CN101415743A - 热敏基材上的粉末涂层的制备方法 - Google Patents

热敏基材上的粉末涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种在基材上的粉末涂层的制备方法，其包括步骤：a)向基材表面施涂粉末涂料组合物，其包含40～90wt％的至少一种环氧当量为1000～5000的环氧树脂，10～60wt％的至少一种交联(固化)剂，0.1～15wt％的至少一种包合催化剂和0.01～40wt％的至少一种选自常规用于粉末涂料技术的添加剂、颜料和/或填料的成分，所述重量百分比基于粉末涂料组合物的重量；b)在升温条件下将粉末涂料组合物粒子熔化、熔融并流淌至熔化的涂料；并且c)固化该熔化的涂料。本发明提供了导致单组分稳定粉末涂料的涂料，其形成光滑甚至精细质地的涂层并且具有改进的流动性且消除了后固化边缘开裂以及具有高的不透明性、硬度和柔韧性。

Description

热敏基材上的粉末涂层的制备方法
发明领域
本发明涉及使用含特殊催化剂的粉末涂料组合物在热敏基材上制备具有改进性能的粉末涂层的方法。
相关技术描述
已发展多种低温可固化粉末涂料用于热敏基材如木头、纤维板和塑料。使用催化剂降低固化温度和/或固化时间受到粉末配方制作期间挤压温度和粉末配方固化温度间差异小的限制，所述二者温度差异小可能导致挤压过程期间的凝胶化。此外，催化剂和粉末配方树脂间的固态反应对粉末配方的存储稳定性可能具有负面影响。“潜”催化剂已被开发用于克服传统催化剂的局限性。潜催化剂是被如蜡、聚合物和微凝胶包囊的或通过某些化学修饰封闭的催化剂，并因此于粉末配方加工和存储期间无催化活性，但在低温固化条件下是活性的。
在U.S.3,819,560中公开了用于环氧粘合剂体系的潜催化剂，如咪唑。EP-A 326230和EP-A 504732描述了以络合物形式的潜催化剂或催化剂，用于低温可固化的产生具有良好固化性能和存储稳定性的涂料的粉末配方。EP-A 1348742公开了含有包囊催化剂的涂料粉末，其提供稳定单组分组合物。
解决传统催化剂局限性的另一种可能性是使用“包合(inclusion)”催化剂。这种催化剂基于在所谓“主体”分子晶格内包含所谓的“客体”分子的络合物。通过例如，提高温度来打破晶格，释放出客体分子并能够实施其例如催化剂的功能。主体分子为，例如羟基苯基乙烷衍生物，如四羟基苯基乙烷(TEP)。客体分子可以为，例如胺类。含包合催化剂的粉末涂料配方提供单组分稳定性，加速固化并在较低温下固化。
然而，这些技术解决方案通常难以控制或不够有效，并且它们缺乏特殊的涂料性能。
发明概述
本发明涉及用于制备基材上的粉末涂层的方法，其包括以下步骤：
a)向基材表面施涂粉末涂料组合物，其包含40～90wt％的至少一种环氧当量为1000～5000的环氧树脂，10～60wt％的至少一种交联(固化)剂，0.1～15wt％的至少一种包合催化剂和0.01～40wt％的至少一种选自常规用于粉末涂料技术的添加剂、颜料和/或填料的成分，所述重量百分比基于粉末涂料组合物的重量，
b)在升温条件下将粉末涂料组合物粒子熔化、熔融并流淌至熔化的涂料，并且
c)固化该熔化的涂料。
本发明方法使得提供单组分稳定粉末涂料成为可能，其形成光滑甚至精细质地的涂层。获得了改进的涂覆性能，诸如优异的流动，消除了后固化边缘开裂以及涂层具有高的不透明性、硬度和柔韧性。由于其低温固化，本发明方法用于涂覆热敏基材特别有用并且还适用于在超低焙烤烘干条件下使用。
发明详述
本领域普通技术人员通过阅读以下详细描述将更容易理解本发明的特点和优点。还应理解为了清楚起见以上以及下面的单独实施方案范围中描述的那些本发明的可靠特点也可以在单个实施方案中综合提供。反之，为简洁起见在单一实施方案范围中描述的本发明的各种特点也可以单独地或以任何亚综合的形式进行提供。此外，提及的单数形式也可以包括复数形式(例如，“一”可以指一个，或一种或多种)，除非在上下文中另外特别指出。
除非另外清晰指明，在本申请中规定各种范围所用的数值，以近似值给出，尽管在所述范围内给出了最小值和最大值。以这种方式，使用所述范围以上和以下的轻微变化可以获得与使用该范围内的数值基本相同的结果。同样，公开的这些范围意在为包括最小值和最大值之间的每一个值的连续范围。
文中提及的所有专利、专利申请以及出版物在此全文引入作为参考。
在根据本发明方法的步骤a)中，将基于上面提及数量和种类的环氧树脂、交联剂以及催化剂的粉末涂料组合物，以本领域技术人员已知的技术施涂到基材表面。
本发明方法的步骤a)之后，在升温下使粉末涂料组合物的粒子熔化、熔融并流淌。这可以通过，例如红外辐射、红外辐射结合热空气对流，或热空气对流来实现。红外辐射还包括近红外辐射(NIR)。典型的红外辐射使用的波长范围为0.76μm～1mm，而近红外辐射使用的波长范围为0.76～1.2μm。例如，作为基材表面温度测量的熔融温度可为60～120℃，并且其取决于粉末涂料组合物的种类。
步骤b)之后，固化熔融粉末涂料。这可以通过将施涂的并熔化的粉末涂料层暴露于热能中来实现。所述涂料层可以，例如暴露于对流和/或辐射加热至温度为例如60～150℃，以基材表面温度测量，其取决于粉末涂料组合物的种类。另外，在该固化步骤中可以采用本领域技术人员已知的超低焙烤烘干条件。
在用高能辐射辐射前、期间和/或之后暴露于热能中也是可能的。
如果将本发明的组合物连同不饱和树脂以及任选的光敏引发剂或与含不饱和树脂的粉末一起使用，还可以使用双重固化。双重固化是指本发明粉末涂料组合物的一种固化方法，其中所施涂的组合物可以通过，例如诸如紫外(UV)辐射之类的高能辐射和技术人员已知的热固化方法二者来固化。
根据本发明可用的粉末涂料组合物包含40～90wt％，优选45～80wt％的一种或多种环氧树脂，其选自由表氯醇与双酚如双酚A制备的反应产物、环氧-线型酚醛树脂、官能化树脂如(甲基)丙烯酸环氧化物或环氧聚酯。
所述树脂的环氧当量为1000～5000，优选1200～2000。
可通过高能辐射自由基聚合固化的环氧粘合剂的实例包括基于，例如，不饱和环氧化物、不饱和(甲基)丙烯酸环氧化物、不饱和环氧聚酯的那些。
(甲基)丙烯酸分别意于指丙烯酸和/或甲基丙烯酸。
所述环氧树脂还可以是至少一种本领域技术人员已知的含可交联官能基团的自交联树脂。
所述交联剂可以包括本领域技术人员已知的适用于环氧树脂的常规的固化剂。实例为胺类、多元胺类、酰胺类、二氰基二酰胺、酚类、羧酸类、酐类以及羧端基的聚酯类。
所用交联剂的数量为粉末组合物的10～60wt％，优选20～50wt％。
本发明的粉末涂料组合物包含0.1～15wt％的基于粉末涂料组合物重量的至少一种包合催化剂。优选的含量为粉末涂料组合物的1～10wt％。
合适的包合催化剂为，例如TEP与脂环族、脂肪族和芳族咪唑类和胺类的复合物，如TEP与乙基甲基咪唑类、甲基咪唑类、苄基甲基咪唑类、氨基丙烷类的复合物。优选使用TEP与脂族和脂环族咪唑类复合物。
粉末涂料组合物可以包含粉末涂料技术中常规的成分，如本领域技术人员已知的添加剂、颜料和/或填料作为其它组分。
添加剂例如为，脱气辅助剂、流动控制剂、消光剂、填料(增量剂)、光引发剂、催化剂、染料。也可以向粉末涂料组合物中加入具有抗微生物活性的化合物。
粉末涂料组合物可以包含光引发剂以引发自由基聚合。适合的光引发剂包括，例如吸收波长为190～600nm的那些。用于自由基固化体系的光引发剂的实例为苯偶姻和衍生物、苯乙酮和衍生物、二苯甲酮和衍生物、噻吨酮和衍生物、蒽醌、有机磷化合物，如酰基氧化膦。相对于树脂固体和光引发剂总量，所用光引发剂的量为，例如0～7wt％。可以单独或组合使用光引发剂。
粉末涂料组合物可以包含着色或未着色的粉末涂料试剂用于生产任何期望的单层涂覆或多层涂覆的涂料层。该组合物可包含透明的、赋予色彩和/或赋予特殊效应的颜料和/或增量剂。适合的赋予色彩的颜料是任何有机或无机特性的常规的涂料颜料。无机或有机赋予色彩的颜料的实例为二氧化钛、微米级的二氧化钛、炭黑、偶氮颜料以及酞菁颜料。赋予特殊效应的颜料实例为，例如由铝、铜或其它金属制得的金属颜料，干涉色颜料如金属氧化物包覆的金属颜料和涂覆云母。可用增量剂的实例为二氧化硅、硅酸铝、硫酸钡以及碳酸钙。
以本领域技术人员已知的常规量使用所述成分，例如基于粉末涂料组合物的总重，关于颜料和/或填料的量为0～40wt％，优选0～35wt％，以及关于添加剂的量为0.01～5％，优选1～3wt％。
粉末涂料组合物还可以进一步包含粘合剂树脂，如例如另外的热固性树脂，如聚酯、(甲基)丙烯酸系和/或氨基甲酸乙酯树脂，其量相对于总树脂固体为，例如0～10wt％。
通过在粉末涂料工业所用的常规制造技术制备粉末涂料组合物。例如，在粉末涂料组合物中所用的成分可以共混到一起，例如通过干混混合法，并且可以将它们加热到熔融混合物的温度，然后挤出所述混合物。所用挤出温度范围为例如100～130℃是可能的。然后在冷铸铁轧辊冷却挤出的材料，将之打碎并然后研磨成细粉，其可以分级至所需粒度，例如至20～200μm的平均粒度。
还可以通过从超临界溶液喷雾、NAD“非水性分散体”方法或超声驻波雾化方法来制备粉末涂料组合物。
此外，根据本发明的粉末涂料基料的专门组分，如包合催化剂、添加剂、颜料、填料，通过使用冲击熔融的“粘合”方法可以与在挤出和研磨后的成品粉末涂料粒子一起加工。为此目的，所述专门组分可以与粉末涂料粒子混合。共混期间，处理单独的粉末涂料粒子以软化其表面使得所述组分与它们粘结并且均匀地与粉末涂料粒子的表面粘合。粉末粒子表面的软化可以通过热处理粒子至诸如该组合物的玻璃化转变温度Tg例如50～60℃的温度来完成。该混合物冷却后，可以通过筛分过程来达到所得粒子的期望粒度。
可以通过静电喷涂、热或火焰喷涂，或流化床涂覆方法来施涂本发明的粉末涂料组合物，所有这些方法对于本领域技术人员是已知的。
本发明的粉末涂覆方法适用于涂覆金属基材例如大的金属物体，和/或非金属基材如单层涂层或多层膜构造的一个涂层。
所述粉末涂覆方法特别适用于涂覆热敏基材如木头、纤维板如中等密度纤维(MDF)板、纤维增强塑料件、纸、卡纸板、塑料。
在施涂粉末涂料前可以预调理所述基材。为增加基材表面的导电性并因此促进成功的粉末沉积而实施预调理。通过本领域技术人员已知的各种方式可以实现预调理，例如通过预热所述基材。气体通用于各种加热步骤中，但其它方法如微波、IR或NIR也是已知的。同样，可以施涂底漆，其密封表面并提供所需的导电性。可UV固化的底漆也是适用的。

Claims (5)

1.在基材上制备粉末涂层的方法，其包括以下步骤：
a)向基材表面施涂粉末涂料组合物，其包含40～90wt％的至少一种环氧当量为1000～5000的环氧树脂，10～60wt％的至少一种交联(固化)剂，0.1～15wt％的至少一种包合催化剂和0.01～40wt％的至少一种选自常规用于粉末涂料技术的添加剂、颜料、填料和其任何混合物的成分，所述重量百分比基于粉末涂料组合物的重量，
b)在升温条件下将粉末涂料组合物粒子熔化、熔融并流淌成为熔化的涂料，并且
c)固化该熔化的涂料。
2.权利要求1的方法，其中所述基材为热敏基材。
3.权利要求1的方法，其中所述粉末涂料组合物的环氧树脂的环氧当量为1200～2000。
4.权利要求1的方法，其中所述包合催化剂包括TEP与脂族和脂环族咪唑类的复合物。
5.根据权利要求1的方法制备的涂覆基材。
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