低應(yīng)用溫度的粉末涂料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了包含環(huán)氧樹脂組合物和固化劑的粉末涂料組合物。該粉末涂料組合物可以在大約165℃到185℃的低應(yīng)用溫度下應(yīng)用。該涂料組合物可以用于形成融合結(jié)合單層和雙層環(huán)氧管涂層,并且表現(xiàn)出最佳的耐腐蝕性和柔韌性以及降低的陰極剝離。
【專利說明】低應(yīng)用溫度的粉末涂料
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求享有2012年6月13日遞交的美國臨時(shí)申請序列號(hào)61/659176的優(yōu)先 權(quán),該申請公開的內(nèi)容通過引用并入本文。
[0003] 發(fā)明背景
[0004] 粉末涂料是無溶劑的、100%固體的涂料體系,其已經(jīng)作為傳統(tǒng)的液體涂料和顏料 的低VOC和低成本選擇。
[0005] 管道通常用具有大的管直徑并且由高級(jí)硬鋼制成。這種管道用耐腐蝕性的粉末組 合物涂覆,但是傳統(tǒng)的管道涂料必須在200°c到230°C的溫度下固化,導(dǎo)致高級(jí)鋼管的應(yīng)力 增加、延展性降低和強(qiáng)度降低。此外,在液體例如油和天然氣的運(yùn)輸中,涂料的柔韌性和粘 附性惡化并且保護(hù)涂層趨于剝離管道表面。
[0006] 根據(jù)前面提到的,可以認(rèn)識(shí)到本領(lǐng)域技術(shù)中需要的是可以在較低溫度下固化的粉 末涂料組合物,因而相對于傳統(tǒng)的管道涂料對高級(jí)鋼管提供腐蝕保護(hù),并且減少可能的陰 極剝離。在本文中公開了和要求保護(hù)這樣的粉末組合物的制備方法。
[0007] 發(fā)明概述
[0008] 本發(fā)明描述了在低應(yīng)用溫度下固化的粉末涂料組合物,還描述了用這樣的組合物 涂覆制品的方法。
[0009] 在一個(gè)實(shí)施方式中,本文描述的粉末涂料組合物包含環(huán)氧組合物和固化劑。當(dāng)結(jié) 合的時(shí)候,環(huán)氧組合物和固化劑形成在兩分鐘內(nèi)在大約175°C到185°C的溫度下固化的粉 末涂料組合物。
[0010] 在另一個(gè)實(shí)施方式中,本文描述了涂覆制品的方法,所述方法包括如下步驟:提供 環(huán)氧組合物和固化劑,以及結(jié)合環(huán)氧組合物和固化劑來形成粉末涂料組合物。該方法還包 括在基材上應(yīng)用粉末涂料組合物的步驟和在兩分鐘內(nèi)在大約165°C到185°C下固化粉末涂 料組合物的步驟。
[0011] 本發(fā)明的上述發(fā)明概述并不意欲描述本發(fā)明的每個(gè)公開的實(shí)施方式或每種執(zhí)行 方式。如下描述更具體地以例子形式表示說明性實(shí)施方式。在整篇申請中的多處,通過一 系列實(shí)例提供了指導(dǎo),這些實(shí)施例可以以各種組合形式使用。在各個(gè)實(shí)例中,所述列舉僅作 為代表性組,不應(yīng)解釋為窮舉。
[0012] 在如下附圖和說明中闡述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的細(xì)節(jié)。本發(fā)明的其他 特征、目的和優(yōu)點(diǎn)可由本說明書和附圖,和權(quán)利要求明顯獲得。
[0013] 選定的定義
[0014] 除非另有聲明,本文中使用的如下術(shù)語具有如下提供的含義。
[0015] 本文中使用時(shí),術(shù)語"有機(jī)基團(tuán)"是指烴基(具有除碳和氫之外的任選元素,諸如 氧、氮、硫和硅),其被分類為脂族基團(tuán)、環(huán)狀基團(tuán)或脂族基團(tuán)和環(huán)狀基團(tuán)的組合(例如烷芳 基和芳烷基基團(tuán))。本文描述的有機(jī)基團(tuán)可以是單價(jià)的、二價(jià)的或多價(jià)的。術(shù)語"脂族基 團(tuán)"是指飽和或不飽和的直鏈或支鏈烴基。這個(gè)術(shù)語被用于涵蓋例如烷基、烯基和炔基。術(shù) 語"烷基"指飽和直鏈或支鏈烴基團(tuán),包括例如甲基、乙基、異丙基、叔丁基、庚基、十二烷基、 十八烷基、戊基、2-乙基己基等等。術(shù)語"烯基"指具有一個(gè)或多個(gè)碳-碳雙鍵的不飽和直 鏈或支鏈烴基團(tuán),例如乙烯基。術(shù)語"炔基"指具有一個(gè)或多個(gè)碳-碳三鍵的不飽和直鏈或 支鏈烴基團(tuán)。術(shù)語"環(huán)狀基團(tuán)"指閉環(huán)烴基團(tuán),其被分類為脂環(huán)族基團(tuán)和芳族基團(tuán),這二者都 可以包含雜原子。術(shù)語"脂環(huán)族基團(tuán)"是指,性質(zhì)與脂族基團(tuán)的那些性質(zhì)類似的環(huán)狀烴基團(tuán)。 術(shù)語"Ar"是指二價(jià)的芳基(即亞芳香基團(tuán)),它是指閉合的芳香環(huán)或環(huán)體系例如亞苯基、 亞萘基、亞聯(lián)苯基、芴基和茚基,以及雜亞芳基,(即閉合的烴環(huán)其中環(huán)中的一個(gè)或更多原子 是除了碳以外的其他元素(例如,氮、氧、硫等))。合適的雜芳基包括呋喃基、噻吩基、吡啶 基、喹啉基、異喹啉基、吲哚基、異吲哚基、三唑基、吡咯基、四唑基、咪唑基、吡唑基、惡唑基、 噻唑基、苯并呋喃基、苯并苯硫基、咔唑基、苯并惡唑基、嘧啶基、苯并咪唑基、喹喔啉基、苯 并噻唑基、萘啶基、異噁唑基、異噻唑基、嘌呤基、喹唑啉基、吡嗪基、1 -氧化吡啶基、噠嗪基、 三嗪基、四嗪基、惡二唑基、噻二唑基等等。當(dāng)這樣的基團(tuán)是二價(jià)時(shí),其通常被稱為"亞雜芳 基"(例如亞呋喃基、亞吡啶基等等)。
[0016] 預(yù)期在本發(fā)明化合物的有機(jī)基團(tuán)上會(huì)有取代。當(dāng)本文使用術(shù)語"基團(tuán)"描述化學(xué)取 代基時(shí),所描述的化學(xué)材料包括未經(jīng)取代的基團(tuán)和下述基團(tuán),所述基團(tuán)例如在鏈中具有0、 N、Si或S原子(如在烷氧基中)以及具有羰基或其他常規(guī)取代。例如,短語"烷基基團(tuán)"旨 在不僅包括純開鏈飽和烴烷基取代基(例如甲基、乙基、丙基、叔丁基等等),而且包括還帶 有本領(lǐng)域已知的其他取代基,例如輕基、燒氧基、燒基橫醜基、齒素原子、氛基、硝基、氣基、 羧基等等的烷基取代基。因此,"烷基基團(tuán)"包括醚基、齒代烷基、硝基烷基、羧基烷基、羥基 燒基、石黃基燒基等等。
[0017]除非另有說明,"(甲基)丙烯酸酯"化合物(其中"甲基"是加括號(hào)的)的指代意 思是包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯化合物。
[0018] 術(shù)語"多聚羧酸"包括多聚羧酸和其酸酐。
[0019]當(dāng)在"涂層涂覆在表面或基材上"的上下文中使用時(shí),術(shù)語"在……上"包括涂層直 接地或間接地涂覆到表面或基材上。因此,例如涂層涂覆到基材上的底漆層上被視為涂層 涂覆在基材上。
[0020] 除非另有聲明,術(shù)語"聚合物"包括均聚物和共聚物(即兩種或更多種不同單體的 聚合物)二者。
[0021] 在說明書和權(quán)利要求中出現(xiàn)術(shù)語"包括"及其變體時(shí),這些術(shù)語不具有限定含義。
[0022] 術(shù)語"優(yōu)選的"和"優(yōu)選地"是指在某些情況下可提供某些益處的本發(fā)明實(shí)施方式。 然而,在相同或其他情況下,其他實(shí)施方式也可能是優(yōu)選的。另外,一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選的實(shí)施 方式的敘述不意味著其他實(shí)施方式是無用的,也不旨在將其他實(shí)施方式排除在本發(fā)明范圍 外。
[0023] 在本文中使用時(shí),"一種"、"該"、"至少一種"和"一種或多種"可互換使用。因此, 例如包含"一種"添加劑的涂料組合物可以被解釋為表示該涂料組合物包含" 一種或多種" 添加劑。
[0024] 在本文中,通過端點(diǎn)對數(shù)值范圍的陳述包括該范圍內(nèi)包含的所有數(shù)字(例如1至 5包括1、1.5、2、2.75、3、3. 80、4、5等等)。另外,一個(gè)區(qū)間的公開包括較寬區(qū)間內(nèi)包括的所 有子區(qū)間的公開(例如1到5公開了 1到4、1. 5到4. 5、1到2等等)。
[0025] 發(fā)明詳述
[0026] 本文描述的本發(fā)明的實(shí)施方式包括組合物和方法,其包含環(huán)氧樹脂和固化劑,其 中環(huán)氧樹脂和固化劑結(jié)合形成在兩分鐘內(nèi)在165°C到185°C的溫度下固化的粉末涂料組合 物。本文描述的方法包括如下步驟:提供環(huán)氧樹脂和固化劑,將環(huán)氧樹脂和固化劑結(jié)合來 形成粉末涂料組合物,以及在基材上應(yīng)用這個(gè)組合。該方法進(jìn)一步包括在兩分鐘內(nèi)在大約 165 °C到185 °C的溫度下固化該粉末涂料組合物。
[0027] 在一個(gè)實(shí)施方式中,本文描述的粉末組合物是包含至少一種聚合物粘結(jié)劑的可固 化組合物。合適的聚合物粘結(jié)劑通常包括成膜樹脂。該粘結(jié)劑可以選自提供理想的膜特性 的任意樹脂或樹脂的組合。聚合物粘結(jié)劑的合適的實(shí)施例包括熱固樹脂和/或熱塑性材 料,以及可以用環(huán)氧樹脂、聚酯、聚氨酯、聚酰胺、丙烯酸類樹脂、聚氯乙烯、尼龍、含氟聚合 物、硅樹脂、其他樹脂或其組合物制成。熱固樹脂材料適合用作粉末涂料應(yīng)用中的聚合物粘 結(jié)劑,而環(huán)氧樹脂、聚酯和丙烯酸類樹脂是優(yōu)選的。
[0028] 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中,聚合物粘結(jié)劑包括至少一種環(huán)氧樹脂組合物或聚環(huán)氧化 物。合適的聚環(huán)氧化物優(yōu)選地每個(gè)分子包括至少兩個(gè)1,2_環(huán)氧化物基團(tuán)。一方面,基于聚 環(huán)氧化物的總固體含量,環(huán)氧當(dāng)量重量優(yōu)選從大約100到大約4000,更優(yōu)選從大約500到 1000。該聚環(huán)氧化物可以是脂肪族的、脂環(huán)族的、芳香族的或雜環(huán)的。一方面,聚環(huán)氧化物 可以包括取代基,例如,鹵素、羥基、醚基等等。
[0029] 用在本文所述的組合物和方法中合適的環(huán)氧樹脂組合物或聚環(huán)氧化物包括,但不 限于,通過表鹵醇例如表氯醇與多酚典型地和優(yōu)選地在堿的存在下反應(yīng)形成的環(huán)氧醚。合 適的多酚包括,例如,兒茶酚、對苯二酚、間苯二酚、二(4-羥苯基)-2, 2-丙烷(雙酚A)、二 (4-輕苯基)-1,I-異丁燒、_ (4-輕苯基)-1,I-乙燒、_ (2-輕苯基)-甲燒、4,4- _輕基 二苯甲酮、1,5-羥基萘等等。雙酚A和雙酚A的二縮水甘油醚是優(yōu)選的。
[0030] 合適的環(huán)氧樹脂組合物或聚環(huán)氧化物還可以包括多元醇的多縮水甘油醚。這些化 合物可以衍生自多元醇,例如,乙二醇、丙二醇、丁二醇、1,6_己二醇、新戊二醇、二甘醇、丙 三醇、三羥甲基丙烷、季戊四醇等等。其他合適的環(huán)氧化物或聚環(huán)氧化物包括通過表齒醇或 其他的環(huán)氧組合物與脂肪族或芳香族多元酸例如琥珀酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、馬來酸、 富馬酸、鄰苯二甲酸、四氫鄰苯二甲酸、六氫鄰苯二甲酸、偏苯三酸等等反應(yīng)形成的多元羧 酸的多縮水甘油醚。一方面,二聚不飽和脂肪酸和聚合多元羧酸也可以反應(yīng)產(chǎn)生多元羧酸 的多縮水甘油醚。
[0031] 在一個(gè)實(shí)施方式中,本文描述的環(huán)氧樹脂組合物或聚環(huán)氧化物是通過烯屬不飽和 脂環(huán)族化合物的氧化衍生來的。烯屬不飽和脂環(huán)族化合物通過與氧、過苯甲酸、酸-乙醛單 過醋酸鹽/酯(acid-aldehydemonoperacetate)、過氧乙酸等等的反應(yīng)來環(huán)氧化。通過這 樣的反應(yīng)產(chǎn)生聚環(huán)氧化物是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的,其包括,但不限于,環(huán)氧脂環(huán)族醚和 酯。
[0032] 在一個(gè)實(shí)施方式中,本文描述的環(huán)氧樹脂組合物或聚環(huán)氧化物包括環(huán)氧酚醛樹 月旨,其通過表鹵醇與醛或一羥基或多羥基酚的縮合產(chǎn)物的反應(yīng)得到。實(shí)例包括,但不限于, 表氯醇與甲醛和各種酚類的縮合產(chǎn)物的反應(yīng)產(chǎn)物,所述酚類例如為苯酚、甲酚、二甲苯酚、 丁基甲基苯酚、苯基苯酚、二羥基聯(lián)苯(biphenol)、萘酚、雙酚A、雙酚F等等。
[0033] 在一個(gè)實(shí)施方式中,本文描述的粉末組合物包含一種或更多種環(huán)氧樹脂組合物或 聚環(huán)氧化物。一方面,基于粉末組合物的總重量,環(huán)氧樹脂組合物或聚環(huán)氧化物存在的范圍 大約是20到90wt%,優(yōu)選大約30到80wt%,更優(yōu)選大約40到70wt%,并且最優(yōu)選大約50 到 60wt%。
[0034]在一個(gè)實(shí)施方式中,本文描述的粉末組合物是包含至少一種固化劑的可固化組合 物。在一個(gè)實(shí)施方式中,本文描述的固化劑有助于實(shí)現(xiàn)以三分鐘或更短數(shù)量級(jí)的固化時(shí)間 的固體的、柔韌的、環(huán)氧功能的粉末組合物。
[0035] -方面,挑選固化劑以適合環(huán)氧樹脂組合物并且使得只有當(dāng)在用于固化和應(yīng)用粉 末組合物的溫度下多縮水甘油醚時(shí)才固化粉末組合物。因此,為了本文描述的低應(yīng)用溫度, 挑選固化劑具有在本文描述的應(yīng)用溫度范圍內(nèi)的熔點(diǎn)或軟化點(diǎn),即大約165°C到185°C,優(yōu) 選地 170°C到 180°C。
[0036] 在一個(gè)實(shí)施方式中,本文描述的固化劑包括一種或更多種具有結(jié)構(gòu)式I展示的結(jié) 構(gòu)的組合物:
[0037]NH2-NH-C= (0)-[Rl-C= (0)]n-NH-NH2 (I)
[0038] -方面,結(jié)構(gòu)式I中,Rl是衍生自多羧酸的具有1到25個(gè)碳原子的多價(jià)有機(jī)基團(tuán), 并且η是1或0。另一方面,Rl是二價(jià)有機(jī)基,例如,取代或非取代的C1-C25烷基、取代或非 取代的C2-C10烯基、取代或非取代的C3-C10環(huán)烷基、取代或非取代的C3-C10環(huán)烯基、取代 或非取代的C3-C10芳基或芳烷基、取代或非取代的C3-C10雜芳基、取代或非取代的C2-C10 烷酸或其酯、取代或非取代的C2-C10二酸或其酯、或取代的C2-C10鏈烯酸或其酯,并且η 是1或0。
[0039] 具有結(jié)構(gòu)式I的化合物的適合的固化劑包括通過羧酸酯和水合肼的反應(yīng)制備的 二酰肼。這樣的反應(yīng)是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的,并且產(chǎn)生了例如,碳二酰肼、草酸二酰肼、丙 二酸二酰肼、乙基丙二酸二酰肼、琥珀酸二酰肼、戊二酸二酰肼、己二酸二酰肼、庚二酸二酰 肼、癸二酸二酰肼、馬來酸二酰肼、間苯二甲酸二酰肼、二十碳烷二酸二酰肼、纈氨酸二酰肼 和其混合物。這些中,優(yōu)選己二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、間苯二甲酸酰肼、二十碳烷二酸二 酰肼、纈氨酸二酰肼,尤其優(yōu)選癸二酸二酰肼。
[0040] 在一個(gè)實(shí)施方式中,本文描述的粉末組合物包括一種或更多種固化劑,優(yōu)選酸二 酰肼,例如癸二酸二酰肼。一方面,固化劑基于粉末組合物的總重量以大約lwt%到3wt%、 優(yōu)選地大約1. 5到2. 5wt%的范圍存在。
[0041] 在一個(gè)實(shí)施方式中,本文描述的方法包括將一種或更多種環(huán)氧樹脂組合物與固化 劑結(jié)合以形成粉末涂料組合物。該粉末涂料組合物是可融合(fusible)的組合物,其在應(yīng) 用熱時(shí)多縮水甘油醚形成涂層膜。該粉末使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法例如靜電噴涂法 涂覆,并且固化成大約200到大約500微米、優(yōu)選300到400微米的干膜厚度。
[0042]在一個(gè)實(shí)施方式中,本發(fā)明提供了在低溫下涂布基材的方法,該低溫即足夠低以 允許粉末組合物完全的固化,而對基材的結(jié)構(gòu)或物理特性沒有負(fù)面影響的溫度。值得注意 地是,本文描述類型的粉末涂料用于油和天然氣管道中,即由高級(jí)鋼制成的大直徑管道。然 而,用于管道的粉末涂料的典型的應(yīng)用溫度足夠高從而引起管道中的污點(diǎn)老化,導(dǎo)致鋼的 應(yīng)力增加和韌性降低。低應(yīng)用溫度下涂覆和固化粉末涂料用于管道的防腐蝕,而不對高級(jí) 鋼產(chǎn)生有害影響。
[0043]在一個(gè)實(shí)施方式中,該粉末組合物優(yōu)選應(yīng)用于基材的表面,優(yōu)選金屬基材的表面, 更優(yōu)選高性能鋼基材的表面。該粉末組合物使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法例如靜電噴涂 法應(yīng)用。在粉末涂料應(yīng)用之前,通常優(yōu)選地對基材進(jìn)行脫油污和噴砂處理,優(yōu)選至大約50 到70微米的深度。
[0044] 在一個(gè)實(shí)施方式中,本文描述的方法包括將本文描述的粉末組合物應(yīng)用到基材 上,并且在基材上固化組合物。一方面,該粉末組合物通過傳統(tǒng)的方法例如靜電噴涂法應(yīng)用 于基材上。然后將涂覆的基材加熱到大約165°C到185°C、優(yōu)選170°C的應(yīng)用溫度使得粉末 顆粒熔化和融合,隨后在同樣的溫度下固化涂料大約三分鐘。
[0045] 另一方面,基材被預(yù)熱到大約165°C到185°C、優(yōu)選170°C的應(yīng)用溫度大約30到45 分鐘的時(shí)間段。然后將粉末組合物應(yīng)用到加熱的基材,通常通過靜電噴涂法。然后將基材 烤到大約165°C到185°C、優(yōu)選170°C的溫度大約3分鐘來固化涂料。
[0046] 金屬基材,包括高級(jí)鋼基材例如管道,容易被腐蝕。腐蝕的速率和程度是由基材的 性質(zhì)和基材所暴露于的環(huán)境的性質(zhì)而定。防護(hù)涂料包括粉末涂料例如被應(yīng)用于提供耐腐 蝕表面。這樣的防護(hù)涂料的一種失敗的模式是陰極剝離。不限于理論,當(dāng)基材金屬的電位 降到腐蝕電位以下時(shí),陰極剝離出現(xiàn),例如由于氫離子在表面積累。這導(dǎo)致涂層中的缺陷 (fault)(或漏點(diǎn)holidays)并且在極端的例子中,涂層與基材表面分離。不限于理論,可以 認(rèn)為陰極剝離由于溫度升高而加速了,例如,在熱的液體通過高級(jí)鋼管道的運(yùn)輸期間。
[0047] 由于陰極剝離依賴于防護(hù)涂料和基材的相互作用,測量陰極剝離為防護(hù)涂料的長 期性能提供了測試。陰極剝離通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的標(biāo)準(zhǔn)測試來測量,所述標(biāo)準(zhǔn)測試 包括,例如CSAZ245. 20-10,條款12. 8 (工廠-涂覆的鋼管道外部涂層;條款12. 8-24小 時(shí)陰極剝離,plant-appliedExternalCoatingsforSteelPipe;clause12. 8~24hour cathodicdisbondment),ASTMG80(管道涂層的特定陰極剝離的標(biāo)準(zhǔn)測試方法,Standard TestMethodforSpecificCathodicDisbondmentofPipelineCoatings)和ASTM G95(管道涂層的陰極剝離的標(biāo)準(zhǔn)測試方法(附加單元方法),StandardTestMethodfor CathodicDisbondmentofPipelineCoatings(AttachedCellMethod))。這些標(biāo)準(zhǔn)測試 包含使用涂覆金屬的測試樣作為陰極,該陰極與鎂陽極相串聯(lián)作為原電池的部分。電解液 是不同的鹽溶液例如NaCl、KCl、NaHCO3等等的混合物。在暴露于電解液之前,hoiidays形 成在測試樣中以為邊緣腐蝕提供位置。測試樣品暴露于在65°C電解液24小時(shí)或48小時(shí) 后,并且在65 °C暴露于電解液30天。
[0048] 在一個(gè)實(shí)施方式中,金屬基材例如高級(jí)鋼的防護(hù)涂料通常在大約200到230°C的 溫度下來應(yīng)用來確保涂料組合物的充分固化。然而,暴露于如200°C的高溫往往導(dǎo)致高級(jí)鋼 的應(yīng)力增加以及延展性和韌性降低。
[0049] 因此,克服了傳統(tǒng)的實(shí)踐和工業(yè)偏見,本文描述的方法包括在三分鐘或更短時(shí)間, 優(yōu)選在兩分鐘內(nèi),在165°C到185°C,優(yōu)選170°C到180°C的低應(yīng)用溫度下應(yīng)用和固化粉末組 合物的步驟。出乎意料地是,本文描述的方法完全地產(chǎn)生具有卓越性能特征例如防腐蝕性 和柔韌性的固化涂料,尤其當(dāng)其應(yīng)用于管道鋼時(shí)。本文描述的低應(yīng)用溫度方法產(chǎn)生的固化 涂層具有大約5到11mm、優(yōu)選小于9mm、更優(yōu)選小于7mm的30天的陰極剝離,。
[0050] 在一個(gè)實(shí)施方式中,本文描述的粉末涂料組合物是融合結(jié)合的環(huán)氧涂料(FBE)。一 方面,該FBE涂料可以用作低應(yīng)用溫度(LAT)單層涂層。另一方面,F(xiàn)BE涂料可以用作雙層 FBE涂層或三層聚乙烯涂層(3LPE)的底漆層。還要另一方面,本文描述的粉末組合物可以 用作雙層管道涂層的LAT抗磨損覆蓋層(ARO)。FBE、3LPE和ARO涂料的特征在工業(yè)中是確 定的并且是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。
[0051] 粉末組合物可以可選地包括其他的添加劑。這些其他的添加劑可以改善粉末涂料 的應(yīng)用,該涂料的多縮水甘油醚和/或固化或最終涂料的性能或者外觀??捎迷谠摲勰┲?的可選添加劑的實(shí)例包括:顏料、乳濁劑、固化催化劑、抗氧化劑、色彩穩(wěn)定劑、助滑和擦傷 添加劑(slipandmaradditive)、UV吸收劑、受阻胺光穩(wěn)定劑、光引發(fā)劑、導(dǎo)電添加劑、摩 擦帶電添加劑、抗腐蝕添加劑、填料、紋理試劑(textureagent)、脫氣劑、流動(dòng)控制劑、觸變 膠、和邊緣覆蓋添加劑。
[0052] 制備粉末組合物的技術(shù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。混合可以通過任何購買的機(jī) 械混合器或者人工混合進(jìn)行??赡艿幕旌掀鞯囊恍?shí)施例包括Henschel混合器(可購買 自,例如HenschelMixingTechnology,GreenBay,WI),Mixaco混合器(可購買自,例如 TriadSales,Greer,SC或Dr.HerfeldGmbH,諾伊恩拉德,德國),Marion混合器(可購買 自,例如MarionMixers,Inc.,35753rdAvenue,Marion,IA),倒轉(zhuǎn)混合器,Littleford混 合器(購買自LittlefordDay,Inc.),水平軸混合器和球磨。優(yōu)選的混合器要包括那些最 容易清理的混合器。
[0053] 粉末涂料通常是以多步驟的工藝制造的。許多組分被干燥混合形成預(yù)混合料,這 些組分可以包括樹脂、固化劑、顏料、添加劑和填料。然后,將這個(gè)預(yù)混料加入擠壓機(jī),其使 用熱、壓力和剪切的結(jié)合,來熔融可融合的組分以及徹底地混合所有的組分。擠出物被冷卻 成易碎的固體,然后被磨成粉末。研磨條件通常被調(diào)整到滿足粉末中值粒徑,該粉末中值粒 徑由粉末組合物具體的最終用途而定。
[0054] 本文描述的環(huán)氧樹脂組合物和固化劑同任何可選的添加劑一同是干燥混合的,然 后通常通過擠壓機(jī)多縮水甘油醚混合。擠壓機(jī)通常具有一個(gè)或更多個(gè)區(qū)域,并且通過控制 一個(gè)區(qū)域中的溫度,有可能控制粉末涂料的性能。例如,第一區(qū)域溫度大約40°C到80°C,優(yōu) 選50°C到70°C,第二區(qū)域溫度大約50°C到90°C,優(yōu)選60°C到80°C。得到的擠出物然后通 過冷卻凝固,接著被磨碎形成粉末。還可以使用其他的方法。例如,一種替代的方法使用在 液態(tài)二氧化碳中可溶的粘合劑。以該方法,干燥的組分混合進(jìn)液態(tài)二氧化碳中,然后噴霧形 成粉末顆粒。如果需要,可以將粉末分類或者篩選來實(shí)現(xiàn)理想的粒徑和/或顆粒尺寸分布。
[0055] 得到的粉末具有能夠通過應(yīng)用工藝有效地使用的尺寸。實(shí)際上,使用傳統(tǒng)的靜電 噴漆方法,尺寸小于10微米的顆粒難以有效應(yīng)用。因此,具有小于大約25微米的中值粒徑 (medianparticlesize)的粉末難以靜電噴漆,因?yàn)槟切┓勰┩ǔ>哂写蟛糠值男☆w粒。 優(yōu)選地,調(diào)整磨碎(或進(jìn)行篩選或分類)來實(shí)現(xiàn)粉末中值粒徑為大約25到150微米,更優(yōu) 選30到70微米,最優(yōu)選30到50微米。
[0056] 可選地,本發(fā)明中可以使用其他的添加劑。如上討論的,這些可選的添加劑可以在 擠壓之前加入,并且可以作為基礎(chǔ)粉末的部分,或者可以在擠壓后加入。擠壓后添加的合適 的添加劑包括,如果在擠壓之前加入就不會(huì)良好進(jìn)行的材料;會(huì)引起對擠壓設(shè)備額外的磨 損的材料或其他的添加劑。
[0057]其他的優(yōu)選的添加劑包括性能添加劑例如膠化劑(rubberizer)、降阻劑、和微囊 齊U。此外,添加劑可以是研磨料(abrasive)、熱敏感催化劑、有利于形成多孔最終涂層的試 齊Ll、或或提1?基礎(chǔ)粉末的潤濕的試劑。
[0058] 本文描述的粉末組合物可以通過各種手段包括使用流化床和噴射涂敷器應(yīng)用于 制品上。最普遍地,用到靜電噴漆工藝,其中顆粒是充滿靜電的,并且噴到也被研磨的制品 上使得粉末顆粒被吸引并保留在制品上。涂覆之后,加熱制品。這個(gè)加熱步驟引起粉末顆 粒多縮水甘油醚和流動(dòng)到一起來涂覆制品??蛇x地,可以使用連續(xù)加熱或補(bǔ)償加熱來固化 涂層??梢允褂闷渌目商娲姆绞嚼缤苛系腢V固化。
[0059] 本文描述的粉末涂料然后固化,這種固化可以通過連續(xù)的加熱、隨后的加熱或基 材中的剩余熱而發(fā)生。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中,如果選擇了可輻射固化粉末涂料基 料,粉末可以通過相對短的或低的溫度加熱循環(huán)多縮水甘油醚,然后可以暴露于輻射來引 發(fā)固化工藝。這種實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)施例是可UV-固化粉末。輻射固化的其他實(shí)例包括使 用UV-可見光、可見光、近紅外、紅外和電子束。
[0060] 優(yōu)選地,被涂基材具有理想的物理和機(jī)械性能,包括最佳的性能特性例如抗腐蝕 性、柔韌性等等。通常,最終的膜涂層將具有的厚度大約是100到600微米,優(yōu)選大約200 到500微米,更優(yōu)選大約300到400微米。
[0061] 提供以下的實(shí)施例用于輔助理解本發(fā)明,但這些實(shí)施例并不被解釋為限制其范 圍。除非另有說明,所有的份和百分?jǐn)?shù)是指以重量計(jì)。 實(shí)施例
[0062] 通過如下實(shí)施例闡述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解的是,具體實(shí)施例、材料、用量和過程要按 照本文所闡述的本發(fā)明的范圍和精神進(jìn)行寬泛地解釋。除非另有聲明,所有份和百分?jǐn)?shù)都 以重量計(jì),并且所有分子量都是重均分子量。
[0063] 測試方法
[0064]除非另有聲明,在下面的實(shí)施例中使用如下測試方法。
[0065] 陰極剝離
[0066] 粉末涂料的抗腐蝕性由陰極剝離測試來測定,根據(jù)ASTMG80或ASTMG95中所述 來進(jìn)行這項(xiàng)測試(管道涂料的特定陰極剝離的標(biāo)準(zhǔn)測試方法,StandardTestMethodfor SpecificCathodicDisbondmentofPipeCoating) 〇
[0067] 熱水附著測試
[0068] 進(jìn)行熱水附著測試以評(píng)估涂料是否粘附到被涂覆的基材上。將涂覆了粉末組合物 的測試樣品浸入保持在95°C下熱水浴中30天。然后取出測試樣品,并且當(dāng)依然溫?zé)釙r(shí),刻 下30x15mm長方形通過涂層到基材。從熱水浴中取出一小時(shí)內(nèi),將多用途刀的尖端在刻下 的矩形的一角插入涂層下方來移除涂料或者來評(píng)估涂層對移除的抗性。涂層的粘附性以1 到5的尺度評(píng)定,其中等級(jí)1表示不能干凈地移除的涂層,并且等級(jí)5表示可以以一片式完 全移除的涂料。
[0069] 柔韌性/彎曲測試
[0070] 這項(xiàng)測試提供了涂層的柔韌水平和固化程度的指標(biāo)。對于本文描述的測試,準(zhǔn)備 好并評(píng)估被涂覆測試帶(25x200x6. 4mm)。將測試帶冷卻到-30 ±3°C并且保持那個(gè)溫度最 少1小時(shí)。測試帶的厚度通過將其鋪在平坦的表面上來測定,該厚度用于計(jì)算彎曲測試所 需要的芯軸半徑。制造3° /PD(管道直徑)彎曲,持續(xù)不超過10秒并且在從冷凍器中取出 測試帶的30秒內(nèi)完成。然后,將彎曲的測試帶加熱到20±5°C并且保持那個(gè)溫度最少2小 時(shí)。在下一小時(shí)內(nèi),可觀察檢查測試帶的失敗,其中失敗表現(xiàn)為涂層表面上的斷裂或破碎。
[0071] 實(shí)施例I
[0072] 準(zhǔn)備包含以重量計(jì)60份的環(huán)氧樹脂組合物和以重量計(jì)2-3份的癸二酸二酰肼固 化劑的原材料混合物。向原材料混合物中添加固化加速劑、流動(dòng)控制劑和顏料,并且將該組 合加入粉末涂料預(yù)混器中?;旌?分鐘之后,將預(yù)混料用具有兩個(gè)區(qū)域的粉末擠壓機(jī)擠出。 第一區(qū)域的溫度保持在50-70°C,第二區(qū)域保持在60-80°C。擠出后,擠出物在粉末研磨機(jī) 中用削片磨碎來調(diào)整粒徑。然后將涂料組合物涂覆到測試樣板上并且在170°C的溫度下固 化兩分鐘。為了比較的目的,將商購的粉末組合物涂覆到測試板上并且在190°C的溫度下下 固化五分鐘。測試結(jié)果展示在表1中。
[0073] 表1 :關(guān)鍵性能特征的比較
[0074]
【權(quán)利要求】
1. 粉末涂料組合物,其包含: 環(huán)氧樹脂組合物;和 固化劑, 其中所述環(huán)氧樹脂和所述固化劑結(jié)合形成粉末涂料組合物,該粉末涂料組合物在3分 鐘內(nèi)大約165 °C到185 °C下固化。
2. 涂覆制品的方法,其包含: 提供環(huán)氧樹脂組合物; 提供固化劑; 使所述環(huán)氧樹脂和所述固化劑結(jié)合形成粉末涂料組合物; 將所述粉末涂料組合物涂覆到基材上;以及 在3分鐘內(nèi)大約165 °C到185 °C下固化所述粉末涂料組合物。
3. 如上述權(quán)利要求的方法或組合物,其中所述環(huán)氧樹脂和所述固化劑結(jié)合形成融合結(jié) 合環(huán)氧。
4. 如上述權(quán)利要求的方法或組合物,其中所述環(huán)氧樹脂和所述固化劑結(jié)合形成耐磨損 性上覆層。
5. 如上述權(quán)利要求的方法或組合物,其中固化的涂料組合物是單層管涂層。
6. 如上述權(quán)利要求的方法或組合物,其中固化的涂層是雙層管涂層的融合結(jié)合環(huán)氧底 漆。
7. 如上述權(quán)利要求的方法或組合物,其中固化的涂層是三層聚乙烯涂層的融合結(jié)合環(huán) 氧底漆。
8. 如上述權(quán)利要求的方法或組合物,其中所述固化劑具有結(jié)構(gòu)式I的結(jié)構(gòu): NH2-NH-C = (0) -[R1-C = (0) ]n-NH-NH2 (I)其中R1是衍生自羧酸的多價(jià)有機(jī)基團(tuán); 并且n是1或0。
9. 如上述權(quán)利要求的方法或組合物,其中所述固化劑具有結(jié)構(gòu)式I的結(jié)構(gòu): NH2-NH-C = (0)-[Rl-C = (0)]n-NH-NH2 (I)其中R1是進(jìn)一步包含取代或非取代的 C1-C20烷基;取代或非取代的C2-C10烯基;取代或非取代的C3-C10環(huán)烷基;取代或非取 代的C3-C10環(huán)烯基;取代或非取代的C3-C10芳基或芳烷基;取代或非取代的C3-C10雜芳 基;取代或非取代的C2-C10烷酸或其酯;取代或非取代的C2-C10二元酸或其酯;或取代的 C2-C10鏈烯酸或其酯的二價(jià)有機(jī)基團(tuán);并且n是1或0。
10. 如上述權(quán)利要求的方法或組合物,其中所述固化劑選自由碳二酰肼、草酸二酰肼、 丙二酸二酰肼、乙基丙二酸二酰肼、琥珀酸二酰肼、戊二酸二酰肼、己二酸二酰肼、庚二酸二 酰肼、癸二酸二酰肼、馬來酸二酰肼、間苯二甲酸二酰肼、二十碳烷二酸二酰肼、纈氨酸二酰 肼和其混合物組成的組。
11. 如上述權(quán)利要求的方法或組合物,其中所述固化劑選自由己二酸二酰肼、癸二酸二 酰肼、間苯二甲酸二酰肼、二十碳烷二酸二酰肼、纈氨酸酰肼和其混合物組成的組。
12. 如上述權(quán)利要求的方法或組合物,其中所述固化劑是癸二酸二酰肼。
13. 如上述權(quán)利要求的方法或組合物,其中固化的組合物展現(xiàn)小于大約15mm的30天的 陰極剝離。
14. 如上述權(quán)利要求的方法或組合物,其中固化的組合物展現(xiàn)大約8到11mm的30天的 陰極剝離。
15.如上述權(quán)利要求的方法或組合物,其中固化的組合物展現(xiàn)小于大約7mm的30天的 陰極剝離。
【文檔編號(hào)】C09D7/12GK104364325SQ201380031518
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月13日
【發(fā)明者】張建中, 徐萬鈞 申請人:威士伯采購公司