ПОКРЫТИЯ С ВЫСОКИМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПАНЕЛЕЙ
COATINGS WITH HIGH OPERATIONAL CHARACTERISTICS FOR BUILDING PANELS

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[1]
Данная заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 62/356154, зарегистрированной 29 июня 2016 года. Данная заявка также испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 62/468707, зарегистрированной 8 марта 2017 года. Содержание упомянутых выше заявок включено в настоящее изобретение путем ссылок на них.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[2]
Известно, что некоторые фторуглеродсодержащие полимеры и силоксансодержащие полимеры могут придавать грязеотталкивающие свойства краскам и другим покрытиям на основе растворителей. Ранее для достижения требуемых грязеотталкивающих свойств получаемого покрытия в композицию в целом требовалось вводить большое количество таких фторуглеродсодержащих и силоксансодержащих полимеров. Однако увеличение количества фторуглеродсодержащих и/или силоксансодержащих полимеров в такой композиции снижает прочность связи покрытия с нижележащей основой или поверхностью. В результате нарушался баланс между грязеотталкивающими свойствами подвергаемой внешним воздействиям поверхности покрытия и способностью покрытия прочно удерживаться на нижележащей основе. Поэтому существует необходимость в создании грязеотталкивающих покрытий, в частности, грязеотталкивающих покрытий, которые обеспечивают требуемые отталкивающие свойства подвергаемой внешним воздействиям поверхности, но не ухудшают прочность связи покрытия с нижележащей основой. Использование системы порошкового покрытия позволяет достигать положительного эффекта с точки зрения грязеотталкивающих свойств, но в отличие от обычных красок и покрытий, она имеет дополнительные ограничения, касающиеся того, что эта система не должна содержать растворителя.
[3]
Кроме того, в настоящее время, серьезной экологической проблемой, возникающей в домашних условиях, в местах работы и в местах отдыха и развлечений, является рост микроорганизмов, в том числе грибков и бактерий, на внутренних и наружных поверхностях помещений. Такой рост микробов может не только делать неприглядными подвергаемые внешним воздействиям поверхности, но и, если не проводить соответствующую обработку, может приводить к разрушению материалов основы, вызывая серьезные повреждения зданий и других конструкций и оборудования. За последние несколько лет становится все более очевидным, что воздействие определенных бактерий и грибков (или их спор) может наносить серьезный вред здоровью людей, домашних животных и других животных. Известные ранее попытки придания строительной панели противомикробных свойств включали нанесение противомикробного покрытия на поверхность строительного материала. Однако для таких используемых ранее противомикробных покрытий требовалось относительно большое количество противомикробных добавок для придания покрытию достаточной противомикробной активности, что делало такие покрытия дорогими, а также потенциально ухудшало эстетические свойства покрытия. Кроме того, такие покрытия требовали нанесения их во влажном состоянии с использованием какого-либо типа растворителя, что ограничивало возможность их нанесения на некоторые типы основ. Таким образом, существует потребность в покрытии, которое может обладать соответствующими противомикробными свойствами при использовании меньших количеств противомикробной добавки. Кроме того, существует потребность в таких противомикробных покрытиях, которые можно наносить без применения растворителя.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[4]
2
2
Настоящее изобретение относится к изделию, включающему основу, полимерное порошковое покрытие, нанесенное на основу, при этом полимерное порошковое покрытие имеет верхнюю поверхность, противолежащую нижней поверхности, и верхний слой, нанесенный на верхнюю поверхность полимерного порошкового покрытия, при этом верхний слой включает фторсодержащий водоотталкивающий компонент, который присутствует поверх верхней поверхности полимерного порошкового покрытия в количестве в диапазоне от приблизительно 0,01 г/м до приблизительно 4 г/м.
[5]
Другие варианты осуществления настоящего изобретения включают способ формирования грязеотталкивающего изделия, включающий: a) создание основы с нанесенным на нее порошковым покрытием, b) нанесение жидкой композиции для покрытия на порошковое покрытие, при этом жидкая композиция для покрытия включает фторсодержащее поверхностно-активное вещество и жидкий носитель, и c) сушку жидкой композиции для покрытия, в результате чего удаляют жидкий носитель с формированием грязеотталкивающего изделия.
[6]
Другие варианты осуществления настоящего изобретения включают изделие, включающее основу, порошковое покрытие, нанесенное на основу, при этом порошковое покрытие имеет верхнюю поверхность, противолежащую нижней поверхности, и включает первое фторсодержащее поверхностно-активное вещество и второе фторсодержащее поверхностно-активное вещество, которое отличается от первого фторсодержащего поверхностно-активного вещества, нанесенного на верхнюю поверхность порошкового покрытия.
[7]
Другие варианты осуществления настоящего изобретения включают способ формирования грязеотталкивающего изделия, включающий a) перемешивание смеси, включающей жидкий носитель, анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество и полимерное связующее, b) последующую сушку смеси с формированием смеси предшественника порошкового покрытия, которая практически не содержит жидкого носителя, c) затем нанесение смеси предшественника порошкового покрытия на основу, и d) последующее отверждение смеси предшественника порошкового покрытия с формированием грязеотталкивающего изделия, где перемешивание на стадии a) проводят при температуре ниже температуры плавления анионогенного поверхностно-активного вещества и полимерного связующего.
[8]
Другие варианты осуществления настоящего изобретения включают способ формирования грязеотталкивающего изделия, включающий a) перемешивание смеси, включающей жидкий носитель, анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество и полимерное связующее, в течение первого периода времени, затем прекращение перемешивания смеси в течение второго периода времени с завершением цикла перемешивания, b) повторение цикла перемешивания, c) сушку смеси с формированием смеси предшественника порошкового покрытия, которая практически не содержит жидкого носителя, где первый период времени относительно второго периода времени изменяется в диапазоне от приблизительно 1:1 до приблизительно 1:20.
[9]
В других вариантах осуществления, настоящее изобретение включает строительную панель с противомикробными свойствами, включающую основу, порошковое покрытие, нанесенное на основу, при этом порошковое покрытие включает сшитое полимерное связующее и смесь бората металла и соединения серосодержащего бензимидазола, где борат металла и соединение серосодержащего бензимидазола присутствуют при массовом отношении в диапазоне от приблизительно 75:1 до приблизительно 10:1.
[10]
Другие варианты осуществления настоящего изобретения включают строительную панель с противомикробными свойствами, включающую основу, порошковое покрытие, нанесенное на основу, при этом порошковое покрытие включает сшитое полимерное связующее, смесь бората металла и соединения серосодержащего бензимидазола, где смесь присутствует в суммарном количестве в диапазоне от приблизительно 5 частей по массе до приблизительно 15 частей по массе от 100 частей по массе порошкового покрытия.
[11]
Другие варианты осуществления настоящего изобретения включают способ формирования строительной панели с противомикробными свойствами, включающий a) нанесение предшественника порошкового покрытия на основу, и b) отверждение предшественника порошкового покрытия с формированием сшитого порошкового покрытия поверх основы, где предшественник порошкового покрытия включает полимерную смолу, сшивающий реагент, борат металла и соединение серосодержащего бензимидазола, и порошковая композиция имеет содержание твердых веществ приблизительно 100%.
[12]
Другие варианты осуществления настоящего изобретения включают композицию противомикробного покрытия, включающую полимерную смолу, сшивающий реагент, и смесь бората металла и соединения серосодержащего бензимидазола, где борат металла и соединение серосодержащего бензимидазола присутствуют при массовом отношении в диапазоне от приблизительно 75:1 до приблизительно 10:1.
[13]
Другие варианты осуществления настоящего изобретения включают композицию противомикробного покрытия, включающую полимерную смолу, сшивающий реагент, и смесь бората металла и соединения серосодержащего бензимидазола, где смесь присутствует в суммарном количестве в диапазоне от приблизительно 5 частей по массе до приблизительно 15 частей по массе от 100 частей по массе композиции противомикробного покрытия.
[14]
В других вариантах осуществления, настоящее изобретение включает изделие, включающее основу, порошковое покрытие, имеющее верхнюю поверхность, противолежащую нижней поверхности, при этом нижняя поверхность обращена к основе, и катионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество, нанесенное на верхнюю поверхность порошкового покрытия, где порошковое покрытие формируют из предшественника, включающего полимерное связующее, сшивающий реагент, анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество и жидкий носитель.
[15]
Другие варианты осуществления настоящего изобретения включают грязеотталкивающее изделие, включающее композицию, которая включает порошковое покрытие и фторсодержащий водоотталкивающий компонент, где порошковое покрытие формируют из полимерной смолы, сшивающего реагента и анионогенного фторсодержащего поверхностно-активного вещества, которое отличается от фторсодержащего водоотталкивающего компонента.
[16]
Также описывается изделие, включающее порошковое покрытие, нанесенное на основу, при этом порошковое покрытие формируют из предшественника, включающего полимерную смолу, сшивающий реагент и смесь жидкого носителя и фторсодержащего поверхностно-активного вещества.
[17]
Кроме того, области применения настоящего изобретения станут очевидными из предлагаемого подробного описания изобретения. Следует иметь в виду, что подробное описание и конкретные примеры, указывающие на предпочтительный вариант осуществления изобретения, используются только в иллюстративных целях, и они ни в коей мере не ограничивают объем изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[18]
Настоящее изобретение станет более понятным после ознакомления с подробным описанием изобретения и с сопровождающими его чертежами.
[19]
На фигуре 1 представлен чертеж в перспективе изделия по настоящему изобретению.
[20]
На фигуре 2 показано поперечное сечение изделия по настоящему изобретению, где поперечное сечение проведено по линии II, изображенной на фигуре 1.
[21]
На фигуре 3 показано поперечное сечение изделия по другим вариантам осуществления настоящего изобретения, где поперечное сечение проведено по линии II, изображенной на фигуре 1.
[22]
На фигуре 4 изображена строительная система, включающая панельное изделие по настоящему изобретению.
[23]
На фигуре 5 представлен чертеж в перспективе строительной системы по альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения.
[24]
На фигуре 6 представлена боковая проекция части системы перекрытий 1 по настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[25]
Следующее далее описание предпочтительного варианта осуществления (предпочтительных вариантов осуществления) является, по сути, только иллюстрацией и никоим образом не ограничивает изобретение, его использование или области применения.
[26]
На протяжении всего текста изобретения, с целью более краткого изложения используют диапазоны для описания каждого значения в отдельности и всех без исключения значений в пределах диапазона. Любое значение в пределах диапазона может быть выбрано в качестве конечного значения диапазона. Кроме того, полное содержание всех цитируемых в изобретении публикаций включено в изобретение путем ссылок на них. В случае наличия противоречия между определением, приводимым в настоящем изобретении, и определением в цитируемой публикации, приоритет имеет определение, приводимое в настоящем изобретении.
[27]
Если не указано иначе, то все проценты и количества, приведенные в изобретении, выражены в процентах по массе. Указанные количества относятся к активной массе материала.
[28]
Описание иллюстративных вариантов осуществления в соответствии с принципами настоящего изобретения предназначено для ознакомления в сочетании с прилагаемыми чертежами, которые следует рассматривать как часть полного описания изобретения. В описании раскрытых вариантов осуществления изобретения, любое указание направления или ориентации используется в описании только для удобства и никоим образом не ограничивает объем настоящего изобретения. Относительные понятия, такие как "нижний", "верхний", "горизонтальный", "вертикальный", "над", "под", "вверх", "вниз", "верх" и "низ", а также их производные (например, "горизонтально", "направленно вниз", "направлено вверх" и другие подобные производные) следует толковать как обозначающие ориентацию, описанную или изображенную на рассматриваемом чертеже. Эти относительные понятия используют только для удобства описания, и они не указывают на то, чтобы устройство было создано или эксплуатировалось в определенной ориентации, если это не указано в явном виде.
[29]
Такие понятия, как "присоединенный", "прикрепленный", "связанный", "сопряженный", "взаимосвязанный" и другие подобные понятия, относятся к взаимной связи, с помощью которой структуры скреплены или связаны друг с другом прямо или косвенно через промежуточные структуры, а также через подвижные или жесткие крепления или связи, если в явном виде не указано иначе. Кроме того, характерные признаки и преимущества изобретения иллюстрируются с помощью примеров вариантов осуществления. Соответственно, изобретение однозначно не должно быть ограничено такими примерами вариантов осуществления, иллюстрирующими некоторую возможную неограничивающую комбинацию характерных признаков, которая может существовать сама по себе или в других комбинациях признаков, при этом объем изобретения определяется прилагаемыми пунктами формулы изобретения.
[30]
Если не указано иначе, то все проценты и количества, приведенные в изобретении, выражены в процентах по массе. Указанные количества относятся к активной массе материала. Используемый в настоящем изобретении термин "приблизительно" означает +/- 5% от номинальной величины. Используемый в настоящем изобретении термин "практически не содержит" обозначает 0,1 масс. % от суммарной номинальной величины
[31]
Настоящее изобретение относится к изделию, имеющему одно или более грязеотталкивающих и/или противомикробных поверхностей, присутствующих на трехмерном объекте, которое формируют путем нанесения одного или более покрытий на поверхность трехмерной основы. На основу, которая формирует изделие по настоящему изобретению, не накладывают каких-либо ограничений, при условии, что она является трехмерным объектом, который сохраняет свою форму при температурах вплоть до приблизительно 210°C в течение периода времени, по меньшей мере, 5 минут. Неограничивающие примеры изделия включают строительные панели, вентиляционные каналы, двери, ставни окон (например, жалюзи), а также другие поверхности в автомобиле, в поезде или в жилом доме, и другие подобные изделия. В настоящем изобретении под изделием будет подразумеваться строительная панель, но это не ограничивает изобретение. Разумеется, изделие по настоящему изобретению не ограничивается строительными панелями в качестве трехмерного объекта.
[32]
Согласно фигуре 1, строительная панель 100 по настоящему изобретению может включать первую основную поверхность 111, противолежащую второй основной поверхности 112. Строительная панель 100 может дополнительно включать торцевую поверхность 113, которая простирается между первой основной поверхностью 111 и второй основной поверхностью 112, тем самым определяя периметр строительной панели 100.
[33]
Согласно фигуре 4, настоящее изобретение может дополнительно включать систему перекрытий 1, включающую одну или более из строительных панелей 100, установленных во внутреннем пространстве, в результате чего внутреннее пространство включает пространство между подвесным потолком и этажным перекрытием 3 и активное пространство помещения 2. Пространство между подвесным потолком и этажным перекрытием 3 обеспечивает пространство для прокладки технологических линий внутри здания (например, линий отопления, вентиляции и кондиционирование воздуха, водопроводно-канализационной сети и других подобных коммуникаций). Активное пространство помещения 2 обеспечивает пространство для обитателей здания в процессе нормального предусмотренного использования здания (например, в административном здании, активное пространство может быть занято под офисы, содержащие компьютеры, лампы электрического освещения и так далее). В собранном состоянии, первая основная поверхность 111 строительной панели 100 обращена в сторону активного пространства помещения 2, а вторая основная поверхность 112 строительной панели 100 обращена в сторону пространства между подвесным потолком и этажным перекрытием 3.
[34]
0
0
Согласно фигурам 1-3, строительная панель 100 по настоящему изобретению может иметь толщину t, измеренную от первой основной поверхности 111 до второй основной поверхности 112. Толщина панели tможет находиться в диапазоне от приблизительно 5 мм до приблизительно 50 мм, включая все значения и субдиапазоны внутри диапазона. Строительная панель 100 может иметь длину в диапазоне от приблизительно 30 см до приблизительно 190 см, включая все значения и субдиапазоны внутри диапазона. Строительная панель 100 может иметь ширину в диапазоне от приблизительно 1 см до приблизительно 121 см, включая все значения и субдиапазоны внутри диапазона.
[35]
1
1
Согласно фигурам 2 и 3, строительная панель 100 может включать основу 120, имеющую верхняя поверхность 121, прилежащую к нижней поверхности 122, и торцевую поверхность основы 123, которая простирается между верхней поверхностью 121 и нижней поверхностью 122, тем самым определяя периметр строительной панели 120. Основа 120 может иметь толщину t, которая простирается от верхней поверхности 121 до нижней поверхности 122 основы 120. Толщина основы t может находиться в диапазоне от приблизительно 5 мм до приблизительно 50 мм, включая все значения и субдиапазоны внутри диапазона.
[36]
Основа 120 может быть из металла, пластмассы, керамики, композитного материала или из их комбинации. В некоторых вариантах осуществления, металлическая основа может представлять собой алюминиевую панель или стальную панель (включая панель из оцинкованной стали). Согласно некоторым вариантам осуществления, металлическая основа может быть выбрана из таких материалов как железо, сталь, алюминий, олово и их сплавы. Основа 120 может включать любые размеры, подходящие для применения строительной панели. Основа может включать любые размеры, подходящие для применения строительной панели.
[37]
2
2
Строительная панель 100 может включать первый слой 130, имеющий верхнюю поверхность 131, противолежащую нижней поверхности 132, и торцевую поверхность первого слоя 133, которая простирается между верхней поверхностью 131 и нижней поверхностью 132, тем самым определяя периметр первого покрытия 130. Первое покрытие 130 может иметь толщину первого покрытия t, которая простирается от верхней поверхности 131 до нижней поверхности 132 первого покрытия 130. Толщина первого покрытия t может находиться в диапазоне от приблизительно 50 мкм до приблизительно 120 мкм, включая все значения и субдиапазоны внутри диапазона.
[38]
Первое покрытие 130 может быть нанесено непосредственно на верхнюю поверхность 121 основы 120. В частности, нижняя поверхность 132 первого покрытия может быть в контакте и связано с верхней поверхностью 121 основы 120. В других вариантах осуществления, может находиться одно или более промежуточных покрытий или слоев между основой 120 и первым покрытием 130 (не изображены).
[39]
2
Первое покрытие 130 может представлять собой порошковое покрытие, включающее, по меньшей мере, одно полимерное связующее и, необязательно, одну или более добавок, называемое далее в изобретении "полимерным порошковым покрытием". Первое покрытие 130 может также называться в изобретении промежуточным покрытием. Первое покрытие 130 может включать поверхностные дефекты 135, такие как депрессия, каналы, поры, трещины, точечные дефекты и так далее, которые простираются от верхней поверхности 131 в направлении нижней поверхности 132 первого покрытия 130, тем самым создавая пустоты на первом покрытии 130. В частности, поверхностные дефекты 135 могут распространяться в глубину в диапазоне от приблизительно 1% до приблизительно 99% толщины первого покрытия t, измеренные от верхней поверхности 131 в направлении нижней поверхности 132 первого покрытия 130, включая все проценты и субдиапазоны внутри диапазона.
[40]
Строительная панель 100 может включать второе покрытие 140, имеющее верхнюю поверхность 141, противолежащую нижней поверхности 142, и торцевую поверхность второго покрытия 143, которая простирается между верхней поверхности 141 и нижней поверхности 142, тем самым определяя периметр второго покрытия 140. Второе покрытие 140 может быть нанесено в форме покрытия на основе жидкости, включающего, по меньшей мере, одно фторсодержащее поверхностно-активное вещество и/или фторполимер и жидкий носитель, описываемые далее. Второе покрытие 140 может также называться в изобретении "отделочным покрытием".
[41]
Согласно фигуре 2, второе покрытие 140 может быть нанесено непосредственно на верхнюю поверхность 131 первого покрытия 130 с формированием сплошного второго покрытия 140. В частности, нижняя поверхность 142 второго покрытия может быть в контакте и связана с верхней поверхностью 131 первого покрытия 130. Первое покрытие 130 может образовывать промежуточное покрытие между вторым покрытием 140 и основой 120.
[42]
Второе покрытие 140 может включать участки заполнения 145, которые простираются сверху вниз и за пределы нижней поверхности 142 второго покрытия 140, тем самым заполняя пустоты, созданные поверхностными дефектами 135 первого покрытия 130, обсуждаемыми далее. Второе покрытие 140 может быть практически сплошным, тем самым формируя практически сплошное отделочное покрытие на строительной панели 100. Второе покрытие 140 поверх первого покрытия 130 может, по меньшей мере, частично, герметично уплотнять поверхностные дефекты 135, которые существуют на первом покрытии 130 с созданием первой основной поверхности 111, которая является относительно более гладкой, чем верхняя поверхность 131 первого покрытия 130. Согласно этому варианту осуществления, первая основная поверхность 111 строительной панели 100 включает верхнюю поверхность 141 второго покрытия 140 (и вторая основная поверхность 112 строительной панели 100 может включать нижнюю поверхность 122 основы 120).
[43]
Согласно фигуре 3, в альтернативных вариантах осуществления, второе покрытие 140 может быть нанесено непосредственно на верхнюю поверхность 131 первого покрытия 130 с формированием несплошного второго покрытия 140. В частности, нижняя поверхность 142 второго покрытия может быть в контакте и связана с верхней поверхностью 131 первого покрытия 130, и первое покрытие 130 может образовывать частичное промежуточное покрытие между вторым покрытием 140 и основой 120. Термин "частичное промежуточное покрытие" относится к первой основной поверхности 111 строительной панели, включающей как верхнюю поверхность 141 несплошного второго покрытия 140, так и части верхней поверхности 131 первого покрытия 130, подвергаемой воздействию неоднородностей второго покрытия 140. Вторая основная поверхность 112 строительной панели 100 может включать нижнюю поверхность 122 основы 120.
[44]
Что касается композиции первого покрытия 130, то первое покрытие 130 может быть сформировано из предшественника порошкового покрытия, который включает смесь с высоким содержанием твердых частиц композиции связующего и сшивающего реагента (называемого в изобретении "предшественником" или "смесью предшественника"). Смесь предшественника может быть отверждена при повышенной температуре с формированием полностью отвержденного порошкового покрытия, описанного в изобретении. Применяемые в настоящем изобретении термины "отверждать" и "сшивать" могут использоваться взаимозаменяемо. В некоторых вариантах осуществления, смесь предшественника имеет содержание твердых веществ 100% и практически не содержит растворителя.
[45]
Композиция связующего может включать полимерное связующее, которое представляет собой полимерную смолу, способную реагировать с сшивающим реагентом в процессе отверждения с формированием полностью отвержденной композиции полимерной матрицы. Согласно некоторым вариантам осуществления, полимерная смола по настоящему изобретению является материалом со специфическими свойствами, включающими температуру стеклования, молекулярную массу, функциональность, вязкость расплава и пленкообразование и выравнивающую способность. Без соответствующего рассмотрения приведенного выше перечня свойств материала, выбор нежелательной полимерной смолы может давать в результате композицию, которая непригодна для порошковых покрытий, так как получаемая смесь предшественника может характеризоваться недостаточным сроком хранения и неприемлемыми характеристиками текучести в процессе переработки, и полученное в результате порошковое покрытие может характеризоваться неприемлемыми характеристиками пленкообразования, что делает покрытие неэффективным.
[46]
Полимерная смола может включать, по меньшей мере, одну полимерную композицию, имеющую температуру стеклования (Tg), которая выше, чем комнатная температура, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 20°C. Полимерная смола может иметь Tg в диапазоне от приблизительно 45°C до приблизительно 80°C. Полимерная смола может включать, по меньшей мере, одну полимерную композицию, имеющую температуру стеклования (Tg), которая выше, чем комнатная температура, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 50°C. Полимерная смола может иметь Tg, которая равна приблизительно 50°C. Полимерная смола может иметь Tg, которая равна приблизительно 60°C. Полимерная смола может иметь Tg, которая равна приблизительно 70°C. Полимерные смолы могут иметь температуру переработки в диапазоне от приблизительно 90°C до приблизительно 150°C. Термин "температура переработки" относится к температуре полимерной смолы, до которой она может быть нагрета без инициирования сшивания между полимерной смолой и сшивающим реагентом.
[47]
Композиция связующего может включать полимерную смолу, которая может реагировать со сшивающим реагентом в процессе отверждения, описанном в изобретении, тем самым формируя полностью отвержденную композицию матрицы. Полимерная смола по настоящему изобретению является материалом со специфическими свойствами, включающими температуру стеклования, молекулярную массу, функциональность, вязкость расплава и пленкообразование и выравнивающую способность. Без соответствующего рассмотрения приведенного выше перечня свойств материала, выбор нежелательной полимерной смолы может давать в результате композицию, которая непригодна для порошковых покрытий, так как получаемая смесь предшественника может характеризоваться недостаточным сроком хранения и неприемлемыми характеристиками текучести в процессе переработки, и полученное в результате порошковое покрытие может характеризоваться неприемлемыми характеристиками пленкообразования, что делает покрытие неэффективным.
[48]
Выбор полимерной смолы, которая имеет слишком низкую величину Tg, может в результате давать смесь предшественника, которая не может быть устойчивой к окускованию и агрегированию в процессе хранения и/или транспортировки смеси, что обуславливает снижение срока хранения смеси предшественника. С другой стороны, так как порошковые покрытия имеют высокие содержания твердых веществ, выбор полимерной смолы, которая имеет слишком высокую величину Tg, может давать в результате смесь предшественника, которая характеризуется недостаточной текучестью в процессе переработки или недостаточной выравнивающей способностью после нанесения, что приводит к неровно нанесенной композиции порошкового покрытия. Величина Tg полимерной смолы может регулироваться путем выбора ряда параметров, включающих, но этим не ограничивая, молекулярную массу, тип главной цепи полимера и степень кристалличности, описанные в изобретении.
[49]
Характеристики текучести полимерной смолы измеряют по вязкости расплава. При высоком содержании твердых веществ (предпочтительно, 100% твердых веществ, отсутствие растворителя), получение низкой вязкости расплава является фактором, гарантирующим максимальную текучесть полимерной смолы в процессе переработки. При переработке полимерной смолы в процессе смешения и отверждения (описанном в изобретении), полимерная смола начинает реагировать с отверждающим средством, также называемым сшивающим реагентом, присутствующим в смеси предшественника, в результате чего происходит значительный рост вязкости смеси предшественника по мере того, как он превращается в полностью отвержденное порошковое покрытие. Поэтому, использование полимерной смолы, которая характеризуется низкой вязкостью расплава, может являться гарантией того, что у смеси предшественника есть достаточно времени для смешивания и прохождения через технологическую установку (описанную в изобретении) до того момента, как смесь предшественника прореагировала до степени сшивания, которая соответствует полностью отвержденному порошковому покрытию. Вязкость расплава полимерной смолы обусловлена рядом факторов, которые включают молекулярную массу, функциональность и тип главной цепи полимера, описанной в изобретении. Конкретные величины вязкости расплава полимерной смолы и полной смеси предшественника будут описаны в изобретении.
[50]
Полимерная смола может включать, по меньшей мере, одну полимерную композицию, имеющую среднемассовую (Mw) молекулярную массу, которая находится в диапазоне от приблизительно 1500 до 15000, включая все субдиапазоны и молекулярные массы в диапазоне. Полимерная смола может иметь среднемассовую (Mw) молекулярную массу, которая находится в диапазоне от приблизительно 15000 до 30000, включая все субдиапазоны и молекулярные массы в диапазоне. Молекулярная масса полимерной смолы может влиять на пластичность, прочность при ударе и технологичность порошкового покрытия (то есть вязкость расплава). Полимерные смолы, имеющие более высокие молекулярные массы (Mw), могут характеризоваться более высокими величинами вязкости расплава по сравнению полимерными смолами с более низкими молекулярными массами (Mw)
[51]
Полимерная смола может иметь молекулярную массу (Mw) в диапазоне от приблизительно 1500 до приблизительно 15000 и полидисперсность приблизительно 1, включая все субдиапазоны и молекулярные массы в диапазоне. Полидисперсность представляет собой отношение среднемассовой (Mw) молекулярной массы к среднечисловой (Mn) молекулярной массе полимерной композиции. Имея величину полидисперсности приблизительно 1, можно быть уверенным, что физические свойства полученного порошкового покрытия (то есть, пластичность, прочность при ударе) будут иметь максимальные значения без ухудшения требуемой вязкости расплава смеси предшественника в процессе переработки. Низкая вязкость расплава является подходящей при обработке смеси предшественника с высоким содержанием твердых частиц (предпочтительно, не содержащей растворитель), как это требуется в случае порошкового покрытия в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
[52]
Для формирования трехмерной сшитой полимерной сетки, которая формирует порошковое покрытие по настоящему изобретению, может потребоваться, чтобы полимерная смола включала полимер, имеющий в среднем, по меньшей мере, две функциональные группы, которые доступны для реакции с функциональными группами, присутствующими в сшивающем реагенте. В некоторых вариантах осуществления, полимерная смола может иметь среднее количество функциональных групп, в среднем в диапазоне от 2 до 10 функциональных групп. В некоторых вариантах осуществления, полимерная смола может иметь линейную или разветвленную главную цель, и расположение функциональных групп будет зависеть от типа основной цепи полимерных смол. В некоторых вариантах осуществления, полимерная смола представляет собой линейный полимер, имеющий от двух до четырех функциональных групп, расположенных на концах полимера. Функциональные группы полимерной смолы могут быть выбраны из гидроксильных групп, групп карбоновой кислоты, изоцианатных групп, эпоксидных групп, акриловых групп и их комбинаций. В некоторых вариантах осуществления, функциональные группы полимерного связующего могут быть временно заблокированы, как описано в изобретении.
[53]
Согласно некоторым вариантам осуществления по настоящему изобретению, полимерная смола может включать полимер, имеющий главную цепь с фрагментами, выбранными из эфирных групп, уретановых групп, карбонатных групп, эпоксидных групп и их комбинации.
[54]
Полимерные смолы и сшивающий реагент взаимодействуют друг с другом в процессе отверждения с образованием полимерной матрицы, характеризующейся плотностью сшивания. Плотность сшивания сшитой полимерной матрицы может отражаться на температуре стеклования сшитой полимерной матрицы, которая может находиться в диапазоне от приблизительно 150°C до приблизительно 300°C, включая все температуры и субдиапазоны в диапазоне.
[55]
Композиция связующего может включать полимерную смолу, выбранную из полиэфирной смолы, полиуретановой смолы, эпоксидной смолы и полиэфируретанакрилатной смолы. Подходящие полиэфирные смолы могут быть гидроксилфункциональными (OH) или карбоксилфункциональными (COOH). Полиэфирная смола может представлять собой продукт реакции поликарбоновой кислоты и полиола. Для целей этого изобретения, термин "поликарбоновая кислота" включает соединения, имеющие, по меньшей мере, две группы карбоновой кислоты. Для целей этого изобретения, термин "полиол" включает соединения, имеющие, по меньшей мере, две гидроксильных группы. В случае гидроксилфункционального полиэфира, полиол присутствует относительно поликарбоновой кислоты в OH:COOH стехиометрическом избытке, который составляет от 2:1 до 6:1. Избыток полиола гарантирует, что все свободные группы карбоновой кислоты прореагируют, в то время как избыточные гидроксильные группы останутся непрореагировавшими во время реакции этерификации. Гидроксильные группы могут присутствовать на концах полиэфира. В случае карбоксилфункционального полиэфира, поликарбоновая кислота присутствует относительно полиола в COOH:OH стехиометрическом избытке, который составляет от 2:1 до 6:1. Избыток поликарбоновой кислоты гарантирует, что все свободные гидроксильные группы прореагируют, в то время как избыточные группы карбоновой кислоты останутся непрореагировавшими во время реакции этерификации. Группы карбоновой кислоты могут присутствовать на концах полиэфира.
[56]
Реакция конденсации гидроксилфункциональных и карбоксилфункциональных соединений с образованием полиэфирной смолы может быть проведена в присутствии катализатора. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления, катализатор может быть выбран из N-метилимидазола, диазабицикло[2,2,2]октана, диазабицикло[5,4,0]ундец-7-ена и пентаметилдиэтилентриамина и их смесей. Другие примеры подходящих катализаторов этерификации включают тетрабутил-o-титанат, октоат олова, п-толуолсульфоновую кислоту и их комбинации.
[57]
В неограничивающих вариантах осуществления, полиол может представлять собой диол, триол или более высокофункциональные полиолы, имеющие 4-8 гидроксильных групп (например, тетрол). В некоторых вариантах осуществления, полиол может быть ароматическим полиолом, циклоалифатическим полиолом, алифатическим полиолом или их комбинацией. В некоторых вариантах осуществления, карбоксилфункциональное соединение представляет собой дикарбоновую кислоту, трикарбоновую кислоту, более высокофункциональную поликарбоновую кислоту, имеющую 4-8 групп карбоновой кислоты, или их комбинацию. В некоторых вариантах осуществления, поликарбоновая кислота может быть алифатической поликарбоновой кислотой, циклоалифатической поликарбоновой кислотой, ароматической поликарбоновой кислотой или их комбинацией.
[58]
Неограничивающие примеры полиола могут включать диол который выбирают из алкиленгликолей, таких как этиленгликоль, пропиленгликоль, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль, триэтиленгликоль, трипропиленгликоль, гексиленгликоль, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль и неопентилгликоль; гидрированный бисфенол A; циклогександиол; пропандиолы, в том числе 1,2-пропандиол, 1,3-пропандиол, бутилэтилпропандиол, 2-метил-1,3-пропандиол и 2-этил-2-бутил-1,3-пропандиол; бутандиолы, в том числе 1,4-бутандиол, 1,3-бутандиол и 2-этил-1,4-бутандиол; пентандиолы, в том числе триметилпентандиол и 2-метилпентандиол; циклогександиметанол; гександиолы, в том числе 1,6-гександиол; гидроксиалкилированные бисфенолы; полигликоли, например, поли(окситетраметилен)гликоль. В некоторых вариантах осуществления, полиол может представлять собой триол или высший полиол, который выбирают из триметилолпропана, пентаэритрола, дипентаэритрола, триметилолэтана, триметилолбутана, диметилолциклогексана, глицерина и других подобных полиолов.
[59]
Неограничивающие примеры поликарбоновой кислоты могут включать дикарбоновую кислоту, которую выбирают из адипиновой кислоты, азелаиновой кислоты, себациновой кислоты, янтарной кислоты, глутаровой кислоты, декановой дикислоты, додекановой дикислоты, фталиевой кислоты, изофталиевой кислоты, 5-трет-бутилизофталиевой кислоты, тетрагидрофталиевой кислоты, терефталиевой кислоты, гексагидрофталиевой кислоты, метилгексагидрофталиевой кислоты, диметилтерефталата, 2,5-фурандикарбоновой кислоты, 2,3-фурандикарбоновой кислоты, 2,4-фурандикарбоновой кислоты, 3,4-фурандикарбоновой кислоты, 2,3,5-фурантрикарбоновой кислоты, 2,3,4,5-фурантетракарбоновой кислоты, циклогександикарбоновой кислоты, 1,3-циклогексан-дикарбоновой кислоты, 1,4-циклогександикарбоновой кислоты и их ангидридов, а также их смесей. В некоторых вариантах осуществления, поликарбоновая кислота может быть выбрана из трикарбоновых кислот, таких как тримеллитовая кислота, и их ангидридов.
[60]
Неограничивающие примеры полиуретановых смол для композиции порошкового покрытия раскрыты, например, в патентных документах US Patent No. 4404320 и U.S. Patent No. 4246380. Подходящие полиэфируретанакрилаты раскрыты, например, в патентном документе U.S. Patent No. 6284321. Подходящие эпоксидные соединения для композиции порошкового покрытия раскрыты, например, в патентном документе, например, в патентном документе U.S. Pat. No. 5732052.
[61]
Конкретный тип и количество реагирующего вещества, используемого для получения полиэфирной смолы, может влиять на вязкость расплава, кристалличность и Tg полимерной смолы. В частности, ароматические и/или циклоалифатические мономеры приводят к образованию полимеров с высоким значением Tg, а длинноцепочечные алифатические мономеры приводят к образованию полимеров с низким значением Tg. Например, полиэфирная смола, имеющая значительное содержание эфирных групп в главной цепи, которые образованы из терефталиевой кислоты/изофталиевой кислоты, может характеризоваться значением Tg, пониженным в результате замены конкретных количеств терефталиевой кислоты/изофталиевой кислоты на адипиновую кислоту, что делает полиэфирные смолы более пластичными и способными обладать текучестью при более низкой температуре. Однако, замена на слишком большое количество адипиновой кислоты будет приводить к образованию полиэфира, характеризующегося значением Tg, которое является слишком низким для того, чтобы полиэфир мог использоваться в композициях порошковое покрытие.
[62]
В неограничивающем варианте осуществления, полимерная смола может иметь содержание твердых веществ 100% (то есть не содержать растворителя) и иметь вязкость расплава в диапазоне от 2000 мПз/сек до 5000 мПз/сек при 200°C, включая все субдиапазоны и целочисленные значения в диапазоне. В неограничивающем варианте осуществления, полимерная смола может иметь значение Tg в диапазоне от приблизительно 50°C до приблизительно 70°C. В некоторых вариантах осуществления, полимерная смола может быть гидроксилфункциональной и может иметь гидроксильное число в диапазоне от приблизительно 40 до приблизительно 300. Неограничивающие примеры подходящей гидроксилфункциональной полимерной смолы включают гидроксилфункциональную полиэфирную смолу, такую как выпускаемая промышленностью Polymac 3110 и/или Rucote 102. В некоторых вариантах осуществления, полимерная смола может быть карбоксилфункциональной и может иметь кислотное число в диапазоне от 30 до 50.
[63]
Согласно некоторым вариантам осуществления по настоящему изобретению, сшивающий реагент включает, по меньшей мере, одно низкомолекулярное соединение, имеющее, по меньшей мере, две функциональных группы. Сшивающий реагент может включать от 2 до 6 функциональных групп. В альтернативном варианте осуществления, сшивающий реагент может включать от 2 до 4 функциональных групп. Функциональные группы сшивающего реагента могут быть выбраны из гидроксильных групп, групп карбоновой кислоты, изоцианатных групп, эпоксидных групп и их комбинации.
[64]
В некоторых неограничивающих вариантах осуществления, подходящие сшивающие реагенты могут включать упомянутые выше полиольные соединения, соединения поликарбоновой кислоты, а также полиизоцианатные соединения и эпоксифункциональные соединения, такие как глицидилфункциональные акриловые сополимеры. В некоторых вариантах осуществления, функциональные группы сшивающего реагента могут быть временно блокированы, как описано в изобретении, в результате чего увеличивается срок хранения смеси предшественника в процессе хранения и транспортировки. Выбор конкретной функциональной группы будет зависеть от требуемой композиции получаемого порошкового покрытия.
[65]
Конкретный выбор сшивающего реагента будет зависеть от типа полимерной смолы и требуемой композиции готовой матрицы. Например, гидроксилфункциональный полиэфир может быть отвержден с помощью сшивающего реагента на основе поликарбоновой кислоты, в результате чего получают трехмерную полиэфирную матрицу, при этом OH:COOH стехиометрическое соотношение полиэфирной смолы к сшивающему реагенту составляет приблизительно 1:1 для гарантии того, что все функциональные группы как полимерной смолы, так и сшивающего реагента, прореагировали в процессе сшивания в результате реакции этерификации.
[66]
Гидроксилфункциональный полиэфир, может быть отвержден, в качестве варианта, с помощью полиизоцианатного сшивающего реагента, в результате чего получают полиэфир-полиуретановую матрицу. При этом OH:NCO соотношение полиэфирной смолы к сшивающему реагенту на основе полиизоцианата составляет преимущественно 1:1 для гарантии того, что все функциональные группы как полимерной смолы, так и сшивающего реагента, прореагировали в процессе реакции сшивания с образованием уретановых связей. Для целей этого изобретения, термин полиизоцианат относится к изоцианатфункциональным соединениям, имеющим, по меньшей мере, две изоцианатных функциональных группы, таких как диизоцианат, изоцианурат, биурет, изоцианурата аллофанаты. В предпочтительном варианте осуществления, полимерная смола представляет собой полиэфирполиуретановую смолу.
[67]
Полиизоцианат по настоящему изобретению может быть выбран из соединений, таких как изофорондиизоцианат (IPDI), 4,4′-дициклогексилметандиизоцианат и триметилгексаметилен-диизоцианат, 1,6-гексаметилендиизоцианат, 2,2,4-триметил-гексаметилендиизоцианат, октадецилендиизоцианат и 1,4 цикло-гексилендиизоцианат, толуолдиизоцианат; метилендифенил- диизоцианат; тетраметилксилолдиизоцианат и их изоцианураты, биуреты, аллофанаты, а также их смеси, а также их аддукты, изоцианураты, биуреты и аллофанаты. В одном варианте осуществления, полиизоцианат включает IPDI.
[68]
Согласно некоторым вариантам осуществления по настоящему изобретению, каждая из свободных изоцианатных групп, присутствующих в сшивающем реагенте, может быть временно блокирована с помощью блокирующего агента для гарантии того, что не будет протекать преждевременная реакция гидроксильных групп и изоцианатных групп до окончательного отверждения, в результате чего увеличивается срок хранения смеси предшественника в процессе хранения и транспортировки. Подходящие блокирующие агенты могут включать, например, вторичные или третичные спирты, такие как изопропанол или третбутанол; C-H кислотные соединения, такие как диалкиловый эфир малоновой кислоты, ацетилацетон и алкиловый эфир ацетоуксусной кислоты, оксимы, такие как формальдоксим, ацетальдоксим, метилэтилкетоноксим, циклогексаноноксим, ацетофеноноксим, бензофеноноксим или диэтилглиоксим, лактамы, такие как ε-капролактам, δ-валеролактам, γ-бутиролактам, фенолы, такие как фенол, o-метилфенол; N-алкиламиды, такие как N-метилацетамид, имиды, такие как фталимид, вторичные амины, такие как диизопропиламин, имидазол, пиразол и 1,2,4-триазол. В предпочтительном варианте осуществления, сшивающий реагент представляет собой IPDI, блокированный ε-капролактамом.
[69]
Блокирующий агент может быть использован при стехиометрическом соотношении приблизительно 1:1 относительно свободных изоцианатных групп для гарантии того, что все свободные изоцианатные группы, присутствующие в сшивающем реагенте, будут временно блокированы. Блокирующий агент предотвращает преждевременную реакцию изоцианатных групп с влагой или со сшивающим реагентом при комнатной температуре, но деблокирует изоцианатную группу при повышенной температуре не более чем 170°C, в результате чего изоцианатные группы будут реагировать со сшивающим реагентом и формировать полностью отвержденную матрицу.
[70]
В других вариантах осуществления, блокированный полиизоцианат может быть в форме модифицированного с помощью уретдиона полиизоцианата. Модифицированные уретдионом полиизоцианаты содержат две свободных изоцианатных группы, а также две блокированные внутри изоцианатные группы. Внутреннее блокирование изоцианатных групп происходит без необходимости использования внешнего блокирующего агента, такого как ε-капролактам. При повышенных температурах, уретдионовое кольцо разрушается, и две блокированные внутри изоцианатные группы становятся доступными для реакции с группами, способными реагировать с изоцианатными группами, такими как гидроксильные группы, в реакции образования уретана. По настоящему изобретению, блокированный уретдионом полиизоцианат может быть образован из упомянутых выше полиизоцианатных соединений, таких как IPDI. После деблокирования, уретдион в расчете на диизоцианаты будет содержать эквивалент четырех изоцианатных групп.
[71]
В некоторых вариантах осуществления, для ускорения реакции образования уретановых связей между гидроксильными группами и изоцианатными группами может быть использован катализатор. Катализатор может быть выбран из металлорганических катализаторов, таких как дилаурат дибутилолова или октоат олова или третичные амины, такие как триэтиламин, пиридин, N,N-диметиламиноциклогексан или 1,4-диазабицикло[2.2.2]октан. Другие катализаторы могут быть выбраны из диакрилиодониевых солей металлов. Катализатор может присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 0,001 масс. % до приблизительно 1 масс. % от суммарной массы смеси предшественника. Этот диапазон включает все конкретные значения и субдиапазоны внутри диапазона, такие как 0,002, 0,005, 0,01, 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5 и 0,8 масс. % от суммарной массы смеси предшественника.
[72]
Полимерная смола может представлять собой уретанполиэфирный преполимер с изоцианатом на конце. Преполимер может представлять собой продукт реакции стехиометрического избытка полиизоцианата относительно полиэфирной смолы с гидроксилом на конце при отношении NCO:OH в диапазоне от 2:1 до 6:1. Избыток изоцианата гарантирует, что все свободные гидроксильные группы прореагируют в процессе образования полиуретанового преполимера, но при этом в преполимере останутся свободные изоцианатные группы. Любой избыток полиизоцианата, оставшегося после образования преполимера, может быть отогнан под вакуумом. Свободные изоцианатные группы, присутствующие в преполимере, могут быть блокированы с помощью ранее описанных изоцианатных блокирующих агентов при стехиометрическом соотношении блокирующего агента к свободному изоцианату приблизительно 1:1 для гарантии того, что все свободные изоцианатные группы, присутствующие в преполимере, будут временно блокированы. Полиэфирный преполимер с блокированным изоцианатом на конце может затем быть смешан с полиольным сшивающим реагентом с формированием стабильной при хранении смеси предшественника. Полиольный сшивающий реагент включает такие же низкомолекулярные соединения полиола, как те соединения, которые были указаны при получении полиэфирной смолы.
[73]
В некоторых вариантах осуществления, карбоксил- функциональная полиэфирная смола может быть отверждена с помощью полиольного сшивающего реагента, в результате чего образуется полиэфирная матрица. Свободные карбоксильные группы, присутствующие в карбоксилфункциональной полиэфирной смоле, могут присутствовать относительно гидроксильных групп, присутствующих в сшивающем реагенте, при стехиометрическом соотношении COOH:OH приблизительно 1:1, в результате чего гарантируется, что все функциональные группы, присутствующие как в полиэфирной смоле, так и в сшивающем реагенте, прореагируют в процессе сшивания в результате реакции этерификации. Полиольный сшивающий реагент включает такие же низкомолекулярные соединения полиола, как те соединения, которые были указаны при получении полиэфирной смолы.
[74]
Карбоксилфункциональная полиэфирная смола может быть также отверждена с помощью эпоксифункциональных соединений. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления, эпокси-функциональные соединения могут включать эпоксидную смолу, которая может быть насыщенной или ненасыщенной, алифатической, циклоалифатической, ароматической или гетероциклической.
[75]
Примеры эпоксидных смол, подходящих для использования в изобретении, включают полиглицидильные эфиры многоатомных соединений, бромированные эпоксидные смолы, эпоксидные новолаки или аналогичные полигидроксифенольные смолы, полиглицидильные эфиры гликолей или полигликолей и полиглицидильные эфиры поликарбоновых кислот. Предпочтительно, чтобы эпоксидная смола представляла собой полиглицидильный эфир многоатомного фенола. Полиглицидильные эфиры многоатомных фенолов могут быть получены, например, реакцией эпигалогенгидрина с многоатомным фенолом в присутствии щелочи. Примеры подходящих многоатомных фенолов включают 2,2-бис(4-гидроксифенил)пропан (бисфенол-A; 2,2-бис(4-гидрокситретбутилфенил)пропан; 1,1-бис(4-гидроксифенил)этан; 1,1-бис(4-гидроксифенил)изобутан; 2,2-бис(4-гидрокситретбутил-фенил)пропан; бис(2-гидроксинафтил)метан; 1,5-дигидрокси-нафталин; 1,1-бис(4-гидрокси-3-алкилфенил)этан и другие подобные многоатомные фенолы.
[76]
Композиция связующего может практически не содержать летучий растворитель, но содержать влагу. Для целей этого изобретения, термин "практически не содержит" означает, что содержание указанного компонента составляет менее чем 0,1 масс. % от суммарной массы вещества. В неограничивающем примере, смесь, включающая связующее, сшивающий реагент и наполнитель, которая практически не содержит растворитель, включает растворитель в количестве менее чем 0,05 масс. % от суммарной массы смеси, предпочтительно, менее чем 0,01 масс. %. Согласно предпочтительному варианту осуществления, композиция связующего по настоящему изобретению включает 100% твердых веществ и не содержит растворителя, но включает летучие органические растворители. Кроме того, согласно дополнительным вариантам осуществления настоящего изобретения, композиция связующего практически не содержит полимерную смолу, включающую группы фтор-углерод, такую как модифицированный фтором полиуретан и фторполимер, например, PVDF, или PTFE. Или, иными словами, полимерная смола, которая формирует композицию связующего по настоящему изобретению, практически не содержит групп фтор-углерод.
[77]
Порошковое покрытие может дополнительно включать добавки, наполнители, вещества, улучшающие кроющие характеристики. Такие наполнители и добавки могут включать, но этим не ограничивая, инертные наполнители, антиоксиданты, стабилизаторы, окрашивающие вещества, армирующие вещества, армирующий полимер, смазывающие вещества, противомикробная добавка (например, фунгициды), дегазаторы, поверхностно-активное вещество, добавки, повышающие текучесть, диспергирующие средства, тиксотропные добавки, усилители адгезии, светостабилизаторы, добавки, придающие огнеупорные свойства, противокоррозионные присадки, ингибиторы, выравнивающие средства, средства против образования кратеров и их смеси. В некоторых вариантах осуществления, фунгицид может присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 6 масс. % до приблизительно 10 масс. % от суммарной массы композиции порошкового покрытия. В неограничивающем примере, фунгицид может включать борат цинка, 2-(тиазол-4-ил)бензимидазол.
[78]
В настоящем изобретении, порошковые покрытия, включающие противомикробную добавку, могут называться противомикробным покрытием или противомикробным порошковым покрытием. Термин "противомикробное" относится к покрытиям, которые проявляют устойчивость к воздействию грибков (например, милдью, плесени) и/или к росту бактерий. Противомикробное покрытие по настоящему изобретению может представлять собой порошковое покрытие с предотвращающим загрязнение поверхностно-активным веществом или, необязательно, без такого поверхностно-активного вещества.
[79]
Противомикробное покрытие может быть нанесено непосредственно на одну из поверхностей основы. В частности, противомикробное покрытие может быть в контакте и связано с подвергающейся внешнему воздействию поверхности основы. В других вариантах осуществления, между поверхностью основы и противомикробным покрытием могут находиться одно или более промежуточных покрытий или слоев.
[80]
2
2
Противомикробное покрытие может присутствовать на одной или более поверхностях основы при величине толщины покрытия, которая лежит в диапазоне от приблизительно 40 мкм до приблизительно 120 мкм, включая все величины толщины и субдиапазоны в этом диапазоне. Противомикробное покрытие может присутствовать на одной или более поверхностях основы при величине массы покрытия, которая лежит в диапазоне от приблизительно 130 г/м до приблизительно 340 г/м, включая все величины массы покрытия и субдиапазоны в этом диапазоне.
[81]
Противомикробное покрытие может включать противомикробную добавку, диспергированную во всем объеме сшитого полимера. Противомикробное покрытие может дополнительно включать одно или более окрашивающих веществ. Противомикробное покрытие может дополнительно включать одну или более других добавок и/или наполнителей. Сшитый полимер может быть образован из предшественника порошкового покрытия (также называемого "предшественником"). Предшественник может включать смесь полимерной смолы и сшивающего реагента с высоким содержанием твердых веществ, описанную в изобретении далее. Сшитый полимер образует трехмерную полимерную матрицу, в полном объеме которой диспергированы противомикробная добавка, окрашивающее вещество, наполнители и/или другие добавки, описанные далее в изобретении.
[82]
Противомикробная добавка по настоящему изобретению включает смесь первого компонента и второго компонента. Первый компонент обычно включает борат металла, а второй компонент включает соединение бензимидазола.
[83]
4
7
4
7
2
4
7
3
4
7
4
7
4
7
2
4
7
3
4
7
В настоящем изобретении, борат металла первого компонента относится к соединению, соответствующему основному, двухосновному, трехосновному и многоосновному борату металла (боратам металлов) и их смесям. Например, "борат цинка" относится к группе соединений, включающих борат цинка (ZnBO), любой из соответствующих основных боратов цинка (такой как одноосновной борат цинка со структурой Zn(OH)BO, двухосновной борат цинка со структурой 2Zn(OH)BO, трехосновный борат цинка со структурой 3Zn(OH)BO и другие подобные бораты цинка), и их смеси. В качестве другого примера, "борат меди" относится к группе соединений, выбранных из группы, включающей борат меди (CuBO), любой из его соответствующих основных боратов меди (такой как одноосновный борат меди со структурой Cu(OH)BO, двухосновный борат меди со структурой 2Cu(OH)BO, трехосновный борат меди со структурой 3Cu(OH)BO, и другие подобные бораты меди), и их смеси. Борат металла может включать более чем один металл. В предпочтительном варианте осуществления, борат металла представляет собой борат цинка.
[84]
Соединение бензимидазола второго компонента относится к соединению, имеющему структуру формулы I:
Формула I
[85]
1
3
4
5
6
2
2
1
3
4
5
6
где R, R, R, R и R могут быть выбраны из H, атома галогена (например, Br, I, Cl), и C1-C6 цепи. R может быть выбран из серосодержащего гетероциклического соединения, такого как тиазолильная группа. Соединение бензимидазола может иметь группу R, которая представляет собой 4-тиазолильную группу. Соединение бензимидазола может иметь группы R, R, R, R и R, которые представляют собой атомы водорода. В предпочтительном варианте осуществления, соединение бензимидазола представляет собой 2-(4-тиазолил)бензимидазол, имеющий структуру формулы II:
Формула II
[86]
В некоторых вариантах осуществления, соединение бензимидазола по настоящему изобретению может практически не содержать карбонильных групп.
[87]
Первый компонент и второй компонент могут присутствовать в противомикробной добавке при массовом отношении первого компонента (бората металла) ко второму компоненту (соединению бензимидазола), которое лежит в диапазоне от приблизительно 75:1 до приблизительно 10:1, включая все отношения и субдиапазоны в этом диапазоне. В некоторых вариантах осуществления, первый компонент и второй компонент могут присутствовать при массовом отношении в диапазоне от приблизительно 70:1 до приблизительно 30:1, включая все отношения и субдиапазоны в этом диапазоне. В предпочтительном варианте осуществления, первый компонент и второй компонент могут присутствовать при массовом отношении в диапазоне от приблизительно 70:1 до приблизительно 40:1, включая все отношения и субдиапазоны в этом диапазоне. Первый компонент и второй компонент могут присутствовать при массовом отношении приблизительно 70:1.
[88]
Противомикробная добавка по настоящему изобретению может практически не содержать соединения, включающие карбаматные группы. В некоторых вариантах осуществления, противомикробная добавка по настоящему изобретению может практически не содержать соединения, включающие атомы галогена.
[89]
Неожиданно было обнаружено, что комбинация бората металла, в частности, бората цинка, и соединения серосодержащего бензимидазола обеспечивает получаемому покрытию синергетическое усиление противомикробной активности. В частности, комбинация бората металла и серосодержащего бензимидазола обеспечивает более высокие, чем адекватные, противомикробные свойства получаемому покрытию при меньших количествах противомикробной добавки в суммарном покрытии. В частности, противомикробная добавка может присутствовать в суммарном противомикробном покрытии в количестве вплоть до приблизительно 10 масс. % от суммарной массы противомикробного покрытия. В предпочтительном варианте осуществления, противомикробная добавка может присутствовать в суммарном противомикробном покрытии в количестве в диапазоне от приблизительно 6 масс. % до приблизительно 10 масс. %, включая все количества и субдиапазоны в этом диапазоне, от суммарной массы противомикробного покрытия. В силу того, что в суммарное покрытие требуется внесение меньшего количества противомикробной добавки, получаемое противомикробное покрытие может быть произведено при более низких затратах.
[90]
Противомикробная добавка может также присутствовать в количествах, выраженных в частях по массе, при этом противомикробная добавка присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 6 до приблизительно 10 частей по массе от 100 частей по массе суммарной композиции противомикробного покрытия, включая все значения частей по массе и субдиапазоны в этом диапазоне.
[91]
Композиция предшественника может дополнительно включать армирующий полимер, такой как акриловые сополимеры, который дополнительно включает функциональные группы, способные реагировать с функциональными группами, присутствующими в связующем. В неограничивающем примере, армирующий полимер может включать глицидилфункциональный акриловый полимер. Как уже обсуждалось выше, глицидильные группы способны реагировать с группами карбоновой кислоты.
[92]
Еще одни добавки включают металлы и оксиды металлов, такие как, например, оксид хрома, хром, оксид цинка, оксид меди, медь, никель, титан, нержавеющую сталь, алюминий, диоксид титана, оксид олова, железо, оксид железа и другие подобные металлы и оксиды металлов. Такие металлы могут служить, например, в качестве стойких к абразивному износу наполнителей, улучшающих сочетаемость присадок или в качестве окрашивающих веществ. Окрашивающие вещества могут дополнительно включать соединения, такие как диоксид титана, сульфат бария, карбонат кальция или их комбинацию. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, окрашивающие вещества могут иметь средний размер частиц в диапазоне от 180 нм до 220 нм; в предпочтительном варианте осуществления, окрашивающее вещество имеет средний размер частиц приблизительно 200 нм. В некоторых вариантах осуществления, порошковое покрытие по настоящему изобретению может включать от приблизительно 15 масс. % до приблизительно 30 масс. % окрашивающего вещества. Согласно некоторым вариантам осуществления, порошковое покрытие по настоящему изобретению может включать приблизительно 20 масс. % диоксида титана.
[93]
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, окрашивающие вещества могут иметь средний размер частиц в диапазоне от приблизительно 0,2 микрон (мкм) до приблизительно 5 мкм, включая все размеры и субдиапазоны в этом диапазоне. Противомикробное покрытие может включать окрашивающее вещество в количестве в диапазоне от приблизительно 20 масс. % до приблизительно 50 масс. %, включая все количества и субдиапазоны в этом диапазоне, от суммарной массы противомикробного покрытия. В некоторых вариантах осуществления, окрашивающее вещество может предварительно обработано с помощью противомикробной добавки перед смешением с предшественником и/или другими добавками и наполнителями.
[94]
Другим положительным эффектом неожиданного синергизма при использовании смеси бората металла и соединения серосодержащего бензимидазола является то, что противомикробная композиция и предшественник (также как и другие добавки и наполнители) могут быть нанесены на основу при содержании твердых веществ приблизительно 100%, то есть, практически в отсутствии растворителя. В случае, когда при нанесении противомикробного покрытия нет необходимости в использовании растворителя, противомикробное покрытие может применяться в форме порошкового покрытия.
[95]
Порошковое покрытие по настоящему изобретению может включать поверхностно-активное вещество. Поверхностно-активное вещество по настоящему изобретению может быть добавлено в смесь предшественника в композицию поверхностно-активного вещества перед окончательной обработкой и отверждением, описанными в изобретении. Фторсодержащее поверхностно-активное вещество может быть неионогенным или ионогенным. Неограничивающие примеры ионного фторсодержащего поверхностно-активного вещества включают катионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество и анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество. В предпочтительном варианте осуществления, фторсодержащее поверхностно-активное вещество порошкового покрытия может быть анионогенным.
[96]
Композиция поверхностно-активного вещества по настоящему изобретению практически не содержит растворитель или жидкий носитель, при этом, предпочтительно, чтобы композиция имела 100% содержание твердых веществ и практически не содержала растворитель или жидкий носитель, в том числе летучие органические растворители и/или воду. Композиция поверхностно-активного вещества находится в порошковой форме при комнатной температуре. Композиция поверхностно-активного вещества включает, по меньшей мере, одно фторсодержащее поверхностно-активное вещество. В других вариантах осуществления, композиция поверхностно-активного вещества по настоящему изобретению может представлять собой поверхностно-активное вещество в форме жидкости, включающей анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество, смешанное с жидким носителем, более подробно описанным в изобретении.
[97]
Анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество может иметь температуру плавления в диапазоне от приблизительно 50°C до приблизительно 70°C. Анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество по настоящему изобретению имеет низкую величину pH в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 6, включая все величины и субдиапазоны в этом диапазоне. Анионный фрагмент анионогенного фторсодержащего поверхностно-активного вещества может быть выбран из сульфатного, сульфонатного, фосфатного или карбоксилатного фрагмента, где предпочтительным является фосфатный фрагмент. Неограничивающие примеры анионогенного фторсодержащего поверхностно-активного вещества включает, по меньшей мере, одну из следующих формул:
Формула I:
f
2
1
-
+
(RAO)P(O)(OM)
Формула II:
f
2
1
-
+
(RAO)P(O)(OM)
[98]
f
1
16
1
где R представляет собой C - C линейный или разветвленный перфторалкил, который может быть, необязательно, обрываться одним, двумя или тремя атомами эфирного кислорода.
[99]
2
2
m
2
n
2
o
2
3
2
p
2
q
2
r
2
A выбирают из (CHCF)(CH), (CH)SON(CH)(CH), O(CF)(CH) или OCHFCFOE;
[100]
m представляет собой число от 0 до 4;
[101]
n, o, p и r каждый независимо представляет собой число от 2 до 20;
[102]
q представляет собой число 2;
[103]
2
20
6
10
E представляет собой C - C линейную или разветвленную алкильную группу, необязательно обрывающуюся атомами кислорода, серы или азота, циклическую алкильную группу или C - Cарильную группу;
[104]
x
2
y
2
1
4
+
M представляет собой металл группы I или катион аммония (NH(R)), где R представляет собой C - C алкил; x представляет собой число от 1 до 4; y представляет собой число от 0 до 3; и x+y равняется 4.
[105]
В предпочтительном варианте осуществления, фторсодержащее поверхностно-активное вещество может состоять из анионогенного фторсодержащего поверхностно-активного вещества формулы III:
Формула III:
f
2
2
4
2
2
(RCHCHO)P(O)(ONH)
[106]
f
4
8
2
2
3-8
2
где R представляет собой C - C перфторалкильную группу, имеющую формулу F[CF-CF]. В предпочтительных вариантах осуществления, фторсодержащее поверхностно-активное вещество представляет собой не содержащее растворитель анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество. Подходящие анионогенные фторсодержащие поверхностно-активные вещества выпускаются промышленностью.
[107]
Согласно некоторым вариантам осуществления, фторсодержащее поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 0,05 масс. % до приблизительно 4 масс. % от суммарной массы порошкового покрытия. В предпочтительном варианте осуществления, фторсодержащее поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 0,7 масс. % до 3 масс. % от суммарной массы порошкового покрытия. В некоторых вариантах осуществления, фторсодержащее поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 1,5 масс. % до 3 масс. %, в качестве варианта, от приблизительно 0,1 масс. % до 0,3 масс. % от суммарной массы порошкового покрытия. Согласно некоторым вариантам осуществления, фторсодержащее поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве в диапазоне от 10 масс. % до 25 масс. % от суммарной массы окрашивающего вещества, включая все субдиапазоны и целочисленные значения в этом диапазоне.
[108]
Окрашивающее вещество, например, диоксид титана, может быть предварительно обработан с помощью композиции поверхностно-активного вещества до добавления его в смесь предшественника. В предпочтительном варианте осуществления, окрашивающее вещество предварительно обрабатывают с помощью анионогенного фторсодержащего поверхностно-активного вещества в соответствии со следующими стадиями: нагревание композиции анионогенного фторсодержащего поверхностно-активного вещества по настоящему изобретению до повышенной температуры для расплавления анионогенного фторсодержащего поверхностно-активного вещества, которая может находится в диапазоне от 50°C до 70°C (включая все целочисленные значения и субдиапазоны в этом диапазоне), и затем добавление оксида титана. Анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество и окрашивающее вещество затем смешивают, в результате чего получают предварительно обработанное окрашивающее вещество из диоксида титана. В некоторых вариантах осуществления, повышенная температура может составлять 55°C. Предварительно обработанное окрашивающее вещество может быть охлаждено до комнатной температуры и затем смешано со связующим и сшивающим реагентом с формированием смеси предшественника, описанной в изобретении. В предпочтительном варианте осуществления, окрашивающее вещество представляет собой диоксид титана, который предварительно обработан с помощью анионогенного фторсодержащего поверхностно-активного вещества формулы III. Было обнаружено, что предварительная обработка окрашивающего вещества с помощью фторсодержащего поверхностно-активного вещества перед тем, как добавляют другие ингредиенты композиций покрытия для получения смеси композиции покрытия, обеспечивает однородную дисперсию фторсодержащего поверхностно-активного вещества в композиции покрытия.
[109]
Первое покрытие 130 может быть образовано путем первого смешения связующего, сшивающего реагента и добавок (в том числе противомикробной добавки в случае противомикробных покрытий) и наполнителей с формированием смеси предшественника. Смесь предшественника может быть слегка перемешена при комнатной температуре с помощью смесительной установки для сухого смешения в течение некоторого периода времени, в результате чего достигается равномерное распределение связующего, сшивающего реагента и добавок/наполнителей в смеси предшественника. После сухого смешения, смесь предшественника может быть перемешена в расплавленном состоянии и гранулирована в соответствии с тем, как описано в изобретении.
[110]
Смесь предшественника затем может быть подвергнута обработке в экструдере для расплава. Экструдер для расплава может представлять собой одношнековый или двухшнековый экструдер. Экструдер для расплава может включать три зоны: (1) питающую зону, (2) зону расплава и (3) зону диспергирования. В питающей зоне может поддерживаться температура, которая ниже или равна комнатной температуре, для предотвращения забивок смесью предшественника. Зону расплава обычно нагревают до температуры выше максимального значения Tg смеси предшественника, но ниже температуры деблокирования и температуры реакции смеси предшественника. Проведение процесса при температуре выше Tg и ниже температуры деблокирования/температуры реакции позволяет достигать расплавления и текучести смеси предшественника без преждевременного деблокирования и реакции смеси предшественника внутри экструдера. В зоне диспергирования, температуру поддерживают выше Tg и ниже температуры деблокирования, что позволяет получать однородную смесь предшественника. В некоторых вариантах осуществления, в зоне расплава и зоне диспергирования поддерживают температуру в диапазоне от приблизительно 90°C до 150°C, включая все субдиапазоны и целочисленные значения внутри диапазона. В некоторых вариантах осуществления, в зоне расплава и зоне диспергирования поддерживают температуру в диапазоне от приблизительно 90°C до приблизительно 130°C, включая все субдиапазоны и целочисленные значения внутри диапазона. В некоторых вариантах осуществления, в зоне расплава и зоне диспергирования поддерживают температуру в диапазоне 100°C до 110°C. Экструдер должен включать устройство для нагрева и устройство для охлаждения, позволяющие поддерживать температуры в различных зонах в соответствующих температурных диапазонах.
[111]
После прохождения через зону диспергирования, расплавленную смесь предшественника пропускают через головку экструдера. Головка может быть снабжена множеством щелей в многих различных конфигурациях. В некоторых вариантах осуществления, головка может быть заменена другими устройствами, которые позволяют создавать в них перепад давления, например, такой перепад давления может быть достигнут за счет использования конкретной конфигурации шнека. В любом случае, среднее время пребывания смеси предшественника в экструдере для расплава может обычно составлять менее 5 минут, и чаще всего, в диапазоне от 30 до 120 секунд. По мере того, как расплавленная смесь предшественника проходит через головку, она охлаждается и гранулируется. Гранулы измельчают, и полученный порошок предшественника затем охлаждают. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления, смесь предшественника может быть измельчена на соответствующей установке, такой как размольные вальцы, вальцы для криогенного размельчения или другие подобные установки. Полученный порошок предшественника может иметь средний размер частиц менее 100 мкм, обычно, в диапазоне от 30 до 50 мкм.
[112]
Согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения, первое покрытие 130 может быть получено с помощью альтернативного способа. Альтернативный способ включает поверхностно-активное вещество в форме жидкости. Прежде, поверхностно-активные вещества в форме жидкости не применяли для создания порошковых покрытий. Поверхностно-активное вещество в форме жидкости может включать жидкий носитель, который предварительно смешивают, по меньшей мере, с одним из описанных ранее фторсодержащих поверхностно-активных веществ. В предпочтительном варианте осуществления, поверхностно-активное вещество в форме жидкости включает жидкий носитель, который предварительно смешивают, по меньшей мере, с одним из описанных ранее анионогенных фторсодержащих поверхностно-активных веществ. Неограничивающие примеры жидкого носителя включают воду, а также другие жидкости, которые не воспламеняются ниже 120°C и/или не выделяют токсичных паров ниже 120°C.
[113]
Поверхностно-активное вещество в форме жидкости может включать жидкий носитель в количестве в диапазоне от приблизительно 10 масс. % до приблизительно 75 масс. % от суммарной массы жидкого носителя и поверхностно-активного вещества в сухом состоянии, включая все количества и субдиапазоны в этом диапазоне. В предпочтительном варианте осуществления, поверхностно-активное вещество в форме жидкости может включать жидкий носитель в количестве в диапазоне от приблизительно 30 масс. % до приблизительно 75 масс. % от суммарной массы жидкого носителя и поверхностно-активного вещества в сухом состоянии, включая все количества и субдиапазоны в этом диапазоне.
[114]
Поверхностно-активное вещество в форме жидкости может быть смешено со связующим, сшивающим реагентом и добавками и/или наполнителями с образованием влажной смеси предшественника. Поверхностно-активное вещество в форме жидкости может присутствовать во влажной смеси предшественника в количестве в диапазоне от приблизительно 0,05 масс. % до приблизительно 4 масс. % от суммарной массы влажной смеси предшественника, включая все количества и субдиапазоны в этом диапазоне.
[115]
В качестве варианта, для обеспечения соответствующего распределения каждого компонента во влажной смеси предшественника, смесь поверхностно-активного вещества в форме жидкости может быть смешана вместе со связующим, сшивающим реагентом и добавками и/или наполнителями в течение ряда циклов перемешивания, которые включает период перемешивания и период охлаждения.
[116]
В неограничивающем варианте осуществления, каждый период перемешивания цикла смешения может включать первый период времени в диапазоне от приблизительно 5 секунд до приблизительно 30 секунд, включая все периоды времени и субдиапазоны в этом диапазоне. В неограничивающем варианте осуществления, каждый период охлаждения цикла смешения может включать второй период времени в диапазоне от приблизительно 5 секунд до приблизительно 120 секунд, включая все периоды времени и субдиапазоны в этом диапазоне. Соотношение между первым периодом времени и вторым периодом времени для одного цикла смешения может находиться в диапазоне от приблизительно 1:1 до приблизительно 1:20, включая все значения соотношений и субдиапазоны в этом диапазоне.
[117]
В предпочтительном варианте осуществления, второй период времени является большим, чем первый период времени, для каждого цикла смешения. В предпочтительном варианте осуществления, цикл перемешивания может составлять величину меньшую, чем приблизительно 10 секунд, для предотвращения накопления избыточного тепла. Суммарное число циклов смешения могут находиться в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 20, включая все значения числа циклов смешения и субдиапазоны в этом диапазоне.
[118]
Продолжительность каждого цикла смешения и суммарное число циклов смешения выбирают таким образом, чтобы влажная смесь предшественника была полностью перемешена без комкования или любая часть влажной смеси предшественника не расплавлялась вследствие накопления избыточного тепла. Неограничивающие примеры подходящих смесителей включают смеситель с боковыми скребками, имеющий высокую теплопроводность. В некоторых вариантах осуществления, смеситель может представлять собой охлаждаемый смеситель, который позволяет регулировать температуру влажной смеси предшественника в процессе смешения. Циклы перемешивания и/или оборудование для перемешивания могут применяться таким образом, что температура влажного предшественника никогда не превысит 49°С (120°F) в процессе смешения. В других вариантах осуществления, циклы перемешивания и/или оборудование для перемешивания могут применяться таким образом, что температура влажного предшественника никогда не превысит 27°С (80°F) в процессе смешения. В процессе смешения, жидкий носитель может абсорбироваться одним или более компонентами смеси предшественника (например, окрашивающими веществами), и, поэтому, влажная смесь предшественника все еще будет содержать жидкий носитель, так как он не может быть удален в результате испарения в процессе смешения.
[119]
В результате перемешивания смеси предшественника в увлажненном состоянии и при температуре ниже температуры плавления любого компонента в смеси предшественника, воскообразное анионогенное поверхностно-активное вещество лучше распределяется в объеме смеси предшественника, что обеспечивает более высокую однородность грязеотталкивающих характеристик в готовом покрытии даже при относительно низких количествах анионогенного поверхностно-активного вещества. После смешения, влажный предшественник может быть высушен и гранулирован с помощью описанного выше метода. В процессе экструзии, жидкий носитель может быть удален вследствие его испарения, что позволяет в результате получать предшественник с практически 100% содержанием твердых веществ. В неограничивающем примере, влажный предшественник может быть экструдирован при температуре выше 100°C, предпочтительно, от 105°C до 110°C, что обеспечивает удаление вследствие испарения жидкого носителя из влажной смеси предшественника.
[120]
Заданное количество порошка предшественника может быть помещено в контейнер, который или подлежит хранению, или транспортируют в другое место для конечной обработки, описанной в изобретении. В других вариантах осуществления, порошок предшественника может быть подвергнут конечной обработке в том же самом месте, где проводилось смешение в расплаве. Конечная обработка включает нанесение покрытия напылением или нанесение покрытие электростатическим напылением порошка предшественника на основу 120. Покрытие напылением может быть нанесено с помощью пистолета-распылителя в электростатическом поле или с помощью трибоэлектрического пистолета, в который порошок загружают в результате трения.
[121]
Затем порошок предшественника напыляют на основу 120, полученную напыленное покрытие отверждают нагреванием в сушильной камере при температуре отверждения, которая выше температуры деблокирования и температуры реакции смеси предшественника. Температура отверждения может лежать в диапазоне от приблизительно 160°C до 210°C. Отверждение может происходить в течение периода времени, достаточного для полного взаимодействия связующего и сшивающего реагента, в результате чего образуется полностью отвержденное порошковое покрытие, которое представляет собой первое покрытие 130. Отверждение может происходить в течение периода времени в диапазоне от 15 до 30 минут при температурах в диапазоне от приблизительно 160°C до 190°C. В других вариантах осуществления, отверждение может происходить в течение периода времени в диапазоне от 6 до 15 минут при температурах в диапазоне от приблизительно 190°C до 210°C. Полученное порошковое покрытие имеет толщину в диапазоне от 40 мкм до 120 мкм, включая все субдиапазоны и величины толщин в этом диапазоне.
[122]
Полученная основа с нанесенным противомикробным покрытием может применяться в качестве противомикробного изделия, такого как строительная панель для установки внутри помещений, в результате строительная панель не только характеризуется исключительной устойчивостью к бактериальному росту, росту плесени и грибков, но и обеспечивает снижение количества уже существующих жизнеспособных микроорганизмов.
[123]
После изготовления основы 120 с нанесенным на него первым покрытием 130, на верхнюю поверхность первого покрытия 130 может быть нанесено второе покрытие 140. Второе покрытие 140 может быть образовано путем нанесения жидкой композиции для покрытия на верхнюю поверхность 131 первого покрытия 130 и затем сушки жидкой композиции для покрытия с образованием второго покрытия 140 поверх первого покрытия 130. Жидкая композиция для покрытия может быть приготовлена путем смешения жидкого носителя с компонентом репеллента. Компонент репеллента может представлять собой фторсодержащий водоотталкивающий компонент. Фторсодержащий водоотталкивающий компонент может быть выбран из фторполимера, упомянутых выше фторсодержащих поверхностно-активных веществ или их комбинации. В предпочтительном варианте осуществления, фторсодержащий водоотталкивающий компонент представляет собой ионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество.
[124]
Жидкий носитель может быть выбран из воды, летучего растворителя и их комбинации. В предпочтительном варианте осуществления, жидкий носитель представляет собой воду. Фторполимер может быть выбран из фторированного акрилового сополимера, фторированного акрилалкиламинного сополимера и их комбинации. Молекулярная масса фторполимера может находиться в диапазоне от приблизительно 1000 Mn до приблизительно 10000000 Mn, включая все величины молекулярных масс и субдиапазоны в этом диапазоне.
[125]
Неограничивающие примеры фторированного акрилового полимера включают полимер, полученный полимеризацией акрилат-функционального мономера, содержащего атомы фтора, и, необязательно, по меньшей мере, одного другого акрилат-функционального мономера, который не содержит атомов фтора. Неограничивающие примеры акрилатфункционального мономера, содержащего атом фтора (также называемого "фторакрилатом"), включают винилиденфторид, винилфторид, хлортрифторэтилен, гексафторпропен, тетрафторэтилен, перфторметилвиниловый эфир, трифторэтилен и их смеси. Неограничивающие примеры акрилат-функционального мономера, который не содержит атомы фтора, включают акриловую кислоту, метакриловую кислоту, а также акрилатные и/или метакрилатные эфиры.
[126]
Фторполимер по настоящему изобретению может быть ионогенным. Фторполимер по настоящему изобретению может иметь кислое значение pH в диапазоне от приблизительно 3 до приблизительно 6, включая все значения pH и субдиапазоны в этом диапазоне. Фторполимер по настоящему изобретению может иметь щелочное значение pH в диапазоне от приблизительно 9 до приблизительно 11, включая все значения pH и субдиапазоны в этом диапазоне. В некоторых вариантах осуществления, фторполимер может быть анионогенным и иметь значение pH в диапазоне от приблизительно 9 до приблизительно 11, включая все значения pH и субдиапазоны в этом диапазоне. В некоторых вариантах осуществления, фторполимер может быть катионогенным и иметь значение pH в диапазоне от приблизительно 3 до приблизительно 6, включая все значения pH и субдиапазоны в этом диапазоне. Как это описано далее в изобретении, неожиданно было обнаружено, что неионогенный фторполимер не обеспечивает грязеотталкивающих и маслоотталкивающих свойств, также как и ионогенные фторполимеры, описанные в изобретении.
[127]
В неограничивающем примере, катионогенный фторполимер может получен сополимеризацией фторакрилата с мономером, способным образовывать соль, в результате чего ковалентно связанная группа, образованная из мономера, имеет положительный заряд, например, таким как N-диметиламиноэтилметакриловая кислота, в результате чего аминогруппа реагирует с диэтилсульфатом с образованием боковой катионной группы фторполимера.
[128]
В неограничивающем примере, катионогенный фторполимер может быть получен сополимеризацией фторакрилата с мономером, способным образовывать соль, в результате чего ковалентно связанная группа, образованная из мономера, имеет отрицательный заряд, например, таким как метакриловая кислота, в результате чего группа карбоновой кислоты реагирует с аммиаком с образованием боковой анионной группы фторполимера.
[129]
Жидкий носитель может присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 80 масс. % до приблизительно 99,98 масс. % от суммарной массы жидкой композиции для покрытия, включая все проценты и субдиапазоны в этом диапазоне. Фторполимер может присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 0,02 масс. % до приблизительно 20 масс. % от суммарной массы жидкой композиции для покрытия, включая все проценты и субдиапазоны в этом диапазоне.
[130]
2
2
2
2
Жидкая композиция для покрытия может быть нанесена на верхнюю поверхность 131 первое покрытия 130 методом напыления, методом нанесения с помощью валиков, методом окунания или методом протирания. Жидкая композиция для покрытия может быть нанесена на верхнюю поверхность 131 первого покрытия 130 в количестве в диапазоне от приблизительно 80 г/м до приблизительно 200 г/м, включая все субдиапазоны и количества в этом диапазоне. В предпочтительном варианте осуществления, жидкая композиция для покрытия может быть нанесена на верхнюю поверхность 131 первого покрытия 130 в количестве в диапазоне от приблизительно 105 г/м до приблизительно 122 г/м, включая все субдиапазоны и количества в этом диапазоне. После нанесения, жидкая композиция для покрытия перекрывает верхнюю поверхность 131 первого покрытия 130, а также проникает и, по меньшей мере, частично заполняет пустоты, возникающие в результате поверхностных дефектов 135 на первом покрытии 130.
[131]
После нанесения, жидкую композицию для покрытия сушат в течение периода времени в диапазоне от приблизительно 5 минут до приблизительно 60 минут и при температуре в диапазоне от приблизительно 15°C до приблизительно 40°C, в результате чего удаляют жидкий носитель и превращают жидкую композицию для покрытия во второе покрытие 140. В настоящем изобретении, термин "сушка" или "высушенный" относится к удалению жидкого носителя из рассматриваемой композиции. Термин "сушка" или "высушенный" не относится к химической реакции композиции со второй композицией, например, к химической реакции отверждения смолы полимерного связующего со сшивающим агентом. Таким образом, второе покрытие 140, включающее фторполимер, может быть нанесено на первое покрытие 130 без необходимости проведения дополнительного высокотемпературного отверждения (такого как используемого на стадии отверждения первого покрытия 130).
[132]
2
2
После сушки, полученное второе покрытие 140 может практически не содержать жидкий носитель. Полученная строительная панель 100 включает фторполимер, нанесенный на верхнюю поверхность 131 первого покрытия 130 в сухом состоянии, в количестве в диапазоне от приблизительно 0,02 г/м до приблизительно 2 г/м, включая все субдиапазоны и количества в этом полимере, где фторполимер образует отделочное покрытие для строительной панели 100.
[133]
После сушки строительной панели 100, остается нанести фторполимер не только на верхнюю поверхность 131 первого покрытия 130, но также и внутрь поверхностных дефектов 135 первого покрытия 130. В частности, второе покрытие 140 включает участки заполнения 145, которые приводят к тому, что, по меньшей мере, участок фторполимера второго покрытия 140 присутствует внутри поверхностного дефекта 135 первого покрытия 130, в результате чего, по меньшей мере, участок фторполимера второго покрытия 140 расположен между верхней поверхностью 131 и нижней поверхностью 132 первого покрытия 130.
[134]
Нанесение второго покрытия 140, включающего фторполимер, на первое покрытие 130 придает дополнительную устойчивость к загрязнению (например, к появлению масляных отпечатков пальцев и к запотеванию), что в результате позволяет получать строительную панель 100, которая может выдерживать поверхностное повреждение, которое обычно имеет место в процессе установки. Дополнительная устойчивость к загрязнению может быть измерена как функция изменения яркости цвета, то есть "дельта E" (Δ E).
[135]
Величину дельта E рассчитывают по следующему уравнению:
2
1
2
1
2
1
2
2
2
1/2
ΔE=[(L-L)+(a-a)+(b-b)]
[136]
1
1
1
2
2
2
где L, a и b каждый представляет собой исходные значения яркостей цвета незагрязненной первой основной поверхности 111 строительной панели 100, которые измеряют с помощью прибора Minolta Chroma Meter CR 410 фирмы Minolta Corporation. L, a и b представляют собой значения яркостей цвета, измеренные с помощью прибора Minolta Chroma Meter CR 410 после того, как первая основная поверхность 111 строительной панели 100 была загрязнена с помощью грязевой композиции (то есть, масляные отпечатки пальцев, запотевание и так далее). Меньшее значение ΔE указывает на повышенную устойчивость против загрязнения. По настоящему изобретению, комбинация первого покрытия 130 и второго покрытия 140 позволяет получать строительную панель, имеющую значение ΔE меньше 2.
[137]
Кроме того, комбинация первого покрытия 130 и второго покрытия 140 позволяет получать первую основную поверхность 111 строительной панели, имеющую повышенную гидрофобность. В настоящем изобретении, термин "гидрофобность" или "гидрофобная" обозначает композицию, которую чрезвычайно трудно увлажнить, и которая способна отталкивать воду при атмосферных условиях. Следовательно, используемый в изобретении термин "гидрофобная" относится к поверхности, которая характеризуется краевым углом смачивания более чем 90° с рассматриваемой жидкостью (то есть с водой).
[138]
Использование краевого угла смачивания, образуемого каплей жидкости на поверхности твердой основы, в качестве количественной меры способности смачивать конкретное твердое вещество уже давно широко распространено. Смачивание характеризует способность жидкости поддерживать контакт с твердой поверхностью, которая возникает в результате межмолекулярных взаимодействий при сближении этих двух объектов. Степень смачивания (смачивающая способность) определяется балансом между силами адгезии и силами когезии. Если краевой угол смачивания больше, чем 90° для капли на поверхности основы, то тогда обычно считают, что поверхность является гидрофобной.
[139]
Первая основная поверхность 111 строительной панели 100 по настоящему изобретению характеризуется краевым углом смачивания водой, по меньшей мере, приблизительно 115°. В предпочтительном варианте осуществления, первая основная поверхность 111 строительная панель 100 характеризуется краевым углом смачивания водой в диапазоне от приблизительно 125° до приблизительно 135°, включая все субдиапазоны и значения углов в этом диапазоне. При этом значении краевого угла смачивания, наиболее распространенные виды вод и масел (например, масляные отпечатки пальцев) не будут смачивать первую основную поверхность 111 строительной панели 100, что обеспечивает строительной панели 100 устойчивость к загрязнению в процессе ее установки.
[140]
Согласно фигурам 5 и 6, альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения включает систему перекрытий 10 во внутреннем пространстве, в результате чего внутреннее пространство включает пространство между подвесным потолком и этажным перекрытием над ним 3 и активное пространство помещения 2. Система перекрытий 10 может включать поддерживающую решетку 30, в результате чего пространство между подвесным потолком и этажным перекрытием над ним 3 расположено выше поддерживающей решетки 30 и ниже крыши или каркаса пола 4 находящегося выше этажа в здании. Пространство между подвесным потолком и этажным перекрытием над ним 3 обеспечивает пространство для инженерных коммуникаций внутри здания (например, для системы управления отоплением, вентиляцией и кондиционированием, водопроводно-канализационной сети и так далее). Активное пространство 2 обеспечивает помещение для пользователей здания в процессе нормального предназначенного использования здания (например, в случае офисного здания, активное пространство будет занято под офисы, содержащие компьютеры, лампы и так далее).
[141]
Поддерживающая решетка 30 может включать множество первых поддерживающих стоек 32 и множество вторых поддерживающих стоек 33. Каждая из первых поддерживающих стоек 32 могут быть расположены параллельно друг другу. Каждая из вторых поддерживающих стоек 33 могут быть расположены параллельно друг другу. Множество первых поддерживающих стоек 32 могут быть расположены ортогонально или перпендикулярно множеству вторых поддерживающих стоек 33, в результате образуя систему пересекающихся опорных стоек, которая формирует поддерживающую решетку 30. Поддерживающая решетка 30 может включать просветы 31, образованные пересечением первых и вторых поддерживающих стоек 32, 33, которые могут вмещать строительную панель 20, в результате образуя систему перекрытий 10.
[142]
По меньшей мере, одна из первых поддерживающих стоек 32 и вторых поддерживающих стоек 33 может включать Т-образную планку, имеющую горизонтальный выступ 41 и вертикальную перегородку 42. Горизонтальный выступ 41 может включать нижнюю поверхность 41a и верхнюю поверхность 41b, где нижняя поверхность 41a обращена в сторону активного пространства помещения 2, а верхняя поверхность 41b обращена в сторону пространства между подвесным потолком и этажным перекрытием над ним 3 в установленном состоянии. Нижняя поверхность 41a обращена противоположно направлению, в котором вертикальная перегородка 42 простирается от горизонтального выступа 41.
[143]
Согласно этому варианту осуществления, первое покрытие 130 по настоящему изобретению может быть нанесено непосредственно на нижнюю поверхность 41a горизонтального выступа 41, по меньшей мере, одной из первых и/или вторых поддерживающих стоек 33, описанных выше. Затем второе покрытие 140 может быть нанесено на первое покрытие 130, описанное выше. Кроме того, в настоящем изобретении предлагается система перекрытий 10, включающая имеющее покрытие поддерживающую решетку 60, включающую поддерживающую решетку 30, первое покрытие 130 и второе покрытие 140, в результате чего первое покрытие 130 наносится, по меньшей мере, на участок верхней поверхности 41a горизонтального выступа 41 поддерживающей решетки 30, а второе покрытие 140 наносится на первое покрытие 130, и в результате чего верхняя поверхность 141 второго покрытия 140 направлено в сторону активного пространства помещения 2.
[144]
В настоящем изобретении грязеотталкивающее изделие по настоящему изобретению может являться результатом одной из многих конфигураций. Согласно некоторым вариантам осуществления, изделие может включать основу 120 с нанесенным на нее первым покрытием 130, в результате чего первое покрытие 130 включает анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество в форме жидкости. В таких вариантах осуществления, присутствие второго покрытия 140 может быть необязательным. В таких вариантах осуществления, верхняя поверхность первого покрытия 130 может образовывать основную поверхность изделия. В таких вариантах осуществления, может необязательно присутствовать второе покрытие 140, в результате чего второе покрытие 140 включает фторсодержащий водоотталкивающий компонент, который включает фторполимер, фторсодержащее поверхностно-активное вещество или их комбинацию.
[145]
Согласно другим вариантам осуществления, грязеотталкивающее изделие может включать основу 120 с нанесенным на нее первым покрытием 130, в результате чего первое покрытие 130 включает воскообразное (то есть твердое) анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество. В таких вариантах осуществления, может необязательно присутствовать второе покрытие 140. В таких вариантах осуществления, верхняя поверхность первого покрытия 130 может образовывать основную поверхность изделия. В таких вариантах осуществления, может необязательно присутствовать второе покрытие 140, в результате чего второе покрытие 140 включает фторсодержащий водоотталкивающий компонент, который включает фторполимер, фторсодержащее поверхностно-активное вещество или их комбинацию.
[146]
Согласно другим вариантам осуществления, грязеотталкивающее изделие может включать основу 120 с нанесенным на нее первым покрытием 130, в результате чего первое покрытие 130 не включает фторсодержащий водоотталкивающий компонент. В таких вариантах осуществления, изделие дополнительно включает второе покрытие 140, в результате чего второе покрытие включает фторсодержащий водоотталкивающий компонент, который включает фторполимер, фторсодержащее поверхностно-активное вещество или их комбинацию. В таких вариантах осуществления, второе покрытие 140 образует основную поверхность изделия.
[147]
Далее приводятся примеры в соответствии с настоящим изобретением. Настоящее изобретение не ограничивается приведенными примерами.
ПРИМЕРЫ
Протокол испытания отделочного покрытия на его способность предотвращения загрязнения
[148]
В следующем эксперименте оценивают способность основной поверхности строительной панели по настоящему изобретению отталкивать масло и грязь. Строительные панели изготавливали с полимерным порошковым покрытием, которое образовывали из предшественника порошкового покрытия, получаемого смешением компонентов предшественника (то есть, полимерного связующего, сшивающего реагента и фторсодержащего поверхностно-активного вещества). Фторсодержащее поверхностно-активное вещество содержит 100% твердых веществ и включает анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество, имеющее, по меньшей мере, одну фосфатную группу. Анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество имеет температуру плавления от 50°C до 70°C и величину pH от 1 до 5. Примером подходящего анионогенного фторсодержащего поверхностно-активного вещества является анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество, выпускаемое под торговым названием Capstone FS-66 фирмой Du Pont.
[149]
Предшественник порошкового покрытия затем смешивают в расплавленном состоянии в экструдере при температуре в диапазоне от приблизительно 90°C до приблизительно 110°C, затем гранулируют полученный экструдат в порошок. Каждый полученный порошок наносят напылением на первую основную поверхность алюминиевой основы. Нанесенное на основу покрытие затем отверждают путем нагревания при температуре 195°C с получением основы с нанесенным порошковым покрытием.
[150]
Пример 1
[151]
3
2
2
Затем наносят жидкое покрытие на верхнюю поверхность порошкового покрытия, где жидкое покрытие включает 80 масс. % воды и 20 масс. % первого водоотталкивающего компонента. Первый водоотталкивающий компонент представляет собой катионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество, имеющее величину pH в диапазоне от приблизительно 4 до приблизительно 6 и плотность 1,06 г/см. Жидкое покрытие наносят в количестве 10 г/м на порошковое покрытие. Полученное жидкое покрытие затем сушат при температуре от 15°C до 40°C с получением строительной панели примера 1. Полученная в примере 1 строительная панель имеет фторсодержащее поверхностно-активное вещество, нанесенное поверх порошкового покрытия в количестве приблизительно 2 г/м.
[152]
Пример 2
[153]
3
2
2
Вторую строительную панель (пример 2) изготавливали таким же методом, как в примере 1, за исключением того, что жидкую композицию для покрытия разбавляли до концентрации 0,2 масс. % второго водоотталкивающего компонента. Второй водоотталкивающий компонент представляет собой анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество, имеющее величину pH в диапазоне от приблизительно 9 до приблизительно 11 и плотность приблизительно 1,1 г/см. Жидкую композицию для покрытия затем наносили на фторсодержащее поверхностно-активное вещество, содержащее порошковое покрытие при расходе 10 г/м, и жидкую композицию для покрытия сушили. Полученная строительная панель примера 2 имеет фторсодержащее поверхностно-активное вещество, нанесенное поверх порошкового покрытия в количестве приблизительно 0,02 г/м.
[154]
Сравнительный пример 1
[155]
3
2
Третью строительную панель (сравнительный пример 1) изготавливали таким же методом, как в примере 2, за исключением того, что первое неионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество использовали вместо второго водоотталкивающего компонента. Неионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество имеет величину pH в диапазоне от приблизительно 7 до приблизительно 8,5 и плотность приблизительно 1,4 г/см и производится фирмой DuPont под маркой FS-3100. Полученная строительная панель сравнительного примера 1 имеет 0,02 г/м фторсодержащего поверхностно-активного вещества, нанесенного поверх порошкового покрытия.
[156]
Сравнительный пример 2
[157]
3
2
Четвертую строительную панель (сравнительный пример 2) изготавливали таким же методом, как в примере 2, за исключением того, что второе неионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество наносят на порошковое покрытие. Второе фторсодержащее поверхностно-активное вещество имеет величину pH в диапазоне от приблизительно 7 до приблизительно 9 и плотность приблизительно 1,1 г/см и производится фирмой DuPont под маркой FS-65. Полученная строительная панель сравнительного примера 2 имеет 0,02 г/м фторсодержащего поверхностно-активного вещества, нанесенного поверх порошкового покрытия.
[158]
Затем сравнивали способность строительных панелей примеров 1 и 2, а также сравнительных примеров 1 и 2, отталкивать масло и грязь следующим методом. Грязевую композицию готовят с включением в нее торфяного моха, портландцемента, обожженного каолинита и глины SNOBRITE. Глина SNOBRITE включает >95 масс.% каолина, а также незначительные количества диоксида кремния (кварца, кристобалита), слюды и диоксида титана.
[159]
Каждую из строительных панелей примера 1 и сравнительного примера 1 располагают таким образом, чтобы поверхность порошкового покрытия была обращена вверх. Затем некоторое количество (0,2 грамма) грязевой композиции из Таблицы 1 помещают в пластиковую чашку и удерживают над поверхностью порошкового покрытия, затем пластиковую чашку освобождают от содержимого, позволяя грязевой композиции естественным образом падать на обращенную вверх поверхность порошкового покрытия грязеотталкивающей панели. За исключением того места, где грязевая композиция была нанесена на поверхность порошкового покрытия, остальная поверхность грязеотталкивающей панели остается незагрязненной. Затем загрязненные строительные панели выдерживают в течение 24 часов.
[160]
Через 24 часа, строительные панели переворачивают вверх дном (180°), в результате чего поверхность порошкового покрытия становится обращенной вниз, что позволяет рыхлому грязевому покрытию падать вниз с поверхности порошкового покрытия грязеотталкивающей панели. Поверхность строительных панелей, которая является противоположной поверхности порошкового покрытия, легко ударяют 20 раз, что приводит к падению вниз со строительных панелей дополнительного количества грязевой композиции. Затем строительные панели поворачивают наполовину назад (на 90°), чтобы поверхность порошкового покрытия строительных панелей была обращена в боковом направлении, после чего легко ударяли 10 раз по боковой стороне строительных панелей. Затем строительные панели поворачивают обратно в исходное положение так, чтобы поверхность порошкового покрытия была обращена вверх, после чего измеряют изменение яркости цвета поверхности, то есть "дельта E" (Δ E), как описано ранее.
[161]
В частности, значения L2, a2 и b2 представляют собой яркости цвета, измеренные с помощью прибора Minolta Chroma Meter CR 410 после того, как каждый образец был загрязнен грязевой композицией, как описано ранее. Контрольным значением для каждого цветового испытания является тот же цвет и конструкция панели, но без нанесения грязевой композиции. Различные данные по цвету регистрируют в трех разных местах образца, и рассчитывают среднее значение дельта E, которое приведено в таблице 1.
Таблица 1
Пример 1
Пример 2
Сравнительный пример 1
Сравнительный пример 2
Ионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество в порошковом покрытии
1масс. %
1масс. %
-
-
Неионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество в порошковом покрытии
-
-
1масс. %
1масс. %
Ионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество, нанесенное на порошковое покрытие
2г/м<sup>2</sup>
0,02 г/м<sup>2</sup>
0,02г/м<sup>2</sup>
0,02г/м<sup>2</sup>
ΔE
2,2
2,5
4,8
6,2
[162]
2
Как показано в таблице 1, комбинация катионогенного фторсодержащего поверхностно-активного вещества в отделочном покрытии, нанесенного на порошковое покрытие, включающее анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество, обеспечивает неожиданное улучшение грязеотталкивающих и маслоотталкивающих свойств строительной панели по сравнению с другими верхними покрытиями, наносимыми на порошковые покрытия, которые включают неионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество, что подтверждается меньшим значением дельта E, при таком небольшом количестве, как 0,02 г/м.
Протокол испытания жидкого фторсодержащего поверхностно-активного вещества в порошковом покрытии на его способность предотвращения загрязнения
[163]
В следующем эксперименте оценивают способность основной поверхности строительной панели по настоящему изобретению отталкивать масло и грязь при использовании жидких фторсодержащих поверхностно-активных веществ в порошковых покрытиях. При проведении этого эксперимента, изготавливали строительные панели с нанесенными на них порошковыми покрытиями. Первую строительную панель (контроль 1) изготавливали с порошковым покрытием, в котором отсутствовало фторсодержащее поверхностно-активное вещество. Строительная панель контроля 1 не включает верхний слой.
[164]
Вторую строительную панель (пример 3) изготавливали с порошковым покрытием, образованном из предшественника, который включал воскообразное (то есть 100% твердых веществ) анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество. Порошковое покрытие примера 3 изготавливали таким же методом, как порошковые покрытия примеров 1 и 2, включающее такое же анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество. Строительная панель примера 3 не включала верхний слой.
[165]
Три дополнительных строительных панели (примеры 4-6) изготавливали с порошковым покрытием, образованным из предшественника, который включал жидкое анионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество. Порошковые покрытия примеров 4-6 приготавливали путем смешения компонентов предшественника (то есть, полимерного связующего, сшивающего реагента и жидкого анионогенного фторсодержащего поверхностно-активного вещества) в смесителе при температуре ниже 120°F (49°С). После смешения, перемешенную смесь предшественника пропускали через экструдер при температуре в диапазоне от приблизительно 90°C до приблизительно 110°C, в результате чего жидкий носитель, присутствующий в жидком анионогенном фторсодержащем поверхностно-активном веществе, удаляли из предшественника вследствие испарения. Затем, полученный экструдат гранулировали в порошок. Каждый полученный порошок наносили напылением на первую основную поверхность алюминиевого основания. Основание с нанесенным слоем затем нагревают до температуры, вызывающей ковалентное связывание сшивающего реагента и полимерного связующего, в результате чего получают сшитое порошковое покрытие поверх основы.
[166]
Две дополнительных строительных панели (сравнительные примеры 3 и 4) изготавливали с порошковым покрытием, образованным из предшественника, который включал жидкое неионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество. Порошковые покрытия сравнительных примеров 3 и 4 приготавливали таким же методом, как в примерах 4-6 за исключением того, что жидкое фторсодержащее поверхностно-активное вещество являлось неионогенным, а не анионогенным.
[167]
Что касается строительных панелей примеров 3-6 и сравнительных примеров 3 и 4, то конкретное количество жидкого фторсодержащего поверхностно-активного вещества в каждой смеси предшественника выбирали таким образом, чтобы полученное порошковое покрытие содержало такое же относительное количество твердого фторсодержащего поверхностно-активного вещества в конечном порошковом покрытии. Поэтому, несмотря на то, что содержание в предшественнике твердых веществ в каждом жидком фторсодержащем поверхностно-активном веществе примеров 3-6 и сравнительных примеров 3 и 4 может отличаться, тем не менее, надежное непосредственное сравнение между собой конечных строительных панелей дает одну и ту же величину в расчете на количество сухого (то есть, твердого) фторсодержащего поверхностно-активного вещества.
[168]
Полученные строительные панели контроля 1, примеров 3-6 и сравнительного примера 3 и 4 затем подвергали испытанию на способность отталкивания грязи и масла, описанному в примерах 1 и 2. Результаты испытания на способность отталкивания грязи и масла для каждой строительной панели приведены ниже в таблице 2.
Таблица 2
Пример
Содержание твердого фтор-содержащего поверхностно-активного веществав смеси предшественника
Тип
Заряд
L
a*
b*
ΔE
Контроль 1
-
-
-
94,52
-1,18
1,68
14,11
Пример 3
100%
Воск
Анион-ное
95,00
-0,50
1,5
0,64
Пример 4
13% - 15%
Жидкость
Анион-ное
95,10
-0,96
1,52
0,37
Пример 5
25%
Жидкость
Анион-ное
94,79
-0,84
3,60
1,29
Пример 6
28%
Жидкость
Анион-ное
95,43
-0,94
1,70
1,51
Сравнительный пример 3
33%
Жидкость
Неион-ное
94,39
-1,12
3,35
4,92
Сравнительный пример 4
50%
Жидкость
Неион-ное
92,65
-1,20
3,51
9,44
Как показано в таблице 2, использование жидких анионогенных фторсодержащих поверхностно-активных веществ в порошковых покрытиях по настоящему изобретению обеспечивает неожиданное улучшение грязеотталкивающих и маслоотталкивающих свойств по сравнению с другими типами неионогенных фторсодержащих поверхностно-активных веществ, что отражается в низком значении ΔE строительных панелей примеров 4-6 по сравнению со значением ΔE сравнительных примеров 3 и 4. Кроме того, введение жидких анионогенных фторсодержащих поверхностно-активных веществ с помощью способа по настоящему изобретению предотвращает комкование и ненадлежащее распределение фторсодержащего поверхностно-активного вещества в объеме предшественника, что подтверждается величиной ΔE для строительных панелей примеров 4-6, которая является такой же, если не ниже, чем величина ΔE для строительной панели примера 3, сформированной из фторсодержащего поверхностно-активного вещества. Результативное введение жидких фторсодержащих поверхностно-активных веществ в композицию порошкового покрытия противоречит ранее общепринятой концепции, в соответствии с которой следует исключать использование содержащих жидкость компонентов при формировании композиций порошкового покрытия, которые должны находиться в твердом состоянии при нанесении их на основу.
Протокол испытания на противобактериальную активность
[169]
Протокол испытания на противобактериальную активность использовали для приготовления и испытания образцов строительных панелей примеров 7-13, сравнительных примеров 5-11 и контролей 2-8. Каждый образец строительной панели готовили путем нанесения композиции порошкового покрытия поверх металлической основы размером 50 мм x 50 мм. Каждая из композиций порошкового покрытия включает смесь полимерной смолы предшественника, сшивающего реагента и окрашивающего вещества и содержит, по меньшей мере, 99% твердых веществ.
[170]
Композиция порошкового покрытия по настоящему изобретению (то есть, примеры 7-13) включает противомикробную композицию из 7 массовых частей бората цинка и 0,1 массовых частей 2-(4-тиазолил)бензимидазола на 100 частей суммарной композиции порошкового покрытия. Композиция порошкового покрытия сравнительных примеров 5-11 не включает противомикробную композицию по настоящему изобретению, но включает противомикробную композицию из нитрата серебра. Композиция порошкового покрытия контрольных примеров 2-8 не включала противомикробной композиции.
[171]
После нанесения на металлическую основу, каждую композицию порошкового покрытия нагревали выше температуры отверждения, что приводило к реакции полимерной смолы предшественника со сшивающим реагентом и образованию сшитого порошкового покрытия.
[172]
Проводили несколько испытаний для оценки противобактериальной активности сшитых порошковых покрытий. Каждое испытание включало суммарно три чашки Петри, при этом первая чашка Петри содержала один из образцов строительной панели по изобретению (то есть, один из образцов панелей примеров 7-13), вторая чашка Петри содержала один из образцов сравнительных строительных панелей (то есть, один образцов панелей сравнительных примеров 5-11), и третья чашка Петри содержала один из образцов контрольных строительных панелей (то есть, один из образцов контролей 2-8). В каждую чашку Петри вводили бактерии при конкретной концентрации, затем накрывали стерильным пластиком для распределения инокулята равномерно по поверхности каждого образца. Образцы инкубировали при 35°C и относительной влажности 90%. Концентрацию бактерий определяли в каждой чашке Петри в начальный момент времени (t=0) и затем после истечения заданного периода времени 24 часа (t=24).
[173]
После истечения периода времени 24 часа, подсчитывали и регистрировали бактериальные колонии на каждом испытуемом образце. Рассчитывали величину противомикробной активности для каждого образца по приведенной ниже формуле и регистрировали в форме log уменьшения следующим образом:
90% уменьшение=1 log уменьшения (то есть, уменьшение от 1000000 до 100000 равно 1 log уменьшения)
99% уменьшение=2 log уменьшения (то есть, уменьшение от 1000000 до 10000 равно 2 log уменьшения)
99,9% уменьшение=3 log уменьшения (то есть, уменьшение от 1000000 до 1000 равно 3 log уменьшения)
99,99% уменьшение=4 log уменьшения (то есть, уменьшение от 1000000 до 100 равно 4 log уменьшения)
99,999% уменьшение=5 log уменьшения (то есть, уменьшение от 1000000 до 10 равно 5 log уменьшения)
[174]
Характеристику противомикробных покрытий нормализовали в показатель противобактериальной активности ("R"), который рассчитывали по следующей формуле:
R=(U
- U
) -(A
- U
)=U
- A
t
o
t
o
t
t
[175]
где
R: противомикробная активность
o
U: средняя величина логарифма числа жизнеспособных бактерий в случае контроля при t=0
Ut: средняя величина логарифма числа жизнеспособных бактерий в случае контроля при t=24
t
A: средняя величина логарифма числа жизнеспособных бактерий в случае испытуемого образца при t=24
[176]
В настоящем изобретении считают, что противомикробное покрытие обладает противобактериальным действием, если противобактериальная активность составляет величину 2,0 или более. В изобретении приводятся результаты испытаний для каждого вида бактерий.
[177]
Противобактериальная активность в отношении золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus)
[178]
5
Испытание с целью оценки активности противбактерий золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) проводили при исходной концентрации бактерий 9,7×10 КОЕ/мл. Результаты первого испытания при использовании золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) представлены ниже в таблице 3.
Таблица 3
Золотистый стафилококк(Staphylococcus aureus)
Пример 7
Сравнительный пример 5
Контроль 2
Средняя величина Log числажизнеспособных бактерий через 24 часа
-0,20
3,74
4,57
Величина R
4,77
0,83
-
Уменьшение числа бактерий
99,99%
85%
-
[179]
Противомикробное покрытие по настоящему изобретению (пример 7) характеризовалось 99,99% уменьшением бактериальных колоний, давая в результате величину R, равную 4,77, что значительно выше пороговой величины 2,0 для противобактериальной активности в отношении бактерия Staphylococcus aureus. Сравнительное противомикробное покрытие (сравнительный пример 5) характеризовалось только 85% уменьшением, давая в результате величину R, равную 0,83, что значительно ниже пороговой величины 2,0.
[180]
5
Испытание на активность в отношении бактерий Staphylococcus aureus повторяли при более низкой исходной концентрации бактерий 7,5×10 КОЕ/мл. Результаты представлены в таблице 4.
Таблица 4
Золотистый стафилококк(Staphylococcus aureus NCTC# 10442)
Пример 8
Сравнительный пример 6
Контроль 3
Средняя величина Log числажизнеспособных бактерий через 24 часа
-0,20
3,77
5,26
Величина R
5,26
1,49
-
Уменьшение числа бактерий
99,99%
97%
-
[181]
Противомикробное покрытие по настоящему изобретению (пример 8) снова характеризовалась противобактериальной активностью вплоть до 99,99% уменьшения, давая в результате величину R, равную 5,26, в отношении бактерий Staphylococcus aureus.Сравнительное противомикробное покрытие (сравнительный пример 6) характеризовалось только 97% уменьшением, давая в результате величину R, равную 1,49, что ниже пороговой величины 2,0.
[182]
Противобактериальная активность в отношении кишечной палочки (Escherichia coli)
[183]
5
Испытание для оценки активности против бактерийкишечной палочки (Escherichia coli) проводили при исходной концентрации бактерий 7,2×10 КОЕ/мл. Результаты представлены в таблице 5.
Таблица 5
Кишечная палочка(E.coli ATCC #8739)
Пример 9
Сравнительный пример 7
Контроль 4
Средняя величина Log числажизнеспособных бактерий через 24 часа
-0,20
-0,20
2,67
Величина R
2,87
2,87
-
Уменьшение числа бактерий
99,8%
99,8%
-
[184]
.
При этой концентрации, противомикробное покрытие по настоящему изобретению (пример 9), а также сравнительное покрытие (сравнительный пример 7), оба характеризовались вплоть до 99,8% уменьшения бактериальных колоний, давая в результате величину R, равную 2,87, что выше пороговой величины 2,0, для противобактериальной активности в отношении бактерий Escherichia coli
[185]
5
Испытание на активность против бактерий Escherichia coliповторяли при более высокой исходной концентрации бактерий 7,6×10 КОЕ/мл. Результаты представлены в таблице 6.
Таблица 6
Кишечная палочка(E.coli NCTC #12900
Пример 10
Сравнительный пример 8
Контроль 5
Средняя величина Log числа жизнеспособных бактерий через 24 часа
-0,20
5,68
6,06
Величина R
6,26
0,39
-
Уменьшение числа бактерий
99,99%
58%
-
[186]
Противомикробное покрытие по настоящему изобретению (пример 10) характеризовалось вплоть до 99,99% уменьшения бактериальной активности, давая в результате величину R, равную 6,26, против бактерий Escherichia coli. Однако, сравнительное противомикробное покрытие (сравнительный пример 8) характеризовалось только 58% уменьшением, давая в результате величину R, равную 0,39, что значительно ниже пороговой величины 2,0 R.
[187]
Противобактериальная активность в отношении восковой бациллы (Bacillus cereus)
[188]
5
Испытание по оценке активности против бактерий восковой бациллы (Bacillus cereus) проводили при исходной концентрации бактерий 4,1×10 КОЕ/мл. Результаты представлены в таблице 7.
Таблица 7
Восковая бацилла(B. cereus NCTC #11143)
Пример 11
Сравнительный пример 9
Контроль 6
Средняя величина Log числажизнеспособных бактерий через 24 часа
2,64
4,35
4,95
Величина R
2,31
0,60
-
Уменьшение числа бактерий
99,5%
75%
-
[189]
.
Противомикробное покрытие примера 11 характеризовалось вплоть до 99,5% уменьшением бактериальных колоний, давая в результате величину R, равную 2,31, что выше пороговой величины 2,0, для противобактериальной активности в отношении бактерий Bacillus cereus Сравнительное противомикробное покрытие (сравнительный пример 9) характеризовалось только 75% уменьшением, давая в результате величину R, равную 0,6, что значительно ниже пороговой величины 2,0.
[190]
Противобактериальная активность в отношении акинетобактерии Баумана (Acinetobachter baumannii)
[191]
5
Испытание по оценке активности против акинетобактерий Баумана (Acinetobachter baumannii) проводили при исходной концентрации бактерий 9,2×10 КОЕ/мл. Результаты представлены в таблице 8.
Таблица 8
Акинетобактерия Баумана (NCTC #12156)
Пример 12
Сравнительный пример 10
Контроль 7
Средняя величина Log числажизнеспособных бактерий через 24 часа
-0,20
1,62
5,82
Величина R
6,02
4,20
-
Уменьшение числа бактерий
99,99%
99,99%
-
[192]
.
Оба противомикробное покрытие по настоящему изобретению (пример 12) и сравнительное покрытие (сравнительный пример 10) характеризовались вплоть до 99,99% уменьшения бактериальных колоний. Однако, при величине R, равной 6,02, противомикробное покрытие по настоящему изобретению снова превосходило по активности сравнительное противомикробное покрытие, которое характеризовалось величиной R, равной 4,2, против бактерий Acinetobachter baumannii
[193]
Противобактериальная активность в отношении клебсиеллы пневмонии (Klebsiella pneumoniae)
[194]
5
Испытание по оценке активности против бактерий клебсиеллы пневмонии (Klebsiella pneumoniae) проводили при исходной концентрации бактерий 6,4×10 КОЕ/мл. Результаты представлены в таблице 9.
Таблица 9
Клебсиелла пневмонии(K. pneumonia NCTC# 9633)
Пример 13
Сравнительный пример 11
Контроль 8
Средняя величина Log числажизнеспособных бактерий через 24 часа
-0,20
0,19
4,24
Величина R
4,44
4,05
-
Уменьшение числа бактерий
99,99%
99,99%
-
[195]
.
Оба противомикробное покрытие по настоящему изобретению (пример 13) и сравнительное покрытие (сравнительный пример 11) характеризовались вплоть до 99,99% уменьшения бактериальных колоний. Однако, при величине R, равной 4,44, противомикробное покрытие по настоящему изобретению превосходило по активности сравнительное противомикробное покрытие, которое характеризовалось величиной R, равной 4,05, против бактерий Klebsiella pneumoniae
[196]
Обобщенные результаты по противобактериальной активности
[197]
Обобщенные результаты по противобактериальной активности каждой строительной панели приведены в таблице 10.
Таблица 10
Концентрация(КОЕ/мл)
Примеры 7-13
Сравнительные примеры 5-11
Золотистый стафилококк(Staphylococcus aureus)
9,7×10<sup>5</sup>
Эффективная
Неэффективная
Золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus)
7,5×10<sup>5</sup>
Эффективная
Неэффективная
Кишечная палочка(Escherichia coli)
7,2×10<sup>5</sup>
Эффективная
Эффективная
Кишечная палочка(Escherichia coli)
7,6×10<sup>5</sup>
Эффективная
Неэффективная
Восковая бацилла(Bacillus cereus)
4,1×10<sup>5</sup>
Эффективная
Неэффективная
Акинетобактерия Баумана (Acinetobachter baumannii)
9,2×10<sup>5</sup>
Эффективная
Эффективная
Клебсиелла пневмонии(Klebsiella pneumoniae)
6,4×10<sup>5</sup>
Эффективная
Эффективная
[198]
Как показано в таблице 10, противомикробная добавка по настоящему изобретению придает порошковым покрытиям высокоэффективную устойчивость к воздействию широкого спектра бактерий при различных их концентрациях, в то время как сравнительная противомикробная добавка оказывает воздействие только в отношении избранного вида бактерий, и сравнительная противомикробная добавка оказывает воздействие в отношении этих избранных бактерий при их концентрациях в ограниченном диапазоне.
[199]
Протокол испытания на активность против плесени
[200]
Протокол испытания на активность против плесени использовали для приготовления и испытания образцов строительных панелей примеров 14, 15, сравнительного примера 12 и контрольного примера 9. Каждый образец строительной панели готовили путем нанесения композиции порошкового покрытия поверх металлической основы размером 76 мм x 102 мм. Каждая из композиций порошкового покрытия содержит, по меньшей мере, 99% твердых веществ и включает смесь полимерной смолы предшественника, сшивающего реагента и окрашивающего вещества.
[201]
Композиция порошкового покрытия по настоящему изобретению (то есть, примеры 14 и 15) включает противомикробную композицию из 7 массовых частей бората цинка и 0,1 массовых частей 2-(4-тиазолил)бензимидазола на 100 частей суммарной композиции порошкового покрытия. Композиция порошкового покрытия сравнительного примера 12 не включает противомикробную композицию по настоящему изобретению, но включает противомикробную композицию из нитрата серебра. Композиция порошкового покрытия контрольного примера 9 не включала противомикробной композиции.
[202]
Каждый образец помещали в камеру для испытаний, которая содержала почву с посеянными спорами грибков, которым создавали условия для роста. В частности, в почву высевали споры Aspergillus niger (ATCC# 6275), Penicillium citrinum (ATCC# 9849) и Aureobasidium pullulans (ATCC# 9348). В камере поддерживали комнатную температуру (32,5 ± 1°C) и относительную влажность 95 ± 3% в течение одной недели. По истечению этого периода, каждый образец удаляли из камеры для испытаний и проводили наблюдение. Фиксировали и измеряли величину поражения поверхности, вызванного образованием плесени как на передней, так и на задней основных поверхностях. Степень поражения оценивали по бальной шкале, приведенной в таблице 11.
Таблица 11
Оценка в баллах
Определение
10
Поражение отсутствует
9
90% чистый (1-10% поражено)
8
80% чистый (11-20% поражено)
7
70% чистый (21-30% поражено)
6
60% чистый (31-40% поражено)
5
50% чистый (41-50% поражено)
4
40% чистый (51-60% поражено)
3
30% чистый (61-70% поражено)
2
20% чистый (71-80% поражено)
1
10% чистый (81-90% поражено)
0
0% чистый (91-100% поражено)
[203]
По истечении каждой недели, фиксировали поражение каждого образца, а также контрольных образцов, которые содержали нанесенные на основу порошковые покрытия, но не включали противомикробной композиции. Результаты эксперимента приведены ниже в таблице 12.
Таблица 12
Неделя 1
Неделя 2
Неделя 3
Неделя 4
Пример 14
10/10
10/10
10/10
10/10
Пример 15
10/10
10/10
10/10
10/10
Сравнительный пример 12
10/10
10/10
10/10
10/10
Контроль 9
10/10
10/10
10/10
10/10
[204]
Как показано в таблице 12, композиция противомикробного покрытия в достаточной степени проявляет активность против роста плесени в течение 4 недель при сравнении с другими порошковыми покрытиями.