Способ нанесения покрытий на поверхности металлических подложек
Настоящее изобретение относится к способу нанесения покрытия на металлические подложки с использованием порошкового покрытия или жидкого покрытия, включающему в себя предварительную обработку поверхности подложки. Металлические поверхности предварительно обрабатывают высокоинтенсивным БИК-излучением высокой энергии и затем покрывают порошковой или жидкой покрывающей композицией с последующими отверждением или сушкой покрывающей композиции. Покрытые металлические поверхности показывают лучшую адгезию к покрытию и улучшенные внешний вид и характеристики; способ более экономичен. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.
Настоящее изобретение относится к способу нанесения покрытия на металлические подложки с использованием порошкового покрытия или жидкого покрытия, включающему в себя предварительную обработку поверхности подложки.
Использование порошковых покрытий для обеспечения декоративного или функционального покрытия поверхностей широко использовалось при покрытии металлов благодаря высокой экономической эффективности способа, а также его широкому одобрению с точки зрения защиты окружающей среды. Многочисленные порошковые покрывающие композиции были разработаны для различных применений. Требованием известных способов нанесения порошковых покрытий является то, что покрываемая металлическая поверхность должна быть подвергнута предварительной обработке дорогим, обычно водным, способом. Без такой обработки прилипание слоев порошкового покрытия и, следовательно, коррозионно-защитный эффект являются недостаточными. Такая дорогая предварительная обработка является также необходимой для нанесения водных или содержащих растворитель жидких покрытий на металлические поверхности.
Порошковые или жидкие покрытия после их нанесения могут быть отверждены либо высушены и отверждены посредством облучения, имеющего длину волны в ближней инфракрасной (БИК) области. В практике порошковых покрытий БИК-технология позволяет проводить плавление и отверждение порошковых покрытий как единую технологическую стадию: смотри, например, К. 
JOT 2/98, pp.26-29 и WO 99/41323. Достигается равномерный нагрев всего покрывающего слоя. Такие БИК-отверждающие процессы также требуют дорогих методов предварительной обработки поверхности подложки перед покрытием.
Предварительная обработка стали или алюминия обычно состоит из по меньшей мере нескольких технологических стадий. Прежде всего проводят удаление жиров, масел или других загрязнений путем, например, щелочной промывки, используя технику погружения или распыления. За последующей промежуточной водной промывкой обычно следует влажное химическое осаждение на поверхность неорганических, защищающих от коррозии слоев (например, фосфатирование в случае стали, хромирование в случае алюминия). Операция промывки свежей водой требуется снова для того, чтобы полностью удалить прилипшие реагенты. Влажная металлическая поверхность должна быть полностью высушена перед последующим нанесением порошкового или жидкого покрывающего слоя для того, чтобы избежать дефектов покрытия. Типичные способы предварительной обработки для порошкового покрытия металлических поверхностей описаны в T.Molz, Tagungsband der DFO-Pulverlacktagung. 23-24.9.1996, pp.201-207.
Предварительная обработка металлических подложек или металлических деталей перед нанесением порошковых или жидких покрытий требует больших погружных емкостей для покрытия или распылительных кабин, что влечет за собой значительные капиталовложения и эксплуатационные расходы. Химикалии, использованные в разных реакционных зонах, должны содержаться строго раздельно друг от друга, и использованные растворы для предварительной обработки должны быть ликвидированы, что достаточно дорого. Если при предварительной обработке возникают дефекты, то неизбежны и дефекты покрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения - предложить способ покрытия металлических поверхностей порошковой или жидкой покрывающей композицией, при котором исключается дорогая предварительная обработка поверхности подложки перед нанесением покрытия.
Эта цель достигается с помощью способа, в котором металлическую поверхность облучают высоко интенсивным излучением в БИК-области, после чего облученные металлические поверхности покрывают порошковой и/или жидкой покрывающей композицией, и затем слой порошкового или жидкого покрытия сушат и/или отверждают.
Способ также отличается тем, что сушку и/или отверждение порошкового покрывного слоя или жидкого покрывного слоя осуществляют, предпочтительно, с помощью БИК-облучения или УФ-облучения, более предпочтительно с помощью БИК-облучения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно изобретению металлические поверхности, которые не прошли предварительную обработку обычным способом, облучают высокоинтенсивным БИК-излучением с длиной волны обычно в интервале от 730 до 1200 нм (ближняя инфракрасная область). Облучение может происходить при интенсивности, например, более чем 1 Вт/см 2, предпочтительно более чем 100 Вт/см2, и в течение периода времени, предпочтительно, в интервале от 1 до 60 секунд, более предпочтительно от 1 до 10 секунд. Обычно продолжительность БИК-предобработки может быть от 0,5 до 300 секунд.
После предварительной обработки металлической поверхности БИК-излучением согласно изобретению может быть проведено последующее покрытие порошковой или жидкой покрывающей композицией, где целесообразно как однослойное, так и многослойное покрытие. Последующие сушка или отверждение покрывных слоев могут быть проведены обычным путем методами, известными в технологии покрытий. Предпочтительно процесс сушки или отверждения можно проводить с помощью БИК-облучения или УФ-облучения, более предпочтительно с помощью БИК-облучения.
Металлические поверхности, обрабатываемые по изобретению, не нуждаются в предварительной обработке, т.е. не требуются обычные методы предварительной обработки, такие как, например, обезжиривание и пассивация (например, фосфатирование, хромирование).
Предпочтительно очистить металлические поверхности, обрабатываемые по изобретению, от их механических загрязнений, например абразивной пыли, стружки сверления и фрезерования, ржавчины или пыли, перед их БИК-предобработкой. Для удаления таких загрязнений известные механические способы, например очистка щетками, вакуумная очистка или очистка сжатым воздухом, "подметание", а также пескоструйная очистка, могут быть использованы для более грубых загрязнений или для ржавчины.
В результате облучения БИК-радиацией высокой энергии согласно изобретению может произойти разогрев металлической поверхности. Такой разогрев не оказывает отрицательного влияния на последующий процесс покрытия порошком или на нанесение жидкого покрывающего слоя, но в действительности неожиданно приводит к улучшению операции нанесения покрытия.
Галогеновые лампы, в особенности с высокой энергией БИК-излучения, например, пригодные для стадии предварительной обработки, могут быть использованы как источник БИК. Такие излучатели с максимумом длины волны излучения между 730 и 1200 нм являются пригодными.
Покрытие с термической сшивкой, а также УФ-отверждаемыми порошковыми покрывающими композициями, или жидкими покрывающими композициями на водной основе, или содержащими растворители, предпочтительно происходит непосредственно после БИК-предобработки металлической поверхности. Если требуется, возможно также отделить во времени предварительную обработку согласно изобретению от последующего покрытия.
По существу, все способы подходят для нанесения порошковых покрывающих композиций и для нанесения жидких покрывающих композиций. Что касается порошковых композиций, особо предпочтительными являются электростатические распылительные методы, которые используют в известных коронарном или трибопроцессах. Возможно также использовать другие известные методы нанесения порошка, например нанесение в форме водной дисперсии или "взвеси порошка". Жидкие покрывающие композиции могут быть нанесены на подложку, например, хорошо известными методами погружения или распыления.
Известные обычные термически сшиваемые порошки могут быть использованы в качестве порошковых покрывающих композиций. В таком случае для последующего отверждения порошковых покрытий могут быть использованы способы термического отверждения, например нагревание в конвекционных печах или инфракрасное облучение со средней длиной волны.
После предварительной обработки по изобретению можно также нанести порошковую покрывающую композицию, которая может быть отверждена УФ-излучением. Такие порошковые покрытия описаны, например, в европейских патентных заявках ЕР 739922, ЕР 702067 или ЕР 636660. Непосредственно после БИК-предобработки УФ-отверждаемое порошковое покрытие может быть нанесено на поверхность подложки и может быть отверждено за несколько секунд УФ-излучением. Остаточного тепла БИК-предобработки достаточно для того, чтобы расплавить УФ-порошковое покрытие и получить гладкость покрывающего слоя без дополнительного подвода тепла. Такой альтернативный способ по изобретению дает возможность процесса порошкового покрытия с очень низким расходом энергии.
Могут быть также использованы порошковые покрывающие композиции, которые пригодны для отверждения посредством БИК-облучения. Такие порошковые покрытия описаны, например, в WO 99/41323. Если применяют такие порошковые покрытия, предпочтительно отверждать слой порошкового покрытия непосредственно после его нанесения облучением его БИК-излучением. В таком случае согласно изобретению порошок вначале расплавляют, а затем отверждают за очень короткое время, и может быть достигнуто заметное сокращение времени отверждения порошковых композиций по сравнению с обычной предварительной обработкой.
Предпочтительно используют порошковые покрывающие композиции, которые пригодны для отверждения БИК-излучением или УФ-излучением, предпочтительно БИК-излучением.
Жидкими покрытиями, которые можно использовать, являются например, разбавляемые водой или содержащие растворитель покрывающие композиции, которые используются обычно и известны специалистам и которые могут быть применены, например, в виде однослойных или многослойных окрашенных или бесцветных покрытий на подложках для применения в качестве фильер, грунтовок, или наружных, или прозрачных покрытий в автомобилестроении или в области промышленных покрытий. После их нанесения они могут быть высушены хорошо известными способами за более длительный период при комнатной температуре или подвергнуты, там, где это пригодно, после некоторого времени на погасание, сушке или отверждению при более высоких температурах. Кроме того, возможны также погасание, сушка или отверждение, например, путем воздействия БИК-излучения.
Покрытия, полученные способом по изобретению, в особенности порошковые покрытия, имеют превосходную адгезию (прилипаемость), хорошее сопротивление коррозии и превосходную разливаемость (гладкость). Способом по изобретению можно избежать дефектов покрытия, таких как кратеры, вздутия или дефекты прилипаемости.
Способ предварительной обработки металлических поверхностей БИК-излучением по настоящему изобретению позволяет значительно сократить капиталовложения, энергетические и эксплуатационные расходы, сточные воды и отходы. Органические загрязнения, которые обычно присутствуют на поверхности, такие как остатки жиров и масел и другие загрязнения, например отпечатки пальцев, удаляются способом по настоящему изобретению, благодаря чему время, необходимое для предварительной обработки, лежащее в интервале от 10 до 30 минут для обычных способов предварительной обработки, сокращается до нескольких секунд. В частности, при сочетании с отверждением покрывающих слоев посредством БИК-радиации возможна очень высокая производительность покрытия, в особенности для порошковых покрытий.
ПРИМЕРЫ
Следующие примеры поясняют изобретение.
Пример 1: БИК-ПРЕДОБРАБОТКА СТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ПОСЛЕДУЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ БИК-ОТВЕРЖДАЕМЫМ ПОРОШКОВЫМ ПОКРЫТИЕМ
Цилиндрическую стальную трубу, загрязненную маслами и жирами при ее получении и при ее обработке для защиты от ржавчины, облучали при вращении с расстояния 6 см обычным БИК-излучателем (мощность 1000 Вт) в течение 10 секунд, в результате чего поверхность разогрелась до температуры между 100°С и 120°С. БИК-порошковое покрытие DUROTHERM RAY-TEC NIR-9216 (коммерческий продукт DuPont Pulverlack Gmbh & Со.Kg) наносилось на поверхность, предварительно обработанную таким образом, и плавилось на предварительно разогретой поверхности. После этого дополнительный БИК-излучатель полностью отверждал слой порошкового покрытия за 8 секунд. В результате получали однородную гладкую поверхность, свободную от пор и пузырей, с превосходным прилипанием к подложке и со следующими свойствами:
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 2: ПОКРЫТИЕ НЕОБРАБОТАННОЙ СТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ БИК-ОТВЕРЖДАЕМЫМ ПОРОШКОВЫМ ПОКРЫТИЕМ
Стальную трубу, загрязненную маслами и жирами аналогично примеру 1, покрывали без предварительной обработки БИК-порошковым покрытием DUROTHERM RAY-TEC NIR-9216 и после этого облучали при вращении с расстояния 6 см обычным излучателем БИК-излучения мощностью 1000 Вт в течение 18 секунд. За это время происходило плавление и отверждение слоя порошкового покрытия. На поверхности во время плавления образовались пузыри, из-за неудовлетворительного смачивания образовались кратеры, и некоторые области остались несмоченными на больших площадях. Испытание свойств покрытия дало следующие результаты:
Пример 3: БИК-ПРЕДОБРАБОТКА СТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ, ПОСЛЕДУЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ ПОРОШКОВЫМ ЛАКОМ И ОБЫЧНОЕ ОТВЕРЖДЕНИЕ
Использовали стальную пластину, загрязненную маслами и жирами при ее получении и при ее обработке для защиты от ржавления. Пластину облучали обычным БИК-излучателем (1000 Вт) с расстояния 8 см в течение 18 секунд. В результате этого поверхность стальной пластины термически активировалась и поверхностно разогрелась до температуры 130°С. Затем стальную пластину покрывали обычным термореактивным порошковым покрытием на основе системы полиэфир/триглицидизоцианомочевиновая смола/отвердитель и слой порошкового покрытия отверждали в конвекционной печи при 200°С в течение 15 минут. Анализ полученного покрытия дал следующие результаты:
Пример 4: БИК-ПРЕДОБРАБОТКА АЛЮМИНИЕВОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ПОСЛЕДУЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ ВОДНОЙ ГРУНТОВКОЙ
Алюминиевый профиль в неочищенном состоянии для использования при изготовлении окон облучали излучателем БИК-излучения мощностью 1500 Вт с расстояния 5 см при скорости конвейера 8 м/мин. После охлаждения на дистанции 4 м полосу профиля покрывали обычной водной грунтовкой, которую затем сушили излучателем БИК-излучения мощностью 500 Вт с расстояния 10 см. Было получено свободное от пор покрытие с хорошим прилипанием, свойства которого соответствовали покрытию грунтовкой подложки, предварительно обработанной обычным способом.
Пример 5: БИК-ПРЕДОБРАБОТКА И ПОСЛЕДУЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ УФ-ОТВЕРЖДАЕМЫМ ПОРОШКОВЫМ ПОКРЫТИЕМ
Пластину из серого чугуна примерно 12 мм толщиной облучали с расстояния 5 см излучателем БИК-излучения мощностью 1500 Вт в течение 10 секунд. Пластина разогревалась поверхностно до температуры 130°С. После этого пластину из серого чугуна покрывали обычным УФ-отверждаемым порошковым покрытием (UV-TEC UP-023-9490-0, выпускаемое DuPont Pulverlack Gmbh & Со.Kg), покрытие плавили обычным УФ-излучателем и отверждали обычным УФ-излучателем. Полученное покрытие было свободно от поверхностных дефектов и показало превосходное прилипание к подложке.
Формула изобретения
1. Способ покрытия металлических поверхностей, включающий в себя стадии, на которых (а) проводят предварительную обработку металлической поверхности высокоинтенсивным БИК-излучением с длиной волны в интервале 730-1200 нм и интенсивностью более чем 1 Вт/см2 и (b) наносят покрывающую композицию на металлическую поверхность, где указанную покрывающую композицию выбирают из группы, состоящей из порошковых композиций и жидких композиций.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя стадию облучения покрывающей композиции БИК-облучением или УФ-облучением для того, чтобы осуществить сушку и отверждение.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрывающая композиция представляет собой порошковую композицию.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадия предварительной обработки имеет продолжительность 1-60 с.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадия (b) следует непосредственно за стадией (а).
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадия (а) является единственным способом предварительной обработки, примененным к металлической поверхности.
7. Металлическая поверхность с нанесенным покрытием, полученная способом, включающим в себя стадии, на которых (a) проводят предварительную обработку металлической поверхности высокоинтенсивным БИК-излучением с длиной волны в интервале 730-1200 нм и интенсивностью более чем 1 Вт/см 2 и (b) наносят покрывающую композицию на металлическую поверхность, где указанную покрывающую композицию выбирают из группы, состоящей из порошковых композиций и жидких композиций.
