SYSTEM FOR APPLYING QUICK-DRYING COATING AGENTS

European Patent EP0928226

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The invention relates to a system for the application of quick-drying coating compositions, where the system contains of [sic] a plastic container having a pressure release valve and containing the coating composition, of [sic] a sponge having a planar application surface and having a pore structure, connected by capillaries and open at the application surface, which sponge embeds the pressure release valve, and of [sic] a lid for airtight sealing of the sponge when the system is not being used.

Platzcke, Martin (Am Roggenkamp 112, Münster, D-48165, DE)
Lenz, Jörg (Homannstrasse 32, Münster, D-48167, DE)

EP19970944868

07/11/2001

09/10/1997

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BASF Coatings AG (Glasuritstrasse 1, Münster, 48165, DE)

(IPC1-7): B05C17/00

DE3531661C
4652163				Liquid applicator with scraper and method of use
5480680				Method for refinishing wood

Fitzner, Dr. Uwe (Dres. Fitzner & Münch Rechts- und Patentanwälte Lintorfer Strasse 10, Ratingen, 40878, DE)

1. System for the application of quick-drying coating compositions,
the system consisting of a plastic container having a pressure release valve and containing the coating composition, of a sponge having a planar application surface and having a pore structure, connected by capillaries and open at the application surface, which sponge embeds the pressure release valve, and of a lid for airtight sealing of the sponge when the system is not being used,
characterized in that the coating composition is a water-based coating material, and
in that the coating composition comprises a watersoluble alkyd resin as binder.

2. System for the application of quick-drying coating compositions according to claim 1,
characterized in that the sponge is in direct contact with the pressure release valve.

3. System for the application of quick-drying coating compositions according to claim 1 or 2,
characterized in that the sponge is corrosion-resistant in relation to the solvents which are present in the coating composition and/or in relation to water.

4. System for the application of quick-drying coating compositions according to one of claims 1 to 3,
characterized in that the sponge possesses very substantially size-homogeneous pores having pore volumes of between 1 and 500 cubic millimeters.

5. System for the application of quick-drying coating compositions according to one of claims 1 to 4,
characterized in that the sponge has a trapeziform or triangular cross-sectional area perpendicular to the cross-sectional area of plastic container.

6. System for the application of quick-drying coating compositions according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sponge has a circular cross-sectional area parallel to the cross-sectional area of the plastic container.

7. System for the application of quick-drying coating compositions according to claim 5 or 6, characterized in that the base and the arms of the triangle or trapezium which forms the cross section of the sponge perpendicular to the cross-sectional area of the plastic container form angles of between 15 and 75 degrees, preferably between 30 and 60 degrees.

8. System for the application of quick-drying coating compositions according to one of claims 1 to 7,
characterized in that, with an airtight closure of the sponge with the lid, the remaining free volume within the lid is such that the amount of solvent and/or water which can evaporate from the sponge into the free volume is only such that the coating composition remaining in the sponge does not dry within the capillaries of the sponge before the next application.

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein System, enthaltend ein schnelltrocknendes, vorzugsweise wäßriges, Beschichtungsmittel, wobei das System aus einem Kunststoffbehälter mit einem Druckauslaufventil, enthaltend das wäßrige Beschichtungsmittel, einem Schwamm zum Auftrag des wäßrigen Beschichtungsmittels und einem Deckel zum luftdichten Abschluß des Schwamms besteht.

Stand der Technik

Schnelltrocknende Beschichtungsmittel sind bekannt. Solche vorzugsweise wäßrigen Beschichtungsmittel werden insbesondere bei der Erstbeschichtung und der Pflege von Holzbauteilen eingesetzt, wobei die als Holzlasuren verwendeten Beschichtungsmittel vorzugsweise lufttrocknende Alkydharze als Bindemittel enthalten.

Der Auftrag solcher Holzlasuren erfolgt nach den Verfahren des Standes der Technik beispielsweise durch Pinsel- oder Rollenlackierung bzw per Spritzpistole. Diese Applikationstechniken haben zum Nachteil, daß bei der Pinsel- oder Rollenlackierung, insbesondere von Holzrahmen oder Holzprofilen (beispielsweise Fensterrahmen oder Fußleisten), der Untergrund aufwendig vorbereitet werden muß, daß die nicht zu lackierenden Flächen abgeklebt werden müssen, daß die Holzlasuren beim Auftrag zur Tropfenbildung neigen, daß die Holzlasuren in den Vorratsgefäßen durch Luftkontakt an der Flüssigkeitsoberfläche eine Haut ausbilden und daß die Reinigungswerkzeuge in umweltschädiger Weise mit organischen Lösemitteln gereinigt werden müssen.

Bei der Verwendung von Spritzpistolen müssen die nicht zu lackierenden Oberflächen ebenfalls abgedeckt werden. Weiterhin müssen nach der Applikation der Holzlasur die Sprühdüsen der Spritzpistolen sorgfältig gereinigt werden, um ein Verstopfen derselben durch angetrocknete Lackreste zu vermeiden.

Aus dem Stand der Technik, z.B. den Produkt-Informationen 7.1 bis 7.4 der Glasurit® GmbH (Glasurit® Aqua HolzDecor, Glasurit® Aqua FinishDecor, Glasurit® Außenholzschutz und Glasurit® Dickschicht-Lasur) sind zur Applikation von schnelltrocknenden Beschichtungsmitteln lediglich die oben genannten Verfahren bekannt.

Bei allen genannten Verfahren kommt es zu Beschichtungsmittelverlusten beispielsweise durch Tropfenbildung, Farbspritzer, Overspray bei Spritzpistolen oder Reinigung der Applikationswerkzeuge.

Aus der DE-A1-35 31 661 sind Vorrichtungen bekannt, mit denen Photolacke durch einen Schwamm auf Substrate, wie z.B. Leiterplatinen aufgebracht werden können. Diese Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, das sie für die Substanzförderung entweder auf die Schwerkraft oder auf ein Treibgas angewiesen sind. Ebensowenig besteht bei den Vorrichtungen der DE-A1-35 31 661 die Möglichkeit diese erneut zu befüllen, sobald sie entleert sind.

Aufgabe und Lösung

Aus dem Stand der Technik resultierte die Aufgabe, ein System zur Applikation von schnelltrocknenden Beschichtungsmitteln, insbesondere von Holzlasuren, zur Verfügung zu stellen, bei welchem eine einfache Handhabung, eine Vermeidung von Tropfenbildung beim Lackauftrag, eine Vermeidung der Hautbildung im Vorratsgefäß, sowie eine Vermeidung der Antrocknung des Lacks am Pinsel, an der Rolle oder an der Düse der Spritzpistole gewährleistet sind.
Gleichzeitig sollte ein gleichmäßiger Schichtauftrag auch bei größeren Flächen, eine Vermeidung der Verarmung des schnelltrocknenden wäßrigen Beschichtungsmittels an der Auftragsoberfläche, eine Minimierung der applikationsbedingten Beschichtungsmittelverluste und eine Vermeidung der Notwendigkeit, nichtzulackierende Flächen abzudecken, gewährleistet sein.

Überraschenderweise erfüllt das im folgenden beschriebene erfindungsgemäße System diese Anforderungen.
Es besteht im wesentlichen aus einem, gegebenenfalls wiederauffüllbaren, Kunststoffbehälter mit einem Druckauslaufventil, enthaltend das schnelltrocknende Beschichtungsmittel, aus einem Schwamm, der das Druckauslaufventil einbettet und vorzugsweise mit diesem in Kontakt steht, mit welchem das schnelltrocknende wäßrige Beschichtungsmittel auf dem zu beschichtenden Substrat verteilt wird, und aus einem Deckel, der den Schwamm bei Nichtbenutzung luftdicht abschließt. Beim Auftrag des schnelltrocknenden Beschichtungsmittels wird der Schwamm auf die zu beschichtende Oberfläche gedrückt und dadurch das Druckauslaufventil betätigt, welches das Beschichtungsmittel in den Schwamm abgibt. Dabei dringt das Beschichtungsmittel in die kapillarartig verbundenen Hohlräume des Schwamms solchermaßen ein, daß an der Schwammoberfläche, mit welcher das Beschichtungsmittel aufgetragen wird, immer etwa dieselbe Menge an Beschichtungsmittel vorhanden ist.

Da der Schwamm selbst ein vergleichsweise großes Reservoir für das Beschichtungsmittel darstellt, das über das Druckauslaufventil kontinuierlich mit frischem Beschichtungsmittel versorgt wird, ist ein Auftrag des Beschichtungsmittels auf relativ große Substratflächen in gleichmäßiger Schichtdicke ohne Tropfenbildung möglich.

Durch Verminderung des Druckes auf den Schwamm und damit auf das Druckauslaufventil wird die Zufuhr von frischem Beschichtungsmittel in den Schwamm unterbrochen. Diese einfache und sparsame Dosiermöglichkeit schafft ein zeitliches Fenster zur optimalen Verteilung des Beschichtungsmittels auf dem Substrat.

Weiterhin wird ein Antrocknen des Beschichtungsmittels am Druckauslaufventil und im Schwamm durch das durch den Druck auf den Schwamm gesteuerte kontinuierliche Nachliefern von frischem Beschichtungsmittel über das Druckauslaufventil und durch gleichzeitigen kontinuierlichen Verbrauch von Beschichtungsmittel an der Schwammoberfläche vermieden.

Ein Abkleben der zu beschichtenden Substratoberfläche ist nicht mehr notwendig, da der Schwamm einen präzisen, lokal begrenzten Auftrag des Beschichtungsmittels ermöglicht.

Durchführung der Erfindung

Die schnelltrocknenden Beschichtungsmittel

Die mit dem erfindungsgemäßen System applizierbaren schnelltrocknenden bevorzugt wäßrigen Beschichtungsmittel sind vorzugsweise wasserverdünnbare Lacke auf Alkydharzbasis mit einem Feststoffanteil von bis 30 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 25 Gew.-%, bezogen auf den Lack.
Als Feststoffanteile enthält der Lack im wesentlichen Alkydharze oder Alkydharzderivate als Bindemittel, Pigmente und/oder Füllstoffe sowie weitere Lackhilfsmittel, wie beispielsweise Verlaufshilfsmittel und/oder Rheologiehilfsmittel.
Die Bindemittel, die im allgemeinen einen Anteil von 0,1 bis 25 Gew-%, vorzugsweise von 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Beschichtungsmittel, ausmachen, sind im wesentlichen Alkydharze oder deren Derivate, wie beispielsweise Polyester-Alkydharze, Polyurethan-Alkydharze oder Polyacrylat-Alkydharze.
Beispielhaft für Pigmente und/oder Füllstoffe seien genannt: Titandioxid, Eisenoxidpigmente, insbesondere transparente Eisenoxide, Ruße, Siliciumdioxid, Aluminiumsilikat, Bleiund Chromatverbindungen, Bariumsulfat, Glimmer, Talkum, Kaolin oder Kreide.
Weiterhin kann der Lack als Hilfsmittel bespielsweise rheologiesteuernde Mittel oder Assoziativverdicker enthalten. Neben dem Bindemittel, den Pigmenten und/oder Füllstoffen und den Hilfsmitteln enthalten die Kontrollfarben wasserverdünnbare Lösemittel, wie beispielsweise verschiedene Ester, wie z.B. Ethylacetat, Butylacetat, Ethylglykolacetat, Butylglykolacetat, Ethylglykoldiacetat und ähnliche, oder niedere, gegebenenfalls alkoxylierte Alkohole.

Das System aus Kunststoffbehälter, Schwamm und Deckel und die Applikation des schnelltrocknenden Beschichtungsmittels

Der Kunststoffbehälter mit Druckauslaufventil kommt bei der Förderung des und der Schwammtränkung mit dem schnelltrocknenden Beschichtungsmittels ohne Treibmittel aus. Solche Kunststoffbehälter mit Druckauslaufventil basieren im wesentlichen auf einer gravimetrischen (hydrostatischen) Förderung des Beschichtungsmittels sowie einer Verteilung der Flüssigkeit durch das Druckauslaufventil unter Eigendruck. Ähnliche Kunststoffbehälter mit Druckauslaufventil werden mit abgewandelten Auftragesystem bei der Applikation von Kosmetika eingesetzt.

Der für die Applikation des schnelltrocknenden Beschichtungsmittels verwendete Schwamm bettet das Druckauslaufventil ein und steht vorzugsweise mit diesem in direktem Kontakt.
Bevorzugt ist das Schwammaterial korrosionsbeständig gegen die im Beschichtungsmittel anwesenden Lösemittel und/oder gegen Wasser. Der Schwamm ist solchermaßen gestaltet, daß er an der Applikationsoberfläche weitestgehend plan aufgebaut ist und daß er eine an der Applikationsoberfläche offene durch Kapillaren verbundene Porenstruktur aufweist. Die Applikationsoberfläche des Schwamms liegt beispielsweise zwischen 1 und 200 Quadratzentimeter, vorzugsweise zwischen 2 und 100 Quadratzentimeter, bei einem Schwammvolumen zwischen 1 und 500 Kubikzentimeter, vorzugsweise zwischen 2 und 200 Kubikzentimeter.
Die Porenstruktur des Schwamms besteht vorzugsweise aus Poren etwa gleicher Größe, beispielsweise im Porengrößenbereich zwischen 0,1 und 100 Kubikmillimeter, bevorzugt zwischen 0,5 und 50 Kubikmillimeter. Die Poren des Schwamms sind untereinander durch Kapillaren verbunden, die einen Flüssigkeitsaustausch zwischen den Poren gewährleisten. Diese die Poren des Schwamms verbindenden Kapillaren sorgen beim Auftrag des schnelltrocknenden Beschichtungsmittels für eine etwa durchgehend konstante Konzentration des Beschichtungsmittels an der Schwammoberfläche durch eine gesteuerte, permanente Nachlieferung des Beschichtungsmittels aus dem Schwamminneren. Dieser Nachlieferungsprozeß wird durch leichten manuellen Druck auf den Schwamm und damit durch das gleichzeitige Betätigen des Druckauslaufventils und der Nachlieferung von Beschichtungsmittel aus dem Kunststoffbehälter ausgelöst.
Der Schwamm kann verschiedene geometrische Formen besitzen, die durch die Querschnittsfläche des Schwamm senkrecht zur Querschnittsfläche des Kunststoffbehälters charakterisiert werden können:
beispielsweise kann die Querschnittsfläche des Schwamms quadratisch oder rechteckig, bevorzugt trapezförmig, wobei die Basis des Trapezes zum Kunststoffbehälter hin und die Spitze des Trapezes vom Kunststoffbehälter weg zeigt, sowie besonders bevorzugt dreiecksförmig sein, wobei die Basis des Dreiecks wiederum zum Kunststoffbehälter hin und die Spitze des Dreiecks wiederum vom Kunststoffbehälter wegzeigt.
Die Querschnittsfläche des Schwamms parallel zur Querschnittsfläche des Kunststoffbehälters ist vorzugsweise rund.
Somit ist der bevorzugte Raumkörper des Schwamms im Falle der quadratischen oder rechteckigen Querschnittsflächen senkrecht zur Querschnittsfläche des Runststoffbeälters ein Zylinder. In den bevorzugten Fällen der trapezförmigen und insbesondere der dreiecksförmigen Querschnittsfläche senkrecht zur Querschnittsfläche des Kunststoffbehälters resultiert als Raumkörper des Schwamms ein Zylinder mit zwei Schnittflächen, die jeweils in einem Winkel von weniger als 90 Grad zur Querschnittsfläche des Kunststoffbehälters stehen. Vorzugsweise sind die Schnittflächen solchenmaßen angeordnet, daß die Basis und die Schenkel des den Querschnitt bildenden Trapezes oder Dreiecks Winkel zwischen 15 und 75 Grad, vorzugsweise zwischen 30 und 60 Grad, bilden.

Bei der Applikation des schnelltrocknenden Beschichtungsmittels wird durch das Aufdrücken des Schwamms auf die zu beschichtende Substratoberfläche das Druckauslaufventil des Kunststoffbehälters betätigt, das das Beschichtungsmittel an den Schwamm abgibt. Zunächst auftretende Gradienten bei der Konzentration des Beschichtungsmittels im Inneren des Schwamms und insbesondere an der Schwammoberfläche werden durch die Kapillarstruktur des Schwamms vergleichsweise schnell und weitgehend ausgeglichen. Gleichzeitig verhindert die Kapillarstruktur des Schwamms ein zu schnelles Verdunsten des Lösemittelanteils des Beschichtungsmittels sowie des wäßrigen Anteils bei einem wäßrigen Beschichtungsmittel und unterdrückt damit ein Verfilmen des Beschichtungsmittels an der Schwammoberfläche sowie im Schwamminnneren.
Nachdem der Schwamm mit dem schnelltrocknenden Beschichtungsmittel solchermaßen getränkt worden ist, wird das Beschichtungsmittel auf das zu beschichtende Substrat aufgetragen. Das Beschichtungsmittel wird dabei gleichmäßig vom Schwamm freigegeben, wodurch ein Auftrag des Beschichtungsmittels mit gleichmäßiger Schichtdicke gewährleistet wird. Um eine Verknappung des Beschichtungsmittels an der Schwammoberfläche zu verhindern, wird während des Auftrags vorzugsweise ein geringer stetiger Druck auf den Schwamm ausgeübt. Mit dem erfindungsgemäßen System aus Kunststoffbehälter und Schwamm, insbesondere mit einem Schwamm der bevorzugten trapezförmigen oder dreiecksförmigen Schwammquerschnittsgeometrie, das beim Auftrag des Beschichtungsmittels den Kunststoffbehälter wie einen Schreibstift in der Hand liegen läßt, wird somit ein manueller flächengenauer Auftrag des schnelltrocknenden Beschichtungsmittels mit konstanten Schichtdicken möglich, wobei die oben genannten Nachteile des Abklebens nicht zu beschichtender Flächen, des Tropfens, des Antrocknens und der Hautbildung in Vorratsgefäß, das das Beschichtungsmittel enthält, vermieden werden.

Erfindungswesentlich ist weiterhin, daß der Schwamm bei Nichtbenutzung des erfindungsgemäßen Systems durch einen Deckel luftdicht abgeschlossen ist, der das Antrocknen des schnelltrocknenden wäßrigen Beschichtungsmittels verhindert. Der Deckel ist vorzugsweise solchermaßen dimensioniert, daß bei luftdichtem Verschluß des Schwamms das verbleibende freie Volumen innerhalb des Deckels solchermaßen bemessen ist, daß nur soviel Lösungsmittel und/oder gegebenenfalls Wasser aus dem Schwamm in das freie Volumen verdunsten können, daß das im Schwamm verbliebene Beschichtungsmittel nicht bis zur nächsten Applikation in den Kapillaren des Schwamms eintrocknet. Besonders bevorzugt beträgt das freie Volumen innerhalb des Deckels maximal 100% des Schwammvolumens.
Von praktischem Nutzen ist insbesondere die Kombination aus Beschichtungsmittel, Kunststoffbehälter, enthaltend das Beschichtungsmittel, Schwamm als Applikationswerkzeug und Dekkel. Der Schwamm wirkt einerseits gemeinsam mit dem Druckauslaufventil als Verschluß für den Kunststoffbehälter und verhindert das Antrocknen des Beschichtungsmittels im Kunststoffbehälter. Andererseits wird der Schwamm durch den Dekkel luftdicht abgeschlossen und damit vor dem Eintrocknen geschützt, wodurch die bei den Verfahren des Standes der Technik erforderliche Werkzeugreinigung vermieden wird.