DE2019270A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Haerten einer auf einen Koerper aufgetragenen Schicht - Google Patents

Description

DIPL..ING. H. FINK PATENTANWALT ■ 7300 ESSLINGEN (NECKAR) · HINDENBURGSTRASSE

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j . 21. April 1970 ϋϊ

Robert Hildebrand Maschinenbau GmbH, 7446 Oberboihingen, Nürtinger Straße 68

"Verfahren und Vorrichtung zum Härten einer auf einen Körper aufgetragenen Schicht"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten einer auf einen Körper aufgetragenen Schicht aus einem nach Anregen durch SertraMtn en§Fg£§@£3@ug§nä@ß (isotherm regierenäen) > organischen Stoff, insbesondere oxidativ trocknendem lack, worunter Kunstharz- und öllacke zu verstehen sind j und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Eine Schicht aus dem vorgenannten Stoff wird im allgemeinen an der Luft, gegebenenfalls unter Mitwirkung von Konvektionswärme getrocknet, das heißt, gehärtet. Es ist bekannt, daß durch Ultraviolettbestrahlung (200 - 400 mMy Wellenlänge) die Erstarrung vieler Lackanstriche sehr fetark beschleunigt werden katui, da die Oxydations- und Polymerisationsprozesse bei der Erstar*- rung von Farbanstrichen und Lacken auf Leinölbasis

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dung durch UV-Bestrahlung um das etwa Zehntausendfache beschleunigt werden. Auch ist bekannt, daß viele Kunstharzsanstriche unter UV-Bestrahlung rascher erstarren. Diese Bestrahlung erfordert für das Härten von exotherm reagierenden, nachreagierenden organischen Stoffen, insbesondere von oxydativ trocknenden Lacken eine sehr hohe Energiemenge, welche das Verfahren wegen zu hoher Kosten unwirtschaftlich macht.

Es ist auch bekannt, Lacke auf der Basis von Alkyd-Phenol- und Harnstoffharzen, Asphaltlacke und dergl. durch Infrarotstrahlen zu trocknen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die für das Härten von exotherm reagierenden, organischen Stoffen erforderliche Energiemenge wesentlich zu verringern. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Stoff durch UV-Strahlen angestrahlt wird, deren Wellenlänge im Resonanzbereich seines Radikales liegt und die in Form von im wesentlichen gleiche zeitliche Abstäaels aufweisenden Impulsen erzeugt werden. Die Erfindung maoht sich hierbei die Erkenntnis zunutze, daß die energieerseugende (exotherme) Reaktion des Stoffes durch einen bestimmten Impuls angeregt werden kann, und mindestens während einer begrenzten Zeit nachläuft. Während der Reaktion ist eine UV-Bestrahlung nicht erforderlich, aber auch nicht störend. Die Energiezufuhr ist um so geringer, je größer der zeitliche Abstand der Impulse in bezug auf die Impulszeit ist. Da ein Impuls die energieerzeugende Reaktion des Lackes nicht stört, ist es für ein schnelles Trocknen von Vorteil, wenn die begrenzte Reaktionszeit nicht voll abgelaufen ist, bis der nächste Impuls folgt. Die Wellenlänge der ultravioletten Strahlen entspricht der Eigenfrequenz der Radikalen, die an der Härtung oder Reaktion oxydativ härtender Lacke beteiligt sind.

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In Weiterbildung der Erfindung ist der zeitliche Abstand der Impulse zur Zeitdauer des Impulses sehr viel größer als 1, insbesondere größer als 100. Je höher dieses Verhältnis ist, desto geringer ist die zum Härten erforderliche Leistung. Die Form des Impulses kann beliebiger Art sein.

Eine Vorrichtung zum Härten einer auf einen Körper aufgetragenen Schicht aus einem nach Anregen durch Bestrahlen exotherm reagierenden, organischen Stoff unter Verwendung eines ultra- ' violetten Strahlers ist dadurch gekennzeichnet, daß dieser Strahler eine Wellenlänge erzeugt, die im Resonanzbereich des Radikales liegt, und daß der Strahler an eine Zündeinrichtung angeschlossen ist.

Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. In dieser zeigen

Pig« 1 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung als Ausführungebeispiel des Gegenstandes der Erfindung in schematischer Parsteilung,

Fig. 2 eine graphleche Darstellung von von einem an

eine Wechselstromquelle angeschlossenen Ultraviolettetrahler ausgehenden Impulsen,

Fig. 3 eine graphische Darstellung von beim Ausführungebeispiel auftretenden Impulsen Io schematischer Darsteilung,

Fig. 4 «in Schaltbild tintr Zündeinrichtung. ■

In eine« nach außen angeschlossenen Gehäuse 1 let eine Fördervorrichtung 2 untergebracht, welche beispielsweise von außen an-

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getriebene Förderwalzen aufweist, die zum Fördern von beschichteten Körpern dienen. Diese Körper sind mit einer Schicht 4 aus einem Kunstharz- oder Öllack-« insbesondere einem oxydativ trocknenden Lack, veraehen. Beim AusfÜhrungsbeispiel sind flache Körper 3 dargestellt. An der Decke des Gehäuses ist eine Röhre 5 angebracht, die Ultraviölettstrahlen erzeugt, welche mindestens / ' einen Anteil an Strahlen einer bestimmten Wellenlänge oder einer bestimmten Frequenz aufweist. Die Röhre 5 ist an eine Zündeinrichtung 6 angeschlossen.

Wenn die Röhre 5 an eine Übliche Wechselstromquelle angeschlossen wäre, so würden von ihr die in Fig. 2 dargestellten Impulse ausgehen. Die Zündeinrichtung 6 erzeugt jedoch im Zusammenwirken mit der Röhre 5 Impulse nach Fig. 3, die auch eine andere Form aufweisen können. Je nach Art der zu verwendenden Röhre kann eine nicht unterschreitbare Grundspannung notwendig sein. Eine Grundspannung ist z. B. nicht notwendig für eine Xenon-Impulsröhre mit zusätzlicher Zündwicklung, deren Röhrengehäuse in vor* teilhafter Weise aus einem die gewünschte Wellenlänge stark durchlässigen Quarz oder dergl. besteht. Bei Verwendung einer Quecksilberdampflampe muß jedoch eine Grundspannung vorhanden sein, damit die Röhre nicht zum Erlöschen kommt.

Die Zündeinrichtung 6 für die Röhre 5 hat gemäß Fig. 4 einen an eine Wechselstromquelle anschließbaren Transformator 7, an

, dessen sekundärer Seite über einen Einweggleichrichter 8 und einen Widerstand 9 die Röhre 5 mit ihren Elektroden angeschlossen ist. Zur Röhre 5 ist ein Kondensator 10 parallel geschaltet. Ein ebenfalle an den !Transformator 7 sekundärseitig angeschlossener Zündkreis hat einen Doppelweggleichrichter 11, 12 in Brücke n-. schaltung Alt einem Glattungekondensator 13, der mit der Röhre verbunden let. Hit dem; Gleichrichter 11, 12 ist über einen Widerstand 14 ein Zündicoo«#08jator 15 terbuadeav zu dem eia

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spannungs- oder Zündtransformator 16 und ein Schalter 17 parallel liegen. Der Schalter 17 kann ein Impulsschalter, ein Thyristor oder dergl. sein. Der Zündtransformator ist mit einer ZÜndwicklung 18 der Röhre 15 verbunden. Mit der Zündeinrichtung 6 werden kurze Impulszeiten (etwa-Tq₀₀ Sekunde) und lange Pausen angestrebt. Aus Fig. 3 ist deutlich zu entnehmen, daß, ^e länger die Pausen zwischen den einzelnen, gegebenenfalls anders gearteten Impulsen sind, desto geringer ist auph die zum Härten erforderliche Leistung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Härten einer auf einen Körper aufgetragenen Schicht aus einem nach Anregen durch Bestrahlung exotherm reagierenden und nachreagierenden organischen Stoff, insbesondere einem oxydativ trocknenden lack. Es ist dies z. B. ein Kunstharz- oder öllack. Diese Art von Lacken ist verhältnismäßig preiswert und hat insgesamt einen größeren Marktanteil als die übrigen Lacke.

Die zu trocknenden Lacke können mit niedrig siedenden Lösungsmitteln mit hoher Verdunstüngszahl, z. B. Sssigsäure-Äthylester, Butanol, Aceton oder dergl. versetzt sein, um die Härtungszeiten herabzusetzen. Zum gleichen Zweck dienen Photo-Initiatoren oder lichtempfindliche Stoffe als Zusatz, z. B. Ammoniumbichromat, Chromsäure und dergl,. Aus dem Ammoniumbichromat im Augenblick der Bestrahlung entstehende Chromsäure wirkt härtend.

Die zur Verwendung kommenden Lacke oder ein Mieschungsbestandteil davon von mehr als 30 $> weisen beim Härten eine energieerzeugende oder exotherme Reaktion auf, welche durch Impulse bestimmter Wellenlänge angeregt werden, sobald eine bestimmte Energieschwelle überschritten ist und reagieren in gewissen Grenzen nach. Es wird hierbei das Radikal des organischen Stoffes in Eigenfrequenz angeregt, das an der Härtung von oxydativ trocknen-

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den lacken beteiligt ist, wodurch Sauerstoff aktiviert wird. Die Strahlung muß eine Frequenz aufweisen, welche der Resonanzschwingung der Moleküle entspricht, die sich mit Sauerstoff verbinden. Dies entspricht bei einer bestimmten Art von Lacken einer Wellenlänge von 197»4 mMy oder nm. Eine Beschleunigung der Härtung wird noch zusätzlich erzielt, wenn ein geringer Anteil der Strahlung eine Wellenlänge aufweist, die einer der Resonanzlinien des Sauer· Stoffs entspricht, z. B. 184,9 nm. Es wurde auch gefunden, daß, wenn ein Anteil der Strahlung eine Wellenlänge von 389,0 nm aufweist, dies ebenfalls zur Beschleunigung, des Härtens beiträgt.

Die Zahl der in der Zeiteinheit erzeugten Impulse kann je nach Art des Lackes unterschiedlich sein. Es kann je nach Art der Schicht mit zwei oder mit zehn bis zwanzig Impulsen je Sekunde gearbeitet werden· Die Zahl der auf eine Flächeneinheit auftreffenden notwendigen Impulse hängt von der Stärke der Röhre ab. Mit etwa sechshundert Impulsen je Flächeneinheit wurde eine befriedigende Härtßng ©rreicht« Di© Zahl der zur Härtung erforderlichen Impulse hängt natürlich auoh von dsr Schichtdicke ab.

Die zum Aushärten erforderliche Energie ist um so geringer, je .größer der zeitliche Abstand der Impulse zur Zeitdauer eines Impulses ist. Mit einem Verhältniswert von 100 wurden bei äußerst geringer Leistungeaufnähme.gute Erfolge erzielt.

Bei den zur Verwendung kommenden Stoffen muß die energieerzeugende oder exotherme Reaktion mindestens eine gewisse Zeit nachlaufen und duroh Impulse bestimmter Frequenz anzuregen sein.

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Claims (1)

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   A χι β Tt r ü c he,

   Verfahren stum Härten einer auf einen Körper aufgetragenen . Schicht aus einem nach Anregen durch Bestrahlen exotherm reagierenden, organischen' Stoff, insbesondere oxydativ trocknendem Lack, dadurch . g e k e η η zeich net, daß der Stoff durch Ultraviolettstrahlen angestrahlt wird', deren Wellenlänge im Resonanzbereich seines Radikales liegt und . die in Form von im wesentlichen gleiche zeitliche Abstände . aufweisenden Impulsen erzeugt werden.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e ic h η e t, daß der mittlere zeitliche Abstand zweier Impulse zur mittleren Zeitdauer des Impulses sehr viel größer als 1, insbesondere größer als 100 ist.

   % Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η - ze ic h.'-η et, daß die Wellenlänge 19714 nm beträgt.

   4· Vtrfahrtn ntoh Anspruoh 3ι dafluroh g t k β η η β ei ο h net, daß eine zusätzliche Wellenlänge von 184,9 nm und/oder 389,0 nm verwendet wird.

   5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche unter Verwendung eines Ultraviolettstrahlers, daduroh g e k e η η ζ ei c h η e t, daß dieser Strahler eine Wellenlänge erzeugt, die im Resonanzbereich des Radikales des zu bestrahlenden Stoffes liegt, und daß der Strahler an eine Zündeinrichtung angeschlossen ist.

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   6« Vorrichtung nach Anspruch 5₁ dadurch ge kin nee i oh - net, daß 41· Zündeinrichtung (6) eine Gleichetromquelle (8)

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   mit einem parallel zum Strahler (5) iiegendven Kondensator und einen 25Ündkr<Bis (11 fcie 17) aufweist*

   7. Vorrichtung naeh Anspruch 5 öder 6, dadurch jg e fc e h η ζ e i e h ή e % iaö -WM Hsiöeüjpn -üNsr eine Xenon-iifl|jUlB*ft8hre Mi^ auitlSlicher

   weiche Röhre einen ittr die äur- e*ö$h(örnieü Anregung ertördei*- Wellenlänge durchlassendeh ^

   6. liaek zur Dürchiilhrung des Verfahrens nach einem der , ehe 1 bis 4 und zur Verwendung in der Vörriöhtung nach eineffii der Ansprüche 6 und 7» dadurch g e fc e η η ζ e 1 ö h η e t, daß er ein niedrigsiedendes lösungsmittel hoher Ver dampf ungs zahl

   9. Lack nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß er einen iichteopfindiiehen Ötoff. enthält.

   10. Lack nach einem der Ansprüche 8 und 9» dadurch g e k e η η zeich η e t, daß er einen Mindestanteil von 30 % min* destens eines exotherm reagierenden und nachreagierenden, organischen Stoffes enthält.

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