ПОРОШКООБРАЗНАЯ КРОЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ
POWDER COATING COMPOSITION

Настоящее изобретение предлагает порошкообразные кроющие композиции. Более конкретно, настоящее изобретение предлагает порошкообразные кроющие композиции, подходящие для нанесения на металлические подложки для придания устойчивости к коррозии и отслаиванию.
Стальные спиральные рессоры и, в частности, имеющие высокую прочность при растяжении стальные спиральные рессоры, в колесных сборках автомобилей и других транспортных средствах эксплуатируются в очень жестких условиях. Высокопрочные стальные спиральные рессоры являются чувствительными к царапинам и зарубкам и, таким образом, нуждаются в защите от повреждений при ударах вылетающих камней и частиц гравия в процессе езды по мощеным и грунтовым дорогам. Соответственно, требуются порошкообразные композиции, подходящие для нанесения покрытия на подложку, в частности, подложку из стали, такой как, например, высокопрочная сталь, причем покрытие, изготовленное из такой композиции, должно проявлять высокий уровень устойчивости к отслаиванию, а также устойчивости к коррозии.
Европейский патент № EP 230145 описывает эпоксидные полимерные порошкообразные кроющие композиции. Сообщается, что эти композиции обеспечивают высокую ударопрочность и превосходную защиту от коррозии. Однако авторы настоящего изобретения обнаружили, что эти кроющие композиции не удовлетворяют требованиям испытаний на устойчивость к коррозии в условиях, моделирующих атмосферное воздействие (SCAB).
Патент США № US 6677032 описывает двухслойное покрытие, включающее обогащенное цинком ударопрочное эпоксидное грунтовочное покрытие, которое обеспечивает устойчивость к коррозии, и бесцинковое поверхностное покрытие, содержащее такой же термоотверждающийся эпоксидный полимер, которое обеспечивает устойчивость к отслаиванию. Хотя ударопрочные покрытия для высокопрочной стали можно было обрабатывать в течение одного термического цикла, толщина поверхностных покрытий, описанных в этом документе, увеличивала стоимость покрытия, которое должно было удовлетворять условиям изготовителя исходного автомобильного оборудования в отношении испытания покрытия на устойчивость к отслаиванию.
Патентная заявка США № US 2009/0110934 также описывает поверхностные покрытия, в том числе порошкообразные покрытия, изготовленные из одного или нескольких восковых и полимерных компонентов одного или нескольких ударопрочных эпоксидных полимеров и двухслойные покрытия, включающие ударопрочные эпоксидные порошкообразные грунтовочные покрытия и поверхностные покрытия. Это изобретение предлагает устойчивые к отслаиванию порошкообразные покрытия для стали, в частности, высокопрочной стали, которые представляют собой имеющие меньшую толщину и/или более экономичные поверхностные покрытия.
Патент США № US 7244780 описывает порошкообразные кроющие композиции, которые содержат пленкообразующий полимер, пигмент, такой как силикат алюминия (каолин), создающий металлический эффект, и стабилизирующую добавку, которая ингибирует разложение металлического пигмента.
Патент США № US 7018716 описывает устойчивые к коррозии и отслаиванию покрытия, предназначенные для высокопрочных стальных деталей, таких как автомобильные спиральные рессоры, и состоящие из кроющей порошкообразной композиции, содержащей "ударопрочный эпоксидный полимер". Согласно однослойному варианту осуществления, все покрытие содержит, по меньшей мере, 75 мас. ч. цинкового порошка на 100 мас. ч. полимера. Согласно двухслойному варианту осуществления, внутреннее покрытие содержит, по меньшей мере, 75 мас. ч. цинка на 100 мас. ч. полимера, а наружное бесцинковое покрытие армируется посредством добавления волокон и/или посредством пенообразующего вещества, которое делает покрытие пористым.
Наконец, патентная заявка США № US 2010/0256282 описывает порошкообразную композицию, содержащую полимер и от 5% до 70% ингибирующего коррозию пигмента по отношению к массе порошкообразной композиции, причем в данной композиции практически отсутствует пигмент, создающий металлический эффект.
Соответственно, по-прежнему требуется порошкообразная кроющая композиция, подходящая для нанесения покрытия на подложку, в частности, подложку из стали, такой как, например, высокопрочная сталь, причем однослойное покрытие, изготовленное из этой композиции, должно проявлять высокий уровень устойчивости к отслаиванию и устойчивость к коррозии не за счет использования в высоких концентрациях металлического цинка, составляющего, например, более чем 25-40 мас. ч. на 100 мас. ч. полимера, или за счет использования ингибирующих коррозию пигментов. Кроме того, данное покрытие должно быть подходящим для обеспечения высокого уровня устойчивости к отслаиванию и устойчивости к коррозии при однослойном нанесении.
Согласно аспекту настоящего изобретения, предлагается порошкообразная кроющая композиция. Данная порошкообразная кроющая композиция содержит, по меньшей мере, один эпоксидный полимер, по меньшей мере, один усилитель адгезии и, по меньшей мере, один наполнитель.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, предлагается способ нанесения покрытия на стальную подложку. Данный способ включает нанесение однослойной порошкообразной кроющей системы, включающей порошкообразную кроющую композицию, содержащую, по меньшей мере, один эпоксидный полимер, по меньшей мере, один усилитель адгезии и, по меньшей мере, один наполнитель. Кроме того, данный способ включает нагревание порошкообразной кроющей композиции до эффективной температуры в течение эффективного времени, достаточного для плавления композиции.
Согласно следующему аспекту настоящего изобретения, предлагается стальная подложка, которую покрывает однослойная порошкообразная кроющая система. Данная порошкообразная кроющая система включает порошкообразную кроющую композицию, содержащую, по меньшей мере, один эпоксидный полимер, по меньшей мере, один усилитель адгезии и, по меньшей мере, один наполнитель.
Таким образом, настоящее изобретение предлагает порошкообразные кроющие композиции, содержащие, по меньшей мере, один полимер, по меньшей мере, один усилитель адгезии и, по меньшей мере, один наполнитель; способы нанесения покрытий на подложки, такие как стальные подложки; и подложки, покрытые кроющей композицией. Порошкообразные кроющие композиции проявляют высокие уровни устойчивости к отслаиванию и устойчивости к коррозии без необходимости высокого содержания металлического цинка или использования ингибирующих коррозию пигментов, причем они могут обеспечивать такие преимущества и в случае однослойного покрытия. Соответственно, порошкообразные кроющие композиции согласно настоящему изобретению обеспечивают сопоставимую или улучшенную устойчивость к коррозии и/или отслаиванию по сравнению с традиционными двухслойными порошкообразными кроющими системами и традиционными порошкообразными кроющими системами, основу которых представляет собой использование ингибирующих коррозию пигментов.
Порошкообразная композиция согласно настоящему изобретению включает, по меньшей мере, один полимер, т. е. полимерный состав, подходящий для нанесения порошкообразных покрытий, такой как, например, термопластический или термоотверждающийся полимер, в частности, эпоксидный полимер. В качестве эпоксидного полимера могут выбираться разнообразные эпоксидные полимеры, пригодные для использования в составе порошкообразных покрытий, такие как, без ограничения, полимеры, которые образуются в процессе реакции эпохлоргидрина или простого полиглицидилового эфира и ароматического многоатомного спирта, такого как, без ограничения, бисфенол, например, бисфенол A. Согласно варианту осуществления, эпоксидный полимер, как правило, содержит эпоксидные функциональные группы, число которых в расчете на одно звено составляет более чем 1,0 и предпочтительнее более чем 1,9. Как правило, эпоксидная эквивалентная масса (ЭЭМ) должна составлять, по меньшей мере, приблизительно 170 г/экв., но в некоторых случаях могут оказаться приемлемыми и меньшие значения. Эпоксидная эквивалентная масса составляет предпочтительно менее чем приблизительно 2300 г/экв., предпочтительнее более чем приблизительно 400 г/экв. и менее чем приблизительно 1500 г/экв., предпочтительнее более чем приблизительно 700 г/экв. и менее чем приблизительно 1500 г/экв. Такие эпоксидные полимеры можно синтезировать, например, посредством реакции образования простых эфиров, в которой участвуют ароматический или алифатический многоатомный спирт и эпихлоргидрин или дихлоргидрин в присутствии щелочи, такой как гидроксид натрия. Ароматический многоатомный спирт может представлять собой, например, бис(4-гидроксифенил)-2,2-пропан (т. е. бисфенол A), бис(4-гидроксифенил)-1,1-этан, бис(4-гидроксифенил)-1,1-изобутан, бис(4-гидрокси-трет-бутилфенил)-2,2-пропан, бис(2-гидроксинафтил)метан, 4,4'-дигидроксибензофенон или 1,5-пентандиол, 1,6-гександиол, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль или дипропиленгликоль, например, могут использоваться диглицидиловые простые эфиры или конденсированные глицидиловые простые эфиры таких двухатомных спиртов. Другие содержащие оксирановые группы полимеры, которые могут использоваться в качестве эпоксидного полимера в гибридных порошкообразных кроющих композициях согласно настоящему изобретению, включают содержащие полиглицидиловые функциональные группы акриловые полимеры или эпоксидные новолачные полимеры. Предпочтительные эпоксидные полимеры для использования согласно настоящему изобретению, представляют собой полимеры на основе бисфенола A. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, порошкообразные кроющие композиции могут включать один или несколько эпоксидных полимеров.
Эпоксидные полимеры, подходящие для использования согласно настоящему изобретению, можно получить от компаний SIR Industriale, Kukdo, Dow, Huntsman, Cheil Ciba-Geigy, Kumho P&B Chemicals, Mitsui Chemicals, Anhui Hengyuan Chemicals Company Co. Ltd, Chang Chun Plastics, CVC Specialty Chemicals, Estron Chemical и Nan Ya Plastics, и они могут быть идентифицированы по своему интервалу ЭЭМ. Некоторые эпоксидные полимеры могут иметь перекрывающиеся интервалы ЭЭМ, но, тем не менее, они могут быть идентифицированы. Эпоксидный полимер может представлять собой, в качестве неограничительного примера, эпоксидный полимер на основе бисфенола A, имеющий ЭЭМ в интервале от приблизительно 730 г/экв. до приблизительно 820 г/экв., эпоксидный полимер на основе бисфенола A, имеющий ЭЭМ в интервале от приблизительно 1250 г/экв. до приблизительно 1400 г/экв., эпоксидный полимер на основе бисфенола A, имеющий ЭЭМ в интервале от 780 г/экв. до приблизительно 900 г/экв., эпоксидный полимер на основе бисфенола A, имеющий ЭЭМ в интервале от 750 г/экв. до приблизительно 850 г/экв., эпоксидный полимер на основе бисфенола A, имеющий ЭЭМ в интервале от 730 г/экв. до приблизительно 840 г/экв., эпоксидный полимер на основе бисфенола A, имеющий ЭЭМ в интервале от приблизительно 1150 г/экв. до приблизительно 1300 г/экв., или их сочетание. Такие эпоксидные полимеры поставляются компанией Dow Chemical Company под наименованиями D.E.R.™ 663U, D.E.R.™ 6155, D.E.R.™ 6330-A10 и D.E.R.™ 672U и компанией Kukdo Chemical Company под наименованиями EPOKUKDO KD213 и KD214M, соответственно. Могут также использоваться сочетания таких эпоксидных полимеров.
При использовании в настоящем документе, включая следующие иллюстративные примеры, выражения "эффективное количество эпоксидного полимера", "эффективное количество содержащего множество гидроксильных функциональных групп фенольного отверждающего вещества" и "эффективное количество материала наполнителя", соответственно, описывают количества, в которых присутствуют эпоксидный полимер, содержащее множество гидроксильных функциональных групп фенольное отверждающее вещество и материал наполнителя, чтобы получалось покрытие, которое соответствует приемлемым в промышленности стандартам устойчивости к коррозии для заданного применения, таким как технические условия GMW14656 компании GM в случае высокопрочных подвесных рессор.
Другие эпоксидные полимеры для использования в порошкообразной кроющей композиция включают, в качестве неограничительного примера, эпоксидированные фенольно-новолачные полимеры, у которых температура размягчения составляет от приблизительно 80°C до приблизительно 125°C. Согласно некоторым вариантам осуществления, температура размягчения составляет от приблизительно 90°C до приблизительно 115°C. Согласно некоторым вариантам осуществления, используется эпоксидный полимер, модифицированный новолаком на основе простого диглицидилового эфира бисфенола A (DGEBA).
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, эпоксидный полимер на основе бисфенола A получатся, в качестве неограничительного примера, в реакции конденсационной полимеризации бисфенола A с эпихлоргидрином. Могут использоваться и другие полимерные соединения, такие как, без ограничения, эпоксидный полимер на основе бисфенола A, отвержденный дициандиамином или прореагировавший совместно с содержащим карбоксильные функциональные группы сложным полиэфиром (гибрид).
Количество эпоксидного полимера или сочетания эпоксидных полимеров в порошкообразной кроющей композиции может различаться в зависимости от количества добавок и наполнителей. В качестве неограничительного примера, полимер и отверждающее вещество в сумме составляют сто массовых частей (100 мас. ч.) в расчете на 100 мас. ч. полимерной композиции. При этом суммарное процентное содержание эпоксидного полимера в композиции изменяется в зависимости от содержания добавок и наполнителей в расчете на 100 мас. ч. полимера. Согласно некоторым вариантам осуществления, эпоксидный полимер или сочетание эпоксидных полимеров присутствует в количестве от приблизительно 35 до приблизительно 95 частей из возможных 100 частей. В качестве альтернативы, согласно варианту осуществления, эпоксидный полимер или сочетание эпоксидных полимеров присутствует в количестве, составляющем более чем приблизительно 10 мас.%, предпочтительнее более чем приблизительно 20 мас.%, еще предпочтительнее более чем приблизительно 30 мас.% и наиболее предпочтительно более чем приблизительно 40 мас.%, и менее чем приблизительно 75 мас.%, предпочтительнее менее чем приблизительно 60 мас.% и наиболее предпочтительно менее чем приблизительно 55 мас.%, по отношению к полной массе порошкообразной кроющей композиции.
Эпоксидный полимер может становиться ударопрочным посредством использования добавок или вспомогательных реагентов, которые выступают, например, как модификаторы ударопрочности, придающие гибкость вещества, пластификаторы и придающие жесткость материалы. Эти вещества могут включать:
- модифицирующие эластомеры, в том числе в составе основного полимера, которые реагируют с кроющей композицией посредством сшивания, или присутствуют как нереагирующие добавки, такие как, например, каучук на основе сополимера бутадиена и акрилонитрила с концевыми карбоксильными группами (CTBN), бутадиен/стирольный, нитрильный, неопреновый, акриловый, бутильный, этилен/пропилен/диеновый, полисульфидный, полизопреновый, кремнийорганический и уретановый каучук;
- статистический или блочный сополимер, добавление которого придает некоторую степень внутренней пластификации, и примерами которого могут служить продукты FORTEGA™ (Dow Chemical Co.);
- пластифицирующие добавки, такие как эпоксидированное соевое масло;
- сшитые или несшитые полимеры типа "сердцевина/оболочка", имеющие разнообразные составы и содержащие, например, эпоксидные, акриловые или полиуретановые полимеры, составляющие части сердцевины или оболочки.
Кроме того, придающие жесткость материалы могут включать полые сферические частицы, представляющие собой полимерные или стеклянные шарики. Кроме того, в некоторых из них могут присутствовать дискретные микродомены, которые могут придавать устойчивость к отслаиванию.
g
Согласно одному варианту осуществления эпоксидный полимер, предпочтительно полимер на основе бисфенола A, образует аддукт с эластомером, у которого температура стеклования T находится на уровне -30°C или ниже и предпочтительно -40°C или ниже. Предпочтительный эластомер представляет собой каучук CTBN. Такие аддукты эпоксида и каучука CTBN представляют, например, описание британского патента № 1407851 (C. G. Taylor), опубликованное 24 сентября 1975 г. и статья "Модифицированные эластомерами эпоксидные порошкообразные покрытия: обзор", Powder Coatings (Порошкообразные покрытия), т. 184 от 13 апреля 1994 г., № 4347. Чтобы обеспечить жесткость (гибкость) в целях низкотемпературной устойчивости к отслаиванию, компонент CTBN должен присутствовать, составляя, по меньшей мере, 5 мас.% по отношению к суммарной массе CTBN и эпоксидных компонентов. При содержании CTBN, составляющем выше чем приблизительно 25 мас.%, никакой дополнительный полезный эффект не достигается, и считается нежелательным его содержание выше 25 мас.%, потому что в противном случае содержание эпоксидного компонента будет недостаточным для хорошего отверждения. Тот факт, что эластомерный компонент химически присоединяется к эпоксидному компоненту посредством реакции этерификации карбоксильных групп CTBN эпоксидными группами, обеспечивает, что полное разделение фаз не происходит в процессе плавления и отверждения кроющего порошка. Однако присутствуют эпоксидные и каучуковые микродомены. Примерные подходящие модифицированные эластомерами эпоксидные полимеры представляют собой полимеры типа бисфенола A, модифицированного каучуком, которые поставляет под наименованиями EPOKUKDO KR-100, KR-102, KR 104L, KR170, KR-207 и KR-450 компания Kukdo Chemical Company. Другие подходящие модифицированные эластомерами эпоксидные полимеры поставляются компаниями Nan Ya, Dow Chemical Company (ударопрочный эпоксидный полимер FORTEGRA 201), EPON (модифицированный CTBN диглицидиловый эфир бисфенола A (DGEBPA) EPON 58005, модифицированный CTBN DGEBPA EPON 58006, модифицированный CTBN DGEBPA EPON 58120, модифицированный CTBN DGEBPA 58901), Huntsman (аддукт содержащего концевые эпоксидные группы эпоксида бисфенола F и полимера CTBN Araldite LT 1108, аддукт содержащего концевые эпоксидные группы эпоксида бисфенола F и полимера CTBN Araldite LT 1115, аддукт содержащего концевые эпоксидные группы эпоксида бисфенола F и полимера CTBN Araldite LT 1146, аддукт содержащего концевые эпоксидные группы эпоксида бисфенола F и полимера CTBN Araldite LT 1134, твердый аддукт содержащего концевые эпоксидные группы эпоксида бисфенола F и полимера CTBN Araldite LT 1522); другие аналогичные полимеры поставляются компаниями Kumho P&P, Asahi Kasei, Epoxital srl, Chang Chun Plastics (CCP) и Bakelite.
Согласно альтернативному варианту осуществления, используется полимер со структурой типа ядро/оболочка, в которой акриловый каучуковый полимер образует ядро, а эпоксидный полимер, предпочтительно эпоксидный полимер на основе бисфенола A, образует оболочку. И в этом случае химическая связь между карбоксильными функциональными группами акрилового каучукового полимера ядра и эпоксидным полимером оболочки предотвращает фазовое разделение в процессе плавления и отверждения кроющего порошка, образованного с использованием полимера, состоящего из ядра и оболочки. Такие модифицированные акриловым каучуком эпоксиды описали, например, H.-J. Sue и E. I. Garcia-Melfin, Polymer Reprints, т. 32(3), с. 358-9.
g
Согласно варианту осуществления, порошкообразная кроющая композиция дополнительно содержит в эффективном количестве модифицированный эластомером эпоксидный полимер, имеющий ЭЭМ от приблизительно 700 г/экв. до приблизительно 1600 г/экв., и, согласно еще одному варианту осуществления, от приблизительно 1000 г/экв. до приблизительно 1600 г/экв.. Согласно варианту осуществления, модифицированный эластомером эпоксидный полимер может представлять собой эпоксидный полимер на основе бисфенола A, с которым образует аддукт содержащий концевые карбоксильные группы бутадиен-акрилонитрильный каучук (CTBN), и образуется композитный полимер, имеющий ЭЭМ от приблизительно 900 г/экв. до приблизительно 1500 г/экв. или от приблизительно 1000 г/экв. до приблизительно 1300 г/экв. Согласно некоторым вариантам осуществления, Tg составляет от приблизительно 30°C до приблизительно 50°C. T представляет собой температуру стеклования, которая является критической температурой, при которой некристаллический материал изменяет свое поведение и переходит из "стеклообразного" в "каучукообразное" состояние. В данном контексте термин "стеклообразный" означает твердый и хрупкий (и, таким образом, относительно легко разрушающийся) материал, в то время как термин "каучукообразный" означает эластичный и гибкий материал.
Количество модифицированного эластомером эпоксидного полимера или сочетания модифицированных эластомером эпоксидных полимеров в порошкообразной кроющей композиции может изменяться в зависимости от количеств добавок и армирующего волокна. В качестве неограничительного примера, эпоксидный полимер, модифицированный эластомером эпоксидный полимер и содержащий карбоксильные функциональные группы сложнополиэфирный полимер в сумме составляют сто массовых частей (100 мас. ч.) в расчете на 100 мас. ч. полимерной композиции. При этом суммарное процентное содержание модифицированного эластомером эпоксидного полимера в композиции изменяется в зависимости массового содержания добавок и армирующих волокон в расчете на 100 мас. ч. полимера. Согласно некоторым вариантам осуществления, модифицированный эластомером эпоксидный полимер или сочетание модифицированных эластомером эпоксидных полимеров присутствует в количестве от приблизительно 5 до приблизительно 35 частей из допустимых 100 частей. В качестве альтернативы, согласно варианту осуществления, модифицированный эластомером эпоксидный полимер присутствует в порошкообразной кроющей композиции в количестве, составляющем более чем приблизительно 1 мас.%, предпочтительнее более чем приблизительно 2 мас.% и наиболее предпочтительно более чем приблизительно 3 мас.%, и менее чем приблизительно 25 мас.%, предпочтительнее менее чем приблизительно 15 мас.%, и наиболее предпочтительно менее чем приблизительно 10 мас.%, по отношению к полной массе порошкообразной кроющей композиции.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, порошкообразная кроющая композиция может также содержать в эффективном количестве содержащий карбоксильные функциональные группы сложнополиэфирный полимер, у которого кислотное число составляет от приблизительно 25 до приблизительно 85 мг KOH/г или от приблизительно 45 до приблизительно 75 мг KOH/г для повышенной устойчивости к отслаиванию.
Количество содержащий карбоксильные функциональные группы сложнополиэфирный полимер или сочетания содержащих карбоксильные функциональные группы сложнополиэфирных полимеров в порошкообразной кроющей композиции может изменяться в зависимости от количеств добавок и армирующих волокон. В качестве неограничительного примера, эпоксидный полимер, модифицированный эластомером эпоксидный полимер и содержащий карбоксильные функциональные группы сложнополиэфирный полимер в сумме составляют сто массовых частей (100 мас. ч.) в расчете на 100 мас. ч. полимерной композиции. При этом суммарное процентное содержание содержащего карбоксильные функциональные группы сложнополиэфирного полимера в композиции изменяется в зависимости массового содержания добавок и армирующих волокон в расчете на 100 мас. ч. полимера. Согласно некоторым вариантам осуществления, содержащий карбоксильные функциональные группы сложнополиэфирный полимер или сочетание содержащих карбоксильные функциональные группы сложнополиэфирных полимеров присутствует в количестве от приблизительно 30 до приблизительно 85 частей из допустимых 100 частей.
Содержащие карбоксильные функциональные группы сложнополиэфирные полимеры можно синтезировать, осуществляя любой общеизвестный способ, включающий, в качестве неограничительного примера, реакции конденсации между алифатическими двухатомными или многоатомными спиртами и циклоалифатическими, ациклическими или алифатическими дикарбоновыми или поликарбоновыми кислотами или их ангидридами, или между алифатическими двухатомными спиртами и ароматическими дикарбоновыми или поликарбоновыми кислотами или их ангидридами. В качестве неограничительного примера, содержащие карбоксильные функциональные группы сложнополиэфирные полимеры можно синтезировать, используя алифатические двухатомные или многоатомные спирты, в частности, низшие алифатические двухатомные спирты, такие как, без ограничения, этиленгликоль, 1,2-пропандиол, 1,3-пропандиол, 1,2-бутандиол, 1,3-бутандиол, 1,4-бутандиол, 2,2-диметилпропан-1,3-диол (т. е. неопентилгликоль), 1,6-гександиол, 2,3-гександиол, 2,5-гександиол, диэтиленгликоль или дипропиленгликоль. Многоатомные спирты, такие как, без ограничения, триметилолпропан или аналогичные спирты, можно также использовать, чтобы синтезировать содержащие карбоксильные функциональные группы сложные полиэфиры. Примерные подходящие дикарбоновые или поликарбоновые кислоты и ангидриды представляют собой, без ограничения, фталевая кислота, изофталевая кислота, терефталевая кислота, малоновая кислота, янтарная кислота, глутаровая кислота, адипиновая кислота, пимелиновая кислота, суберовая кислота, азелаиновая кислота, себациновая кислота, додекандикарбоновая кислота, тетрагидрофталевая кислота, гексагидрофталевая кислота и малеиновая кислота, а также ангидриды этих кислот. Согласно некоторым вариантам осуществления, содержащий карбоксильные функциональные группы сложнополиэфирный полимер представляет собой содержащий ароматическую группу сложный полиэфир, в качестве неограничительного примера, сложный полиэфир, который образуют ароматическая карбоновая кислота, такая как, без ограничения, фталевая кислота, изофталевая кислота или терефталевая кислота, и многоатомный спирт, такой как, без ограничения, неопентилгликоль.
2
Кроющие композиции согласно настоящему изобретению дополнительно содержат, по меньшей мере, один усилитель адгезии. Подходящие усилители адгезии включают, но не ограничиваются этим, усилители адгезии на основе модифицированного сополимера, адсорбированного на SiO.
Примеры таких усилителей адгезии представляют собой BYK-LP X 21725, поставляемые компанией BYK Additives and Instruments (BYK-Chemie GmbH), и SHO SHI T70, поставляемый компанией Shanghai Zhongtian. Согласно еще одному варианту осуществления, подходящие усилители адгезии могут представлять собой жидкие силаны, такие как DOW A187, поставляемый компанией Dow Chemical Company. Согласно варианту осуществления, усилитель адгезии или сочетание усилителей адгезии присутствует в количестве, составляющем от приблизительно 0,1 мас.% или более, предпочтительно приблизительно 0,5 мас.% или более, и предпочтительнее приблизительно 1,0 мас.% или более, до приблизительно 5,0 мас.%, предпочтительно приблизительно 3,0 мас.% или менее, предпочтительнее, приблизительно 2,5 мас.% или менее, по отношению к полной массе композиции.
Согласно варианту осуществления, порошкообразные кроющие композиции согласно настоящему изобретению также содержат эффективное количество материала наполнителя. Подходящие наполнители представляют собой, но не ограничиваются этим, комплексный алюмосиликат (белая слюда или мусковит), метасиликат кальция (волластонит), микронизированный силикат магния (тальк), порошкообразный оксид цинка, цинковая пыль, порошкообразный кварц, силикаты алюминия, силикаты кальция, силикаты магния, карбонат кальция, сульфат бария, сульфат кальция, оксид алюминия, чешуйчатое стекло, модифицированное углеродом композитное чешуйчатое стекло, нефелиновый сиенит как наполнитель и их сочетания. Согласно предпочтительному варианту осуществления, в качестве материал наполнителя выбираются карбонат кальция, нефелиновый сиенит и их сочетания.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, используются метасиликат кальция (волластонит), имеющий медианный размер частиц от приблизительно 2 до приблизительно 15 мкм, и/или микронизированный силикат магния (тальк), имеющий медианный размер частиц от приблизительно 0,5 до приблизительно 3,0 мкм. Эти наполнители своим действием улучшают устойчивость к коррозии посредством сочетания свойств регулирования pH и влагопоглощения. Медианные размеры частиц волластонита и микронизированного талька определяются методами лазерной дифракции и составляют, согласно некоторым вариантам осуществления, от приблизительно 10 до приблизительно 40 мкм и от приблизительно 1 до приблизительно 8 мкм соответственно.
Согласно некоторым вариантам осуществления, материал наполнителя может дополнительно содержать материал пластинчатого наполнителя. Материал пластинчатого наполнителя для использования согласно настоящему изобретению представляют собой, в качестве неограничительного примера, комплексный алюмосиликат (белая слюда или мусковит), имеющий медианный размер частиц от приблизительно 10 до приблизительно 35 мкм; силикат магния (тальк), имеющий медианный размер частиц от приблизительно 10 до приблизительно 35 мкм, модифицированное углеродом композитное чешуйчатое стекло, имеющее медианный размер частиц от приблизительно 150 до приблизительно 200 мкм, и их сочетания. Эти наполнители состоят из частиц, имеющих пластинчатую геометрическую форму и склонных к ориентации параллельно слою грунтовочного покрытия, что повышает устойчивость к коррозии посредством улучшенных свойств непроницаемости. Медианный размер частиц белой слюды (мусковита), талька и чешуйчатого стекла определяются методом седиментационного анализа на приборе Sedigraph и составляет, согласно некоторым вариантам осуществления, от приблизительно 10 до приблизительно 50 мкм и, согласно другим вариантам осуществления от приблизительно 10 до приблизительно 40 мкм.
Согласно необязательному варианту осуществления, эффективное количество добавляемого пенообразующего/порообразующего вещества присутствует в порошкообразной кроющей композиции для создания пористой структуры в объеме кроющкроющей пленки. Эта пористая структура придает покрытию такие физические свойства, как способность поглощать энергию удара без разрушения.
Согласно некоторым вариантам осуществления, пенообразующие и порообразующие вещества используются в количестве от приблизительно 0,2 до приблизительно 2,0 массовых частей (мас. ч.) на сто массовых частей (100 мас. ч.) полимера. Согласно некоторым вариантам осуществления, в композициях используются пенообразующие вещества, основу которых составляют п,п'-оксибис(бензолсульфонилгидразид) и активированный азодикарбонамид. Другие пенообразующие вещества представляют собой, без ограничения, пенообразующие вещества, основу которых составляют п-толуолсульфонилгидразид, модифицированный азодикарбонамид, п,п'-оксибис(бензолсульфонилгидразид), п-толуолсульфонилгидразид, бензолсульфонилгидразид, нанесенные на поверхность лимонная кислота и бикарбонат натрия, производные карбамида, дибензолсульфинат цинка, дитолуолсульфинит цинка и сферические гранулы (например, термически расширяющиеся микросферы). Армирующее волокно в эффективном количестве также присутствует в порошкообразной кроющей композиции в целях компенсации любой потери прочности, которая может быть вызвана, например, необязательным присутствием пенообразующего/порообразующего вещества. В качестве неограничительного примера, могут использоваться разнообразные алюмосиликатные стеклянные волокна или природные добываемые волокна, содержащие метасиликат кальция (волластонит). Согласно некоторым вариантам осуществления, используется наполнитель, имеющий средний диаметр частиц от приблизительно 3 до приблизительно 15 мкм и среднее соотношение размеров (для частиц наполнителей покрытий соотношение размеров определяется как соотношение наибольшего и наименьшего измерений) от приблизительно 5 до приблизительно 20. Могут также использоваться и другие армирующие волокна, такие как, без ограничения, арамидные и углеродные волокна.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения используются армирующие волокна в количестве приблизительно 20 до приблизительно 70 мас. ч. на 100 мас. ч. полимера. Согласно некоторым вариантам осуществления, армирующие волокна представляют собой обработанные силаном волокна из энергосберегающего стекла, имеющие диаметр от 0,1 до 50 мкм и длину от 5 до 1000 мкм, которые поставляет на продажу компания Fibertec. Другие подходящий стеклянные армирующие волокна поставляются компаниями Well Development Company Limited, Glass Flake, Johns Manville, Chance & Hunt (стеклянный порошок), Bead Brite Research (стеклянный порошок) и Owens Corning.
Согласно варианту осуществления, стеклянные армирующие волокна могут присутствовать в количестве, составляющем от более чем 15 мас.% до приблизительно 50 мас.%, предпочтительнее от 20 мас.% до приблизительно 40 мас.% и наиболее предпочтительно от приблизительно 25 мас.% до приблизительно 30 мас.%, по отношению к полной массе порошкообразной кроющей композиции.
Стеклянные армирующие волокна используются в количестве от 35 до 95 мас. ч. на 100 мас. ч. полимера. Если количество стеклянных армирующих волокон составляет менее чем 35 мас. ч. на 100 мас. ч. полимера, то эффект упрочнения является чрезмерно малым, а если количество стеклянных армирующих волокон составляет более чем 95 мас. ч. на 100 мас. ч. полимера, то могут ухудшаться различные свойства покрытия, такие как гибкость, пригодность для распыления и защита от коррозии.
Кроющие композиции согласно настоящему изобретению могут также содержать добавки, такие как, без ограничения, пигменты, катализаторы/отверждающие вещества, дегазирующие вещества, воски, регулирующие текучесть вещества и антиоксиданты.
Пигменты для использования в порошкообразных кроющих композициях согласно настоящему изобретению представляют собой, в качестве неограничительного примера, диоксид титана, оксиды железа (желтый, бурый, красный, черный), технический углерод и органические пигменты. Эти пигменты могут добавляться в традиционных количествах, известных обычному специалисту в данной области техники.
Хотя настоящее изобретение способно обеспечивать устойчивость к коррозии и отслаиванию на требуемых уровнях, предусматривается, что композиции согласно настоящему изобретению могут необязательно включать ингибирующие коррозию пигменты, которые придают дополнительную устойчивость к коррозии. В качестве ингибирующих коррозию пигментов может присутствовать, например, по меньшей мере, одно из следующих веществ:
- простые молибдаты, такие как молибдат цинка, молибдат стронция, и комплексные молибдаты, такие как двойной молибдат кальция и цинка, двойной фосфомолибдат кальция и цинка (например, MOLYWHITE™ MZAP);
- простые хроматы, такие как хромат цинка, хромат бария, хромат стронция, хромат магния, хромат кальция, и комплексные хроматы, такие как силикохромат свинца, тетраоксихромат цинка;
- фосфиды металлов, такие как фосфид железа, например, фосфид железа FERROPHOS™ от компании Occidental Chemical Corp. (Даллас, штат Техас, США);
- силикаты, такие как фосфосиликат цинка и боросиликат кальция; и
- простые фосфаты, такие как фосфат железа, фосфат цинка, пирофосфат цинк, гидрофосфат кальция, и комплексные фосфаты, такие как борат-ортофосфат цинка, двойной полифосфат стронция и алюминия, двойной полифосфат цинка и алюминия, ортофосфат молибдена, цинка и алюминия, двойной ортофосфат цинка и алюминия.
Согласно варианту осуществления, порошкообразная композиция может содержать от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 70 мас.% ингибирующего коррозию пигмента по отношению к полной массе порошкообразной композиции. Согласно еще одному варианту осуществления, порошкообразная композиция содержит от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 50 мас.%, предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 40% и предпочтительнее от приблизительно 1% до приблизительно 35% ингибирующего коррозию пигмента по отношению к полной массе порошкообразной кроющей композиции.
Пигменты могут присутствовать в своей основной форме, могут подвергаться органической модификации, а также могут присутствовать в гидратной форме. Другие подходящие ингибирующие коррозию пигменты описаны в патенте США № 3884705, и краткий обзор представляет статья G. B. Rothenberg в сборнике "Красящие добавки", Noyes Data Corp, 1978 г., с. 175-177. Патент США № также описывает ингибирующие коррозию пигменты, которые содержат "источник стабилизирующих анионов, преимущественно фосфатных ионов, способный растворяться в присутствии воды".
Согласно настоящему изобретению, предусматривается, что фосфат цинка включает (a) дигидрат или тетрагидрат фосфата цинка, предпочтительно в форме сфероидальных частиц, как описано в патенте США № 5137567 (примерный материал на основе дигидрата фосфата цинка поставляется под товарным наименованием DELAPHOS™ 2M, а другой примерный фосфат цинка поставляется под товарным наименованием HISPAFOS™ SP и содержит сферические частицы, имеющие узкое распределение частиц по размеру); (b) сфероидальный фосфат цинка, образующий кристаллическую фазу в смеси с аморфной фазой, содержащей фосфат Fe(II) и фосфат Fe(III) (с подробной информацией в отношении таких материалов можно ознакомиться в патенте США № 5030285); и (c) фосфат цинка (предпочтительно в сфероидальной форме), модифицированный молибдатом цинка (такой как ACTIROX™106 от компании Microfine Minerals Ltd.).
Согласно варианту осуществления, порошкообразная кроющая композиция может также содержать добавки, включая катализатор/отверждающее вещество, в качестве неограничительного примера, такие как, четвертичные аммониевые соли, четвертичные фосфониевые соли, фосфины, имидазолы, соли металлов и их сочетания. Примеры таких добавок включают, без ограничения, хлорид тетрабутиламмония, бромид тетрабутиламмония или йодид тетрабутиламмония, ацетат этилтрифенилфосфония, трифенилфосфин, 2-метилимидазол, дилаурат дибутилолова, дициандимид и их сочетания. Когда катализатор/отверждающее вещество используется согласно некоторым вариантам осуществления, его содержание в композиции составляет от приблизительно 0 до приблизительно 5 мас.% или, в качестве альтернативы, от приблизительно 0,2 до приблизительно 2 мас.% по отношению к полной массе кроющей композиции.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, порошкообразная кроющая композиция может дополнительно содержать в эффективном количестве отверждающее или сшивающее вещество, такое как полигидроксильное соединение, или катализатор отверждения, чтобы осуществлялось самосшивание эпоксидного полимера. Например, эпоксидный полимер отверждается за счет множества гидроксильных функциональных групп при наличии относительно высокой гидроксильной эквивалентной массы, составляющей, по меньшей мере, от приблизительно 180 до приблизительно 800, согласно еще одному варианту осуществления от предпочтительно 200 до приблизительно 600 и предпочтительнее, по меньшей мере, приблизительно 300. Относительно высокая гидроксильная эквивалентная масса сшивающего вещества обеспечивает относительно большую длину цепи между гидроксильными группами, и такая длина цепи придает гибкость отвержденному покрытию, способствуя тому, что покрытие становится устойчивым к отслаиванию. Примерные подходящие отверждающие вещества, пригодные для использования на практике настоящего изобретения, представляют собой фенольные отверждающие вещества, такие как содержащий концевые группы бисфенола A диглицидиловый простой эфир бисфенола A, который представляет собой продукт реакции бисфенола A и диглицидилового простого эфира бисфенола A, и сложнополиэфирные полимеры, содержащие свободные карбоксильные группы, которые, как известно, образуют "гибридные" порошкообразные покрытия. Примерные предпочтительные фенольные отверждающие вещества для эпоксидного полимерного компонента включают вещества, продаваемые под товарными знаками D.E.H.™ 87 и D.E.H.™ 85 (Dow Chemical Co.), причем они оба представляют собой содержащие концевые группы бисфенола A диглицидиловые простые эфиры бисфенола A. Могут также использоваться фенольные отверждающие вещества и других классов, такие как фенольные и крезольные новолачные отверждающие вещества, продаваемые компанией Dow Chemical Co. Hexion Specialty Chemicals. Другие эпоксидные сшивающие вещества включают, например:
- амины, в том числе многофункциональные алифатические или ароматические первичные или вторичные амины, такие как дициандиамид, диаминодифенилсульфон;
- третичные амины, которые ускоряют самосшивание, такие как DMP 30 (Dow Chemical Co.).;
- тригалогениды бора и соответствующие соли, такие как соль моноэтаноламина и трифторида бора;
- соли органических кислот, такие как VESTAGON™B55 и VESTAGON™B68 (Degussa Corp.).;
- диангидриды и полиангидриды, такие как диангидрид бензофенонететракарбоновой кислоты (BTDA);
- дифенолы и полифенолы, такие как метилендисалициловая кислота; и,
- имидазолы, замещенные имидазолы и аддукты эпоксиимидазолов, такие как 2-метилимидазол или DEH 40 (Dow Chemical Co.).
Согласно некоторым вариантам осуществления, содержащее множество гидроксильных функциональных групп фенольное отверждающее вещество имеет гидроксильную эквивалентную массу (ГЭМ), составляющую от приблизительно 180 до приблизительно 800 и, согласно еще одному варианту осуществления, предпочтительно от приблизительно 200 до приблизительно 600. Содержащее множество гидроксильных функциональных групп фенольное отверждающее вещество можно получить, присоединяя концевые группы бисфенола к низкомолекулярным диглицидиловым простым эфирам бисфенола A. Согласно некоторым вариантам осуществления, отверждающее вещество представляет собой фенольное отверждающее вещество, которое имеет ГЭМ от приблизительно 230 до приблизительно 260 и содержит 2-метилимидазол в качестве ускорителя отверждения. Согласно предпочтительному варианту осуществления, фенольное отверждающее вещество имеет ГЭМ от приблизительно 300 до приблизительно 500, и соответствующий пример представляет собой фенольное отверждающее вещество EPOKUKDO KD-426 от компании Kukdo Chemical Company, которое имеет ГЭМ от приблизительно 360 до приблизительно 440. Еще одно подходящее фенольное отверждающее вещество может также включать Dow DEH 84 от компании Dow Chemical Company.
Количество отверждающего вещества или сочетания отверждающих веществ может изменяться в зависимости от количеств добавок и армирующих волокон. В качестве неограничительного примера, в расчете на сто массовых частей (100 мас. ч.) полимера модифицированный эластомером эпоксидный полимер и содержащий карбоксильные функциональные группы сложнополиэфирный полимер в сумме составляют 100 частей. При этом массовое процентное содержание отверждающего вещества в композиции изменяется в зависимости от содержания добавок и армирующих волокон в расчете на 100 мас. ч. полимера. Согласно некоторым вариантам осуществления, отверждающее вещество или сочетание отверждающих веществ присутствует в количестве от приблизительно 5 до приблизительно 65 частей их доступных 100 частей. В качестве альтернативы, согласно варианту осуществления, отверждающее вещество или сочетание отверждающих веществ присутствует в количестве, составляющем от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 30 мас.%, предпочтительнее от приблизительно 5 мас.% до приблизительно 25 мас.% и наиболее предпочтительно приблизительно 8 мас.% до приблизительно 20 мас.%, по отношению к полной массе порошкообразной кроющей композиции.
В композицию может добавляться дегазирующее вещество, которое обеспечивает удаление из пленки в процессе обжига любого присутствующего в ней летучего материала. Бензоин представляет собой дегазирующее вещество, и когда он используется согласно некоторым вариантам осуществления, он может присутствовать в количестве, составляющем от приблизительно 0,1 до приблизительно 1,0 мас.% и, согласно еще одному варианту осуществления, от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,5 мас.% по отношению к полной массе порошкообразной кроющей композиции.
2
В качестве одного или нескольких восков в составе порошкообразной кроющей композиции может присутствовать любой воск, обеспечивающий в испытании на скольжение согласно стандарту ASTM D 4518-85 (1985) тангенс угла наклона, составляющий 0,335 или менее. В качестве подходящих восков могут выбираться полиэтиленовый (ПЭ) воск, микрокристаллический ПЭ воск, высокомолекулярный ПЭ воск, политетрафторэтиленовые (ПТФЭ) воски, гидрированное касторовое масло, сочетания ПТФЭ с TiO, частично хлорированные парафиновые полимеры, например, парафиновые полимеры, хлорированные на 70%, сочетания ПЭ/ПТФЭ, воски, содержащие органосилоксаны, и их смеси. Воск содержит предпочтительно сочетание ПЭ и ПТФЭ или предпочтительнее сочетание ПЭ и ПТФЭ, в котором соотношение ПЭ и ПТФЭ составляет от 1:1 до 3,0:1,0, например, от 1,1:0,9 до 2,0:1,0. Один или несколько восков можно использовать в количествах, составляющих от 0,1 или более мас. ч. на 100 мас. ч. полимера до 5,0 мас. ч. на 100 мас. ч. полимера, предпочтительно 3,0 мас. ч. на 100 мас. ч. полимера или менее, предпочтительнее, 2,5 мас. ч. на 100 мас. ч. полимера или менее. В качестве альтернативы, воск или сочетание восков присутствует в количестве, составляющем от 0,1 мас.% или более или 0,5 мас.% или более, до 5,0 мас.%, предпочтительно 3,0 мас.% или менее, предпочтительнее, 2,5 мас.% или менее, по отношению к полной массе композиции.
Регулирующие текучесть вещества включают, без ограничения, низкомолекулярные акриловые полимеры, в качестве неограничительного примера, акриловый полимеры, такие как, без ограничения, акриловые полимеры, имеющие среднечисленную молекулярную массу от приблизительно 1000 до приблизительно 50000, такие как, без ограничения, полилаурилакрилат, полибутилакрилат, поли(2-этилгексил)акрилат, поли(этилакрилат-2-этилгексилакрилат), полилаурилметакрилат и полиизодецилметакрилат, а также фторированные полимеры, такие как, без ограничения, сложные эфиры полиэтиленгликоля или полипропиленгликоля и фторированные жирные кислоты. В качестве регулирующего текучесть вещества могут также использоваться полимерные силоксаны, у которых молекулярные массы превышают приблизительно 1000, в качестве неограничительного примера, поли(диметилсилоксан) или поли(метилфенил)силоксан. Регулирующие текучесть вещества могут способствовать уменьшению поверхностного натяжения в процессе нагревания кроющего порошка и устранению образования кратеров. Согласно некоторым вариантам осуществления, когда используется регулирующее текучесть вещество, оно присутствует в количествах, составляющих от приблизительно 0,05 до приблизительно 5,0 мас.%, предпочтительнее от приблизительно 0,1 мас.% до приблизительно 2 мас.% по отношению к полной массе порошкообразной кроющей композиции.
Антиоксиданты включают, без ограничения, антиоксиданты фенольного фосфитного, фосфонитного и лактонного типов, а также их сочетания. Согласно некоторым вариантам осуществления, антиоксиданты присутствуют в количестве, составляющем от приблизительно 0 до приблизительно 3 мас.%, предпочтительнее от приблизительно 0,1 мас.% до приблизительно 3 мас.%, по отношению к полной массе порошкообразной кроющей композиции.
Хотя настоящее изобретение способно обеспечивать на соответствующих уровнях требуемую устойчивость к коррозии и отслаиванию посредством использования в высоком содержании цинка, который присутствует в кроющей композиции, согласно настоящему изобретению, предусматривается возможность необязательного содержания Согласно варианту осуществления, порошкообразная кроющая композиция необязательно содержит от приблизительно 1 мас.% до приблизительно до 65 мас.%, предпочтительнее от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 49 мас.% цинка по отношению к массе порошкообразной кроющей композиции; как правило, цинк присутствует в порошкообразной или чешуйчатой форме. Предпочтительно порошкообразная кроющая композиция содержит минимальное количество цинка, которое составляет менее чем 15 мас.%; предпочтительнее цинк отсутствует в порошкообразной кроющей композиции.
Кроющие композиции согласно настоящему изобретению являются особенно подходящими для нанесения на металлические детали, такие как, без ограничения, автомобильные рессоры. Однако оказывается также возможным нанесение кроющих композиций на углеродные, деревянные, стеклянные, полимерные и другие подложки. Порошкообразные композиции, используемые для изготовления устойчивых к отслаиванию и устойчивых к коррозии покрытий согласно настоящему изобретению, производятся обычным способом. Компоненты смешиваются, а затем соединяются в процессе плавления при нагревании выше температуры плавления полимера в течение короткого времени, составляющего, например, от 30 до 90 секунд, таким образом, что никакое значительное отверждение не происходит. Расплавленная композиция экструдируется, и после экструзии композиция быстро охлаждается. Композиция затем измельчается, и, если это необходимо, частицы сортируются по размерам. Для электростатического покрытия размер частиц составляет, как правило, от 5 до 100 мкм, причем в основной массе частицы обычно имеют размер в интервале от 20 до 50 мкм. Более крупные частицы являются пригодными для использования в операциях нанесения покрытия в псевдоожиженном режиме.
2
В способе нанесения покрытия на подложку согласно настоящему изобретению порошкообразная композиция согласно настоящему изобретению наносится на подложку, и осуществляется нагревание для плавления и отверждения нанесенной композиции. Согласно одному варианту осуществления, подложка представляет собой металлическую подложку, как правило, стальную подложку, в котором порошкообразная композиция может использоваться, например, в целях покрытия труб, покрытия арматуры, или покрытия сельскохозяйственного или строительного оборудования. Согласно еще одному варианту осуществления, подложка представляет собой высокопрочную стальную подложку, которая является подходящей для использования, например, в спиральных рессорах в производстве транспортных средств. В настоящем документе, высокопрочная сталь определяется как имеющая прочность, которая составляет от 1800 мегапаскалей (МПа или МН/м) до 2100 МПа или выше; это может быть сверхпрочная сталь, у которой прочность составляет от 1950 МПа до 2100 МПа или выше.
Упоминаемые в настоящем документе стальные подложки включают предварительно обработанные стальные подложки, которые обрабатываются, например, фосфатом цинка или фосфатом железа и высушиваются согласно технологии предварительной обработки. Порошкообразная композиция, как правило, нагревается при температуре, составляющей более чем 149°C (300°F), в течение достаточного времени для плавления и существенного отверждения покрытия, таким образом, например, что она выдерживается в электрической печи с воздушной циркуляцией при температуре 160°C (320°F) в течение 20 минут для получения отвержденной пленки толщиной более 50 мкм.
Согласно некоторым вариантам осуществления, нанесение описанных выше порошкообразных кроющих композиций на высокопрочную сталь может производиться согласно любой известной технологии, например, без ограничения, согласно способам 1 и 2. Независимо от используемой технологии нанесения, порошкообразная кроющая композиция, нанесенная на высокопрочную легированную сталь, может составлять дискретное покрытие, толщина которого, в качестве неограничительного примера, составляет от приблизительно 80 до приблизительно 1000 мкм, в контакте с предварительно обработанной стальной поверхностью.
Технологии нанесения покрытия
Способ 1 - сталь нагревается до температуры, составляющей от приблизительно 104°C до приблизительно 194°C, в целях более равномерного распределения после нанесения порошкообразной кроющей композиции. Содержащая покрытие сталь затем повторно нагревается для образования отвержденного кроющего слоя и достижения полного проявления свойств покрытия.
Способ 2 - порошкообразная кроющая композиция наносится при температуре окружающей среды на высокопрочную сталь, а затем осуществляется один цикл термической обработки при температуре от приблизительно 140°C до приблизительно 195°C, чтобы образовался кроющий слой и достигалось полное проявление свойств покрытия.
Создание ячеистых пенообразных структур не ограничивается органической частью защитной системы. Например, стадия очистки и "предварительной обработки" или пассивации стали может создавать и/или включать пенобразующие компоненты, которые производят ячеистую структуру в объеме слоя предварительной обработки или вышележащего органического слоя, когда выделяющиеся газы проникают сквозь пленку в процессе нагревание. Примеры таких газообразующих соединений представляют собой азосоединения, которые хорошо известны в промышленности. Такой пеноматериал можно также производить посредством простого разложения или дегидратации самих химических реагентов для предварительной обработки. Было показано, что фосфат цинка (гопеит и/или фосфофиллит), нанесенный, например, на холоднокатаные стальные панели, подвергается пенообразованию посредством нагревания приблизительно до 200°C.
Далее настоящее изобретение будет проиллюстрировано следующими примерами. Эти примеры представлены для иллюстрации настоящего изобретения, но не предназначаются для ограничения объема настоящего изобретения каким-либо образом. Сфера и объем настоящего изобретения ограничиваются исключительно формулой изобретения, которая прилагается к данному описанию.
Примеры
Порошкообразную кроющую композицию изготавливали, используя ингредиенты, перечисленные в таблице 1, и осуществляя способ, согласно которому исходные ингредиенты перемешивали, встряхивая их в пластмассовом пакете в течение приблизительно одной минуты, а затем экструдировали в течение короткого времени (от 60 до 90 секунд), используя призматический двухшнековый экструдер TSE 24PC при температуре 71,1°C (160°F) и получая листы, которые охлаждали воздухом на ленте и разбивали, получая осколки. Полученные в результате осколки перемешивали в течение приблизительно одной минуты в пластмассовом пакете с повышающим текучесть веществом в указанном количестве, а затем измельчали при высокой скорости, используя лабораторную мельницу Brinkman Retsch ZM 1000 и получая порошок, который затем просеивали, используя сито с размером ячеек 135 мкм (100 меш), чтобы отделить крупные частицы.
Пример 1 - Состав порошкообразных композиций
<b>Таблица 1</b>
КомпозицияКомпонент (мас.%)
A
B*
C*
D*
Эпоксидный полимер A<sup>1</sup>
10,00
10,00
8,75
7,50
Эпоксидный полимер B<sup>2</sup>
30,00
30,00
26,25
22,50
Модифицированный каучуком эпоксидный полимер<sup>3</sup>
6,00
6,00
Фенольное отверждающее вещество<sup>4</sup>
10,00
10,00
8,75
7,50
Повышающая текучесть акриловая добавка
0,70
0,70
0,70
0,70
Катализатор 2MI
0,10
0,10
0,10
0,10
Дициандиамидное отверждающее вещество
0,32
0,32
0,32
0,32
Дегазирующее вещество
0,30
0,30
0,30
0,30
ПТФЭ воск
1,00
1,00
1,00
1,00
ПЭ воск
1,00
1,00
1,00
1,00
Смачивающее вещество<sup>5</sup>
1,00
1,00
1,00
1,00
Стеклянное волокно<sup>6</sup>
25,00
15,00
25,00
25,00
Нефелиновый сиенит (наполнитель)
6,37
6,37
6,37
6,37
Порообразующее вещество
0,43
0,43
0,43
0,43
Усилитель адгезии
2,00
2,00
2,00
2,00
Карбонат кальция
5,00
15,00
17,43
23,68
Технический углерод (пигмент)
0,60
0,60
0,60
0,60
коллоидный диоксид кремния
0,12
0,12
0,12
0,12
<sup>1</sup>. Твердый эпоксидный полимер, полученный из жидкого эпоксидного полимера и бисфенола A и имеющий эпоксидную эквивалентную массу от 730 до 840.
<sup>2</sup>. Высокомолекулярный твердый эпоксидный полимер, полученный из жидкого эпоксидного полимера и бисфенола A и имеющий эпоксидную эквивалентную массу от 1150 до 1300.
<sup>3</sup>. Твердый сополимер эпоксидного типа, включающий бутадиен-акрилонитрил с концевыми карбоксильными группами (CTBN) и эпоксидный полимером типа 4 и имеющий эпоксидную эквивалентную массу от 1100 до 1300.
<sup>4</sup>. Фенольное отверждающее вещество, имеющее гидроксильную эквивалентную массу от 360 до 440.
<sup>5</sup>. Усилитель адгезии (модифицированный сополимер, адсорбированный на SiO<sub>2</sub>).
<sup>6</sup>. Измельченные волокна из тонкого оконного стекла (волокна из энергосберегающего стекла).* Сравнительный пример
Пример 2 - Оценка спиральных рессор, покрытых одним слоем порошка
Исследования осуществляли, чтобы оценить эксплуатационные характеристики однослойной системы согласно настоящему изобретению в сопоставлении с другими сравнительными системами. Исследования осуществляли, используя стандартные принятые в промышленности методы испытаний, которые описаны в таблицах 2 и 3. В таблице 4 представлены результаты разнообразных исследований.
<b>Таблица 2</b>
Процедура исследования
Технические условия GM9984164 для двухслойных покрытий рессор
Исследуемые подложки
Панели, изготовленные для моделирования подвесных рессор: CR
Спиральные рессоры из высокопрочной стали (тип IV)
Подготовка подложек (для панелей и рессор)
Предварительная обработка: дробеструйная обработка (согласно Sa1/2 или Sa 3 по стандарту ISO 8501-1, с шариками S330 и S170)+фосфат цинка
Условия отверждения: при температуре металла 160°C в течение 20 минут
Толщина пленки: от 500 до 700 мкм
<b>Таблица 3</b>
Испытание
Технические условия GM
Коррозия (испытание распылением соли в течение 1000 часов)
GM4298P
Испытание отслаивания (испытание отслаивания при -18°C+распыление соли в течение 24 часов)
GM9508P
*Испытание устойчивости к коррозии и отслаиванию (SCAB)+коррозия (SCAB) 5 циклов
GM9511P
Циклическое испытание коррозии, 10 циклов J
GM9505P
*В случае нанесения покрытий на спиральные рессоры испытание устойчивости к коррозии в условиях SCAB следует осуществлять после завершения испытания отслаивания
<b>Таблица 4</b>
КомпозицияСпособ исследования
A
B*
C*
D*
Время гелеобразования при 200°C на горячей плитке
33 с
33 с
33 с
33 с
Текучесть/внешний вид
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Ударопроч-ность (ASTM D2794)
60-80 мкм (0,6T CR)
500 г × 50 см
500 г × 50 см
500 г × 50 см
500 г × 50 см
200 мкм (0,6T CR)
500 г × 50 см
500 г × 50 см
500 г × 50 см
500 г × 50 см
700 мкм (5T дробеструйная обработка CR)
1500 г × 50 см
1500 г × 50 см
1500 г × 50 см
1500 г × 50 см
Истирание (CS-17,500 г 1000 циклов) (GM9515P)
15,3 мг
Неприменимо
7,5 мг
2,7 мг
Стирание метилэтилкетоном (20 раз) (GMW15891)
Хорошо
Хорошо
Хорошо
Хорошо
Испытание пенообразования (порошковый слой толщиной 600 мкм)
460-470 мкм
460-470 мкм
420-440 мкм
420-440 мкм
Отслаивание (GM9508P)
Дробеструйная обработка панели CR
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Спиральная рессора
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Коррозия (GM4298P)
Дробеструйная обработка панели CR
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Спиральная рессора
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Коррозия SCAB (GM9511P)
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Неудовлетворительно
Неудовлетворительно
Циклическая коррозия (GM9505P)
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Неприменимо
Неприменимо
* Сравнительный пример
Как представлено в таблице 4, хотя сравнительные бесцинковые однослойные кроющие эпоксидные композиции прошли многие из испытаний по оценке эксплутационных характеристик, не прошли испытание устойчивости к коррозии (SCAB). Следовательно, было определено, что данные кроющие композиции не обеспечивают приемлемую устойчивость к коррозии, которая требуется для заданного применения.
Пример 3 - Сравнительная оценка однослойного и двухслойного порошкообразных покрытий, нанесенных на спиральные рессоры
Исследования осуществляли, чтобы оценить эксплуатационные характеристики однослойной системы согласно настоящему изобретению по сравнению с традиционной двухслойной кроющей порошкообразной системой на спиральных рессорах. Исследования осуществляли, используя стандартные принятые в промышленности методы испытаний, которые описаны в таблицах 5 и 6.
<b>Таблица 5</b>
Процедура исследования
Технические условия GM9984164 для двухслойных покрытий рессор
Исследуемые подложки
Спиральные рессоры
<b>Таблица 6</b>
КомпозицияСпособ исследования
Бесцинковая однослойная кроющая эпоксидная композиция A
Традиционная бесцинковая двухслойная кроющая композиция<sup>1</sup>
Время гелеобразования
33 с
37 с
Текучесть/внешний вид
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Ударопроч-ность (ASTM D2794)
60-80 мкм (0,6T CR)
500 г × 50 см
500 г × 50 см
200 мкм (0,6T CR)
500 г × 50 см
500 г × 50 см
700 мкм (5T дробеструйная обработка CR)
1500 г × 50 см
1500 г × 50 см
Истирание (CS-17,500 г 1000 циклов) (GM9515P)
15,3 мг
15,9 мг
Стирание метилэтилкетоном (20 раз) (GMW15891)
Хорошо
Хорошо
Испытание пенообразования (порошковый слой толщиной 600 мкм)
460-470 мкм
360-370 мкм
Отслаивание (GM9508P)
Дробеструйная обработка панели CR
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Спиральная рессора
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Коррозия (GM4298P)
Дробеструйная обработка панели CR
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Спиральная рессора
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Коррозия SCAB (GM9511P)
Удовлетворительно
Удовлетворительно
Циклическая коррозия (GM9505P)
Удовлетворительно (пузырь 4-6 мм)
Удовлетворительно(пузырь 4-5 мм)
<sup>1</sup>. Грунтовочное покрытие представляет собой BL100K, а поверхностное покрытие представляет собой BN105K; каждый из этих материалов поставляет компания AkzoNobel Powder Coatings.
Как видно, однослойная кроющая система согласно настоящему изобретению по всем категориям имела такие же хорошие эксплуатационные характеристики, как традиционная двухслойная система.
Несмотря на конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, которые проиллюстрированы и описаны в данном документе, представленное подробное описание не предназначается для ограничения настоящего изобретения. Напротив, могут быть произведены разнообразные модификации отдельных деталей в пределах серии и объема эквивалентов формулы изобретения, без отклонения от идеи и выхода за пределы объема настоящего изобретения.