СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОДЛОЖКЕ
METHOD OF PRODUCING MULTILAYER COATING ON METAL SUBSTRATE

Настоящее изобретение относится к новому способу получения многослойного покрытия на металлической подложке, а также к многослойному покрытию, полученному с помощью указанного способа. Многослойное покрытие делает возможным превосходнуюпогодоустойчивость в широком диапазоне климатических условий. В частности, оно делает возможной превосходную коррозионную стойкость и стойкость к солнечному излучению. Следовательно, способ получения многослойного покрытия, а также само многослойное покрытие очень хорошо подходят для изготовления погодоустойчивых элементов в области архитектуры, например, конструкционных элементов. Новый способ может преимущественно осуществляться посредством нанесения рулонного покрытия, то есть индивидуальные слои многослойного покрытия могут преимущественно наноситься посредством нанесения рулонного покрытия. После изготовления такого многослойного рулонного покрытия, рулон может разворачиваться в любой момент времени и разрезаться и формироваться в виде индивидуальных элементов необходимых для изготовления, например, конструкционных элементов.
Уровень техники
Множество износостойких органических рулонных покрытий на металлических подложках, которые используются в области архитектуры, получают гарантию, что они поддерживают внешний вид с отделкой в течение всего срока службы продукта. Однако эта гарантия обычно ограничивается определенными географическими положениями из-за рабочих характеристик системы покрытия в результате изначальных недостатков. Этот климатический недостаток уменьшает ожидаемый срок службы суперизносостойкой системы. Например, слои покрытий из поливинилхлоридного (PVC) пластизоля имеют превосходные свойства УФ и коррозионной устойчивости и включаются в гарантии до 40 лет в таких регионах, как северная Европа. Однако использование PVC пластизолей становится ограниченным в более теплом климате, например, в южной Европе и, в частности, в областях с продолжительными высокими температурами, таких как Ближний Восток, Северная Африка, и тому подобное. В противоположность этому, типичные термоотверждаемые и/или термопластичные слои покрытий имеют исключительные свойства УФ и термической стойкости и поэтому превосходно подходят для климата с высоким уровнем УФ излучения и для жаркого климата. Однако такие термоотверждаемые и/или термопластичные покрытия имеют более ограниченную стойкость в регионах с высоким содержанием влажности, таких как прибрежные области и области с частыми дождями, что приводит к более высоким уровням коррозии и к образованию пузырьков.
Различные многослойные системы существуют и разрабатываются в попытке сведения к минимуму одного конкретного недостатка, например, низкой коррозионной стойкости. Однако по-прежнему существует необходимость в системах, которые адекватно объединяют ведущую технологию коррозионной стойкости покрытий PVC пластизолей с УФ и термической стойкостью термоотверждаемых и/или термопластичных покрытий в промышленности архитектурных рулонных покрытий. Существующие технологии, которые объединяют PVC пластизоли с термоотверждаемыми и/или термопластичными покрытиями, такими как акриловые соединения, не соответствуют ожиданиям продолжительности срока службы для архитектурной промышленности.
Проблема и ее техническое решение
Соответственно, проблема, решаемая с помощью настоящего изобретения, заключается в нахождении способа получения многослойного покрытия на металлической подложке, который дает в результате многослойное покрытие, которое обеспечивает превосходную погодоустойчивость в широком диапазоне климатических условий. В частности, многослойное покрытие должно объединять превосходную коррозионную стойкость с высокими свойствами УФ и термической стойкости. Кроме того, многослойное покрытие должно также предлагать дополнительные технические преимущества, такие как возможность гравировки покрытия с помощью декоративной структуры или фирменного логотипа, или делать возможными такие особенности, как пригодность для использования в контакте с питьевой водой, повышенная огнестойкость и специальные оптические эффекты. С помощью этих средств, было бы возможным изготовление металлической подложки с многослойным покрытием, которая очень хорошо подходит для изготовления погодоустойчивых элементов, например, в области архитектуры, например, конструкционных элементов.
Обнаружено, что упомянутые проблемы решаются с помощью нового способа получения многослойного покрытия на металлической подложке, включающего, в заданном порядке,
(1) получение слоя покрытия из поливинилхлоридного пластизоляна металлической подложке, включающее нанесение материала поливинилхлоридного пластизоля на металлическую подложку,
(2) получение термоотверждаемого и/или термопластичного слоя отделочного покрытия непосредственно на слое поливинилхлоридного пластизоля, включающее нанесение термоотверждаемого и/или термопластичного материала покрытия непосредственно на слой поливинилхлоридного пластизоля,
отличающегося тем, что,
как материал поливинилхлоридного пластизоля, так и термоотверждаемый и/или термопластичный материал покрытия содержат слоистый двойной гидроксид.
Рассмотренный выше способ также упоминается ниже как способ по настоящему изобретению, и он, соответственно, составляет часть предмета настоящего изобретения. Предпочтительные варианты осуществления способа по настоящему изобретению можно найти в описании, которое следует ниже, и в зависимых пунктах формулы изобретения.
Кроме того, настоящее изобретение предлагает многослойное покрытие, которое получают с помощью способа по настоящему изобретению.
Способ по настоящему изобретению делает возможным изготовление многослойных покрытий, обладающих превосходной погодоустойчивостью в широком диапазоне климатических условий, в частности, имеющих превосходную коррозионную стойкость и стойкость к солнечному излучению.
Подробное описание
Прежде всего, будут объясняться некоторые термины, используемые в настоящем изобретении.
Нанесение материала покрытия, например, материала поливинилхлоридного пластизоля, на подложку, понимается следующим образом. Соответствующий материал покрытия наносится таким образом, что слой покрытия, полученный из него, располагается на подложке, но не должен обязательно находиться в непосредственном контакте с подложкой. Например, другие слои также могут располагаться между слоем покрытия и подложкой. Например, на стадии (1) способа по настоящему изобретению получается слой покрытия из поливинилхлоридного пластизоля на металлической подложке, но другие слои подобные конверсионному покрытию, такому как цинк-фосфатное покрытие, и/или типичный слой материала грунтовки, могут располагаться между подложкой и слоем покрытия из пластизоля.
Такой же принцип применяется к нанесению материала покрытия (b) на слой покрытия (A), полученный с помощью другого материала покрытия (a), или для получения слоя покрытия (B) на другом слое покрытия (A), расположенном, например, на металлической подложке. Слой покрытия (B) не должен обязательно находиться в контакте со слоем покрытия (A), но должен только располагаться поверх него, то есть на стороне слоя покрытия (A), направленной от металлической подложки.
В противоположность этому, нанесение материала покрытия непосредственно на подложку понимается следующим образом. Соответствующий материал покрытия наносится таким образом, что слой покрытия, полученный из него, располагается на подложке и находится в непосредственном контакте с подложкой. Таким образом, более конкретно, не располагается других слоев между слоем покрытия и подложкой. Разумеется, это относится и к нанесению материала покрытия (b) непосредственно на слой покрытия (A), полученный с помощью другого материала покрытия (a), или к получению слоя покрытия (B) непосредственно на другом слое покрытия (A), расположенном, например, на металлической подложке. В этом случае, два слоя покрытия находятся в непосредственном контакте, то есть располагаются непосредственно один поверх другого. Более конкретно, между слоями покрытия (A) и (B) нет никакого другого слоя.
В контексте настоящего изобретения, "отверждение", как понимается, имеет значение обычное для специалиста в данной области в связи со способами получения многослойных покрытий.
Соответственно, отверждение слоя покрытия, как понимается, означает преобразование такого слоя в состояние готовое для использования, то есть в состояние, в котором подложка, снабженная соответствующим слоем покрытия, может транспортироваться, храниться и использоваться по назначению. Более конкретно, отвержденный слой покрытия больше не является мягким или липким, но кондиционируется как твердый слой покрытия, который не подвергается дополнительному значительному изменению по своим свойствам, таким как твердость или адгезия на подложке, даже при дальнейшем экспонировании для условий отверждения, как описано ниже.
Как хорошо известно, материалы покрытий могут в принципе отверждаться физически и/или химически, в соответствии с присутствующими компонентами, такими как связующие и агенты для поперечной сшивки. В случае химического отверждения, будет описано термохимическое отверждение. Если материал покрытия является термохимически отверждаемым, оно может представлять собой поперечную самосшивку и/или внешнюю поперечную сшивку. Утверждение, что материал покрытия является поперечно самосшиваемым и/или внешне поперечно сшиваемым, в контексте настоящего изобретения должно, как понимается, означать, что этот материал покрытия содержит полимеры в качестве связующих и, необязательно, агенты для поперечной сшивки, которые могут соответствующим образом поперечно сшиваться друг с другом посредством химической реакции химически активных функциональных групп. Энергия активации для этих химических реакций может обеспечиваться с помощью тепловой энергии, например, посредством нагрева. Лежащие в основе механизмы и пригодные для использования связующие и агенты для поперечной сшивки описаны ниже более подробно. Такие термохимически отверждаемые материалы называют также термоотверждаемыми материалами покрытий.
В контексте настоящего изобретения, "физически отверждаемый" или термин "физическое отверждение" означает образование слоя отвержденного покрытия, например, посредством взаимного переплетения полимерных цепей в полимерных растворах и/или объединения и слияния полимерных частиц в полимерных дисперсиях подобных органозолям или гидрозолям, при этом указанное взаимное переплетение и/или объединение и слияние обычно сопровождается испарением растворителя. Часто, физическое отверждение запускается или усиливается посредством нагрева материала покрытия, например, для выпаривания растворителей.
Как описано, физическое отверждение может включать различные средства и механизмы. Однако физическое отверждение само по себе не включает химической реакции химически активных функциональных групп связующих и необязательных агентов для поперечной сшивки.
Например, процесс отверждения материалов поливинилхлоридного пластизоля также представляет собой процесс физического отверждения. Как известно, материалы пластизолей представляют собой суспензии частиц термопластичного полимера в жидких пластификаторах, при этом полимер практически не будет растворяться в пластификаторах при умеренных температурах подобных комнатной температуре, то есть при температуре, например, от 15°C до 30°C. Однако когда пластизоли достаточно нагреваются, пластификаторы диффундируют в диспергированные частицы полимера, где они проникают между макромолекулами и тем самым осуществляют пластификацию PVC пластизолей. При охлаждении, в результате получается стационарно пластифицированный твердый (ʺотвержденныйʺ) продукт, например, слой отвержденного PVC пластизоля.
Отверждение термопластичных материалов покрытий, например, материалов подобных термопластичным материалам покрытий из поливинилиденфторида также представляет собой процесс физического отверждения. Как правило, материалы покрытий из поливинилиденфторида приготавливают в виде органозолей, то есть дисперсий на основе поливинилиденфторида в органических растворителях. Опять же, отверждение такого материала не включает химической реакции функциональных групп, например, связующих полимеров, но включает механизмы процессов физического отверждения. Например, посредством нагрева термопластичного материала, термопластичные полимеры ожижаются и растворители выпариваются, при этом полимерные частицы объединяются, и образуется гомогенный слой, который отверждается при охлаждении, например, до комнатной температуры (20-25°C).
Разумеется, отверждение материалов покрытий, описываемых как химически отверждаемые, также всегда дает возможность осуществление физического отверждения. Тем не менее, такая композиция покрытия описывается в этом случае как химически отверждаемая.
Способ по настоящему изобретению
В способе по настоящему изобретению, формируется многослойное покрытие на металлической подложке.
Как известно, наиболее эффективные средства нанесения на металл покрытия с помощью органического защитного материала представляет собой непрерывный способ нанесения рулонного покрытия. В дальнейшем, способ нанесения рулонного покрытия будет описываться в общем виде.
Нанесение рулонного покрытия представляет собой непрерывный высокопроизводительный способ, который производит консистентный продукт по сравнению со способами последовательного нанесения покрытия. Нанесение рулонного покрытия делает возможным виды контроля, которые по существу невозможно осуществить с помощью большинства других способов покраски. Работа с плоским листом делает возможным превосходный контроль массы покрытия, как для предварительной обработки, так и для материала покрытия на полимерной основе. Например, в одном из непрерывных способов, рулон металла шириной до 2,6 метра, движущийся со скоростью 200 м/мин, разворачивается, и как верхняя, так и нижняя сторона очищаются, химически обрабатываются, покрываются грунтовкой, отверждаются в печи, покрываются отделочным покрытием, опять отверждаются в печи (это способ может повторяться для множества слоев покрытия), повторно сворачивается и упаковывается для транспортировки.
Нанесение рулонного покрытия представляет собой специальную форму нанесения покрытия валиком и, в редких случаях, нанесения покрытия распылением и нанесения покрытия обливом на полосы (рулоны) металла с помощью жидких материалов покрытий. Оно представляет собой непрерывный способ. Все стадии работы, такие как очистка, предварительная обработка, нанесение покрытия и отверждение, и тому подобное, могут осуществляться в одну операцию на одной линии. Схематически, нанесение рулонного покрытия охватывает следующие стадии: рулоны различного сортамента, различной ширины и длины вводятся на линию в непрерывном способе на основе требований конечного пользователя к рулону.
Рулоны сшиваются вместе с помощью средств механической сшивки, хотя используются и другие способы, такие как сварка и адгезивы. Перед нанесением покрытия, полосу предпочтительно предварительно обрабатывают соответствующим образом. Эффективная предварительная обработка подложки может играть жизненно важную роль в обеспечении совместимости между подложкой и наносимым материалом органического покрытия, для обеспечения того, что получатся оптимальные характеристики адгезии и коррозионной стойкости этого слоя покрытия. Способ предварительной обработки обычно начинается с соответствующей стадии очистки, где, как правило, вращающаяся щетка (или множество щеток) удаляют любую локальную коррозию с поверхности металлической подложки, с последующим тщательным нанесением щелочного чистящего средства, используемого для удаления органических загрязнений, например, с цинковых и стальных подложек. Очистка щелочью может также использоваться для алюминиевых подложек, хотя может также использоваться кислотная очистка. Остающийся чистящий раствор удаляется с поверхности с использованием стадии промывки. Типичные стадии промывкивключают множество секций промывки, как правило, в реверсивной каскадной системе, при этом свежая вода вводится в конечную ступень промывки, затем она вводится в предыдущий промывочный бак, и так далее. Можно также обойтись без предварительной обработки с промывкой, при этом остатки чистящих веществ удаляются с поверхности с помощью отжимного резинового валика. После очистки и промывки, обычно, подложка затем подвергается химической предварительной обработке. Для системы с промывкой, будут применяться способы с распылением или погружением, с последующим применением резиновых валиков, промывкой и сушкой. Для системы без промывки, предварительная обработка может осуществляться с использованием нанесения распылением или окунанием, а затем резиновых валиков или валков для нанесения покрытий (часто называемых химическим коутером или химкоутером). В этом случае, следующей далее промывки не требуется. Этот тип системы имеет преимущество для окружающей среды благодаря отсутствию загрязняющего эффлюента. Для предварительной обработки доступно множество конверсионных покрытий, включая, но, не ограничиваясь этим, фосфаты, хроматы, железа или цинка, системы, не содержащие хрома и/или тяжелых металлов, но системы без промывки, как правило, основываются на хроматах или на химическом механизме, не содержащем хрома и/или тяжелых металлов.
После нанесения средства для предварительной обработки и сушки (отверждения), как правило, полоса поступает в помещение для нанесения покрытия, где наносится грунтовка, обычно, на обе стороны листа. После сушки и отверждения грунтовки, второй коутер часто наносит отделочное покрытие. Почти во всех случаях, способ нанесения покрытия осуществляется с использованием валков для нанесения покрытий, где ряд валков переносит жидкий материал покрытия на поверхность полосы. В некоторых применениях (то есть для помещений или в других применениях с низкими требованиями к коррозионным характеристикам), требуется только один слой покрытия.
Валки для нанесения покрытий могут конфигурироваться с использование различных количеств валков, в зависимости от типа материала покрытия и от того, как он течет (с точки зрения его вязкости или реологии). Однако, во всех случаях, тонкая пленка влажного материала покрытия формируется на накатном валике, который затем осаждает его на поверхности движущейся полосы. Тщательный контроль толщины пленки краски, скорости накатного валика и размера зазора между накатным валиком и полосой дают очень хороший контроль пленки покрытия (слоя покрытия), сформированного на полосе.
Когда во время нанесения рулонного покрытия наносятся два или более материалов покрытий, это осуществляется на линии, конфигурируемой соответствующим образом, в которой две или более станций для нанесения и, при необходимости, станций отверждения соединяются последовательно. Альтернативно, после нанесения и отверждения первого материала покрытия, например, PVC пластизоля, рулон с покрытием опять сворачивается, а затем снабжается на одной или на обеих сторонах вторым, третьим, и так далее, материалами покрытий на второй, третьей, и так далее, линии нанесения рулонного покрытия.
Хотянанесение покрытия валиком в настоящее время представляет собой наиболее распространенное средство нанесения материала покрытия в способе нанесения рулонного покрытия, имеются и другие технологии, некоторые из них приняты в настоящее время, а другие опробуются, но не обязательно осуществляются коммерчески. Эти технологии включают: нанесение порошкового покрытия - технологию, широко используемую для нанесения покрытия на предварительно сформованные объекты, но она может также использоваться для нанесения покрытия на полосу металла. Нанесение покрытия поливом - которое представляет собой бесконтактную технологию, где материал покрытия вводится на движущуюся полосу в виде завесы, с использование силы тяжести для введения непрерывной завесы. Блочное нанесение покрытия - которое использует твердый блок полимера, который размазывается по поверхности полосы. Нанесение распылением - как широко используется в автомобильной промышленности для напыления покрытия на поверхность. Это ламинирование пленки, которое широко используется в течение многих лет для получения разнообразных различных отделочных покрытий с помощью нанесения экструдированного ламината, который вводится из валика и прилипает к полосе. Это совместное ламинирование, то есть гибрид нанесения покрытия и ламинирования.
Сушка и отверждение, соответственно, осуществляется, когда подложка с покрытием из влажного материала покрытия поступает в печь, в которой слой покрытия сначала сушится для удаления летучих элементов, таких как растворители, а затем отверждается при высокой температуре, в течение до 60 секунд.
В контексте настоящего изобретения, сушка или промежуточная сушка, таким образом, как понимается, означает испарение или предоставление возможности для испарения органических растворителей и/или воды в материале покрытия, нанесенном при получении системы слоев покрытий, обычно, при температуре повышенной по сравнению с температурой окружающей среды. При операции промежуточной сушки, нанесенный материал покрытия будет, таким образом, терять долю органических растворителей и/или воды. Относительно конкретного материала покрытия, это, как правило, представляет собой случай, когда промежуточная сушка, по сравнению с отверждением, имеет место, например, при более низкой температуре и/или в течение более короткого периода времени. Следовательно, сушка или промежуточная сушка не дает слой покрытия в состоянии готовом для использования, то есть в состоянии отвержденного слоя покрытия, как описано выше. Соответственно, отверждение четко разграничивается с операциями сушки или промежуточной сушки.
Профиль сушки и отверждения представляет собой скорость нагрева и охлаждения внутри печи, и он должен тщательно подбираться к типу материала покрытия, чтобы сделать возможным удаление растворителя, не вызывая образования пузырьков. Для обеспечения отверждения в слое покрытия, важно, чтобы нагревалась скорее металлическая подложка, чем воздух вокруг нее. Пиковая температура металла (PMT) представляет собой максимальную температуру, которую металл может достичь, когда он проходит через печь. Большинство органических материалов покрытий отверждаются в диапазоне от 200 до 250°C. Для достижения PMT, температура в печи, как правило, чуть выше. Когда полоса покидает печь, она охлаждается с закалкой либо на воздухе, либо в воде. Гравированный валик может применяться перед закалкой толстопленочных покрытий подобных пластизолю для нанесения на поверхность гравировки, пока термопластичное покрытие все еще является относительно мягким.
Наиболее распространенная технология сушки и отверждения представляет собой использование газовых печей, либо для конвекционного, либо для флотационного отверждения. При обычном термическом нанесении рулонного покрытия, покрытие экспонируется для температур воздуха, достигающих 400°C, которые постепенно прогревают покрытие и рулон металла. Как правило, для полного отверждения жидкого материала покрытия необходимы пиковые температуры металла в пределах между 200 и 250°C и время пребывания от 20 до 30 секунд. Подвод тепла осуществляется от газовых горелок, расположенных внутри самой печи, или от инсинератора, или от их сочетания. Печи, как правило, разделяются на некоторое количество зон, где температуры могут контролироваться индивидуально. Достижение постепенного увеличения температуры (например, определенного профиля сушки и отверждения) делает возможным удаление растворителей до формирования отвержденной кожицы на поверхности нанесенного материала покрытия, то есть слоя покрытия. В этих печах необходимы сильные потоки воздуха для удаления испаренного растворителя из печи и для обеспечения того, что концентрация остается ниже нижнего предела взрываемости (LEL). Если концентрация растворителя внутри печи превышает LEL, существует потенциал для поддерживаемого взрыва. Однако ниже этого предела топлива недостаточно для продолжения взрыва в присутствии искры. Этот большой объем нагруженного растворителем горячего воздуха обрабатывается в инсинераторе, как для ограничения любого воздействия на окружающую среду, так и для доведения до максимума энергетической эффективности способа.
Существуют альтернативные способы отверждения, такие как технологии электрического отверждения и радиационного отверждения. Электрическое отверждение включает такие технологии как индукционное отверждение или инфракрасное отверждение. Индукционное отверждение работает посредством нагрева металлической подложки при прохождении полосы металла через магнитное поле, которое индуцирует электрические токи в полосе, и, посредством сопротивления, тепловой эффект. Отверждение в ИК и ближней ИК области нагревает только слой покрытия, но не металлическую подложку или окружающий воздух. Следовательно, они могут быть еще более энергетически эффективными, чем предыдущие описанные технологии отверждения. Теплоперенос является очень быстрым, так что общие времена отверждения могут быть меньше чем 5 секунд, для малой толщины слоя покрытия, и необходимы только короткие печи. Радиационное отверждение включает такие технологии как УФ отверждение или отверждениеэлектронным пучком. УФ-отвержденные покрытия основываются на фотоинициаторе и на химически активных мономерах. Экспонирование слоя покрытия для концентрированного источника УФ заставляет фотоинициаторы разлагаться с образованием свободных радикалов, которые инициируют цепную реакцию между химически активными мономерами, с образованием, как следствие, более длинных полимерных цепей. При отверждении электронным пучком (EB), энергия для инициирования реакций полимеризации и поперечной сшивки доставляется электронным пучком с высокой энергией. В этом случае, фотоинициатора не требуется, и высокая энергия электронного пучка может проникать в более толстые слои покрытий, и на процесс не действует пигментация.
После того как слой покрытия полностью отверждается и закаляется, полоса проходит затем через выходной коллектор, опять же, для поддержания непрерывности способа, перед тем, как она режется и сворачивается до размеров, удобных для потребителя.
Поскольку обработка металлической подложки с покрытием не имеет места до окончания операции нанесения покрытия, полученные в результате покрытия должны иметь исключительно высокую механическую целостность. Рулоны с покрытием используются в области архитектуры, на месте, для изготовления элементов кровли и стен, дверей, для изоляции труб, роликовых ставен или оконных профилей, в области транспортных средств, для изготовления панелей для фургонов или кузовов грузовых автомобилей, и в области домашнего хозяйства, для изготовления профилированных элементов для стиральных машин, посудомоечных машин, морозилок или ледников.
Из приведенных выше замечаний следует, что способ по настоящему изобретению предпочтительно представляет собой способ нанесения рулонного покрытия, то есть, по меньшей мере, слой поливинилхлоридного пластизоля и термоотверждаемый и/или термопластичный слой отделочного покрытия получают посредством нанесения рулонного покрытия.
Это означает, что система по настоящему изобретению конструируется с возможностью получения за один проход продукта для использования на традиционных линиях для нанесения рулонного покрытия, которые состоят из устройств для стандартного нанесения с помощью валков, для нанесения покрытий и обычного отверждения с помощью газовой печи. Чтобы дать возможность системе по настоящему изобретению для нанесения покрытия за один проход через линию для нанесения покрытия, все слои разрабатываются с возможностью альтернативных технологий нанесения и отверждения, таких, например, как способы электрического отверждения или технологии нанесения распылением или с помощью контактной печати, и тому подобное
Пригодные для использования металлические подложки включают, в принципе, подложки, содержащие, например, железо, алюминий, медь, цинк, магний и их сплавы, и сталь, в широком наборе различных форм и композиций, или состоящие из них.
Поскольку способ по настоящему изобретению предпочтительно осуществляется посредством нанесения рулонного покрытия, предпочтительные металлы представляют собой все такие металлы, из которых можно формировать рулоны способные выдерживать механические, химические и тепловые стрессы при нанесении рулонного покрытия. Самые предпочтительные металлы включают металлы на основе алюминия или железа. В случае железа, особенной пригодностью обладают холоднокатаные стали, электролитически гальванизированные стали, стали, гальванизированные погружением в горячем состоянии, или нержавеющие стали.
В соответствии с приведенными выше утверждениями, металлические подложки предпочтительно имеют форму полос, например, стальных полос. Разумеется, эти полосы могут размещаться в виде рулонов, которые разворачиваются непосредственно перед нанесением материалов покрытий, что является стандартом в способах нанесения рулонных покрытий. Полосы или полосы, свернутые в рулоны, предпочтительно имеют толщину от 200 микрометров до 2 миллиметров.
Перед стадией (1) способа по настоящему изобретению, металлические подложки предпочтительно предварительно обрабатываются способом, известным сам по себе и описанным выше, то есть, например, очищаются и снабжаются слоями известных конверсионных покрытий, наносимых непосредственно на металлическую подложку. Иллюстративные конверсионные слои представляют собой конверсионные слои на основе титана и/или циркония, предпочтительно, не содержащие шестивалентного хрома. Соответствующие массы покрытия составляют, например, от 2 до 10 мг покрытия на квадратный метр металлической поверхности.
Также, перед стадией (1) способа по настоящему изобретению и после указанной выше предварительной обработки, предпочтительно создается типичный слой материала грунтовки. В соответствии с указанными выше утверждениями, слой материала грунтовки предпочтительно создается непосредственно на слое конверсионного покрытия металлической подложки. Такие слои материалов грунтовки и соответствующие материалы грунтовок известны специалистам в данной области. В контексте настоящего изобретения, является предпочтительным, чтобы слой материала грунтовки получался посредством нанесения рулонного покрытия, в частности, чтобы материал грунтовки предпочтительно наносился посредством нанесения покрытия валиком. Подобным же образом, является предпочтительным, чтобы наносимый материал грунтовки (то есть слой материала грунтовки) отверждался перед стадией (1) способа по настоящему изобретению, при этом отверждение предпочтительно имеет место при пиковых температурах металла в пределах между 180 и 300°C, более предпочтительно, от 200 до 250°C, в течение периода от 10 до 300 секунд, более предпочтительно, от 20 до 120 секунд. Предпочтительный материал грунтовки представляет собой термопластичную грунтовку на акриловой основе, содержащую, в качестве компонента связующего, акриловую смолу, при этом материал грунтовки предпочтительно не содержит пигментов, содержащих шестивалентный хром.
Толщина слоя для отвержденного слоя грунтовки составляет, например, 3-30 микрометров, предпочтительно, 3-25 микрометров. Все толщины слоев покрытий, указанные в контексте настоящего изобретения, должны пониматься как толщины слоев сухого покрытия. Таким образом, если утверждается, что материал покрытия наносится при конкретной толщине покрытия, это должно как понимается, означать, что материал покрытия наносится таким образом, что сформулированная толщина получается в результате отверждения.
На стадии (1) способа по настоящему изобретению, получается слой поливинилхлоридного пластизоля на металлической подложке, при этом его получение включает нанесение материала поливинилхлоридного пластизоля на металлическую подложку.
Как описано выше, является предпочтительным, чтобы перед стадией (1), металлическая подложка снабжалась отвержденным слоем конверсионного покрытия и отвержденным слоем материала грунтовки. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, материал поливинилхлоридного пластизоля не наносится непосредственно на металлическую подложку, но наносится непосредственно на отвержденный слой материала грунтовки, полученный перед стадией (1).
Как известно, PVC пластизоли представляют собой коллоидные дисперсии PVC, которые могут быть получены посредством эмульсионной или микросуспензионной полимеризации вместе с пластификатором. Когда PVC пластизоли нагреваются, пластификаторы диффундируют в диспергированные полимерные частицы, где они проникают между макромолекулами и, следовательно, осуществляют пластификацию PVC пластизолей.
Следовательно, материал PVC пластизоля обязательно содержит, по меньшей мере, один полимер PVC и, по меньшей мере, один пластификатор.
Полимеры PVC предпочтительно присутствуют в виде частиц, имеющих распределение размеров частиц, которое может быть одномодальным или мультимодальным, в особенности, одномодальным. В случае одномодального распределения размеров частиц, размер частиц предпочтительно составляет от 10 до 100 микрометров, в частности, от 10 до 60 микрометров (значение D50, измеряется посредством лазерной дифракции согласно ISO 13320:2009).
Предпочтительные материалы PVC пластизолей содержат смесь, по меньшей мере, двух PVC полимеров (то есть гомополимеров) в дисперсии с пластификатором, при этом, по меньшей мере, один PVC полимер имеет размер частиц от 1 до 40 микрометров (D50) и демонстрирует, как дисперсия в пластификаторе, Ньютоновское течение, и где, по меньшей мере, один другой PVC полимер имеет размер частиц от 1 до 40 микрометров (D50) и демонстрирует, как дисперсия в пластификаторе, псевдопластичность.
Как известно, Ньютоновское течение означает, что вязкость в сдвиговом потоке PVC пластизоля остается постоянной, в то время как величина сдвига увеличивается.
Как также известно, псевдопластичность означает, что вязкость PVC пластизоля в сдвиговом потоке реагирует на увеличение величины сдвига посредством уменьшения.
Количество PVC гомополимеров в материалах PVC пластизолей, используемых по настоящему изобретению, может изменяться в широких пределах, и оно определяется требованиями конкретного случая. PVC пластизоли по настоящему изобретению, по отношению к их общему количеству, содержат, предпочтительно, от 40 до 80% масс, более предпочтительно, от 50 до 70% масс, и в частности, от 60 до 70% масс, по меньшей мере, одного PVC гомополимера.
PVC гомополимеры являются коммерческими продуктами и продаются, например, компанией Ineos, Norway, под торговым наименованием Pevikon, в частности, P1412, и Pevikon P709, и компанией Solvay, Belgium, под торговым наименованием Solvin, в частности, 266sc.
Материал PVC пластизоля по настоящему изобретению содержит, по меньшей мере, один пластификатор. Пластификаторы, в особенности, те, которые обычно используются для PVC пластизолей, известны специалистам в данной области. Примеры пригодных для использования пластификаторов описаны, например, Werner Sommer, ʺTaschenbuch der Kunststoff-Additiveʺ, R. Gachter and H. Muller (eds.), Carl Hanser Verlag, Munich, Vienna, 1983, ʺ5 plasticizersʺ, pages 261-307. Пластификаторы предпочтительно выбираются из группы, состоящей из сложных фенольных эфиров, сложных адипиновых эфиров, сложных алифатических эфиров, фосфатов и сложных масляных эфиров. Предпочтительно, PVC пластизоли по настоящему изобретению содержат, по меньшей мере, два, более предпочтительно, по меньшей мере, три, и в частности, четыре пластификатора. Пластификаторы предпочтительно происходят из различных классов соединений.
Количество пластификаторов в материале PVC пластизоля по настоящему изобретению может изменяться в широких пределах, и оно определяется требованиями конкретного случая, в частности, их пластифицирующим воздействием в PVC гомополимерах, а также уровнем термической стойкости и долговечностью, необходимыми в многослойном покрытии по настоящему изобретению. Количество пластификаторов предпочтительно составляет от 10 до 60% масс, более предпочтительно, от 15 до 50% масс, и в частности, от 20 до 40% масс, по отношению, в каждом случае, к их общему количеству PVC пластизоля.
Материал PVC пластизоля, используемый в настоящем изобретении, содержит, по меньшей мере, один слоистый двойной гидроксид (LDH).
2+
3+
x+
y-
y-
2+
3+
(1-x)
x
2
(x/y)
2
2
n
n
LDH являются повсеместно известными. В литературе, LDH зачастую описывают с помощью идеализированной общей формулы [M2 M3(OH)] [A⋅HO] или сходных эмпирических формул. M2 здесь обозначает двухвалентные металлические катионы, M3 - трехвалентные металлические катионы и A - анионы со средней валентностью y. Средняя валентность в контексте настоящего изобретения, как подразумевается, означает среднее значение валентности для, возможно, различных инкорпорированных анионов. В случае LDH, встречающихся в природе, рассматриваемые анионы, как правило, представляют собой неорганические анионы, такие как карбонат, хлорид, нитрат, гидроксид и/или бромид. Наиболее распространенные анионы представляют собой карбонат, сульфат, хлорид и гидроксид. Могут также присутствовать различные другие неорганические, а также органические анионы, в особенности, в синтетических LDH. Для x известны значения от 0,05 до 0,5, тогда как доля воды кристаллизации со значениями =0-10 может сильно различаться. Один из известных классов LDH представляют собой гидротальциты, которые являются предпочтительными LDH в контексте настоящего изобретения. В гидротальцитах, Mg присутствует как двухвалентный катион, Al как трехвалентный катион, и карбонат, в основном, как анион. В синтетических гидротальцитах, в частности, карбонат может быть, по меньшей мере, частично замещен ионами гидроксида или другими неорганическими, а также органическими анионами. Гидротальциты или LDH имеют слоистую структуру сходную с бруцитом (Mg(OH)), в которых, между двумя слоями неорганического гидроксида металла, которые несут положительный заряд с учетом пропорционально присутствующих трехвалентных катионов металлов, в каждом случае имеется отрицательно заряженный слой интеркалированных анионов, этот слой, как правило, дополнительно содержит воду кристаллизации. Другими словами, имеются положительно и отрицательно заряженные слои, присутствующие попеременно, образующие слоистую структуру слоя в результате соответствующих ионных взаимодействий. В формуле, показанной выше, структура слоев LDH учитывается посредством соответственного расположения скобок. Встречающиеся в природе LDH, например, гидротальциты, а также синтетические LDH и способы их получения, например, способ непосредственной совместной преципитации, являются известными.
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+,
2+
2+
2+
2+
2+
3+
3+
3+
3+
3+
3+
3+
3+
3+
3+
2+
3+
В LDH, содержащихся в материале PVC пластизоля, двухвалентные металлические катионы M2 предпочтительно выбираются из группы, состоящей из Zn, Mg, Ca, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cd, Pb, Sr и их смесей, более предпочтительно, из Zn, Mg, CaFe, Mn и их смесей, еще более предпочтительно, из Zn и/или Mg, более конкретно, из Mg, а трехвалентные металлические катионы M3 предпочтительно выбираются из группы, состоящей из Al, Bi, Fe, Cr, Ga, Ni, Co, Mn и их смесей, более предпочтительно, из Al. Как уже упоминалось, сочетание Mg и Al реализуется в гидротальците, это означает, что это сочетание является с очевидностью предпочтительным. По этой же причине, хотя могут присутствовать разнообразные неорганические и органические анионы, предпочтительными являются карбонат и гидроксид.
Предпочтительно, LDH используются в виде порошков, при этом средний размер частиц сам по себе не является критическим параметром и находится, например, в диапазоне нескольких микрометров, который является обычным для наполнителей и пигментов. Например, размер частиц (D50) LDH может составлять от 0,1 до 10 микрометров, предпочтительно, от 0,1 до 5 микрометров, более предпочтительно, от 0,2 до 2 микрометров (измеряется посредством лазерной дифракции согласно ISO 13320:2009).
Количество LDH предпочтительно составляет от 0,1 до 5% масс, более предпочтительно, от 0,2 до 4% масс, и в частности, от 0,5 до 3% масс, по отношению, в каждом случае, к их общему количеству материала PVC пластизоля.
Приготовление LDH является обычным. Кроме того, эти соединения могут быть получены как коммерческие продукты, продаваемые, например, компанией Kisuma Chemicals под торговым наименованием Alcamizer.
Кроме того, материалы PVC пластизолей по настоящему изобретению предпочтительно содержат, по меньшей мере, один дополнительный стабилизатор. Стабилизаторы, в особенности, те, которые обычно используются для PVC пластизолей, известны специалистам в данной области. Примеры пригодных для использования стабилизаторов PVC, например, светостабилизаторов, подобных УФ стабилизаторам, описаны в ʺTaschenbuch der Kunststoff-Additiveʺ, R. Gacheter and H. Muller (eds.), Carl Hanser Verlag, Munich, Vienna, 1983, ʺ4 PVC stabilisersʺ, pages 199-260. Стабилизаторы предпочтительно выбираются, в частности, из металлических мыл, эпоксидных со-стабилизаторов и светостабилизаторов на основе затрудненных аминов, при этом последние предпочтительно объединяются с бензотриазолами (BTZ) и соединениями подобными, в частности, 2-(2-гидроксифенил)бензотриазолу.
Примеры стабилизаторов на основе смешанного металлического мыла представляют собой стабилизаторы на основе кальция и цинка. Примеры смешанных эпоксидных со-стабилизаторов представляют собой стабилизаторы на основе эпоксидизированного соевого масла. Примеры смесей стабилизаторов на основе затрудненного амина/ BTZ стабилизаторов являются коммерчески доступными продуктами, которые продаются, например, BASF, под торговым наименованием Tinuvin 5060.
Особенно предпочтительным в контексте настоящего изобретения является то, что PVC пластизоль содержит, в качестве УФ стабилизатора, смесь, по меньшей мере, одного бензотриазола, по меньшей мере, с одним соединением затрудненного амина, в частности, с 2,2,6,6-тетраметилпиперидином или его производными. Еще более предпочтительной является смесь 2-(2-гидроксифенил)бензотриазола, по меньшей мере, с одним затрудненным амином, выбранным из 2,2,6,6-тетраметилпиперидина или его производных.
Количество дополнительных стабилизаторов, предпочтительно, по меньшей мере, одной смеси 2-(2-гидроксифенил)бензотриазола, по меньшей мере, с одним затрудненным амином, выбранным из 2,2,6,6-тетраметилпиперидина или его производных, предпочтительно составляет от 0,01 до 5% масс, более предпочтительно, от 0,2 до 4% масс, и в частности, от 0,5 до 3% масс, по отношению, в каждом случае, к общему количеству их PVC пластизоля.
Кроме того, материал PVC пластизоля могут содержать другие компоненты, обычно известные как составляющие материалов пластизолей, например, пигменты, наполнители, органические растворители или другие добавки подобные замедлителям горения, и тому подобное.
Приготовление материалов PVC пластизолей по настоящему изобретению не имеет особенностей, которые нужно учитывать, но вместо этого имеет место смешивание описанных выше составляющих. Оно может осуществляться с использованием смесительного оборудования, такого как танки с мешалками, танки для растворения, включая танки для непрерывного растворения, шаровые мельницы, лопастные мешалки, статические смесители, шестеренчатые диспергаторы или экструдеры. Однако, предпочтительно, перемешивание осуществляется в вакууме.
Создание слоя поливинилхлоридного пластизоля включает нанесение описанного выше материала поливинилхлоридного пластизоля на металлическую подложку, предпочтительно, не непосредственно на металлическую подложку, но непосредственно на отвержденный слой материала грунтовки на подложке.
В контексте настоящего изобретения, является предпочтительным, чтобы слой PVC пластизоля был получен посредством нанесения рулонного покрытия. В частности, это означает, что материал покрытия из PVC пластизоля предпочтительно наносится посредством нанесения покрытия валиком.
Нанесенный материал PVC пластизоля (то есть слой PVC пластизоля) может отверждаться перед стадией (2) способа по настоящему изобретению, при этом в результате получается отвержденный слой PVC пластизоля. Если слой PVC пластизоля отверждается перед стадией (2), отверждение предпочтительно имеет место при пиковых температурах металла в пределах между 180 и 300°C, более предпочтительно, от 200 до 250°C, в течение периода от 10 до 300 секунд, более предпочтительно, от 20 до 120 секунд. В контексте настоящего изобретения является предпочтительным, чтобы слой PVC пластизоля отверждался отдельно, то есть перед стадией (2) способа по настоящему изобретению.
Толщина слоя для отвержденного слоя PVC пластизоля составляет, например, 50-400 микрометров, предпочтительно, 150-250 микрометров.
На стадии (2) способа по настоящему изобретению, термоотверждаемый и/или термопластичный слой отделочного покрытия создается непосредственно на слое PVC пластизоля, при этом, это создание включает нанесение термоотверждаемого и/или термопластичного материала покрытия непосредственно на слой PVC пластизоля.
Разумеется, термоотверждаемый и/или термопластичный материал покрытия отличается от материала PVC пластизоля. Соответственно, термоотверждаемый и/или термопластичный материал покрытия представляет собой один из материалов, известных специалистам в данной области и часто используемых в качестве материалов покрытий для создания отделочных покрытий.
Материалы покрытий, содержащие, по меньшей мере, один компонент связующего, содержащий химически активные функциональные группы, например, гидроксильные группы, и, по меньшей мере, один компонент для поперечной сшивки, содержащий функциональные группы, взаимодействующие с функциональными группами, по меньшей мере, одного компонента связующего, могут использоваться в качестве термоотверждаемых материалов покрытия. Например, соответствующие термоотверждаемые материалы покрытий содержат, по меньшей мере, одну гидрокси-функциональную смолу, например, гидрокси-функциональную полиэфирную смолу или гидрокси-функциональную акриловую смолу, объединенную с полиизоцианатом или меламиновой смолой в качестве агента для поперечной сшивки. Как уже описано выше, указанные компоненты взаимодействуют друг с другом, например, когда такой нанесенный материал покрытия нагревается, то есть когда происходят реакции поперечной сшивки. При охлаждении формируется очень износостойкая отделка. При необходимости может присутствовать катализатор для воздействия на процесс поперечной сшивки и/или для его ускорения.
В частности, термоотверждаемые материалы покрытия, содержащие, по меньшей мере, одну гидрокси-функциональную полиэфирную смолу в качестве компонента связующего и, по меньшей мере, один полиизоцианат в качестве компонента для поперечной сшивки, являются предпочтительными в контексте настоящего изобретения, поскольку они обеспечивают превосходные характеристики адгезии на слое PVC пластизоля. Кроме того, они являются отверждаемыми с помощью отверждения в ближней ИК области или индукционного отверждения в дополнение к более обычным технологиям отверждения, подобным простому нагреву.
Гидрокси-функциональные полиэфирные смолы предпочтительно выбираются из группы, состоящей из насыщенных полиэфирных смол. Такие смолы являются коммерческими продуктами и продаются, например, Cray Valley, под торговым наименованием Synolac, в частности, 9635.
Пригодные для использования полиизоцианаты представляют собой, например, алифатические и ароматические полиизоцианаты подобные диизоцианатам, и их димеры и тримеры, такие как уретдионы и изоцианураты. Можно упомянуть, например, гексаметилендиизоцианат, изофорондиизоцианат, дициклогексилметан 2,4' диизоцианат и уретдионы и изоцианураты этих диизоцианатов. Разумеется, можно также использовать макромолекулярные полиизоцианаты, то есть полиизоцианаты на основе, например, упомянутых выше диизоцианатов, взаимодействующих друг с другом и/или с другими компонентами с образованием аддуктов с более высокой молекулярной массой. Полиизоцианаты в качестве компонентов для поперечной сшивки предпочтительно выбираются из группы блокированных полиизоцианатов, то есть изоцианатные группы не являются свободными, но обратимо взаимодействуют с известными в целом блокирующими агентами. Как также известно, такие изоцианатные группы деблокируются при определенных условиях, в частности, при нагреве, это означает, что блокирующий агент высвобождается, и свободные изоцианатные группы становятся доступными для реакций поперечной сшивки, например, с гидроксильными группами. Полиизоцианаты для поперечной сшивки являются коммерческими продуктами и продаются, например, Bayer, под торговым наименованием Desmodur, в частности, BL3175.
Количество гидрокси-функциональной полиэфирной смолы в качестве компонента связующего и полиизоцианата в качестве компонента для поперечной сшивки может изменяться в широких пределах, и оно определяется требованиями конкретного случая, в частности, уровнем пигмента в таком материале покрытия. Массовое отношение гидрокси-функциональной полиэфирной смолы к полиизоцианату в качестве компонента для поперечной сшивки предпочтительно выбирается таким образом, чтобы соответствующая композиция покрытия демонстрировала прочно поперечно сшитую полимерную матрицу для доведения до максимума твердости. Массовое отношение предпочтительно составляет от 5:1 до 2:1, более предпочтительно, 4:1.
Описанный материал покрытия на основе гидрокси-функционального сложного полиэфира предпочтительно содержит, по меньшей мере, один катализатор для реакции изоцианатных групп и гидроксильных групп. Пригодные для использования катализаторы представляют собой известные металлические катализаторы такие, например, как оловянные, молибденовые, циркониевые или цинковые катализаторы. Предпочтительные катализаторы представляют собой соединения олова, такие как диметилолово дилаурат или дибутилолово дилаурат, в особенности, дибутилолово дилаурат (DBTL). Катализатор DBTL, например, представляет собой коммерческий продукт и продается, например, Akros, под торговым наименованием Tinstab BL277.
Кроме того, термоотверждаемые материалы покрытий, содержащие гидрокси-функциональную акриловую смолу в качестве компонента связующего и полиизоцианат в качестве компонента для поперечной сшивки, являются предпочтительными в контексте настоящего изобретения, поскольку они обеспечивают очень износостойкие слои поверх слоя PVC пластизоля. Кроме того, они могут отверждаться с помощью отверждения в ближней ИК области или с помощью индукционного отверждения, в дополнение к более обычным технологиям отверждения подобным простому нагреву.
Подобно описанным выше термоотверждаемым материалам покрытий, содержащим гидрокси-функциональные полиэфирные смолы, материалы, содержащие гидрокси-функциональную акриловую смолу, предпочтительно также содержат, в качестве компонента для поперечной сшивки, полиизоцианат, выбранный из группы блокированных полиизоцианатов.
Количество гидрокси-функциональной акриловой смолы в качестве компонента связующего и полиизоцианата в качестве компонент для поперечной сшивки может изменяться в широких пределах, и это определяется требованиями конкретного случая, в частности, уровнем пигмента в таком материале покрытия. Массовое отношение гидрокси-функциональной акриловой смолы к полиизоцианату в качестве компонента для поперечной сшивки предпочтительно выбирается таким образом, чтобы соответствующая композиция покрытия демонстрировала прочно поперечно сшитую полимерную матрицу для доведения до максимума твердости. Массовое отношение предпочтительно составляет от 3:1 до 1:3, более предпочтительно, 1:1.
Описанный выше материал покрытия из гидрокси-функциональной акриловой смолы предпочтительно содержит, по меньшей мере, один катализатор для реакции изоцианатных групп и гидроксильных групп. Пригодные для использования катализаторы представляют собой известные металлические катализаторы такие, например, как оловянные, молибденовые, циркониевые или цинковые катализаторы. Предпочтительные катализаторы представляют собой соединения олова, такие как диметилолово дилаурат или дибутилолово дилаурат, в особенности, дибутилолово дилаурат (DBTL). Катализатор DBTL представляет собой, например, коммерческий продукт и продается, например, Akros, под торговым наименованием Tinstab BL277.
Хотя термоотверждаемые материалы покрытия являются предпочтительными, использование термопластичных материалов покрытий также является возможным. В частности, одна из групп предпочтительных термопластичных материалов покрытий представляет собой группу материалов покрытий на основе поливинилиденфторида, то есть материалов покрытий, содержащих, в качестве компонента связующего, поливинилиденфторидные смолы. Чередующиеся группы CH2 и CF2 вдоль цепи поливинилиденфторидного полимера обеспечивают уникальную полярность, которая влияет на его растворимость и электрические свойства. Материалы покрытий на основе поливинилиденфторида предлагают очень высокие уровни УФ стойкости для слоя покрытия, изготовленного из них.
Как уже описывалось, такой термоотверждаемый материал покрытия содержит, по меньшей мере, одну термопластичную смолу, а именно, поливинилиденфторидную смолу. Эти смолы, как правило, представляют собой кристаллические высокомолекулярные порошковые формы поливинилиденфторида, специально разработанные для материалов покрытий на основе органических растворителей. Таким образом, предпочтительные материалы покрытий на основе поливинилиденфторида также содержат, по меньшей мере, один органический растворитель. Поливинилиденфторидные смолы являются доступными в качестве коммерческих продуктов и продаются, например, Arkema, под торговым наименованием Kynar, в частности, 500.
Количество поливинилиденфторидной смолы в термопластичных материалах покрытий на основе поливинилиденфторида, может изменяться в широких пределах, и, оно определяются требованиями конкретного случая. Материалы покрытий на основе поливинилиденфторида, по отношению к их общему количеству, предпочтительно содержат от 40 до 80% масс, по меньшей мере, одной поливинилиденфторидной смолы.
Термоотверждаемый и/или термопластичный материал покрытия содержит, по меньшей мере, один LDH. Все рассмотренные выше варианты осуществления, относящиеся к LDH, содержащемуся в материале PVC пластизоля, верны также относительно LDH, содержащегося в термоотверждаемых и/или термопластичных материалах покрытий. Это также является верным в частности для всех предпочтительных, более предпочтительных и наиболее предпочтительных признаков. Предпочтительно, материал PVC пластизоля и термоотверждаемые и/или термопластичные материалы покрытий содержат один и тот же LDH.
Количество LDH предпочтительно составляет от 0,1 до 5% масс, более предпочтительно, от 0,2 до 4% масс, и в частности от 0,5 до 3% масс, по отношению, в каждом случае, к общему количеству их термоотверждаемоого и/или термоотверждаемого материала покрытий.
Кроме того, термоотверждаемый и/или термопластичный материал покрытий по настоящему изобретению предпочтительно содержит, по меньшей мере, один дополнительный стабилизатор. Опять же, все указанные выше варианты осуществления, относящиеся к стабилизаторам, содержащимся в материале PVC пластизоля, верны также по отношению к стабилизаторам, содержащимся в термоотверждаемом и/или термопластичном материале покрытий. Это также верно, в особенности, для всех предпочтительных, более предпочтительных и наиболее предпочтительных признаков. Предпочтительно, материал PVC пластизоля и термоотверждаемый и/или термопластичный материал покрытий содержит одинаковые стабилизаторы.
Таким образом, особенно предпочтительным в контексте настоящего изобретения является, чтобы термоотверждаемый и/или термопластичный материал покрытия содержал, в качестве УФ стабилизатора, смесь, по меньшей мере, одного бензотриазола, по меньшей мере, с одним соединением затрудненного амина, в частности, с 2,2,6,6-тетраметилпиперидином или его производными. Еще более предпочтительной является смесь 2-(2-гидроксифенил)бензотриазола, по меньшей мере, с одним затрудненным амином, выбранным из 2,2,6,6-тетраметилпиперидина или его производных.
Количество других стабилизатороов, предпочтительно, по меньшей мере, одной смеси 2-(2-гидроксифенил)бензотриазола, по меньшей мере, с одним затрудненным амином, выбранным из 2,2,6,6-тетраметилпиперидина или из его производных, предпочтительно составляет от 0,01 до 5% масс, более предпочтительно, от 0,1 до 4% масс, и в частности, от 0,2 до 3% масс, а еще более предпочтительно, от 0,5 до 3% масс, по отношению, в каждом случае, к общему количеству их термоотверждаемого и/или термопластичного материала покрытия.
Кроме того, термоотверждаемый и/или термопластичный материал покрытия может содержать дополнительные компоненты, обычно известные как составляющие термоотверждаемого и/или термопластичного материала покрытия, например, пигменты, наполнители, органические растворители или другие добавки подобные замедлителям горения, и тому подобное.
Термоотверждаемые и/или термопластичные материалы покрытий, используемые в соответствии с настоящим изобретением, могут быть получены с использование узлов смесителей и технологий смешивания, которые являются обычными и известными при получении таких материалов покрытий.
Получение термоотверждаемого и/или термопластичного слоя отделочного покрытия включает нанесение описанного выше термоотверждаемого и/или термопластичного материала покрытия непосредственно на слой PVC пластизоля.
В контексте настоящего изобретения, является предпочтительным, чтобы термоотверждаемый и/или термопластичный слой отделочного покрытия получался посредством нанесения рулонного покрытия. В частности, это означает, что термоотверждаемый и/или термопластичный материал покрытия предпочтительно наносится посредством нанесения покрытия валиком.
Нанесенный термоотверждаемый и/или термопластичный материал покрытия (то есть термоотверждаемый и/или термопластичный слой отделочного покрытия), как правило, отверждается, в результате чего получается отвержденный термоотверждаемый и/или термопластичный слой отделочного покрытия. Отверждение предпочтительно имеет место при пиковых температурах металла в пределах между 180 и 300°C, более предпочтительно, от 200 до 250°C, в течение периода от 10 до 300 секунд, более предпочтительно, от 20 до 120 секунд. Если слой PVC пластизоля не отверждается перед нанесением термоотверждаемого и/или термопластичного материала покрытия, разумеется, слой PVC пластизоля отверждается вместе с нанесенным термоотверждаемым и/или термопластичным материалом покрытия. Однако, как уже упоминалось выше, в контексте настоящего изобретения, является предпочтительным, чтобы слой PVC пластизоля отверждался отдельно.
Толщина слоя отвержденного термоотверждаемого и/или термопластичного слоя отделочного покрытия составляет, например, 2-50 микрометров, предпочтительно, 5-25 микрометров.
В дальнейшем проводится некоторая дополнительная информация относительно технологий нанесения и отверждения способа по настоящему изобретению.
Как уже сформулировано, материалы PVC пластизолей и термоотверждаемые и/или термопластичные материалы покрытий являются в высшей степени пригодными для использования в качестве материалов для нанесения рулонного покрытия. Для нанесения рулонного покрытия рулон металла проходит через линию для нанесения рулонного покрытия как описано, например, в заявке на патент Германии DE 196 32 426 A1, со скоростью, адаптированной для нанесения и для свойств отверждения используемого материала покрытия. Следовательно, скорость может изменяться в широких пределах от 6 до 180 м/мин, особенно преимущественно, от 20 до 120 м/мин, и в частности, от 20 до 90 м/мин.
Следовательно, если даже материал PVC пластизоля и термоотверждаемый и/или термопластичный материал покрытия могут наноситься любым способом, например, посредством распыления, нанесения покрытия поливом или нанесения покрытия валиком, среди этих технологий нанесения, нанесение покрытия валиком является особенно преимущественным, и, следовательно, преимущественно используется в соответствии с настоящим изобретением.
Каждая стадия нанесения при нанесении покрытия валиком может осуществляться с помощью двух или более валков. Преимущественным является использование двух - четырех валиков, и в особенности 3 валиков с ножевым устройством.
В случае нанесения покрытия валиком вращающийся захватывающийвалик погружается в резервуар, например, с материалом PVC пластизоля, и таким образом, захватывает материал для нанесения. Этот материал, как правило, проходит через зазор, создаваемый с помощью отмеривающего валика, для выравнивания поверхности и удаления избытка материала с целью достижения желаемой толщины слоя покрытия. Затем этот материал переносится с захватывающего валика на вращающийся накатный валик, непосредственно или с помощью, по меньшей мере, одного переходного валика. Материал снимается от этого накатного валика и, таким образом, переносится на рулон, когда он движется в таком же или в противоположном направлении.
В качестве альтернативы, например, материал PVC пластизоля может закачиваться непосредственно в зазор между валиками, это упоминается специалистами в данной области как вертикальное нанесение.
В соответствии с настоящим изобретением, перенос с помощью технологии обратного съема или нанесения покрытия реверсивным валиком и, по этой причине, используется предпочтительно.
В случае нанесения покрытия валиком круговая скорость захватывающего валика, отмеривающего валика и накатного валика может сильно изменяться от одной операции нанесения покрытия до другой. Накатный валик предпочтительно имеет круговую скорость, которая составляет от 120 до 140% от скорости рулона, и круговую скорость захватывающего валика, которая составляет от 110 до 125% от скорости рулона.
Нагрев слоев покрытия, например, слоя PVC пластизоля, в случае термического отверждения, предпочтительно осуществляется с помощью конвекционного теплопереноса, облучения излучением ближней или дальней ИК области и/или, в случае рулонов на основе железа, с помощью электрической индукции. Максимальная температура подложки или PMT предпочтительно составляет самое большее 220°C, и в частности, 216°C. Особенным преимуществом материалов PVC пластизолей и способа по настоящему изобретению, является то, что можно использовать сравнительно низкие температуры и при этом получать в результате слои покрытий, удерживающие гравированную структуру и имеющие выдающиеся свойства рабочих характеристик.
Когда используется в основном конвекционный теплоперенос, при предпочтительных скоростях рулонов, необходимы печи с принудительным нагнетанием воздуха, длиной от 20 до 50 м. Температура принудительно нагнетаемого воздуха предпочтительно ниже 300°C.
Описанные выше способы нанесения и отверждения могут также использоваться для нанесения и отверждения термоотверждаемого и/или термопластичного материала покрытия после стадии нанесения материала PVC пластизоля. Это относится и к нанесению и отверждению других материалов покрытий, например, материалов грунтовок.
Когда наносятся два или более материалов покрытий во время нанесения рулонного покрытия это осуществляется, например, на линии, конфигурированной соответствующим образом, на которой две или более станций нанесения и, по потребности, станций отверждения соединены последовательно. Альтернативно, после нанесения и отверждения первого материала покрытия, например, материала PVC пластизоля, рулон с покрытием опять сворачивается, а затем снабжается на одной или обеих сторонах, по меньшей мере, одним дополнительным слоем покрытия, по меньшей мере, на одной дополнительной линии для нанесения рулонного покрытия.
После получения рулонов с покрытиями, они могут сворачиваться, а затем дополнительно обрабатываться в другом месте; альтернативно, они могут обрабатываться дальше непосредственно, когда они выходят из операции нанесения рулонного покрытия. После уменьшения размеров, они могут механически формоваться в виде деталей соответствующего размера. Примеры соответствующих способов механического формования включают штампование и глубокую вытяжку.
Полученные в результате рулоны, профильные элементы и формованные детали по настоящему изобретению являются стойкими к образованию царапин, стабильными относительно коррозии, погодоустойчивыми и стабильными по отношению к химикалиям.
Рулоны с покрытием, полученные с помощью способа по настоящему изобретению, по этой причине, являются превосходными по пригодности для области архитектуры, как для внутреннего, так и для наружного использования, например, для целей изготовления элементов кровли и стен, дверей, ворот, изоляции труб, роликовых ставен или оконных профилей.
Настоящее изобретение объясняется ниже с помощью примеров.
Примеры
1. Получение композиции покрытия из материалов PVC пластизоля
Примеры 1-3 (по настоящему изобретению) и C1-C3 (сравнительные)
Материалы PVC пластизолей 1-3 и C1-C3 приготавливают посредством смешивания ингредиентов, указанных в таблице 1 и таблице 2, в количествах, указанных в них, и гомогенизации полученных в результате смесей.
Таблица 1: Физическая композиция материалов PVC пластизолей 1-3
Ингредиент
Количество(% масс) в примере:
1
2
3
Гомополимер PVCPevikon P1412 от Ineos, Norway
25
22
25
Гомополимер PVCPevikon P709 от Ineos, Norway
20
18
15
гомополимер PVCSolvin 266sc от Solvay, Belgium
16
16
20
Пластификаторы
Hexamoll DINCH от BASF, Germany
15
10
5
Plasomoll DNA от BASF, Germany
5
0
0
TXIB (коммерческий 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолдиизобутират от Easman)
5
5
0
Diolplex 7017 (коммерческий полимерный адипат от Hyperlast)
0
10
0
Phosflex от ICL Industrial Products
0
5
20
Стабилизаторы
Cz723 (коммерческий кальциевый/цинковый стабилизатор PVC от Reagens)
2
2
2
Celloxide 2021 (коммерческая циклоалифатическая эпоксидная смола от Dycel)
2
2
2
Tinuvin 5060 (коммерческий светостабилизатор на основе затрудненных аминов от BASF)
1
0,4
0,3
Alcamizer (коммерческий гидротальцит на основе оксида алюминия от Kisuma)
1,5
1,5
1,5
Растворители и пигменты
7,5
6,1
9,2
Таблица 2: Физическая композиция материалов PVC пластизолей C1-C3
Ингредиент
Количество(% масс) в примере:
C1
C2
C3
Гомополимер PVC Pevikon P1412 от Ineos, Norway
35
35
35
Гомополимер PVCSolvin 266sc от Solvay, Belgium
25
25
25
ПластификаторыPalatinol 10-P (коммерческий сложный эфир фталевой кислоты от BASF)
18
-
-
Hexamoll DINCH (коммерческий сложный диизонониловый эфир 1,2-циклогександикарбоновой кислоты от BASF)
-
17
10
Plastomoll DNA от BASF, Germany
5
5
10
TXIB (коммерческий 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолдиизобутират от Eastman)
5
5
7
СтабилизаторыSLX781 (коммерческий бариевый/цинковый стабилизатор PVC от Reagens)
1
2
2
Celloxide 2021 (коммерческая циклоалифатическая эпоксидная смола от Dycel)
1
2
2
Растворители и пигменты
10
9
9
Термоотверждаемые материалы покрытий на основе гидрокси-функциональной полиэфирной смолы в качестве компонента связующего и блокированного полиизоцианата в качестве агента для поперечной сшивки
Примеры 4-6 (по настоящему изобретению) и C4-C6 (сравнительные)
Термоотверждаемые материалы покрытий 4-6 и C4-C6 приготавливают посредством смешивания ингредиентов, указанных в таблице 3 и таблице 4, в количествах, указанных в них, и гомогенизации полученных в результате смесей.
Таблица 3: Физическая композиция термоотверждаемых материалов покрытий 4-6
Ингредиент
Количество(% масс) в примере:
4
5
6
Гидрокси-функциональная полиэфирная смола Synolac 9635, от Cray Valley
50
50
40
Блокированный полиизоцианатный агент для поперечной сшивки Desmodur BL3175 от Bayer
12
12
14
КатализаторКатализатор на основе DBTL олова (коммерческий дибутилолово дилаурат от Akros)
0,2
0,2
0,2
СтабилизаторTinuvin 5060 (коммерческий светостабилизатор на основе затрудненных аминов от BASF)
1
1
1,5
Alcamizer (коммерческий гидротальцит на основе оксида алюминия от Kisuma)
1,5
1,5
1,5
Растворители и пигменты
35,3
35,3
42,8
Таблица 4: Физическая композиция термоотверждаемых материалов покрытий C4-C6
Ингредиент
Количество(% масс) в примере:
C4
С5
С6
Гидрокси-функциональная полиэфирная смола, объединенная с блокированным полиизоцианатным агентом для поперечной сшивки Vesticoat 1051, от Evonik
60
50
45
КатализаторКатализатор на основе DBTL олова (коммерческий дибутилолово дилаурат от Akros)
0,2
0,2
0,1
Растворители и пигменты
39,8
49,8
54,9
Термоотверждаемые материалы покрытий на основе гидрокси-функциональной акриловой смолы в качестве компонента связующего и блокированного полиизоцианата в качестве агента для поперечной сшивки
Примеры 7-9 (по настоящему изобретению) и C7-C9 (сравнительный)
Термоотверждаемые материалы покрытий 7-9 и C7-C9 приготавливают посредством смешивания ингредиентов, указанных в таблице 5 и таблице 6, в количествах указанных в них, и гомогенизации полученных в результате смесей.
Таблица 5: Физическая композиция термоотверждаемых материалов покрытий 7-9
Ингредиент
Количество (% масс) в примере:
7
8
9
Гидроксил-функциональная акриловая смола Uracron CR-201 S1-65, от DSM
43
40
40
Агент для поперечной сшивки на основе блокированного полиизоцианата Desmodur BL3575 от Bayer
45
30
50
КатализаторКатализатор на основе DBTL олова (коммерческий дибутилолово дилаурат от Akros)
0,3
0,2
0,2
СтабилизаторTinuvin 5060 (коммерческий светостабилизатор на основе затрудненного амина от BASF)
1
1
1,5
Alcamizer (коммерческий гидротальцит на основе оксида алюминия от Kisuma)
1,5
1,5
1,5
Растворители и пигменты
9,2
27,3
6,8
Таблица 6: Физическая композиция термоотверждаемых материалов покрытий C7-C9
Ингредиент
Количество (% масс) в примере:
C7
C8
C9
Гидроксил-функциональная акриловая смола PARALOID AT-746, от Dow
40
60
20
Агент для поперечной сшивки на основе блокированного полиизоцианата Desmodur BL3175 от Bayer
40
20
60
КатализаторКатализатор на основе DBTL олова (коммерческий дибутилолово дилаурат от Akros)
0,3
0,2
0,2
Растворители и пигменты
19,7
19,7
19,7
Термоотверждаемый материал покрытия на основе гидрокси-функциональной полиэфирной смолы и меламиновой смолы в качестве агента для поперечной сшивки
Термоотверждаемый материал покрытия C10 приготавливают посредством смешивания ингредиентов, указанных в таблице 7, в количествах указанных в ней, и гомогенизации полученных в результате смесей.
Таблица 7: Физическая композиция термоотверждаемого материала покрытия C10
Ингредиент
Количество (% масс) в примере: 10
Гидрокси-функциональная полиэфирная смола Synolac 9605, от Cray Valley
45
Меламин-формальдегидные смолы Luwipal 066, от BASF
5
КатализаторDynapol 1203 (коммерческий катализатор на основе блокированной сульфоновой кислоты от Evonik)
0,3
Растворители и пигменты
49,7
2. Получение покрытий на металлических подложках
В каждом случае, 0,5-мм лист гальванизированной стали (сплавленная смесь из 95% цинка, 5% алюминия) очищают и покрывают конверсионным покрытием для предварительной обработки на основе материала для предварительной обработки на основе титана/циркония, который не содержит пигмента с шестивалентным хромом, до номинальной массы покрытий 2-10 мг покрытия на квадратный метр поверхности подложки посредством нанесения с помощью отжимного резинового валика. Конверсионное покрытие сушат при температуре 90°C (температура печи) в течение 2 секунд в обычной электрической тупиковой печи. Затем наносят материал грунтовки на основе термопластичной акриловой смолы, с использованием нанесения с помощью стержневого устройства для нанесения покрытий, до номинальной толщины 5 микрометров и отверждают в обычной электрической тупиковой печи при пиковой температуры металла 215°C. Для достижения 215°C, печь имеет постоянную температуру воздуха 280°C, и стальной лист (панель с покрытием) имеет время пребывания 45 секунд. Панель охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды, а затем покрывают PVC пластизолем до номинальной толщины 200 микрометром посредством нанесения с помощью трех валиков, с реверсивными валиками, при скорости 20 м/мин. Затем панель отверждают, как описано выше, при пиковой температуре металла 210°C, при времени пребывания 43 секунд. Панель охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды и дополнительно покрывают материалом отделочного покрытия до номинальной толщины 20 микрометров с использованием нанесения валиком, с двумя полуреверсивными валиками, при скорости 20 м/мин. Затем панель отверждают, как описано выше, при пиковой температуре металла 220°C, при времени пребывания50 секунд.
3. Исследование свойств покрытий на металлических подложках
Некоторые из покрытий на металлических подложках, приготовленных, как описано в пункте 2, последствии исследуют относительно различных свойств. Для целей демонстрации преимуществ многослойных покрытий по настоящему изобретению, их рабочие характеристики сравнивают со слоями PVC пластизолей с высокой износостойкостью на металлических подложках предыдущего уровня техники и с термоотверждаемыми слоями отделочных покрытий на основе гидрокси-функциональной полиэфирной смолы в качестве компонента связующего и блокированного полиизоцианата в качестве агента для поперечной сшивки на металлических подложках, доступными в настоящее время. Конкретно, используют следующие материалы покрытий: слои PVC пластизолей с высокой износостойкостью предыдущего уровня техники основываются на материале PVC пластизоля C1. Термоотверждаемые слои отделочных покрытий предыдущего уровня техники основываются термоотверждаемом материале покрытия C4. Для многослойных покрытий по настоящему изобретению используют материал PVC пластизоля 1 и термоотверждаемый материал покрытия 4. Для каждого идентифицируемого преимущества, многослойное покрытие по настоящему изобретению сравнивают с современным работающим хуже типом покрытия (либо со слоем PVC пластизоля, либо с термоотверждаемым слоем отделочного покрытия на основе полиэфира/полиизоцианата), поскольку многослойное покрытие по настоящему изобретению имеет целью устранение изначального недостатка для каждого продукта. Кроме того, все системы по настоящему изобретению, а также системы с PVC и системы со смесью полиэфир/полиизоцианат предыдущего уровня техники сравнивают с полиэфирной системой предыдущего уровня техники, то есть с покрытием на металлической подложке на основе материала покрытия C10. Это означает, что все данные приводятся в сравнении с покрытием на основе материала покрытия C10. Причина для этого заключается в том, что такая полиэфирная система отображает рулонное покрытие согласно современному промышленному стандарту. Имея это в виду, приводятся следующие примеры рабочих характеристик, чтобы показать улучшенные свойства многослойного покрытия по настоящему изобретению по сравнению с типом слоя покрытия, который имеет недостаток относительно конкретного исследуемого параметра. Таблица 8 сводит вместе полученные данные.
Таблица 8: Свойства покрытий на металлических подложках
Исследуемый параметр
Метод исследования
Только материал PVC пластизоля
Только термоотверждаемый материал
Многослойное покрытие по настоящему изобретению
Коррозионная стойкость
EN 13523-8:2002(стойкость к распылению соленой воды (к туману))
++
+
++
УФ стойкость
EN 13523-10:2001(стойкость к флуоресцентному свету и конденсации воды)
+
++
++
Термическая стойкость
EN 13523-13:2001(стойкость к ускоренному состариванию при использовании тепла)
-
++
++
Химическая стойкость
EN 13523-13:2001(стойкость к ускоренному состариванию при использовании тепла)
+
+
+
Прочность
EN 13523-12:2004(устойчивость к расцарапыванию)EN 13523-16:2004(стойкость к истиранию)
++
+
++
Гибкость
EN 13523-7(стойкость к образованию трещин при изгибе (испытание T-изгиба))
++
+
++
Адгезия
EN 13523-6(Адгезия после образования зазубрин (исследование с приданием чашевидной формы))
0
++
++
Гравировка
Не применяется
++
-
++
Огнестойкость
EN 15501,BS 476 Part 6&7
-
++
++
Сбор воды
BS 6920:2000(пригодность для использования в контакте с питьевой водой)
-
++
++
Контакт с пищевыми продуктами
21 CFR 175.300
-
+
+
Ключ
-=Плохие рабочие характеристики по сравнению с покрытием на основе C10,
0=Рабочие характеристики сравнимы с покрытием на основе C10,
+=Рабочие характеристики превосходят покрытия на основе C10,
++=Рабочие характеристики значительно превосходят покрытия на основе C10.
Результаты показывают, что многослойные покрытия по настоящему изобретению соединяют в себе превосходную коррозионную стойкость со свойствами высокой УФ стойкости и термической стойкости. Кроме того, многослойные покрытия по настоящему изобретению предлагают также дополнительные технические преимущества, такие как гравировка покрытия декоративной структурой или фирменным логотипом, или делают возможными такие особенности, как допустимость контакта с питьевой водой, улучшенная огнестойкость и специальные оптические эффекты. Кроме того, многослойные покрытия превосходят по рабочим характеристикам стандартные системы предыдущего уровня техники.
Следовательно, многослойные покрытия по настоящему изобретению являются хорошо пригодными для производства погодоустойчивых элементов, например, в области архитектуры, например, конструкционных элементов.