專利名稱：粉末涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在不同基材上制備控制光澤的粉末涂層的方法。
相關(guān)技術(shù)敘述能夠通過紫外(UV)光進(jìn)行固化的粉末涂料已經(jīng)開發(fā)多年。典型地，這些組合物含有具有烯鍵式不飽和基團(tuán)的基料樹脂和摹擬光聚合作用的特定光引發(fā)劑。這樣使所述組合物能夠在很短時(shí)間內(nèi)固化，并且能夠改善質(zhì)量和提高具有低操作成本和設(shè)備成本的生產(chǎn)能力。
典型地，可UV輻射固化的粉末涂料組合物經(jīng)由兩個(gè)獨(dú)立的工藝過程，即，加熱使粉末顆粒塑化、熔融和流平，和UV或電子束輻射使涂層結(jié)構(gòu)聚合并交聯(lián)。
UV-粉末涂層的光澤控制以及，特別是，UV-粉末涂層消光和保持UV-涂層的這些優(yōu)良的工藝性能，現(xiàn)在均仍然是艱巨任務(wù)。
眾所周知，采用消光劑調(diào)節(jié)光澤到所要求的水平，參見WO03/102048、US 2003134978、EP-A 1129788和EP-A 947254。所述消光劑的例子是蠟、二氧化硅、玻璃珠和結(jié)晶樹脂。這樣的成分常常產(chǎn)生工藝性能受損的涂層。
形成消光作用的其它工藝是，使用化學(xué)不相容性粉末的干混料，或者使用不同的工藝條件，例如不同的固化條件，這意味著，采用具有不同波長(zhǎng)的燈進(jìn)行熔融涂料的分步固化，參見EP-A 706834，或者在惰性條件下采用特定的UV-燈。然而，這些工藝常常是難以控制的或者是無效的。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種制備具有任何所需要的光澤度的粉末涂層的方法，包括如下步驟a)將粉末涂料組合物涂布到基材表面，b)在接近環(huán)境溫度下，采用高能輻射輻照所涂布的粉末涂料組合物，
c)通過增加溫度使粉末涂料組合物顆粒塑化、熔融和流平，至熔融的涂層，和d)使熔融的涂層固化。
按照本發(fā)明方法，通過改變?cè)诓襟Eb)中UV-輻照的時(shí)間和強(qiáng)度，能夠控制涂層光澤到任何光澤度。
就上述方法來說，必須不改變UV粉末涂料組合物配方來得到所需光澤度。因此，固化涂層的工藝性能，如耐磨性、耐擦傷性、流平性、戶外穩(wěn)定性、耐化學(xué)性和硬度均保持在原來的水平。
發(fā)明詳述本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，通過閱讀以下詳述，總會(huì)更容易地理解本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)理解，為清楚起見敘述在上下文多個(gè)獨(dú)立實(shí)施方案中的本發(fā)明的某些特征，也可以在單個(gè)實(shí)施方案中以綜合方式提供。相反，為簡(jiǎn)潔起見敘述在單個(gè)實(shí)施方案中的本發(fā)明的各種特征，也可以獨(dú)立地或以子綜合方式提供。另外，單數(shù)標(biāo)記也可以包括復(fù)數(shù)含義(例如，“一個(gè)”可以指一個(gè)或者一個(gè)或多個(gè))，除非上下文另外特別指出。
在本申請(qǐng)所敘述的各種范圍中使用的數(shù)字?jǐn)?shù)值，除非另有清楚說明，均作為近似值來表示，就好象在所述范圍中的最小值和最大值之間有詞“約”。以這種方式，能夠使用高于和低于所述范圍微小變量的數(shù)值，從而得到與所述范圍中數(shù)值基本相同的結(jié)果。另外，所公開的這些范圍意圖是作為連續(xù)范圍，包括最小值和最大值之間的每一個(gè)數(shù)值。
本文中所提及的所有專利、專利申請(qǐng)和出版物均全文引入作為參考。
按照本發(fā)明制備的面涂層的光澤在60°下按照DIN 67530進(jìn)行測(cè)定，并且能夠通過采用本新穎方法在1～95的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。典型地，消光面涂層的光澤范圍為1～20，高光澤面涂層的光澤范圍為60～95，低光澤面涂層的范圍為20～40。
本發(fā)明基于下述方法，即，其中，粉末涂層的光澤度能夠通過改變?cè)诓襟Eb)中用高能輻射輻照干的、所涂布的粉末涂料組合物的工藝進(jìn)行控制。
在該步驟中，在接近環(huán)境溫度下進(jìn)行輻照，所述溫度意指，溫度低于涂料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，例如0～60℃，優(yōu)選15～30℃。
在步驟b)中采用高能輻照之后，粉末涂料顆粒通過增加溫度而塑化、熔融和流平。這一過程能夠通過，例如，IR-輻射，與熱空氣對(duì)流相組合的IR-輻射，或熱空氣對(duì)流來完成。IR輻射也包括近紅外輻射(NIR)。典型地，IR輻射所用的波長(zhǎng)范圍為0.76μm～1mm，NIR輻射所用的波長(zhǎng)范圍為0.76～1.2μm。熔融溫度，例如，可以為60～250℃，以基材表面溫度計(jì)量。
在步驟c)后，使熔融的粉末涂料固化。這也能通過高能輻射來完成。將所涂布并熔融的粉末涂料層暴露到熱能之中也是可行的。涂料層可以，例如，通過對(duì)流和/或輻射加熱暴露到約60～250℃的溫度，優(yōu)選暴露到80～160℃，所述溫度以基材表面溫度計(jì)量。在采用高能輻射輻照之前、之中和/或之后暴露到熱能之中也是可行的。
UV(紫外)輻射或電子束輻射可以作為高能輻射應(yīng)用。優(yōu)選UV輻射。輻照可以連續(xù)或間斷進(jìn)行，即意味著以循環(huán)方式進(jìn)行。
輻照可以例如在帶式設(shè)備中進(jìn)行，所述帶式設(shè)備裝有一臺(tái)或多臺(tái)UV-輻射發(fā)射器，或者裝有一臺(tái)或多臺(tái)位于待輻照物、或待輻照區(qū)、或待輻照基材前方的UV-輻射發(fā)射器，和/或UV-輻射發(fā)射器在輻照期間彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
原則上，與物體的輻照距離的持續(xù)時(shí)間和/或UV-輻射發(fā)射器的輻射輸出，可以在UV輻照期間發(fā)生變化。優(yōu)選的輻射源包括發(fā)射波長(zhǎng)范圍為180～420nm，特別是200～400nm的UV-輻射源。這類UV-輻射源的例子是任選摻雜的高、中和低壓汞蒸汽發(fā)射器和氣體放電管，例如，低壓氙燈。然而，除了這些連續(xù)操作的UV-輻射源之外，也能應(yīng)用不連續(xù)的UV-輻射源。優(yōu)選其是所謂的高能閃光設(shè)備(簡(jiǎn)稱UV-閃光燈)。UV-閃光燈可以含有許多閃光管，例如，填充惰性氣體的石英管，如填充氙氣。
在UV-輻射源和待輻照基材表面的距離可以為，例如，0.5～300cm。
可以以一個(gè)或多個(gè)輻照步驟進(jìn)行采用UV-輻射的輻照。換句話說，通過輻照施加的能量可以完全在一個(gè)輻照步驟中供應(yīng)，或者分份在兩個(gè)或多個(gè)輻照步驟中供應(yīng)。UV劑量一般為1000～5000mJ/cm2。
對(duì)于步驟b)，采用UV-輻射的輻照時(shí)間可以為，例如，1毫秒～300秒，優(yōu)選0.1～60秒，取決于所選擇的閃光放電器的個(gè)數(shù)。如果使用連續(xù)UV-輻射源，步驟b)的輻照時(shí)間可以為，例如，0.5秒～約30分鐘，優(yōu)選小于1分鐘。
UV劑量，它一般當(dāng)作輻照度的時(shí)間積分來說，是重要的參數(shù)，其在步驟b)中尤其影響輻照效率。為了按需要實(shí)現(xiàn)不同的光澤度，UV劑量能夠在低劑量至高劑量范圍內(nèi)變化。這樣，能夠通過干燥粉末顆粒的預(yù)交聯(lián)獲得消光粉末涂層。預(yù)交聯(lián)度取決于UV劑量以及可UV固化的粉末涂料組合物的性能。原則上，較低光澤的涂層通過在步驟b)中較高UV劑量來獲得，而較高光澤的粉末涂層通過在步驟b)中較低UV劑量來獲得。按照本發(fā)明的方法在步驟b)中使用的UV劑量為20～300mJ/cm2，優(yōu)選為50～150mJ/cm2。
具有烯鍵式不飽和基團(tuán)的適宜粉末涂料基料是，例如，技術(shù)人員已知的任何能夠通過自由基聚合交聯(lián)的粉末涂料基料。這些粉末涂料基料能夠是預(yù)聚物，例如聚合物和低聚物，其中，每個(gè)分子含有一個(gè)或多個(gè)可自由基聚合的烯屬雙鍵。
可通過自由基聚合固化的粉末涂料基料的例子包括基于環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、丙烯酸類樹脂和/或聚氨酯樹脂者。這種可光聚合的樹脂的例子包括不飽和聚酯、不飽和(甲基)丙烯酸酯、不飽和聚酯-氨基甲酸酯、不飽和(甲基)丙烯酸-氨基甲酸酯、環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯化環(huán)氧樹脂、環(huán)氧-聚酯、聚酯-丙烯酸類樹脂、環(huán)氧-丙烯酸類樹脂。
(甲基)丙烯酸的相應(yīng)地意指丙烯酸的和/或(甲基)丙烯酸的。
除了樹脂以外，本發(fā)明粉末涂料組合物可以含有在粉末涂料組合物中常規(guī)使用的添加劑。所述添加劑的例子包括填料、增量劑、流平添加劑、光引發(fā)劑、催化劑、硬化劑、染料和顏料。也可以將具有抗微生物活性的化合物加入粉末涂料組合物中。
粉末涂料組合物可以含有光引發(fā)劑，以便引發(fā)自由基聚合。適宜的光引發(fā)劑包括，例如，吸收波長(zhǎng)范圍為190～600nm的物質(zhì)。用于自由基固化體系的光引發(fā)劑的例子是苯偶姻和衍生物、苯乙酮和衍生物、二苯甲酮和衍生物、噻噸酮和衍生物、蒽醌、有機(jī)磷化合物，如?；趸?。
光引發(fā)劑用量為0.1～7wt％，相對(duì)于樹脂固體和光引發(fā)劑總量計(jì)。光引發(fā)劑可以單獨(dú)或組合使用。
粉末涂料組合物可以包括著色的或未著色的粉末涂布劑，用于生產(chǎn)任何一層涂層或多層涂層的任何所需涂層。所述組合物可以含有透明的、賦予色澤的和/或賦予特定效果的顏料和/或增量劑。適宜的賦予色澤的顏料是任何有機(jī)種類或無機(jī)種類的慣用涂料顏料。賦予色澤的有機(jī)或無機(jī)顏料的例子是二氧化鈦、微粒二氧化鈦、炭黑、偶氮顏料和酞菁顏料。賦予特定效果的顏料的例子是金屬顏料，例如，制造自鋁、銅或其它金屬者，干涉色顏料，例如，金屬氧化物包核金屬顏料和包核云母?？墒褂玫脑隽縿┑睦邮嵌趸?、硅酸鋁、硫酸鋇和碳酸鈣。
所述添加劑以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知慣用量應(yīng)用。
粉末涂料組合物也可以含有另外的基料樹脂，例如，熱固性樹脂，例如，以如0～90wt％的量使用，相對(duì)于總的樹脂固體計(jì)，以便使雙固化成為可能，如果需要的話。所述樹脂可以是，例如，環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、(甲基)丙烯酸類樹脂和/或聚氨酯樹脂。
粉末涂料組合物通過在粉末涂料工業(yè)中使用的慣用制造工藝進(jìn)行制備。例如，將粉末涂料組合物中所使用的組分混合在一起，將其加熱到使混合物熔融的溫度，然后擠出混合物。然后在驟冷輥上冷卻所擠出的物料，將其粉碎，然后研磨成細(xì)粉，細(xì)粉可分級(jí)成所需要的粒度，例如，平均粒度20～200微米。
本發(fā)明粉末涂料組合物可以通過靜電噴涂、熱或火焰噴涂、或流化床涂布法進(jìn)行涂布，所有這些方法都是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。所述涂料可以施涂到金屬和/或非金屬基材上，或者作為多層成膜中的涂層。
在某些涂布中，可以將待涂布基材在涂布粉末之前預(yù)加熱，然后在涂布粉末之后進(jìn)行加熱或者不加熱。例如，通常使用氣體于各加熱步驟，但是也已知其它方法，如微波、IR或NIR。也能夠涂布底涂層，來密封表面和提供所需要的電導(dǎo)率?？蒛V固化的底涂層也是合用的。
可以考慮的基材是金屬，木質(zhì)基材，木纖維材料，紙或塑料零件，例如，還有纖維增強(qiáng)塑料零件，如汽車車身和工業(yè)機(jī)體或其零件。
按照本發(fā)明的方法提供了具有控制表面光澤作用的粉末涂料，該涂料同時(shí)減少或消除了試圖控制光澤的現(xiàn)有技術(shù)的負(fù)面效應(yīng)，例如，涂料流動(dòng)性受損和產(chǎn)生“桔皮”表面效果，耐磨性及耐擦傷性受損，較低的戶外穩(wěn)定性，較低的耐化學(xué)性和硬度。
按照本發(fā)明方法提供的涂層具有看著似低光澤的、顯微鏡觀察則是粗糙的或有紋理的表面，但是對(duì)肉眼還另外呈現(xiàn)光滑表面。
在如下實(shí)施例中進(jìn)一步說明本發(fā)明。應(yīng)該理解，給出這些實(shí)施例僅僅為了舉例說明。從上述敘述和這些實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠弄清本發(fā)明的基本特征，并且在不脫離其精神和范圍的條件下，能夠?qū)Ρ景l(fā)明進(jìn)行各種變更和改進(jìn)，以便使其適應(yīng)各種用途和條件。因此，本發(fā)明不受下文所述舉例說明的實(shí)施例的限制，而是受限于包括在下文中的權(quán)利要求。
如下實(shí)施例舉例說明本發(fā)明。所有份數(shù)和百分?jǐn)?shù)均基于重量，除非另有所述。
實(shí)施例實(shí)施例1按照本發(fā)明的具有不同光澤度的粉末涂料的制備透明涂料組合物通過干混下述組分進(jìn)行配制97wt％ Uvecoat1000(UCB Surface Specialties)，具有甲基丙烯酸酯基團(tuán)的不飽和聚酯；2wt％ Irgacure2959(Ciba)，作為光引發(fā)劑；和1wt％PowdermateEX-486(Troy Chemical Company)，作為流平劑。
白色表面涂料組合物通過干混下述組分進(jìn)行配制83.8wt％Uvecoat1000；15wt％Ti-PureR-902(DuPont)，二氧化鈦；0.5wt％Irgacure819(Ciba)；和0.2wt％Irgacure2959(Ciba)，作為光引發(fā)劑；以及0.5wt％ ResiflowPV88(Worlee)，作為流平劑。
將每種涂料組合物裝到雙螺桿擠出機(jī)，擠出機(jī)溫度設(shè)定在70～85℃。擠出之后，將熔體在冷卻帶上冷卻，然后將所得產(chǎn)物粉碎成小片狀。研磨小片至適于噴霧的適宜粒度分布，其范圍為20～80μm。
然后，將所得粉末用摩擦起電噴槍噴霧到金屬卷材試片上，至膜厚為80～90μm。
每種涂布的粉末均在干態(tài)下，以中壓汞(Hg)燈(240W/cm熔融發(fā)射器)，采用不同UV劑量，進(jìn)行輻照。
此后，采用IR和對(duì)流加熱組合使基材表面溫度達(dá)到約120～140℃，在約4分鐘的時(shí)間內(nèi)，完成輻照過的粉末的熔融。
熔融的涂料的固化通過采用中壓鎵燈(100W/cm發(fā)射器，IST公司)進(jìn)行UV輻照來完成。用于固化步驟的UV劑量應(yīng)該調(diào)節(jié)得使涂料充分固化；典型地，采用的UV劑量為3000mJ/cm2或更高(在200～390nm波長(zhǎng)下計(jì)量)。
實(shí)施例2現(xiàn)有技術(shù)粉末涂料組合物的制備透明涂料組合物和白色表面涂料組合物的制備、涂布和固化工藝均與實(shí)施例1中所述相同，但是在將粉末熔融之前未進(jìn)行在基材上涂布的干燥粉末的任何UV輻照。
實(shí)施例3涂層測(cè)試表1
(*)按照DIN 67 530進(jìn)行測(cè)定(**)按照DIN EN ISO 1520進(jìn)行測(cè)定上述表1數(shù)據(jù)顯示，隨著UV劑量的增加，涂層60°光澤下降，說明能夠采用不同的UV劑量水平控制光澤，同時(shí)顯示涂層具有相同的撓曲性能以及所需要的硬度。
權(quán)利要求
1.一種制備具有任何所需要的光澤度的粉末涂層的方法，包括如下步驟a)將粉末涂料組合物涂布到基材表面，b)在接近環(huán)境溫度下，采用高能輻射輻照所涂布的粉末涂料組合物，c)通過增加溫度使粉末涂料組合物顆粒塑化、熔融和流平，至熔融的涂層，和d)使熔融的涂層固化。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中所涂布的粉末涂料組合物在步驟b)中采用50～150mJ/cm2的UV劑量輻照。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其中輻照時(shí)間為0.1～60秒。
4.按照權(quán)利要求2的方法，其中輻照時(shí)間為0.5秒～30分鐘。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中步驟b)中所述接近環(huán)境溫度為15～30℃。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其中通過選自IR-輻射和熱空氣對(duì)流的技術(shù)導(dǎo)致步驟c)中的溫度增加。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其中采用NIR輻射來增加步驟c)中的溫度。
8.按照權(quán)利要求1的方法，其中在步驟d)中熔融涂料通過UV輻射進(jìn)行固化。
9.按照權(quán)利要求1的方法涂布的基材表面。
10.按照權(quán)利要求9的基材表面，其中，基材在涂布粉末涂料組合物之前進(jìn)行預(yù)熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備具有任何所需要的光澤度的粉末涂層的方法，包括如下步驟a)將粉末涂料組合物涂布到基材表面，b)在接近環(huán)境溫度下，采用高能輻射輻照所涂布的粉末涂料組合物，c)通過增加溫度使粉末涂料組合物顆粒塑化、熔融和流平，至熔融的涂層，和d)使熔融的涂層固化；按照本發(fā)明的方法，通過改變步驟b)中UV－輻照時(shí)間和強(qiáng)度，能夠控制涂層光澤到任何水平。
文檔編號(hào)B05D1/12GK1969020SQ200580019828
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月15日
發(fā)明者H·博爾姆, U·維肯赫納, M·武爾夫 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司