SCHMIDT GERNOT (DE)
KNORSCH KARL (DE)
SCHMIDT GERNOT (DE)
| DE1571175A1 | 1971-03-25 | |||
| EP0341534A2 | 1989-11-15 | |||
| US4287228A | 1981-09-01 | |||
| DE3126433A1 | 1983-01-13 | |||
| GB2234976A | 1991-02-20 |
| 1. | Verfahren zum Trocknen und Härten von durc Strahlungseinwirkung härtbaren Abmischungen aus der Grupp der Lacke, Farben, Klebstoff und Kunsstoffschichten mit tels einer BlitzlichtStrahlungsquelle, dadurch gekenn zeichnet, daß die strahlungshärtbaren Abmischungen ein Mehrzahl von Photoinitiatoren enthalten; daß diese, in Kom bination, den Bereich von UVB bis in den an UVA angren zenden sichtbaren Bereich reichenden Spektralbereich über decken; und daß die Strahlungsquelle eine HochenergieElek tronenblitzEinrichtung ist, deren Strahlung dem Sensitivi tätsbereich der Photoinitiatoren bzw. der diese enthalten den Abmischung angepaßt ist und deren Emission vernachläs sigbar gering im UVC Bereich ist. |
| 2. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Trocknung bzw. Härtung mittels einer Mehrzafc von aufeinander folgenden Blitzentladungen bewirkt wird. |
| 3. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß eine Abmischung benutzt wird, die mindestens dre Photoinitiatoren enthält. |
| 4. | Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Photoinitiatoren, in Kombination, einen Ab sorptionsbereich überdecken, der von UVB bis etwa 500 n reicht. |
| 5. | Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurc gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsstärke an der Oberflä che der zu trocknenden bzw. zu härtenden Abmischung minde stens 10 Megalux pro Blitzentladung beträgt. |
| 6. | Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die Beleuchtungsstärke 10 bis 80 Megalux pr Blitzentladung beträgt. |
| 7. | Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spektralverteilung der Blitzlicht¬ strahlung dem Sensitivitätsbereich der Photoinitiatoren mittels Steuerung der BlitzentladungsStromdichte und Dauer angepaßt wird. |
| 8. | Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren mittels einer transpor¬ tablen ElektronenblitzEinrichtung an einem beliebigen Ein satzort durchgeführt wird. |
| 9. | Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ElektronenblitzEinrichtung eine Mehrzahl von Blitzentladungsrδhren enthält. |
| 10. | Strahlungshärtbare Abmischung aus der Gruppe der Lacke, Farben, Klebstoff und Kunsstoffschichten, dadurch gekennzeichnet, daß diese ein Mehrzahl von Photoinitiatore« enthält, die, in Kombination, den Bereich von UVB bis n den an UVA angrenzenden sichtbaren Bereich reichenden Spektralbereich überdecken. |
| 11. | Abmischung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Photoinitiatoren bzw. die diese enthaltende Abmischung eien Absorptionsbereich überdecken, der bis etwa 500 nm reicht. |
| 12. | Abmischung nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß diese mindestens drei Photoinitiatoren enthält. |
| 13. | Abmischung nach den Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wahl der Photoinitiatoren und der Konzentration derselben in der Abmischung die Härtung bei aufeinanderfolgender BlitzlichtBeleuchtung von der Oberfläche nach unten bzw. umgekehrt erfolgt. |
| 14. | Abmischung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich¬ net, daß diese a) für die Härtung von unten nach oben Aromatische Ketone 0, Alkylphosphinoxyd 0. pPhenylbenzophenon 0 Phenylhydroxyalkanon 0 b) für die Härtung von oben nach unten Alkylphosphinoxyd 0, pPhenylbenzophenon 1 Phenylhydroxyalkanon 0 enthält. |
| 15. | Strahlungshärtbare Abmischung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung entsprechend den Beispielen 1 bis 7. |
| 16. | Einrichtung zum Trocknen und Härten von durch Strahlungseinwirkung härtbaren Abmischungen aus der Gruppe der Lacke, Farben, Klebstoff und Kunsstoffschichten, di« eine Mehrzahl von Photoinitiatoren enthalten, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß diese eine ElektronenblitzEinrichtung ist, deren EmissionsSpektrum dem AbsorptionsSpektrum der Abmischung bzw. der in der Abmischung enthaltenen Photo¬ initiatoren angepaßt und deren Emission im UVC Bereich vernachlässigbar gering ist. |
| 17. | Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, daß die Emission im Bereich von UVB bis etwa 500 nm durch Steuerung der EntladestromAmplitude und Blitz¬ dauer optimiert ist. |
| 18. | Einrichtung nach den Ansprüchen 16 und 17, da durch gekennzeichnet, daß diese an der Oberfläche der Abmi¬ schung eine Beleuchtungsstärke von mindestens 10 Megalux pro Blitzεntladung bewirkt. |
| 19. | Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Beleuchtungsstärke von 10 bis 80 Megalux pro Blitzentladung beträgt. |
| 20. | Einrichtung nach den Ansprüchen 16 und 17, da¬ durch gekennzeichnet, daß die elektrische Leistung pro Blitzentladung und Blitzröhre 1 bis 10 kJoule beträgt. |
| 21. | Einrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 20, da durch gekennzeichnet, daß diese ein Mehrzahl von Blitzröh¬ ren enthält. |
| 22. | Einrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 21, da¬ durch gekennzeichnet, daß diese eine in sich geschlossene, transportable Einheit bildet, die zum Einsatz zum Trocknen bzw. Härten von Lack, Färb und Klebstoffschichten an be¬ liebigen, geeigneten Orten wir im Innneren von Wohnräumen dient. |
| 23. | Optischer Gegenstand aus Kunststoff, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß dieser mit einer kratzfesten, wasserab¬ stoßenden, Säure und Laugenbeständigen Schutzschicht ver¬ sehen ist, die nach einem oder mehrern der Ansprüche 1 bis 9 aufgebracht ist. |
| 24. | Optischer Gegenstand nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung des Verfahrens eine dem Beispiel 6 entsprechende Abmischung benutzt wird. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen und Här ten von Lacken, Klebstoffen und anderen strahlungshärtbare Produkten sowie die zu dessen Ausführung geeigeneten strah¬ lungshärtbaren Produkte und Strahlungsquellen. Strahlungshärtbare Lacke, Druckfarben und Klebstoffe sin seit geraumer Zeit bekannt. Neben der I -Härtung hat insbe sondere die Härtung mit UV-Strahlung praktische Bedeutun erlangt. Neben der relativ kurzen Härte- bzw. Trocknungs zeit ist besonders vorteilhaft, daß für die UV-Härtung so genannte Lösungsmittel-arme bzw. Lösungsmittel-freie Lack und andere UV-härtbare Produkte Verwendung finden.
Als Strahlungsquellen für die UV-Trocknung bzw. -Härtun haben sich wassergekühlte UV-Lampen wie Quecksilberdampf Hochdrucklampen eingeführt. Ein wesentlicher Nachteil is die relativ hohe Wärmestrahlung. Diese führt zur uner wünschten Filmbildung an der Oberfläche der zu härtende Schicht und oftmals zu einer nachteiligen Wärmebelastun des mit der Schicht versehenen Gegenstandes. Anstelle übli cher UV-Lampen mit im Inneren angebrachten Elektroden wur den auch bereits UV-Strahler vorgeschlagen, bei denen di Energie für die Bildung und Aufrechterhaltung des Plasma mittels Mikrowellen-Strahlung in die Innenelektroden-frei Entladungsröhre eingespeist wird.
Obgleich die Trocknungs- bzw. Härtezeiten bei diesen Ver fahren gegenüber jenen bei Wärmehärtung wesentlich verrin gert sind und größenordnungsmäßig Minuten betragen, besteh in der Praxis oftmals der Wunsch nach wesentlich schnel lerer Trocknung bzw. Härtung.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die Härtezeiten da durch zu verkürzen, daß zur Härtung sehr kurzwellige UV Strahlung von unter 200 nm Wellenlänge, vorzugsweise i Form von kurzzeitigen Energieimpulsen, verwendet wird.
Als geeignete Strahlungsquellen wurden insbesondere VUV-Ex- cimerstrahler, beispielsweise zur Trocknung von bedruckten Bogen in einer Offset-Druckmaschine, vorgeschlagen. Derar¬ tige Strahlungsquellen sind nicht nur sehr aufwendig, son- dern wenig geeignet zum Einsatz unter normalen Fabrika¬ tionsbedingungen.
Ein weiterer Nachteil der bislang bekannten Verfahren zur Strahlungstrocknung bzw. Strahlungshärtung besteht darin, daß der apparative Aufwand beträchtlich ist und sich grund- sätzlich nicht zum transportablen Einsatz eignet. Um eine gleichmäßige Trocknung und Härtung mit UV-Röhren bzw. -Lam¬ pen zu erzielen, ist es erforderlich, dafür zu sorgen, daß die mit der strahlungshärtbaren Ab ischung beschichteten Flächen in annähernd gleichem Abstand von der bzw. den Strahlern angeordnet sind.
Um den die Strahlungshärtung behindernden Einfluß von Sau¬ erstoff auszuschließen, bedarf es nach dem bisherigen Stand der Technik besonderer Maßnahmen wie Strahlungseinwirkung unter Luftausschluß oder Zusätze zu den zu härtenden Abmi- schungen, die einen Schutzfilm auf der Oberfläche bilden, der später entfernt werden muß.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren zur Strah¬ lungshärtung ist, daß diese dazu neigen, ein Vergilben der Lackschicht bzw. der Kunststoffunterlagen zu bewirken. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obenangeführ¬ ten Nachteile zu vermeiden und mit möglichst geringem Auf¬ wand die Strahlungstrocknung bzw. Strahlungshärtung hierfür geeigneter, strahlungshärtbarer Produkte in verläßlicher und wirtschaftlicher Weise zu erzielen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sowie dafür geeignete strahlungshärtbare Ab¬ mischungen und Einrichtungen ergeben sich aus den Ansprü¬ chen 1 bis 24. überraschenderweise werden alle Nachteile der bisherigen Verfahren zur Strahlungstrocknung bzw. Strahlungshärtung durch die erfindungsgemäße Kombination einer Blitzlicht- Strahlungsquelle, deren erfindungswesentliche Strahlung im
UV-B, UV-A und visuellen Bereich liegt und praktisch frei von Strahlung im UV-C Bereich ist, mit einer strahlungs¬ härtbaren Abmischung, die eine Mehrzahl von Photoinitiato¬ ren enthält, die in Kombination den Bereich von UV-B bis in den sichtbaren Bereich, vorzugsweise bis etwa 500 nm über¬ decken, vermieden.
Nach der bevorzugten Ausführung des Verfahrens nach der Er¬ findung wird die Härtung mittels einer Mehrzahl von aufein¬ ander folgenden Blitzentladungen bewirkt. Um entsprechend kurze Trocknungs- bzw. Härtungszeiten zu erzielen, werden nach der beanspruchten Erfindung Blitz¬ strahlungsquellen benutzt, die an der zu trocknenden bzw. härtenden Oberfläche eine Beleuchtungsstärke von mindestens 10 Megalux bewirken und vorteilhafterweise 80 Megalux nicht übersteigen.
Nach einer vorzugsweisen Ausführung des Verfahren wird di^e Spektralverteilung der Blitzstrahlung und der Sensitivi- tätsbereich der Photoinitiatoren mittels der Auswahl der Photoinitiatoren und Steuerung der Blitzentladungs-Strom- dichte und -Dauer aufeinander abgestimmt. überraschenderweise kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne Nachteil unter normalen atmosphärischen Bedingungen durchgeführt werden. Ohne an diese Ausführungen gebunden «u sein, wird angenommen, daß die hohe wirksame Blitzlictet- energie und kurze Einwirkungszeit zu einer derart schnell verlaufenden Trocknung bzw. Härtung führt, daß es zu keiner schädlichen Einwirkung von Sauerstoff aus der Luft kommt. Weiterhin führt das Verfahren nach der Erfindung zu keiner oder zu vernachlässigbarer Vergilbung der zu härtenden Schicht bzw. der diese tragenden Kunststoffunterläge.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Mehrzahl von Blitzentladungsröhren als Strahlungsquelle benutzt, überraschenderweise kann durch die Auswahl von Menge und Art der Photoinitiatoren bewirkt werden, daß die Härtung entweder, von der Oberfläche beginnend, mit weiteren Blitz¬ entladungen fortschreitend zur Gesamthärtung führt oder i umgekehrter Richtung verläuft.
BEISPIEL 1
Zusammensetzung einer erfindungsgemäß von unten nach oben härtenden Abmischung, beispielsweise für Flüssigspachtel bzw. Dickschichten: 37.7 % Polyetheracrylat
40.0 % Aliphatisches Urethanacrylat 10.0 % Tripropylenglykoldiacrylat 10.0 % Ethoxyliertes Triomethylolpropantri- acrylat 0.4 % Alkylbenzophenon
1.0 % p-Phenylbenzophenon 0.5 % Phenylhydroxyalkanon 0.4 % Netzmittel
BEISPIEL 2
Zusammensetzung einer erfindungsgemäß von oben nach unten härtenden Abmischung, beispielsweise für das Lackieren von Bleistiftkuppen:
Polyesteracrylat Ethoxyliertes Triomethylolpropantri- acrylat
Polyetheracrylat
Alkylphosphinoxyd Benzophenon
BEISPIEL 3
Zusammensetzung einer für das Verfahren nach der Erfindung geeigneten Abmischung zur Härtung von pigmentierten Syste¬ men: 12.0 % Polyesteracrylat
16.0 % Ethoxyliertes Triomethylolpropantri- acrylat 19.7 % Tripropylenglykoldiacrylat 30.0 % Polyetheracrylat 0.5 % aromatische Ketone
0.8 % Alkylphosphinoxyd 0.5 % p-Phenylbenzophenon 0.5 % Phenylhydroxyalkanon 20.0 % Pigmente und Füllstoffe
BEISPIEL 4
Zusammensetzung einer für das Verfahren nach der Erfindung geeigneten, wasserverdünnbaren Abmischung: 25.0 % Polyesteracrylat 68.8 % Wasser
1.5 % Verdickungsmittel 0.2 % Netzmittel 1.0 % Phenylhydroxyalkanon 0.5 % Kombination von Alkylketonen 3.0 % Mattierungsmittel
BEISPIEL 5
Vorteilhafte Photoinitiatoren, Harze und Reaktif-Verdünner für erfindungsgemäße Abmischungen: a) Aromatische Ketone 0.3 - 0.5 %
Alkylphosphinoxyd 0.4 - 0.8 % p-Phenylbenzophenon 0.4 - 0.6 %
Phenylhydroxyalkanon 0.8 - 1.2 %
b) Polyesteracrylat 10 - 15 %
Urethalacrylat 10 - 15 %
Polyetheracrylat 35 - 45 %
Oligoetheracrylat 35 - 40 %
Soll beispielsweise Hirnholz in der bislang üblichen Weis« mit einer UV-härtbaren Lackschicht vesehen werden, so er¬ fordert dessen starke Kapillarwirkung, eine Isolierung zwi¬ schen Hirnholzoberfläche und Lackauftrag vorzusehen. Durch die Kombination der Photoinitiatoren, wie beispielsweise iiti Beispiel 1, wird eine Polymerisation mit der ersten Blitz¬ bestrahlung von unten her angeregt, so daß eine Aushärtung selbst in den Kapillaren erzielt wird. Nachfolgende Blitze bewirken die Aushärtung der gesamten Schicht. Bei pigmentierten Abmischungen ist es gleichsfalls erfor- derlich, den Härtevorgang von unten nach oben zu steuern, da anders ein Durchdringen der Blitzstrahlung durch eine
oberflächlich gehärtete, pigmentierte Schicht nicht gewähr¬ leistet bzw. ausgeschlossen ist.
Dickschichten gleichmäßig zu mattieren war bisher nur durch Zusatz eines großen Anteils and Mattierungsmittel zu er- zielen. Ein solcher Zusatz führt jedoch zur unerwünschten Erhöhung der Viskosität und unter Umständen zur Versprödung der Lackschicht. Die Steuerung des Härtevorgangs von unten nach oben gestattet es, mit wesentlich geringeren Mengen an Mattierungsmittel auszukommen. Die Kombination der Photoinitiatoren zur Härtung von oben nach unten, beispielsweise nach Beispiel 2, eignet sich für extrem dicke, zu trocknende und zu härtende Schichten. Die Oberfläche wird bereits durch die erste Blitzstrahlung ge¬ härtet. Die darunter liegenden Bereiche der Schicht werden durch nachfolgende Blitze progressiv ausgehärtet. Die An¬ zahl der erforderlichen Blitzbestrahlungen ist eine Funk¬ tion der Schichtdicke. Anwendungsgebiete sind beispiels¬ weise die Härtung von transparenten Flüssigspachteln bzw. die Hochglanzbeschichtung von Holzwerkstoffen. Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich insbesondere auch zum Aufbringen von Lack- bzw. Schutzschichten auf op¬ tischen Oberflächen, einschließlich solchen von Brillenglä¬ sern, Linsen, Spiegeln und Visieren aus Kunststoffen.
BEISPIEL 6
Die folgende Abmischung eignet sich zum Aufbringen von was¬ serabstoßenden kratzfesten, Säure-, Laugen- und Wasser¬ dampf-beständigen Schutzschichten für optische Artikel aus Kunststoffen: 30 - 40 Teile Multifunktionelles Melamin- acrylat 70 - 60 Teile trifunktioneller Reaktif- verdünner 0.5-1.5 Teile p-phenylbenzophenon 1.5- 3 Teile Methylmethylthiophenylmorph©- linopropanon 0.1-0.5 Teile Polyethermodifizierte Di- methylpolysiloxan Copoly ere
Bei erfindungsgemäßer Auswahl der Photoinitiatoren und Här¬ ten mittels Blitzlicht-Strahlungsquelle genügt eine Strah¬ lungseinwirkung von Millisekunden Dauer, so daß ein Vergil¬ ben vermieden wird. Die gehärtete Schutzschicht zeigt auch bei nachträglicher UV-Einwirkung durch z.B. Sonnenlicht hohe Resistenz gegen Vergilben.
Da bei der Aushärtung mit Blitzlicht-Strahlung praktisch keine Erwärmung erfolgt, wird die Gefahr einer Verformung des bestrahlten Gegenstandes vollständig vermieden. Die relativ hohe Strahlungsenergie gestattet das Anbringen der Strahlungsquelle in einer Entfernung von der auszu¬ härtenden Oberfläche, die genügt, um auch bei Formteilen eine ausreichend gleichmäßige Bestrahlung sicherzustellen.
BEISPIEL 7
Die Abmischung nach diesem Beispiel eignet sich zum Auf¬ bringen von kratzfesten Anti-Beschlag-Schichten. Im Gegen¬ satz zum Stand der Technik können diese Schichten erfin¬ dungsgemäß mittels Blitzstrahlung anstelle der üblichen thermischen Härtung ausgehärtet werden. Damit gelingt es, derartige Beschichtungen praktisch ohne thermische Bela¬ stung des zu beschichtenden Materials und in wirtschaft¬ licher Weise herzustellen.
6 - 10 Teile Multifunktionelles Melamin- acrylat
5 - 8 Teile Polyetheracrylatoligomer 9 - 12 Teile Epoxyacrylat 6 - 10 Teile ethoxyliertes Trimethylol- propantriacrylat 9 - 12 Teile Isodecylacrylat
40 - 60 Teile Lösungsmittelgemisch aus
Alkoholen, Glykolether und Azetaten 0.6-1.2 Teile p-phenylbenzophenon 0.1-0.3 Teile Polyethermodifizierte Di- methylpolysiloxan Copoly ere 4 - 6 Teile Polysiloxanpolyethercopolymer
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch einen außerordentlich hohen Wirkungsgrad der Strahlungstrocknung bzw. -Strahlungshärtung aus. Damit ist es möglich, mit re¬ lativ kompakten Blitzlichteinrichtungen auszukommen. Bevor- zugt werden Elektronen-Blitzgeräte mit einer Leistung von 1 bis 10 kJoule pro Blitzröhre benutzt. Derartige Einrichtun¬ gen sind nicht nur in der Regel wirtschaftlicher im Bezug auf den Energieverbrauch, sondern gestatten es, sie in leicht transportabler Form auszubilden. Damit wird es auch möglich, die Blitztrocknung bzw. Blitzhärtung am Einsatzort von Lackierarbeiten, beispielsweise zur schnellen Härtung von Türen, Einrichtungs- und anderen lackierten Gegenstän¬ den an Ort und Stelle, in Bauwerken, Werkstätten und Pri¬ vathäusern auszuführen. Das Verfahren eignet sich grundsätzlich zur Strahlungs¬ trocknung und Strahlungshärtung eines weiten Spektrums von erfindungsgemäßen Abmischungen wie Lacken, Klebschichten, Farben, Maskenschichten und dergleichen.