Grundlagenuntersuchungen für die Aushärtung von
Pulverlacken mit Hilfe von NIR®- Strahlung
Dem Department Chemie
in der Fakultät für Naturwissenschaften
der Universität Paderborn
zur Erlangung des akademischen Grades
Dr. rer. nat.
vorgelegte Dissertation
von
Dipl.-Chem.
Jörg Reiter
Angefertigt im Fachgebiet
Chemie und Technologie der Beschichtungsstoffe
der Universität Paderborn
1. Gutachter Prof. Dr. A. Goldschmidt
2. Gutachter Prof. Dr. H.-J. Warnecke
eingereicht am 28.Oktober 2003
Danksagung I
Danksagung
Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeiten als wissenschaftlicher Mitarbei-
ter der Universität Paderborn, Fachbereich 13 - Fachgebiet Chemie und Technologie der Be-
schichtungsstoffe - in der Zeit von Juli 2000 bis April 2003 bei der Firma DuPont Pulverlack
Deutschland GmbH & Co.KG Werk Landshut.
Herrn Prof. Dr. Artur Goldschmidt gilt mein besonderer Dank für die vielen fachlichen Anre-
gungen während der Durchführung der Forschungsarbeiten und für seine kritische Durchsicht
der Dissertation.
Herrn Prof. Dr. Hans-Joachim Warnecke danke ich für die konstruktiven Hinweise und Anre-
gungen sowie für die spontane Übernahme des Koreferates.
Bei den Mitgliedern des Fachgebietes Chemie und Technologie der Beschichtungsstoffe
Herrn Dipl.-Ing. Martin Samusch und Frau Martina Müller bedanke ich mich für die langjäh-
rige Unterstützung.
Für die fachliche und finanzielle Unterstützung bedanke ich mich bei der Firma DuPont Pul-
verlack Deutschland GmbH & Co. KG, insbesondere bei Herrn Dr. Rekowski.
Bei Herrn Dipl.-Chem.-Ing. Frank Zimmermann (Fa. DuPont) bedanke ich mich für seine
engagierte, freundliche, hilfsbereite und selbstlose Unterstützung sowie seinen fachlichen und
konstruktiven Ratschlägen während der Durchführung der Arbeiten.
Den Mitarbeitern des technischen Labors, Firma DuPont Pulverlack Deutschland GmbH &
Co.KG Werk Landshut, namentlich Herrn Dipl.-Chem.-Ing. Frank Niggemann, Herrn Dipl.-
Chem. Evgeny Davydov, Herrn Egon Stiegler (Lacktechniker), Herrn Dipl.-Chem.-Ing. Mike
Schneider, Frau Roswitha Schraml (Lacktechnikerin), Herrn Detlef Leclaire (Anwendungs-
techniker) und Frau Beatrice Dudek (Sekretärin) danke ich für ihre freundliche und hilfsbe-
reite Unterstützung, den vielen praktischen Hinweisen und für die nette Atmosphäre während
der langjährigen Arbeiten.
Bei Herrn Dr. Kettler (Fa. DuPont Performance Coatings GmbH & Co.KG, Wuppertal) be-
danke ich mich für seine hilfsbereite und fachliche Unterstützung während der Forschungsar-
beiten und für die zahlreichen spektroskopischen Untersuchungen an Pulverlackproben.
Danksagung II
Für die kostenlose Bereitstellung von Mustermaterialien bedanke ich mich bei Herrn Dr. Hu-
ber, Herrn Stahlecker und Herrn Höhl (alle Fa. Merck KGaA Darmstadt), Herrn Dipl.-Chem.-
Ing. Thomas von Oppenkowski (Kronos International Inc.), Herrn Franco Bozzetti (Ferro
GmbH), Herrn Dipl.-Ing. Heiko Juckel (BYK-Chemie GmbH) und Herrn Dr. Jens-Uwe Vogt
(Sachtleben Chemie GmbH).
Den Mitarbeitern der Fa. Adphos, insbesondere dem Forschungs- und Entwicklungsleiter
Herrn Wirth, den Forschungs- und Entwicklungsingenieuren Herrn Gabel und Herrn Grill
danke ich für die Kooperation auf dem Gebiet der NIR- Technologie und der unbürokra-
tischen Bereitstellung von Zubehör und Gerätschaften.
Besonders bedanke ich mich bei Herrn Risse, dem Leiter der mechanischen Werkstatt, und
seinen Mitarbeitern. Durch ihre fachliche Kompetenz und ihr Engagement konnte die Techni-
kumsanlage modifiziert werden.
Besonderer Dank geht auch an Herrn Dipl.-Ing (FH) Toni Gugg-Helminger und seinen Mitar-
beitern (Fa. Gigahertz-Optik). Durch ihre fachliche Kompetenz konnten wichtige For-
schungsergebnisse erzielt werden.
Bei Herrn Konrad Horn (Fa. Konrad Horn Optik Messungen) bedanke ich mich für die un-
zähligen spektroskopischen Messungen und seine stets freundliche und hilfsbereite Unterstüt-
zung.
Bei Herrn Dr. René Mattern bedanke ich mich besonders herzlich für die freundschaftliche
und zugleich fruchtbare Zusammenarbeit.
Meiner Familie und meiner Freundin danke ich für die vielfältigen Hilfestellungen und die
mentale Unterstützung während der langjährigen Forschungsarbeiten.
Die vorliegende Dissertation widme ich meinen Eltern für ihr stetes Vertrauen
in mein Handeln.
Symbolverzeichnis III
Symbolverzeichnis
Filmbildung
a Konstante [ - ]
A0Anfangsüberhöhung [µm]
AtÜberhöhung zum Zeitpunkt t [µm]
h Höhe [mm]
K Konstante [ - ]
MwGewichtsmittel [g mol-1]
Mw,c kritisches Gewichtsmittel [g mol-1]
S Spreitungskoeffizient [mN m-1]
tZeit [s]
TTemperatur [K]
TgGlasübergangstemperatur [K]
γLOberflächenspannung der Polymerschmelze [mN m-1]
γSOberflächenspannung des Substrates [mN m-1]
γSL Grenzflächenspannung zwischen Substrat und Polymerschmelze [mN m-1]
ηViskosität [Pa s]
ηSSchmelzviskositätiskosität Pa s]
λAbstand der Oberflächenstörung [µm]
σOberflächenspannung [mN m-1]
NIR
-Technologie
A Amplitude [µm]
ABAbsorption des Bindemittels [%]
ASt Oberfläche des Strahlers [m2]
c0Lichtgeschwindigkeit im Vakuum [m s-1]
cnLichtgeschwindigkeit im Medium [m s-1]
c1Erste Plancksche Strahlungskonstante [W m2]
c2Zweite Plancksche Strahlungskonstante [m K]
c3Dritte Plancksche Strahlungskonstante [m K]
d Wendeldurchmesser [mm]
E Bestrahlungsstärke [W m-2]
E Strahlungsenergie [J]
E elektrische Feldstärke [V m-1]
Eλspektrale Bestrahlungsstärke [W m-2 nm-1]
EyVektor der elektrischen Feldstärke in y-Richtung [ - ]
h Plancksches Wirkungsquantum [J s]
H magnetische Feldstärke [A m-1]
HzVektor der magnetischen Feldstärke [ - ]
I Strahlstärke [J sr]
Iiinduzierte Stromstärke [A]
k Konstante [ - ]
k Boltzmann Konstante [J K-1]
L Strahldichte [W m-2 sr-1]
Lλspektrale Strahldichte [W m-3 sr-1]
M spezifische Ausstrahlung [W m-2]
Symbolverzeichnis IV
Mλspektrale spezifische Ausstrahlung [W m-3]
n Brechungsindex [ - ]
p Druck [bar]
Q Strahlungsenergie [J]
RRadius [m]
tZeit [s]
TSt Strahlertemperatur [K]
Uaangelegte Spannung [V]
x Ortskoordinate [mm]
xED Abstand Emitterwendel-Diffusor [mm]
y Ortskoordinate [mm]
z Ortskoordinate [mm]
αAbsorptionsgrad [ - ]
εEmissionsgrad [ - ]
φEnergiestrom, Strahlungsfluß, Strahlungsleistung [W]
ηWirkungsgrad [%]
ϕAzimutwinkel [rad]
λWellenlänge [m]
νFrequenz [s-1]
νWellenzahl [m-1]
σStefan Boltzmann Konstante [W m-2 K-4]
υPolarwinkel [rad]
ωRaumwinkel [sr]
Hochgesetzte Zeichen:
´ gerichtete Größen
Indices:
max maximaler Energie zugeordnet
gbezogen auf Grauen Körper
sbezogen auf Schwarzen Körper
λwellenlängenabhängig
nin Richtung der Flächennormalen
ksphärisch
Pprojiziert
Abezogen auf Fläche
Spektroskopie
ABAbsorption Beschichtungsstoff [%]
ASAbsorption Substrat [%]
d50,3 medianer Volumendurchmesser [µm]
RBReflexion Beschichtungsstoff [%]
RSReflexion Substrat [%]
s Schichtdicke [µm]
TBTransmission Beschichtungsstoff [%]
λWellenlänge [µm]
-
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