Poedercoating

Het poedercoatingproces omvat drie basisstappen: de voorbereiding van het onderdeel of de voorbehandeling, het aanbrengen van het poeder en de uitharding.

Voorbereidingsprocessen en apparatuur

Voor het poedercoatingproces is het van essentieel belang dat olie, vuil, smeervetten, metaaloxiden, lasschilfers enz. worden verwijderd. Dit kan worden gedaan door middel van een verscheidenheid aan chemische en mechanische methoden. De keuze van de methode hangt af van de grootte en het materiaal van het te poedercoaten deel, het soort onzuiverheden dat moet worden verwijderd en de prestatie-eisen van het eindproduct. Sommige warmtegevoelige kunststoffen en composieten hebben een lage oppervlaktespanning en plasmabehandeling kan noodzakelijk zijn om de poederhechting te verbeteren.

Chemische voorbehandelingen omvatten het gebruik van fosfaten of chromaten in onderdompeling of spuittoepassing. Deze komen vaak in meerdere fasen voor en bestaan uit ontvetten, etsen, ontsmetten, diverse spoelingen en het uiteindelijke fosfateren of chromateren van het substraat & nieuwe nanotechnologie chemische hechting. Het voorbehandelingsproces reinigt zowel als verbetert de hechting van het poeder aan het metaal. Recentelijk zijn aanvullende processen ontwikkeld die het gebruik van chromaten vermijden, aangezien deze toxisch kunnen zijn voor het milieu. Titanium zirkonium en silanen bieden vergelijkbare prestaties tegen corrosie en hechting van het poeder.

In veel high-end toepassingen wordt het onderdeel na het voorbehandelingsproces, en aansluitend op de poedercoating, geëlektrocuteerd. Dit is vooral nuttig in de automobielindustrie en andere toepassingen die hoogwaardige prestatiekenmerken vereisen.

Een andere methode om het oppervlak voor te behandelen is bekend als stralen, zandstralen of kogelstralen. Straalmiddelen en straalmiddelen worden gebruikt om het oppervlak te structureren en voor te bereiden, te etsen, af te werken en te ontvetten voor producten van hout, kunststof of glas. De belangrijkste eigenschappen zijn chemische samenstelling en dichtheid; deeltjesvorm en -grootte; en slagvastheid.

Siliciumcarbidegrit straalmiddel is bros, scherp, en geschikt voor het slijpen van metalen en niet-metalen materialen met een lage treksterkte. Kunststof straalmiddel maakt gebruik van kunststof straalmiddelen die gevoelig zijn voor substraten zoals aluminium, maar nog steeds geschikt zijn voor het de-coaten en afwerken van oppervlakken. Zandstraalmiddel maakt gebruik van zeer zuivere kristallen die een laag metaalgehalte hebben. Glasparelstraalmiddel bevat glasparels van verschillende grootte.

Gegoten staal of staalgrit wordt gebruikt om het oppervlak schoon te maken en voor te bereiden voor het coaten. Staalstralen recycleert het straalmiddel en is milieuvriendelijk. Deze voorbereidingsmethode is zeer efficiënt op stalen onderdelen zoals I-balken, hoeken, pijpen, buizen en grote gefabriceerde stukken.

Verschillende poedercoatingtoepassingen kunnen alternatieve voorbereidingsmethoden vereisen, zoals stralen vóór het coaten. Een recente ontwikkeling voor de poedercoating industrie is het gebruik van plasma voorbehandeling voor hittegevoelige kunststoffen en composieten. Deze materialen hebben doorgaans laag-energetische oppervlakken, zijn hydrofoob, en hebben een lage graad van bevochtigbaarheid, hetgeen allemaal een negatieve invloed heeft op de coatinghechting. Plasmabehandeling reinigt, etst en zorgt voor chemisch actieve hechtingsplaatsen waar coatings zich aan kunnen hechten. Het resultaat is een hydrofiel, bevochtigbaar oppervlak dat geschikt is voor het vloeien van de coating en voor adhesie.

Processen voor poedercoatingEdit

De meest gebruikelijke manier om poedercoating op metalen voorwerpen aan te brengen is door het poeder te spuiten met een elektrostatisch pistool, of coronapistool. Het pistool brengt een negatieve lading over op het poeder, dat vervolgens door mechanisch spuiten of spuiten met perslucht in de richting van het geaarde voorwerp wordt gesproeid en vervolgens door de krachtige elektrostatische lading in de richting van het werkstuk wordt versneld. Er is een grote verscheidenheid van sproeikoppen beschikbaar voor gebruik bij elektrostatisch coaten. Het type spuitmond dat wordt gebruikt, hangt af van de vorm van het te spuiten werkstuk en de consistentie van de verf. Het voorwerp wordt dan verwarmd, en het poeder smelt tot een uniforme film, en wordt dan afgekoeld om een harde coating te vormen. Het is ook gebruikelijk om eerst het metaal te verhitten en dan het poeder op het hete substraat te spuiten. Voorverwarmen kan helpen om een meer uniforme afwerking te verkrijgen, maar kan ook andere problemen veroorzaken, zoals uitlopers veroorzaakt door overtollig poeder. Zie het artikel “Fusion Bonded Epoxy Coatings”

Een ander type pistool wordt een tribo-pistool genoemd, dat het poeder oplaadt door (tribo-elektrische) wrijving. In dit geval krijgt het poeder een positieve lading terwijl het langs de wand van een teflon buis in de loop van het pistool wrijft. Deze geladen poederdeeltjes hechten zich vervolgens aan het geaarde substraat. Het gebruik van een tribo-pistool vereist een andere samenstelling van poeder dan de meer gebruikelijke coronapistolen. Tribo pistolen zijn echter niet onderhevig aan een aantal van de problemen die geassocieerd worden met corona pistolen, zoals terug-ionisatie en het Faraday kooi effect.

Poeder kan ook worden aangebracht met behulp van speciaal aangepaste elektrostatische schijven.

Een andere methode om poedercoating aan te brengen, de zogenaamde wervelbed methode, is door het substraat te verhitten en het vervolgens onder te dompelen in een luchtig, met poeder gevuld bed. Het poeder kleeft en smelt aan het hete voorwerp. Verdere verhitting is gewoonlijk nodig om de coating verder uit te harden. Deze methode wordt meestal gebruikt wanneer de gewenste dikte van de coating meer dan 300 micrometer moet bedragen. Op deze manier worden de meeste vaatwasserkasten gecoat.

Elektrostatische wervelbedcoating

Elektrostatische wervelbedcoating maakt gebruik van dezelfde werveltechniek als het conventionele wervelbeddompelproces, maar met veel meer poederdiepte in het bed. Een elektrostatisch oplaadmedium wordt in het bed geplaatst zodat het poedermateriaal geladen wordt wanneer de fluïdiserende lucht het optilt. Geladen poederdeeltjes bewegen naar boven en vormen een wolk van geladen poeder boven het vloeistofbed. Wanneer een gegrond onderdeel door de geladen wolk wordt gevoerd, zullen de deeltjes worden aangetrokken door het oppervlak. De onderdelen worden niet voorverwarmd zoals bij het conventionele wervelbeddompelproces.

Elektrostatische magnetische borstel (EMB) coatingEdit

Een coatingmethode voor vlakke materialen die poeder aanbrengt met een wals, waardoor relatief hoge snelheden en een nauwkeurige laagdikte tussen 5 en 100 micrometer mogelijk zijn. De basis voor dit proces is conventionele kopieertechnologie. Het wordt momenteel gebruikt in sommige coatingtoepassingen en ziet er veelbelovend uit voor commerciële poedercoating op vlakke substraten (staal, aluminium, MDF, papier, karton) en in sheet-to-vel en/of roll-to-roll processen. Dit proces kan potentieel worden geïntegreerd in een bestaande coatinglijn.

CuringEdit

ThermosetEdit

Wanneer een thermohardend poeder wordt blootgesteld aan een verhoogde temperatuur, begint het te smelten, vloeit het uit en reageert het vervolgens chemisch om een polymeer met een hoger moleculair gewicht te vormen in een netwerkachtige structuur. Dit uithardingsproces, crosslinking genoemd, vereist een bepaalde temperatuur gedurende een bepaalde tijd om volledige uitharding te bereiken en de volledige filmeigenschappen te verkrijgen waarvoor het materiaal is ontworpen.

Architectuur van de polyesterhars en het type uithardingsmiddel hebben een grote invloed op de crosslinking.

Gewone (normaliter de) poeders harden uit bij 200 °C (390 °F)/objecttemperatuur gedurende 10 minuten, in de Europese- en Aziatische markt is een uithardingsschema van 180 °C (356 °F) gedurende 10 minuten al decennia lang de industriële standaard, maar tegenwoordig verschuift dit naar een temperatuurniveau van 160 °C (320 °F) bij dezelfde uithardingstijd. Geavanceerde hybride systemen voor binnentoepassingen zijn ontworpen om uit te harden bij een temperatuur van 125-130 °C (257-266 °F) bij voorkeur voor toepassingen op MDF (medium density fiber boards); duurzame poeders voor buiten met triglycidylisocyanuraat (TGIC) als verharder kunnen bij een vergelijkbaar temperatuurniveau werken, terwijl TGIC-vrije systemen met β-hydroxyalkylamiden als uithardingsmiddel beperkt zijn tot ca.

De lage bakmethode levert energiebesparingen op, vooral in gevallen waar het coaten van massieve onderdelen tot de taak van het coatingproces behoort. De totale verblijftijd in de oven behoeft slechts 18-19 min te zijn om het reactieve poeder bij 180 °C volledig uit te harden.

Een grote uitdaging voor alle low bake systemen is het optimaliseren van gelijktijdig reactiviteit, uitvloeiing (aspect van de poederfilm) en opslagstabiliteit. Poeders die bij lage temperaturen uitharden hebben de neiging minder kleurstabiliteit te hebben dan hun standaard poeders, omdat zij katalysatoren bevatten om de versnelde uitharding te bevorderen. HAA polyesters hebben meer de neiging om te geel te bakken dan TGIC polyesters.

Het uithardingsschema kan variëren volgens de specificaties van de fabrikant. De toepassing van energie op het uit te harden product kan worden bereikt met convectie- of infraroodovens of met een laser-uithardingsproces. Dit laatste procédé zorgt voor een aanzienlijke verkorting van de uithardingstijd.

UV CureEdit

Ultraviolet (UV)-uithardende poedercoatings worden sinds de jaren negentig van de vorige eeuw commercieel gebruikt en werden oorspronkelijk ontwikkeld voor de afwerking van warmtegevoelige MDF-meubelonderdelen (medium density fiberboard). Deze coatingtechnologie vereist minder warmte-energie en hardt aanzienlijk sneller uit dan thermisch uitgeharde poedercoatings. Typische oven verblijftijden voor UV uithardbare poedercoatings zijn 1-2 minuten met temperaturen van de coating die 110-130°C bereiken. Het gebruik van UV LED uithardingssystemen, die zeer energie-efficiënt zijn en geen IR energie genereren van de lampkop, maken UV-uithardende poedercoatings nog wenselijker voor het afwerken van een verscheidenheid van warmtegevoelige materialen en samenstellingen. Een bijkomend voordeel van UV-uithardende poedercoatings is dat de totale procescyclus, van applicatie tot uitharding, sneller is dan bij andere coatingmethoden.