CN102858469A - 施用粉末涂料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种向基底施用至少两个不同的粉末涂料层的方法，其包括如下步骤：施用第一个粉末涂料层之后接着施用第二个粉末涂料层而无需在施用第二个粉末涂料层之前任意在实质上固化第一个粉末涂料层，然后同时固化第一个粉末涂料层和第二个粉末涂料层，其中第一个粉末涂料层使用电晕充电系统施用于基底，并且第二个粉末涂料层使用摩擦充电系统施用于基底，或第一个粉末涂料层使用摩擦充电系统施用于基底，并且第二个粉末涂料层使用电晕充电系统施用于基底，并且第一个粉末涂料层与第二个粉末涂料层具有相反的静电极性。

Description

施用粉末涂料的方法
背景技术
发明领域
粉末涂料为通常通过静电喷涂方法而施用的固态组合物，其中粉末涂料颗粒通过喷枪而带静电荷并且基底接地。可替代的施用方法包括流化床和静电流化床方法。在施用之后，加热粉末以熔融和熔化颗粒并固化涂层。
组合物通常包含固态的成膜树脂，通常和一种或多种着色剂如颜料，并且它们任选还包含一种或多种性能添加剂(performance additive)。它们通常为热固性的，例如包含成膜聚合物及相应的交联剂(其本身可为另一成膜聚合物)。树脂通常具有超过30°C的Tg、软化点或熔点。组合物通常通过在高于树脂软化温度但低于固化温度的温度下例如在挤出机中混合各成分而制备。然后冷却该组合物以使其固化并随后粉化。大多数市购静电喷涂设备需要的粒度分布至多为最大120微米，具有的平均粒度为15-75微米，优选25-50微米，更特别为20-45微米。
本发明涉及一种向基底施用粉末涂料的方法，更具体而言涉及一种向基底施用至少两个粉末涂料层而无需在施用第二或其他层之前任意在实质上固化第一层的方法。该方法有时称为干对干(dry-on-dry)施用方法。
现有技术
EP 08433598公开了一种通过用第一层着色粉末涂料层涂覆金属表面，加热该层而使该第一层部分固化(有时称为绿色固化(green cure))，然后施用第二层着色粉末涂料层并随后加热所有层以获得所有层的完全固化而在涂饰中仿造木材或大理石的方法。
EP 1547698公开了一种与EP 08433598方法类似的方法，但是在EP1547698的方法中不存在施用第一个粉末涂料层后的加热步骤。
WO 2008/088650公开了一种基底涂漆的方法，其中在第一步中将粉末底漆施用于基底，在下一步中将包含片状添加剂的粉末底涂层施用于底漆之上，使粉末底漆与粉末底涂层同时固化，然后将面漆施用于粉末底涂层上，在最后一步中固化该面漆。
EP 2060328公开了一种形成复合粉末涂料的方法，其中将多个粉末涂料层沉积于基底上，其中相邻层由不同类型的粉末涂料组合物形成并且其中多个粉末涂料组合物层在单一热处理步骤中固化。
WO 2005/018832公开了一种涂覆基底的方法。其中图案涂层施用于背景涂层之上。图案涂层与背景涂层均可为粉末涂料。在图案涂层施用前，无需部分固化背景涂层。在此方法中，背景涂层/底涂层和图案涂层的极性必须相同。
US 2004/0159282公开了一种使用粉末涂料的重新喷涂或修补涂覆方法，其中重新喷涂或修补涂覆可在初始层固化之前或之后进行。初始涂覆层和修补涂覆/重新喷涂层应具有相同的静电极性。
至此，基于干对干施用至少两个粉末涂料层的任何上述方法的体系少有商业化的成功。其主要原因为在顶部粉末层中存在表面缺陷，在固化时所述表面缺陷导致令人不满意的外观，两层有溶合的迹象。这些表面缺陷可通过在顶部粉末层使用无光或暗淡的着色涂层而遮盖。然而，当使用高光泽度的面漆时，表面缺陷清晰可见。
发明概述
因此，在一个实施方案中，本发明包括一种向基底施用至少两个不同的粉末涂料层的方法，其包括如下步骤：施用第一个粉末涂料层之后接着施用第二个粉末涂料层而无需在施用第二个粉末涂料层之前任意在实质上固化第一个粉末涂料层，然后同时固化第一个粉末涂料层和第二个粉末涂料层，其中
-第一个粉末涂料层使用电晕充电系统施用于基底，并且第二个粉末涂料层使用摩擦充电系统施用于基底，或
-第一个粉末涂料层使用摩擦充电系统施用于基底，并且第二个粉末涂料层使用电晕充电系统施用于基底，并且
-第一个粉末涂料层与第二个粉末涂料层具有相反的静电极性。
在另一实施方案中，本发明涉及向基底施用至少两个不同的粉末涂料层，其包括如下步骤：施用第一个粉末涂料层之后接着施用第二个粉末涂料层而无需在施用第二个粉末涂料层之前任意在实质上固化第一个粉末涂料层，然后同时固化第一个粉末涂料层和第二个粉末涂料层，其中第一个粉末涂料层使用电晕充电系统施用而具有负极性，并且第二个粉末涂料层使用摩擦充电系统施用而具有正极性，或第一个粉末涂料层使用摩擦充电系统施用而具有正极性，并且第二个粉末涂料层使用电晕充电系统施用而具有负极性。
本发明的其他实施方案包括粉末涂料施用的相关细节。
除非另有说明，本说明书中重量%指基于组合物总重量的重量%。
发明详述
已发现本发明方法可用于可靠和持续地制备无任何表面缺陷和/或美学外观上的瑕疵且具有与用中间固化步骤制备的等价双层体系类似的性能特征的涂覆基底。为此，已发现使用两种不同充电技术以使随后的粉末涂料层具有相反极性为本质要素。
电晕充电系统
在电晕充电系统中，高压发电机用于向粉末涂料喷枪尖端处的电极充电，其在喷枪和工件/基底之间产生电场或离子云(电晕)。在此类工艺中使用的粉末涂料喷枪称为电晕枪。使用压缩空气将粉末输送通过喷枪和离子云。粉末颗粒移动穿过离子云时捕获电荷，并且通过风力和静电力的联合而朝着接地的目标基底移动并沉积于其上。电晕喷涂设备的大多数制造商使用负电电晕电压以使粉末颗粒带负电荷。然而，也可使用正电电晕电压向粉末颗粒施加正电荷并且此电晕充电技术落于本发明范围内。
在本发明范围内，离子捕捉装置如由来自Ransburg的ITW Gema提供的
Figure BDA00002321369000031
系统考虑作为负电电晕充电系统。
在一个实施方案中，施用粉末涂料时电晕喷枪充电30-100kV。
在另一实施方案中，施用粉末涂料时电晕喷枪充电70-100kV。
在又一实施方案中，使用电晕施用系统的粉末通过量为100-300g/min。
在再一实施方案中，使用电晕施用系统的粉末通过量为150-250g/min。
摩擦充电系统
在摩擦充电系统中，利用当两种不同绝缘材料互相摩擦然后分开时获得相反电荷(+和-)这一现象。这种通过摩擦产生电荷的方法是最早的与材料电性能相关的现象之一。代替电极，施用粉末涂料的摩擦枪依靠该摩擦充电以使粉末颗粒上带静电荷。使用压缩空气将粉末颗粒输送通过枪。颗粒移动时撞击枪壁而捕获电荷。压缩空气的风力随后将带电荷的颗粒输送至接地的基底。现有技术已知的是，可通过使用由负电摩擦材料如PTFE或类似材料构成的摩擦枪而向粉末颗粒施加正电荷，并且可通过使用由正电摩擦材料如尼龙构成的摩擦枪而向粉末颗粒施加负电荷。
在一个实施方案中，使用摩擦充电施用系统的粉末通过量为50-300g/min。
在另一实施方案中，使用摩擦充电施用系统的粉末通过量为150-250g/min。
涂料配制剂
涂料的功能在于为基底提供保护和/或美学外观。选用成膜树脂以及其他成分以提供希望的性能和外观特征。与性能有关，涂料通常应持久耐用并表现出良好的耐气候性、耐污或灰尘性、耐化学品或溶剂性和/或耐腐蚀性，以及良好的机械性能如硬度、柔韧性或抗机械冲击性；所需的精确特征取决于预期的用途。最终的组合物当然必须可在基底上形成连贯的膜，并且需要基底上的最终组合物具有良好的流动性和平整度。因此，在成膜基质内，除成膜粘合剂树脂以及任选的交联剂、颜料和/或填料之外，通常存在一种或多种性能添加剂如流动性促进剂、蜡、增塑剂、稳定剂如耐UV降解的稳定剂或消泡剂如安息香、抗沉降剂、表面活性剂、UV吸收剂、光学增白剂、自由基清除剂、增稠剂、抗氧化剂、杀真菌剂、生物杀伤剂和/或效应材料如用于降低光泽、增加光泽、韧性、纹理、闪光和结构的材料等。对于成膜聚合物材料的性能添加剂的总含量而言，应提及如下范围：0-7重量%(优选0-5重量%)，0-3重量%，以及1-2重量%。
若使用性能添加剂，则其通常以至多5重量%，优选至多3重量%，更特别为至多2重量%的总量施用，按最终组合物计算。若施用它们，则其通常以至少0.1重量%，更特别为至少1重量%的量施用，按最终组合物计算。
与颜料一样，这些标准添加剂可在分散粘合剂组分期间或之后加入，但其优选与粘合剂组分在分散之前而混合以达到最优分布。
在制备本发明的热固性粉末涂料的成膜组分中使用的成膜聚合物例如可为选自羧基官能化聚酯树脂、羟基官能化聚酯树脂、环氧树脂、功能丙烯酸类树脂以及含氟聚合物的一种或多种。
适合作为涂料组合物施用的热固性交联体系例如为酸/环氧、酸酐/环氧、环氧/氨基树脂、多酚/环氧、酚醛/环氧、环氧/胺、环氧/酰胺、异氰酸酯/羟基、羧基/羟基烷基酰胺或羟基环氧交联体系。适合作为粉末涂料组合物施用的这些化学品的实例描述于T.A.Misev，粉末涂料化学与技术，John Wiley&Sons Ltd.，1991中。
粉末涂料的成膜组分例如可基于固态聚合粘合剂体系，其包含与多环氧化物固化剂一起使用的羧基官能化聚酯成膜树脂。该类羧基官能化聚酯体系目前为最广泛使用的粉末涂料。聚酯通常具有10-100的酸值，1,500-10,000的数均分子量Mn以及30-85°C，优选至少40°C的玻璃化转变温度。市购羧基官能化聚酯的实例为：Uralac(注册商标)P3560(DSMResins)和Crylcoat(注册商标)314或(UCB Chemicals)。多环氧化物例如可为低分子量环氧化合物如三缩水甘油基异氰脲酸酯(TGIC)、化合物如对苯二甲酸二缩水甘油酯缩合双酚A缩水甘油醚或光稳定的环氧树脂。双酚A环氧树脂的实例为Epikote(注册商标)1055(Shell)和Araldite(注册商标)GT 7004(Ciba Chemicals)。或者，羧基官能化聚酯成膜树脂可以与双(β-羟基烷基酰胺)固化剂如四(2-羟乙基)己二酰二胺(Primid(注册商标)XL-552)一起使用。
粉末涂料的静电极性可使用法拉第筒(Faraday Pail)定性地测量。使用法拉第筒可使熟练技术人员辨别带正静电荷的粉末涂料和带负静电荷的粉末涂料。
在本发明方法中，已发现对于第一个粉末涂料层和第二个粉末涂料层可使用几乎任何类型的粉末涂料。
第一个粉末涂料层中成膜组分可与第二个粉末涂料层中成膜组分相同，但也可不同。
本发明将通过参考下述实施例而阐述。其意欲说明本发明，而并不以任何方式限制本发明范围。
实施例
下列标准粉末涂料用于这些实施例中。
表1
Figure BDA00002321369000061
各种底漆/面漆组合使用负电电晕充电系统和正电摩擦充电系统以干对干方法施用于铝板材。在其施用后，底漆层未加热或固化，仅于面漆施用后整个涂覆的基底于180°C下烘烤15分钟。各种组合列于表2中。
表2
Figure BDA00002321369000062
C=使用负电电晕充电系统而施用
T=使用正电摩擦充电系统而施用
对比例
为模拟现有技术，使用表1中一些标准粉末涂料组合物实施EP08433598中公开的方法。在第一步中，将第一个粉末涂料层使用负电电晕充电系统施用于铝板材并且将板材于180°C下加热5分钟。然后，第二个粉末涂料层使用负电电晕充电系统施用于板材并且将板材于180°C下烘烤15分钟。
各种组合列于表3中
表3
Figure BDA00002321369000071
＊=对比例
C=使用负电电晕充电系统而施用
T=使用正电摩擦充电系统而施用
对所有样品使用来自Datacolour International的双光束分光光度计在10°的观察角和30mm孔隙下进行CIELAB测量。对所有样品使用SheenInstrument三角度光泽仪(tri-gloss reflectometer)进行60°光泽度测量。结果示于表4中。
表4
Figure BDA00002321369000072
Figure BDA00002321369000081
＊=对比例
上述结果表明本发明方法可以可靠地用于制备多层粉末涂料体系，而无需在施用各个层之间加热或固化。所述方法可用于制备具有高光泽度和低光泽度(或无光)的体系，其颜色与其中在第二个粉末涂料层施用之前加热/固化第一个粉末涂料层的体系的颜色相同。

Claims (6)

1.一种向基底施用至少两个不同的粉末涂料层的方法，其包括如下步骤：施用第一个粉末涂料层之后接着施用第二个粉末涂料层而无需在施用第二个粉末涂料层之前任意在实质上固化第一个粉末涂料层，然后同时固化第一个粉末涂料层和第二个粉末涂料层，其中
-第一个粉末涂料层使用电晕充电系统施用于基底，并且第二个粉末涂料层使用摩擦充电系统施用于基底，或
-第一个粉末涂料层使用摩擦充电系统施用于基底，并且第二个粉末涂料层使用电晕充电系统施用于基底，并且
-第一个粉末涂料层与第二个粉末涂料层具有相反的静电极性。
2.根据权利要求1的方法，其中第一个粉末涂料层使用电晕充电系统施用而具有负极性，并且第二个粉末涂料层使用摩擦充电系统施用而具有正极性，或第一个粉末涂料层使用摩擦充电系统施用而具有正极性，并且第二个粉末涂料层使用电晕充电系统施用而具有负极性。
3.根据权利要求1或2的方法，其中电晕充电系统充电至30-100kV的电势。
4.根据权利要求3的方法，其中电晕充电系统充电至70-100kV的电势。
5.根据上述权利要求中任一项的方法，其中第一个或第二个粉末涂料层使用电晕充电系统在100-300g/min的施用速率下施用。
6.根据上述权利要求中任一项的方法，其中第一个或第二个粉末涂料层使用摩擦充电系统在100-300g/min的施用速率下施用。
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