DE19910405C1

DE19910405C1 - Verfahren zur Beschichtung von nichtleitenden Substraten und Anwendung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19910405C1
Application number: DE19910405A
Authority: DE
Inventors: Hanfried Rasehorn; Gerd Kruligk
Original assignee: HKR Systembau GmbH
Current assignee: HKR Systembau GmbH
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2000-06-15
Anticipated expiration: 2019-03-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dauerhaft witterungsbeständigen Beschichtung von nichtleitenden, insbesondere mineralischen Substraten, vor allem zur Herstellung von Elementen für die Fassadenbekleidung und von Elementen für den Innenausbau oder für die Möbelindustrie, mit folgenden Verfahrensschritten: a. Aufbringen einer Dispersion auf die Substrate, enthaltend mindestens ein Dispersionsmittel, mindestens ein durch Wärmestrahlung und/oder UV-Strahlung aushärtbares Pulver und mindestens eine Verbindung aus der Gruppe, bestehend aus organischen Siliziumverbindungen und Polyethyleniminen, b. Trocknen der Substrate zum Bilden einer Pulverbeschichtung auf den Substraten und c. Aushärten der Pulverbeschichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dauerhaft witterungsbeständigen Be schichtung von nichtleitenden, insbesondere mineralischen Substraten, vor allem zur Herstellung von Elementen für die Fassadenbekleidung und von Ele menten für den Innenausbau oder für die Möbelindustrie.

Elemente für die Bekleidung von Gebäudefassaden werden üblicherweise zum Schutz der Fassaden gegen Witterungseinflüsse, zur Wärmeisolierung der Ge bäude und zum Erzielen dekorativer Effekte angebracht. Bisher wurden der artige Bauelemente beispielsweise aus Faserbeton-, Betonstein-, Naturstein platten, Keramik, Metallverbund-HPL-Platten oder Al-Wandelementen herge stellt. Ferner ist es auch bekannt, Fassadenbekleidungselemente aus Glas platten zu fertigen. In diesem Falle können die Glasplatten mit dekorativen transparenten oder opaken Farbschichten versehen werden.

Beispielsweise ist in WO 9604215 A1 ein Verfahren zur Herstellung von farb beschichteten flächigen Glaskörpern beschrieben, deren Dekor durch das Glas hindurch erkennbar ist. Unter anderem wird auch ein flächiger farbbeschichteter Glasverbundkörper angegeben, der aus zwei flächigen Glaskörpern besteht und einer zwischen diesen angeordneten vernetzten Pulverlackbeschichtung. Diese Glaskörper und Glasverbundkörper können vorzugsweise als flächige Wand- und Fassadenbekleidungselemente sowohl für den Außenbereich als auch für den Innenbereich verwendet werden. Die flächigen Glaskörper werden mit der Sichtseite auf eine horizontale Stützfläche aufgelegt. Anschließend wird eine Pulverlackmischung auf die gegenüberliegende Beschichtungsseite aufge bracht und danach die Pulverschicht eingebrannt.

In diesem Fall ist die Sichtseite der Glaskörper mit der Beschichtungsseite nicht identisch. Dadurch soll ein besonders vorteilhafter ästhetischer Eindruck der Farbschicht durch die Glasfläche hindurch hervorgerufen werden. Außerdem wird angegeben, daß die Anforderungen an die Wetter- und UV-Beständigkeit der Farbschichten geringer sei als bei Beschichtung der Fassadenbekleidungs elemente von der Sichtseite her.

Das in WO 9604215 A1 vorgeschlagene Pulverbeschichtungsverfahren kann vielfältige Anwendungen in der Technik finden, insbesondere bei der Herstel lung von Autoteilen, Haushaltsgeräten und in der Möbelindustrie, da es eine weitgehend automatisierte Beschichtungsweise erlaubt und wegen der Abwe senheit von Lösungsmitteln umweltfreundlich ist. Außerdem kann Pulver wieder aufgefangen und wiederverwendet werden, das nicht auf die zu beschichtenden Oberflächen gelangt. Die mit den wärmehärtbaren Pulvern erzielbaren Überzü ge weisen auch bessere Qualität auf.

Allerdings weist das Pulverbeschichtungsverfahren auch Nachteile auf: Bei spielsweise ist eine gezielte Beschichtung einzelner Bereiche der Oberflächen, die gleichmäßige Beschichtung aller Oberflächenbereiche von kompliziert ge formten Teilen und ein schneller und wenig aufwendiger Wechsel von einer Farbe zu einer anderen in einer Beschichtungsstraße nur schwer möglich.

In US-A-3.925.580 ist daher ein Verfahren zum Sprühlackieren mit einer Auf schlämmung von wärmehärtbarem Pulver in Wasser vorgeschlagen worden. Die Aufschlämmung besteht aus dem wärmehärtbaren Pulver, Wasser und gelöstem Netzmittel zur Stabilisierung der Aufschlämmung.

In DE 26 37 728 A1 ist ferner ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen unter Verwendung von Pulvern in einem flüssigen Träger beschrieben, bei dem ein wärmehärtbares Pulver in mit Netzmitteln und/oder Emulgatoren versetztes Wasser eingebracht und die gebildete Dispersion verspritzt wird. Als wärme härtbares Pulver wird beispielsweise Polyesterpulver genannt. Es wird erwähnt, daß in die Haftschicht auch Haftverstärker für Beton, beispielsweise Silane, eingelagert werden können. Die durch Spritzen aufgebrachte Pulverdispersion in Wasser wird anschließend getrocknet und danach eingebrannt.

Es hat sich herausgestellt, daß die Wetter- und UV-Beständigkeit von Pulver farbschichten auf Glasoberflächen trotz des vorgegebenen Aufbaus der Fassa denbekleidungselemente in WO 9604215 A1 nicht ausreicht, um eine ausrei chende Langzeitstabilität der Bauteile zu gewährleisten. Üblicherweise ist zu fordern, daß auch nach einer Bewitterung der Fassadenbekleidungselemente während einiger Jahrzehnte keine Schädigungen des Farbauftrages auftreten. Die in WO 9604215 A1 erwähnten Glasverbundkörper aus zwei miteinander verklebten Glasplatten und einer dazwischen angeordneten Farbschicht, die gegen Bewitterung sehr beständig sind, sind allerdings nur mit einem aufwendi gen und damit kostspieligen Verfahren herstellbar. Außerdem entsprechen sie nicht den Materialqualitätsvorgaben nach DIN 18516 Teil 6 (Deutsches Institut für Normung), die hinterlüftete Fassadenbekleidungen betreffen. Dagegen sind Fassadenbekleidungselemente, die nur aus mit einseitig aufgetragenen Farb schichten versehenen Glasplatten bestehen, in üblicher Weise den Witterungs einflüssen ausgesetzt, selbst wenn die Sichtseiten der Platten, wie in WO 9604215 A1 beschrieben, mit den Beschichtungsseiten nicht identisch sind. Häufig werden diese Elemente nämlich beabstandet vom Mauerwerk und damit ausreichend hinterlüftet angebracht, so daß die aufgebrachten Farbschichten Feuchtigkeitseinflüsse und Temperaturwechsel im wesentlichen ebenso über stehen müssen, wie die offenliegenden Außenseiten der Fassaden. Daher hat sich auch gezeigt, daß die Pulverfarbschichten nach einiger Zeit nicht mehr ausreichend fest auf den Glasplatten haften und abblättern.

Aus DE 27 46 017 A1 ist ein Verfahren zum Beschichten von Glasoberflächen, insbesondere Glasflaschen, mit einer transparenten, duroplastischen Schutz schicht aus Polyisocyanaten und hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen be kannt, bei dem vor dem Aufbringen der duroplastischen Schutzschicht zunächst die reine Glasoberfläche mit einer wäßrigen oder alkoholischen Silanschlichte behandelt wird. Als Silane können nach den Angaben in diesem Dokument Verbindungen mit funktionellen Resten verwendet werden, die zwei verschiede ne Funktionen aufweisen. Diese sollen zum einen niedere Alkoxylreste und zum anderen organische Reste mit solchen funktionellen Gruppen enthalten, die mit Isocyanatgruppen reagieren können. Beispielsweise können danach γ-Aminopropyl-trimethoxysilan, γ-Aminopropyl-triethoxysilan, Glycidyloxypropyl triethoxysilan, die entsprechenden Mercaptopropylverbindungen und andere Silane eingesetzt werden. In der Druckschrift wird die gute Beständigkeit der Beschichtung gegenüber heißen, alkalihaltigen Spüllaugen, in denen Flaschen vor dem Abfüllen von Getränken gereinigt werden, hervorgehoben.

Nach langjähriger Beobachtung von Fassadenbekleidungen mit derartig be schichteten Glasplatten wurde jedoch festgestellt, daß der Selbstreinigungs effekt dieser Bekleidungen an bestimmten Stellen mit der Zeit verloren geht. Bei einigen Fassadenbekleidungselementen entsteht auf der Sichtseite, angren zend an die Plattenränder, durch die Staubexposition der Umwelt im Laufe der Zeit nämlich ein festhaftender Schmutzbelag, der nicht einfach durch atmosphä rische Niederschläge wieder abgewaschen wird. Vielmehr müssen diese Ele mente aufwendig gereinigt werden.

Ferner wurde vereinzelt auch festgestellt, daß sich bei ungenügender Prozeß kontrolle beim Beschichten nach längerer Bewitterungszeit auch Fehlstellen in der Beschichtung bilden.

Der vorliegenden Erfindung liegt von daher das Problem zugrunde, die Nachtei le der bekannten Beschichtungsverfahren für nichtleitende, insbesondere mi neralische Substrate zu vermeiden und vor allem ein Verfahren zu finden, mit dem es gelingt, Glasoberflächen, vorzugsweise Oberflächen von Glasplatten, derart zu beschichten, daß die von der Sichtseite her durch das Glas hindurch erkennbare dekorative Farbschicht auch über einen längeren Zeitraum hinweg ausreichend fest haftet und ferner daß sich auf der Sichtseite der Elemente kein festhaftender Schmutzbelag bildet, der durch atmosphärische Niederschläge nicht mehr abgewaschen wird. Außerdem soll das Verfahren ausreichend si cher durchführbar sein, so daß sich Fehlstellen in der Beschichtung nach Ab schluß des Beschichtungsverfahrens nicht mehr bilden. Ferner soll es mit dem Verfahren nicht nur möglich sein, ganzflächige Beschichtungen aufzubringen, sondern auch partiell einzelne Oberflächenbereiche mit den Schichten zu ver sehen. Außerdem soll ein schneller und einfacher Wechsel von einem Farbtyp zu einem anderen möglich sein, ohne daß die Spritzkabine in einem aufwendi gen Verfahren gereinigt werden muß.

Gelöst wird dieses Problem durch das Verfahren nach Anspruch 1.

Das neue Verfahren dient zur dauerhaft witterungsbeständigen Beschichtung von nichtleitenden Substraten, vorzugsweise aus Glas, insbesondere in Form von Glasplatten, und umfaßt folgende Verfahrensschritte:

a) Aufbringen einer Dispersion auf die Substrate, enthaltend
- a) mindestens ein Dispersionsmittel,
- b) mindestens ein durch Wärmestrahlung und/oder UV-Strahlung aushärtbares Pulver und
- c) mindestens eine Verbindung aus der Gruppe, bestehend aus organischen Siliziumverbindungen und Polyethyleniminen,
b) Trocknen der Substrate zum Bilden einer Pulverbeschichtung auf den Substraten,
c) Aushärten der Pulverbeschichtung.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können vorzugsweise Elemente für die Fassadenbekleidung hergestellt werden, indem vorzugsweise flächige Bauteile aus ESG-Glas mit dem durch Wärmestrahlung und/oder UV-Strahlung aushärt baren Pulver beschichtet werden. Unter flächigen Bauteilen werden Teile mit einer im wesentlichen ebenen Beschichtungsseite verstanden. Zum Herstellen dekorativ ansprechender Fassadenbekleidungselemente werden die ESG-Glas bauteile, insbesondere Glasplatten, bevorzugt einseitig auf der der Sichtseite gegenüberliegenden Beschichtungsseite und den daran angrenzenden Kanten flächen kantenbündig zur Sichtseite beschichtet. Das Verfahren ist auch ge eignet, um Farbbeschichtungen auf anderen Gläsern, beispielsweise Float- oder VSG-Gläsern, und auf Gläsern für andere Anwendungszwecke, beispiels weise für Dekore für die Möbelindustrie und für den Innenausbau, herzustellen.

Zur Herstellung von Fassadenbekleidungselementen kann mit dem erfindungs gemäßen Verfahren eine Farbbeschichtung auf den Glasplatten gebildet wer den, die Witterungseinflüsse auch über einen sehr langen Zeitraum schadlos übersteht. Da die Farbbeschichtung auf den Fassadenbekleidungselementen im Einbauzustand durch die Glasplatten hindurch sichtbar ist, würde bereits eine geringe Schwächung des Haftverbundes zu einer Beeinträchtigung des Aussehens der beschichteten Elemente führen, so daß hohe Anforderungen an die Haftfestigkeit der Beschichtung gestellt werden müssen. Mit der nach dem neuen Verfahren erzeugten Beschichtung besteht die Gefahr einer Langzeit schädigung der Beschichtung nicht. Insbesondere wird der Haftverbund der Farbbeschichtung mit der Glasunterlage durch Temperaturwechsel, Feuchtig keit und/oder UV-Belastung nicht geschwächt.

Auch das Problem der mangelhaften Selbstreinigung der nach bekannten Ver fahren hergestellten Beschichtungen tritt bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildeten Beschichtungen nicht auf. Bei umfangreichen Versuchen mit nach bekannten Verfahren hergestellten beschichteten Glasplatten, bei spielsweise nach dem in DE 27 46 017 A1 beschriebenen Beschichtungsverfah ren, wurde festgestellt, daß das Problem der mangelhaften Selbstreinigung der Fassadenbekleidungselemente in den Randbereichen der Platten auf der Sicht seite möglicherweise darauf zurückzuführen ist, daß der im ersten Behand lungsschritt durch Spritzen aufgetragene Silan-Haftvermittler in einigen Fällen um die Ränder der Platten herum auch auf die Rückseite (= Sichtseite) der Plat ten gelangt und sich dort absetzt. Da die Haftvermittlerschicht selbst nicht sicht bar ist, konnte dieser Zusammenhang nicht direkt beobachtet werden. Mögli cherweise stellte die dort gebildete Haftvermittlerschicht die Ursache für den sich allmählich in diesen Bereichen bildenden Schmutzfilm dar, da der Haftver mittlerfilm leicht auch Schmutzpartikel bindet.

Bei dem daraufhin durchgeführten Versuch, die im ersten Behandlungsgang des bekannten Verfahrens aufgetragene Menge des Haftvermittlers zu verrin gern, um die Gefahr des Umgriffes auf die Sichtseite zu beseitigen, wurde al lerdings festgestellt, daß die Beschichtung nach ausreichend langer Bewitte rungszeit nunmehr vereinzelt Fehlstellen aufwies. In diesem Fall konnte nach umfangreichen Untersuchungen ermittelt werden, daß die Haftvermittlerschicht nicht lückenlos aufgebracht worden war.

Bei Durchführung des bekannten Verfahrens können die Beschichtungspara meter unter Produktionsbedingungen allerdings nicht ausreichend konstant gehalten werden, um die vorgenannten Probleme sicher beseitigen zu können.

Mit dem nunmehr gefundenen Verfahren wird sichergestellt, daß eventuelle Verschmutzungen der Sichtseiten der Fassadenelemente durch atmosphäri sche Niederschläge wieder entfernt werden (Selbstreinigungseffekt). Die nach teilige Wirkung bei Durchführung der bekannten Verfahren, daß die Sichtseiten der Elemente nach längerer atmosphärischer Bewitterung in den Randberei chen verschmutzen, wird bei Anwendung des neuen Verfahrens nicht beobach tet. Daher sind hohe Aufwendungen für eine wiederholte Reinigung der Fassa denbekleidungen nicht erforderlich. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist nämlich gewährleistet, daß die transparente Haftvermittlerschicht (Silan, Poly ethylenimin) an den späteren Sichtseiten der Substrate nicht, an den Beschich tungsflächen dagegen in jedem Fall vorhanden ist. Fehlstellen der Beschich tung sowie Verschmutzungsstellen an den Sichtflächen treten hier nicht auf. Diese wären auch leicht zu erkennen.

Das Beschichtungsverfahren ist einfach und sicher durchführbar: Es besteht nicht die Gefahr, daß sich nachträglich irreparable Fehlstellen im Überzug aus bilden. Falls bereits beim Spritzen Fehlstellen in der Beschichtung entstehen, sind diese sofort erkennbar und können daher durch eine einfache Reparatur direkt im Anschluß an die Beschichtung wieder beseitigt werden. Nach der Her stellung der Beschichtung entstehen durch Alterungsprozesse oder Witterungs einflüsse jedenfalls keine Fehlstellen mehr.

Die Verwendung einer Pulverdispersion ermöglicht darüber hinaus einen ein fachen und schnellen Wechsel eines Beschichtungsmaterials durch ein ande res, ohne daß die Spritzkabine in aufwendiger Weise gereinigt werden muß. Dadurch ist eine sehr viel flexiblere und wirtschaftlichere Fertigung möglich als bei den herkömmlichen Pulverbeschichtungsverfahren. Indem die Dispersion leicht aus der Kabinenluft abgesaugt werden kann und an den Kabinenwänden anhaftendes Beschichtungsmaterial sich nicht ohne weiteres wieder ablöst und in die Raumluft gerät, können unterschiedliche Werkstücke schnell nachein ander mit unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien überzogen werden. Da durch ist es auch möglich, kleinere Chargen mit mehreren unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien in schneller Folge nacheinander zu bearbeiten, wenn nur eine Beschichtungskammer zur Verfügung steht.

Vorteilhaft ist auch die Möglichkeit, gezielt einzelne Oberflächenbereiche partiell zu beschichten, während andere benachbarte Bereiche unbeschichtet bleiben. Dadurch können bestimmte ästhetische Wirkungen einer Farbbeschichtung hervorgerufen werden. Mit den herkömmlichen Pulverbeschichtungsverfahren ist dagegen lediglich eine ganzflächige Beschichtung möglich. Indem die größe re kinetische Energie des Naßlackstrahles beim Verspritzen der Pulverdisper sion ausgenutzt wird, kann das Beschichtungsmaterial gezielt plaziert auf ein zelne Bereiche der zu beschichtenden Werkstückoberfläche aufgetragen wer den.

Als Dispersionsmittel für die Dispersion können grundsätzlich beliebige Flüssig keiten eingesetzt werden. Aus Umweltgründen ist allerdings Wasser als Disper sionsmittel vorteilhaft. Um eine ausreichende Stabilität der Dispersion gegen ein Absetzen des Pulvers zu gewährleisten, wird vorzugsweise ein Gemisch von Wasser und Alkohol, vorzugsweise Ethanol, verwendet. Die Stabilität der Dis persion ist dann besonders hoch, wenn der Ethanolgehalt im Dispersionsmittel weniger als 10 Vol.-%, vorzugsweise 1 bis 8 Vol.-%, bezogen auf die Disper sionsmittelmenge in der Dispersion, beträgt.

Als organische Siliziumverbindungen können solche Silane eingesetzt werden, die haftvermittelnd zwischen der Beschichtung und dem Substrat wirken und die eine ausreichende Stabilität gegen Zersetzung in der Dispersion aufweisen. Vorteilhaft sind Silane mit der allgemeinen Formel

wobei -X- = -O- oder -O-CO-,
-Y = -H, -(CH₂)_nZ oder -(CR'''=C)_n-Z,
mit -Z = -Hal, -NR'''R"", -OR"", -SR"" oder

wobei -Hal = -F, -Cl, -Br, -I, wobei R, R', R" und R''' = Wasserstoff, Alkyl, mit funktionellen Gruppen substituiertes Alkyl, Phenyl und mit funktionellen Gruppen substituiertes Phenyl,
wobei R"" = Wasserstoff, Alkyl, mit funktionellen Gruppen substituiertes Alkyl, Phenyl, mit funktionellen Gruppen substituiertes Phenyl, Alkoxyl und Carbonyl,
wobei R, R', R", R''' und R"" jeweils gleich oder unterschiedlich sind und
wobei n = eine natürliche Zahl von 1 bis 10, vorzugsweise 2.

Als typische Silane kommen unter anderem folgende Verbindungen in Betracht: γ-Aminopropyl-trimethoxysilan, γ-Aminopropyl-triethoxysilan, γ-Glycidyloxy propyl-trimethoxysilan, γ-Glycidyloxypropyl-triethoxysilan, N-(β-(N-Vinylbenzyl amino)ethyl)-γ-aminopropyl-trimethoxysilan-hydrochlorid, N-(3-(Trimethoxy-si lyl)propyl)ethylendiamin, N-(3-(Triethoxysilyl)propyl)ethylendiamin, γ-Mercapto propyl-trimethoxysilan, γ-Mercaptopropyl-triethoxysilan, Vinyl-trimethoxysilan, Vinyl-triethoxysilan, Vinyl-tris(β-methoxyethoxy)silan, γ-Methacryloxypropyl- trimethoxysilan, γ-Methacryloxypropyl-trimethoxysilan, γ-Methacryloxypropyl- tris(β-methoxyethoxy)silan.

Die vorgenannten Verbindungen vermitteln eine gute Haftfestigkeit der Be schichtung auf der Substratunterlage und weisen überdies eine ausreichend gute Stabilität gegen Hydrolyse in der Dispersion auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Gehalt der organischen Sili ziumverbindungen im Dispersionsmittel höchstens 5 Gew.-%, bezogen auf die Menge des Dispersionsmittels in der Dispersion.

Als aushärtbare Pulver können durch Wärmestrahlung und/oder UV-Strahlung aushärtbare Pulver eingesetzt werden, vorzugsweise aus der Gruppe, beste hend aus Polyester-, Epoxid-, Polyacryl- und Polyurethanharzpulver. Die Menge des Pulvers in der Dispersion wird so eingestellt, daß eine nicht zum Verstopfen der Spritzdüsen neigende, spritzfähige Aufschlämmung entsteht und ferner daß ein ausreichender Farbauftrag beim Spritzen erreicht wird.

Die einzelnen vorpolymerisierten Polymerkomponenten werden in Form eines Pulvers hergestellt, indem das synthetisierte Material nach der Herstellung auf geschmolzen, gebrochen und danach gemahlen wird. Gegebenenfalls können auch Ein-Komponenten-Pulver hergestellt werden, wenn die vorpolymerisierten Komponenten mit den Härtungszusätzen, gegebenenfalls benötigten Photoini tiatoren und anderen Zusätzen vermischt, geschmolzen und danach zum Pulver verarbeitet werden. Besonders vorteilhaft ist ein Verfahren, bei dem die Poly merschicht aus zwei Pulverkomponenten gebildet wird, da in diesem Fall die Komponenten auch bei längerer Lagerzeit nicht miteinander reagieren und ein vernetztes Polymer bilden können.

Zur Erzielung dekorativer Effekte oder funktioneller Eigenschaften der Schich ten können gleichzeitig mit dem aushärtbaren Pulver weitere Additivkomponen ten auf die Oberfläche aufgebracht werden. Beispielsweise können dies ver stärkende Materialien (beispielsweise Fasern), andere Füllstoffe, Gleitmittel, Stabilisatoren oder Pigmente sein. Insbesondere können als Pigmente ferner auch Lichtreflektions- und Lichtabsorptionspartikel sowie elektrisch leitfähige Partikel auf die Oberfläche gebracht werden. Durch Verwendung von Pigmen ten, die mit dem Polymerpulver vermischt auf die Oberflächen aufgetragen wer den, können farbige Schichten erzeugt werden. Lichtreflektions- und Lichtab sorptionspartikel dienen dazu, weitere optisch ansprechende Oberflächeneffek te hervorzurufen. Beispielsweise können Metallflitter als Lichtreflektionspartikel und Graphitplättchen als Lichtabsorptionspartikel eingesetzt werden. Denkbar sind auch größere farbige einzelne Partikel, die mit den bloßen Auge vonein ander unterscheidbar sind. Andere Additivkomponenten dienen dazu, anstelle der üblicherweise hochglänzenden Schichtoberfläche eine matte, seidenglän zende oder strukturierte Oberfläche zu erzeugen.

Als Pigmente können auch photovoltaisch wirkende Teilchen verwendet wer den. In diesem Fall ist es beispielsweise möglich, Sonnenkollektoren auf ein fache Weise herzustellen. Hierzu ist es ferner erforderlich, die photovoltaisch wirkende Glasur vorder- und rückseitig mit geeigneten elektrischen Kontaktie rungen zu versehen, beispielsweise an der Rückseite mit aufgedampften oder galvanotechnisch erzeugten Metallschichten, einer metallischen Beschichtungs folie und an der Vorderseite mit einer transparenten elektrisch leitfähigen Schicht, beispielsweise einer aus Indium/Zinn-Oxid bestehenden Schicht (ITO). Beide Schichten müssen natürlich elektrische Ableitungen, beispielsweise Lei terbahnen enthalten.

Die Dispersion wird durch Vermischen der Bestandteile mit dem Dispersions mittel hergestellt.

Vor der Beschichtung werden die Glasplatten üblicherweise zunächst gereinigt, beispielsweise durch Naßbürsten mit deionisiertem Wasser oder mit einer alka lischen Reinigungslösung. Eventuell nach der Reinigung zurückbleibende Reini gungsmittel, zum Beispiel Alkalihydroxid, werden anschließend abgespült. Da nach werden die Platten getrocknet.

Anschließend werden die Platten mit der Dispersion vorzugsweise bei Raum temperatur beschichtet. Eine erhöhte Temperatur der Platten beim Beschichten ist aber nicht erforderlich. Während der Beschichtung wird die Dispersion mit Düsen auf die Oberflächen aufgetragen. Selbstverständlich kann die Dispersion auch mit anderen Verfahren aufgetragen werden, beispielsweise durch Rakeln oder bei entsprechend hoher Viskosität der Aufschlämmung durch Drucken, oder noch andere Verfahren. Wird mit Sprühdüsen gearbeitet, so hat sich eine fortwährende Pendelbewegung der Düsen während des Spritzprozesses als vorteilhaft herausgestellt. Durch diese Pendelbewegung soll das Entstehen von Welligkeiten in der Beschichtung vermieden werden. Die Pendelbewegung be steht darin, die Düsen parallel zur zu beschichtenden Oberfläche fortwährend hin- und herzubewegen. Gleichzeitig sollen die Düsen eine Rotationsbewegung um die Sprühstrahlachse ausführen.

Beim Aufspritzen der Dispersion auf horizontal gehaltene Glasplatten bildet sich ein Flüssigkeitsfilm, in dem die organischen Siliziumverbindungen und/oder Polyethylenimine gelöst und die wärme- oder UV-härtbaren Pulver dispergiert sind. Während des Flüssigkeitsauftrages auf die Platten und unmittelbar da nach, beispielsweise auch beim Trocknen der Schicht, sedimentieren die Pul verpartikel, wobei die größeren Partikel sich in der Nähe der Plattenoberfläche ablagern und die kleineren Partikel dazwischen und darüber. Möglicherweise adsorbieren die organischen Siliziumverbindungen und/oder die Polyethylenimi ne an den Plattenoberflächen und den Pulverpartikeln.

Unmittelbar danach werden die beschichteten Platten in einen Trockenofen überführt, in dem die Farbschicht getrocknet wird. Dadurch entsteht eine relativ festhaftende Pulverschicht auf den Platten. Vorzugsweise wird ein Zwangs trocknungsverfahren angewendet.

Nach dem Trocknen der Farbschicht wird die Pulverschicht ausgehärtet. Hierzu werden die beschichteten und getrockneten Substrate entweder in einen Wär me- und/oder IR-Einbrennofen oder eine UV-Aushärtstation überführt.

In der UV-Aushärtstation werden UV-härtbare Pulver unter Verwendung einer UV-Strahlungsquelle ausgehärtet. Durch Wärmestrahlung aushärtbare Pulver können mit Heißluft und/oder unter Verwendung einer IR-Strahlungsquelle ein gebrannt werden. Bei diesem Prozeßschritt bildet sich eine durch Wärmeeinwir kung vernetzte und damit gehärtete duroplastische Polymerschicht. Durch die ursprünglich in der Dispersion enthaltenen Silane und/oder Polyethylenimine haftet diese Schicht fest an den Glasoberflächen. Die Beschichtung ist dadurch auch für eine Anwendung im Außenbereich geeignet. Die Pulver werden mit Heißluft beispielsweise bei 160 bis 250°C eingebrannt. Die Einbrennzeit richtet sich nach der Aushärtungskurve der verwendeten Polymere.

Die Qualität der Beschichtung kann durch verschiedene Tests überprüft wer den. Beispielsweise wird die Beständigkeit der Beschichtung mit einem Klima test überprüft, bei dem die beschichteten Platten einer Kurzbewitterung nach einem definierten Programm unterworfen werden, und anschließend die Abreiß festigkeit der Beschichtung von den Platten mit einem Stirnabreißtest nach DIN EN 24 624: 1992 gemessen wird. Der Kurzbewitterungszyklus besteht aus sechs aufeinander folgenden Schritten, die nachfolgend aufgeführt sind:

- 4 Stunden 25°C mit Regen
- 4 Stunden 50°C trocken
- 4 Stunden 25°C mit Regen
- 4 Stunden 50°C trocken
- 4 Stunden 25°C mit Regen
- 4 Stunden 50°C trocken.

Die Platten werden erst 500 Stunden lang nach diesem Programm bewittert und gleichzeitig mit einer andauernd eingeschalteten Global-UV-Strahlungsquelle bestrahlt. Anschließend wird die Abreißfestigkeit der Beschichtung überprüft. Danach wird der Test für weitere 500 Stunden fortgeführt und anschließend wieder die Haftfestigkeit mit dem Stirnabzugstest gemessen. Es wird gefordert, daß die Abreißfestigkeit 10 N/mm² übersteigt.

Zusätzlich kann auch ein sogenannter Spülmaschinentest durchgeführt werden. Hierzu wird eine kommerzielle Haushaltsspülmaschine mit den Platten beladen und die Platten in einem für die Reinigung von Haushaltsgeschirr üblichen Pro gramm mehrfach, beispielsweise während 30 Spüldurchgängen, belastet.

Nach beiden Tests darf insbesondere die von der der Beschichtungsseite der Platten gegenüberliegenden Seite (Sichtseite) her sichtbare Beschichtung keine visuelle Veränderung durch die künstliche Bewitterung zeigen. Vor allem in den Randbereichen der Platten, in denen die Beschichtung durch Feuchtigkeit un terwandert werden könnte, ist eine derartige Schwächung des Haftverbundes sorgfältig zu kontrollieren.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Beschichtungen haften sehr fest und beständig an den Glasoberflächen. Auch nach einer künstlichen Bewitterung mit dem Klima- und dem Spülmaschinentest kann keine Beein trächtigung der Haftfestigkeit auf Glas festgestellt werden.

In einer bevorzugten Verfahrensweise werden Fassadenbekleidungselemente durch Beschichten von ESG-Glasplatten in einer Durchlaufanlage hergestellt. Die Platten werden hierzu auf einer horizontalen Transportbahn durch mehrere Behandlungsmodule hindurch transportiert, in denen die einzelnen zuvor be schriebenen Behandlungsschritte durchgeführt werden. Die Platten werden zu diesem Zweck beispielsweise auf ein in der horizontalen Transportebene lie gendes Transportband gelegt, so daß die Platten horizontal ausgerichtet und in horizontaler Richtung durch die Anlage transportiert werden.

In der Behandlungsanlage werden die einzelnen Behandlungsmedien von oben an die Platten herangeführt und somit die Oberseiten und die daran angrenzen den Kantenflächen kantenbündig zur gegenüberliegenden, untenliegenden Sei te der Platten behandelt. Ein Umgriff auf die Unterseite der Platten wird vermie den. Falls dennoch Beschichtungsdispersion an die Unterseite der Platten ge langt, kann diese vor dem Vernetzen der Pulverbeschichtung leicht wieder ent fernt werden.

Nach Abschluß des Aushärtvorganges werden die Platten in einem weiteren Behandlungsmodul abgekühlt, beispielsweise auf etwa 50°C. Danach können die Plattenkanten durch Schleifen bearbeitet werden. Anschließend werden die Platten vorzugsweise gereinigt und ihre Sichtseite mit hierfür geeigneten Mitteln gegebenenfalls hydrophobiert.

Nachfolgendes Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung:

Beispiel

Zur Herstellung von farbbeschichteten Fassadenbekleidungselementen wurden ESG-Glasplatten mit den Abmessungen 1000 mm × 800 mm × 8 mm in einer Horizontal-Durchlaufanlage bearbeitet. In der Anlage waren folgende Bearbei tungsmodule vorgesehen:

a) Beladestation
b) Reinigungsmodul
c) Spritzkabine
d) Trocknungsmodul
e) Einbrennkammer mit Heißluftbeheizung
f) Abkühlzone
g) Entladestation.

In den einzelnen Modulen war eine horizontale Transportbahn vorgesehen, in der die Glasplatten von einem Modul zum nächsten befördert werden sollten. Zur Fortbewegung der Platten waren Transportbänder in den einzelnen Modu len angeordnet, auf denen die Platten auflagen. Die Einbrennkammer war mit einem Paternostersystem ausgerüstet, um bei kleinem Stellbedarf des Moduls einen möglichst großen Plattendurchsatz zu gewährleisten. Alternativ könnte auch mit einer IR-Strahlungsheizung oder einer UV-Aushärtstation gearbeitet werden. In diesem Falle wären die Aushärtzeiten deutlich geringer, so daß auf den Paternosterofen verzichtet werden könnte.

Die Platten wurden auf das Transportband der Beladestation aufgelegt und von dort mit einer linearen Durchlaufgeschwindigkeit von 2 bis 6 m/min durch die Anlage transportiert.

Von der Beladestation wurden die Platten zuerst in das Reinigungsmodul be fördert. Dort wurde die oben liegende Oberfläche der Platten bei Raumtempera tur mit deionisiertem Wasser gereinigt, indem das Wasser durch Sprühdüsen an die Oberfläche gespritzt und gleichzeitig die Oberfläche mittels rotierender Bürsten mechanisch gereinigt wurde, die unterhalb und oberhalb der Trans portbahn quer zur Transportrichtung und parallel zur Transportbahn angeordnet waren.

Nach dem Durchlauf der Platten durch das Reinigungsmodul gelangten die Platten in die Spritzkabine. Dort befanden sich oberhalb der Transportbahn nach dem Injektionsverfahren funktionierende Hochdruck-Spritzdüsen, die quer zur Transportrichtung hin- und herbewegt wurden und gleichzeitig um die Sprühstrahlachse rotierten.

Als spritzfähige Dispersion wurde eine Aufschlämmung eines eingefärbten, auch für Pulverspritzverfahren verwendbaren, handelsüblichen, wärmehärtba ren Polyesterpulvers in einer Ethanol/Wasser-Mischung hergestellt. Der Etha nolgehalt in Wasser betrug < 5 Vol.-%. Die Pulvermenge in der Dispersion wur de auf 1 kg Pulver pro 1 l Ethanol/Wasser-Mischung eingestellt. Ferner enthielt die Mischung auch γ-Aminopropyl-trimethoxysilan in einer Konzentration von 0,1 bis 0,5 Vol.-%, bezogen auf die reine Ethanol/Wasser-Mischung (ohne Pul ver).

Die Dispersion wurde in dieser Kammer bei Raumtemperatur auf die Obersei ten und die angrenzenden Kanten der Platten aufgespritzt. Währenddessen wurden die Düsen in der vorstehend angegebenen Weise hin- und herbewegt und um die Sprühstrahlachse rotiert.

Nach dem Durchlauf der Platten durch die Spritzkabine gelangten diese in das Trocknungsmodul. Dort wurden die Platten an der Einlaufstelle mit Infrarot- Heizstrahlern ein wenig angewärmt und das Dispersionsmittel aus der Beschich tung mit einem üblichen Trocknungsverfahren entfernt. Dadurch entstand eine dichte und durch Anblasen nicht mehr entfernbare Pulverschicht auf den Plat tenoberseiten und den Kanten.

In der Einbrennkammer wurden die Platten mit einem thermischen Einbrenn verfahren auf eine Temperatur von 180 bis 200°C aufgeheizt. Die Verweilzeit der Platten in diesem Modul betrug etwa 20 min. Während dieser Behandlung bildete sich auf der Plattenoberfläche und den seitlichen Kanten ein ausgehär teter duroplastischer Polymerfilm.

Nach dem Durchlauf der Platten durch die Einbrennkammer wurden die Platten über die Transportbänder in eine Abkühlzone und von dort zur Entladestation überführt.

Claims

1. Verfahren zur dauerhaft witterungsbeständigen Beschichtung von nichtleiten den Substraten mit folgenden Verfahrensschritten:

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dispersions mittel ein Gemisch von Wasser und Ethanol verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ethanolgehalt im Dispersionsmittel auf weniger als 10 Vol.%, bezogen auf die Dispersionsmittel menge in der Dispersion, eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß der Gehalt der organischen Siliziumverbindung im Dispersionsmittel auf höchstens 5 Vol.-%, bezogen auf Dispersionsmittelmenge in der Dispersion, eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß als organische Siliziumverbindung ein Silan mit der allgemeinen For mel
wobei -X- = -O- oder -O-CO-,
-Y = -H, -(CH₂)_nZ oder -(CR'''=C)_n-Z,
mit -Z = -Hal, -NR'''R"", -OR"", -SR"" oder
wobei -Hal = -F, -Cl, -Br, -I, wobei R, R', R" und R''' = Wasserstoff, Alkyl, mit funktionellen Gruppen substituiertes Alkyl, Phenyl und mit funktionellen Gruppen substituiertes Phenyl,
wobei R"" = Wasserstoff, Alkyl, mit funktionellen Gruppen substituiertes Alkyl, Phenyl, mit funktionellen Gruppen substituiertes Phenyl, Alkoxyl und Carbonyl,
wobei R, R', R", R''' und R"" jeweils gleich oder unterschiedlich sind und
wobei n = eine natürliche Zahl von 1 bis 10, vorzugsweise 2,
eingesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die nichtleitenden Substrate nach der Beschichtung mit der Dispersion in Verfahrensschritt b. mit einem Zwangstrocknungsverfahren getrocknet wer den.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß durch Wärmestrahlung aushärtbare Pulver aus der Gruppe, bestehend aus Polyester-, Epoxid-, Polyacryl- und Polyurethanharzpulver, eingesetzt wer den.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gemäß Ver fahrensschritt b. getrocknete Pulverbeschichtung in Verfahrensschritt c. mit Heißluft und/oder unter Verwendung einer IR-Strahlungsquelle ausgehärtet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch UV-Strahlung aushärtbare Pulver aus der Gruppe, bestehend aus Polyester-, Epoxid-, Polyacryl- und Polyurethanharzpulver, eingesetzt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gemäß Ver fahrensschritt b. getrocknete Pulverbeschichtung in Verfahrensschritt c. unter Verwendung einer UV-Strahlungsquelle ausgehärtet wird.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß Glas, vorzugsweise in Form von Glasplatten, als nichtleitendes Sub strat eingesetzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasplatten in einer mehrere Behandlungsmodule umfassenden Anlage beschichtet wer den, in der die Platten horizontal ausgerichtet und in horizontaler Richtung transportiert werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite der Glasplatten und die daran angrenzenden Kantenflächen kantenbündig zur ge genüberliegenden Seite der Platten beschichtet werden.

14. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Her stellung von Elementen für die Fassadenbekleidung durch Beschichten von Bauteilen aus ESG-Glas.

15. Anwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Sichtseite aufweisenden Bauteile aus ESG-Glas einseitig auf der der Sichtseite gegenüberliegenden Beschichtungsseite und den daran angrenzenden Kanten flächen kantenbündig zur Sichtseite beschichtet werden.

16. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Her stellung von Elementen für den Innenausbau oder für die Möbelindustrie durch Beschichten von flächigen Zuschnitten aus Float- oder VSG-Gläsern.