CN101309758A - 粉末热喷涂组合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有热固性材料和热塑性材料的粉末热喷涂组合物。该热喷涂组合物还可包含使基底在被涂敷时可在黑暗中发光的磷光材料和/或阻止其被涂敷到的表面上的微生物生长的抗菌材料。本发明还涉及用来涂布表面例如钢以更有效地结合热喷涂组合物并防止钢的腐蚀的含锌塑性热喷涂组合物。

Description

粉末热喷涂组合物

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年1月10日提交的美国临时申请60/642,831号的优先权，通过引用将其结合到本文中。

发明领域

本发明涉及热喷涂组合物，并特别涉及能够被涂敷到清洁的未涂布表面的粉末热喷涂组合物。

发明背景

热喷涂组合物以粉末形式出现并能够通过热喷涂被涂敷到表面。术语“热喷涂”是指这样的工艺，其中将作为单独的滴或粒子的涂料原料即热喷涂组合物加热并推送到基底的表面上。由敷料器(例如，热喷枪)加热涂料，其中敷料器通过使用可燃气体、等离子火焰或电热空气将塑性粒子加热并熔化成滴，并通过压缩气体将其推出喷枪。当涂料粒子撞击到基底时，它们变平、流动并熔入接邻的粒子内而形成连续的膜。正是这种膜涂布了表面。

本领域技术中很令人欣喜的是，现今在市场上可得到不同类型的热喷涂组合物，其能被用来涂敷各种表面例如金属、纸、木材、塑料、混凝土等等。然而，这些组合物常常需要待涂布的表面在热喷涂该表面之前用特殊的底漆进行涂底漆和/或用粘合材料进行涂布。这些底漆/涂层大多数下呈液体形式并通过材料的简单铺展而被涂敷到待涂布的基底上。这一额外步骤不仅造成了成本的增加，而且常常阻碍待涂布的表面被“现场”热喷涂。换言之，不是如本发明中那样在一个简单步骤中将待涂布的表面进行热喷涂，而是需要多个步骤。这增加了人工成本以及材料成本。在一些情况下，由于热喷涂的有效性与底漆和/或粘合涂层被涂敷的好坏直接相关，因此必须将待涂布的表面/对象拿回车间来用底漆和/或粘合涂层进行预涂布。

另外，许多市场上可得到的底漆和/或粘合涂料不是液体形式就是乳状液形式。这些液态组合物包含一旦被涂敷就会从涂层缓慢蒸发的溶剂。如果在底漆和/或结合涂层充分固化之前对涂布的表面进行热喷涂(这种情况很常见)，该溶剂会蒸发并最终在涂层内产生微孔。这些常被描述为点蚀的微孔危害到热涂层的完整性。另外，使用这些液体底漆/结合涂料常导致高挥发性有机化合物(HVOC)的产生并可能需要增强的通风。另一方面，不需要液体底漆的粉末热喷涂不包含要蒸发的溶剂且因此不会放出HVOCs和/或导致表面的点蚀。

因此，由于前述原因，现今市场上需要的是能够以简单的喷涂被涂敷到表面上的粉末热喷涂组合物。换言之，是一种不需要首先必须对表面涂敷底漆和/或涂敷粘合涂层而能够被有效地喷涂到表面上的粉末热喷涂组合物。该热喷涂组合物也必须具备所有前述属性，使得能够对其进行现场涂敷并且不需要拿回车间来涂敷特殊底漆和/或粘合涂层。

本发明的一个目的是提供一种能够以简单的喷涂被涂敷到表面的粉末热喷涂组合物。换言之，提供一种能够被涂敷到清洁的未涂布表面的粉末热喷涂物。

本发明的另一目的是提供一种粉末热喷涂磷光组合物，其能够以简单的喷涂被涂敷到表面且使表面在黑暗中发光。

本发明的又一目的是提供一种粉末热喷涂抗菌组合物，其能够以简单的喷涂被涂敷到表面且阻止其所涂敷的任何表面上的微生物生长。

本发明的再一目的是提供一种含锌的塑性组合物，其能够被涂敷到钢表面，以防止腐蚀且为钢更易于接受另外的涂布做好准备。能够快速地并相对容易地现场涂敷该含锌的塑性热喷涂组合物。

本发明具有上述以及其它特性，并且克服了上述现有技术的缺点。在下面部分进一步描述了本发明。

发明概要

本发明涉及一种包含至少一种热固性材料和至少一种热塑性材料的粉末热喷涂组合物。该粉末热喷涂组合物能够以简单的涂敷而被涂敷到清洁的未涂布表面。

本发明还涉及一种包含至少一种磷光组合物的粉末热喷涂组合物，其能够被涂敷到清洁的未涂布表面，从而使其在黑暗中发光。本发明还涉及另外含有抗菌添加剂以阻止其所涂敷的表面上的抗菌生长的本发明热喷涂物。

最后，本发明涉及一种能够被用于涂布钢表面以防止腐蚀且为钢表面对随后涂料做好准备的含锌塑性粉末热喷涂组合物。

如上所述，本发明的粉末热喷涂物高出市场上可得到的热喷涂物的一个明显优点是，本发明的热喷涂组合物能够被直接涂敷到清洁的未涂布表面并因此降低了人工和材料成本。另外，由于组合物是粉末形式，所以不产生HVOC。

在接下来的本申请的详述描述部分中进一步描述了本发明的实施方案。

发明详述

本发明涉及一种具有改善的性能的粉末热固性/热塑性组合物，其中改善的性能例如更高的抗冲击性，异常高的粘附性能，广泛的适应性(flexibility)，增加的涂敷厚度而不开裂，室温下的固化能力，没有紫外降解，没有水渗透，不损失耐盐雾性，及能够提供建筑表面装饰而不使用底漆。

本发明的一个实施方案涉及包含至少一种热固性材料和至少一种热塑性材料的粉末热喷涂组合物。该热固性材料能够以高至50重量％的量存在而该热塑性材料能够以高至90重量％的量存在。出乎意料地，所得粉末热喷涂组合物具有比单独应用热固性材料和/或热塑性材料时更好的物理性能。

本发明的粉末热喷涂物的热固性材料可选自基本上由异氰脲酸三缩水甘油酯(TGIC)聚酯、环氧化物、聚氨酯、聚酯合金及其混合物组成的组。本发明的粉末热喷涂物的热塑性材料可选自包含各种百分比的尼龙6、尼龙66和尼龙12、胺和酰胺的共聚酰胺材料。最优选使用的热塑性材料是

H2513TA共聚酰胺(得自Arkema，Inc.Philadelphia，PA)，最优选使用的聚醚酰胺是

MX 1205 BLACKES(得自Arkema，Inc.Philadelphia，PA)。

在本发明的一个实施方案中，粉末热喷涂组合物包含高至约90重量％的TGIC聚酯和高至约50重量％的共聚酰胺，优选

H2513TA共聚酰胺，其中平均粒径为小于约200微米，优选小于约100微米。

如上所述，本发明的热塑性组合物可以是选自基本上由尼龙6、尼龙66、尼龙12、胺和酰胺组成的组中的至少两种聚合物的共聚酰胺。在替换性的方案中，也可使用具有与前述列出的化合物相同或相似性能的单一聚酰胺。可使用这些聚酰胺化合物的不同重量百分数和各种组合来定制特定的热喷涂物，这些变化被认为是本发明的一部分。本发明的包含改性聚酰胺和热固性树脂的热喷涂组合物是种多相热喷涂物，并可牢固结合到大多数表面。换言之，当热喷涂物流过并润湿表面时，热喷涂组合物通过深入地抓握到表面凹凸(imperfections)内而牢固地结合到铝、玻璃纤维、砖石建筑、塑料和木材，从而形成平滑和连续的膜。

这种热喷涂组合物作为能够被直接涂敷到用于内部和长期外部暴露的基底的一步涂料是有用的。如上所述，不需要底漆或粘合涂层。然而，当使用本发明的热喷涂物来涂布长时间暴露于外部环境的钢表面时，在应用本发明的热喷涂物之前应对钢进行涂布以延长该热涂层的寿命。优选地，在应用本发明的热喷涂物之前，应使用下面进一步描述的本发明含锌的塑性组合物来涂布钢。尽管这在涂布钢时增加了额外成本，但防止钢腐蚀的底漆的有效性更多地弥补了额外费用。

由于本发明的所有粉末热喷涂物都是深入地抓握到其所涂敷的表面的凸凹内，因此增加其所涂敷表面的凸凹增强了热喷涂涂层的粘附性。增加表面的这些凸凹的一个方法是首先对表面除去油污并随后喷砂。通过从这些凸凹除去油污沉积以及消除任何可能干扰本发明热喷涂物的化学结合的有害化学品，油污去除使得表面上已有凸凹更可供结合利用。另一方面，喷砂增加了待处理表面的凸凹，使热喷涂深入地粘附到表面凸凹内。建议使用细钢和/或铝砂(0.2至0.5mm)在0.3Mpa(40psi)下喷砂。在替换性的方案中，可使用任何其它种类的表面粗化。

本发明的另一实施方案涉及环氧基粉末热喷涂组合物。当热喷涂物流过并润湿表面时，包含作为热喷涂物热固性材料的环氧或环氧基化合物的本发明实施方案通过深入地抓握到表面凸凹内，也可以结合到表面例如铝、玻璃纤维、砖石建筑、塑料、纸和木材，从而形成平滑和连续的膜。这种热喷涂涂层具有非常高的抗潮湿性并被用于浸渍应用。这种组合物的化学性质使得从现今市场上可得到的大多数(如果不是全部)主要的热塑性和热固性塑料类物质可实现与热喷涂的表面涂层的化学结合。

意欲用本发明的环氧基热喷涂组合物代替熔化结合环氧、双组分液体环氧、液体聚氨酯以及其它当前使用的液体底漆，来为随后功能涂层的涂敷进行表面处理。换言之，可使用本发明的环氧基组合物来涂布清洁的未涂布表面(无底漆的表面)，其中可用其作为主涂层，或者可用其作为用于随后表面功能涂层的涂敷的底涂层，其中表面功能涂层通常不粘附到无底漆的表面。

对于上述本发明的其它实施方案而言，除去表面油污并对表面进行喷砂以增加可得到的表面内凸凹增强了热喷涂的粘附性。另外，可在指标化(indexing)的同时将表面加热至约100°F至约200°F并且将基底温度保持在该预热温度，以便在冲击时有效地产生塑性流熔化(即，润湿表面)。如果待涂布的对象足够小，则整个对象可在涂布之前或期间进行加热。如果涂布大表面，则仅有该被涂布的表面部分在任何设定的时间下都需要进行加热。可使用电、热空气或火焰源来预热待涂布表面并保持其温度。

在本发明的另一实施方案中，热喷涂另外包含至少一种类型的磷光粒子。换言之，可向包含至少一种热固性材料和至少一种热塑性材料的基础热喷涂组合物中添加至少一种类型的磷光粒子。包含磷光绿色颜料的热喷涂组合物能够用来使产品和/或表面“在黑暗中发光”。对于上述热喷涂物而言，其与大多数表面牢固结合并能够用于户内和户外的应用。不需要底漆液体或粘合涂层。对于小于0.010英寸的薄涂层，可首先使用白色涂层来增强喷涂物的“在黑暗中发光”性能。对表面进行除油污、预热和喷砂增强了热喷涂物对其所涂敷到的表面和/或产品内凹凸的粘附。取决于该厚度，一旦用光激活，在黑暗中发光性能能够持续高达约12小时。

本发明的磷光热喷涂物使本发明的基础热喷涂组合物的性能与磷光化合物相关的“在黑暗中发光”性能相结合。尽管对于本发明的磷光热喷涂物可以想到许多不同的应用，但是用该热喷涂物涂布楼梯和其它通道特别令人感兴趣。像这些具有磷光热喷涂物的涂层区域不但保护了表面不受磨损并提供额外的附着摩擦力，而且在万一停电时增加了照亮楼梯和/或通道的安全特征。换言之，在紧急情况形势下，办公楼的通道必须用来从建筑和对建筑不起作用的电力供应中疏散人员，涂布楼梯的照明可使疏散人员安全地从建筑中出来。

本发明还涉及含锌塑性热喷涂组合物，其能够被用来对难以涂布的表面例如钢的涂布之前对其进行预处理。如上所述，除了当热喷涂应用于钢时，尤其是如果该钢将被长时间地置于外部环境时，本发明的热喷涂通常不需要具有底漆和/或粘合涂层的表面涂层。在这些环境下，建议在对钢表面涂敷另外的涂层之前，用本发明的含锌塑性热喷涂组合物涂布外部钢表面。

本发明的含锌塑性热喷涂组合物包含约20重量％至约50重量％的锌环氧粉末，约30重量％至约50重量％的具有约1微米至约60微米的平均粒径的锌粉末，和约10重量％至约30重量％的聚醚酰胺。热喷涂物中所用的塑性物质可以是环氧基热喷涂物。使用的环氧化物可以与上面列出的用于本发明其它热喷涂物的环氧化物相同。除了环氧化物之外，此处也可适用聚醚酰胺。

在本发明的优选实施方案中，含锌塑性热喷涂组合物包含约20重量％至约50重量％的锌环氧粉末，约30重量％至约50重量％的具有约1微米至约60微米的平均粒径的锌粉末，且所用共聚酰胺是约10重量％至约30重量％的

可以理解，也可向热喷涂组合物中添加额外的添加物例如紫外(UV)过滤剂、防腐剂、颜料(pigmentation)、抗菌化合物等，且被认为是所主张的本发明的一部分。特别地，可向本发明的热喷涂组合物中添加

(得自Agion，Inc.Rhode Island)、银离子粉、tricylostranes和/或

(得自位于North Carolina的Microbane，Inc.)，一旦将该组合物热涂敷到基底上时，其赋予了基底上的抗菌属性。

可以使用不同类型的热喷枪来施用本发明的热喷涂物。热喷枪通常使用氧-燃料气混合物、空气-燃料气混合物、空气-液体燃料混合物和等离子体和/或电热空气作为热介质来将单独小滴熔化并推送到准备好的基底。热喷涂装置属于对设备的一般分类之内：(1)线材燃烧(wirecombustion)，(2)粉末燃烧，(3)等离子体-粉末，(4)高速氧-燃料气-粉末，(5)高速氧-燃料气-线材，(6)高速空气-液体燃料-粉末，(7)高速氧-液体燃料-粉末，(8)爆炸枪粉末，和(9)水炮等离子体。通常，热喷涂装置使用线材燃烧、粉末燃烧、等离子体燃烧或电弧燃烧。

在线材燃烧工艺中，引发燃烧加热源并将线材或棒材形式的原材料送入热介质中，其中压缩空气流在沿轴向加入的原料附近聚集热源，由此将原料熔融雾化并推送到基底来沉积涂层。

在粉末燃烧工艺中，引发燃烧热源并将粉末形式的原料沿轴向或切线方向导入到蔓延的火焰中。通过安装有进料斗的加料器或枪来递送加料粉末材料。

在等离子体粉末系统中，通过使惰性气体从处于一定电势下的电极和喷嘴形成的间隙之间穿过而产生了热源。高压、高频、低电弧被触发，其桥连(bridges)了电极和喷嘴之间的间隙。这种小电弧部分地离子化了惰性气体，并且产生了低电压、高电势的传导通路从而完成了回路。惰性气体因此完全解离膨胀并且以高的速度从喷嘴喷孔中排出。在离解气体的再燃烧过程中产生了热，其被用来熔化沿切线方向加入到等离子火焰中的原料粉末。火焰的速度将原料粉末推送到基底上。

尽管上述热喷涂工艺中的任何一个在技术上可用来涂敷本发明的热组合物，但优选粉末燃烧热喷涂工艺。特别地，最优选这样的粉末燃烧热喷涂工艺，其采用了通过结合其全部内容被引用到本文中的共同未决美国专利申请10/909,115号中所描述的热喷涂系统。

可使用包括包覆的标准混合技术来生产本发明的热喷涂组合物。包覆是种众所周知的工艺，其包括使用粘合剂将两种或多种粉末材料聚结在一起，使得它们在喷涂期间不分开。

如上所述，当将本发明的粉末热喷涂物涂敷到清洁的未涂布基底时，其提供了意料不到的有利的物理性能。例如，下表1列出了XT600的物理性能，XT600是本发明的热喷涂组合物，其包含约66重量％的TGIC聚酯和约34重量％的得自Arkema，Inc.Philadelphia，PA的

2513TA共聚酰胺。由商业实验室使用来自美国测试与材料协会(ASTM)的标准测试和测量程序来测试热喷涂组合物。通过ASTM编号在表1的第2栏列出了用于每一种类的标准测试和测量程序。使用表1中列出的编号能够从美国测试与材料协会确定并获得这些程序，通过引用将这些程序结合到本文中。

对于被涂敷到进行了涂底漆和/或结合涂布的表面的热喷涂，由拉伸带粘测试(tensile adhesion tape test)、抗冲击测试、Taber抗磨损性测试、铅笔硬度和弹性芯轴测试获得的结果满足或超出了商业上可接受的值。没有首先涂布表面而获得XT600值的这一事实(在钢上的拉伸带粘测试，具有和不具有底漆)是种附加的好处且是本发明的创造性方面。表1如下所列。

表1

测试的物理性能	使用的测试方法	结果
			拉伸带粘测试	ASTM D3359	0A至5A级别中的4A，对于将XT600直接喷涂到钢，和XT725顶部(Zn结合涂层)。
抗冲击性	ASTM D2794	30英寸-磅，没有观测到开裂。
			Taber抗磨损性	ASTM D4060	50mg的损失，1000周期，1000g载荷。
铅笔硬度	ASTM D3363	HB至HHHH级别中的3H。
			弹性芯轴	ASTM D522	涂层厚度为0.012英寸，超过了用于这种测试的弹性上限，伸长率大于5.3％。

尽管上述描述包含了诸多细节，但这些细节不应该理解为对本发明的限制，而仅仅作为其中优选实施方案的示例。本领域技术人员在由所附权利要求限定的本发明的范围和精神内可预见到很多其它实施方案。

Claims (22)

1.一种粉末热喷涂组合物，其包含：

高至约90重量％的至少一种热固性材料和高至约50重量％的至少一种热塑性材料。

2.根据权利要求1的热喷涂组合物，其中热固性材料选自基本上由异氰脲酸三缩水甘油酯(TGIC)聚酯、环氧化物、聚氨酯、聚酯合金及其混合物组成的组。

3.根据权利要求2的热喷涂组合物，其中热塑性材料是共聚酰胺。

4.根据权利要求3的热喷涂组合物，其中共聚酰胺组合物包含选自基本上由尼龙6、尼龙66、尼龙12、胺和酰胺组成的组中的至少两种聚合物。

5.根据权利要求2的热喷涂组合物，其包含高至约90重量％的TGIC和高至约50重量％的共聚酰胺。

6.根据权利要求5的热喷涂组合物，其中平均粒径小于约200微米。

7.根据权利要求6的热喷涂组合物，其中平均粒径小于约100微米。

8.一种磷光组合物，其包含

至少一种类型的磷光材料；

至少一种热塑性材料；和

至少一种热固性材料。

9.根据权利要求8的磷光组合物，其中所述至少一种热塑性材料是共聚酰胺。

10.根据权利要求9的磷光组合物，其中共聚酰胺组合物包含选自基本上由尼龙6、尼龙66、尼龙12、胺和酰胺组成的组中的至少两种化合物。

11.根据权利要求8的磷光组合物，其中共聚酰胺是聚醚酰胺。

12.根据权利要求8的磷光组合物，其中热固性材料选自基本上由异氰脲酸三缩水甘油酯(TGIC)聚酯、环氧化物、聚氨酯和聚酯合金组成的组。

13.根据权利要求12的磷光组合物，其包含高至约90重量％的磷光材料、高至约70重量％的TGIC聚酯和高至约30重量％的共聚酰胺。

14.根据权利要求13的磷光组合物，其中所述磷光组合物包含高至约50重量％的具有小于约55微米平均粒径的磷光材料。

15.根据权利要求2的热喷涂组合物，其中所述热喷涂组合物包含高至约65重量％的环氧化物和高至约50重量％的聚醚酰胺。

16.根据权利要求2的热喷涂组合物，其中所述热喷涂组合物包含约10重量％至约70重量％的聚醚酰胺。

17.根据权利要求15的热喷涂组合物，其中平均粒径小于约200微米。

18.根据权利要求17的热喷涂组合物，其中平均粒径小于约100微米。

19.一种含锌热喷涂底漆组合物，其包含：

约20重量％至约50重量％的锌环氧粉末；

约30重量％至约50重量％的具有约1微米至约60微米平均粒径的锌粉末；和

约10重量％至约30重量％的共聚酰胺。

20.一种含锌热喷涂底漆组合物，其包含：

约20重量％至约50重量％的锌环氧粉末；

约30重量％至约50重量％的具有约1微米至约60微米平均粒径的锌粉末；和

约10重量％至约30重量％的聚醚酰胺。

21.根据权利要求1的热喷涂组合物，其另外包含至少一种抗菌添加剂。

22.根据权利要求21的热喷涂组合物，其中抗菌剂包含银离子粉、tricyclostranes及其混合物。