施涂粉末涂料的方法
【專利摘要】將至少兩層不同粉末涂層施涂于基底上的方法，其包括步驟：施涂第一粉末涂層，其后施涂第二粉末涂層，其中在施涂第二粉末涂層以前第一粉末涂層沒有任何實(shí)質(zhì)性固化，其后將第一粉末涂層和第二粉末涂層同時(shí)固化，其中第一粉末涂層或第二粉末涂層包含1-10重量％導(dǎo)電組分，所述導(dǎo)電組分具有在≤70％的填充體積下小于5Ωcm的電阻率。
【專利說明】施涂粉末涂料的方法
[0001]發(fā)明背景

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]粉末涂料是通常通過靜電噴涂方法施涂的固體組合物，其中粉末涂料顆粒通過噴槍靜電充電且基底接地。另外的施涂方法包括流化床和靜電流化床方法。在施涂以后，將粉末加熱以將顆粒熔融和熔化并將涂層固化。
[0003]組合物通常包含固體成膜樹脂，其通常具有一種或多種著色劑如顏料，任選它們還包含一種或多種性能添加劑。它們通常熱固，并入例如成膜聚合物和相應(yīng)的交聯(lián)劑(其本身可以為另一成膜聚合物)。一般而言，樹脂具有在30°C以上的Tg、軟化點(diǎn)或熔點(diǎn)。
[0004]組合物通常通過將成分例如在擠出機(jī)中在高于樹脂的軟化溫度，但低于固化溫度的溫度混合而制備。然后將組合物冷卻以將它固化，隨后粉化。大多數(shù)商業(yè)靜電噴涂設(shè)備要求的粒度分布為至多最大值為120 μ m，其中平均粒度為15-75 μ m,優(yōu)選25-50 μ m,更尤其是 20-45 μ m。
[0005]本發(fā)明涉及將粉末涂層施涂于基底上的方法，更特別是將至少兩層粉末涂層施涂于基底上的方法，其中在施涂第二或進(jìn)一步的層以前第一層沒有任何實(shí)質(zhì)性固化。該方法有時(shí)稱為干碰干(dry-on-dry)施涂方法。
現(xiàn)有技術(shù)
[0006]在WO 97/05965中，公開了通過如下方法在飾面中模擬木材或大理石的方法:將金屬表面用第一層有色粉末涂層涂覆，將該層加熱以得到該第一層的部分固化(有時(shí)稱為初固化(green cure))，其后施涂第二有色粉末涂層，隨后將兩層加熱以得到兩層的完全固化。
[0007]在EP 1547698中，公開了類似于WO 97/05965中的方法的方法，但是在EP1547698的方法中在施涂第一粉末涂層以后不存在加熱步驟。
[0008]在WO 2008/088605中，公開了將基底上漆的方法，其中在第一步驟中，將粉末底漆施涂于基底上，在下一步驟中，將包含薄片添加劑的粉末底涂料施涂于底漆層上，將粉末底漆層和粉末底涂層同時(shí)固化，其后將頂涂層施涂于粉末底涂層上，在最后的步驟中將該頂涂層固化。發(fā)現(xiàn)該方法僅在非常特殊的條件和控制某些參數(shù)如層厚度、粉末顆粒的充電和施涂設(shè)備的設(shè)置時(shí)作用。
[0009]在EP994141中，公開了類似于WO 2008/088605中的方法的方法。在一些實(shí)例中，將炭黑以少量(〈I重量％ )加入底漆涂層中。然而，發(fā)現(xiàn)在其中將粉末底涂層和粉末頂涂層同時(shí)固化的方法中，這僅在非常特殊的條件和控制某些參數(shù)如層厚度、粉末顆粒的充電和施涂設(shè)備的設(shè)置時(shí)作用。
[0010]在US 20060110601中，公開了施涂含氟聚合物底漆和頂涂層的方法，其使用類似于WO 2008/088605中的方法的方法。據(jù)述，金屬薄片和炭黑可作為填料加入。建議粉末底漆涂層應(yīng)包含10-20重量％的這類填料。
[0011]在EP 2060328中，公開了形成復(fù)合粉末涂層的方法，其中將多層粉末涂層沉積于基底上，其中相鄰層由不同類型的粉末涂料組合物形成，且其中多層粉末涂料組合物層在單一熱步驟中固化。
[0012]在WO 2005/018832中，公開了涂覆基底的方法，其中將圖像涂層施涂于背景涂層上。圖像涂層和背景涂層可以為粉末涂層。在施涂圖像涂層以前將背景涂層部分固化不是必需的。在該方法中，背景/底涂層和圖像涂層的極性必須是相同的。
[0013]在US 2004/0159282中，公開了重噴涂或修補(bǔ)涂覆方法，其中重噴涂或修補(bǔ)涂覆可在初始層的固化以前或以后進(jìn)行。初始涂層和修補(bǔ)/重新噴涂涂層應(yīng)具有相同的靜電極性。
[0014]迄今為止，基于以上干碰干施涂至少兩層粉末涂層的方法中的任一種的體系很少在商業(yè)上成功。主要原因是頂粉末層中的表面缺陷，這在固化時(shí)導(dǎo)致不滿意的外觀，存在兩層混合的跡象。這些表面缺陷可通過將啞光或無光有色涂料用于頂粉末層而掩蓋。然而，當(dāng)使用高光澤度頂涂層時(shí)，表面缺陷清晰可見。
[0015]發(fā)明概述
[0016]因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明包括將至少兩層不同粉末涂層施涂于基底上的方法，所述方法包括如下步驟:施涂第一粉末涂層，其后施涂第二粉末涂層，其中在施涂第二粉末涂層以前第一粉末涂層沒有任何實(shí)質(zhì)性固化，其后將第一粉末涂層和第二粉末涂層同時(shí)固化，其中第一粉末涂層包含導(dǎo)電組分。
[0017]在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，第二粉末涂層包含導(dǎo)電組分。
[0018]在本發(fā)明范圍內(nèi)，導(dǎo)電組分為在彡70%的填充體積下具有小于I Qcm的電阻率的組分。
[0019]用于粉末涂料組合物中的組分的電阻率可通過將一定量的組分置于兩個(gè)導(dǎo)電元件之間并測(cè)量?jī)蓚€(gè)導(dǎo)電元件之間的電阻而測(cè)定?？捎糜谠摐y(cè)量的設(shè)備的實(shí)例顯示于圖1中。
[0020]1.為具有圓形形狀的上部導(dǎo)電元件；
[0021]2.為玻璃環(huán)的左側(cè)；
[0022]3.為待測(cè)量的導(dǎo)電組分的試樣；
[0023]4.為玻璃環(huán)的右側(cè)；
[0024]5.為具有圓形形狀的下部導(dǎo)電元件；
[0025]玻璃環(huán)(或非導(dǎo)電材料的環(huán))應(yīng)包圍上部導(dǎo)電元件的下部、導(dǎo)電組分試樣和下部導(dǎo)電元件的上部。
[0026]將導(dǎo)電組分試樣置于上部與下部導(dǎo)電元件之間(上部和下部導(dǎo)電元件通常為金屬元件)并通過玻璃環(huán)進(jìn)一步包圍。如果導(dǎo)電元件和玻璃環(huán)具有圓形形狀，則試樣具有的形狀具有表面積A和長(zhǎng)度I，試樣在表面積A與上部或下部導(dǎo)電元件接觸，試樣在長(zhǎng)度I與玻璃環(huán)接觸。
[0027]為進(jìn)行測(cè)量，稱一定量(Ws，以g表示)的試樣并放在導(dǎo)電元件I與5之間。將電流(Lource)施加在導(dǎo)電元件上并測(cè)量電位V_s。
[0028]試樣的電阻率可如下計(jì)算:
[0029]

Vmeas A
電阻率丁
[0030]試樣的填充體積可如下計(jì)算:
[0031]
WsI
填充體積(％) =X x 100%
[0032]其中Psample為試樣的密度。該密度可根據(jù)ASTM D-5965方法B使用氦比重瓶測(cè)量。
[0033]發(fā)明詳述
[0034]本發(fā)明方法的一個(gè)重要元素是施涂于基底上的第一粉末涂層中存在導(dǎo)電組分。導(dǎo)電組分為具有在< 70%的填充體積下小于5 Ω cm的電阻率的組分。電阻率和填充體積可如上所述測(cè)量和計(jì)算。在一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電組分具有在< 70%的填充體積下小于IQcm的電阻率。
[0035]在本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電組分為導(dǎo)電顏料。
[0036]適用于本發(fā)明方法中的導(dǎo)電顏料的實(shí)例包括Black Pearls (用于橡膠的炭黑添加劑)、KetjenBlack EC-600JD 和 Regal 600。
[0037]通常用于粉末涂料中，但不適用于本發(fā)明方法中的顏料的實(shí)例包括Sagem Zinc、MZ3043 Zinc和MZ1279 Zinc。這些顏料顯示在彡70%的填充體積下大于5 Ω cm的電阻率。
[0038]在本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方案中，第一粉末涂層包含1-10重量％導(dǎo)電組分。重量％基于粉末涂料組合物的總重量。
[0039]發(fā)現(xiàn)當(dāng)導(dǎo)電組分以小于I重量％存在時(shí)，當(dāng)?shù)谝缓偷诙勰┩繉庸袒瘯r(shí)發(fā)生失敗，例如可在第二固化粉末涂層的表面上發(fā)現(xiàn)表面缺陷。如果導(dǎo)電組分的含量為大于10重量％，則固化粉末涂層的機(jī)械性能不足以為涂覆體系提供耐久性和良好機(jī)械強(qiáng)度。還發(fā)現(xiàn)在較高導(dǎo)電組分含量下，影響粉末涂料的流動(dòng)性能，導(dǎo)致粉末涂料的流動(dòng)差。
[0040]在另一實(shí)施方案中，第一粉末涂層包含1-7重量％導(dǎo)電組分。在又一實(shí)施方案中，第一粉末涂層包含1-5重量％導(dǎo)電組分。
[0041]發(fā)現(xiàn)本發(fā)明方法可用于以可靠且一致的方式制造在美學(xué)外觀中不具有任何表面缺陷和/或裂紋且具有與用中間固化步驟制造的相同兩層體系相當(dāng)?shù)男阅芴卣鞯耐扛不?。第一和第二粉末涂層可通過技術(shù)人員已知的任何粉末涂料施涂技術(shù)施涂。實(shí)際有用的特別是使用電暈充電系統(tǒng)或摩擦(tribo)充電系統(tǒng)施涂粉末涂層。
[0042]電暈充電系統(tǒng)
[0043]在電暈充電系統(tǒng)中，使用高壓發(fā)電機(jī)將粉末涂料噴槍頂點(diǎn)的電極充電，這在槍與工件/基底之間產(chǎn)生靜電場(chǎng)或離子云(電暈)。用于這類方法中的粉末涂料噴槍稱為電暈槍。使用壓縮空氣將粉末輸送通過槍，以及通過離子云。粉末顆粒在它們移動(dòng)通過離子云時(shí)攝取電荷，并通過氣動(dòng)力和靜電力組合向前行進(jìn)并沉積在接地的目標(biāo)基底上。大多數(shù)電暈噴涂設(shè)備廠商使用負(fù)電暈電壓以賦予粉末顆粒負(fù)電荷。然而，可使用正電暈電壓將正電荷施加在粉末顆粒上且這類電暈充電技術(shù)屬于本發(fā)明范圍內(nèi)。
[0044]在一個(gè)實(shí)施方案中，在施涂粉末涂料時(shí)將電暈噴槍充電至30_100kV。
[0045]在另一實(shí)施方案中，在施涂粉末涂料時(shí)將電暈噴槍充電至70_100kV。
[0046]在另一實(shí)施方案中，使用電暈施涂系統(tǒng)的粉末通過量為100_300g/min。
[0047]在另一實(shí)施方案中，使用電暈施涂系統(tǒng)的粉末通過量為150_250g/min。
[0048]摩擦(Tribo)充電系統(tǒng)
[0049]在摩擦充電系統(tǒng)中，利用的現(xiàn)象是:當(dāng)兩種不同的絕緣材料一起摩擦，然后分離時(shí)，它們獲得相反的電荷(+和_)。借助摩擦產(chǎn)生電荷的這一方法是與材料的電性能有關(guān)的最早現(xiàn)象之一。代替電極，用于施涂粉末涂料的摩擦槍依賴于該摩擦充電以賦予粉末顆粒靜電荷。使用壓縮空氣將粉末顆粒輸送通過槍。當(dāng)它們行進(jìn)時(shí)，顆粒撞擊槍的壁，攝取電荷。壓縮空氣的氣動(dòng)力然后將帶電顆粒運(yùn)送至接地的基底。本領(lǐng)域中已知正電荷可通過使用由負(fù)電性摩擦材料如PTFE或類似材料構(gòu)成的摩擦槍施加于粉末顆粒上，并可將負(fù)電荷通過使用由正電性摩擦材料如尼龍構(gòu)成的槍施加于顆粒上。
[0050]在一個(gè)實(shí)施方案中，使用摩擦充電施涂系統(tǒng)的粉末通過量為50_300g/min。
[0051]在另一實(shí)施方案中，使用摩擦充電施涂系統(tǒng)的粉末通過量為150_250g/min。
[0052]涂料配制劑
[0053]涂料的功能是提供對(duì)基底的保護(hù)和/或美學(xué)外觀。選擇成膜樹脂和其它成分以提供所需性能和外觀特征。就性能而言，涂料通常應(yīng)為耐久的并顯示出良好的耐氣侯性、抗染色性或抗污性、耐化學(xué)品性或耐溶劑性和/或耐腐蝕性，以及良好的機(jī)械性能如硬度、撓性或耐機(jī)械沖擊性；要求的精確特征取決于意欲的用途。當(dāng)然，最終組合物必須能夠在基底上形成連貫?zāi)?coherent film)，且要求最終組合物在基底上的良好流動(dòng)和流平。因此，在成膜基質(zhì)內(nèi)，除成膜基料樹脂和任選交聯(lián)劑、顏料和/或填料外，通常存在一種或多種性能添加劑如流動(dòng)促進(jìn)劑、蠟、增塑劑、穩(wěn)定劑如對(duì)抗UV降解的穩(wěn)定劑或防放氣劑如苯偶姻、防沉降劑、表面活性劑、UV吸收劑、熒光增白劑、自由基清除劑、增稠劑、抗氧化劑、殺真菌齊U、殺生物劑和/或效果材料，例如用于光澤度降低、光澤度增強(qiáng)、韌性、紋理、閃光和結(jié)構(gòu)的材料等。對(duì)成膜聚合材料的總性能添加劑含量而言，應(yīng)提到以下范圍:0-7重量％ (優(yōu)選0-5% ),0-3重量％和1-2重量％。
[0054]如果使用性能添加劑，則它們通常以基于最終組合物計(jì)算至多5重量％，優(yōu)選至多3重量％，更尤其是至多2重量％的總量應(yīng)用。如果應(yīng)用它們，則它們通常以基于最終組合物計(jì)算至少0.1重量％，更尤其是至少I重量％的量應(yīng)用。
[0055]如同顏料，這些標(biāo)準(zhǔn)添加劑可基料組分分散期間或以后引入，但就最佳分布而言，優(yōu)選在將它們與基料組分分散之前將二者混合。
[0056]在生產(chǎn)本發(fā)明熱固性粉末涂料的成膜組分中使用的成膜聚合物可例如為選自羧基官能聚酯樹脂、羥基官能聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、官能丙烯酸樹脂和含氟聚合物中的一種或多種。
[0057]用作涂料組合物的合適的可熱固化交聯(lián)體系為例如酸/環(huán)氧、酸酐/環(huán)氧、環(huán)氧/氨基樹脂、多酚/環(huán)氧、苯酚甲醛/環(huán)氧、環(huán)氧/胺、環(huán)氧/酰胺、異氰酸酯/羥基、羧基/羥烷基酰胺或羥基環(huán)氧交聯(lián)體系。用作粉末涂料組合物的這些化學(xué)品的合適實(shí)例描述于T.A.Misev, Powder Coatings Chemistry and Technology, John Wiley&Sons Ltd.,1991中。
[0058]粉末涂料的成膜組分可例如基于包含與聚環(huán)氧化物固化劑一起使用的羧基官能聚酯成膜樹脂的固體聚合物基料體系。這類羧基官能聚酯體系目前是最廣泛使用的粉末涂料。聚酯通常具有10-100的酸值、1,500-10，000的數(shù)均分子量Mn，和30_85°C，優(yōu)選至少40°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。商業(yè)羧基官能聚酯的實(shí)例為=Uralac (注冊(cè)商標(biāo))P3560 (DSMResins)和Crylcoat (注冊(cè)商標(biāo))314或(UCB Chemicals)。聚環(huán)氧化物可例如為低分子量環(huán)氧化合物，例如異氰尿酸三縮水甘油酯(TGIC)、化合物如對(duì)苯二甲酸二縮水甘油酯縮合雙酚A的縮水甘油醚或光穩(wěn)定環(huán)氧樹脂。雙酚A環(huán)氧樹脂的實(shí)例為Epikote (注冊(cè)商標(biāo))1055 (Shell)和 Araldite (注冊(cè)商標(biāo))GT7004 (Ciba Chemicals)。或者，羧基官能聚酯成膜樹脂可與雙(β_羥烷基酰胺)固化劑如四(2-羥乙基)己二酰胺(Primid(注冊(cè)商標(biāo))XL-552) —起使用。
[0059]發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明方法中，任何類型粉末涂料組合物可用于第一粉末涂層和第二粉末涂層，條件是第一粉末涂層和/或第二粉末涂層包含導(dǎo)電組分。在一個(gè)實(shí)施方案中，僅第一粉末涂層包含導(dǎo)電組分(第二粉末涂層不包含導(dǎo)電組分)。在另一實(shí)施方案中，第二粉末涂層包含導(dǎo)電組分。在另一實(shí)施方案中，第二粉末涂層包含導(dǎo)電組分和鋁顏料。
[0060]第一粉末涂層中的成膜組分可與第二粉末涂層中的相同，但它們也可以是不同的。
[0061]在一個(gè)實(shí)施方案中，第一粉末涂層和第二粉末涂層在低于50°C的溫度下施涂，且在施涂第二粉末涂層以前不對(duì)基底或第一粉末涂層施以加熱。
[0062]在另一實(shí)施方案中，第一粉末涂層和第二粉末涂層在環(huán)境溫度下施涂，且在施涂第二粉末涂層以前不對(duì)基底或第一粉末涂層施以加熱。
[0063]包含導(dǎo)電組分的粉末涂料組合物可以以各種方法制備。組合物可通過將所有組分例如在擠出機(jī)中在高于樹脂的軟化溫度但低于固化溫度的溫度下混合而制備。然后將組合物擠出并冷卻以使它固化并隨后粉化。
[0064]也可將除導(dǎo)電組分外的成分在擠出機(jī)中在高于樹脂的軟化溫度但低于固化溫度的溫度下混合。然后將組合物擠出并冷卻以使它固化并隨后粉化。然后將導(dǎo)電組分與因此得到的組合物混合。
[0065]參考以下實(shí)施例說明本發(fā)明。這些意欲舉例說明本發(fā)明但不理解以任何方式限制其范圍。
實(shí)施例
[0066]表I的粉末涂料組合物通過將所有成分在擠出機(jī)中在高于樹脂的軟化溫度但低于固化溫度的溫度下混合而制備。然后將組合物擠出并冷卻以固化，然后隨后粉化。
[0067]表I
[0068]

pi~
pci~聚酯/環(huán)氧混雜底漆，不含任何導(dǎo)電組分Ml；~
PC2~聚酯/環(huán)氧混雜底漆，包含0.3重量％ ketjenblackMl；~
PC3~聚酯/環(huán)氧混雜底漆，包含0.6重量％ ketjenblackSI；~PC4~I聚酯/環(huán)氧混雜底漆，包含1.5重量％ ketjenblackME~
PC5~聚酯/環(huán)氧混雜底漆，包含3.0重量％ Black Beads 800SI；~
PC6~聚酯/Primid粉末涂料組合物，不含任何導(dǎo)電組分?Ε~
[0069]使用電暈充電系統(tǒng)在干碰干方法中將充當(dāng)?shù)灼釋?第一層)的黑色涂層與充當(dāng)頂涂層(第二層)的白色涂層(PC6)的組合的各種組合施涂于鋁板上。在施涂以后，不將底漆層加熱或固化，僅在頂涂層的施涂以后，將整個(gè)涂覆基底在180°C下烘烤15分鐘以得到兩層涂層的完全固化。
[0070]然后使用標(biāo)準(zhǔn)掃描儀分析涂覆的板。在板的涂覆側(cè)上產(chǎn)生圖像。將該圖像轉(zhuǎn)化成二值圖像(binary image)，并測(cè)量圖像中為白色的像素的比例。
[0071]當(dāng)(黑色)底漆層被(白色)頂涂層完全覆蓋時(shí)，白色像素的比例為100%。任何更低的該比例值都表明未被頂涂層完全覆蓋。
[0072]各種測(cè)量的結(jié)果列于表2中。
[0073]表2
/1?~頂涂料~白色比例底漆中導(dǎo)電組分的類型和量
PCI PC475%~
PC2 PC480%0.3l:S%ketjenblack*
PC3 PC483%0.6 重量 ％ket jenblack*
PC5 PC4100%1.5SS%ketjenblack
PC6 PC4100%3.0 重量 ％Black Beads 800
[0074]*)對(duì)比例
【權(quán)利要求】
1.將至少兩層不同粉末涂層施涂于基底上的方法，其包括如下步驟:施涂第一粉末涂層，其后施涂第二粉末涂層，其中在施涂第二粉末涂層以前第一粉末涂層沒有任何實(shí)質(zhì)性固化，其后將第一粉末涂層和第二粉末涂層同時(shí)固化，其中第一粉末涂層包含1-10重量％導(dǎo)電組分，導(dǎo)電組分具有在彡70%的填充體積下小于5 Qcrn的電阻率，重量％基于第一粉末涂層的總組成計(jì)算。
2.將至少兩層不同粉末涂層施涂于基底上的方法，其包括如下步驟:施涂第一粉末涂層，其后施涂第二粉末涂層，其中在施涂第二粉末涂層以前第一粉末涂層沒有任何實(shí)質(zhì)性固化，其后將第一粉末涂層和第二粉末涂層同時(shí)固化，其中第二粉末涂層包含ι-?ο重量％導(dǎo)電組分，導(dǎo)電組分具有在彡70%的填充體積下小于5Qcm的電阻率，重量％基于第二粉末涂層的總組成計(jì)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中第一或第二粉末涂層包含1-7重量％導(dǎo)電組分，其中重量％基于粉末涂層的總組成計(jì)算。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中第一或第二粉末涂層包含1-5重量％導(dǎo)電組分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中第一粉末涂層和第二粉末涂層通過使用電暈充電系統(tǒng)施涂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中將電暈充電系統(tǒng)充電至70-100kV的電位。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的方法，其中第一或第二粉末涂層使用電暈充電系統(tǒng)以100-300g/min的施涂速率施涂。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中第一粉末涂層和第二粉末涂層在低于50°C的溫度下施涂且在施涂第二粉末涂層以前未對(duì)基底或第一粉末涂層施以加熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中第一粉末涂層和第二粉末涂層在環(huán)境溫度下施涂。
【文檔編號(hào)】B05D1/06GK104203430SQ201380015147
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月28日
【發(fā)明者】S·T·湯普森, R·E·貝克爾, N·L·恩格沃德, G·J·斯科特 申請(qǐng)人:阿克佐 諾貝爾國(guó)際涂料股份有限公司