Способ нанесения порошковых покрытий на неметаллические основы

Способ нанесения порошковых покрытий на неметаллические основы

Реферат

Изобретение относится к способу нанесения порошковых покрытий на неметаллические основы, такие как древесина или пластмасса, материалы на основе гипса и цемента, а также композиционные материалы, предпочтительно древесно-волокнистые плиты средней плотности (medium density fibre board, MDF) или другие основы, выполненные из материалов на основе целлюлозы.

Порошковые покрытия обычно наносят на электропроводящие металлические основы. Осаждение порошкового покрытия на электропроводящие материалы усиливается электростатическими силами. Порошок заряжается под действием трения (трибоэлектрический заряд) или коронарного разряда. Затем заряженный порошок напыляют на заземленную основу. Электростатический заряд на частицах порошкового покрытия позволяет нанести равномерный порошковый слой на основу, а также обуславливает временное сцепление порошка с поверхностью основы. Прочность этого сцепления достаточна, чтобы позволить транспортировать изделия с покрытием с участка, где производилось нанесение порошка, в печь для отверждения, в которой порошок плавится и образует сплошную пленку на основе. Для успешного нанесения порошковых покрытий важное значение имеет электропроводность металлических основ.

Использование порошковых покрытий для покрытия неметаллических основ обладает преимуществами с точки зрения охраны окружающей среды, поскольку оно позволяет уменьшить выделение летучих органических соединений и отходы покрытий. Однако нанести покрытие на, по существу, непроводящие основы гораздо сложнее, чем на металлические основы. Поверхностная электропроводность большинства неметаллических материалов, таких как древесные композиционные материалы или пластмассы, недостаточна для эффективного заземления основы. Поэтому осаждению порошка на эти основы не помогает электростатическое притяжение, а это часто приводит к неравномерному осаждению порошка и плохому сцеплению порошка с основой перед отверждением нанесенного порошкового покрытия.

Для решения этой проблемы в прошлом исследовались различные технологические процессы.

В статье "Порошковые покрытия основ из древесных материалов" ("Powder Coating of Wood based Substrates". H.Bauch, JOT 1998, vol.10, p.401f) описана предварительная обработка основы жидкой электропроводящей грунтовкой перед нанесением порошка. Эта грунтовка повышает поверхностную электропроводность в достаточной степени, чтобы позволить произвести электростатическое осаждение верхнего порошкового слоя. Однако этот процесс требует дополнительной операции нанесения покрытия с возможной промежуточной пескоструйной обработкой между нанесением грунтовки и процессом нанесения порошкового покрытия, что удорожает процесс нанесения покрытия в целом.

В той же работе описаны другие предложения по предварительной обработке непроводящих основ, например повышение поверхностной электропроводности путем сушки высокочастотным переменным напряжением или использование ультрафиолетового (УФ) отверждения порошковых покрытий без предварительной обработки. Проблема заключается в получении равномерных покрытий, особенно для конструкционных основ, и получение покрытий с требуемыми укрывными или матирующими свойствами.

В DE-A 19533858 описан предварительный нагрев плит MDF излучением сверхвысокой частоты (СВЧ-нагрев) перед нанесением порошкового покрытия. При этом предполагается, что СВЧ-нагрев вызывает временное повышение влагосодержания на поверхности MDF, которое снижает поверхностное удельное сопротивление. Однако СВЧ-нагрев больших объектов, типа плит MDF, неэкономичен и, кроме того, равномерный СВЧ-нагрев таких больших объектов сложно реализовать.

Еще один известный способ заключается в напылении на поверхности неметаллических основ воды перед нанесением покрытия для того, чтобы повысить поверхностную электропроводность. Недостаток этого решения состоит в том, что во время процесса плавления/отверждения под порошковой пленкой образуется водяной пар, что приводит к пористости и плохому сцеплению порошка.

Следующий известный способ предварительной обработки заключается в воздействии сухим теплом на непроводящую основу типа древесных композиционных материалов или натуральной древесины с последующим нанесением порошка на горячую поверхность. Например, в ЕР-А933140 описано использование инфракрасного излучения для предварительного нагрева плиты. После этого на плиту, имеющую определенную температуру поверхности (например, 55°С), наносится порошок. Недостаток этого способа состоит в том, что из-за потери тепла кромки плит часто не имеют достаточного покрытия.

Предложенный в данном изобретении способ позволяет решить перечисленные выше недостатки известных способов.

Краткое изложение сущности изобретения

В основу настоящего изобретения положена задача создания способа нанесения порошковых покрытий на непроводящую основу, в котором предварительно обрабатывают основу паром перед электростатическим нанесением порошкового покрытия. Этот простой и надежный способ предварительной обработки позволяет эффективно наносить порошковые покрытия на непроводящие основы с равномерным осаждением по всей поверхности, включая кромки, и без отрицательного воздействия на последующее отверждение порошковой пленки.

Подробное описание изобретения

В предложенном способе поверхность непроводящей основы подвергают воздействию совокупности пара и тепла при температурах от 70 до 140°С в течение периода времени от 5 секунд до 10 минут, после чего осуществляют электростатическое осаждение материала порошкового покрытия на заземленную основу.

Предпочтительно, температура предварительной обработки составляет от 80 до 130°С, а период предварительной обработки длится от 5 секунд до 5 минут.

Чтобы исключить возможность выделения воды через порошковую пленку во время процесса плавления/отверждения, которое приводит к дефектам пленки, таким как поверхностные пузыри, необходимо точно контролировать параметры температуры и времени предварительной обработки паром и теплом в зависимости от обрабатываемой основы.

В предложенном способе важно применять такую комбинацию пара и тепла, при которой обрабатываемая поверхность не становится влажной и не имеет конденсата на поверхности.

Основу, на которую необходимо нанести покрытие предложенным способом, помещают в насыщенную паром атмосферу (или атмосферу насыщенного пара) при упомянутой выше температуре на указанный интервал времени.

Паровую камеру можно нагревать снаружи, чтобы поддерживать ее внутреннюю температуру.

Чтобы отрегулировать температуру до необходимого значения, можно также применять пар под высоким давлением, имеющий подходящую температуру. Паровую обработку можно также осуществлять посредством пропускания деталей, на которые наносится покрытие, перед паровыми соплами, предназначенными для равномерного покрытия всей площади поверхности.

После паровой и тепловой предварительной обработки на заземленную основу наносят порошковое покрытие. Температура поверхности основы во время нанесения порошка может быть в интервале между комнатной температурой и 90°С. Предпочтительно наносить порошок при температуре ниже температуры стеклования материала порошкового покрытия. Типичная температура стеклования порошкового покрытия составляет от 45 до 70°С.

После паровой и тепловой предварительной обработки и перед нанесением порошка на поверхность основы предпочтительно использовать период стабилизации от 5 секунд до 5 минут, например, от 30 секунд до 1 минуты.

Материалом порошкового покрытия, используемым для предложенного способа, может быть любой термоотверждаемый или отверждаемый излучением порошок, пригодный для конкретной основы, содержащий известные порошковые связующие, вещества, образующие поперечные связи, пигменты и/или добавки. Полученное покрытие может быть гладким или текстурированным отделочным покрытием или иметь металлический эффект.

Примеры составов порошковых покрытий, которые можно утверждать УФ-излучением, описаны в ЕР-А 739922, ЕР-А 702067 или ЕР-А 636660.

Составы порошковых покрытий, пригодных для отверждения в ближней области спектра ИК-излучения, описаны в W099/41323.

После операции нанесения порошкового покрытия материал порошкового покрытия плавят и отверждают подходящими средствами. Для операции плавления можно использовать конвективное тепло, лучистое тепло (например, инфракрасное, газо-каталитическое инфракрасное, близкое к инфракрасному излучение) или комбинацию различных источников тепла. Если используются термоотверждаемые порошковые покрытия, то можно использовать тот же самый источник тепла для осуществления операции отверждения. Если используются порошковые покрытия, отверждаемые ультрафиолетовым излучением или электроннолучевым методом, то отверждение можно осуществлять путем облучения расплавленного слоя УФ-излучением или путем электронно-лучевой обработки.

Предложенный способ может применяться для разных непроводящих основ типа стружечных плит, плит MDF, древесно-стружечных плит высокой плотности (HDF), бумаги, картона или других материалов на основе целлюлозы, природной древесины, пластмасс, материалов на основе гипса или цемента и композиционных материалов.

Предложенный способ особенно пригоден для покрытия тонких плит MDF толщиной менее 15 мм, которые могут иметь вырезанный профиль с острыми краями. На такие плиты трудно наносить покрытие с помощью известных способов предварительной обработки, типа сухого нагрева.

Предложенный способ позволяет эффективно наносить порошковые покрытия на непроводящие основы, обеспечивая при этом хорошо воспроизводимое и равномерное осаждение порошка на основу и оптимальные текучесть и "укрывистость".

Предварительная обработка паром и теплом позволяет равномерно наносить порошки на все части основы, включая декоративные рельефы, острые края или кромки отверстий. Эта предварительная обработка не влияет на последующее плавление порошкового слоя и процесс отверждения. Полученные покрытия практически не имеют дефектов и характеризуются хорошим качеством.

Представленные ниже примеры дополнительно иллюстрируют предложенный способ. В каждом из следующих примеров использовался полиэфирный порошок на эпоксидной основе, который наносился обычным методом коронного разряда в обычном режиме с заземлением основы, на которую наносили покрытие.

Примеры

Пример 1

Плиту MDF толщиной 6 мм предварительно подготавливали посредством пропускания через камеру, в которой на нее воздействовали паром и циркулирующим воздухом, нагретым до 80°С, в течение одной минуты. После выхода из камеры плите давали стабилизироваться в течение одной минуты, прежде чем наносить порошковое покрытие с помощью обычного высоковольтного электростатического пистолета-распылителя. Нанесенное порошковое покрытие было отличного качества, полностью покрывало кромки плиты с заходом на обратную сторону плиты.

Пример 2

На другой элемент из той же плиты наносили покрытие аналогичным способом, но без операции предварительной подготовки паром и теплом. Качество покрытия было неудовлетворительным, в частности не были полностью покрыты кромки плиты, и заход на обратную сторону был ограниченным.

Пример 3

Другой элемент из той же плиты предварительно нагревали инфракрасным излучением до достижения поверхностной температуры 80°С, а затем наносили порошок в течение около 1 минуты. Порошок не пристал к кромкам плиты.

Пример 4

На предварительно собранный трехмерный короб размером 300х150 мм из плит MDF толщиной 15 мм наносили порошок без какой-либо предварительной подготовки короба, а другой короб, аналогичный описанному выше, покрывали порошком после его предварительного нагрева в конвекционной печи в течение 5 минут. В обоих случаях порошок плохо проник в углы коробов и значительные участки остались без покрытия.

Пример 5

Короб, подобный описанному в примере 4, пропускали через камеру, где его подвергали воздействию пара и тепла при 85°С в течение одной минуты. После удаления из камеры и стабилизации в течение одной минуты на короб наносили порошковое покрытие, как было описано выше, но при этом покрытие имело хорошее качество и покрывало поверхность полностью как внутри, так и снаружи.

1. Способ нанесения порошкового покрытия на непроводящую основу, заключающийся в том, что обрабатывают поверхность непроводящей основы паром и теплом при температурах от 70 до 140°С в течение периода времени от 5 с до 10 мин и затем наносят порошковое покрытие методом электростатического напыления порошкового покрытия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуры пара и тепла составляют от 80 до 130°С, а период времени составляет от 5 с до 5 мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что предусматривают период стабилизации между обработкой паром и теплом и последующее нанесение порошкового покрытия на поверхность основы.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что период стабилизации составляет от 5 с до 5 мин.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что период стабилизации составляет от 30 с до 1 мин.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что подлежащую обработке основу помещают в насыщенную паром атмосферу, а затем подвергают воздействию циркулирующего горячего воздуха.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру поверхности основы во время нанесения порошка поддерживают в интервале между комнатной температурой и 90°С.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что температура поверхности основы во время нанесения порошкового покрытия составляет от 45 до 70°С и ниже температуры стеклования порошкового покрытия.