einer geeigneten Entnahme- bzw. Pipettiermethode eine definierte Menge der Flüssigformulierung, wie bspw. einer pigmenthaltigen Dispersion, zum Applizieren unter Erzeugung einer Beschichtung auf der mindestens einen Oberfläche des mindestens einen Substrats entnommen werden. Zur Entnahme kann dabei bspw. eine Spritze verwendet werden. Um beim Ansaugen der Flüssigformulierung zu vermeiden, dass Mahlkörper den Spritzeneingang verstopfen, kann eine Einwegspritze verwendet werden, die nur jeweils 2 bis 4 mm in den Mahleinsatz eingetaucht wird oder die Mahlkörper können über Filter mit geeigneter Maschenweite zurückgehalten werden. Die Eintauchtiefe kann durch eine Entfernungsmessung durch Ultraschall gewährleistet werden. Eine geeignete Spritze kann ferner gleichzeitig auch als Gefäß dienen, in welchem die entsprechende Flüssigformulierung, wie beschrieben, hergestellt wird. Dadurch lassen sich Gefäße und gegebenenfalls Reinigungsschritte vermeiden.Thus, step (a) of providing the materials for each of the materials to be provided may comprise a series of automated steps, namely, a step of automated production of a mixture by automated dosing, e.g., gravimetric or volumetric dosing, of appropriate components into a suitable vessel optionally, a step of automatically closing the vessel, a step of automatically homogenizing the prepared mixture by automated mixing, and optionally a step of automatically opening the vessel, for example, to remove a defined amount of the material provided to coat the at least one In this case, for example, by means of a suitable removal or pipetting method, a defined amount of the liquid formulation, such as, for example, a pigment ha For example, in order to apply a coating to the at least one surface of the at least one substrate. For removal can be used, for example, a syringe. In order to prevent the grinding medium from clogging the syringe inlet during aspiration of the liquid formulation, a disposable syringe may be used which is only immersed in the milling insert at a distance of 2 to 4 mm or the grinding media can be retained by means of filters of suitable mesh size. The immersion depth can be ensured by a distance measurement by ultrasound. A suitable syringe may also simultaneously serve as a vessel in which the corresponding liquid formulation is prepared as described. As a result, vessels and possibly cleaning steps can be avoided.
Ein automatisiertes Dosieren kann dabei bspw. auch unter Rühren oder bis zum Einstellen eines vorgegebenen pH-Wertes oder einer spezifischen Viskosität ausgeführt werden.An automated dosing can be carried out, for example, while stirring or until a predetermined pH or a specific viscosity is set.
Bei der Mehrzahl von Materialien kann es sich um sogenannte Flüssigformulierungen handeln, die aus einer Mehrzahl von Komponenten hergestellt werden. Dabei können 2 bis 100, bevorzugt 3 bis 50, besonders bevorzugt 3 bis 25 Komponenten umfasst sein, es können aber auch mehr oder auch weniger sein. Bei den Komponenten kann es sich bspw. um eine Flüssigkeit, einen in der Flüssigformulierung unlöslichen oder löslichen, festen oder flüssigen Stoff und bspw. einen grenzflächenaktiven Stoff handeln. In der Flüssigformulierung unlöslicher Stoff bedeutet vorliegend, dass sich der Stoff überhaupt nicht oder höchstens bis zu 10 Gew.-% in der Flüssigformulierung löst. Ein derartiges Mehrkomponentensystem liegt in der Regel als Dispersion, Emulsion, flüssiges Mehrkomponentensystem oder Lösung vor. Bei den Einsatzstoffen bzw. Komponenten kann es sich auch um bereits durchmischte, bevorzugt gerollte, und temperierte Einsatzstoffvorlagen handeln. Bei der Flüssigkeit kann es sich um ein Lösungsmittel oder ein Lösemittelgemisch handeln, bestehend insbesondere aus Wasser und/oder einem für Lackformulierungen typischen organischen Lösungsmittel, das polar oder unpolar sein kann, wie z. B. Alkohole wie Butanol, Ethanol, Methanol, mehrwertige Alkohole wie Glycerin oder Polyole, organische Lösungsmittel wie z. B. Xylole, Toluol, Butylacetat, Ethyl- acetat, DBE, Essigsäureethylester, Methoxypropylaetat, Te- trahydrofuran, Rapsölmethylester, Paraffine und/oder Koh- lenwasserstoffgemische. Bei dem in der Flüssigformulierung löslichen oder unlöslichen Stoff handelt es sich beispielsweise um Farbstoffe und/oder um Pigmente oder verschiedenartige Additive, Initiatoren, sonstige Füllstoffe; in der Flüssigformulierung lösliche oder nicht lösliche organische Lösungsmittel, beispielsweise wie sie oben definiert wurden; synthetische oder natürliche Wachse, z. B. Bienenwachs, Wollwachs; synthetische, pflanzliche oder tierische Öle, z. B. Paraffinöl, Rapsöl, Sojaöl, Fichtennadelöl, Ros- marinöl, Erdnussöl, Jojobaöl, Kokosnussöl, Mandelöl, Olivenöl, Palmöl, Rizinusöl, Weizenkeimöl, Isopropylmyristat, oder etherische Öle, z. B. Latschenkieferöl, Lavendelöl, Rosmarinöl, Kiefernnadelöl, Eukalyptusöl, Pfefferminzöl, Salbeiöl, Bergamottöl, Terpentinöl, Melissenöl, Wacholder- öl, Zitronenöl, Anisöl, Kardamonöl, Kampferöl, in der Flüssigformulierung lösliche oder unlösliche Polymere, z. B. Spezial- und Prozesschemikalien, wie z. B. Entschäumer, Hy- drophobiermittel für Textil und/oder Leder, Papierleimungs- mittel, Korrosionsinhibitoren, Kraftstoffadditive, Komplexbildner, Antioxidantien, Bleichmittel, Enzyme, Stabilisatoren, z. B. UV-Stabilisatoren, Biozide, Block- und statistische Copolymere . Bei den grenzflächenaktiven Stoffen handelt es sich beispielsweise um Lösungsvermittler, Tenside, Cotenside, Hydrotrope, Schutzkolloide wie Polyvinylpyroli- don, allgemein neutrale, kationische, anionische und betai- nische Dispergiermittel wie Polyacrylate, Polyacrylsäure und deren Salze, Maleinsäure/Acrylsäure-Copolymerisate, Naphthalin-Formaldehyd-Kondensate, Naphthalinsulfonsäure- Kondensate, Phenolsulfonsäurekondensate, neutrale und ka- tionisierte Stärke, Polyvinylalkohol , Polyethylenimin und Polyvinylamin sowie modifizierte Produkte davon, Emulgato- ren und/oder Verdickungsmittel, insbesondere um anionische, nichtionische, kationische oder amphotere Tenside, z. B. Alkylpolyglycoside, Fettalkoholsulfate, Fettalkoholether- sulfate, Alkansulfonate, Fettalkoholethoxylate, Fettalkoho- lalkoxylate, Fettalkoholphosphate, Fettalkoholethersulfonate, Alkylbetaine, Sorbitanester, alkoxylierte Sorbitanester, Zuckerfettsäureester, Fettsäurepolyglycerinester, Fettsäurepartialglyceride, Fettsäurecarboxylate, Fettalkoholsulfosuccinate, Fettsäurearcosinate, Fettsäureisethiona- te, Fettsäuretaurinate, Zitronensäureester, Silikon- Polymere, Silikon-Copolymere und/oder Fettsäurepolyglykol- ester. Die genaue Zusammensetzung der Flüssigformulierung richtet sich nach dem Anwendungsbereich. Geeignete Anwendungsbereiche sind weiter unten genannt.The plurality of materials may be so-called liquid formulations made from a plurality of components. In this case, 2 to 100, preferably 3 to 50, particularly preferably 3 to 25 components may be included, but it may also be more or less. The components may, for example, be a liquid, a solid or liquid substance that is insoluble or soluble in the liquid formulation, and, for example, a surfactant. In this case, the insoluble substance in the liquid formulation means that the substance does not dissolve at all or at most up to 10% by weight in the liquid formulation. Such a multicomponent system is generally present as dispersion, emulsion, liquid multicomponent system or solution. The starting materials or components may also be already mixed, preferably rolled, and tempered feedstock templates. The liquid may be a solvent or a solvent mixture, consisting in particular of water and / or an organic solvent which is typical for paint formulations and which may be polar or non-polar, such as, for example, As alcohols such as butanol, ethanol, methanol, polyhydric alcohols such as glycerol or polyols, organic solvents such. As xylenes, toluene, butyl acetate, ethyl acetate, DBE, ethyl acetate, methoxypropyl acetate, tetrahydrofuran, rapeseed oil, paraffins and / or hydrocarbon mixtures. The substance which is soluble or insoluble in the liquid formulation is, for example, dyes and / or pigments or various additives, initiators, other fillers; in the liquid formulation, soluble or insoluble organic solvents, for example as defined above; synthetic or natural waxes, e.g. B. beeswax, wool wax; synthetic, vegetable or animal oils, e.g. Paraffin oil, rapeseed oil, soybean oil, pine needle oil, rosemary oil, peanut oil, jojoba oil, coconut oil, almond oil, olive oil, palm oil, castor oil, wheat germ oil, isopropyl myristate, or essential oils, e.g. B. Mountain pine oil, lavender oil, rosemary oil, pine oil, eucalyptus oil, peppermint oil, sage oil, bergamot oil, turpentine oil, lemon balm oil, juniper oil, lemon oil, aniseed oil, cardamom, camphor oil, in the liquid formulation soluble or insoluble polymers, eg. B. specialty and process chemicals such. Antifoams, hydrophobizing agents for textiles and / or leather, paper sizing agents, corrosion inhibitors, fuel additives, complexing agents, antioxidants, bleaching agents, enzymes, stabilizers, eg. As UV stabilizers, biocides, block and random copolymers. The surface-active substances are, for example, solubilizers, surfactants, cosurfactants, hydrotropes, protective colloids, such as polyvinylpyrrolidone, generally neutral, cationic, anionic and metallic dispersants, such as polyacrylates, polyacrylic acid and their salts, maleic acid / acrylic acid copolymers, naphthalene-formaldehyde condensates, naphthalenesulfonic acid condensates, phenolsulfonic acid condensates, neutral and cationized starch, polyvinyl alcohol, polyethyleneimine and polyvinylamine and modified products thereof, emulsifiers and / or thickeners, in particular anionic ones , nonionic, cationic or amphoteric surfactants, e.g. Alkyl polyglycosides, fatty alcohol sulfates, fatty alcohol ethers, alkanesulfonates, fatty alcohol ethoxylates, fatty alcohol alcohols, fatty alcohol ethers, fatty alcohols, alkylbetaines, sorbitan esters, alkoxylated sorbitan esters, sugar fatty acid esters, fatty acid polyglycerol esters, fatty acid partial glycerides, fatty acid carboxylates, fatty alcohol sulfosuccinates, fatty acid arcosinates, fatty acid isethionates, fatty acid taurinates, citric acid esters, silicone Polymers, silicone copolymers and / or fatty acid polyglycol esters. The exact composition of the liquid formulation depends on the field of application. Suitable applications are mentioned below.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Materialien unter Erzeugung einer jeweiligen Beschichtung auf die mindestens eine Oberfläche des mindestens einen Substrats bspw. durch Rakeln und/oder Sprühen und/oder Tauchen und/oder Streichen und/oder Spincoating und/oder ESTA-Verfahren oder durch sonstige geeignete dem Fachmann bekannte Verfahren aufgebracht bzw. appliziert. Das Beschichten kann automatisiert ausgeführt werden.In a further possible embodiment of the method according to the invention, the materials are applied to the at least one surface of the at least one substrate, for example by knife coating and / or spraying and / or dipping and / or brushing and / or spin coating and / or ESTA coating. Process or applied by other suitable methods known in the art or applied. Coating can be automated.
Es ist denkbar, unter Verwendung flüssiger und fester Einsatzstoffe, insbesondere von Pigmenten, Aerosilen, sogenannten Füllern und Additiven mindestens ein homogenes Material, insbesondere ein molekular oder partikulär disperses Material bereitzustellen. In einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens wird Schritt (c) , nämlich der Trocknungsschritt lediglich unter Raumtemperatur oder bei Temperaturen <80°C durchgeführt. Dies kann beispielsweise als eine Art Ablüftschritt realisiert werden.It is conceivable, using liquid and solid starting materials, in particular of pigments, aerosils, so-called fillers and additives to provide at least one homogeneous material, in particular a molecular or particulate disperse material. In a further possible embodiment of the process according to the invention, step (c), namely the drying step, is carried out only at room temperature or at temperatures <80 ° C. This can be realized, for example, as a kind of venting step.
Ferner ist es denkbar, die erzeugte jeweilige Beschichtung thermisch, durch UV-Licht, unter Luft oder inert, und/oder NIR-Licht und/oder durch einen Einbrennvorgang zu härten oder zu trocknen. Eine thermische Härtung kann dabei in einem geeigneten Ofen bei einer Temperatur im Bereich von 500C bis 3500C durchgeführt werden. Eine Härtung bei einer Temperatur von 2500C bis 3000C kann dabei besonders bspw. für sogenannte Coil-Coating-Anwendungen geeignet sein. In diesem Fall kann optional ein automatisierter so genannter Abschreckvorgang durch Eintauchen der Beschichtung in beispielsweise ein Wasserbad und damit verbundenes Abkühlen durchgeführt werden.Furthermore, it is conceivable to cure or to dry the respective coating produced thermally, by UV light, under air or inert, and / or by NIR light and / or by a stoving process. A thermal curing can be carried out in a suitable oven at a temperature in the range of 50 0 C to 350 0 C. A curing at a temperature of 250 0 C to 300 0 C may be particularly suitable, for example, for so-called coil coating applications. In this case, an optional so-called quenching process may be carried out by immersing the coating in, for example, a water bath and associated cooling.
Ferner ist es möglich eine jeweils erzeugte Beschichtung mehreren Härtungsschritten zu unterziehen. Bei den durchzuführenden mehreren gleichen oder unterschiedlichen Härtungsschritten kann es sich dabei ferner um verschiedene Härtungsschritte handeln. Das bedeutet, dass bspw. ein erster Härtungsschritt mit UV-Licht durchgeführt werden kann, der dann von einem weiteren, bspw. einem thermischen Härtungsschritt gefolgt ist.Furthermore, it is possible to subject a coating produced in each case to several curing steps. The several identical or different curing steps to be carried out may also be different curing steps. This means that, for example, a first curing step can be carried out with UV light, which is then followed by another, for example, a thermal curing step.
Darüber hinaus kann die Zeitdauer der durchgeführten Härtungsschritte bzw. -Vorgänge geeignet eingestellt bzw. gewählt werden. Durch die Durchführung der Härtung, das heißt der Art, der Zeitdauer und ggf. der Reihenfolge verschiedener Härtungsschritte kann die mindestens eine zu bestimmende Eigenschaft der erzeugten Beschichtungen kontrolliert beeinflusst werden, woraus später Rückschlüsse geschlossen werden können auf eine im Anwendungsfall vorzunehmende Be- schichtung mit einem jeweiligen Material. Die Härtung kann ebenfalls automatisiert erfolgen. Dabei kann die Art der Härtung, ggf. die Abfolge verschiedener Härtungen und/oder verschiedener Härtungsschritte und die jeweilige Zeitdauer eines Härtungsschrittes sowie ggf. die bei Bestrahlungsprozessen anzuwendende Strahlungsdosis voreingestellt werden.In addition, the duration of the curing steps or operations performed can be suitably set or selected. By carrying out the curing, that is to say the type, the duration of time and possibly the sequence of different curing steps, the at least one property to be determined of the coatings produced can be controlled be influenced, from which later conclusions can be drawn on a to be carried out in the application coating with a particular material. Curing can also be automated. In this case, the type of curing, if necessary, the sequence of different curing and / or different curing steps and the respective duration of a curing step and, if necessary, the radiation dose to be applied during irradiation processes can be preset.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ferner denkbar, die Schritte des Bereitsteilens und des Beschichtens und ggf. des Härtens für verschiedene Materialien zumindest zum Teil parallel auszuführen. Eine derartige parallele Ausführung der vorgesehenen Verfahrensschritte für verschiedene Materialien erhöht die Effizienz und Schnelligkeit des Verfahrens. Es kommt dadurch zu weniger, im Idealfall zu keinen sogenannten Leerlaufzeiten.In a further embodiment of the method according to the invention, it is also conceivable to carry out the steps of provisioning and coating and optionally hardening for different materials at least partially in parallel. Such a parallel execution of the proposed process steps for different materials increases the efficiency and speed of the process. This results in less, ideally no so-called idle times.
Ferner ist es denkbar, dass die mindestens eine Oberfläche des mindestens einen Substrats mit mehreren Beschichtungen der Materialien aus der Mehrzahl der Materialien unter Erzeugung mindestens einer Mehrschichtbeschichtung beschichtet wird. Dabei ist es denkbar, dass die mehreren Beschichtungen nacheinander aufeinander aufgebracht werden, wobei zwischen dem Aufbringen zweier aufeinanderfolgender Beschichtungen die zuerst aufgebrachte Beschichtung optional einem Härtungsvorgang unterzogen wird. Der Härtungsvorgang kann dabei, wie oben beschrieben, verschiedenartig ausgebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass aufeinanderfolgende Beschichtungen ohne dazwischenliegende Härtungen unmittelbar aufeinanderfolgend aufgebracht werden und erst die komplette Mehrschichtbeschichtung geeignet gehärtet wird. Alle anderen Variationsmöglichkeiten beim Aufbringen der Beschichtungen und bei optional durchzuführenden Här- tungsschritten zwischen dem Aufbringen der einzelnen Be- schichtungen sind dabei denkbar und dem Fachmann bekannt.Furthermore, it is conceivable that the at least one surface of the at least one substrate is coated with a plurality of coatings of the materials of the plurality of materials to produce at least one multi-layer coating. It is conceivable that the plurality of coatings are successively applied to each other, wherein between the application of two successive coatings, the first applied coating is optionally subjected to a curing process. The curing process can, as described above, be designed differently. However, it is also conceivable that successive coatings are applied directly without successive intermediate curing and only the complete multi-layer coating is suitably cured. All other possible variations when applying the coatings and optional hardening Processing steps between the application of the individual coatings are conceivable and known to the person skilled in the art.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die jeweiligen Beschichtungen mit einer jeweiligen Schichtdicke, die im Bereich von 2μm bis 500μm liegt, hergestellt. Darüber hinaus kann bestimmt werden, welche Schichtdicke für eine jeweilige Anwendung optimal ist. Je nach zu bestimmender Eigenschaft können unterschiedliche Schichtdicken geeignet sein. Ein Vergleich verschiedener Eigenschaften einer Beschichtung eines Materials einer bestimmten Schichtdicke lässt Rückschlüsse auf die optimale Schichtdicke des entsprechenden Materials zu.In one possible embodiment of the method according to the invention, the respective coatings are produced with a respective layer thickness which is in the range from 2 μm to 500 μm. In addition, it can be determined which layer thickness is optimal for a particular application. Depending on the characteristic to be determined, different layer thicknesses may be suitable. A comparison of different properties of a coating of a material of a certain layer thickness allows conclusions about the optimum layer thickness of the corresponding material.
Es ist auch denkbar, in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die jeweiligen Beschichtungen jeweils mit einer einen definierbaren Gradienten aufweisenden Schichtdicke herzustellen. Dadurch wird es möglich, an ein und derselben Beschichtung bspw. festzustellen, ab welcher Schichtdicke die Beschichtung bspw. eine Beschichtung mit einer pigmenthaltigen Dispersion deckend ist. Durch eine derartige Gradientenbildung wird es zur Untersuchung, ab welcher Schichtdicke eine Beschichtung deckend ist, nicht mehr nötig sein, mehrere nacheinander auszuführende, dadurch stets mit unterschiedlichen Ausgangssituationen behaftete Beschichtungen mit unterschiedlicher Schichtdicke durchzuführen.It is also conceivable to produce the respective coatings in each case with a layer thickness having a definable gradient in a further embodiment of the method according to the invention. This makes it possible to determine, for example, on one and the same coating, from which layer thickness the coating, for example, a coating with a pigment-containing dispersion is covering. By means of such a gradient formation, it is no longer necessary to investigate from which layer thickness a coating is covering to carry out a plurality of coatings having different layer thicknesses, which are to be carried out successively, thereby always having different starting situations.
Es kann vorgesehen werden verwendete Teile, insbesondere Gefäße, Rakeln, Messsonden, automatisch zu reinigen oder als Einwegteile zu verwenden.It can be envisaged to automatically use parts used, in particular vessels, doctor blades, measuring probes, or to use them as disposable parts.
Bei der mindestens einen Eigenschaft, die für jeweils eine erzeugte Beschichtung zu bestimmen ist, kann es sich um mechanische, physikalische, elektrische oder sonstige messba- re Eigenschaften, bspw. um die Stabilität, bspw. gegenüber Temperaturbelastung, UV- oder optischer Strahlenbelastung, Bewitterung, Steinschlag oder Erdbeben, Viskosität, Homogenität, Kratzfestigkeit, Flexibilität, Härte, Chemikalienbeständigkeit, Bewitterungsbeständigkeit, Elastizität, Kriechverhalten, Duktilität, Glanz, Rissfestigkeit, Schichtdickenbestimmung, Adhäsion oder Farbmetrik der zu untersuchenden Beschichtung handeln. Auch visuell wahrnehmbare Defekte wie bspw. Blasen können hier bestimmt werden. Zur Bestimmung der jeweiligen Eigenschaft können verschiedene, auch konventionelle Charakterisierungsmethoden eingesetzt werden. Aufgrund der flächigen und zusammenhängenden Ausdehnung der zu untersuchenden Beschichtung ist es auch möglich, weitere visuelle und manuelle Charakterisierungen durchzuführen. Eine Beschichtung kann auch einem Witterungstest unterzogen werden, wobei auch hier eine flächige Ausdehnung der zu untersuchenden Beschichtung von Vorteil ist. Als konventionelle mechanische Charakterisierungsmethoden können hier bspw. eine Erichsentiefung und eine Untersuchung mit dem Fischerscope (Mikroeindringmessung u.a. zur Bestimmung von Härte und Elastizität) genannt werden.The at least one property which is to be determined for each coating produced may be mechanical, physical, electrical or other measurable For example, with regard to stability, for example against temperature load, UV or optical radiation exposure, weathering, rockfall or earthquake, viscosity, homogeneity, scratch resistance, flexibility, hardness, chemical resistance, weathering resistance, elasticity, creep behavior, ductility, gloss, crack resistance, Determining layer thickness, adhesion or colorimetry of the coating to be examined. Even visually perceptible defects such as bubbles can be determined here. Different, even conventional characterization methods can be used to determine the respective property. Due to the areal and contiguous extent of the coating to be examined, it is also possible to carry out further visual and manual characterizations. A coating can also be subjected to a weathering test, wherein here too a planar expansion of the coating to be examined is advantageous. As a conventional mechanical characterization methods, for example, an Erichsentiefung and a study with the Fischerscope (micro penetration measurement, among other things, to determine hardness and elasticity) can be mentioned here.
Der Schritt (d) des Bestimmens der mindestens einen Eigenschaft kann ebenfalls automatisiert durchgeführt werden.The step (d) of determining the at least one property can also be carried out automatically.
Es können bspw. automatisierte Viskositätsmessungen, bspw. bei einer oder mehreren Scherraten, Transmissions- und Remissionsmessungen, Partikelgrößenmessungen und spektroskopische Verfahren wie Raman-, NIR- und/oder IR-Spektrometrie und/oder Bildanalyse für eine Homogenitätsprüfung durchgeführt werden. Dabei können eine Untersuchung oder mehrere Untersuchungen nacheinander auf ein und derselben Beschichtung durchgeführt werden. Dabei eingesetzte Messsysteme können zum Teil zumindest bei Bedarf automatisch gereinigt werden. Eine Viskositätsmessung kann mit jedem Viskosimeter durchgeführt werden, bspw. einem Rotationsviskosimeter . Die Homogenität kann über eine Bildanalyse mit verschiedenen Beleuchtungssituationen, bspw. unterschiedlichen Helligkeiten und Beleuchtungswinkeln, bestimmt werden.For example, automated viscosity measurements, for example at one or more shear rates, transmission and remission measurements, particle size measurements and spectroscopic methods such as Raman, NIR and / or IR spectrometry and / or image analysis can be carried out for a homogeneity test. One or more examinations can be carried out one after the other on one and the same coating. In some cases, measuring systems used can be automatically cleaned, at least when needed. A viscosity measurement can be done with any viscometer be performed, for example. A rotational viscometer. The homogeneity can be determined via an image analysis with different lighting situations, for example different brightnesses and illumination angles.
Es ist denkbar, dass das mindestens eine Substrat mit mindestens einer darauf aufgebrachten, zu untersuchenden Be- schichtung zum Bestimmen der mindestens einen Eigenschaft in Schritt (d) mittels eines achsenmontierten, bevorzugt mehrachsigen Manipulationssystems, bspw. eines Roboters zu einem entsprechenden Messort gebracht wird.It is conceivable that the at least one substrate having at least one coating to be examined for determining the at least one property in step (d) is brought to a corresponding measuring location by means of an axis-mounted, preferably multi-axis manipulation system, for example a robot.
Zweckmäßigerweise ist insbesondere die zur Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft vorgesehene Messstation oder Apparatur modular aufgebaut, was ein Austauschen verschiedener Charakterisierungsmethoden in Abhängigkeit von der zu bestimmenden Eigenschaft erlaubt.Expediently, in particular, the measuring station or apparatus provided for determining the at least one property has a modular structure, which allows the exchange of different characterization methods as a function of the property to be determined.
Das Substrat, auf welchem die jeweiligen Beschichtungen aufzutragen sind, kann aus einem Stoff hergestellt werden, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die mindestens Holz, Metall, Glas, Keramik, Papier, Faserplatten und Kunststoff umfasst. Jeder andere geeignete Stoff, auf welchem ein Material aus der Mehrzahl der Materialien unter Erzeugung einer Beschichtung aufgebracht werden kann, kann jedoch auch eingesetzt werden.The substrate on which the respective coatings are to be applied can be made of a material selected from a group comprising at least wood, metal, glass, ceramics, paper, fiberboard and plastic. However, any other suitable material on which a material of the plurality of materials may be applied to form a coating may also be employed.
Es ist denkbar, die mindestens eine Oberfläche des mindestens einen Substrats in einer Größe von 14,5 cm x 8,5 cm und einer Dicke bis zu 1 cm vorzusehen. Dies ist eine geeignete Oberflächengröße, um zum Einen eine ausreichend große flächige und zusammenhängende Ausdehnung einer jeweiligen Beschichtung vorsehen zu können und zum Anderen ein gut handhabbares Substrat zur schnellen, effizienten und optimierten Durchführung des Verfahrens zu ermöglichen. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur automatisierten Durchführung von Hochdurchsatz-Versuchen einer Mehrzahl von Materialien für eine O- berflächenbeschichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dabei mindestens die folgenden Stationen auf :It is conceivable to provide the at least one surface of the at least one substrate in a size of 14.5 cm × 8.5 cm and a thickness of up to 1 cm. This is a suitable surface size in order to be able to provide a sufficiently large areal and contiguous extent of a respective coating on the one hand and on the other hand to enable a substrate that is easy to handle for a fast, efficient and optimized implementation of the method. Moreover, the present invention relates to an apparatus for automated performance of high-throughput trials of a plurality of materials for surface coating. The device according to the invention has at least the following stations:
(A) eine Formulierungsstation, bei welcher die Materialien aus der Mehrzahl der Materialien innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls bereitgestellt werden können,(A) a formulation station in which the materials of the plurality of materials can be provided within a predetermined time interval,
(B) eine Beschichtungsstation, bei welcher mindestens eine Oberfläche mindestens eines Substrats mit den jeweiligen bereitgestellten Materialien unter Erzeugung einer jeweiligen Beschichtung beschichtet werden kann, wobei auf die mindestens eine Oberfläche des mindestens einen Substrats maximal fünf, insbesondere nur eine Beschichtung appliziert wird,(B) a coating station, in which at least one surface of at least one substrate can be coated with the respective provided materials to produce a respective coating, wherein at least one surface of the at least one substrate is applied to a maximum of five, in particular only one coating,
(C) eine Härtungsstation,(C) a curing station,
(D) eine Charakterisierungsstation, bei welcher mindestens eine Eigenschaft von jeder der erzeugten Be- schichtungen bestimmt werden kann, und(D) a characterization station in which at least one property of each of the generated coatings can be determined, and
(E) eine Auswerteeinheit und/oder eine Schnittstelle zu einem Daten-Management zur kontrollierten Variation der Zusammensetzung der Formulierung, der Prozess- parameter und/oder der Charakterisierung auf Materialeigenschaften.(E) an evaluation unit and / or an interface to a data management for the controlled variation of the composition of the formulation, the process parameters and / or the characterization on material properties.
Dabei sind die Stationen, zumindest zum Teil, modular aufgebaut. Ein derartig modularer Aufbau bedeutet, dass die Stationen oder Teile der Stationen austauschbar, ergänzbar oder modifizierbar sind. Dieser modulare Aufbau macht die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr flexibel und an verschiedene Randbedingungen anpassbar. Anfallende Reparaturen oder ausstehende Modifikationen sind schnell und effizient durchführbar .The stations are, at least in part, modular. Such a modular structure means that the stations or parts of the stations can be exchanged, supplemented or modifiable. This modular construction makes the device according to the invention very flexible and adaptable to different boundary conditions. Any repairs or pending modifications can be carried out quickly and efficiently.
Die FormulierungsStation kann dabei eine Dosierstation, eine Schließstation und eine Homogenisierungsstation umfassen, an welchen jeweils einzelne Schritte des Bereitsteilens eines Materials aus der Mehrzahl der Materialien durchgeführt werden können. Vorzugsweise dienen spritzenartige Gefäße als Behältnisse für Einsatzstoffe, als Dosierbehälter, als Mischbehälter, zum Beschichten und für formulierte Materialien. Diese Einwegbehältnisse verringern den Reinigungsaufwand drastisch. Die einzelnen Stationen der Formulierungsstation können dabei automatisiert betrieben werden. Bei den einzelnen Stationen erhaltene Zwischenprodukte oder zwischenzeitlich entstehende Mischungen zur Herstellung eines bereitzustellenden Materials können mittels eines achsenmontierten, bevorzugt mehrachsigen Manipulationssystems, bspw. eines Roboters von Station zu Station in geeigneter Reihenfolge weitergereicht werden.The formulation station can comprise a dosing station, a closing station and a homogenization station, at which individual steps of providing a material of the plurality of materials can be carried out. Preferably, syringe-like vessels serve as containers for starting materials, as dosing containers, as mixing containers, for coating and for formulated materials. These disposable containers reduce the cleaning effort drastically. The individual stations of the formulation station can be operated automatically. Intermediate products obtained at the individual stations or mixtures produced in the meantime to produce a material to be provided can be passed from station to station in an appropriate sequence by means of an axis-mounted, preferably multiaxial manipulation system, for example a robot.
Ferner ist es denkbar, dass die einzelnen Stationen parallel betrieben werden, d. h. dass bspw. bei der Dosierstation bereits ein Gemisch für ein zweites Material hergestellt wird, während ein Gemisch für ein erstes Material in der Homogenisierungsstation homogenisiert wird.Furthermore, it is conceivable that the individual stations are operated in parallel, d. H. that, for example, a mixture for a second material is already produced at the dosing station, while a mixture for a first material is homogenized in the homogenization station.
Die Dosierstation kann ferner eine Pipettierstation oder eine Spritzendosierstation umfassen. Als Dosierstation sind Dosimaten, Schlauchpumpen und/oder Dosierstationen für Flüssigkeiten mit einer Temperatur bis zu 3000C geeignet. Eine zudosierte Menge kann über eine Waage kontrolliert o- der gesteuert werden. Ferner ist es möglich, ein Dosieren unter Rühren vorzusehen.The dosing station may further comprise a pipetting station or a syringe dosing station. As dosing station Dosimaten, peristaltic pumps and / or dosing for liquids with a temperature up to 300 0 C are suitable. A metered quantity can be controlled by a balance. to be controlled. Further, it is possible to provide metering with stirring.
Bei der HomogenisierungsStation kann es sich um einen Ul- trathurrax, einen Ultraschalldispergierer, einen Rüttler/Schüttler oder einen Mischer handeln. Auch eine Kombination von zwei oder mehr dieser Geräte ist möglich. Die Homogenisierungsstation kann eine Temperier- und/oder Abkühlstation, ggf. mit einer Misch- und/oder Schüttelvorrichtung umfassen. Die Formulierungsstation kann jedoch auch zur Bereitstellung eines Materials durchzuführende Schritte in einer einzigen Station durchführen.The homogenization station may be an ultrafasturrax, an ultrasonic disperser, a vibrator / shaker or a mixer. A combination of two or more of these devices is possible. The homogenization station may comprise a tempering and / or cooling station, optionally with a mixing and / or shaking device. However, the formulator station may also perform steps to provide a material in a single station.
In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Formulierungsstation einen sogenannten Speedmixer. Mittels eines derartigen Speedmixers ist es bspw. möglich, eine pigmenthaltige Dispersion oder viskose Gemische schnell und präzise zu homogenisieren.In one possible embodiment of the device according to the invention, the formulation station comprises a so-called speed mixer. By means of such a speed mixer, it is, for example, possible to homogenize a pigment-containing dispersion or viscous mixtures quickly and precisely.
Ferner ist es möglich, dass in einer Einwiegestation als Teil der Formulierungsstation vorzugsweise für pulverförmi- ge Einsatzstoffe, wie bspw. Pigmente, und einer nachgeschalteten Dosierstation für Mahlkörper definierte Gemische von Mahlkörpern und pulverförmigen Einsatzstoffen, wie bspw. Pigmenten, erzeugt werden. Mit einer nachgeschalteten Dosierstation für feste bzw. flüssige Additive können gewünschte Additive zugesetzt werden. Bei den Additiven kann es sich um oberflächenaktive Substanzen handeln, u. a. um Tenside, Polymere und Pigmentederivate. Diese Additive können dabei als Entschäumer, Entlüfter, Netzmittel, Dispergiermittel und/oder Verlaufsadditive und/oder Reologiever- besserer wirken. In einer anschließenden folgenden Dosierstation vorzugsweise für nicht-pigmentierte Lackrohstoffe werden dann ein oder mehrere Lackrohstoffe hinzugegeben. In einer sich anschließenden Schließ- vorzugsweise Schraubsta- tion wird vorzugsweise mittels eines geeigneten achsenmontierten, bevorzugt mehrachsigen Manipulationssystems, bspw. eines Roboters das das Gemisch enthaltende Gefäß geschlossen und vorzugsweise mittels eines Roboters einem Disper- gieraggregat bspw. einem Speedmixer, wie er bspw. von der Firma Haunschild angeboten wird, zugeführt. In dem Disper- gieraggregat wird durch mehrachsige, zentrifugenarige Bewegung eine homogene Flüssigformulierung erzeugt. Nach einer einstellbaren und variablen Dispergierzeit können die Flüssigformulierung und die Mahlkörper enthaltenden Gefäße aus dem Dispergieraggregat vorzugsweise mittels eines Roboters herausgenommen und in geeigneter Weise in einem geeigneten Gefäß an die Charakterisierungsstation weitergegeben werden. Dort kann mittels einer geeigneten Entnahme- bzw. Pi- pettiermethode eine definierte Menge der Flüssigformulierung, wie bspw. einer pigmenthaltigen Dispersion, zum Applizieren unter Erzeugung einer Beschichtung auf der mindestens einen Oberfläche des mindestens einen Substrats entnommen werden. Zur Entnahme kann dabei bspw. eine Spritze verwendet werden. Um beim Ansaugen der pigmenthaltigen Dispersion zu vermeiden, dass Mahlkörper den Spritzeneingang verstopfen, kann eine Einwegspritze verwendet werden, die nur jeweils 2 bis 4 mm in den Mahleinsatz eingetaucht wird, oder ein Filtereinsatz verwendet werden. Die Eintauchtiefe und Nachführung beim Absaugen der Probe wird bspw. durch eine Entfernungsmessung gewährleistet oder von einer Steuereinheit berechnet. Die homogenisierten Flüssigformulierungen können mittels eines Roboters in geeigneter Weise unter Erzeugung einer bestimmten Beschichtung auf die mindestens eine Oberfläche des mindestens einen Substrats aufgebracht werden. Im Falle einer pigmenthaltigen Dispersion ist es denkbar, dass die pigmenthaltige Dispersion vor Aufbringen auf die mindestens eine Oberfläche des mindestens einen Substrats mit einer definierten Menge Weiß- und Schwarz-Paste gemischt wird. Durch Mischen mit Weiß- und Schwarz-Paste kann bspw. die Koloristik der pigmenthaltigen Dispersion verändert werden. Die Messung erfolgt mittels eines geeigneten Farbmetrik-Gerätes, das in der Charakterisierungsstation angeordnet ist und die Beschichtung farbmetrisch vermessen kann. Dabei wird Licht mit einer geeigneten Wellenlänge in Form von Lichtblitzen unter einem geeigneten Winkel jeweils in einem bestimmten Abstand eingestrahlt .It is also possible that, in a weighing station as part of the formulation station, mixtures of grinding media and pulverulent starting materials, such as, for example, pigments, are preferably produced for pulverulent feedstocks, such as pigments, and a downstream metering station for grinding bodies. With a downstream dosing station for solid or liquid additives desired additives can be added. The additives may be surface-active substances, including surfactants, polymers and pigment derivatives. These additives can act as defoamers, deaerators, wetting agents, dispersants and / or leveling additives and / or Reologiever- improvers. In a subsequent subsequent dosing preferably for non-pigmented coating raw materials then one or more coating raw materials are added. In a subsequent closing, preferably screw Preferably, by means of a suitable axle-mounted, preferably multi-axis manipulation system, for example a robot, the vessel containing the mixture is closed and preferably fed by means of a robot to a dispersing unit, for example a speed mixer such as that offered by Haunschild. In the dispersing unit, a homogeneous liquid formulation is produced by multi-axis, centrifuge-like motion. After an adjustable and variable dispersing time, the liquid formulation and vessels containing the grinding media may preferably be removed from the dispersing aggregate by means of a robot and conveniently passed to the characterization station in a suitable vessel. There, by means of a suitable removal or pipetting method, a defined amount of the liquid formulation, such as a pigment-containing dispersion, can be removed for application to form a coating on the at least one surface of the at least one substrate. For example, a syringe may be used for removal. In order to prevent the grinding media from clogging the syringe inlet when aspirating the pigment-containing dispersion, a disposable syringe may be used which is only immersed in the milling insert at a distance of 2 to 4 mm or a filter insert is used. The immersion depth and tracking during the aspiration of the sample is, for example, guaranteed by a distance measurement or calculated by a control unit. The homogenized liquid formulations may be suitably applied by means of a robot to the at least one surface of the at least one substrate to produce a given coating. In the case of a pigment-containing dispersion, it is conceivable that the pigment-containing dispersion before application to the at least one surface of the at least one substrate with a defined amount of white and black paste is mixed. By mixing with white and Black paste can be changed, for example, the coloristics of the pigment-containing dispersion. The measurement is carried out by means of a suitable colorimetry device, which is arranged in the characterization station and can measure the coating colorimetrically. In this case, light is irradiated with a suitable wavelength in the form of light flashes at a suitable angle in each case at a certain distance.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Vorrichtung ist mindestens ein Behältnis bereitgestellt, welches dazu geeignet ist, sowohl darin mindestens ein Material aus der Mehrzahl der Materialien bereitzustellen als auch daraus das mindestens eine bereitgestellte Material aus der Mehrzahl der Materialen auf die mindestens eine Oberfläche des mindestens einen Substrats zur Erzeugung einer Beschichtung aufzubringen. Bei dem dazu vorgesehenen Behältnis kann es sich bspw. um eine Spritze handeln, die zum einen dazu dient, ein hergestelltes Material aufzubewahren, und ferner dazu geeignet ist, unmittelbar das Material zur Erzeugung einer entsprechenden Beschichtung auf der Oberfläche des Substrats aufzubringen bzw. zu applizieren. Es ist denkbar, dieses Behältnis mittels mindestens eines achsenmontierten, bevorzugt mehrachsigen Manipulationssystems, bspw. eines Roboters von der Formulierungsstation zur Beschichtungsstation zu bringen. Es ist denkbar, dass die Charakterisierungsstation verschiedene geeignete Messgeräte umfasst, wie bspw. Messgeräte zur Bestimmung der Transmission und/oder Remission, zur Bildanalyse, Ra- manspektrometer, Glanzmessgeräte, NIR-Spektrometer, IR- Spektrometer und/oder Partikelgrößenmeßgeräte. Es ist auch denkbar, dass ferner ein Farbmetrik-Gerät vorgesehen ist.In a further possible embodiment of the device according to the invention, at least one container is provided which is suitable both for providing therein at least one material of the plurality of materials and from it for the at least one material provided from the plurality of materials on the at least one surface of the at least one substrate for producing a coating. The container provided for this purpose can be, for example, a syringe which, on the one hand, serves to store a manufactured material and, moreover, is suitable for directly applying or applying the material for producing a corresponding coating on the surface of the substrate , It is conceivable to bring this container by means of at least one axis-mounted, preferably multi-axis manipulation system, for example a robot, from the formulation station to the coating station. It is conceivable that the characterization station comprises various suitable measuring devices, such as, for example, measuring devices for determining the transmission and / or remission, for image analysis, Raman spectrometers, gloss measuring devices, NIR spectrometers, IR spectrometers and / or particle size measuring devices. It is also conceivable that a colorimetric device is also provided.
Es ist denkbar die Vorrichtung so zu konfigurieren, dass für die für eine Beschichtung bereitzustellenden Materiali- en ein pH-Wert und/oder eine spezifische Viskosität automatisch eingestellt werden.It is conceivable to configure the device such that for the material to be provided for a coating a pH and / or a specific viscosity are set automatically.
Ferner ist es denkbar, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich als weitere Einheit noch aufweist:Furthermore, it is conceivable that the device according to the invention additionally has as further unit:
(F) ein achsenmontiertes, bevorzugt mehrachsiges Manipulationssystems, insbesondere einen Roboter.(F) an axle-mounted, preferably multi-axis manipulation system, in particular a robot.
Ferner kann vorgesehen werden, dass die erfindungsgemäß vorgesehene Auswerteeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mindestens eine Recheneinheit, wie bspw. ein Computer, zur Datenerfassung und -auswertung aufweist. Die Auswerteeinheit kann dabei über eine geeignete Software auf einem computerlesbaren Medium verfügen, mit deren Hilfe die durch die Charakterisierungsstation ermittelten und weitergereichten Daten bzgl . bestimmter Eigenschaften der jeweiligen Beschichtungen dokumentiert, weiterverarbeitet, ausgewertet, gegeneinander abgeglichen und ggf. mit anwendungstechnischen Eigenschaften korreliert werden können. Es ist denkbar, einen Optimierungsalgorithmus vorzusehen, um darüber in Bezug auf untersuchte Eigenschaften für eine Be- schichtung optimal geeignete Einsatzstoffe bzw. Komponenten zur Herstellung eines entsprechenden Beschichtungsmaterials und dessen optimal zu erzeugende Schichtdicke ermitteln zu können.Furthermore, it can be provided that the evaluation unit provided according to the invention of the device according to the invention has at least one computing unit, such as a computer, for data acquisition and evaluation. In this case, the evaluation unit can have suitable software on a computer-readable medium, with the help of which the data determined and passed on by the characterization station are available. certain properties of the respective coatings documented, further processed, evaluated, compared against each other and possibly can be correlated with performance properties. It is conceivable to provide an optimization algorithm in order to be able to determine optimally suitable starting materials or components for producing a corresponding coating material and its layer thickness to be optimally produced with respect to properties investigated for a coating.
Das bedeutet, dass eine Dokumentation von Formulierungszusammensetzungen, des Herstellungs- bzw. Bereitstellungsablaufs und der Messergebnisse in Bezug auf bestimmte Eigenschaften automatisiert vorgenommen werden können. Ferner kann die Auswerteeinheit dazu ausgestaltet sein, Ablaufpläne und Zusammensetzungen von Materialien elektronisch von anderen Rechnern, bspw. über ein externes Daten-Management oder als Dateien zu übernehmen. Im Fall von Pigment-Dispersionen können bspw. verschiedene Messungen verschiedener Eigenschaften, wie kolloide Stabilität, Teilchengröße der Partikel in der Dispersion und die Dispergierbarkeit über ein sog. farbmetrisches Vermessen, vorzugsweise durch Aufnehmen eines Remissionsspektrums erfolgen. Die Auswertung des aufgenommenen Remissionsspektrums erfolgt dann mittels einer geeigneten Farbmetrik- Software, wobei hier bspw. unter anderem mindestens eine der folgenden farbmetrischen Kenngrößen bestimmt wird:This means that documentation of formulation compositions, the manufacturing or provisioning process, and the measurement results relating to particular properties can be made automated. Furthermore, the evaluation unit can be designed to take over flowcharts and compositions of materials electronically from other computers, for example via external data management or as files. In the case of pigment dispersions, for example, various measurements of various properties, such as colloidal stability, particle size of the particles in the dispersion and dispersibility, can be carried out by so-called colorimetric measurement, preferably by taking up a reflectance spectrum. The evaluation of the recorded remission spectrum then takes place by means of a suitable colorimetric software, where, for example, at least one of the following colorimetric parameters is determined, inter alia:
Δa*, Δb*, ΔC*, DH (δ-Bunttonwinkel) , dL (δ-Helligkeit) , dC (δ-Buntheit) , ddE (δ-Lasur) , FAE (Farbstärke/Farbäquivalent) .Δa *, Δb *, ΔC *, DH (δ-hue angle), dL (δ-brightness), dC (δ-chroma), ddE (δ-glaze), FAE (chroma / color equivalent).
Es kann vorgesehen werden, Proben nach erfolgter Härtung in einem weiteren Schritt aus der Vorrichtung zu entnehmen und nach einer Reifezeit von bspw. 24 Stunden wieder der Vorrichtung zur weiteren Behandlung zuzuführen.It can be provided to remove samples after curing in a further step from the device and after a maturation time of, for example, 24 hours again fed to the device for further treatment.
Ferner sieht die Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur automatisierten Durchführung von Hochdurchsatz- Untersuchungen einer Mehrzahl von Materialen für eine Ober- flächenbeschichtung vor.Furthermore, the invention provides for the use of the method according to the invention or the device according to the invention for the automated performance of high-throughput investigations of a plurality of materials for a surface coating.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, Beschichtungen von Materialien auf entsprechenden Substraten präzise, schnell und insbesondere praxis- bzw. anwendungsnah zu testen. Dabei ist es denkbar, verschiedene Eigenschaften aufgrund einer geeignet gewählten flächigen und zusammenhängenden Ausdehnung einer jeweiligen Beschichtung gleichzeitig zu bestimmen. Das Vorsehen einer flächigen Ausdehnung macht zum Teil das Anwenden bestimmter Charakterisierungs- methoden zur Bestimmung bestimmter Eigenschaften einer Be- schichtung erst möglich. So benötigen bspw. bestimmte Charakterisierungsmethoden einen bestimmten Bereich auf einer Beschichtung, um durchgeführt werden zu können, so dass verwendbare Eigenschafts- bzw. Charakterisierungsaussagen gemacht werden können. Durch eine geeignet gewählte flächige und zusammenhängende Ausdehnung ist es ferner möglich, mehrere Eigenschaften auf ein und derselben Beschichtung zu bestimmen. Durch die flächige Ausdehnung einer zu untersuchenden Beschichtung können weitestgehend Randeffekte in einem einer entsprechenden Charakterisierungsmethode zu unterziehenden Bereich ausgeschlossen werden. Eine flächige Ausdehnung einer zu untersuchenden Beschichtung macht es darüber hinaus möglich, auch originäre Defekte einer Beschichtung erkennen zu können, die erst bei einer bestimmten Größe der Beschichtung auftreten bzw. deutlich erkennbar werden.With the aid of the method according to the invention and / or the device according to the invention, it is possible to test coatings of materials on corresponding substrates precisely, quickly and in particular in a practical or application-oriented manner. It is conceivable to determine various properties simultaneously on the basis of a suitably selected areal and contiguous extent of a respective coating. The provision of a planar expansion makes it possible in part to apply certain characterization methods for determining certain properties of a coating. For example, certain characterization methods require a certain area on a coating in order to be performed, so that useful property or characterization statements can be made. By a suitably selected areal and contiguous extent, it is also possible to determine several properties on the same coating. As a result of the planar expansion of a coating to be examined, it is possible to exclude as far as possible edge effects in a region to be subjected to a corresponding characterization method. An areal extent of a coating to be examined makes it possible in addition to be able to recognize original defects of a coating which only occur or become clearly recognizable with a certain size of the coating.
Materialien, die einem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen werden können, können bspw. , wie bereits erwähnt Lackformulierungen, bestehend aus Lackvorprodukten, insbesondere Pigmentdispersionen, polymere Bindemittel sein, die bspw. breite Anwendungen als Lacke im Kraftfahrzeugbereich finden. Um anwendungsnahe Charakterisierungen eines derartigen Lackes durchführen zu können, ist es auch hier von Vorteil, eine Beschichtung mit einer flächigen und zusammenhängenden Ausdehnung zu erzeugen, die einer auf einem Kraftfahrzeug aufzubringenden Lackschicht sehr nahe kommt. Auf einer derartigen Beschichtung können nunmehr nahezu alle Tests hinsichtlich Eigenschaften durchgeführt werden, die auch für einen Lackfilm bspw. auf einem Kraftfahrzeug erforderlich sind. Darunter fallen bspw. mechanische, physikalische, elektrische oder sonstige messbare Eigenschaften, bspw. Stabilität, bspw. gegenüber Temperaturbelastung, UV- oder optischer Strahlenbelastung, Bewitterung, Stein- schlag oder Erdbeben, Viskosität, Homogenität, Kratzfestigkeit, Härte, Chemikalienbeständigkeit , Bewitterungsbestän- digkeit, Elastizität, Kriechverhalten, Duktilität, Glanz, Rissfestigkeit, Adhäsion, Koloristik und Reologie . Auch ein Bewitterungstest kann hier durchgeführt werden. Um eine Reproduzierbarkeit zu erhalten, ist es von Vorteil, wie bereits erwähnt, pro Substrat genau eine Beschichtung vorzusehen, so dass die beschichteten Substrate untereinander gut vergleichbar sind, da die darauf aufgebrachten Be- schichtungen eine ähnliche „Vorgeschichte" haben.Materials which can be subjected to a process according to the invention can, for example, be, as already mentioned, paint formulations consisting of paint precursors, in particular pigment dispersions, polymeric binders which, for example, find broad applications as paints in the automotive sector. In order to be able to carry out application-oriented characterizations of such a lacquer, it is also advantageous here to produce a coating with a flat and coherent extension which comes very close to a lacquer layer to be applied to a motor vehicle. On such a coating now almost all tests can be performed in terms of properties that are also required for a paint film, for example. On a motor vehicle. These include, for example, mechanical, physical, electrical or other measurable properties, for example stability, for example against temperature load, UV or optical radiation exposure, weathering, stone impact or earthquake, viscosity, homogeneity, scratch resistance, hardness, chemical resistance, weathering resistance, elasticity, creep behavior, ductility, gloss, crack resistance, adhesion, coloristics and rheology. A weathering test can also be carried out here. In order to obtain a reproducibility, it is advantageous, as already mentioned, to provide exactly one coating per substrate, so that the coated substrates are readily comparable with one another, since the coatings applied thereto have a similar "history".
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmten Eigenschaften jeweiliger Beschichtungen können in einer Datenbank abgelegt und durch automatisierte Auswertealgorithmen be- bzw. verarbeitet werden und können ggf. automatisch verwendet werden, um einen für einen bestimmten Anwendungsbereich optimierten Formulierungsvorschlag zu konzipieren.The properties of respective coatings determined in the method according to the invention can be stored in a database and processed by automated evaluation algorithms and, if appropriate, can be used automatically in order to design a formulation proposal optimized for a specific field of application.
Ferner kann vorgesehen werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren durch ein geeignetes Datenmanagement protokolliert und ggf. geplant wird.Furthermore, it can be provided that the method according to the invention is logged by a suitable data management and possibly planned.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, ein Material, d.h. in der Regel eine Flüssigformulierung, wie bspw. eine pigmenthaltige Dispersion in Bezug auf mehrere relevante Parameter zu optimieren. Dabei können bspw. für eine Beschichtung relevante Eigenschaften, wie mechanische, farbliche, Haftungs- und Chemikalienbeständigkeitseigenschaften gegeneinander abgewogen und daraus eine optimierte Formulierung für eine bestimmte Anwendung abgeleitet werden.With the aid of the method according to the invention it is possible to use a material, i. usually a liquid formulation, such as to optimize a pigmented dispersion with respect to several relevant parameters. In this case, for example, properties relevant for a coating, such as mechanical, color, adhesion and chemical resistance properties, can be weighed against one another and from this an optimized formulation for a specific application can be derived.
Durch das Vorsehen eines zumindest teilweise modularen Auf- baus der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ferner möglich, einzelne Teile der Vorrichtung in Form von Modulen auszutauschen und/oder zu ergänzen. Der modulare Aufbau macht die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr anwenderfreundlich und in ihrer Anwendung weitestgehend flexibel.By providing an at least partially modular construction of the device according to the invention, it is also possible to use individual parts of the device in the form of modules exchange and / or supplement. The modular design makes the device according to the invention very user-friendly and largely flexible in its application.
Ferner kann vorgesehen werden, Algorithmen zur Fehlerbehandlung als weiteren Schritt in das erfindungsgemäße Verfahren zu integrieren. Dabei kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen werden, Sensoren, die einen aufgetretenen Defekt anzeigen können, vorzusehen, die eine einstellbare Fehlerbehandlung auslösen können. Dabei kann es sich je nach auftretendem Defekt bspw. um ein Stoppen der gesamten Vorrichtung handeln oder aber um ein schrittweises Beenden zu der Zeit aktuell durchgeführter Verfahrens- schritte, um die Durchführung weiterer Verfahrensschritte zur Fehlerbehebung oder um ein Verwerfen der aktuell bearbeiteten Probe einzuleiten.Furthermore, it can be provided to integrate algorithms for error treatment as a further step in the method according to the invention. It can be provided in the device according to the invention, sensors that can indicate a defect occurred, provide that can trigger an adjustable error treatment. Depending on the defect occurring, it may be, for example, a stopping of the entire device or else a gradual termination at the time of currently performed process steps in order to initiate further process steps for troubleshooting or discarding the currently processed sample.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Charakterisierungsmethoden angewandt werden, die sehr nah an entsprechend industrielle Prozesse angeglichen sind.By means of the method according to the invention and / or the use of the device according to the invention, characterization methods can be used which are adapted very closely to corresponding industrial processes.
Das Verfahren kann in all seinen Schritten automatisiert ausgeführt werden, was im Folgenden nochmals zusammenge- fasst erläutert werden soll.The process can be carried out automatically in all its steps, which will be explained again in summary below.
Das Bereitstellen der Materialien aus der Mehrzahl der Ma- terialen innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls um- fasst dabei dann ein automatisiertes Herstellen der jeweiligen Materialen. Ein derartig automatisiertes Herstellen umfasst bspw. im Falle einer pigmenthaltigen Dispersion ein automatisiertes Einwiegen mindestens eines Pigments und mindestens eines Lacks in mindestens ein Gefäß und ein automatisiertes Homogenisieren durch ein automatisiertes Schütteln oder ein anderes geeignetes Verfahren, so dass eine pigmenthaltige Dispersion entsteht. Es ist bspw. denkbar das ein automatisiertes Herstellen einer Flüssigformulierung darin besteht, dass verschiedene die Flüssigformulierung bildende Komponenten in einem Gefäß zusammengebracht werden, wobei wenigstens eine der Komponenten automatisiert in das Gefäß eindosiert wird. Bei dem Gefäß kann es sich zweckmäßigerweise um ein Glas oder ein Fläschchen mit Schraubverschluss oder Schnappverschluss, bevorzugt bei einem Volumen von 1 bis 100 ml handeln. Die Art des Zusam- menbringens unterliegt hierbei keiner Beschränkung soweit sie automatisiert durchgeführt werden kann. Das Zusammenbringen der die entsprechende Flüssigformulierung charakterisierenden Komponenten kann durch Vorlegen einer oder mehrerer Komponenten, insbesondere einer Komponente, automatisches Eindosieren einer oder mehrerer Komponenten und/oder automatisches Entnehmen, insbesondere Pipettieren einer o- der mehrerer Komponenten aus einem oder mehreren Vorratsbehältern erfolgen. Es ist dabei denkbar, dass das Gefäß zunächst leer vorliegt und wenigstens eine Komponente in einer definierten Menge automatisiert aus einem Vorratsbehälter in das leere Gefäß pipettiert oder dosiert wird. In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Zusammenbringen der eine entsprechende Flüssigformulierung charakterisierenden Komponenten in dem Gefäß mittels mindestens eines geeigneten Roboters durchgeführt. Es ist auch möglich, dass Dosier-, Pipettier- und/oder Verdünnungsschritte parallel für mehrere Proben gleichzeitig durchgeführt werden.The provision of the materials from the plurality of materials within a predetermined time interval then includes an automated production of the respective materials. In the case of a pigment-containing dispersion, such an automated production comprises, for example, automated weighing of at least one pigment and at least one lacquer into at least one vessel and automated homogenization by means of automated shaking or another suitable process, such that a pigment-containing dispersion is formed. It is, for example, conceivable that an automated production of a liquid formulation consists in bringing together various components forming the liquid formulation in a vessel, wherein at least one of the components is automatically metered into the vessel. The vessel may conveniently be a glass or vial with screw cap or snap closure, preferably at a volume of 1 to 100 ml. The nature of the combination is subject to no restriction insofar as it can be carried out automatically. The bringing together of the corresponding liquid formulation characterizing components can be done by presenting one or more components, in particular a component, automatic dosing of one or more components and / or automatic removal, in particular pipetting one or more components from one or more storage containers. It is conceivable that the vessel is initially empty and at least one component in a defined amount is automatically pipetted from a reservoir into the empty vessel or dosed. In one possible embodiment of the method according to the invention, the components corresponding to a corresponding liquid formulation are brought together in the vessel by means of at least one suitable robot. It is also possible that metering, pipetting and / or dilution steps are carried out in parallel for several samples at the same time.
Zur Herstellung von Pigmentdispersionen kann das automatisierte Herstellen des Gemischs durch ein automatisiertes Einwiegen mindestens eines Pigments und von mindestens einer weiteren Einsatzkomponente in mindestens einem Gefäß erfolgen. Ferner ist es möglich zur Herstellung von Lackformulierungen die mindestens eine Pigmentformulierung in verschiedenen Dosierungen mit dem mindestens einen Lack in ein Gefäß einzuwiegen. Auch hier kann wieder ein geeigneter Roboter eingesetzt werden. Nach Durchführung des Einwiegens kann ein Homogenisierungsschritt automatisiert vorgesehen werden, um eine gewünschte Flüssigformulierung zu erhalten. Die Durchführung des Homogenisierens unterliegt dabei keiner Beschränkung, soweit eine automatisierte Durchführung möglich ist. Vorzugsweise erfolgt das Homogenisieren durch Ultrathurrax, Rühren, Ultraschalldispergieren und/oder Rütteln. Wird ein Rütteln durchgeführt, so wird das Gefäß vor dem Rütteln automatisiert verschlossen, während bei Ultra- schalldispergierung, Rühren oder Ultrathurrax das Gefäß nachher automatisiert verschlossen wird. Vorzugsweise erfolgt das Verschließen mittels eines geeigneten Roboters. Vorteilhafterweise kann die Homogenisierzeit automatisch steuerbar geändert und eingestellt werden. Dabei können auch mehrere Flüssigformulierungen parallel homogenisiert werden.For the preparation of pigment dispersions, the automated production of the mixture can be effected by an automated weighing of at least one pigment and of at least one further use component in at least one vessel. It is also possible for the preparation of paint formulations to weigh the at least one pigment formulation in different dosages with the at least one paint in a vessel. Again, a suitable robot can be used again. After weighing, a homogenization step may be automated to obtain a desired liquid formulation. The implementation of the homogenization is subject to no restriction, as far as an automated implementation is possible. Homogenization is preferably carried out by ultrathurrax, stirring, ultrasonic dispersion and / or shaking. If shaking is carried out, the vessel is auto- matically closed before shaking, whereas in the case of ultrasonic dispersion, stirring or ultrathurrax, the vessel is subsequently auto- matically sealed. The closure preferably takes place by means of a suitable robot. Advantageously, the homogenization time can be automatically changed and adjusted in a controllable manner. Several liquid formulations can be homogenized in parallel.
Es kann vorgesehen sein, dass verwendete Teile, wie bspw. Gefäße, Rakeln, Messsonden automatisch gereinigt oder als Einwegteile ohne Notwendigkeit einer Reinigung verwendet werden.It can be provided that parts used, such as, for example, vessels, doctor blades, measuring probes, are automatically cleaned or used as disposable parts without the need for cleaning.
Ferner kann vorgesehen werden, dass eine Flüssigformulierung automatisiert temperiert und/oder abgekühlt wird, wobei ggf. gleichzeitig vermischt, bspw. geschüttelt, werden kann. Zweckmäßigerweise ist hierbei die Temperier- oder Abkühlzeit automatisch steuerbar und einstellbar. Es können auch mehrere Flüssigformulierungen parallel temperiert und/oder abgekühlt werden. Bei Herstellung bestimmter Flüssigformulierungen, wie bspw. einer pigmenthaltigen Dispersion kann das automatisierte Homogenisieren durch ein auto- matisiertes Schütteln erfolgen, so dass eine Flüssigformulierung entsteht. Vor dem automatisierten Schütteln erfolgt dabei ein automatisiertes Schließen des mindestens einen Gefäßes, in welchem die verschiedenen die Flüssigformulierung bildenden Komponenten eingewogen wurden. Das mindestens eine Gefäß kann dabei mittels eines Roboters geschlossen werden. Ferner kann das geschlossene Gefäß von dem Roboter zum automatisierten Schütteln in eine Disper- giervorrichtung, vorzugsweise ein Dispergieraggregat , besonders bevorzugt eines Skandex-Dispergieraggregat oder einem Speedmixer, gegeben werden. Die Dispergierzeit kann automatisch steuerbar geändert und eingestellt werden. Je nach Dispergierzeit ergeben sich Dispersionen mit unterschiedlicher Teilchengrößenverteilung und somit auch mit unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere unterschiedlichen koloristischen Eigenschaften. Es ist denkbar als Behältnisse für Einsatzstoffe, als Dosierbehälter, als Mischbehälter, als Vorratsbehälter für formulierte Materialien und als Behältnisse, aus denen heraus eine entsprechende Formulierung auf die zu beschichtende Oberfläche eines Substrats aufgebracht wird, spritzenartige Gefäße vorzusehen. Dabei können mehrere Funktionen auch durch ein spritzenartiges Gefäß übernommen werden. Dadurch wird der Reinigungsaufwand drastisch verringert. Bei den spritzenartigen Gefäßen handelt es sich häufig um Einwegbehältnisse.Furthermore, it can be provided that a liquid formulation is automatically tempered and / or cooled, it being possible at the same time mixed, for example, shaken, can be. Appropriately, in this case the tempering or cooling time is automatically controlled and adjustable. It is also possible to temper and / or cool several liquid formulations in parallel. In the case of the production of certain liquid formulations, such as, for example, a dispersion containing pigment, automated homogenization can be achieved by an automatic be done by shaking, so that a liquid formulation is formed. Before the automated shaking, an automated closing of the at least one vessel takes place, in which the various components forming the liquid formulation were weighed. The at least one vessel can be closed by means of a robot. Furthermore, the closed vessel can be given by the robot for automated shaking into a dispersing device, preferably a dispersing unit, particularly preferably a Skandex dispersing unit or a speed mixer. The dispersion time can be changed and adjusted automatically. Depending on the dispersion time, dispersions having different particle size distributions and thus also having different properties, in particular different coloristic properties, are obtained. It is conceivable as containers for feedstocks, as a metering container, as a mixing container, as a reservoir for formulated materials and as containers from which an appropriate formulation is applied to the surface of a substrate to be coated to provide syringe-like vessels. Several functions can also be taken over by a syringe-like vessel. As a result, the cleaning effort is drastically reduced. The syringe-like vessels are often disposable containers.
Ferner ist es denkbar, bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft einer jeweiligen Beschichtung automatisiert vorzunehmen. Bei den Eigenschaften kann es sich dabei bspw. um mechanische, physikalische, elektrische oder sonstige messbare Eigenschaften, bspw. die Stabilität, bspw. gegenüber Temperaturbelastung, UV- oder optischer Strahlenbelastung, Bewitterung, Steinschlag oder Erdbeben, Viskosität, Homogenität, Kratzfestigkeit, Härte, Chemikalienbeständigkeit, Bewitterungsbeständigkeit, Elastizität, Kriechverhalten, Duktilität, Glanz, Rissfestigkeit, Adhäsion handeln. Ein Vermessen der Viskosität kann dabei bspw. durch automatisierte Viskositätsmessungen erfolgen. Für eine Homogenitätsprüfung kann ein automatisiertes spektrokoskopisches Verfahren wie Raman- , NIR- und/oder IR-Spektrometrie und/oder Bildanalyse eingesetzt werden. Es ist denkbar eine oder mehrere Untersuchungen parallel oder nacheinander durchzuführen. Die zur Bestimmung der jeweiligen Eigenschaften verwendeten Messsysteme, bspw. ein Rotationskörper eines Reometers, können bei Bedarf automatisch gereinigt werden. Eine Viskositätsmessung kann mit jedem Viskosimeter durchgeführt werden, bspw. einem Rotationsviskosimeter . Die Homogenität kann über eine Bildanalyse mit verschiedenen Helligkeitsstufen bestimmt werden. Zur Bestimmung einer jeweiligen Eigenschaft kann das mit einer entsprechenden Be- schichtung versehende Substrat mittels eines achsenmontierten, bevorzugt mehrachsigen Manipulationssystems, bspw. eines Roboters zu einem entsprechenden Messort gebracht werden.Furthermore, it is conceivable to carry out the determination of the at least one property of a respective coating in an automated manner when carrying out the method according to the invention. The properties may be, for example, mechanical, physical, electrical or other measurable properties, for example the stability, for example against thermal stress, UV or optical radiation exposure, weathering, stone chipping or earthquakes, viscosity, homogeneity, scratch resistance, hardness, chemical resistance, Weathering resistance, elasticity, creep behavior, ductility, gloss, crack resistance, adhesion act. A measurement of the viscosity can take place, for example, by automated viscosity measurements. For a homogeneity test, an automated spectroscopic method such as Raman, NIR and / or IR spectrometry and / or image analysis can be used. It is conceivable to carry out one or more investigations in parallel or in succession. The measurement systems used to determine the respective properties, for example a rotation body of a re-meter, can be automatically cleaned if necessary. A viscosity measurement can be carried out with any viscometer, for example a rotation viscometer. The homogeneity can be determined by an image analysis with different brightness levels. To determine a respective property, the substrate provided with a corresponding coating can be brought to a corresponding measuring location by means of an axis-mounted, preferably multiaxial manipulation system, for example a robot.
Zum Aufbringen eines Materials aus der Mehrzahl von Materialien auf die mindestens eine Oberfläche des mindestens einen Substrats und der Erzeugung einer Beschichtung kann ein geeigneter Roboter eingesetzt werden, welcher mittels einer Entnahmeeinheit, vorzugsweise einer Spritze, eine gewünschte Menge an Material, wie bspw. an Lackformulierung, entnimmt. Um dabei beim Ansaugen bspw. einer pigmenthaltigen Dispersion zu vermeiden, den Spritzeneingang zu verstopfen, kann eine Einwegspritze nur jeweils 2 bis 4 mm eingetaucht werden, wobei die Eintauchtiefe vorzugsweise durch eine Entfernungsmessung gewährleistet oder von einer Steuereinheit berechnet wird. Eine Auswertung der bestimmten Eigenschaften der jeweiligen BeSchichtungen erfolgt mittels einer geeigneten Software, wobei ggf. das Bestimmen einer bestimmten Eigenschaft einer zu untersuchenden Beschichtung abgebrochen werden kann, sobald die zu untersuchende Beschichtung sich als ungeeignet erweist. Die Auswertung kann auch eine Dokumentation der untersuchten Beschichtungen der jeweiligen Materialien, des Herstellungsablaufs und der Messergebnisse umfassen.For applying a material of the plurality of materials to the at least one surface of the at least one substrate and the production of a coating, a suitable robot can be used, which by means of a removal unit, preferably a syringe, a desired amount of material, such as, for example, paint formulation , takes off. In order to prevent the syringe inlet during suction, for example, a pigment-containing dispersion to block the syringe input, a disposable syringe can be immersed only 2 to 4 mm, the immersion depth is preferably ensured by a distance measurement or calculated by a control unit. An evaluation of the specific properties of the respective coatings is carried out by means of a suitable software, it being possible to stop the determination of a specific property of a coating to be examined as soon as the coating to be examined proves to be unsuitable. The evaluation may also include a documentation of the examined coatings of the respective materials, the production process and the measurement results.
Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Vorrichtung sind insbesondere dazu geeignet im Bereich von Lackbeschichtungen Anwendung zu finden, wie bspw. im Bereich der Autoindustrie. Ferner kann die Erfindung jedoch auch für Beschichtungen in anderen Industriebereichen, im Deco-Bereich, im Bereich der Holzver- bzw. -bearbeitung, im Bereich des Bau- bzw. Architekturgewerbes und anderen Bereichen, in denen Beschichtungen der im Rahmen der Erfindung genannten Art vorzusehen sind, eingesetzt werden. The method according to the invention and / or the device according to the invention are particularly suitable for use in the area of paint coatings, for example in the automotive industry. However, the invention can also be used for coatings in other industrial sectors, in the deco sector, in the field of woodworking or processing, in the field of construction or architectural industries and other areas in which to provide coatings of the type mentioned in the invention are to be used.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur automatisierten Durchführung von Hochdurchsatz-Untersuchungen einer Mehrzahl von Materialien für Oberflächenbeschichtungen, bei demA method of automated high-throughput inspection of a plurality of surface coating materials, wherein
(a) die Materialen aus der Mehrzahl der Materialien innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls bereitgestellt werden;(a) the materials of the plurality of materials are provided within a predetermined time interval;
(b) mindestens eine Oberfläche mindestens eines Substrats mit den jeweiligen bereitgestellten Materialien unter Erzeugung einer jeweiligen Beschichtung beschichtet wird,(b) coating at least one surface of at least one substrate with the respective provided materials to form a respective coating,
(c) die jeweils erzeugten Beschichtungen gehärtet oder physikalisch getrocknet werden, und(c) the respective coatings produced are cured or physically dried, and
(d) mindestens eine Eigenschaft von jeder der erzeugten jeweiligen Beschichtungen bestimmt wird, wobei die erzeugten jeweiligen Beschichtungen je eine parallel zur Oberfläche des Substrats verlaufende flächige und zusammenhängende Ausdehnung von mindestens 25cm2 aufweisen.(D) at least one property of each of the generated respective coatings is determined, wherein the respective coatings produced each have a parallel to the surface of the substrate extending areal and contiguous extent of at least 25cm 2 .
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die flächige Ausdehnung in einem Bereich von 25 cm2 bis 2000 cm2 liegt, insbesondere in einem Bereich von 25 cm2 bis 200 cm2, insbesondere 36cm2 und dabei insbesondere 6cm x 6cm beträgt oder 123,25cm2 und dabei insbesondere 8,5cm x 14,5cm beträgt .2. The method of claim 1, wherein the areal extent is in a range of 25 cm 2 to 2000 cm 2 , in particular in a range of 25 cm 2 to 200 cm 2 , in particular 36cm 2 and in particular 6cm x 6cm or 123 , 25cm 2 and is especially 8.5cm x 14.5cm.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die mindestens eine Oberfläche des mindestens einen Substrats mit weniger als sechs Beschichtungen jeweils unterschiedlicher Materialien beschichtet wird. 3. The method of claim 1 or 2, wherein the at least one surface of the at least one substrate is coated with less than six coatings each of different materials.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die mindestens eine Oberfläche des mindestens einen Substrats mit genau einer Beschichtung eines Materials aus der Mehrzahl von Materialien beschichtet wird.4. The method of claim 3, wherein the at least one surface of the at least one substrate is coated with precisely one coating of a material of the plurality of materials.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Mehrzahl der Materialien größer oder gleich 25, insbesondere größer oder gleich 50, insbesondere größer o- der gleich 100 ist, insbesondere unterschiedliche Materialien umfasst und insbesondere innerhalb eines Zeitintervalls von 24 Stunden aus bis zu 100 Einsatzstoffen hergestellt wird.5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the plurality of materials greater than or equal to 25, in particular greater than or equal to 50, in particular greater than or equal to 100, in particular comprises different materials and in particular within a time interval of 24 hours up to 100 feedstocks is produced.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Materialien nacheinander oder parallel bereitgestellt werden.A method according to any one of the preceding claims, wherein the materials are provided sequentially or in parallel.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem unter Verwendung flüssiger und fester Einsatzstoffe, insbesondere von Pigmenten, Aerosilen, sogenannten Füllern und Additiven mindestens ein homogenes Material, insbesondere ein molekular oder partikulär disperses Material bereitgestellt wird.7. The method according to any one of the preceding claims, wherein using liquid and solid starting materials, in particular of pigments, aerosils, so-called fillers and additives at least one homogeneous material, in particular a molecular or particulate disperse material is provided.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die erzeugten jeweiligen Beschichtungen in einem oder mehreren weiteren Schritten gehärtet oder physikalisch getrocknet werden .8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the respective coatings produced are cured or physically dried in one or more further steps.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Schritte des Bereitsteilens und des Beschichtens und gegebenenfalls des Härtens für verschiedene Materialien aus der Mehrzahl von Materialien zumindest zum Teil parallel ausgeführt werden. A method according to any one of the preceding claims, wherein the steps of providing and coating, and optionally curing, are carried out, at least in part, in parallel for different materials of the plurality of materials.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die erzeugte jeweilige Beschichtung durch UV-Licht, sowohl unter Sauerstoff-haltiger Atmosphäre als auch inert, und/oder NIR-Licht und/oder durch Temperatureinwirkung gehärtet wird.10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the generated respective coating is cured by UV light, both under an oxygen-containing atmosphere and inert, and / or NIR light and / or by the action of temperature.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die erzeugte jeweilige Beschichtung nacheinander für eine jeweils definierbare Zeitdauer mehreren Härtungsschritten in wählbaren Reihenfolgen unterzogen wird.11. The method of claim 10, wherein the generated respective coating is successively subjected to a plurality of curing steps in selectable orders for a definable period of time.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Oberfläche des mindestens einen Substrats mit mehreren Beschichtungen der Materialien aus der Mehrzahl der Materialien unter Erzeugung mindestens einer Mehrschichtbeschichtung beschichtet wird.12. The method of claim 1, wherein the at least one surface of the at least one substrate is coated with a plurality of coatings of the materials of the plurality of materials to form at least one multi-layer coating.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die mehreren Beschichtungen nacheinander aufgebracht werden, wobei zwischen dem Aufbringen zweier aufeinanderfolgender Beschichtungen die zuerst aufgebrachte Beschichtung bei Bedarf gehärtet werden kann.13. The method of claim 12, wherein the plurality of coatings are applied sequentially, wherein between the application of two successive coatings, the first applied coating can be cured if necessary.
14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die jeweiligen Beschichtungen durch Rakeln und/oder Sprühen und/oder Tauchen hergestellt werden.14. The method according to any one of the preceding claims, wherein the respective coatings are prepared by doctoring and / or spraying and / or dipping.
15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem verwendete Teile, insbesondere Gefäße, Rakeln, Messsonden, automatisch gereinigt oder als Einwegteile verwendet werden.15. The method according to any one of the preceding claims, in which used parts, in particular vessels, doctor blades, probes, automatically cleaned or used as disposable parts.
16. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die jeweiligen Beschichtungen mit einer jeweiligen Schichtdicke, die im Bereich von 2μm bis 500μm liegt, hergestellt werden.16. The method according to any one of the preceding claims, wherein the respective coatings with a respective Layer thickness, which is in the range of 2 .mu.m to 500 .mu.m, are produced.
17. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die jeweiligen Beschichtungen jeweils mit einer einen definierbaren Gradienten aufweisenden Schichtdicke hergestellt werden.17. The method according to any one of the preceding claims, wherein the respective coatings are each prepared with a definable gradient having layer thickness.
18. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Eigenschaft, die bestimmt wird, eine mechanische, elektrische oder andere messbare Eigenschaft ist, die insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Stabilität - bspw. gegenüber Temperaturbelastung, UV- oder optischer Strahlenbelastung, Bewitterung, Steinschlag oder Erdbeben - Viskosität, Homogenität, Kratz- festigkeit, Härte, Chemikalienbeständigkeit, Bewitterungs- beständigkeit , Elastizität, Kriechverhalten, Duktilität, Glanz, Rissfestigkeit, Adhäsion, Farbmetrik, visuell wahrnehmbare Defekte, wie bspw. Blasen.18. The method according to claim 1, wherein the at least one property that is determined is a mechanical, electrical or other measurable property, which is in particular selected from the group consisting of: stability - for example against temperature load, UV or optical radiation exposure, weathering, rockfall or earthquake - viscosity, homogeneity, scratch resistance, hardness, chemical resistance, weathering resistance, elasticity, creep behavior, ductility, gloss, crack resistance, adhesion, colorimetry, visually perceptible defects, such as, for example, blisters.
19. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Eigenschaft mittels einer konventionellen Charakterisierungsmethode bestimmt wird.19. The method according to any one of the preceding claims, wherein the at least one property is determined by a conventional characterization method.
20. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem das mindestens eine Substrat aus einem Stoff hergestellt ist, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die mindestens Holz, Metall, Glas, Keramik, Papier und Kunststoff umfasst .20. The method of claim 1, wherein the at least one substrate is made of a substance selected from a group comprising at least wood, metal, glass, ceramics, paper and plastic.
21. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Oberfläche des mindestens einen Substrats eine Größe von 14,5cm x8,5cm und eine Dicke bis zu lern aufweist. 21. The method of claim 1, wherein the at least one surface of the at least one substrate has a size of 14.5 cm x 8.5 cm and a thickness up to learning.
22. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein Teil der Materialien aus der Mehrzahl der Materialien in Form einer jeweiligen Flüssigformulierung unter Zudosierung und/oder Dispergierung geeigneter Flüssigkeiten und/oder Feststoffe bereitgestellt wird.22. The method according to any one of the preceding claims, wherein at least a portion of the materials from the plurality of materials is provided in the form of a respective liquid formulation with metered addition and / or dispersion of suitable liquids and / or solids.
23. Vorrichtung zur automatisierten Durchführung von Hochdurchsatz-Untersuchungen einer Mehrzahl von Materialien für Oberflächenbeschichtungen, wobei die Vorrichtung mindestens die folgenden Stationen umfasst:23. An apparatus for the automated performance of high-throughput investigations of a plurality of materials for surface coatings, the device comprising at least the following stations:
(A) eine Dosier- oder Formulierungsstation, bei welcher die Materialen aus der Mehrzahl der Materialien innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls bereitgestellt werden können;(A) a metering or formulation station wherein the materials of the plurality of materials can be provided within a predetermined time interval;
(B) eine Beschichtungsstation, bei welcher mindestens eine Oberfläche mindestens eines Substrats mit den jeweiligen bereitgestellten Materialien unter Erzeugung einer jeweiligen Beschichtung beschichtet werden kann, wobei auf die mindestens eine Oberfläche des mindestens einen Substrats maximal fünf, insbesondere nur eine Beschichtung appliziert wird,(B) a coating station, in which at least one surface of at least one substrate can be coated with the respective provided materials to produce a respective coating, wherein at least one surface of the at least one substrate is applied to a maximum of five, in particular only one coating,
(C) eine Härtungsstation und/oder Trocknungsstation,(C) a curing station and / or drying station,
(D) eine Charakterisierungsstation, bei welcher mindestens eine Eigenschaft von jeder der erzeugten jeweiligen Be- schichtungen bestimmt werden kann, und(D) a characterization station in which at least one property of each of the generated respective coatings can be determined, and
(E) eine Auswerteeinheit und/oder eine Schnittstelle zu einem Daten-Management zur kontrollierten Variation der Zusammensetzung der Formulierung, der Prozessparameter und/oder der Charakterisierung auf Materialeigenschaften.(E) an evaluation unit and / or an interface to a data management for the controlled variation of the composition of the formulation, the process parameters and / or the characterization on material properties.
wobei die Stationen zumindest zum Teil modular aufgebaut sind. wherein the stations are at least partially modular.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, bei der die Formulierungsstation einen sogenannten Speedmixer umfasst.24. The device according to claim 23, wherein the formulation station comprises a so-called speed mixer.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, bei der pH-Wert und/oder Viskosität der bereitzustellenden Materialien automatisch einstellbar sind.25. Apparatus according to claim 23 or 24, wherein the pH and / or viscosity of the materials to be provided are automatically adjustable.
26. Vorrichtung nach Anspruch 23, 24 oder 25, bei der mindestens ein Behältnis bereitstellt ist, welches dazu geeignet ist, sowohl darin mindestens ein Material aus der Mehrzahl der Materialien bereitzustellen als auch daraus das mindestens eine bereitgestellte Material aus der Mehrzahl der Materialien auf die mindestens eine Oberfläche des mindestens einen Substrats zur Erzeugung einer Beschichtung aufzubringen .26. The apparatus of claim 23, 24 or 25, wherein at least one container is provided which is adapted to both provide therein at least one material of the plurality of materials and from thereon the at least one provided material of the plurality of materials on the to apply at least one surface of the at least one substrate to produce a coating.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, wobei die Vorrichtung zusätzlich noch als zusätzliches Element aufweist:27. Device according to one of claims 23 to 26, wherein the device additionally has as an additional element:
(F) ein achsenmontiertes, bevorzugt mehrachsiges Manipulationssystems, insbesondere einen Roboter.(F) an axle-mounted, preferably multi-axis manipulation system, in particular a robot.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 27, wobei die Auswerteeinheit mindestens eine Recheneinheit zur Datenerfassung und/oder Datenauswertung aufweist und Ablaufpläne und Zusammensetzungen von Materialien elektronisch von anderen Rechnern, bspw. über ein externes Daten- Management, oder als Dateien übernimmt.28. Device according to one of claims 23 to 27, wherein the evaluation unit has at least one arithmetic unit for data acquisition and / or data evaluation and electronically from other computers, eg. About an external data management, or as files accepts schedules and compositions of materials.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 28, bei der Proben nach erfolgter Härtung aus der Vorrichtung entnommen und nach einer vorgegebenen Reifezeit wieder eingebracht werden können. 29. Device according to one of claims 23 to 28, taken in the sample after curing from the device and can be re-introduced after a predetermined maturation time.
30. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 22 oder der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 29 zur Durchführung von Hochdurchsatz-Untersuchungen einer Mehrzahl von Materialien für Oberflächenbeschichtungen. 30. Use of the method according to one of claims 1 to 22 or the device according to one of claims 23 to 29 for carrying out high-throughput investigations of a plurality of materials for surface coatings.
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