СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОРОШКОВОГО ПОКРЫТИЯ
APPLICATION OF POWDER COATING

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область изобретения
Порошковые покрытия представляют собой твердые композиции, которые в основном наносят способом электростатического напыления, при котором частицы порошкового покрытия электростатически заряжаются в распылителе, а подложка заземлена. Альтернативные способы нанесения включают процессы нанесения в псевдоожиженном слое и в электростатическом кипящем слое. После нанесения порошок нагревают для расплавления и сплавления частиц и отверждения покрытия.
с
Композиции в основном включают твердую пленкообразующую смолу, обычно с одним или более окрашивающими веществами, такими как пигменты, и необязательно они также содержат одну или более технологических добавок. Они обычно являются термореактивными, включающими, например, пленкообразующий полимер и соответствующий сшивающий агент (который может сам по себе быть еще одним пленкообразующим полимером). Как правило, смолы имеют температуру стеклования (T), температуру размягчения или температуру плавления выше 30°С. Композиции в основном приготавливают смешением ингредиентов, например, в экструдере, при температуре выше температуры размягчения смолы, но ниже температуры отверждения. Затем композицию охлаждают до ее затвердевания и после этого измельчают в порошок. Гранулометрический состав, необходимый для наиболее широко распространенного промышленного устройства электростатического напыления, составляет вплоть до максимум 120 микрон, при среднем размере частиц в пределах диапазона от 15 до 75 микрон, предпочтительно от 25 до 50 микрон, более конкретно от 20 до 45 микрон.
Настоящее изобретение относится к способу нанесения порошкового покрытия на подложку, более конкретно, к процессу нанесения по меньшей мере двух слоев порошкового покрытия на подложку без сколь-либо значительного отверждения первого слоя перед нанесением второго или последующих слоев. Этот процесс иногда называется процессом нанесения «сухого-по-сухому».
Уровень техники
В ЕР 08433598 раскрыт способ имитации древесины или мрамора при отделке путем покрытия металлических поверхностей первым слоем окрашенного порошкового покрытия, нагревания этого слоя для достижения частичного отверждения этого первого слоя (иногда называемого «свежеотвержденным»), и после этого нанесения второго слоя окрашенного порошкового покрытия, и последующего нагревания обоих слоев для достижения полного отверждения обоих слоев.
В ЕР 1547698 раскрыт способ, который подобен способу в ЕР 08433598, хотя и отличается тем, что в процессе по ЕР 1547698 отсутствует стадия нагревания после нанесения первого слоя порошкового покрытия.
В WO 2008/088650 раскрыт способ окрашивания подложки, при котором на первой стадии на подложку наносят порошковую грунтовку, на следующей стадии на грунтовку наносят порошковое базовое покрытие, включающее хлопьевидную добавку, одновременно отверждают порошковую грунтовку и порошковое базовое покрытие, и после этого на порошковое базовое покрытие наносят верхнее отделочное покрытие, и на последней стадии отверждают это верхнее отделочное покрытие.
В ЕР 2060328 раскрыт способ формирования композитного порошкового покрытия, при котором на подложку осаждают многочисленные слои порошкового покрытия, причем смежные слои формируют из композиций порошкового покрытия различных типов, и при этом многочисленные слои композиции порошкового покрытия отверждают на одной единственной термической стадии.
В WO 2005/018832 раскрыт способ нанесения покрытия на подложки, при котором поверх фонового покрытия наносят покрытие с изображением. Как покрытие с изображением, так и фоновое покрытие могут быть порошковыми покрытиями. Нет необходимости в частичном отверждении фонового покрытия перед нанесением покрытия с изображением. В этом способе полярность фонового/базового покрытия и покрытия с изображением должна быть одинаковой.
В US 2004/0159282 раскрыт способ повторного напыления или ремонта покрытия с использованием порошковых покрытий, где повторное напыление или ремонт покрытия могут быть выполнены до или после отверждения первоначального слоя. Первоначальный слой покрытия и слой ремонтного/повторно напыляемого покрытия должны иметь одинаковую полярность электростатического заряда.
До сих пор системы на основе любого из вышеуказанных процессов нанесения сухого-по-сухому по меньшей мере двух слоев порошкового покрытия пользовались малым успехом в промышленном масштабе. Основными причинами тому являются поверхностные дефекты в верхнем порошковом слое, которые при отверждении ведут к неудовлетворительному внешнему виду с явным проявлением смешения двух слоев. Эти поверхностные дефекты могут быть замаскированы с использованием матового или тускло окрашенного покрытия для верхнего порошкового слоя. Однако поверхностные дефекты явственно видны, когда используют верхнее отделочное покрытие с высоким блеском.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, в одном варианте реализации настоящее изобретение включает в себя способ нанесения по меньшей мере двух различных слоев порошкового покрытия на подложку, включающий стадии нанесения первого слоя порошкового покрытия с последующим нанесением второго слоя порошкового покрытия, без сколь-либо значительного отверждения первого слоя порошкового покрытия перед нанесением второго слоя порошкового покрытия, с последующим одновременным отверждением первого слоя порошкового покрытия и второго слоя порошкового покрытия, причем
- первый слой порошкового покрытия наносят на подложку с использованием системы зарядки коронным разрядом, а второй слой порошкового покрытия наносят на подложку с использованием системы трибоэлектрической зарядки,
или
- первый слой порошкового покрытия наносят на подложку с использованием системы трибоэлектрической зарядки, а второй слой порошкового покрытия наносят на подложку с использованием системы зарядки коронным разрядом, и
- первый слой порошкового покрытия и второй слой порошкового покрытия имеют противоположную полярность электростатического заряда.
В еще одном варианте реализации изобретение относится к способу нанесения по меньшей мере двух различных слоев порошкового покрытия на подложку, включающему стадии нанесения первого слоя порошкового покрытия с последующим нанесением второго слоя порошкового покрытия, без сколь-либо значительного отверждения первого слоя порошкового покрытия перед нанесением второго слоя порошкового покрытия, с последующим одновременным отверждением первого слоя порошкового покрытия и второго слоя порошкового покрытия, причем первый слой порошкового покрытия наносят имеющим отрицательную полярность с использованием системы зарядки коронным разрядом, а второй слой порошкового покрытия наносят имеющим положительную полярность с использованием системы трибоэлектрической зарядки, или первый слой порошкового покрытия наносят имеющим положительную полярность с использованием системы трибоэлектрической зарядки, а второй слой порошкового покрытия наносят имеющим отрицательную полярность с использованием системы зарядки коронным разрядом.
Другие варианты реализации изобретения включают подробности, касающиеся нанесения порошкового покрытия.
В этом описании обозначение «вес.%» имеет отношение к весовым процентам в расчете на общий вес композиции, если не оговорено иное.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Было обнаружено, что способ согласно настоящему изобретению может быть использован для получения, надежным и последовательным путем, покрытых подложек без каких-либо поверхностных дефектов и/или пороков в эстетическом внешнем виде и с эксплуатационными характеристиками, сравнимыми с эквивалентной двухслойной системой, полученной с промежуточной стадией отверждения. Было обнаружено, что для этого существенным элементом является применение двух различных методов зарядки для придания противоположной полярности последовательным слоям порошкового покрытия.
Система зарядки коронным разрядом
В системе зарядки коронным разрядом для заряжания электрода на наконечнике распылителя для напыления порошкового покрытия используют высоковольтный генератор, который создает электростатическое поле или ионное облако (корону) между распылителем и заготовкой/подложкой. Распылитель для напыления порошкового покрытия, применяемый в способе этого типа, называется распылителем коронного разряда. Для транспорта порошка через распылитель, а также сквозь ионное облако, используют сжатый воздух. Частицы порошка накапливают заряд по мере того, как они движутся через облако, и под действием сочетания пневматических и электростатических сил перемещаются к заземленной подложке-мишени и осаждаются на ней. Многие производители оборудования для напыления коронным разрядом используют отрицательное напряжение коронного разряда для придания частицам порошка отрицательного заряда. Однако возможно применение положительного напряжения коронного разряда, чтобы сообщать частице порошка положительный заряд, и такие методы зарядки коронным разрядом находятся в пределах объема настоящего изобретения.
В пределах объема настоящего изобретения в качестве системы зарядки отрицательным коронным разрядом рассматривается устройство захвата ионов, например, система SuperCorona, поставляемая фирмой ITW Gema из Ransburg.
В одном варианте реализации при нанесении порошкового покрытия распылитель коронного разряда заряжают между 30 и 100 кВ, когда наносят порошковое покрытие.
В одном дополнительном варианте реализации при нанесении порошкового покрытия распылитель коронного разряда заряжают между 70 и 100 кВ.
В одном дополнительном варианте реализации при использовании системы нанесения в коронном разряде производительность по порошку составляет между 100 и 300 г/мин.
В одном дополнительном варианте реализации при использовании системы нанесения в коронном разряде производительность по порошку составляет между 150 и 250 г/мин.
Система трибоэлектрической зарядки
В системе трибоэлектрической зарядки используют такое явление, что, когда два различных изоляционных материала натирают друг о друга и затем разделяют, они принимают противоположные заряды (+ и -). Этот метод генерирования заряда за счет трения является одним из самых ранних явлений, связанных с электрическими свойствами материалов. Вместо электрода трибоэлектрические распылители для нанесения порошкового покрытия основаны на этой зарядке трением для придания электростатического заряда частицам порошка. Для транспортировки частиц порошка через распылитель используют сжатый воздух. По мере их перемещения частицы ударяются о стенки распылителя, приобретая заряд. Затем силой пневматического воздействия сжатого воздуха заряженные частицы переносятся к заземленной подложке. В данной области техники известно, что положительный заряд может быть сообщен частицам порошка с использованием трибоэлектрического распылителя, изготовленного из отрицательного трибоматериала, такого как PTFE (политетрафторэтилен) или подобный материал, и что отрицательный заряд может быть сообщен частицам при использовании распылителя, изготовленного из положительного трибоматериала, такого как найлон.
В одном варианте реализации при использовании системы нанесения с трибоэлектрической зарядкой производительность по порошку составляет между 50 и 300 г/мин.
В еще одном варианте реализации при использовании системы нанесения с трибоэлектрической зарядкой производительность по порошку составляет между 150 и 250 г/мин.
Состав покрытия
Функция покрытий состоит в обеспечении защиты и/или эстетического внешнего вида подложки. Пленкообразующую смолу и другие ингредиенты выбирают так, чтобы обеспечить желательные эксплуатационные характеристики и внешний вид. В отношении эксплуатационных характеристик покрытия в основном должны быть долговечными и проявляющими хорошую устойчивость против атмосферных воздействий, стойкость к образованию пятен и загрязнению, устойчивость к химическим веществам и растворителям, и/или коррозионную стойкость, а также хорошие механические свойства, например, твердость, гибкость или устойчивость к механическому удару; точные требуемые характеристики будут зависеть от предполагаемого применения (назначения). Конечная композиция должна быть, конечно же, способна образовывать на подложке когерентную (прочно сцепленную) пленку, и требуются хорошие характеристики растекаемости и выравнивания конечной композиции на подложке. Соответственно, внутри пленкообразующей основы, в дополнение к пленкообразующей связующей смоле и необязательным отвердителю, пигменту и/или наполнителю, как правило, присутствуют одна или более технологических добавок, таких как, например, средство для повышения растекаемости, воск, пластификатор, стабилизатор, например, стабилизатор против УФ-деградации, или агент против газовыделения, такой как бензоин, агент для предотвращения осаждения пигмента, поверхностно-активный агент, поглотитель УФ-излучения, оптический отбеливатель, акцептор радикалов, загуститель, антиоксидант, фунгицид, биоцид, и/или материал для создания определенного эффекта, такой как материал для снижения блеска, усиления блеска, придания ударной вязкости, текстуры, искристого глянца и структуры, и тому подобные. В отношении общего содержания технологических добавок в целом в пленкообразующем полимерном материале следует упомянуть следующие диапазоны: от 0% до 7% (предпочтительно от 0 до 5%) по весу, от 0% до 3% по весу и от 1% до 2% по весу.
Если используют технологические добавки, то их в основном применяют в общем количестве самое большее 5 вес.%, предпочтительно самое большее 3 вес.%, более конкретно, самое большее 2 вес.%, в расчете на конечную композицию. Если их применяют, то они в основном используются в количестве по меньшей мере 0,1 вес.%, более конкретно, по меньшей мере 1 вес.%, в расчете на конечную композицию.
Что касается пигментов, то эти стандартные добавки могут быть введены во время или после диспергирования связующих компонентов, но для оптимального распределения предпочтительно, чтобы они были смешаны со связующими компонентами перед диспергированием обоих.
Пленкообразующий полимер, используемый в производстве пленкообразующего компонента термореактивного материала порошкового покрытия согласно изобретению, может представлять собой, например, один или более материалов, выбранных из сложнополиэфирных смол с карбоксильными функциональными группами, сложнополиэфирных смол с гидроксильными функциональными группами, эпоксидных смол, функциональных акриловых смол и фторполимеров.
Пригодными термически отверждаемыми сшиваемыми системами для нанесения в качестве композиции покрытия являются, например, сшиваемые системы эпоксидной смолы с кислотным отвердителем, эпоксидной смолы с ангидридом кислоты в качестве отвердителя, эпоксидной смолы с аминным отвердителем, эпоксидной смолы с полифенольным отвердителем, фенол-формальдегид/эпоксидные, эпоксид/аминные, эпоксид/амидные, изоцианат/гидроксильные, карбокси/гидроксиалкиламидные, или гидроксил-эпоксидные сшиваемые системы. Подходящие примеры этих химических систем, наносимых в качестве композиций порошкового покрытия, описаны в работе T.A. Misev, Powder Coatings Chemistry and Technology («Химия и технология порошковых покрытий»), издательство John Wiley & Sons Ltd., 1991.
с
Пленкообразующий компонент материала порошкового покрытия может быть основан, например, на системе твердого полимерного связующего, включающей сложнополиэфирную пленкообразующую смолу с карбоксильными функциональными группами, используемую с полиэпоксидным отверждающим агентом. Такие сложнополиэфирные системы с карбоксильными функциональными группами в настоящее время наиболее широко применяются в качестве материалов порошкового покрытия. Сложный полиэфир в основном имеет кислотное число в диапазоне 10-100, среднечисловую молекулярную массу Mn от 1500 до 10000 и температуру стеклования T от 30°С до 85°С, предпочтительно по меньшей мере 40°С. Примерами имеющихся в продаже сложных полиэфиров с карбоксильными функциональными группами являются: Uralac (зарегистрированный товарный знак) P3560 (DSM Resins) и Crylcoat (зарегистрированный товарный знак) 314 или (UCB Chemicals). Полиэпоксид может представлять собой, например, эпоксидное соединение с низкой молекулярной массой, такое как триглицидилизоцианурат (TGIC), соединение, такое как диглицидилтерефталат, конденсированный глицидиловый простой эфир бисфенола А или светостойкую эпоксидную смолу. Примерами эпоксидных смол на основе Бисфенола-А являются Epikote (зарегистрированный товарный знак) 1055 (Shell) и Araldite (зарегистрированный товарный знак) GT 7004 (Ciba Chemicals). Сложнополиэфирная пленкообразующая смола с карбоксильными функциональными группами может альтернативно быть использована с бис(бета-гидроксиалкиламидным) отвердителем, таким как тетракис(2-гидроксиэтил)адипамид (Primid (зарегистрированный товарный знак) XL-552).
Полярность электростатического заряда порошкового покрытия может быть определена качественным путем с использованием цилиндра Фарадея. Применение цилиндра Фарадея позволяет квалифицированному специалисту провести различие между порошковыми покрытиями, имеющими положительный электростатический заряд, и порошковыми покрытиями, имеющими отрицательный электростатический заряд.
Было обнаружено, что в процессе согласно настоящему изобретению для первого слоя порошкового покрытия и второго слоя порошкового покрытия может быть использован почти любой тип порошкового покрытия.
Пленкообразующий компонент в первом слое порошкового покрытия может быть таким же, как и во втором слое порошкового покрытия, но они также могут быть различными.
Изобретение будет разъяснено со ссылкой на нижеследующие примеры. Они предназначены иллюстрировать изобретение, но никоим образом не должны толковаться как огранивающие его объем.
Примеры
В этих примерах были использованы следующие стандартные порошковые покрытия.
Таблица 1
Тип
Цвет
PC1
Эпоксидная грунтовка
Темно-серый
PC2
Гибридная грунтовка из сложного
Желтый
полиэфира/эпоксида 60:40
PC3
Верхний слой сложного полиэфира/TGIC
Синий
PC4
Верхний слой сложного полиэфира/Primid
Зеленый
PC5
Верхний слой полиуретана
Белый
Разнообразные комбинации грунтовки/верхнего слоя наносили на алюминиевые панели в процессе сухое-по-сухому с использованием системы зарядки отрицательным коронным разрядом и системы трибоэлектрической зарядки положительным зарядом. После их нанесения слой грунтовки не нагревали и не отверждали, только после нанесения верхнего слоя всю покрытую подложку сушили в камере при 180°С в течение 15 минут. Разнообразные комбинации перечислены в Таблице 2.
Таблица 2
Пример
Первый слой покрытия (грунтовка)
Второй слой покрытия (верхнее покрытие)
1
PC1
C
PC3
T
2
PC1
C
PC4
T
3
PC1
C
PC5
T
4
PC2
C
PC3
T
5
PC2
C
PC4
T
6
PC2
C
PC5
T
7
PC1
T
PC3
C
8
PC1
T
PC4
C
9
PC1
T
PC5
C
10
PC2
T
PC3
C
11
PC2
T
PC4
C
12
PC2
T
PC5
C
С = нанесение с использованием системы зарядки отрицательным коронным разрядомТ = нанесение с использованием системы трибоэлектрической зарядки положительным зарядом
Сравнительный пример
Для имитирования уровня техники выполнили процесс, раскрытый в ЕР 08433598, используя некоторые из стандартных композиций порошкового покрытия в Таблице 1. На первой стадии первый слой порошкового покрытия наносили на алюминиевую панель с использованием системы зарядки отрицательным коронным разрядом и нагревали панель в течение 5 минут при 180°С. После этого на панель наносили второй слой порошкового покрытия с использованием системы зарядки отрицательным коронным разрядом и панель сушили в камере при 180°С в течение 15 минут.
Разнообразные комбинации перечислены в Таблице 3
Таблица 3
Пример
Первый слой покрытия (грунтовка)
Второй слой покрытия (верхнее покрытие)
13*
PC1
C
PC3
C
14*
PC1
C
PC4
C
15*
PC1
C
PC5
C
16*
PC2
C
PC3
C
17*
PC2
C
PC4
C
18*
PC2
C
PC5
C
* = сравнительный примерС = нанесение с использованием системы зарядки отрицательным коронным разрядомТ = нанесение с использованием системы трибоэлектрической зарядки положительным зарядом
Измерения в цветовом пространстве CIELAB проводили для всех образцов с использованием двухлучевого спектрофотометра от фирмы Datacolour International с углом наблюдения 10° и апертурой 30 мм. Измерения блеска под углом 60° были выполнены на всех образцах с использованием рефлектометра Tri-gloss фирмы Sheen Instruments. Результаты представлены в Таблице 4.
Таблица 4
Пример
CIELAB
Блеск
L
a
b
1
46,6
-15,3
-30,9
60,0
7
46,7
-15,3
-30,9
63,3
13*
46,6
-15,4
-31,0
63,7
2
31,9
-13,2
3,9
35,7
8
32,0
-13,1
3,8
37,0
14*
31,7
-12,7
3,7
38,0
3
97,4
-1,0
0,8
93,0
9
97,1
-1,0
0,5
93,0
15*
97,3
-1,0
0,6
92,0
4
46,6
-15,3
-31,0
61,0
10
46,7
-15,4
-31,0
64,0
16*
46,7
-15,3
-31,0
63,3
5
31,9
-13,2
3,9
34,3
11
32,0
-13,3
3,9
37,3
17*
31,8
-12,8
3,7
38,3
6
97,8
-0,8
1,1
93,0
12
97,6
-0,8
1,0
93,0
18*
97,3
-0,9
0,7
93,0
* = сравнительный пример
Вышеуказанные результаты показывают, что процесс согласно настоящему изобретению может быть использован надежным путем для получения многослойных систем порошкового покрытия, без необходимости в нагревании или отверждении между нанесением индивидуальных слоев. Процесс может быть применен для получения систем как с высоким блеском, так и с низким блеском (или матовых), где цвет является таким же, как и цвет той системы, где первый слой порошкового покрытия нагревают/отверждают перед нанесением второго слоя.