СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОРОШКОВОГО ПОКРЫТИЯ НА АЛЮМИНИЕВЫЕ ПОДЛОЖКИ
METHOD OF APPLYING POWDER COAT ON ALUMINIUM BASE LAYER

Область техники
Изобретение относится к способу нанесения порошкового покрытия на поверхности алюминиевых подложек, предусматривающему создание специального эффекта на поверхности алюминиевой подложки для внутренних и внешних применений на рынке архитектуры и промышленности.
Уровень техники
Материалы на основе алюминия находят все более широкое применение на рынке архитектуры и в целях промышленных и декоративных применений.
Алюминиевые строительные части или элементы часто нуждаются в подготовке путем специальной отделки их поверхностей для получения превосходных специальных эффектов и защиты поверхности, и поэтому их традиционно доводят так называемым «способом анодирования». Процесс анодирования представляет собой электрохимический процесс, в результате которого алюминиевая поверхность превращается в поверхность из оксида алюминия. Полученный в результате оксид алюминия прочно связан с алюминиевой основой, и такой эффект обеспечивает превосходную твердость, коррозийную стойкость, устойчивость к атмосферному воздействию и светостойкость поверхности. Возможно осуществить покраску полученной в результате оксидной пленки с помощью органических красителей. Несмотря на то, что процесс анодирования обеспечивает получение требуемых свойств алюминиевых поверхностей, его осуществление требует применения сильных кислот и оснований и, вследствие этого, представляет опасность для окружающих и создает проблемы избавления от отходов. В дополнение к этому данный химический процесс может способствовать появлению на металлической поверхности нежелательных одноцветных участков и приводить к ее разрушению при растяжении в результате возникновения поверхностных трещин.
Альтернативой процессу анодирования является нанесение покрытия с помощью, в частности, композиций порошковых покрытий. Такие порошковые композиции могут обеспечить такие особые металлические эффекты на отвержденном покрытии, как изменение цвета, перламутровый эффект, флуоресценцию. Для получения таких покрытий, как правило, используют металлические пигменты. В WO 03/033172 описана состоящая из двух частей система нанесения порошкового покрытия, придающая поверхности цветовой и металлический оттенок, при этом первая часть системы нанесения порошкового покрытия содержит пигменты металлического и цветового оттенков и формирует покрытие основания поверхности, а вторая часть системы нанесения покрытия не содержит цветовых пигментов и образует прозрачное покрытие.
Композиции порошкового покрытия, предусматривающие такие металлические эффекты, не обеспечивают соответствие требуемому оттенку, получаемому путем анодирования алюминия, и они могут проявлять неудовлетворительную гладкость поверхности наряду с так называемым визуальным эффектом «кожуры апельсина». Помимо этого, полученные в результате нанесения таких композиций покрытия следует защищать, по меньшей мере, вторым слоем, например, прозрачным слоем покрытия, а это не оправдывает себя в связи с потерей производительности производственной линии.
Существует необходимость разработки покрытий, основанных на способе нанесения порошкового покрытия, который позволяет получить покрытия, обладающие требуемым специальным эффектом, которые удовлетворяют требованиям превосходных эффектов поверхности, достигнутых путем известного химического процесса анодирования, и соответствуют таким требованиям применения покрытий в области архитектуры, как безупречный внешний вид и гладкость поверхности. Кроме того, требуемые свойства должны осуществляться путем однослойного нанесения композиции порошкового покрытия.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение предусматривает способ нанесения порошкового покрытия на поверхность алюминиевых подложек, включающий стадии
а) подготовки поверхности алюминиевой подложки с помощью процесса обработки бесцветным химическим веществом,
б) нанесения композиции прозрачного порошкового покрытия на основе, по меньшей мере, одной (мет)акриловой смолы и, по меньшей мере, одной смолы, выбранной из группы, состоящей из смолы сложного полиэфира и полиуретановой смолы, обеспечивающей отвержденное покрытие с низким блеском в диапазоне от 1 до 20 единиц блеска под углом 60° в соответствии со стандартом DIN 67530 (ISO2813), и отверждения композиции покрытия.
Способ согласно данному изобретению позволяет получить требуемый специальный эффект покрытой поверхности, который соответствует эффекту, полученному при применении способа анодирования и называемому в дальнейшем «эффектом анодирования».
Представляется возможным нанесение однослойного покрытия подложки, дополнительно обеспечивающего безупречный внешний вид и гладкость отвержденного покрытия, формирование прочного сцепления с незагрунтованными поверхностями алюминиевых подложек, а также получение превосходной твердости, коррозийной стойкости, устойчивости к атмосферному воздействию и светостойкости этого отвержденного покрытия.
Подробное описание изобретения
Технические характеристики и преимущества настоящего изобретения станут вполне понятны рядовым специалистам в данной области техники после прочтения нижеследующего подробного описания. Следует принимать во внимание тот факт, что те определенные свойства изобретения, которые для ясного понимания описаны выше и ниже в контексте отдельных вариантов осуществления изобретения, можно также получить в совокупности в одном осуществлении. И наоборот, различные технические характеристики изобретения, которые для краткости описаны в контексте одного варианта осуществления, также могут быть получены отдельно или в виде частичного объединения. Помимо этого ссылки на единственное число также могут охватывать и множественное число (например, единственное число может также относиться к одному или к одному или более), если в контексте конкретно не оговаривается иное.
Незначительные колебания в сторону увеличения и уменьшения пределов приведенных диапазонов можно использовать для достижения по существу тех же самых результатов, что и при помощи значений, находящихся в пределах таких диапазонов. К тому же раскрытие этих диапазонов предусматривается в виде непрерывного диапазона, охватывающего любое значение между минимальным и максимальным значениями.
Способ согласно данному изобретению обеспечивает формирование покрытий с низким уровнем блеска в диапазоне от 1 до 20, предпочтительно в диапазоне от 1 до 15 единиц блеска под углом 60°.
Блеск измеряют под углом 60° в соответствии со стандартом DIN 67 530 (ISO2813). Как правило, блеск можно отрегулировать в диапазоне от 1 до 130 единиц блеска; обычно низкий блеск соответствует блеску в диапазоне от 1 до 30 единиц блеска, а умеренно глянцевая доводка - блеску в диапазоне от 30 до 70 единиц блеска.
Способ согласно данному изобретению обеспечивает покрытия со структурой поверхности отвержденного покрытия, которая характеризуется значением параметра Интеграл 1 в диапазоне, превышающем 8,00E+00, предпочтительно в диапазоне от 1,00Е+01 до 1,40E+01, измеренным с помощью анализа Фурье для механической профилометрии.
a
2
Согласно данному изобретению анализ Фурье для механической профилометрии представляет собой анализ структуры поверхности, осуществляемый с помощью прибора Hommeltester (Hommel, Германия), известного специалисту в данной области техники, с помощью которого осуществляется регистрация профилей поверхности на расстоянии сканирования, равного 15 мм. Оценка измерений механического профиля согласно среднему значению шероховатости Rв соответствии со стандартом DIN EN 10049 предоставляет усредненную информацию о структуре поверхности. С помощью стенда точного позиционирования образец перемещается на малое расстояние между двумя линейными сканированиями. Используют пороговую длину волны, равную 2,5 мм, для установления различия между шероховатостью и профилем волнистости применительно к сканированию на расстоянии 15 мм. Значения амплитуд расчетных синусоидальных и косинусоидальных волн во второй степени (интенсивность, измеренная в мкм), представляющих профиль поверхности, наносят на график зависимости от соответствующего волнового числа (обратной длины волны). Интеграл 1 представляет собой сумму квадратов амплитуд в диапазоне длин волн от 1 до 10 мм.
Способ согласно изобретению включает на стадии а) подготовку поверхности алюминиевой подложки с помощью процесса обработки бесцветным химическим веществом для защиты поверхности от коррозии и очистки поверхности от смазочных веществ или других загрязнителей. Примерами такого способа химической подготовки являются бесхромные способы обработки поверхности. Все бесхромные способы обработки, известные в данной области техники, которые приводят к получению бесцветной поверхности, можно использовать для достижения требуемого эффекта анодирования. Например, на первой стадии поверхность алюминиевой подложки очищают, на второй стадии промывают водой и наконец, на третьей стадии смачивают водным раствором, который после высушивания жидкой пленки формирует химически преобразующиеся покрытия. Например, такой способ может включать стадии а) промывания поверхности алюминиевой подложки водным, кислотным раствором, содержащим минеральную кислоту, б) ополаскивания водой, c) приведения поверхности в контакт с водным, кислотным раствором, не содержащим хрома и полимеров. Раствор на стадии с) может содержать комплексные фториды, например, комплексные фториды титана (Ti) и циркония (Zr), а также их смеси в различных концентрациях и с различными значениями pH. После завершающей сушки, масса слоя может достичь от 2 до 15 мг/кв.м (рассчитанная по металлам Ti/Zr).
Способ согласно изобретению включает на стадии б) нанесение композиции прозрачного порошкового покрытия на основе, по меньшей мере, одной (мет)акриловой смолы и, по меньшей мере, одной смолы, выбранной из группы, состоящей из смолы сложного полиэфира и полиуретановой смолы.
Термин (мет)акриловая подразумевает соответственно акриловая и/или метакриловая.
Применимые (мет)акриловые смолы представляют собой такие ненасыщенные смолы как, например, сополимеры, полученные на основе алкил(мет)акрилатов с добавлением глицидил(мет)акрилатов и олефиновых мономеров; функционализированные смолы, как, например, полиэстер-(мет)акрилаты, эпокси-(мет)акрилаты, уретановые (мет)акрилаты, глицидил-(мет)акрилаты.
Предпочтительно использование, по меньшей мере, одной глицидил-(мет)акриловой смолы.
Глицидил-функционализированные (мет)акриловые смолы предпочтительно имеют эпоксидную эквивалентную массу (ЭЭМ) в диапазоне от 300 до 2000, с предпочтением в диапазоне от 400 до 700, при этом эпоксидную эквивалентную массу определяют с помощью ADSAM142, с применением известного рядовому специалисту метода с кодом ЭЭМ-тест с использованием авто-титратора (Brinkman Metrohm 751 GPD Titrino), а температуру стеклования Tg в диапазоне между например, 30 и 80°C, предпочтительно между 40 и 70°C, определяют методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК).
Особо предпочтительными для данного изобретения являются глицидил-функционализированные (мет)акриловые смолы с ЭЭМ в диапазоне от 400 до 700.
Примерами глицидил-функционализированных (мет)акриловых смол являются глицидил-функционализированные акриловые смолы или их сополимеры, такие как, например, Isocryl EP570 (Worlee Chemie GbmH), Almatex PD 7610, Almatex PD 7690, Almatex PD-1700, Almatex PD-6190 (Anderson Development Co.), Synthacryl700, Synthacryl710 (Cytec Surface Specialties), FinePlus AC2490, FinePlus AC2660 (DIC).
(Мет)акриловые смолы имеют температуру стеклования Tg предпочтительно в диапазоне от 40 до 70°C, при этом Tg определяют методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК).
Среднечисловая молярная масса Mn (мет)акриловых смол изменяется в диапазоне от, например, 2000 до 15000, причем Mn определяют или следует определять с помощью гельпроникающей хроматографии (метод ГПХ; где в качестве неподвижной фазы выступает полистирол, «поперечно сшитый» дивинилбензолом, а в качестве жидкой фазы - тетрагидрофуран согласно стандартам на полистирол).
Применяют также кристаллические и/или полукристаллические (мет)акриловые смолы, которые имеют Tm (температуру плавления) предпочтительно в диапазоне от, например, 50 до 150°C, определяемую методом ДСК.
(Мет)акриловые смолы могут включать самосшивающиеся смолы, содержащие поперечно-сшиваемые функциональные группы, известные специалисту в данной области техники. Их также можно сшивать с помощью сшивающих агентов, пригодных для (мет)акриловых смол, известных специалисту в данной области техники. В качестве примера можно привести циклоалифатические, алифатические или ароматические полиизоцианаты; сшивающие агенты, содержащие эпокси-группы, такие как, например, триглицидил изоцианурат (ТГИЦ); эфиры полиглицидила на основе диэтиленгликоля; глицидил-функционализированные (мет)акриловые сополимеры; и сшивающие агенты, содержащие амино-, амидо-, (мет)акрилатные и/или гидроксильные группы, а также виниловые эфиры. К тому же пригодны к употреблению и такие традиционные сшивающие агенты, как отвердители на основе дициандиамида, отвердители на основе карбоновых кислот или фенольные отвердители. Предпочтительно использование сшивающих агентов, содержащих амино-, амидо- и/или гидроксильные группы, например, в пределах от 0,1 мас.% до 15 мас.%, предпочтительно от 0,1 мас.% до 5 мас.%, в расчете на общую массу композиции прозрачного порошкового покрытия.
Композиции прозрачного порошкового покрытия, согласно данному изобретению, могут содержать в качестве дополнительных компонентов традиционные составляющие технологии порошковых покрытий, такие как добавки и наполнители, известные специалистам в данной области техники. Эти компоненты применяют в обычных количествах, известных специалистам в данной области техники, например, в пределах от 0,01 мас.% до 25 мас.% на основе общей массы композиции порошкового покрытия.
Чтобы обеспечить проявление всех тонкостей эффекта анодирования, композицию прозрачного порошкового покрытия можно окрашивать, по меньшей мере, одним пигментом и/или красителем. Этот, по меньшей мере, один пигмент и/или краситель может быть прозрачным и/или полупрозрачным, он может быть любым возможным традиционным пигментом и/или красителем органической или неорганической природы, известным специалисту в данной области техники, выбранным для обеспечения покрытий по способу настоящего изобретения с требуемым блеском и структурой поверхности, измеренной с помощью анализа Фурье для механической профилометрии, а также требуемым цветом покрытия.
Количество этого, по меньшей мере, одного пигмента и/или красителя зависит от типа пигмента и/или красителя и изменяется в пределах от, например, 0 мас.% до 10 мас.% на основе общей массы композиции порошкового покрытия.
Например, добавки представляют собой дегазирующие вспомогательные средства, агенты для регулирования расхода, матирующие средства, воски, текстурирующие средства, наполнители (расширители), фотоинициаторы, катализаторы и красящие вещества. В композиции порошковых покрытий также можно добавлять соединения антимикробного действия. Примерами пригодных к употреблению расширителей служат двуокись кремния, силикат алюминия, сульфат бария и карбонат кальция. Также предпочтительно использование композиций порошковых покрытий, не содержащих наполнителей.
Реакцию «сшивания» согласно изобретению можно дополнительно ускорить присутствием катализаторов в композиции прозрачного порошкового покрытия, известных благодаря тепловому механизму образования поперечных межмолекулярных связей. Такими катализаторами, например, являются соли олова, фосфиды, амины, амиды и имидазол. Их можно применять, например, в количествах от 0,02 до 3 мас.% на основе общей массы композиции порошкового покрытия.
Для инициирования свободно-радикальной полимеризации композиция прозрачного порошкового покрытия может содержать фотоинициаторы. Применимые фотоинициаторы включают, к примеру, те вещества, которые поглощают излучение в диапазоне длин волн от 190 до 600 нм. К примерам фотоинициаторов для свободно-радикальных систем отверждения относятся бензойная смола и ее производные, ацетофенон и его производные, бензофенон и его производные, тиоксантон и его производные, антрахинон, органофосфорные соединения, такие как, например, оксиды ацилфосфина. Фотоинициаторы используют, например, в количествах от 0 до 7 мас.%, в расчете на общую массу композиции порошкового покрытия.
Согласно первому варианту осуществления, можно использовать композицию прозрачного порошкового покрытия, содержащую комбинацию, по меньшей мере, одной смолы сложного полиэфира и, по меньшей мере, одной (мет)акриловой смолы. Эту, по меньшей мере, одну смолу сложного полиэфира можно использовать в соотношениях, по меньшей мере, к одной (мет)акриловой смоле как 4:1 до 1:3, предпочтительно 3,5:1 до 2:2.
Пригодными (мет)акриловыми смолами являются те смолы, которые описаны выше.
Применимые сложные полиэфиры представляют собой насыщенные и ненасыщенные сложные полиэфиры. Их можно получить традиционным образом за счет реакции многоосновных карбоновых кислот и их ангидридов и/или их эфиров с полиспиртами так, как, например, описано в D.A. Bates, The Science of Powder Coatings, volumes 1&2, Gardiner House, London, 1990. Ненасыщенные сложные полиэфиры могут быть сшиты с помощью свободно-радикальной полимеризации, и представлять собой такие преполимеры, как например, полимеры и олигомеры, содержащие в каждой молекуле одну или большее число свободно-радикально полимеризующихся двойных олефиновых связей.
Примеры применимых многоосновных карбоновых кислот и ангидридов и/или их сложных полиэфиров, включают малеиновую, фумаровую, малоновую, адипиновую, 1,4-циклогександикарбоновую, изофталевую, терефталевую, акриловую кислоты и их ангидридные формы, или их смеси. Примерами применимых спиртов являются бензиловый спирт, бутандиол, гександиол, диэтиленгликоль, пентаэритрит, неопентилгликоль, пропиленгликоль и их смеси.
Можно использовать смеси сложных полиэфиров, содержащих карбоксильные и гидроксильные группы. Карбокси-функционализированные сложные полиэфиры, согласно данному изобретению, имеют кислотное число от 10 до 100 мг KOH/г смолы, предпочтительно от 10 до 50 мг KOH/г смолы, а гидрокси-функционализированные сложные полиэфиры имеют гидроксильное число от 10 до 400 мг KOH/г смолы, предпочтительно от 20 до 100 мг KOH/г смолы.
Предпочтительным является применение карбокси-функционализированных сложных полиэфиров.
Эти сложные полиэфиры имеют температуру стеклования Tg предпочтительно в пределах от, например, 35 до 70ºC, при этом Tg определяют методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК).
Среднечисловая молярная масса Mn сложных полиэфиров предпочтительно изменяется в диапазоне, например, от 2000 до 10000, причем Mn определяется или должна определяться с помощью гельпроникающей хроматографии (метод ГПХ; где в качестве неподвижной фазы выступает полистирол, поперечно-сшитый дивинилбензолом, а в качестве жидкой фазы - тетрагидрофуран согласно стандартам на полистирол).
Применяют также кристаллические и/или полукристаллические сложные полиэфиры, которые имеют Tm (температуру плавления) предпочтительно в диапазоне, от, например, 50 до 150°C (контролировать), определенную методом ДСК.
Эти сложные полиэфиры могут включать самосшивающиеся смолы, содержащие поперечно-сшиваемые группы, известные специалисту в данной области техники. Их также можно сшивать с помощью сшивающих агентов веществ, пригодных для сложных полиэфиров, известных специалисту в данной области техники. В качестве примера можно привести циклоалифатические, алифатические или ароматические полиизоцианаты; сшивающие агенты, содержащие эпокси-группы, такие как, например, триглицидил изоцианурат (ТГИЦ); эфиры полиглицидила на основе диэтиленгликоля; глицидил-функционализированные (мет)акриловые сополимеры; и сшивающие агенты, содержащие амино-, амидо-, (мет)акрилатные и/или гидроксильные группы, а также виниловые эфиры. К тому же пригодны к применению и такие традиционные сшивающие агенты, как отвердители на основе дициандиамида, отвердители на основе карбоновой кислоты или фенольные отвердители. Предпочтительно использование сшивающих агентов, содержащих амино-, амидо- и/или гидроксильные группы, например, в пределах, от 0,5 мас.% до 15 мас.% на основе общей массы композиции прозрачного порошкового покрытия.
Согласно второму варианту осуществления можно использовать композицию прозрачного порошкового покрытия, содержащую комбинацию, по меньшей мере, одной смолы сложного полиэфира и, по меньшей мере, одной (мет)акрилатной смолы, а также, по меньшей мере, один пигмент и/или краситель особого вида, обеспечивающий проявление упомянутого выше эффекта анодирования.
Пригодными (мет)акриловыми смолами являются те смолы, которые описаны выше.
Пригодными сложными полиэфирами являются насыщенные и ненасыщенные сложные полиэфиры, как описано выше в первом варианте осуществления.
По меньшей мере, одну смолу сложного полиэфира и, по меньшей мере, одну (мет)акриловую смолу можно использовать в соотношении, как описано в первом варианте осуществления.
Композиция порошкового покрытия по второму варианту осуществления может содержать, по меньшей мере, один пигмент и/или краситель в количестве от 0,1 до 10 мас.%, предпочтительно от 0,1 до 5 мас.% и наиболее предпочтительно от 0,1 до 3 мас.% на основе общей массы композиции порошкового покрытия. Этот, по меньшей мере, один пигмент и/или краситель может быть прозрачным и/или полупрозрачным, он может быть любым возможным традиционным кроющим пигментом и/или красителем органической или неорганической природы, известным специалисту в данной области техники, выбранным для обеспечения нанесения покрытий по способу настоящего изобретения с требуемым блеском и структурой поверхности, измеренной с помощью анализа Фурье для механической профилометрии, а также требуемым цветом покрытия.
Примерами прозрачных и полупрозрачных пигментов и/или красителей являются пигменты на основе оксида железа типа пигментов Sicotrans (BASF), красители на основе металлических комплексов, например, NEOZAPON (BASF), ORASOL (Ciba), Nymco (Heubach), Savinyl (Clariant), микронизированный диоксид титана, углеродная сажа.
Порции придающих окраску пигментов и/или красителей можно использовать в дополнение к прозрачным и/или полупрозрачным пигментам и/или красителям, в количествах, изменяющихся от, например, 0,01 до 5 мас.% в расчете на общую массу композиции порошкового покрытия. Примерами окрашивающих пигментов являются металлические пигменты, например, можно применять фольгообразующие и нефольгообразующие пигменты на основе серебра, меди, алюминия, нанесенные в виде неорганических или органических слоев, и/или капсулированные алюминиевые хлопья, и/или частицы, и/или слюды, неорганические и/или органические цветные пигменты. Нанесение фольгообразующих пигментов ориентировано параллельно поверхности пленки покрытия, а нефольгообразующие пигменты плотно соединяются с матрицей красителя.
Например, можно применять композицию прозрачного порошкового покрытия, содержащую (А) от 60 до 99 мас.% смеси, включающей, по меньшей мере, одну смолу сложного полиэфира и, по меньшей мере, одну (мет)акрилатную смолу,
(B) от 0 до 30 мас.%, по меньшей мере, одного сшивающего агента,
(С) от 0 до 10 мас.%, предпочтительно 0,1-10 мас.%, по меньшей мере, одного пигмента и/или красителя,
с получением отвержденного покрытия с низким блеском в диапазоне от 1 до 20 единиц блеска под углом 60° в соответствии со стандартом DIN 67530 (ISO2813), а также структура поверхности отвержденного покрытия, которая характеризуется значением Интеграла 1 в диапазоне, превышающем 8,00E+00, предпочтительно в диапазоне от 1,00Е+01 до 1,40E+01, измеренным с помощью анализа Фурье для механической профилометрии, и в которой мас.% основаны на общей массе композиции порошкового покрытия.
Согласно третьему варианту осуществления можно использовать композицию прозрачного порошкового покрытия, содержащую комбинацию, по меньшей мере, одной полиуретановой смолы и, по меньшей мере, одной (мет)акриловой смолы. Эту, по меньшей мере, одну полиуретановую смолу можно использовать в соотношении, по меньшей мере, к одной (мет)акриловой смоле как 4:1 до 1:3, предпочтительно 3,5:1 до 2:2.
Пригодными (мет)акриловыми смолами являются те смолы, которые описаны выше.
В качестве полиуретановой смолы предпочтительно применима, по меньшей мере, одна карбокси-функционализированная полиуретановая смола, например, в количествах, изменяющихся от 30 до 90 мас.%, предпочтительно от 40 до 70 мас.%, в расчете на общую массу композиции порошкового покрытия. Это такие карбокси-функционализированные полиуретановые смолы, которые находятся предпочтительно в твердом состоянии при комнатной температуре.
Карбокси-функционализированные полиуретановые смолы можно получить, например, путем реакции гидрокси-функционализированных полиуретанов с ангидридами кислот. Кроме того, карбокси-функционализированные полиуретановые смолы можно получить путем реакции диизоцианатов или полиизоцианатов или изоцианат-функционализированных преполимеров с гидроксикарбоновыми кислотами.
Гидрокси-функционализированные полиуретаны можно получить традиционным способом, известным специалистам в данной области техники, в частности, путем реакции полиизоцианатов с избытком полиолов. Для производства полиуретановых смол приемлемы не только полиолы в виде соединений с низкой молярной массой, определяемые эмпирической и структурной формулами, но также и олигомерные или полимерные полиолы со среднечисловыми молекулярными массами, например, вплоть до 800, например, соответствующие гидрокси-функциональные полиэфиры, сложные полиэфиры или поликарбонаты; однако, предпочтительными являются полиолы с низкой молярной массой, определяемые эмпирической и структурной формулой. Примерами пригодных полиолов являются следующие диолы: этиленгликоль, изомеры пропан- и бутандиолов, 1,5-пентандиол, 1,6-гександиол, 1,10-декандиол, 1,12-додекандиол, неопентилгликоль, бутилэтилпропандиол, изомеры циклогександиолов, изомеры циклогександиметанолов, гидрогенизованный бисфенол А, трициклодекандиметанол, и димер жирного спирта в качестве представителей (цикло)алифатических диолов, определяемых эмпирической и структурной формулами, с низкой молярной массой в пределах от 62 до 600, а также телехелатные (мет)акриловые полимерные диолы, сложные полиэфирдиолы, простые полиэфирдиолы, поликарбонатные диолы, при этом каждый из них имеющий средне-числовую молярную массу, например, вплоть до 800, в качестве представителей олигомерных или полимерных диолов. Дополнительными примерами полиолов являются сложные полиэфирполиолы, поликарбонатполиолы, простые полиэфирполиолы, полиолы полилактона и/или полиолы поли(мет)акрилата. Примерами ангидридов кислот являются ангидриды малеиновой кислоты, янтарной кислоты, тетрагидрофталевой кислоты, гексагидрофталевой кислоты, метилгексагидрофталевой кислоты, тримеллитовой кислоты, пиромеллитовой кислоты и лимонной кислоты.
Примерами диизоцианатов являются гексаметилендиизоцианат (ГДИ), диизоцианат тетраметил-ксилилена, изофорон диизоцианат, дициклогексилметан диизоцианат, циклогексан диизоцианат, толуолдиизоцианат и дифенилметан диизоцианат.
Примерами полиизоцианатов являются такие соединения, которые содержат гетероатомы в остатке, связывающем изоцианатные группы. Примерами этих соединений являются полиизоцианаты, которые содержат карбоимидные группы, аллофанатные группы, уретановые группы, ацилированные мочевинные группы или биуретные группы. Полиизоцианаты обладают изоцианатной функциональностью, превышающей 2, как, например, полиизоцианаты типа уретдиона или изоцианурата, полученные ди- или тримеризацией диизоцианатов, приведенных в предыдущем параграфе. Дальнейшими примерами являются полиизоцианаты, содержащие биуретные группы, полученные путем реакций диизоцианатов, приведенных в предыдущем параграфе, с водой. Следующими примерами являются аналогичные полиизоцианаты, содержащие уретановые группы, полученные в реакциях с полиолами.
Полиизоцианатные сшивающие агенты, известные для систем покрытий с изоцианатным отверждением и основанные на гексаметилендиизоцианате, изофорона диизоцианате и/или дициклогексилметан диизоцианате, очень хорошо подходят для использования в качестве полиизоцианатов. Примерами являются известные по существу как производные этих диизоцианатов, содержащие группы биурета, уретана, уретдиона и/или изоцианурата. Их примеры можно найти среди продуктов, известных под названием Desmodur, предоставляемых для продажи компанией Bayer Material Science.
Примерами гидроксикарбоновых кислот являются гидроксиянтарная, 12-гидроксистеариновая кислоты или аддукты моноэпоксидов и дикарбоновых кислот.
Карбокси-функциональную полиуретановую смолу можно получить в присутствии органических растворителей, которые, однако, вызывают необходимость отделения полученной таким образом полиуретановой смолы, или удаления растворителя из смеси. Предпочтительнее все же осуществлять производство полиуретановой смолы без растворителя и без последующих операций очистки.
Карбокси-функциональные полиуретановые смолы компонента имеют кислотное число в пределах от 50 до 300, предпочтительно от 80 до 200.
Кислотное число определяют как число мг гидроксида калия (KOH), требуемое для нейтрализации карбоксильных групп 1 г смолы.
Специалист в данной области техники подбирает природу и пропорции полиизоцианатов и полиолов для получения полиуретановых смол таким образом, что полученные полиуретановые смолы находятся в твердом состоянии при комнатной температуре.
Согласно четвертому варианту осуществления, можно использовать композицию прозрачного порошкового покрытия, содержащую комбинацию, по меньшей мере, одной полиуретановой смолы и, по меньшей мере, одной (мет)акриловой смолы, а также, по меньшей мере, один пигмент особого вида.
По меньшей мере, одну полиуретановую смолу и, по меньшей мере, одну (мет)акриловую смолу можно использовать в соотношении, как описано в третьем варианте осуществления.
Пригодными (мет)акриловыми смолами являются те смолы, которые описаны выше.
Пригодными полиуретановыми смолами являются те смолы, которые описаны выше.
Композиция порошкового покрытия по четвертому варианту осуществления может содержать, по меньшей мере, один пигмент и/или краситель в количестве от 0,1 до 10 мас.%, предпочтительно от 0,1 до 5 мас.% и наиболее предпочтительно от 0,1 до 3 мас.% в расчете на общую массу композиции порошкового покрытия. Этот, по меньшей мере, один пигмент и/или краситель может быть прозрачным и/или полупрозрачным пигментом и/или красителем, который может быть любым традиционным кроющим пигментом и/или красителем органической или неорганической природы, известным специалисту в данной области техники, выбранным для обеспечения покрытий по способу настоящего изобретения с требуемым блеском и структурой поверхности, измеренной с помощью анализа Фурье для механической профилометрии, а также требуемым цветом покрытия.
Пригодными пигментами и красителями являются такие, которые описаны выше для второго варианта осуществления.
Например, можно применять композицию прозрачного порошкового покрытия, содержащую
(А) от 30 до 90 мас.%, по меньшей мере, одной глицидил-функционализированной (мет)акриловой смолы,
(B) от 30 до 90 мас.%, по меньшей мере, одной карбокси-функционализированной полиуретановой смолы,
(C) от 0 до 10 мас.%, по меньшей мере, одного сшивающего агента, и
(D) от 0,05 до 30 мас.%, по меньшей мере, одной добавки покрытия, пигмента и/или красителя и/или наполнителя, содержащей от 0 до 10 мас.%, предпочтительно от 0,1 до 10 мас.%, по меньшей мере, одного пигмента и/или красителя,
обеспечивающую низкий блеск отвержденного покрытия в диапазоне от 1 до 20 единиц блеска под углом 60° в соответствии со стандартом DIN 67530 (ISO2813), а также структуру поверхности отвержденного покрытия, которая характеризуется значением параметра Интеграл 1 в диапазоне, превышающем 8,00E+00, предпочтительно в диапазоне от 1,00Е+01 до 1,40E+01, измеренным с помощью анализа Фурье для механической профилометрии, и в которой мас.% приведены относительно общей массы композиции порошкового покрытия.
Поперечно-сшивающий агент может быть тем же самым, который описан для первого варианта осуществления, например, сшивающий агент, содержащий эпоксидные группы, как например, триглицидил изоцианурат (ТГИЦ); полиглицидил эфиры на основе диэтиленгликоля; глицидил-функционалиизированные (мет)акриловые сополимеры; и сшивающие вещества, содержащие амино-, амидо-, (мет)акрилатные группы и/или гидроксильные группы, а также винилэфиры. К тому же пригодны к применению и такие традиционные сшивающие агенты, как отвердители на основе дициандиамида, отвердители на основе карбоновой кислоты или фенольные отвердители. Предпочтительно использование сшивающих агентов, содержащих амино-, амидо- и/или гидроксильные группы, например, в пределах, от 0,5 мас.% до 10 мас.% в расчете на общую массу композиции прозрачного порошкового покрытия.
Композиция прозрачного порошкового покрытия согласно способу данного изобретения может быть получена с помощью традиционных производственных методов, используемых в индустрии изготовления порошковых покрытий, как например, технологические процессы экструзии и/или измельчения.
Например, компоненты, используемые в композиции порошкового покрытия, можно смешивать вместе с пигментами и/или красителями, а затем нагревать до температуры плавления смеси с последующим экструдированием смеси. Экструдированный материал впоследствии охлаждают на охлаждающих валках, разрушают и размалывают до тонкого порошка, который можно классифицировать до требуемого размера зерен, например, до среднего размера частиц от 20 до 200 мкм.
Композиции порошковых покрытий можно также получать способами распыления сверхкритических растворов, НВД, «неводных дисперсий» или способом расщепления в стоячих ультразвуковых волнах.
В качестве альтернативы, составляющие композиции порошкового покрытия согласно данному изобретению, можно обрабатывать первоначально без участия пигментов и/или красителей. В таких случаях пигменты и/или красители можно перерабатывать вместе с частицами готового порошкового покрытия.
Например, пигменты и/или красители, в частности, пигменты можно перерабатывать после экструзии и измельчения ингредиентов композиции порошкового покрытия путем сухого смешивания пигментов и/или красителей с частицами готового порошка покрытия.
Кроме того, пигменты и/или красители, в частности, пигменты можно перерабатывать вместе с готовыми частицами порошкового покрытия после экструзии и измельчения путем так называемого процесса «связывания». В частности, это означает, что пигменты связываются с частицами порошкового покрытия с помощью ударного сплавления. С этой целью пигменты можно смешивать с частицами порошкового покрытия. В процессе перемешивания индивидуальные частицы порошкового покрытия подвергаются размягчающему воздействию на их поверхность так, что пигменты прилипают к ним и оказываются гомогенно связанными с поверхностью частиц порошкового покрытия. Размягчение поверхности частиц порошка можно также осуществить путем нагревания частиц до температуры, например, стеклования Tg композиции, в пределах от, например, 40 до 70°C. После охлаждения смесь можно просеять для получения требуемого распределения размеров полученных частиц.
Следовательно, изобретение также относится и к способу получения композиции порошкового покрытия.
Композицию порошкового покрытия согласно данному изобретению можно наносить на поверхность с помощью, например, электростатического распыления, термического или газопламенного напыления или способов напыления псевдоожиженного слоя, все из которых известны специалистам в данной области техники.
Композиции покрытий можно наносить на любые виды алюминиевых подложек, например, алюминиевые пластины, катушки, профили, сплавы, оконные рамы.
Композицию порошкового покрытия согласно настоящему изобретению можно применять для скоростного нанесения покрытия на алюминий, например, способом рулонного нанесения покрытия со скоростью нанесения, например, примерно >30 м/мин, к примеру, в пределах от 30 до 50 м/мин.
В определенных применениях подложка, на которую наносится покрытие, может быть предварительно подогрета до наложения на ее поверхность порошковой смеси, а после выполнения этой операции либо разогрета, либо оставлена в прежнем состоянии. Например, газ широко применяют для различных стадий нагревания, но также известны и другие способы, например, использование сверхвысокочастотного, инфракрасного (ИК) и/или ближнего инфракрасного (БИК) излучений.
Способ согласно изобретению предоставляет возможность наносить композицию порошкового покрытия непосредственно на поверхность алюминиевой подложки в качестве системы однослойного покрытия, предусматривая вышеупомянутые преимущества данного изобретения.
Наложенный и расплавленный слой порошкового покрытия можно отверждать с помощью тепловой энергии. К примеру, слой покрытия можно подвергать конвекционному, газовому и/или радиационному нагреву с помощью, например, инфракрасного излучения (ИК) и/или ближнего инфракрасного излучения (БИК) так, как известно в данной области техники, до температур, например, от 80°C до 220°C, предпочтительно от 120°C до 200°C (целевая температура для каждого случая).
Композицию порошкового покрытия также можно отверждать с помощью излучения высокой энергии, известного квалифицированному специалисту. Ультрафиолетовое (УФ) излучение или излучение пучком электронов можно использовать в качестве средства излучения высокой энергии. Предпочтительным является использование ультрафиолетового излучения. Облучение можно выполнять в непрерывном или дискретном режиме.
Также можно использовать двойное отверждение. Двойное отверждение означает такой способ отверждения композиции порошкового покрытия согласно данному изобретению, когда наложенную композицию можно отверждать, например, как с помощью ультрафиолетового излучения, так и посредством способов термоотверждения, известных квалифицированному специалисту.
Поэтому данное изобретение также относится к изделию, полученному способом по данному изобретению.
Далее настоящее изобретение разъясняется на следующих Примерах. Следует понимать, что данные примеры предоставлены только для иллюстрации.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Производство и нанесение композиций порошкового покрытия
Композиции порошковых покрытий получены согласно следующим Составам 1 и 2:
Компоненты
Состав 1 (мас.%)
Состав 2 (мас.%)
Ненасыщенная смола сложного полиэфира (Кислотное число 25-35 мг KOH/г, Tg 58-65°єC)
70,8
65,1
Глицидил-функционализированная акриловая смола (эквивалентная эпоксидная масса 550-680 г/экв)
25,8
33,1
Сшивающий агент гидроксиалкиламид
2,1
0
Агент регулирования расхода
1,0
1,0
Агент дегазирования
0,3
0,3
Комплексный металлический краситель
---
0,5
Ингредиенты каждого состава смешивают вместе и экструдируют в экструдере PR 46 (компания: Buss AG) при 120°C. Смешанный в расплаве состав покрытия охлаждают и полученный материал каждого состава измельчают и просеивают до достижения в распределении частиц по размерам значения D50, равного 30-40 мкм.
Алюминиевые профили обрабатывают химическим способом с применением бесхромного процесса обработки поверхности с помощью Alodine 4870 (Henkel). Полученный цвет от почти бесцветного до серого оттенка.
Составы 1 и 2 наносят на обработанные алюминиевые профили, применяя коронный разряд (компания: ITW Gema), в виде однослойного покрытия до пленки толщиной примерно 80 мкм. И, наконец, каждое покрытие отверждают в конвекционной сушильной камере при температуре 200°C в течение 20 минут.
Пример 2
Испытание отвержденного покрытия
Таблица 1
Результаты испытания отвержденных покрытий, полученных в соответствии с изобретением
Тест
ЗначенияСостав 1
ЗначенияСостав 2
Блеск (под углом 60° согласно стандарту ISO 2813)
8
12
Адгезия
Gt 0
Gt 0
Испытание на изгиб (стандарт EN ISO 1519), оправка размером 5 мм
успешно
успешно
Испытание на удар
>2,5 Н*м
>2,5 Н*м
Ускоренное испытание на устойчивость к атмосферным условиям (500 часов, прибор QUV-B, 313 нм)
Сохранение блеска >50%
Сохранение блеска >50%
DE<1,5
DE<1,5
Структура поверхности (Интеграл 1, измеренный с помощью анализа Фурье для механической профилометрии
1,00Е+01 (длины волн 1-10 мм)
1,30Е+01 (длины волн 1-10 мм)
Комбинация бесцветной подготовки поверхности и композиции матового прозрачного порошкового покрытия приводит к получению эффекта анодирования доводки поверхности.