способ и установка для нанесения покрытий с помощью водяного пара

Формула изобретения

1. Способ нанесения покрытия на подложки с использованием, по меньшей мере, одного покровного материала, который содержит, по меньшей мере, один органический компонент и который наносят на подложку посредством диспергирования и распыления, причем диспергирование указанного материала осуществляют водяным паром, а покровный материал представляет собой водорастворимую краску или расплавленную краску, по существу, не содержащую растворителя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что покровный материал наносят в виде грунта, наружного покрытия, наполнителя или прозрачного покровного слоя.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что покровный материал диспергируют посредством подачи через распылитель, предпочтительно через окрасочный пистолет, с использованием водяного пара в качестве вспомогательного газа и наносят на подложку посредством распыления.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют внутреннее смешивание водяного пара с покровным материалом с их совместной подачей из распылителя или наружное смешивание водяного пара с покровным материалом с подачей водяного пара параллельно, предпочтительно концентрично по отношению к покровному материалу, при этом водяной пар подают через распылитель под давлением 0,5·10⁵-10·10⁵ Па, предпочтительно 0,5·10⁵-1·10⁵ Па или 4·10⁵-8·10⁵ Па.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в качестве подложки используют металлы, пластики или древесные материалы.

6. Установка для нанесения покрытия на подложки, в особенности для осуществления способа согласно любому из предыдущих пунктов, содержащая, по меньшей мере, один распылитель (1) для диспергирования покровного материала и нанесения его на подложку посредством распыления, по меньшей мере, первый питатель (8) для подготовки покровного материала и подачи его к распылителю (1) и, по меньшей мере, второй питатель (9) для подготовки вспомогательного газа и подачи его к распылителю (1) для распыления покровного материала, причем второй питатель (9) содержит генератор водяного пара, а распылитель содержит приспособление, предотвращающее образование капель воды в водяном паре.

7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что второй питатель (9) и/или линия (7) питания, ведущая к распылителю (1), содержит устройство (11) для повышения давления, обеспечивающее достижение рабочего интервала давления водяного пара, составляющего 0,5·10⁵ -10·10⁵ Па, предпочтительно 1·10⁵ -2·10⁵ Па или 4·10⁵-8·10 ⁵Па.

8. Установка по п.6, отличающаяся тем, что окрасочный пистолет (1) содержит нагреватель (15) и/или устройство (13) для повышения давления для превращения почти всей воды в парообразную фазу.

9. Установка по любому из пп.6-8, отличающаяся тем, что распылитель содержит нагреватель в непосредственной близости от выпускного отверстия (5) сопла.

Приоритет по пунктам:

16.03.2004 по пп.1-7;

16.03.2005 по пп.8-9.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу нанесения покрытия согласно ограничительной части п.1 формулы и к соответствующей установке согласно ограничительной части п.7 формулы.

Уровень техники

Многие предметы повседневного пользования, разнообразные товары широкого потребления, а также изделия, производимые в коммерческом или промышленном масштабе, приобретают свой окончательный внешний вид только после нанесения наружного покрытия. Указанное покрытие используют как по эстетическим причинам, так и с целью выполнения защитной функции. Широкие возможности при нанесении покрытий обеспечиваются соответствующими способами, в которых пленку (так называемую краску), которая сцепляется с подложкой, а также защищает и, возможно, декорирует ее, создают с помощью материала для формирования покрытий (называемого далее покровным материалом) на основе органического связующего вещества. Такой покровный материал содержит пигменты, наполнители, добавки и/или растворители или диспергирующие агенты, которые используют совместно с макромолекулярными агентами-пленкообразователями (пленкообразующими агентами, формирующими макромолекулы). Под растворителями в данном случае подразумеваются любые жидкости или жидкие смеси (такие как спирты и вода), способные растворять агент-пленкообразователь (агенты-пленкообразователи). К диспергирующим агентам относятся жидкости (такие как углеводороды и вода), которые, не растворяя агент-пленкообразователь, удерживают его в состоянии тонкодисперсного, микрогетерогенного (микронеоднородного) распределения в пространстве.

Применительно к таким покровным материалам в общем случае можно употреблять термин "краски". Их можно наносить на предназначенные для этого предметы или подложки самыми различными способами. В качестве примеров можно назвать нанесение покрытия посредством погружения, окрашивание и распыление.

При промышленном применении наибольшее значение имеют методы, использующие распыление, поскольку они облегчают автоматизированный промышленный производственный процесс, обеспечивающий формирование очень однородного слоя краски. Посредством таких методов покровный материал, подлежащий нанесению на подложку, диспергируют с помощью различных технических приемов на множество мелких капель, которые затем осаждают равномерным образом на подложку, где они снова объединяются, формируя пленку. Например, известный способ диспергирования заключается в подаче покровного материала через систему сопел, выходя из которых он разделяется на множество маленьких капель. При этом указанный материал или сам по себе подается под соответствующим давлением (гидравлически) через распылитель, или его диспергируют посредством сжатого воздуха (пневматически), после чего сжатый воздух вместе с покровным материалом выходит из распылителя.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к нанесению красок на подложки посредством способа, использующего распыление, при осуществлении которого покровный материал диспергируют с помощью распылителя, такого как окрасочный пистолет.

Известные в настоящее время способы такого рода сталкиваются с проблемой, заключающейся в том, что при пневматическом (воздушном) диспергировании формированию однородного покрытия на поверхности подложки препятствуют кратковременные перекрытия подачи воздуха. В особенности это относится к нанесению водорастворимых красок, в которых вода выполняет функцию растворителя или диспергирующего агента. В результате в пленке краски на подложке образуются участки, на которых отсутствует покровный материал (непокрытые участки), причем в особенности это касается подложек с высоким коэффициентом поверхностного натяжения, например пластиков. Указанная проблема усугубляется в том случае, когда покрытие состоит из нескольких слоев, а непокрытые участки формируются уже в базовом или грунтовом покрытии, поскольку далее они распространяются в следующие слои. Формирование непокрытых участков наблюдается в особенности при покрытии пластиков так называемыми усилителями адгезии (грунтами) с очень высоким содержанием воды и с низким содержанием твердых частиц.

Поэтому задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке способа нанесения красок на подложки, устраняющего проблему формирования непокрытых участков во время процесса нанесения. В то же время указанный способ при своем применении должен быть простым и экономичным, не требуя внесения радикальных изменений в существующее окрашивающее оборудование.

Указанная задача решается посредством способа и установки для нанесения покрытий, признаки которых приведены соответственно в п.п.1 и 7 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления описаны в зависимых пунктах формулы.

В процессе разработки настоящего изобретения неожиданно было обнаружено, что перечисленные выше проблемы формирования непокрытых участков, причем в особенности при нанесении водорастворимых красок на пластики, несложно устранить, применяя в качестве вспомогательного газа во время пневматического распыления вместо воздуха водяной пар. При таком подходе указанные воздушные включения в краске и, в конечном счете, непокрытые участки в слое краски не образуются. Кроме того, предлагаемый способ прост в реализации, т.к. для его применения требуется только заменить воздух водяным паром, а это позволяет в значительной степени использовать уже существующую технику. Для этого требуется только сконструировать конкретные линии питания или уплотнители таким образом, чтобы их можно было использовать как для воды, так и для пара. При этом они должны быть способны перманентно выдерживать давление подаваемых потоков. Такому условию удовлетворяют, например, керамические уплотнители в окрасочных пистолетах. С технической точки зрения необходимо только обеспечить наличие дополнительного устройства, генерирующего водяной пар.

Предпочтительно, чтобы указанный пар можно было применять в интервале низких давлений 0,5×10 ⁵-2×10⁵ Па или в интервале высоких давлений 2×10⁵-10×10⁵ Па, предпочтительно 4×10⁵-8×10⁵ Па. Предпочтительно осуществлять внутреннее смешивание водяного пара с покровным материалом с их совместной подачей из распылителя или наружное смешивание водяного пара с покровным материалом с подачей водяного пара параллельно, предпочтительно концентрично по отношению к покровному материалу.

Было показано, что водяной пар можно применять не только при нанесении водорастворимых красок, в которых вода является растворителем или диспергирующим агентом, но и в качестве вспомогательного газа при пневматическом диспергировании расплавленной краски, по существу, не содержащей растворителя и почти на 100% состоящей из твердых частиц, поскольку нагретый водяной пар во время распыления не только не воздействует охлаждающим образом на расплавленную краску, но даже может обеспечить дополнительные тепло или нагрев, требуемые для ее перевода в жидкое состояние.

Кроме применения способа по изобретению специально для нанесения грунтов на пластики, без каких-либо оговорок можно утверждать, что с таким же успехом и вполне естественным образом его можно использовать для соответствующих наружных покрытий, слоев наполнителя или прозрачных покровных слоев на металлах или древесных материалах.

Предпочтительно, чтобы поблизости от выпускного отверстия (дюзы) окрасочного пистолета находилось приспособление, предотвращающее образование капель воды в водяном паре. Такое приспособление можно сформировать из устройства, повышающего давление, и/или нагревателя. Соответствующую конструкцию следует выбрать таким образом, чтобы у отверстия сопла присутствовал фактически чистый водяной пар. Соответственно, длина нагревателя или его производительность/эффективность должны быть выбраны исходя из принципа адекватного увеличения температуры. Такой подход, но применительно к изменению давления, целесообразен и для устройства повышения давления.

Остальные преимущества, характеристики и особенности настоящего изобретения станут ясны из последующего подробного описания варианта его осуществления, которое следует рассматривать совместно с прилагаемыми схематичными чертежами.

Краткое описание чертежей

Фиг.1а и 1b представляют собой схематичное изображение распылителей с внутренним (фиг.1а) и наружным (фиг.1b) смешиванием покровного материала и водяного пара, применяемого при нанесении покрытия в качестве вспомогательного газа.

Фиг.2 представляет собой схематичное изображение установки для нанесения покрытия на подложки согласно настоящему изобретению.

На фиг.3 приведено схематичное изображение линии питания окрасочного пистолета, подающей водяной пар.

На фиг.4 приведено схематичное изображение второго варианта выполнения линии питания окрасочного пистолета, подающей водяной пар.

Осуществление изобретения

На фиг.1 в виде схематичных изображений показаны два различающиеся между собой распылителя 1, которые можно использовать, например, в окрасочном пистолете для реализации способа по изобретению.

В распылителе 1, представленном на фиг.1а, имеются внутреннее и наружное сопла (соответственно 2 и 3), причем выпускное отверстие 4 внутреннего сопла 2 расположено внутри сопла 3 непосредственно перед его выпускным отверстием 5. В результате покровный материал, поданный во внутреннее сопло 2, перед выходом из распылителя 1 через выпускное отверстие 5 наружного сопла 3 смешивается с водяным паром, поданным к этому соплу 3 (внутреннее смешивание).

В отличие от этого варианта, в представленном на фиг.1b распылителе 1 выпускное отверстие 4 внутреннего сопла 2 расположено в той же плоскости, что и выпускное отверстие 5 наружного сопла 3. В результате смешивание покровного материала, подаваемого через внутреннее сопло 2, с водяным паром, выходящим из наружного сопла 3 через выпускное отверстие 5, происходит только после выхода указанного материала из распылителя 1 (наружное смешивание).

Оба эти типа нанесения покрытия посредством распыления с помощью водяного пара можно применять для осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 представляет собой весьма схематичное изображение установки для нанесения покрытия на подложки согласно настоящему изобретению. Распылитель 1 в виде окрасочного пистолета с соплами, показанными на фиг.1, присоединен первой линией 6 питания (шлангом) к первому питателю (бачку) 8. Посредством такого соединения обеспечивается подготовка покровного материала и его подача в пистолет 1, причем указанный материал переносится в линию 6 питания с помощью насоса 10.

Кроме того, окрасочный пистолет 1 присоединен второй линией 7 питания (шлангом) ко второму питателю 9, который содержит генератор водяного пара. Посредством указанного блока можно генерировать требуемый для реализации изобретения водяной пар и подавать его в пистолет 1.

Для вывода давления водяного пара в соответствующий рабочий интервал, составляющий 0,5×10⁵-10×10⁵ Па, 1×10 ⁵-2×10⁵ Па или 4×10⁵-8×10 ⁵ Па, во второй линии 7 питания можно предусмотреть наличие устройства, повышающего давление, например насоса 11. Такое устройство может входить в комплект второго питателя 9 или, как это показано на фиг.2, представлять собой отдельный блок.

Аналогичным образом, очевидно, что соответствующее устройство 10, повышающее давление, можно включить в состав первого питателя, предназначенного для покровного материала, или разместить отдельно в первой линии 6 питания (как это показано на фиг.2).

Кроме того, очевидно, что можно обойтись без насоса 10 в линии 6 питания, если засасывание водяного пара достаточно для адекватного переноса покровного материала.

На фиг.3 и 4 схематично изображены предпочтительные варианты выполнения линии 7 питания окрасочного пистолета, подающей водяной пар.

Как показано на фиг.3, поперечное сечение линии питания уменьшается в зоне, прилегающей к выпускному отверстию 5 распылителя. В результате непосредственно перед указанным отверстием давление повышается, а это приводит к тому, что даже самые незначительные количества капель воды, которые могли бы выделиться из водяного пара, снова испаряются. Таким образом, для нанесения покровного материала имеется в наличии фактически чистый водяной пар. В варианте выполнения, представленном на фиг.3, указанный эффект достигается за счет создания конического участка 13 в линии 7 питания, в которой поперечное сечение конуса уменьшается от первого значения в зоне 12 до второго значения в зоне 14.

Дополнительная возможность препятствовать формированию капель воды в водяном паре показана на фиг.4. С этой целью непосредственно перед выпускным отверстием 5 сопла или около него устанавливают дополнительный нагреватель 15. Посредством указанного нагревателя водяной пар можно соответственно нагреть или перегреть, чтобы всю воду перевести в парообразную форму. В качестве нагревателя 15 могут служить любые известные устройства, например электрические резистивные нагреватели с обмоткой вокруг линии 7 питания, патронные нагреватели с экзотермическим материалом или топлива, предназначенные для использования в полости окрасочного пистолета.