<Desc/Clms Page number 1>
WERKWIJZE VOOR HET OP CONTINUE WIJZE BEDEKKEN VAN EEN
STROOKVORMIG MATERIAAL MET EEN THERMOHARDENDE VERF
De uitvinding betreft een werkwijze voor het op continue wijze bedekken van een strookvormig materiaal met een thermohardende verf, waarbij de verf in visceuze vorm als folie op het materiaal wordt aangebracht en vervolgens wordt uitgehard.
Een dergelijke werkwijze is bekend uit EP-A- 369, 477. In EP-A-369, 477 wordt een werkwijze beschreven waarin een bandvormig metaalsubstraat wordt afgewikkeld van een rol, wordt voorbehandeld en gedroogd, waarna een vloeibare poederverf wordt opgebracht uit een extruder met een folie-applicator bij een temperatuur die onder de uithardingstemperatuur van het bindmiddel ligt, waarna de verf wordt aangedrukt. Vervolgens wordt de temperatuur verhoogd tot boven de uithardingstemperatuur van de verf, waarbij de verf vervloeit en zieh gelijkmatig verdeelt over het oppervlak van het substraat en uithardt, waarna het substraat wordt afgekoeld en wederom opgerold.
In EP-A-369, 477 wordt geen geschikte verf, die toepasbaar is bij een dergelijke werkwijze, beschreven.
Verfsamenstellingen voor thermohardende poedercoatingtoepassingen zijn algemeen bekend en worden bijvoorbeeld beschreven in Misev :"Powder Coatings, Chemistry and Technology", John Wiley & Sons Ltd., Chichester, England, blz. 44-170 (1991).
Indien bijvoorbeeld een bindmiddelsamenstelling op basis van een zuurfunctionele polyester als hars en triglycidyl-isocyanuraat (TGIC) als crosslinker wordt toegepast in de werkwijze volgens EP-A-369, 477, blijkt de folie-applicator binnen korte tijd volledig te verstoppen met voortijdig uitgeharde verf.
Poederverfharsen hebben een relatief hoge glasovergangstemperatuur (Tg) om te voorkomen dat zij bij het bewaren gaan klonteren.
<Desc/Clms Page number 2>
Daardoor is het nodig om de verf tot een vrij hoge temperatuur te verhitten om een extrudeerbare folie te maken. Bij een dergelijke temperatuur zal een (standaard) poederverf reeds ten dele beginnen met de uitharding.
Het nadeel van de bekende werkwijze volgens EPA-369477 is daarom dat de apparatuur vervuild raakt doordat de bindmiddelsamenstelling voortijdig uithardt.
De uitvinding heeft ten doel een werkwijze te leveren, waarmee dat probleem wordt opgelost.
Dit wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de verf een hydroxylfunctionele polyesterhars en een crosslinker met geblokkeerde isocyanaatgroepen omvat.
Een bindmiddelsamenstelling wordt gedefinieerd als een samenstelling omvattende de combinatie van hars en crosslinker. Indien de bindmiddelsamenstelling poedervormig is, kunnen hars en crosslinker met elkaar gecombineerd zijn in deeltjesvorm (een zogenaamde dry blend, waarin ieder deeltje bestaat uit slechts een van de componenten) of ze kunnen tot op microscopische schaal met elkaar verkneed zijn (zodat in een en hetzelfde deeltje beide componenten aanwezig zijn).
Een verfformulering wordt gedefinieerd als een mengsel omvattende een bindmiddelsamenstelling en diverse additieven zoals bijvoorbeeld pigment, katalysator en vloeimiddel. Indien de verfformulering poedervormig is, kan deze bestaan uit een dry blend of uit een verzameling deeltjes met gemengde componenten, analoog aan het hierboven beschrevene (de zgn. gekneedde vorm). Een coating is het resultaat na uitharden.
Hoewel EP-A-369. 477 niet de verf volgens de uitvinding omschrijft, is de werkwijze zoals beschreven in EP-A-369, 477 een voorbeeld van een werkwijze waarvan delen in de huidige uitvinding kunnen worden toegepast. EP-A- 369, 477 wordt hierbij integraal als referentie opgenomen.
NL-A-6704785 beschrijft eveneens een aantal stappen uit de werkwijze volgens de uitvinding zonder de
<Desc/Clms Page number 3>
verf volgens de uitvinding te noemen en wordt daarom ook als referentie opgenomen.
EP-A-539, 941 beschrijft een werkwijze voor het continu bedekken van een substraat met een coating op basis van een mengsel van twee harsen, waarbij de eerste hars een Tg heeft die aanzienlijk lager ligt dan de Tg van de tweede hars. Het doel van deze werkwijze is het verkrijgen van een betere flexibiliteit en duurzaamheid.
Het resulterende mengsel wordt in koude blokvorm tegen een bewegende metalen plaat van 1600C aangeperst waarbij een coating wordt gevormd, die vervolgens bij 2350C wordt uitgehard. In EP-A-539, 941 wordt een geblokkeerd diisocyanaat als crosslinker gebruikt om de hardheid van de coating te verhogen. Hoewel EP-A-539, 941 beschrijft dat de coating eveneens op een plaat geëxtrudeerd zou kunnen worden, wordt nergens in deze octrooipublicatie beschreven hoe dat gerealiseerd zou moeten worden. Een nadeel van de werkwijze in EP-A-539, 941 is dat beide harsen en de crosslinker pas tijdens de extrudeerstap met elkaar gemengd kunnen worden om te voorkomen dat het resulterende mengsel gaat klonteren voor het in de opsmeltinrichting ingebracht kan worden. Dat betekent een extra en zorgvuldige dispersiestap in het proces.
De beschreven werkwijze met het persen van een blok koud material tegen een bewegende warme plaat heeft als nadelen dat grote afschuifkrachten optreden en de hoeveelheid aangebrachte coating moeilijk te regelen is.
JP-A-54-158448 beschrijft eveneens een werkwijze voor het met een geextrudeerde coating bedekken van een strookvormig materiaal, en wordt om die reden hierbij als referentie opgenomen. JP-A-54-158448 beschrijft echter geen hars volgens de huidige uitvinding. De TGIC/polyester systemen zoals in JP-A-54-158448 worden omschreven veroorzaken in de werkwijze volgens de huidige uitvinding uitharding in de folieapplicator.
JP-A-54-157142 beschrijft een werkwijze voor het met een geëxtrudeerde coating bedekken van een
<Desc/Clms Page number 4>
strookvormig materiaal. De coating in JP-A-54-157142 is gebaseerd op een hars die uithardt onder invloed van lucht, zoals bijvoorbeeld een onverzadigde polyesterhars of een epoxyhars. Dit heeft als nadeel dat de hars in afwezigheid van lucht bewaard dient te worden en dat het niet mogelijk is om hiermee dikkere coatinglagen te produceren, omdat de binnenkant van een dikke laag niet voldoende in aanraking met lucht komt om voldoende uit te harden. De uithardingssnelheid van het systeem volgens JP-A-54-157142 is veel lager dan de uithardingssnelheid van het systeem volgens de uitvinding.
Bij voorkeur wordt de poederverfformulering in partikelvorm toegevoerd aan een opsmeltinrichting, waarin deze in visceuze vorm wordt gebracht voor deze wordt aangebracht. Met partikelvorm wordt in het kader van deze uitvinding bedoeld dat de samenstelling bestaat uit brokken, schilfers, poeder, klontjes of welke andere vorm van los hanteerbare delen dan ook. Het is dus niet nodig dat de verf in zeer fijne deeltjes wordt verwerkt, zo lang als de partikels maar een verwerkbare vorm hebben.
De opsmeltinrichting kan bijvoorbeeld bestaan uit een enkel-of dubbelschroefsextruder of een smeltpot.
Bij voorkeur wordt een opsmeltinrichting toegepast waarbij een opwarming en een zekere verplaatsing, eventueel met een drukopbouw kan plaatsvinden. Bij voorkeur wordt een extruder toegepast.
Indien een dubbelschroefsextruder wordt toegepast, is het mogelijk een goede menging in de extruder te laten plaatsvinden. Dit maakt het mogelijk een verfformulering als een dry blend van hoofdzakelijk ongemengde grondstoffen aan de extruder toe te voeren, hetgeen aanzienlijke besparingen oplevert in het voortraject van het maken van de verf. In de extruder wordt de belend gemengd en opgesmolten. De daarmee verkregen verf wordt vervolgens geéxtrudeerd. Een dubbelschroefsextruder maakt het verder mogelijk andere additieven, zoals pigment, tegelijk met de al genoemde
<Desc/Clms Page number 5>
samenstellende delen aan de extruder toe te voegen, waarbij een goede, homogene blend wordt verkregen.
Indien een enkelschroefsextruder wordt toegepast, wordt de bindmiddelsamenstelling bij voorkeur toegevoegd in gekneedde vorm, dat wil zeggen een vorm waarin de samenstellende delen tenminste ten dele met elkaar zijn gemengd.
Nadat de bindmiddelsamenstelling in de opsmeltinrichting visceus is geworden, wordt deze in folievorm gebracht. Dit gebeurt bij voorkeur door de visceuze verfformulering door een sleufvormige opening te persen. Een voorbeeld van een mal met een daarvoor geschikte opening is een vlakfoliekop, in het algemeen bekend uit de extrusietechniek. Een voorbeeld van een vlakfoliekop is een kop met een kleerhangermodel, waarmee bereikt wordt dat de uitstroomsnelheid over de hele breedte gelijk is.
Bij voorkeur wordt een spleetbreedte gekozen van 0, 5-1 mm. Dit heeft als voordeel dat deze breedte goed in te stellen is waardoor deeltjes die groter zijn dan de foliedikte, maar kleiner dan de spleetbreedte de spleet niet zullen verstoppen en dat de geëxtrudeerde folie relatief homogeen is.
Een folie wordt in het kader van deze uitvinding omschreven als een vlakke, dunne, velvormige plaat of strook. Over het algemeen zal de folie bij het opbrengen een dikte hebben die overeenkomt met de gewenste dikte van de coating zoals bijvoorbeeld 20 pm - 100 pm.
Het is mogelijk de folie op het strookvormig materiaal aan te brengen door het strookvormig materiaal direct langs tenminste een zijde van de uitstroomgleuf te laten bewegen, waarbij een folievormige laag verf wordt aangebracht in overeenstemming met de gewenste dikte. De folie wordt dan dus niet verstrekt. Hierbij dient de afstand tussen het strookvormig materiaal en de andere zijde van de uitstroomgleuf zorgvuldig te worden afgestemd met de uitstroomsnelheid.
<Desc/Clms Page number 6>
Een tweede aanbrengmogelijkheid is het aanbrengen van de folie via een roller.
In de werkwijze volgens de uitvinding wordt de folie bij voorkeur contactvrij opgebracht. Hierbij bevindt zieh een spleet tussen de uitstroomgleuf van de extruder en het oppervlak van het strookvormig materiaal : de zogenaamde"R-gap". Bij voorkeur is deze spleet tussen 0, 1 en 2 cm en met meer voorkeur kleiner dan 1 cm. Bij een te grote spleet zal de folie tussen het verlaten van de uitstroomgleuf en het aangebracht worden te veel insnoeren. De spleetbreedte wordt zodanig ingesteld, dat de insnoering niet verder gaat dan tot de gewenste breedte van de coating. Over het algemeen zal de uitstroomgleuf daarom langer zijn dan de breedte van het te coaten materiaal.
Over het algemeen zal de uitstroomsnelheid van de uitstroomgleuf zodanig worden ingesteld ten opzichte van de verplaatsingssnelheid van het strookvormig materiaal, dat er een verstrekking van de folie plaatsvindt van 5 ä 20 keer en bij voorkeur 8 ä 12 keer, zodat de folie wordt aangebracht in een dikte van zo'n 25 tot 75 pm. Verrassenderwijs blijkt een folie bestaande uit een bindmiddelsamenstelling/verfformulering volgens de uitvinding voldoende elastisch voor een dergelijke verstrekking.
Over het algemeen zal de folie goed plakken aan de meeste soorten strookvormig materiaal. Om de hechting te bevorderen en om luchtinsluitingen te voorkomen wordt de aangebrachte folie bij voorkeur aangedrukt. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren met behulp van een aandrukrol, bijvoorbeeld een glansrol, of met behulp van perslucht, bijvoorbeeld een luchtmes. De aandrukrol is bij voorkeur gekoeld en heeft een geslepen, verchroomd of getefloniseerd oppervlak. De rol wordt zo dicht mogelijk bij de uitstroomgleuf op het strookvormig materiaal gedrukt (en is daarom bij voorkeur niet al te groot) maar ook weer niet te dicht bij de uitstroomgleuf, omdat de rol
<Desc/Clms Page number 7>
dan de folie over een te groot oppervlak aanraakt, waardoor deze te veel zou kunnen afkoelen.
De bandsnelheid van het strookvormig materiaal en de extrusiesnelheid van de bindmiddelsamenstelling moeten op elkaar worden aangepast. In een praktische uitvoering zal de bandsnelheid van het materiaal over het algemeen liggen tussen 30 en 150 m/min, bij voorkeur tussen 60 en 100 m/min, waarbij over het algemeen naar een zo groot mogelijke snelheid wordt gestreefd.
Het strookvormige materiaal kan een dikte tot 2. 5 mm of hoger hebben en deze dikte ligt meestal tussen 0. 2 tot 0. 8 mm. De breedte van het materiaal ligt meestal tussen 0. 05 en 2. 5 m.
Het strookvormige materiaal wordt in een voorverwarmingsoven opgewarmd tot een temperatuur TO tussen 50 en 2000C en bij voorkeur een temperatuur tussen 100 en 170 C. Met meer voorkeur is TO 120 tot 150 C.
De folie kan in principe worden aangebracht in elke gewenste dikte, maar wordt bij voorkeur aangebracht in een dikte van meer dan 20 pm, en met meer voorkeur in een dikte van 50-100 pm en met de meeste voorkeur in een dikte van 60-100 pm.
De verf wordt geëxtrudeerd op een temperatuur Tl waarbij de verf nog niet mag uitharden. Dit is over het algemeen een temperatuur hoger dan 900C omdat anders de viscositeit van de verf niet laag genoeg is om de verf goed te extruderen. Tl ligt bij voorkeur tussen 800C en 1500C en met meer voorkeur tussen 90 en 130 C.
Na opbergen van de verf wordt deze in het algemeen uitgehard in een uithardingsoven. De doorvoertijd door de uithardingsoven is om economische redenen zo kort mogelijk, en zal over het algemeen tussen 10 en 60 s liggen. Bij voorkeur wordt de werkwijze zo gekozen dat de uitharding plaatsvindt tussen 15 en 50 s en met meer voorkeur tussen 20 en 30 s.
De uithardingsoven kan een infraroodoven, een gasoven of een ander soort geschikte oven zijn. De
<Desc/Clms Page number 8>
uithardingstemperatuur T2 ligt over het algemeen tussen 1300C en 3500C en bij voorkeur tussen 1600C en 300OC, met meer voorkeur tussen 2300C en 260 C. Hierbij zij opgemerkt dat T2 altijd groter moet zijn dan Tl. Hierbij zij verder opgemerkt dat met de temperatuur T2 de temperatuur van het strookvormige materiaal (de zogenaamde "peak metal temperature", PMT) en de aangebrachte coating wordt bedoeld. De temperatuur van de oven kan hoger dan T2 zijn.
Geschikte strookvormige substraten zijn bijvoorbeeld aluminium, cold rolled staal en (hot dip) gegalvaniseerd staal.
Het substraat kan zijn voorbewerkt, bijvoorbeeld met een primer. Een dergelijke primer wordt over het algemeen aangebracht als een dun laagje in natte vorm.
Indien gewenst kan de werkwijze volgens de uitvinding meerdere keren na elkaar plaatsvinden, met eenzelfde of verschillende verfsamenstellingen. In de meeste bestaande installaties zal de voorkeur gegeven worden aan het in een keer opbrengen van de verf.
Hydroxylfunctionele polyesters die worden toegepast kunnen in het algemeen gebaseerd zijn op het reactieprodukt van alifatische polyalcoholen en polycarbonzuren.
De polycarbonzuren worden in de regel gekozen uit de groep bestaande uit aromatische en cycloalifatische polycarbonzuren omdat deze zuren doorgaans een Tgverhogend effect op de polyester hebben. In het bijzonder worden tweebasische zuren gebruikt. Voorbeelden van polycarbonzuren zijn isoftaalzuur, tereftaalzuur, hexahydrotereftaalzuur, 2, 6-naftaleendicarbonzuur en 4, 4- oxybisbenzoêzuur en, voor zover verkrijgbaar, hun anhydriden, zuurchloriden of lagere alkylesters, zoals bijvoorbeeld de dimethylester van naftaleendicarbonzuur.
Hoewel dit geen vereiste is omvat de carbonzuurcomponent
EMI8.1
in de regel ten minste ongeveer 50 mol. bij voorkeur ten minste ongeveer 70 mol. isoftaalzuur en/of tereftaalzuur.
<Desc/Clms Page number 9>
Andere geschikte aromatische cycloalifatische en/of acyclische polycarbonzuren zijn bijvoorbeeld 3, 6dichloorftaalzuur, tetrachloorftaalzuur, tetrahydroftaalzuur, hexahydrotereftaalzuur, hexachloroëndomethyleentetrahydroftaalzuur, ftaalzuur, azelainezuur, sebacinezuur, decaandicarbonzuur, adipinezuur, barnsteenzuur, trimellietzuur, 1, 4- cyclohexaan dicarbonzuur en maleinezuur. Deze andere carbonzuren kunnen gebruikt worden in hoeveelheden van ten hoogste 50 mol. % van de totale hoeveelheid carbonzuren.
Deze zuren kunnen als zodanig gebruikt worden of, voor zover verkrijgbaar, in de vorm van hun anhydriden, zuurchloriden of lagere alkylesters.
Hydroxycarbonzuren en/of eventueel lactonen kunnen ook gebruikt worden, zoals bijvoorbeeld 12-hydroxystearinezuur, hydroxypivalinezuur en E-caprolacton. Indien gewenst kunnen monocarbonzuren, zoals bijvoorbeeld benzoêzuur, tert.-butylbenzoezuur, hexahydrobenzoëzuur en verzadigde alifatische monocarbonzuren in kleinere hoeveelheden toegepast worden.
Tot de bruikbare polyalcoholen, in het bijzonder diolen, die men met de carbonzuren kan laten reageren om de polyester te verkrijgen behoren alifatische diolen
EMI9.1
zoals bijvoorbeeld ethyleenglycol, propaan-l, propaan-l, butaan-l, (= neopentylglycol), hexaan-2, bis- (= gehydrogeneerd bisfenol-A), 1, diethyleenglycol, dipropyleenglycol en 2, fenyl] de hydroxypivaline-ester van neopentylglycol.
Kleine hoeveelheden, zoals minder dan ongeveer 4 gew. %, maar bij voorkeur minder dan 2 gew. %, van trifunctionele alcoholen of zuren kunnen gebruikt worden om vertakte polyesters te verkrijgen. Voorbeelden van bruikbare polyolen en polyzuren zijn glycerol,
<Desc/Clms Page number 10>
hexaantriol, trimethylolethaan, trimethylolpropaan, tris- (2-hydroxyethyl)-isocyanuraat en trimellietzuur. Indien trifunctionele alcoholen of zuren worden gebruikt voor het maken van eindstandig vertakte polyesters, is het mogelijk en nuttig om grotere hoeveelheden trifunctionele verbindingen toe te passen, bijvoorbeeld 10-15 gew. %.
Aan tetrafunctionele monomeren wordt in het algemeen niet de voorkeur gegeven, want deze kunnen overmatige vertakking of gelering veroorzaken, hoewel ze in zeer kleine hoeveelheden wel toegepast kunnen worden.
Voorbeelden van bruikbare polyfunctionele alcoholen en zuren zijn sorbitol, pentaerytritol en pyromellietzuur. Om vertakte polyesters te synthetiseren wordt echter de voorkeur gegeven aan trifunctionele monomeren.
De coatingeigenschappen kunnen beinvloed worden door bijvoorbeeld de diolkeuze. Als bijvoorbeeld een goede buitenduurzaamheid vereist is, bevat de alcoholcomponent bij voorkeur ten minste 70 mol. % neopentylglycol, 1, 4- dimethylolhexaan en/of gehydrogeneerd bisfenol-A.
Caprolacton en hydropivalinezuur zijn ook bruikbaar als een goede buitenduurzaamheid vereist is.
Verbindingen die geschikt zijn voor reacties met polycarbonzuren waarbij de gewenste polyesters worden verkregen zijn ook monoepoxyden zoals bijvoorbeeld etheenoxide, propeenoxide, monocarbonzuurglycidylester
EMI10.1
(bijv. Cardura E10TM Shell) of fenylglycidylether.
De polyester bevat bij voorkeur 5 gew. tot 30 gew. alifatische zuren en/of alifatische alcoholen.
Voorbeelden van deze verbindingen zijn adipinezuur, cyclohexaandicarbonzuur, barnsteenzuur, cyclohexaandimethanol en gehydrogeneerd bisfenol-A.
Toepassing van deze monomeren kan leiden tot verbeterde mechanische eigenschappen van het bindmiddel, van een poederverfsamenstelling die genoemd bindmiddel omvat, of van een coating die uit de poederverfsamenstelling wordt bereid.
<Desc/Clms Page number 11>
De polyesters worden via gebruikelijke werkwijzen bereid door veresteren of omesteren, eventueel in aanwezigheid van gebruikelijke veresteringskatalysatoren zoals bijvoorbeeld dibutyltinoxide of tetrabutyltitanaat. De bereidingscondities en de COOH/OHverhouding kunnen zodanig gekozen worden dat eindprodukten worden verkregen die een zuurgetal of hydroxylgetal hebben dat binnen de beoogde reeks van waarden ligt.
De polyester kan een kristallijne polyester zijn, hoewel amorfe polyesters de voorkeur verdienen.
Mengsels van kristallijne en amorfe polyesters kunnen ook worden gebruikt. Amorfe polyesters hebben een viscositeit die in de regel binnen een gebied van tussen 100 en 8000 dpas ligt (gemeten bij 158 C, Emila). Kristallijne polyesters hebben gewoonlijk een lagere viscositeit in het gebied tussen ongeveer 2 en ongeveer 200 dPas.
Hydroxylfunctionele polyesters kunnen op een op zieh bekende wijze bereid worden door toepassing van een voldoende overmaat glycol (polyalcohol) in de polymeersynthese.
Het OH-getal ligt bij voorkeur tussen 10-80 en met meer voorkeur tussen 15 en 60 mgKOH/g hars.
De Tg van de polyester wordt zodanig gekozen dat de Tg van het polyester-crosslinker mengsel zo hoog is (bij voorkeur > 300C) dat poederverven of bindmiddelen die eruit bereid worden bij kamertemperatuur fysisch stabiel zijn. Combinaties van polyester en crosslinker met een lagere Tg kunnen, indien gewenst, gebruikt worden bij het bereiden van een poedercoatingsamenstelling. Om de poederstabiliteit te handhaven worden dergelijke poeders echter gekoeld bewaard. De Tg van de polyester is bij voorkeur 40-90 C en met meer voorkeur 45-75 C. In het geval van kristallijne polyesters kan de Tg ook beduidend lager zijn dan de genoemde 30 C. De kristallisatietemperatuur moet dan echter groter zijn dan 300C en bij voorkeur groter dan 45 C.
<Desc/Clms Page number 12>
De isocyanaat-hydroxylreaktie wordt nader toegelicht door Misev op blz. 56-58 van Powder Coatings, Chemistry and Technology.
Geschikte isocyanaten zijn bijvoorbeeld alifatische, cycloalifatische en aromatische di-, tri- en
EMI12.1
tetraisocyanaten zoals bijvoorbeeld 1, isocynaat, 4, dimethylmethaandiisocyanaat, di-en tetraalkyldifenylmethaandiisocyanaat, 4, 1, isomeren van tolueendiisocyanaat, I-methyl-2, 1,
5-naftaleendi-1, 6-diisocyanaat-2, 4, 4-trimethylhexaan en 1-isocyanaat methyl-3-isocyanaat-l, 5, 5-trimethylcyclohexaan, gechloreerde en gebromeerde diisocyanaten, fosforbevattende diisocyanaten, isoforondiisocyanaat
EMI12.2
(IPDI), 4, tetramethoxy- hexaan-l, dicyclohexylmethaandiisocyanaat, cyclohexaan-l, ethyleendiisocyanaat, ftaalzuur-bis-isocyanaatethylester, 1-chloormethylfenyl- 2, 3, tetramethylxyleendiisocyanaat, isocyanaatgroepen bevattende adducten en isocyanuraten van bovengenoemde diisocyanaten.
De vluchtigheid kan worden onderdrukt door bijvoorbeeld trimeriseren of door reactie met isocyanaatreactieve verbindingen.
Het geblokkeerd isocyanaat volgens de uitvinding moet worden onderscheiden van een gehinderd isocyanaat.
Een gehinderd isocyanaat is een isocyanaatgroep bevattend molecuul waarbij de isocyanaatgroep sterisch gehinderd wordt door andere groepen of delen van het molecuul. Een dergelijke sterische hindering is niet temperatuursafhankelijk. Een voorbeeld is isophorondiisocyanaat (IPDI). Een sterisch gehinderd isocyanaat kan
<Desc/Clms Page number 13>
tevens geblokkeerd zijn, in welk geval het toepasbaar kan zijn volgens de uitvinding. Een sterisch gehinderd isocyanaat dat niet geblokkeerd is, is dus niet toepasbaar volgens de uitvinding.
Een geblokkeerde isocyanaat is een isocyanaat dat heeft gereageerd met een materiaal dat een reactie van het isocyanaat met isocyanaatreactieve compounds bij kamertemperatuur zal verhinderen, maar bij hogere temperaturen wel zal toestaan.
Een geblokkeerd isocyanaat wordt pas actief als crosslinker nadat het gedeblokkeerd is. In principe kan ieder blokkeringsmiddel worden toegepast, zolang de deblokkeringstemperatuur maar hoger ligt dan de temperatuur waarbij geêxtrudeerd wordt.
Geschikte blokkeringsmiddelen zijn bijvoorbeeld fenolen, alcoholen, thioalcoholen, thiofenolen, oximen, dicarbonyl verbindingen, lactamen, aminimides, amines, amides, imides, nitrilcarbonaten en isocyanaat-dimeren.
Bij voorkeur worden methylethyl ketoxim of caprolactam toegepast.
Geblokkeerde isocyanaten zijn bijvoorbeeld door Z. Wicks in "Progress in Organic Coatings", 3, (1975), op blz. 73-99, en door Misev in "Powder Coatings, Chemistry and Technology" op blz. 60-65 en 108-117, beschreven.
Methylethylketoxime deblokkeert bij 130-150OC, caprolactam bij 180 C.
Bij voorkeur wordt een intern geblokkeerd isocyanaat toegepast. Een voorbeeld van een dergelijk intern geblokkeerde isocyanaat is Vestonal BF 1540TM (van Hüls), een urethidione afgeleid van IPDI.
Aan de hars kunnen verder tijdens het mengen de gebruikelijke toevoegingen zoals vulstoffen, glansmiddelen, pigmenten, antioxidanten, stabilisatoren, vloeimiddelen en katalysatoren worden toegevoegd.
In figuur 1 is een schematisch voorbeeld gegeven van een apparaat waarop een werkwijze volgens de uitvinding zou kunnen worden uitgevoerd. In deze figuur is
<Desc/Clms Page number 14>
(1) een rol strookvormig materiaal, bijvoorbeeld metaalfolie, waarvan een strook materiaal (2) wordt afgerold en in de figuur horizontaal naar rechts wordt getransporteerd. Hoewel horizontaal coaten de voorkeur geniet, zal het duidelijk zijn dat in de praktische uitvoering de opstelling kan worden aangepast aan de specifieke omstandigheden. De configuratie zoals in figuur 1 weergegeven moet dus ook geenszins als beperkend worden uitgelegd.
De strook wordt in verwarmingsoven (3) opgewarmd tot een gewenste temperatuur TO. De verfformulering wordt aangevoerd door de schematisch aangegeven extruder (4) met een temperatuur Tl, waarna de verfformulering door extruderkop (5) als folie op de strook met temperatuur TO wordt aangebracht (6, getekend als een verdikking van strook 2). De afstand tussen extruderkop (5) en strook materiaal (2) is de reeds besproken R-grap. Eventueel kan de folie worden aangedrukt door glansrol (7), waarna de strook met de folie door een uithardingsoven (8) met uithardingstemperatuur T2 wordt gevoerd. Na de oven heeft de strook een uitgeharde coating. De strook met coating wordt vervolgens wederom op een rol gewikkeld (niet weergegeven) of anderszins verder verwerkt.
De gecoate strookvormige substraten kunnen bijvoorbeeld worden toegepast in de bouw, in conservenblikken, in de transportsector, in behuizingen voor apparatuur of in meubilair. Over het algemeen zullen nog een of meer verwerkingsstappen zoals bijvoorbeeld snijden, stansen, buigen en persen worden uitgevoerd.
Het is mogelijk met een werkwijze volgens de uitvinding op semi-continue wijze sheets te bedekken met thermohardende poederverfsamenstelling. Sheets kunnen in dit verband beschouwd worden als niet-oneindige stroken.
Dat wil zeggen : als in stukken gehakt strookvormig materiaal of als speciaal uit grotere oppervlakken gehakte of gesneden stukken materiaal.
<Desc/Clms Page number 15>
De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden, zonder daartoe beperkt te worden.
Voorbeeld I
Een poederverf gebaseerd op 480 delen hydroxylfunctionele polyesterhars Uralac P1460TM (DSM Resins), 120 delen isocyanaatgroepen bevattende crosslinker (Vestonal, BF 1540 van Hüls AG), 300 delen titaandioxide, 9 delen vloeimiddel en 4, 5 delen benzoine werd bij een temperatuur van 100-120 C opgewarmd en gemengd in een dubbelschroefsextruder.
EMI15.1
De samenstelling werd middels een vlakfoliekop van het kleerhangertype als folie op een coil-coating-lijn geêxtrudeerd, waarbij een gekoelde en geslepen aandrukrol de folie op de tot 1700C voorverwarmde coil drukte. Het op deze wijze beklede metaal werd vervolgens in een oven bij een PMT van 2500C uitgehard.
Op deze wijze werd een mooi beklede metaalstrook verkregen, waarbij het proces zonder problemen gedurende lange tijd kon plaatsvinden.
Voorbeeld II
De werkwijze van Voorbeeld I werd gevolgd, waarbij de aandrukrol vervangen werd door een luchtmes, dat de folie middels perslucht op het strookvormige materiaal drukte.
Veraeliikend experiment A
De werkwijze volgens voorbeeld I werd herhaald met een verf bestaande uit 558 delen carboxylfunctionele polyesterhars Uralac P5000TM (van DSM Resins), 42 delen TGIC als crosslinker, 300 delen titaandioxide, 9 delen vloeimiddel en 4, 5 delen benzoine.
Na enige tijd extruderen resulteerde deze werkwijze in een slechte folie door insnoering aan de zijkanten van de vlakfoliekop. Deze insnoering werd
<Desc/Clms Page number 16>
veroorzaakt door uithardingsreacties in de foliekop waardoor (plaatselijke) viscositeitsverhogingen optraden, hetgeen weer resulteerde in (plaatselijk) langere verblijftijden, meer uitharding etc. Deze verstoring trad al op na een relatief korte tijd (15 min-l uur) van extruderen, alhoewel de extrusietemperatuur (110 C) beduidend lager was dan de beoogde uithardingstemperatuur.
In de praktijk van het coaten van strookvormige substraten is het niet nodig dat een extrusie oneindig lang zonder problemen kan doorgaan, maar is het wel nodig dat een batch met zo weinig mogelijk storingen in een keer kan worden afgewerkt. Dit betekent in de praktijk dat het aanbrengen 5 tot 48 uur en bij voorkeur tot 72 uur probleemloos moet kunnen verlopen.
Veroeliikend experiment B
Op een strookvormig materiaal zoals beschreven in Voorbeeld I werd een poederverflaag met een voor poederverf gebruikelijke werkwijze poedervormig opgespoten in verschillende laagdiktes kunnen 25 en 100pm.
Er kon slechts een lagere lijnsnelheid gerealiseerd worden dan in de voorbeelden volgens de uitvinding. Verder was de oppervlaktekwaliteit van de gevormde film minder mooi. Het oppervlak vertoonde de voor poederverf welbekende "sinaasappelstructuur".
De werkwijze volgens de uitvinding heeft als verder voordeel ten opzichte van het poedervormig verspuiten zoals in dit experiment werd uitgevoerd dat enkele processtappen worden overgeslagen en dat daardoor het product aanzienlijk economischer te verkrijgen is.
Er zijn diverse coilcoating lijnen die volgens dit vergelijkend experiment werken. Dit wordt bijvoorbeeld beschreven in een artikel door Dr. Bernd Meuthen, met als titel "Powder coil coating lines". (ECCA Congress, Bussel, 25-26 November 1991, blz. 1-4). De lijnen die op deze wijze werken hebben op dit moment een maximale lijnsnelheid van slechts 15-20 m/min. Gebaseerd op de
<Desc/Clms Page number 17>
ervaring opgedaan met deze lijnen is de maximaal mogelijke lijnsnelheid gelimiteerd tot 30-40 m/min, hetgeen beduidend lager is dan met de werkwijze volgens de uitvinding mogelijk is.
Veraeliikend experiment C
Op een strookvormig materiaal zoals beschreven in Voorbeeld I werd een natte lak volgens de volgende samenstelling aangebracht in verschillende laagdiktes.
EMI17.1
<tb>
<tb>
Samenstelling <SEP> natte <SEP> lak
<tb> parts <SEP> b. <SEP> w. <SEP>
<tb>
Uralac <SEP> SN800S2G3-601) <SEP> 470
<tb> Ti02 <SEP> 265
<tb> Cymel <SEP> 3032) <SEP> 50
<tb> Nacure <SEP> 2500X3) <SEP> 4. <SEP> 20 <SEP>
<tb> Lanco-Flow <SEP> S4) <SEP> 10 <SEP>
<tb> Solvesso <SEP> 2005) <SEP> 140
<tb> Butyl <SEP> glycol <SEP> acetate') <SEP> 60. <SEP> 8 <SEP>
<tb>
) polyesterhars van DSM Resins, Zwolle 2) van Dyno Cyanamid C. V.
3) van King Industries 4) van George H. Langer & Co, GmbH 5) oplosmiddel, van Exxon Chemicals 6) oplosmiddel Het bleek dat het met een dergelijke lak niet mogelijk was om laagdiktes te bereiken van meer dan 20 pm, omdat daarboven blaasvorming in de coating optreedt. Deze blaasvorming wordt veroorzaakt door gelijktijdige verdamping van het oplosmiddel en uitharding van de coating in de oven. Bij hogere laagdiktes duurt de
<Desc/Clms Page number 18>
verdamping te lang hetgeen kookblazen veroorzaakt.
Oplosmiddelen hebben verder het nadeel dat ze uit milieuoogpunt ongewenst zijn en dat er uitgebreide voorzieningen nodig zijn om uitgedampt oplosmiddel weer te recyclen of om het oplosmiddel te verbranden in zogenaamde naverbranders. Het gebruik van oplosmiddelen is verder een onnodig gebruik van grondstoffen en vraagt extra voorzieningen in verband met brandgevaar.