Witterungsstabile Polyamid-Pulverbeschichtungen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft witterungsstabile, farbige Polyamidbeschichtungen, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre bevorzugte Verwendung.

[0002] Unter einer Pulverbeschichtung versteht man im allgemeinen die Beschichtung von Oberflächen durch Auftragen und Sintern von schmelzfähigen Pulvern. Verschiedene Verfahren zur Pulverbeschichtung sind bekannt. Unter diesen Verfahren gilt insbesondere das Wirbelsinterverfahren als einfach durchzuführende Methode, einen Kunststoffüberzug aus Thermoplasten wie z. B. Polyamiden, Polyestern oder Polyethylen beispielsweise auf Metalle oder Glas aufzubringen. Bekannt ist hierbei auch eine Verfahrensvariante, bei der die erzeugte Pulverbeschichtung durch Aufschmelzen in einem zweiten Ofen geglättet wird. Als für das Wirbelsintern bewährte Kunststoffe haben sich insbesondere die Polyamide 11 und 12 erwiesen, die seit vielen Jahren eingesetzt werden. Bekannt ist die Verwendung dieser Polyamide z. B. zur Pulverbeschichtung von Einsatzkörben in Geschirrspülmaschinen wegen der hohen Beständigkeit gegen Reinigungsmittel, Säuren und Laugen.

[0003] Polyamidbeschichtungen können durch Zugabe von Pigmenten eingefärbt werden. Die Art der Zugabe der Pigmente zum Polyamid richtet sich dabei lediglich nach dem Verfahren der Pulverherstellung. Üblich sind z. B. das Extrudieren in das Polyamidgranulat mit anschließender Vermahlung, die Zugabe während eines Fällprozesses oder das Vermischen des unpigmentierten Polyamidpulvers mit den Pigmenten im Dryblend-Verfahren. Es ist auch möglich, die Verfahren miteinander zu kombinieren, beispielsweise einen Teil der Pigmente vor der Fällung oder der Extrusion zuzusetzen und den endgültigen Farbton durch Zugabe weiterer Pigmente einzustellen. Herkömmliche Polyamid-Beschichtungspulver, geeignete Verfahren zu ihrer Herstellung sowie geeignete Pigmentierungsverfahren sind z. B. aus DE-PS 28 55 920 bekannt. Die Schritt beschreibt für herkömmliche Polyamid-Beschichtungspulver u. a. sowohl geeignete Korngrößeverteilungen für spezielle Beschichtungsverfahren als auch geeignete Zusätze zur Pigmentierung sowie zur Stabilisierung der Pulver in bezug auf Alterung, Wärme oder Licht.

[0004] Die beim Wirbelsinterverfahren gebräuchlichen Polyamide 11 und 12 sind teilkristalline Werkstoffe, deren kristalliner Anteil bewirkt, daß Wirbelsinterbeschichtungen aus Polyamid 11 und Polyamid 12 opak sind. Die Kristallinität kann reduziert werden, indem die Beschichtungen kurz nach dem Erstarren bei Temperaturen wenig unterhalb ihrer Schmelzpunkte in Wasser eingetaucht und dadurch sehr schnell weiter abgekühlt werden. In diesem Fall bilden sich weniger Kristalle, da der morphologische Zustand eingefroren wird. Aber auch in Wasser abgekühlte Beschichtungen sind opak.

[0005] Polyamide werden bekanntermaßen durch UV-Licht abgebaut. Dies kann durch geeignete Stabilisatoren wie phenolische Antioxidantien und HALS-Stabilisatoren bedingt verhindert werden. Werden die stabilisierten Polyamide aber mit Buntpigmenten versetzt, tritt trotzdem ein rascher Abbau ein, der den Außeneinsatz von eingefärbten Polyamiden als nicht sinnvoll erscheinen läßt.

[0006] Polyamidbeschichtungen, die der Freibewitterung ausgesetzt werden, weisen nach einiger Zeit Risse auf, durch die Feuchtigkeit bis zum Untergrund vordringen kann. Damit verlieren sie ihre wichtigste Funktion, den ausreichenden Korrosionsschutz. Die oben erwähnten Stabilisatoren verleihen den Beschichtungen nur dann eine ausreichende Stabilität, wenn keine Pigmente oder nur Pigmente auf Basis Titandioxid und/oder Ruß eingearbeitet sind. Pigmente sind besonders störend, wenn sie nach dem Dryblend-Verfahren den fertigen Wirbelsinterpulvern zugemischt werden. Aber auch eine homogene Verteilung der Buntpigmente in der Polymermatrix wirkt dem Schutz der UV-Stabilisatoren entgegen. Dies läßt sich an beschichteten Testblechen, die entweder im Freien bewittert oder die einem Weather-O-meter-Test unterworfen werden, demonstrieren.

[0007] Farbige Polyamidbeschichtungen werden daher in Außenbereichen in der Regel trotz ihrer sonstigen vorteilhaften anwendungstechnischen Eigenschaften nicht eingesetzt.

[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, witterungsbeständige farbige Polyamidbeschichtungen bereitzustellen, die auch für den Einsatz im Freien geeignet sind und die zugleich den hohen optischen Anforderungen gerecht werden, wie sie marktüblich z. B. von Benutzern von Gebrauchsgegenständen gestellt werden.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch witterungsbeständige, farbige Polyamid-Pulverbeschichtungen, hergestellt unter Verwendung von herkömmlichen Polyamidpulvern, gemäß Patentanspruch 1 aus zumindest einer zunächst auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgetragenen, pigmentierten Polyamid-Schicht und zumindest einer darüber aufgebrachten unpigmentierten, mit Witterungsstabilisatoren versetzten Polyamid-Deckschicht. Bevorzugt sind erfindungsgemäße zweifache Polyamidbeschichtungen aus einer pigmentierten und einer unpigmentierten Schicht.

[0010] Erfindungsgemäße Polyamidbeschichtungen können nach allen bekannten Verfahren der Pulverbeschichtung wie z. B. durch Wirbelsintern, Sprühen auf heiße Oberflächen oder Elektrostatikbeschichtung hergestellt werden. Bevorzugt wird jedoch das Wirbelsinterverfahren. Dabei wird das zu beschichtende Werkstück vorzugsweise zunächst in einem Ofen auf die übliche Beschichtungstemperatur von ca. 250 °C bis 450 °C erwärmt und anschließend nacheinander zunächst etwa 2 bis 5 Sekunden in zumindest ein pigmentiertes und danach in zumindest ein unpigmentiertes, mit Witterungsstabilisatoren versetztes Polyamid-Pulver für ebenfalls etwa 2 bis 5 Sekunden eingetaucht. Abschließend erfolgt das Aufschmelzen und Glätten der Beschichtung in herkömmlicher Weise. Auch eine Kombination von Beschichtungsverfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mehrfachbeschichtungen ist möglich, z. B. durch Wirbelsintern und Aufsprühen einer zweiten Schicht.

[0011] Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyamidbeschichtungen sind bevorzugt herkömmliche, dem Fachmann geläufige Pulver aus teilkristallinen Polyamiden mit Schmelzpunkten von kleiner oder gleich 220 °C (gemessen nach der Differentialthermoanalyse [DSC]) geeignet; besonders bevorzugt werden Polyamid 11, Polyamid 12, Polyamid 12.12 und/oder Polyamid 10.12 eingesetzt. Die Dicke der einzelnen aufgetragenen Schichten beträgt vorzugsweise zwischen 100 und 300 µm. Als Witterungsstabilisatoren dienen die aus dem Stand der Technik bekannten Stabilisatoren, also z. B. HALS-Stabilisatoren, sterisch gehinderte Phenole, Triazine, Phosphite und dergleichen.

[0012] Unabhängig vom Beschichtungsverfahren erfolgt der Auftrag der Schichten vorzugsweise unmittelbar nacheinander ohne zwischengelagerte Verfahrensschritte. Zur Verbesserung des Haftverbundes zwischen den Schichten kann es aber - insbesondere bei Werkstücken mit sehr unterschiedlichen Geometrien und infolgedessen sehr unterschiedlichen Wärmekapazitäten - vorteilhaft und/oder zur Erzielung des erfindungsgemäßen Effektes notwendig sein, nach dem Aufbringen der zweiten bzw. nächsten Schicht deren Aufschmelzen in einem Ofen zu unterstützen.

[0013] Überraschenderweise besitzt beispielsweise eine erfindungsgemäße zweifache Polyamidbeschichtung einen zwar scheinbar etwas dunkleren, aber brillanteren Farbton als eine Einfachbeschichtung gleicher Dicke nur mit dem gleichen farbigen Pulver. Dieser Effekt ist besonders auffällig, wenn zur Einfärbung plättchenförmige Glimmerpigmente verwendet werden, die der Beschichtung einen metallischen Glanz verleihen. Der Farbeffekt tritt verstärkt auf wenn die Beschichtung mit Wasser abgekühlt wird. Dieser vorteilhafte Farbeffekt, der zu einem ansprechenden Aussehen pulverbeschichteter Gegenstände führt, ist insbesondere deshalb überraschend, weil unpigmentierte Polyamidschichten opak sind und deshalb eher mit einem Verblassen des Farbtons durch die zumindest doppelte Beschichtung gerechnet werden mußte. Der Farbeffekt wird unabhängig vom Beschichtungsverfahren erzielt, also auch, wenn z. B. nur eine farbige Schicht im Wirbelsinterverfahren aufgebracht und die Deckschicht mit einer Sprühpistole aufgebracht wird.

[0014] Die erfindungsgemäßen Polyamidbeschichtungen sind aufgrund der unpigmentierten Deckschicht (oder Deckschichten) außerdem sehr witterungsstabil, da die schützende Wirkung der Stabilisatoren nicht durch die Pigmente wieder aufgehoben wird. Dies gilt sowohl im Vergleich mit Einfachbeschichtungen, deren zugrunde liegende Pulver im Dryblend-Verfahren pigmentiert wurden und in denen ein geringer Teil der Pigmente in die Oberfläche der Beschichtung eingebettet ist, als auch für den Vergleich mit Beschichtungen aus in der Schmelze pigmentierten Polyamidpulvern, in denen die Buntpigmente nur geringfügig besser geschützt sind, so daß sie dennoch den Polyamidabbau katalysieren können.

[0015] Die erfindungsgemäßen Pulverbeschichtungen sind ferner kostengünstig hergestellbar, da ausgehend von unpigmentierten oder nur mit Titandioxid versetzten sogenannten Stammpulvern in einem einfachen Verfahren gegen UV-Licht stabile farbige Beschichtungen erhalten werden.

[0016] Die erfindungsgemäßen Polyamidbeschichtungen sind darüber hinaus - wie Polyamidbeschichtungen im allgemeinen - abriebfest, schlagfest, geräuschdämpfend, beständig gegen Reinigungsmittel, Säuren und Laugen, leicht zu reinigen und umweltfreundlich in Herstellung und Entsorgung. Da die erfindungsgemäßen Polyamidbeschichtungen auch witterungsbeständig und optisch ansprechend in ihrem Aussehen sind, ergeben sich vielfältige neue Einsatzmöglichkeiten für Polyamidbeschichtungen im Außeneinsatz (Freiluftbereich).

[0017] So ist z. B. die Verwendung von erfindungsgemäßen Polyamidbeschichtungen aus dem Polyamid VESTOSINT (Hüls AG) bei Einkaufswagen oder -körben möglich und bietet hier eine Vielzahl von Vorteilen. Einkaufswagen sind bekanntlich sowohl hohen mechanischen Belastungen als auch der Freibewitterung ausgesetzt. Zusammen mit dem oben genannten vorteilhaften anwendungstechnischen Eigenschaften von Polyamidbeschichtungen ermöglicht die erfindungsgemäße Beschichtungsweise mit z. B. VESTOSINT eine Herstellung robuster, witterungsbeständiger, farbiger Einkaufswagen aus herkömmlichen Baustählen auf im Vergleich zu herkömmlichen, galvanisch verzinkten und einbrennlackierten Einkaufswagen umweltschonendere Weise bei annähernd gleichem Preis. Die Polyamidbeschichtung hat dabei auch vorteilhaften Einfluß auf die Konstruktion von Einkaufswagen, da dauerhafte Kantenbeschichtungen möglich sind, die z. B. Aufsatzschweißungen der Drähte ohne zusätzlichen Deckrahmen erlauben.. Aufgrund der optischen und anwendungstechnischen Eigenschaften ist ferner mit einer hohen Akzeptanz des Nutzers zu rechnen. Auch eine Einfärbung der Einkaufswagen in den Firmenfarben z. B. der Supermarktkette ist möglich.

[0018] Weitere Anwendungsmöglichkeiten für die erfindungsgemäßen Beschichtungen bieten z. B. Gartenmöbel, Geräte für Kinderspielplätze oder Verkehrseinrichtungen wie Straßenpfosten u. ä.. Erfindungsgemäß beschichtete Artikel zeichnen sich durch eine hohe Lebensdauer aus.

[0019] Der Erfindungsgegenstand wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein:

Beispiel 1:

[0020] Durch Fällung wird ein weißes Polylaurinlactampulver hergestellt, das die für Wirbelsinterpulver üblichen Wärmestabilisatoren und Titandioxid als Weißpigment enthält, indem die genannten Stoffe der Polyamidlösung vor der Fällung zugesetzt werden. Das Produkt wird durch Zugabe von 1,0 Teilen Sicotangelb K1011 (Hersteller BASF) und 0,9 Teilen Cromophthalgelb AGR (Hersteller Ciba Geigy) gelb eingefärbt.

[0021] Mit diesem Pulver werden gesandstrahlte Bleche der Abmessung 50 x 200 x 2 mm im Wirbelsinterverfahren beschichtet. Dazu werden die Bleche 10 Minuten in einem 380 °C heißen Umluftofen erwärmt, 2 Sekunden in das gelbe Wirbelsinterpulver und unmittelbar danach 2 Sekunden in ein farbloses Polyamid 12-Wirbelsinterpulver getaucht und 30 Sekunden nach dem Tauchen in kaltem Wasser abgekühlt. Das zweite Wirbelsinterpulver enthält jeweils 0,3 Gew.-% der handelsüblichen UV-Stabilisatoren Tinuvin 234 und Tinuvin 770 (Hersteller Ciba Geigy).

[0022] Zum Vergleich wurden Bleche der oben genannten Ausführung wie oben erwärmt, 4 Sekunden in das gleiche farbige Wirbelsinterpulver getaucht und 30 Sekunden später mit kaltem Wasser abgekühlt. In beiden Fällen waren die Beschichtungen etwa 350 µm dick. Die Doppelbeschichtung ließ sich leicht und eindeutig durch eine größere Brillanz von der Einfachbeschichtung unterscheiden.

[0023] Die Beschichtungen wurden ohne Belastung und nach 1000 Stunden Exposition in einem Weather-O-meter-Test nach DIN 53387 durch Bestimmung der Lab-Werte photometrisch vermessen. Der Farbabstand ΔE betrug 1,6 Einheiten für die doppelt beschichtete und 46,8 Einheiten für die einfach beschichtete Probe. Ein Farbabstand von ΔE<2 bedeutet, daß sich die Probe visuell nicht verfärbt hat. Die Witterungsbeständigkeit der erfindungsgemäß beschichteten Bleche ist somit nachgewiesen.

Beispiel 2:

[0024] Ein handelsüblicher Einkaufswagen mit 150 l Korbinhalt wurde in Teilen entfettet und anschließend beschichtet. Oberteil und Kindersitz wurden im 400 °C heißen Umluftofen 4 Minuten erwärmt, danach 3,5 Sekunden unter heftiger Bewegung in das wirbelnde gelb pigmentierte Polyamid 12-Pulver aus Beispiel 1 eingetaucht und unmittelbar danach 2,5 Sekunden in ein zweites Wirbelsintergefäß mit farblosem Polyamid 12-Pulver getaucht. Das farblose Pulver enthält die beschriebenen Witterungsstabilisatoren. Nachdem das Teil aus dem zweiten Bad entnommen war, wurde es 15 Sekunden an der Luft gelassen, damit die Pulver zu einer glatten Schicht verlaufen konnten. Anschließend wurde es 30 Sekunden in ein etwa 60 °C warmes Wasserbad getaucht.

[0025] Das Untergestell wurde in der gleichen Weise beschichtet, wobei der Ofen auf 420 °C erhitzt wurde und das Teil 5 Minuten im Ofen verweilte. Die Tauchzeit im ersten Becken betrug hier nur 2,5 Sekunden.

[0026] Die Beschichtungen waren homogen durchgefärbt, auch an kritischen Kreuzungsstellen von Drähten unterschiedlicher Dicke porenfrei. Die Dicke der Beschichtung betrug im Durchschnitt 280 µm.

Beispiel 3:

[0027] Eine handelsübliche Parkbank bestehend aus einem Stahlrohrrahmen, der mit einem Drahtgitter ausgefüllt ist, wurde entfettet und gesandstrahlt. Anschließend wurde sie in einem 400 °C heißen Ofen 6 Minuten erwärmt, jeweils 3 Sekunden nacheinander in Wirbelsinterbecken mit grünem Polyamid 12-Pulver und farblosem Polyamid 12-Pulver getaucht und 30 Sekunden nach der Herausnahme aus dem zweiten Becken in ca. 30 °C warmes Wasser getaucht.

[0028] Der grüne Pulver wurde erhalten durch Vermischen von farblosem, wärmestabilisiertem Polyamid 12-Pulver mit 2 Teilen Sicopalgrün K 9610 (Hersteller BASF), 0,14 Teilen Cromophthalgelb AGR (Hersteller Ciba-Geigy) und 0,05 Teilen Bayferrox 130 (Hersteller Bayer). Das farblose Polyamidpulver enthielt neben den Wärmestabilisatoren jeweils 0,2 Gew.-% Tinuvin 324 und Tinuvin 770 (Hersteller Ciba Geigy).

Ansprüche

1. Witterungsstabile, farbige Polyamid-Pulverbeschichtung, hergestellt unter Verwendung von herkömmlichen Polyamid-Pulvern,
gekennzeichnet durch
zumindest eine einzige zunächst auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgetragene pigmentierte Polyamid-Schicht und zumindest eine einzige darüber aufgebrachte unpigmentierte, mit Witterungsstabilisatoren versetzte Polyamid-Deckschicht.

2. Witterungsstabile, farbige Polyamid-Pulverbeschichtung gemäß Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
eine einzige zunächst auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgetragene pigmentierte Polyamid-Schicht und eine einzige darüber aufgebrachte unpigmentierte, mit Witterungsstabilisatoren versetzte Polyamid-Deckschicht.

3. Witterungsstabile, farbige Polyamid-Pulverbeschichtung gemäß Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Polyamide teilkristalline Polyamide mit Schmelzpunkten von kleiner oder gleich 220 °C (gemessen nach der Differentialthermoanalyse) eingesetzt werden.

4. Witterungsstabile, farbige Polyamid-Pulverbeschichtung gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß Polyamid 11, Polyamid 12, Polyamid 12.12 und/oder Polyamid 10.12 verwendet werden.

5. Verfahren zur Herstellung witterungsbeständiger, farbiger Polyamid-Pulverbeschichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 4,
gekennzeichnet durch Wirbelsintern der pigmentierten Schicht oder Schichten.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5 zur Herstellung witterungsstabiler, farbiger Polyamid-Pulverbeschichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die unpigmentierte Deckschicht oder die unpigmentierten Deckschichten durch Wirbelsintern oder Pulversprühen aufgebracht werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 6 zur Herstellung witterungsstabiler, farbiger Polyamid-Pulverbeschichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 4,
gekennzeichnet durch das Aufschmelzen einer weiteren aufgetragenen Schicht in einem Ofen.

8. Verwendung von witterungsstabilen, farbigen Polyamid-Pulverbeschichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur Beschichtung von Einkaufswagen und/oder -körben, Gartenmöbeln, Geräten für Kinderspielplätze oder Verkehrseinrichtungen.

9. Einkaufswagen und/oder -körbe mit witterungsstabiler, farbiger Polyamid-Pulverbeschichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4.