(57)【要約】      （修正有）【課題】ポリマー粉体粒子の加熱に適しており、迅速な放射線強度変化、ひいては迅速な温度変化を可能にすることができる、ポリマー紛体粒子の加熱装置を提供すること。【解決手段】粉体粒子を加熱するための装置であって、放射線源（１）と、ハウジング（２）と、スクリーン（４）とを含む。放射線源（１）は、その最大放射力を０．７８〜２．５μｍの波長領域内に有する。スクリーン（４）は、０．７８〜２．５μｍの波長領域内で少なくとも０．８の吸光度を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー粉体粒子を加熱するための装置であって、放射線源（１）と、ハウジング（２）と、スクリーン（４）とを含む装置において、前記放射線源（１）がその最大放射力を０．７８〜２．５μｍの波長領域内に有し、かつ前記スクリーン（４）が０．７８〜２．５μｍの波長領域内で少なくとも０．８の吸光度を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記放射線源に面した前記ハウジング（２）の表面が、０．７８〜２．５μｍの波長領域内で０．４未満の吸光度を有することを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記スクリーン（４）が、前記放射線源（１）と保護板（６）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記保護板（６）が、２．５μｍ〜１０μｍの波長領域内で少なくとも０．９の透過率を有することを特徴とする、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記ハウジング（２）と前記スクリーン（４）と前記保護板（６）とが熱的に分離されていることを特徴とする、請求項３または４記載の装置。
【請求項６】
前記スクリーン（４）が、電解酸化処理されかつ着色されたアルミニウムからなることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記スクリーン（４）が、１ｍｍ以下の厚さを有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項記載の装置を用いてポリマー粉体粒子を加熱する方法であって、前記ポリマー粉体粒子を前記装置からの放射線に曝露させることを特徴とする方法。
【請求項９】
前記ポリマー粉体粒子を、少なくとも２Ｋ／ｓの加熱速度で加熱することを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
ポリマー粉体粒子を加熱するための、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置の使用。
【請求項１１】
粉体塗装法における、請求項１０記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体塗装法で放射線を用いてポリマー粉体を加熱するための装置、該粉体を加熱する方法および該装置の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉体塗装に使用される粉体粒子は一般に、１〜１４０μｍの直径を有する乾燥した粒状の粒子からなる。化学的には、これらは通常はエポキシ樹脂またはポリエステル樹脂をベースとする。さらに、エポキシ樹脂とポリエステル樹脂との双方をバインダーとして含むハイブリッド系が広く用いられている。熱可塑性ポリマーをベースとする粉体粒子も同様によく用いられている。
【０００３】
粉体粒子の静電印加は従来技術である。静電粉体塗装において、第１のステップは帯電粉体のクラウドの生成である。同一の電荷の粒子が被加工物の表面に輸送される。これらの粒子がこの表面に沈降し、そこに静電的に付着して粉体塗装層を形成する。帯電はコロナ帯電／イオン化により可能であり、また摩擦によっても可能である。粉体粒子の融合および／または架橋は典型的には、対流によるオーブン内での加熱により行われる。対流による加熱には時として比較的長い時間がかかり、それによって粒子の帯電が低減し、また付着力が減少する。この場合、何らかの融合または架橋が生じる前に粒子が容易に剥がれ落ちてしまうことがある。この場合には、コーティングの品質が明らかに低下する。粉体粒子を電磁放射線により加熱することもできる。これには、融合／架橋がはるかに速くなりうるという利点がある。しかし課題の１つとして、多くの未着色ポリマーが可視波長領域および近赤外（ＩＲ−Ａ）波長領域（０．７８〜１．４μｍ）内の電磁放射線に対して極めて低い吸光度しか有しておらず、またこの吸光度がポリマー粒子の着色に大きく左右されるという点が挙げられる。未着色ポリマー粒子の場合には、吸光度が低いために放射エネルギーの大部分は利用されない。着色ポリマーの場合には、放射線の量を常に該ポリマーの特定の色に適合させなければならない。従来技術のもう１つの欠点は、粉体粒子が高温表面と接触する可能性があり、それに付随して粉塵爆発の危険性が高まるという点にある。
【０００４】
したがって、ポリマー粉体粒子の加熱に当たっては、その放射線のほとんどを２．５〜１０μｍの波長領域内で放出するものが有利な放射線源である。セラミック放射線源のような放射ヒーターはこの要求を満たすが、こうしたヒーターは温度調節に関して極めて反応が遅い。したがって、多くの用途に向けて、その放射最大量を２．５〜１０μｍの波長領域内に有するとともに、放射線強度に関する迅速な調節が可能である放射線源が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それに応じて、対処された課題は、ポリマー粉体粒子の加熱に適しておりしかも従来技術の欠点を有しない装置を提供することであった。より具体的には、該装置は放射最大量を２．５〜１０μｍの波長領域内に有するとともに、迅速な放射線強度変化、ひいては迅速な温度変化を可能にすることが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
それに応じて、冒頭に規定した種類の装置であって、放射線源と、ハウジングと、スクリーンとを含む装置が見出された。該装置の放射線源は、その最大放射力を０．７８〜２．５μｍの波長領域内に有する。放射線源に関する「波長領域内で」または「全波長領域内で」なる用語は、該放射線源が、規定された波長領域内の少なくとも１つの波長で最大放射力を有することと理解される。スクリーンは、０．７８〜２．５μｍの波長領域内で少なくとも０．８の吸光度を有する。スクリーンに関する「波長領域内で」または「全波長領域内で」なる用語は、該スクリーンが、規定された波長領域内のいずれの波長においても少なくとも規定の吸光度を有することと理解される。スクリーンは好ましくは、ハウジング内部で放射線源に対して垂直となるように位置合せされている。加熱すべきポリマー粉体粒子に対して、スクリーンは好ましくは平行となるように位置合せされている。
【０００７】
驚くべきことに、本発明による装置の形態で、ポリマー粉体粒子の効率的な加熱に必要な放射線を生成しうると同時に、強度および温度に関する迅速な調節を行うことができる放射ヒーターとしての装置を提供できることが見出された。粒子は、放射線源により直接加熱されるだけでなく、スクリーンによっても加熱される。このスクリーンは放射線源からの放射エネルギーを吸収し、このエネルギーを、シフトされた波長領域内で放出する。それに応じて、本発明による装置の放射最大量は好ましくは、２．５μｍを上回り４．８μｍを下回る波長に存在し、好ましくは３．１μｍ〜４．２μｍの波長に存在する。
【０００８】
適切な放射線源は、ＩＲ−Ａ放射線源（波長０．７８〜１．４μｍ）であり、例えばハロゲンランプまたはＮＩＲレーザー（ＮＩＲ＝近赤外線）である。
【０００９】
スクリーンは、０．７８〜２．５μｍの全波長領域にわたって、少なくとも０．８、好ましくは少なくとも０．９、より好ましくは少なくとも０．９５の吸光度を有する。スクリーンの厚さは好ましくは、１ｍｍ以下である。この厚さは好ましくは０．５ｍｍ以下であり、より好ましくは０．３ｍｍ以下であり、最も好ましくは０．１ｍｍ以下である。
【００１０】
スクリーンは好ましくは、熱容量が小さいことが望ましい。その結果、スクリーンは放射線源の放射線強度の変化に比較的迅速に反応する。これによって、装置の迅速な温度変化が可能となる。
【００１１】
スクリーンに適した材料の例は、酸化金属、例えば鋼薄板、アルミニウム薄板、銅薄板または銀薄板、グラファイト、ケイ素、表面処理されたおよび／または着色されたセラミックス、鉱物繊維ならびに着色されたガラスから選択され、好ましいのは、電解酸化処理され（ｅｌｏｘｅｄ）かつ着色された、特に黒色に着色されたアルミニウムである。挙げられたこれらの材料の組合せも可能である。
【００１２】
放射線源はハウジングに包囲されており、放射線源に面するこのハウジングの表面は好ましくは、０．７８〜２．５μｍの波長領域内で、０．４未満、より好ましくは０．３未満の低い吸光度を有する。このハウジングは、スクリーンの方向に少なくとも１つの開口部を有する。ハウジングに適した材料の例は、金属であって好ましくは研磨された表面（ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  ４２８７によるＲｚが最大で２μｍである）を有するもの、メタライズ処理されたセラミックスおよび低い吸光度（０．７８〜２．５μｍの波長領域内で０．４未満）を有するセラミックスである。ハウジングに関する「波長領域内で」または「全波長領域内で」なる用語は、該ハウジングが、規定された波長領域内のいずれの波長においても、規定された吸光度よりも低い吸光度を有することと理解される。
【００１３】
好ましい一実施形態において、本発明による装置はさらに保護板を含む。この場合、スクリーンは、放射線源とこの保護板との間に配置されている。この保護板によって、加熱されたスクリーンとポリマー粉体粒子とが直に接触しないようにする。保護板は、透明であってもよい。２．５〜４．８μｍの波長領域内でのこの保護板の透過率は好ましくは、少なくとも０．９である。保護板は、例えばカルコゲナイドガラスおよびサファイアガラスから選択されることができる。保護板に関する「波長領域内で」または「全波長領域内で」なる用語は、該保護板が、規定された波長領域内のいずれの波長においても少なくとも規定の透過率を有することと理解される。
【００１４】
本発明による装置を複数組み合わせることで、より広い面積を加熱することも可能である。こうした装置を様々に調節した場合に、加熱すべき表面上での温度分布を技術的要求に適合させることができる。もう１つの他の実施形態において、より広い面積を加熱すべく、複数の放射線源がスクリーンと組み合わせられる。
【００１５】
ハウジングとスクリーンとは好ましくは、熱的に分離されている。保護板が含まれる場合には、ハウジングとスクリーンと保護板とが互いに熱的に分離されていることが好ましい。
【００１６】
吸光度および透過率は、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  １３４６８−２：２００６−０７によりＶａｒｉａｎ社製Ｃａｒｙ  ５０００  ＵＶ−ｖｉｓ／ＮＩＲ分光光度計を用いて測定される。この測定は、標準条件（２３℃／５０％）下で行われる。
【００１７】
本発明による装置を用いて処理しうる適切なポリマーの例は、ポリアミド、例えばナイロン−６、ナイロン−１１またはナイロン−１２、コポリアミド、例えばナイロン−４，６、ナイロン−６，６、ナイロン−６，１３、ナイロン−１０，６、ナイロン−１０，１０、ナイロン−１０，１２、ナイロン−１２，１２、ナイロン−１０，１３、ナイロン−１２／１０，１２、ポリオレフィン、例えばポリエチレンおよびポリプロピレン、ポリエステルならびにポリアリールエーテルケトン（ＰＥＡＫ）、例えばポリエーテルエーテルケトンである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、例として本発明による装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１の装置は放射線源（１）を含み、この放射線源（１）は最大放射力を０．７８〜２．５μｍの波長領域内に有する。この放射線源はハウジング（２）に包囲されており、このハウジング（２）の内面（放射線源に面した表面）は、低い吸光度を有する。このハウジング（２）の片側には開口部が存在し、この開口部内には高い吸光度を有するスクリーン（４）が存在する。このスクリーン（４）とハウジング（２）とは好ましくは、絶縁体（３）により熱的に分離されている。好ましくは、本発明による装置は、スクリーンと粉体粒子とが直に接触しないようにするために、透明な保護板（６）を有する。この板（６）とスクリーン（４）とは好ましくは、絶縁体（５）により熱的に分離されている。
【００２０】
融合が生じるまで、粉体粒子の加熱を行うことができる。
【００２１】
本発明は同様に、ポリマー粉体粒子の加熱方法であって、本発明による装置を使用する方法を提供する。この方法は、ポリマー粉体を該装置からの放射線に曝露させることを含む。粉体粒子を好ましくは、少なくとも２Ｋ／ｓ、好ましくは少なくとも１０Ｋ／ｓ、より好ましくは少なくとも２０Ｋ／ｓの加熱速度で加熱する。Ｏｐｔｒｉｓ社製パイロメーター（ｏｐｔｒｉｓ  ＣＴｆａｓｔＬＴ）を用いて温度変化を測定する。
【００２２】
本発明はさらに、ポリマー粉体粒子を加熱するための、好ましくは粉体塗装法における、本発明による装置の使用を提供する。
【実施例】
【００２３】
例
これらの例に記載する装置を使用して、粉体を加熱する。これらの実験のために、表１に挙げた特性を有する未着色のナイロン−１２粉体を使用する。これらの実験を、標準的な気候条件（２３℃／５０％）下に行う。放射線源は、５００Ｗの出力定格を有する。いずれの例においても、研磨された鋼板に、厚さ０．５ｍｍの平坦な粉体層を施与する。この粉体の表面から２０ｍｍ上方に離して、放射ヒーターを配置する。この粉体と金属板と放射ヒーターとに対して標準的な気候条件下に２時間コンディショニング処理を行った後に、測定を開始する。これらの例において、放射ヒーターのスイッチをオンにし、粉体が溶融し始めるまでにかかった時間を測定する。
【００２４】
例１：スクリーンを有しないハロゲン放射線源（本発明によらない）
放射線源としてのハロゲンランプと、ハウジングと、保護板とを含むハロゲン放射線源は、その最大放射力を０．７８〜２．５μｍの波長領域内に有する。
【００２５】
例２：セラミック放射線源（本発明によらない）
セラミック放射線源は、その最大放射力をＩＲ−Ｃ波長領域（３〜１０００μｍ）内に有する。
【００２６】
例３：スクリーンを有するハロゲン放射線源（本発明による）
例１からのこのハロゲン放射線源は、スクリーンを有する。このスクリーンは厚さ０．５ｍｍの酸化鋼薄板でできており、この酸化鋼薄板は、０．７８〜２．５μｍの波長領域内で０．８８を上回る吸光度を有する。
【００２７】
例４：スクリーンを有するハロゲン放射線源（本発明による）
例１からのこのハロゲン放射線源は、スクリーンを有する。このスクリーンは、電解酸化処理されかつ黒色に着色された厚さ０．３ｍｍのアルミニウム薄板でできており、このアルミニウム薄板は、０．７８〜２．５μｍの波長領域内で０．９５を上回る吸光度を有する。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
【表２】
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【００３０】
本発明による例３および例４からの装置は、粉体を溶融させるのに要する時間がはるかに短い。例えば静電塗装もしくはミニコートといった用途において、またはＩＳＯ／ＡＳＴＭ  ５２９００に規定された粉体ベースの方法において、プロセスの明らかな加速を達成することができ、ひいては生産性の明らかな向上を達成することができる。さらに、粉体を溶融させるのに要するエネルギー量もより少ない。したがって本発明による装置によって、より厚みのある粉体層が可能となり、また多層の加熱または溶融が可能となる。
【図１】
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