CN106031916A - 粉末涂敷设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及粉末涂敷设备领域。本发明的粉末涂敷设备包括涂布装置、调节装置和加热装置,所述涂布装置具有使热固性粉末涂料带电和流动化的充电流化单元,并且该涂布装置在使所述热固性粉末涂料带电和流动化的同时,将所述粉末涂料涂布到待涂物体的待涂表面上;所述调节装置对被涂布到待涂物体的待涂表面上的粉末涂料的颗粒层的厚度进行调节;所述加热装置对所述粉末涂料的颗粒层进行加热以使所述颗粒层热固化。本发明的粉末涂敷设备能高生产率地控制涂膜的厚度。

Description

粉末涂敷设备
技术领域
本发明涉及粉末涂敷设备。
背景技术
近年来,使用粉末涂料的粉末涂布技术由于在涂布过程中释放出的挥发性有机化合物(VOC)的量小,并且未附着于被涂物体上的粉末涂料可在涂布过程之后加以收集以便再回收利用,因此,该技术在全球环境方面引人注目。
专利文献1公开了一种方法,其中聚酯树脂粉末被涂布到铜板上,通过电磁诱导加热法对该粉末树脂进行加热并使之固化。
专利文献2公开了一种作为电子照相式显影法的方法,其中通过调节辊对显影剂供给辊上的显影剂层厚度进行调节。
专利文献3公开了一种方法,其中通过使调色剂穿过被振动的导电筛网而使调色剂带电。
[专利文献1]JP-A-63-44962
[专利文献2]JP-A-11-73013
[专利文献3]JP-A-02-74971
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够高生产率地控制涂膜厚度的粉末涂敷设备。
本发明的上述目的通过下列构造即可实现。
根据本发明的第一方面,提供了这样一种粉末涂敷设备,其包括:
涂布装置,该涂布装置具有使热固性粉末涂料带电和流动化的充电流化单元,并且该涂布装置在使所述热固性粉末涂料带电和流动化的同时,将所述粉末涂料涂布到待涂物体的待涂表面上;
调节装置,该调节装置对被涂布到所述待涂物体的待涂表面上的粉末涂料的颗粒层的厚度进行调节;以及
加热装置,该加热装置对所述粉末涂料的颗粒层进行加热以使所述颗粒层热固化。
根据本发明的第二方面,在根据本发明第一方面的所述粉末涂敷设备中,所述调节装置包括与所述粉末涂料的颗粒层接触的圆筒状部件或圆柱状部件,以调节粉末涂料的颗粒层的厚度。
根据本发明的第三方面,在根据本发明第二方面的所述粉末涂敷设备中,所述圆筒状部件或圆柱状部件是这样一种构件,其在被旋转的同时对所述粉末涂料的颗粒层的厚度进行调节。
根据本发明的第四方面,在根据本发明第二方面的所述粉末涂敷设备中,在所述圆筒状部件或圆柱状部件的内部设置有:聚焦激光束的透镜部件、位于所述圆筒状部件或圆柱状部件的内周面和所述透镜部件之间的滑动部件、以及用于向所述圆筒状部件或圆柱状部件的内周面供给润滑剂的润滑剂供给部件。
根据本发明的第五方面,在根据本发明第一方面的所述粉末涂敷设备中,所述涂布装置包括作为所述充电流化单元的气体流入部和振动赋予单元,所述气体流入部能使气体流向所述粉末涂料,所述振动赋予单元使所述粉末涂料产生振动。
根据本发明的第六方面,在根据本发明第五方面的所述粉末涂敷设备中,在所述气体流入部,在泵的作用下,所述气体经由气体流入管和气体流入通路从气体流入口流向涂布单元中的所述粉末涂料。
根据本发明的第七方面,在根据本发明第一方面的所述粉末涂敷设备中,所述加热装置包括光照射单元,在所述调节装置对所述粉末涂料的颗粒层厚度进行调节的时侯,所述光照射单元用光对所述粉末涂料的颗粒层进行照射从而将该粉末涂料的颗粒层加热。
根据本发明的第八方面,在根据本发明第七方面的所述粉末涂敷设备中,所述光照射单元包括能发出激光束的光源。
根据本发明的第九方面,在根据本发明第八方面的所述粉末涂敷设备中,所述激光束的波长为760nm到900nm。
根据本发明的第十方面,在根据本发明第一方面的所述粉末涂敷设备中,所述粉末颗粒的体积粒度分布指数GSDv为1.50以下。
根据本发明的第十一方面,在根据本发明第一方面的所述粉末涂敷设备中,所述粉末颗粒的平均圆形度(average circularity)为0.96以上。
根据本发明的第十二方面,在根据本发明第一方面的所述粉末涂敷设备中,所述粉末颗粒具有核-壳结构。
根据本发明的第十三方面,在根据本发明第十二方面的所述粉末涂敷设备中,所述粉末颗粒的核包括热固性树脂和热固化剂。
根据本发明的第十四方面,在根据本发明第十三方面的所述粉末涂敷设备中,所述热固性树脂是热固性的(甲基)丙烯酸系树脂。
根据本发明的第十五方面,在根据本发明第十三方面的所述粉末涂敷设备中,所述热固性的(甲基)丙烯酸系树脂的数均分子量为1000到20000。
根据本发明的第十六方面,在根据本发明第十三方面的所述粉末涂敷设备中,所述热固性树脂是热固性的聚酯树脂。
根据本发明的第十七方面,在根据本发明第十六方面的所述粉末涂敷设备中,所述热固性的聚酯树脂的酸值和羟值的总和为10mgKOH/g到250mg KOH/g。
根据本发明的第十八方面,在根据本发明第十三方面的所述粉末涂敷设备中,相对于所有的粉末颗粒,所述热固性树脂的量为20重量%到99重量%。
根据本发明的第十九方面,在根据本发明第一方面的所述粉末涂敷设备中,所述粉末涂料包含二价到四价金属离子。
根据本发明的第二十方面,在根据本发明第一方面的所述粉末涂敷设备中,所述粉末涂料在其表面上包含无机颗粒。
根据本发明的第一以及第十至第二十方面,提供了这样一种粉末涂敷设备,与那些粉末涂敷设备具有将粉末涂料涂布到待涂物体的待涂表面上的涂布装置但没有使所述粉末涂料流化的情况相比,本发明的粉末涂敷设备能高生产率地控制涂膜的厚度。
根据本发明的第二以及第四方面,提供了这样一种粉末涂敷设备,与那些包括板状部件作为调节粉末涂料的粉末颗粒层厚度的部件的情况相比,本发明的粉末涂敷设备能够形成高度平滑的涂膜。
根据本发明的第三方面,提供了这样一种粉末涂敷设备,与那些圆筒状部件或圆柱状部件没有被旋转的情况相比,本发明的粉末涂敷设备能够稳定地形成高度平滑的涂膜。
根据本发明的第五以及第六方面,提供了这样一种粉末涂敷设备,与那些仅包括使气体流向粉末涂料的气体流入部的情况相比,本发明的粉末涂敷设备能高生产率地控制涂膜的厚度。
根据本发明的第七至第九方面,提供了这样一种粉末涂敷设备,与那些包括光照射部但其中用调节装置调节粉末涂料的粉末颗粒层厚度,然后用光照射该粉末涂料的粉末颗粒层,并将该粉末涂料的粉末颗粒层加热的情况相比,本发明的粉末涂敷设备能够形成高度平滑的涂膜。
附图说明
将基于以下附图对本发明的示例性实施方式进行详细地描述,其中:
图1为示出根据本示例性实施方式的粉末涂敷设备的概略结构图。
图2为示出根据本示例性实施方式的粉末涂敷设备的局部放大概略结构图。
具体实施方式
下面将对作为本发明例子的示例性实施方案进行详细说明。
如图1和图2所示,根据本示例性实施方案的粉末涂敷设备10包括,例如,涂布装置20、调节装置30和加热装置40;涂布装置20将热固性粉末涂料12供给到待涂物体11的待涂表面上,调节装置30对被涂布到所述待涂物体11的待涂表面上的粉末涂料12的粉末颗粒层(在下文中简称为“粉末涂料12的颗粒层”)的厚度进行调节,加热装置40对所述粉末涂料12的颗粒层进行加热并使所述颗粒层热固化。此外,粉末涂敷设备10例如还包括移动装置50,用于移动待涂物体11的待涂表面。
[待涂物体]
待涂物体11的例子包括由金属、陶瓷或树脂制备的板状体等。此外,可以预先在待涂物体11的待涂表面上进行表面处理,例如底漆处理、电镀处理、或电沉积涂覆(electrodeposition coating)。
至少自粉末涂料12静电附着到待涂物体11的附着点开始,待涂表面可具有导电性。在此,导电性是指体积电阻率等于或小于1013Ωcm。另外,自粉末涂料12静电附着到待涂物体11的附着点开始,可对待涂物体11施加电压或者可将待涂物体11接地(通地),从而使得待涂表面的极性与带电粉末涂料12的极性相反。
另外,在该示例性实施方案中描述了这样一种情形:用导电钢板作为待涂物体11,并且将导电钢板接地。
[涂布装置]
涂布装置20例如包括:具有面对着所述待涂物体11的待涂表面设置的涂布口21A的筒状涂布单元21、与涂布单元21连接并存储有待供给涂布单元21的粉末涂料12的储存部22、以及用于将粉末涂料12从储存部22输送到涂布单元21的输送管23,该输送管23将筒状涂布单元21与储存部22连接起来。在输送管23的内部设有搅拌输送部件23A(例如,在轴芯具有螺旋桨片的部件,等等),它边对粉末涂料12进行搅拌边传送粉末涂料12。
在涂布装置20中还设置有气体流入部24(充电流化单元的一个实例),它使气体向被供给到涂布单元21的粉末涂料12流动。
气体流入部24例如包括:被设置在涂布单元21中的气体流入通路24A、用于抽吸和排放气体(例如,环境空气)的泵24B、以及连通气体流入通路24A和泵24B的气体流入管24C。
气体流入通路24A例如由在筒状涂布单元21的外壁表面和筒状部24D的内壁表面之间的空间构成(筒状部24D比筒状涂布单元21稍大一些),气体流入通路24A的沿着气体流入方向的下游端经由被设置在筒状涂布单元21内的气体流入口24E与圆筒状涂布单元21的内部连通。
此外,作为泵24B,空气泵之类的已知的泵24B是适用的。
在气体流入部24中,例如,在泵24B的作用下,气体经由气体流入管24C和气体流入通路24A,从气体流入口24E流向涂布单元21中的粉末涂料12。相应地,粉末涂料12中的粉末颗粒彼此散开并彼此相互摩擦,由此实现带电和流动。
而且,对粉末涂料12的气体流入方向没有特别的限制,气体可以以与粉末涂料12的流动方向相同的方向、相交的方向或者相反的方向,向粉末涂料12流动。通过调整气体流入方向和气体流入量,粉末涂料12在涂布单元21的内部散开并流动起来,因此容易摩擦带电。
另一方面,在涂布单元21中设置有振动赋予单元25(充电流化单元的一个实例),它使供给到涂布单元21的粉末涂料12产生振动。具体而言,振动赋予单元25例如被设置在涂布单元21的涂布口21A的边缘部周围的内壁面。振动赋予单元25例如由超声振荡器(例如,一种压电器件,等等)构成。
振动赋予单元25使得涂布单元21中的粉末涂料12产生振动。相应地,粉末涂料12中的粉末颗粒彼此散开并彼此相互摩擦,由此实现带电和流动。具体而言,当振动被赋予给在涂布口21A的边缘部周围的粉末涂料12时,带电并流化的粉末涂料12能容易地、高度致密地、高度平滑地涂布到待涂物体11的涂覆用表面。
挡板26设置在涂布单元21的涂布口21A周围,其在涂布口21A和调节装置30之间挡住(damming)被涂布的粉末涂料12。
[调节装置]
调节装置30包括:圆筒状部件31,用于调节涂布到待涂物体11的涂覆用表面上的粉末涂料12的颗粒层厚度。根据所述待涂物体11的待涂表面和需要调节的粉末涂料12的颗粒层厚度,在圆筒状部件31和所述待涂物体11的待涂表面之间设有一定的间隙。
在圆筒状部件31的内部例如设置有:用于聚焦激光束的透镜部件32、位于圆筒状部件31的内周面和透镜部件32之间的滑动部件33、以及用于向所述圆筒状部件31的内周面供给润滑剂的润滑剂供给部件34。透镜部件32、滑动部件33和润滑剂供给部件34由支承件35支撑。
在由驱动源(未示出)驱动而旋转的同时,圆筒状部件31例如与涂布到待涂物体11的涂覆用表面上的粉末涂料12的颗粒层相接触,并由此调节粉末涂料12的颗粒层厚度。圆筒状部件31的旋转方向可以与所述待涂物体11的待涂表面的移动方向一致,也可以与其移动方向相反。也就是说,与所述待涂物体11的待涂表面相面对的圆筒状部件31的外周面的移动方向,可以与所述待涂物体11的待涂表面的移动方向一致,也可以与其移动方向相反。而且,透镜部件32、滑动部件33和润滑剂供给部件34都不转动,而是由支承件35固定。
圆筒状部件31例如由树脂或玻璃等构成。圆筒状部件31具有透射从下文所述的加热装置40的光照射单元41(它的光源)发出的光线(激光束)的性能。具有透射光线的性能指的是光的透射率大于或等于80%(优选大于或等于90%)。下同。
透镜部件32是能聚焦激光束的透镜,所述激光束来自下文所述的加热装置40的光照射单元41(其光源)。透镜部件32例如由玻璃或丙烯酸系树脂(PMMA,等等)制成。
滑动部件33被设置成与透镜部件32和圆筒状部件31的彼此面对的表面相接触。滑动部件33使圆筒状部件31的内周面和透镜部件32之间的滑动阻力减小,并防止在圆筒状部件31的内周面和透镜部件32之间由于直接接触而发生的损伤。
滑动部件33例如由其中分散有润滑性填料的橡胶(聚氨酯橡胶、烯烃类橡胶,等等)、纤维(如玻璃纤维,等等)增强的PFA树脂、或硅橡胶等制成,所述硅橡胶中浸含有硅油或硅表面活性剂等或者经过表面处理。滑动部件33对来自下文所述加热装置40的光源的激光束也具有透射性能。
润滑剂供给部件34被设置成与圆筒状部件31的内周面相接触。随着圆筒状部件31的旋转,润滑剂则从润滑剂供给部件34供给到圆筒状部件31的内周面。因此,圆筒状部件31能润滑地旋转。
润滑剂供给部件34例如由润滑剂和润滑剂保持部件构成。作为润滑剂的例子包括:硅油、石蜡油、氟油(fluorine oil)、合成润滑油、蜡,等等。
此外,调节装置30并不限于上述的构造。例如,当下文所述的加热装置40的光照射单元41(其光源)所输出的光线量(激光束)能加热并热固化粉末涂料12的颗粒层时,调节装置30也可以具有这样的构造:1)其中不设透镜部件32,或者设置透光部件来代替透镜部件32;或者2)其中不设透镜部件32、滑动部件33和润滑剂供给部件34,而是仅简单地设置圆筒状部件31或圆柱状部件。
[加热装置]
加热装置40例如包括光照射单元41。光照射单元41例如由发射激光束的光源和其驱动单元(未示出)构成。作为该光源,例如,发射波长在760nm至900nm的红外线激光束的光源(半导体激光器、固态激光器等等)是适用的。而且,在图1和图2中,“I”表示激光束。
在加热装置40中,在调节装置30调节粉末涂料12的颗粒层厚度的同时,用光照射粉末涂料12的颗粒层。具体而言,例如,由加热装置40的光照射单元41(其光源)发出的激光束被布置在圆筒状部件31内部的透镜部件32聚焦,然后被施照到粉末涂料12的颗粒层上。因此,在粉末涂料12的颗粒层的厚度因与圆筒状部件31相接触而受到调节的状态下,该粉末涂料12的颗粒层被加热和热固化。
此外,加热装置40的构造并不限于如上所述的构造。加热装置40可被设置在调节装置30的圆筒状部件31的内部。在这种构造中,加热装置40或者与透镜部件32一起或者代替透镜部件32而被设置在调节装置30的圆筒状部件31的内部。
另外,加热装置40可包括带有诸如卤素加热器之类热源的加热单元来代替带有光源的光照射单元41。例如,所述带有热源的加热单元被布置在调节装置30的圆筒状部件31的内部,在粉末涂料颗粒层的厚度因与圆筒状部件31相接触而受到调节的状态下,该粉末涂料颗粒层被来自所述热源的热量加热和热固化。另一方面,所述带有热源的加热单元可以被布置为对调节装置30的圆筒状部件31的内周面或者外周面进行加热,可以由该被加热的圆筒状部件31来调节粉末涂料12的颗粒层的厚度,并且可以将粉末涂料12的颗粒层加热并热固化。
此外,加热装置40可以在通过调节装置30来调节粉末涂料12的颗粒层厚度之后,可将粉末涂料12的颗粒层加热并热固化。也就是说,在待涂物体11的涂覆用表面的移动方向上,加热装置40可以被布置在调节装置30的下游侧。
[移动装置]
移动装置50例如包括一对传送辊51和未示出的辊驱动单元(例如,马达)。可设置一对传送辊51或多对传送辊51。移动装置50可包括与一对传送辊51一起设置的或者代替该一对传送辊51的传送带。
[操作]
在根据本示例性实施方案的粉末涂敷设备10中,待涂物体11由移动装置50的传送辊51输送,因而,将所述待涂物体11的待涂表面移动。
另一方面,在涂布装置20中,储存在储存部22中的粉末涂料12经由输送管23由搅拌输送部件23A输送到涂布单元21。接下来,气体由气体流入部24流向被输送到涂布单元21的粉末涂料12。此外,振动赋予单元25使被输送到涂布单元21的粉末涂料12产生振动。因此,使粉末涂料12带电并流动化。
接着,热固性粉末涂料在带电并流动化的同时,被涂布到移动着的所述待涂物体11的待涂表面上。
然后,调节装置30对被涂布到所述待涂物体11的待涂表面上的粉末涂料12的颗粒层厚度进行调节。具体而言,在调节装置30的圆筒状部件31处于旋转的状态下,随着待涂物体11的传送,调节装置30与粉末涂料12的颗粒层相接触。与此同时,根据圆筒状部件31和待涂物体11的涂覆用表面之间相隔的距离,通过与圆筒状部件31的接触,调节装置30将粉末涂料12的颗粒层的表层部刮掉,由此调节粉末涂料12的颗粒层厚度。
另一方面,在加热装置40中,从光照射单元41的光源发射出激光束。该激光束由调节装置30的透镜部件32聚焦,并且该聚焦激光束对粉末涂料12的颗粒层进行照射,所述颗粒层处于其厚度受到圆筒状部件31调节的状态下。因此,粉末涂料12的颗粒层被加热并热固化。
此外,粉末涂料12的颗粒层的加热温度(烘烤温度)例如优选为90℃至250℃,更优选为100℃至220℃,进一步优选为120℃至200℃。
通过下列步骤,待涂物体的涂覆用表面通过用粉末涂料涂布而在其上形成涂膜。
此外,根据应用目的而设定粉末涂料12的涂膜厚度,例如,可以为30μm至50μm。
在上述根据本示例性实施方案的粉末涂敷设备10中,在带电并流动化的同时,热固性粉末涂料12被涂布装置20涂布到待涂物体11的涂覆用表面上。此后,由调节装置30来调节被涂布到所述待涂物体11的待涂表面上的粉末涂料12的颗粒层厚度,然后粉末涂料12的颗粒层由加热装置40进行加热并热固化。经过这一系列的流程,待涂物体的涂覆用表面被粉末涂料所涂敷而在其上形成涂膜。接着,由调节装置30对所形成的涂膜进行调节控制。
因此,在根据本示例性实施方案的粉末涂敷设备10中,涂膜的厚度高生产率地受到控制。
此外,在粉末涂敷设备10中,当涂布带电并流化的粉末涂料12时,粉末涂料12铺展至所述待涂物体11的待涂表面的宽度方向上的边缘部(与待涂物体11的传送方向交叉的方向上的边缘部),并静电附着到所述待涂物体11的待涂表面上。因此,所述待涂物体11的待涂表面上形成粉末涂料12的颗粒层。也就是说,所述待涂物体的待涂表面的全部区域被粉末涂料12涂覆。
此外,在粉末涂敷设备10中,通过与粉末涂料12的颗粒层相接触,调节装置30的圆筒状部件31对粉末涂料12的颗粒层厚度进行调节。也就是说,由于与圆筒状部件31的外周曲面相接触,粉末涂料12的颗粒层厚度得以被调节,因此粉末涂料12的颗粒层的表面几乎不会被扰乱。因此,容易形成高度平滑的涂膜。
此外,在粉末涂敷设备10中,在调节装置30的圆筒状部件31旋转的同时,通过与粉末涂料12的颗粒层接触,使粉末涂料12的颗粒层厚度得以被调节。在圆筒状部件31转动时,仅是将粉末涂料12的颗粒层的表层部容易且稳定地刮掉。因此,容易形成高度平滑的涂膜。
此外,在粉末涂敷设备10中,除了来自气体流入部24的气体的流入,由于振动赋予单元25所赋予的振动,粉末涂料12实现带电并流动化,并被涂布到待涂物体11的涂覆用表面。由于气体的流入以及所赋予的振动,粉末涂料12能容易在短时间内实现高度带电并流动化。接着,当处于这种状态的粉末涂料12被涂布到所述待涂物体11的待涂表面时,容易形成处于细密接近状态的粉末涂料12的颗粒层。因此,该涂膜的厚度容易得到高生产率的控制。
而且,粉末涂料12是高度带电并流动化的,因此粉末涂料12容易在宽度方向上铺展到所述待涂物体11的待涂表面的边缘部,并容易静电附着到所述待涂物体11的待涂表面上。因此,所述待涂物体的待涂表面的全部区域容易被高度平滑的粉末涂料12涂覆。
此外,在粉末涂敷设备10中,在粉末涂料12的颗粒层厚度被调节装置30调节的同时,粉末涂料12的颗粒层被加热装置40(本示例性实施方案中为光照射单元)的光线(在本示例性实施方案中为激光束)照射,粉末涂料12的颗粒层由此被加热。也就是说,粉末涂料12的颗粒层在与调节装置30(在本示例性实施方案中为圆筒状部件31的外周面)相接触的状态下,粉末涂料12的颗粒层被加热装置40加热并热固化。因此,容易形成高度平滑的涂膜。
粉末涂敷设备10并不限于上述的构造,并可以具有这样的构造:所述待涂物体11的待涂表面、涂布装置20、调节装置30、以及加热装置40可以相对移动。也就是说,涂布装置20、调节装置30、以及加热装置40可以相对于所述待涂物体11的待涂表面而移动。
以下将对适合用于根据本示例性实施方案的粉末涂敷设备10中的热固性粉末涂料12进行说明,将其称为根据本示例性实施方案的粉末涂料,而省略其参考标号。
根据本示例性实施方案的粉末涂料包括这样的粉末颗粒,其具有核和树脂包覆部分,所述核含有热固性树脂和热固化剂,所述树脂包覆部分包覆所述核的表面。
另外,粉末颗粒的体积粒度分布指数GSDv等于或小于1.50,粉末颗粒的平均圆形度等于或高于0.96。
根据本示例性实施方案的粉末涂料可以为粉末颗粒中不含着色剂的透明粉末涂料(无色的涂料)、或者为粉末颗粒中含有着色剂的有色粉末涂料。
根据上述构造,即使是在粉末颗粒直径减小时,根据本示例性实施方案的粉末涂料也能以少量的材料形成平滑性高的涂膜,并且储存性能优异。虽然其原因尚不清楚,但是据推测,可能是以下原因。
首先,近年来,在涂布粉末涂料的过程中,要求以少量的粉末涂料形成薄涂膜。为此需要降低粉末涂料的粉末颗粒的直径。但是,在通过混炼粉碎法等来单纯降低粉末颗粒的直径时,会生成细粉末,这样,粒度分布会加宽,粗粉末和细粉末的量增加。另外,粉末颗粒容易具有不同的形状。
当粉末颗粒中粗粉末的量增加时,涂膜表面上会由于粗粉末而形成凸凹不平的部分,这样容易形成平滑性低的涂膜。当粉末颗粒中细粉末的量增加时,则粉末颗粒的流动性降低,并且容易形成粉末颗粒的聚集,因此,容易形成平滑性低的涂膜。当粉末颗粒具有不同的形状时,则粉末颗粒的流动性降低,并且容易形成粉末颗粒的聚集(结块),因此,会形成平滑性低的涂膜。此外,当粉末颗粒具有不同的形状时,则在粉末颗粒附着于待涂表面之时,粉末颗粒之间空隙增加,因此,在加热后,涂膜表面上形成凸凹不平的部分,因此,容易形成平滑性低的涂膜。
因此,使得粉末颗粒的体积粒度分布指数GSDv等于或小于1.50。即,粉末颗粒的粒度分布变窄,粗粉末和细粉末的量减小。因此,即使是在粉末颗粒的直径减小的情况下,也能防止粉末颗粒的流动性降低以及形成聚集(结块)。
另外,使得粉末颗粒的平均圆形度等于或高于0.96,这样粉末颗粒的形状近似于球状。即,即使是在粉末颗粒的直径减小的情况下,也能防止流动性降低。另外,粉末颗粒之间的接触面积减小,在粉末颗粒附着于待涂表面之时,粉末颗粒之间的空隙减小。
另一方面,当粉末颗粒的直径减小时,粉末颗粒的内部到表面的距离缩小,因此,随着时间的推移,容易出现粉末颗粒中的内容物(热固化剂,以及除了热固化剂以外按需加入的添加剂,如着色剂、流平剂和阻燃剂)析出的现象(以下称为“渗出”)。当发生渗出时,则会形成粉末颗粒的聚集(结块),因此导致储存性能劣化。
因此,作为所述粉末颗粒,采用含有如下颗粒(即,发挥粉末涂料功能的颗粒)的粒子,所述颗粒以热固性树脂和热固化剂作为核、并且在核表面上形成树脂包覆部分。当采用具有这种层构造的粉末颗粒时,树脂包覆部分起到阻隔壁的作用,因此,能够防止核中所包含的内容物(如热固化剂)渗出到粉末颗粒的表面。
如上所述,据推测,即使是在粉末颗粒的直径减小时,根据本示例性实施方案的粉末涂料也能够以少量的材料形成平滑性高的涂膜,并且储存性能优异。
另外,根据本示例性实施方案的粉末涂料是用少量的材料形成的平滑性高的涂膜(即使是粉末颗粒的直径减小),所以还会增强所得涂膜的光泽性。
此外,根据本示例性实施方案的粉末涂料具有优异的储存性能,所以,即使是在粉末涂布后重复利用那些没有附着于待涂表面的粉末涂料,同样也能够以少量的材料形成平滑性高的涂膜。因此,根据本示例性实施方案的粉末涂料还具有强的耐久性。另外,由于根据本示例性实施方案的粉末涂料具有高的流动性,所以,传送效率和涂布效率高,并且涂布加工性能优异。
另外,JP-A-2001-106959披露了“一种球形热固性粉末透明涂料颗粒,其包含丙烯酸系树脂A和丙烯酸系树脂B,其中(a)(丙烯酸系树脂A的SP值–丙烯酸系树脂B的SP值)为0.5-1.5,并且平均粒度与数量平均粒度之比等于或小于2。”但是,该涂料颗粒的表层部上并没有明确形成起到阻隔壁作用的树脂包覆部分,因此当该涂料粉末的直径减小时,其内容物容易渗出。另外,JP-A-2005-211900披露了“一种粉末涂布方法,包括:用粉末涂覆导电表面或该表面上的层,以在所述表面或所述层上形成涂层的过程,其中所述粉末是通过使水性分散材料中的颗粒聚集和凝结而得到的,并且所述颗粒包含树脂颗粒。”但是,该粉末(颗粒)的表层部并没有形成起到阻隔壁作用的树脂包覆部分,因此,当该涂料粉末的直径减小时,其内容物容易渗出。因此,根据本示例性实施方案的粉末涂料在这一点是优选的。
以下将详细描述根据本示例性实施方案的粉末涂料。
根据本示例性实施方案的粉末涂料包括粉末颗粒。如有必要,该粉末涂料还可以包括外部添加剂,其附着于粉末颗粒的表面以提高流动性。
[粉末颗粒]
该粉末颗粒具有核、以及附着于核表面上的树脂包覆部分。即,粉末颗粒是具有核-壳结构的颗粒。
(粉末颗粒的性质)
该粉末颗粒的体积粒度分布指数GSDv等于或小于1.50,就涂膜的平滑性和粉末涂料的储存性能来说,GSDv优选为等于或小于1.40,甚至更优选为等于或小于1.30。
就使用少量材料形成平滑性高的涂膜来说,粉末颗粒的体积平均粒度D50v优选为1μm至25μm,更优选为2μm至20μm,甚至更优选为3μm至15μm。
粉末颗粒的平均圆形度等于或高于0.96,就涂膜的平滑性和粉末涂料的储存性能来说,粉末颗粒的平均圆形度优选为等于或高于0.97,甚至更优选为等于或高于0.98。
在此,粉末颗粒的体积平均粒度D50v、以及体积粒度分布指数GSDv是采用Coulter Multisizer II(Beckman-Coulter,Inc.制造)测量的,并使用ISOTON II(Beckman-Coulter,Inc.制造)作为电解液。
在测量过程中,向2ml 5%的表面活性剂(作为分散剂,优选为烷基苯磺酸钠)水溶液中添加0.5mg至50mg的测量样品。将其添加到100ml至150ml的所述电解液中。
用超声波分散装置将其中悬浮有样品的电解液分散处理达1分钟,采用Coulter Multisizer II、并且以100μm的小孔作为孔径,对具有2μm至60μm的粒径的颗粒的粒度分布进行测量。另外,取样颗粒的数目为50000个。
基于所测的粒度分布划分出的粒度范围(通道),从直径较小的一侧开始,作出体积累积分布图。累积值达到16%的粒度被定义为体积粒度D16v,累积值达到50%的粒度被定义为体积平均粒度D50v,累积值达到84%的粒度被定义为体积粒度D84v。
另外,体积平均粒度分布指数(GSDv)计算如下:(D84v/D16v)1/2
粉末颗粒的平均圆形度是采用流式颗粒图像分析仪“FPIA-3000(Sysmex Corporation制造)”测量的。具体而言,将0.1ml至0.5ml的表面活性剂(作为分散剂,烷基苯磺酸钠)添加到100ml至150ml的已预先除去固体杂质的水中,然后加入0.1g至0.5g的测量样品。用超声波分散装置将其中分散有测量样品的悬浮液分散处理达1分钟至3分钟,使得分散液浓度为3000个样品/μl至10000个样品/μl。采用流式颗粒图像分析仪进行测量,测得该分散液中的粉末颗粒的平均圆形度。
在此,粉末颗粒的平均圆形度是如下计算得到的值:获取粉末颗粒中被测的n个颗粒的各自的圆形度(Ci),然后按下面的算式计算。在此,在下面的算式中,Ci表示圆形度(=颗粒投影面积的等效圆的周长/颗粒投影图像的周长),fi表示粉末颗粒的频率。
[算式1]
(核)
核包含热固性树脂和热固化剂。该核还可以按需包含其他添加剂,如着色剂。
-可固化树脂-
热固性树脂是具有热固性反应性基团的树脂。作为热固性树脂,包括各种类型的在相关领域中用于粉末涂料的粉末颗粒的树脂。
热固性树脂可以为非溶性(疏水性)树脂。当采用非溶性(疏水性)树脂作为热固性树脂时,粉末涂料(粉末颗粒)的带电特性对环境的依赖性降低。另外,在粉末颗粒是通过聚集凝结法(aggregationand coalescence method)制备而成的情况下,就在水性介质中实现乳化分散来说,热固性树脂可以为非溶性(疏水性)树脂。非溶性(疏水性)是指在25℃下,100重量份的水中溶解的目标物质的量小于5重量份。
在热固性树脂中,选自由热固性(甲基)丙烯酸系树脂和热固性聚酯树脂组成的组中的至少一种是优选的。
-热固性(甲基)丙烯酸系树脂-
热固性(甲基)丙烯酸系树脂是具有热固性反应性基团的(甲基)丙烯酸系树脂。为了向热固性(甲基)丙烯酸系树脂中引入热固性反应性基团,可以使用具有热固性反应性基团的乙烯基单体。具有热固性反应性基团的乙烯基单体可以为(甲基)丙烯酸系单体(具有(甲基)丙烯酰基的单体),也可以是不同于(甲基)丙烯酸系单体的乙烯基单体。
在此,热固性(甲基)丙烯酸系树脂的热固性反应性基团的实例包括环氧基、羧基、羟基、酰胺基、氨基、酸酐基团和(封端的)异氰酸酯基团,等等。其中,关于(甲基)丙烯酸系树脂的热固性反应性基团,就易于制备(甲基)丙烯酸系树脂这一点来说,选自由环氧基团、羧基基团和羟基基团组成的组中的至少一种是优选的。特别是,就粉末涂料具有优异的储存稳定性以及优异的涂膜外形而言,更优选的是,至少一种固化反应性基团是环氧基团。
具有环氧基团作为热固性反应性基团的乙烯基单体的例子包括:各种类型的含链式的环氧基的单体,例如,(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸β-甲基缩水甘油酯、缩水甘油基乙烯基醚、烯丙基缩水甘油基醚,等等;各种类型的含(2-氧代-1,3-二氧杂环戊烷)基团的乙烯基单体,例如,(甲基)丙烯酸(2-氧代-1,3-二氧杂环戊烷)甲酯,等等;各种类型的含脂环族环氧基的乙烯基单体,例如,(甲基)丙烯酸3,4-环氧基环己基酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧基环己基甲酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧基环己基乙酯,等等。
具有羧基基团作为热固性反应性基团的乙烯基单体的例子包括:各种类型的含羧基基团的单体,例如,(甲基)丙烯酸、巴豆酸、衣康酸、马来酸、富马酸,等等;由α,β-不饱和二元羧酸与具有1至18个碳原子的一元醇形成的各种类型的单酯,例如,富马酸单甲酯、富马酸单乙酯、富马酸单丁酯、富马酸单异丁酯、富马酸单叔丁酯、富马酸单己酯、富马酸单辛酯、富马酸单-2-乙基己酯、马来酸单甲酯、马来酸单乙酯、马来酸单丁酯、马来酸单异丁酯、马来酸单叔丁酯、马来酸单己酯、马来酸单辛酯、马来酸单-2-乙基己酯,等等;衣康酸单烷基酯,例如,衣康酸单甲酯、衣康酸单乙酯、衣康酸单丁酯、衣康酸单异丁酯、衣康酸单己酯、衣康酸单辛酯、衣康酸单-2-乙基己酯,等等。
具有羟基基团作为热固性反应性基团的乙烯基单体的例子包括:各种类型的含羟基的(甲基)丙烯酸酯,例如,(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸3-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸3-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸4-羟基丁酯、聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯,等等;上述各种类型的含羟基的(甲基)丙烯酸酯与ε-己内酯的加成反应产物;各种类型的含羟基基团的乙烯基醚,例如,2-羟乙基乙烯基醚、3-羟丙基乙烯基醚、2-羟丙基乙烯基醚、4-羟基丁基乙烯基醚、3-羟基丁基乙烯基醚、2-羟基-2-甲基丙基乙烯基醚、5-羟基戊基乙烯基醚、6-羟基己基乙烯基醚,等等;上述各种类型的含羟基基团的乙烯基醚与ε-己内酯的加成反应产物;各种类型的含羟基基团的烯丙基醚,例如,2-羟乙基(甲基)烯丙基醚、3-羟丙基(甲基)烯丙基醚、2-羟丙基(甲基)烯丙基醚、4-羟基丁基(甲基)烯丙基醚、3-羟基丁基(甲基)烯丙基醚、2-羟基-2-甲基丙基(甲基)烯丙基醚、5-羟基戊基(甲基)烯丙基醚、6-羟基己基(甲基)烯丙基醚,等等;上述各种类型的含羟基基团的烯丙基醚与ε-己内酯的加成反应产物,等等。
对于所述热固性(甲基)丙烯酸系树脂,(甲基)丙烯酸系单体以外的、不具有固化反应性基团的其他乙烯基单体也可以参与共聚。
作为所述的其他乙烯基单体包括:各种类型的α-烯烃,例如,乙烯、丙烯、1-丁烯,等等;除氟烯烃以外的各种类型的卤代烯烃,例如,氯乙烯、偏二氯乙烯,等等;各种类型的芳族乙烯基单体,例如,苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯,等等;不饱和二羧酸与具有1至18个碳原子的一元醇形成的各种类型的二酯,例如,富马酸二甲酯、富马酸二乙酯、富马酸二丁酯、富马酸二辛酯、马来酸二甲酯、马来酸二乙酯、马来酸二丁酯、马来酸二辛酯、衣康酸二甲酯、衣康酸二乙酯、衣康酸二丁酯、衣康酸二辛酯,等等;各种类型的含酸酐基团的单体,例如,马来酸酐、衣康酸酐、柠康酸酐、(甲基)丙烯酸酐、四氢邻苯二甲酸酐,等等;各种类型的含有磷酸酯基团的单体,例如,二乙基-2-(甲基)丙烯酰氧基乙基磷酸酯、二丁基2-(甲基)丙烯酰氧基丁基磷酸酯、二辛基-2-(甲基)丙烯酰氧基乙基磷酸酯、联苯基-2-(甲基)丙烯酰氧基乙基磷酸酯,等等;各种类型的含有可水解的甲硅烷基的单体,例如,γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷,等等;各种类型的脂肪族羧酸乙烯酯,例如,乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、异丁酸乙烯酯、己酸乙烯酯、辛酸乙烯酯、癸酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯、具有9至11个碳原子的支链脂肪族羧酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯,等等;各种类型的具有环状结构的羧酸乙烯酯,例如,环己烷羧酸乙烯酯、甲基环己烷羧酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、对叔丁基苯甲酸乙烯酯,等等。
另外,在热固性(甲基)丙烯酸树脂中,如果使用(甲基)丙烯酸系单体以外的乙烯基单体作为具有热固性反应性基团的乙烯基单体,则采用不具有热固性反应性基团的丙烯酸系单体。
作为不具有热固性反应性基团的丙烯酸系单体,其包括:(甲基)丙烯酸烷基酯,例如,(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸正己酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸2-乙基辛酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸异癸酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸硬脂基酯,等等;各种类型的(甲基)丙烯酸芳基酯,例如,(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯,等等;各种类型的(甲基)丙烯酸烷基卡必醇酯,例如,(甲基)丙烯酸乙基卡必醇酯,等等;其他各种类型的(甲基)丙烯酸酯,例如,(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸二环戊酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯基酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸四氢糠酯,等等;各种类型的含氨基的酰胺类不饱和单体,例如,N-二甲氨基乙基(甲基)丙烯酰胺、N-二乙基氨基乙基(甲基)丙烯酰胺、N-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、N-二乙基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺,等等;各种类型的二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酸酯,例如,二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、二乙基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯,等等;各种类型的含氨基的单体,例如,叔丁基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、叔丁基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、氮丙啶基乙基(甲基)丙烯酸酯、吡咯烷基乙基(甲基)丙烯酸酯、哌啶基乙基(甲基)丙烯酸酯,等等。
作为热固性(甲基)丙烯酸系树脂,优选具有1000至20000(优选为1500至15000)的数均分子量的丙烯酸系树脂。
当数均分子量在上述范围内时,易于改善涂膜的平滑性和机械性能。
热固性(甲基)丙烯酸系树脂的数均分子量是通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定的。采用Tosoh Corporation生产的HLC-8120GPC系统作为检测仪器,采用Tosoh Corporation生产的TSK gel Super HM-M柱(15cm)作为柱子,并且在THF溶剂中,通过GPC来测定分子量。采用由单分散的聚苯乙烯标准样品得到的分子量校正曲线,由测量结果计算出重均分子量和数均分子量。
-热固性聚酯树脂-
热固性聚酯树脂例如为至少由多元酸与多元醇缩聚而成的缩聚物。向热固性聚酯树脂中引入固化反应性基团是通过调节多元酸和多元醇的用量而实现的。根据这种调节,得到了具有羧基和羟基中的至少一者作为固化反应性基团的热固性聚酯树脂。
多元酸的实例包括:对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、甲基对苯二甲酸、偏苯三酸、均苯四酸、以及这些酸的酸酐;琥珀酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、以及这些酸的酸酐;马来酸、衣康酸、以及这些酸的酸酐;富马酸、四氢邻苯二甲酸、甲基四氢邻苯二甲酸、六氢邻苯二甲酸、甲基六氢邻苯二甲酸、以及这些酸的酸酐;环己烷二羧酸、2,6-萘二羧酸,等等。
多元醇的实例包括乙二醇、二甘醇、丙二醇、二丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、三甘醇、对苯二甲酸双羟乙基酯、环己烷二甲醇、辛二醇、二乙基丙二醇、丁基乙基丙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2,2,4-三甲基戊二醇、氢化双酚A、氢化双酚A的环氧乙烷加成物、氢化双酚A的环氧丙烷加成物、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、甘油、季戊四醇、三羟乙基异氰脲酸酯、羟基新戊酰羟基新戊酸酯(hydroxypivalyl hydroxypivalate),等等。
对于该热固性聚酯树脂,除多元酸和多元醇以外的其他单体也可以参与缩聚。
所述其他单体的例子包括:一个分子中既含羧基又含羟基的化合物,例如,二甲醇丙酸(dimethanol propionic acid)、羟基新戊酸酯,等等;单环氧基化合物,例如,支链脂族羧酸的缩水甘油酯,诸如“Cardura E10(由Shell Japan Ltd.制造)”之类;各种类型的一元醇,例如,甲醇、丙醇、丁醇、苄醇,等等;各种类型的一元酸,例如,苯甲酸、对叔丁基苯甲酸,等等;各种类型的脂肪酸,例如,蓖麻油脂肪酸、椰子油脂肪酸、豆油脂肪酸,等等。
热固性聚酯树脂的结构可以是支化结构或线型结构。
热固性聚酯树脂的酸值和羟值的总和为10mg KOH/g至250mgKOH/g,并且数均分子量为1000-100000的聚酯树脂是优选的。
当酸值和羟值的总和在上述范围内时,易于改善涂膜的平滑性和机械性能。当数均分子量在上述范围内时,能够改善涂膜的平滑性和机械性能,并且也易于改善粉末涂料的储存稳定性。
而且,该热固性聚酯树脂的酸值和羟值是基于JIS K 0070-1992测量的。此外,该热固性聚酯树脂的数均分子量的测量方式与热固性(甲基)丙烯酸系树脂的数均分子量的测量方式相同。
该热固性树脂可以单独使用,也可以两种或多种组合使用。
相对于粉末颗粒的总量,热固性树脂的含量优选为20重量%至99重量%,更优选为30重量%至95重量%。
另外,当采用热固性树脂作为树脂包覆部分中的树脂时,该热固性树脂的含量是指核和树脂包覆部分中的热固性树脂的总含量。
-热固化剂-
根据热固性树脂的固化反应性基团的类型来选择热固化剂。
具体而言,在热固性树脂的固化反应性基团为环氧基团的情况下,热固化剂的例子包括:酸,如琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸、二十烷二酸、马来酸、柠康酸、衣康酸、戊烯二酸、邻苯二甲酸、偏苯三酸、均苯四酸、四氢邻苯二甲酸、六氢邻苯二甲酸、环己烯-1,2-二羧酸、偏苯三酸、均苯四酸;这些酸的酸酐;这些酸的氨基甲酸酯改性材料;等等。其中,关于热固化剂,就涂膜的物理性质和储存稳定性而言,脂肪族二元酸是优选的,就涂膜的物理性质而言,十二烷二酸是特别优选的。
在热固性树脂的固化反应性基团为羧基的情况下,热固化剂的例子包括:各种类型的环氧树脂(例如,双酚A多缩水甘油基醚,等),含环氧基的丙烯酸系树脂(例如,含有缩水甘油基的丙烯酸系树脂,等),各种类型的多元醇(例如,1,6-己二醇、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷,等)的多缩水甘油基醚,各种类型的多元羧酸(例如,邻苯二甲酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、六氢邻苯二甲酸、甲基六氢邻苯二甲酸、偏苯三酸、均苯四酸,等)的多缩水甘油酯,各种类型的含脂环族环氧基的化合物(例如,己二酸双(3,4-环氧基环己基)甲酯,等),以及羟基酰胺(例如,三缩水甘油基异氰脲酸酯、β-羟烷基酰胺,等)。
在热固性树脂的固化反应性基团为羟基的情况下,热固化剂的例子包括封端多异氰酸酯,氨基塑料,等。封端多异氰酸酯的例子包括:有机二异氰酸酯,诸如各种类型的脂肪族二异氰酸酯(例如,六亚甲基二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯,等),各种类型的脂环族二异氰酸酯(例如,亚二甲苯基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯,等),各种类型的芳族二异氰酸酯(例如,甲苯二异氰酸酯、4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯,等);有机二异氰酸酯与多元醇、低分子量聚酯树脂(例如,聚酯多元醇)、或水等的加成物;这些有机二异氰酸酯的聚合物(一种包括异氰脲酸酯型聚异氰酸酯化合物的聚合物);其中各种类型的聚异氰酸酯化合物(例如异氰酸酯和二脲材料)通过公知的封端剂封端的材料;具有脲二酮键(uretdione bond)作为结构单元的自封端聚异氰酸酯化合物,等。
热固化剂可以单独使用,也可以两种或多种组合使用。
相对于热固性树脂的量,热固化剂的含量优选为1重量%至30重量%,更优选为3重量%至20重量%。
在采用热固性树脂作为树脂包覆部分中的树脂的情况中,热固化剂的含量指的是相对于所有热固性树脂的核和树脂包覆部分中的含量。
-着色剂-
着色剂的例子包括颜料。也可以将染料与颜料一起用作着色剂。
颜料的例子包括:无机颜料,诸如氧化铁(例如,红色赭石,,等)、氧化钛、钛黄、氧化锌、铅白、硫化锌、锌钡白、氧化锑、钴蓝、炭黑;有机颜料,诸如喹吖啶酮红、酞菁蓝、酞菁绿、永固红、汉撒黄、阴丹士林蓝、耐晒亮红(brilliant fast scarlet)、苯并咪唑酮黄;等。
此外,作为颜料,亮色颜料也可以包括在内。亮色颜料的实例包括:珠光颜料、金属粉末诸如铝粉、不锈钢粉;金属薄片;玻璃珠;玻璃薄片;云母;以及薄片状氧化铁(MIO);等。
着色剂可以单独使用,也可以两种或多种组合使用。
根据颜料的类型、以及涂膜所需的色调、亮度和深度等来选择着色剂的含量。例如,相对于核和树脂包覆部分中的树脂的总量,着色剂的含量优选为1重量%至70重量%,更优选为2重量%至60重量%。
-其他添加剂-
作为其他添加剂,可以包括粉末涂料中所用的各种类型的添加剂。具体而言,其他添加剂的实例包括:表面调理剂(硅油,丙烯酸系低聚物等),泡沫(发泡)抑制剂(例如,苯偶姻、苯偶姻衍生物,等),固化促进剂(胺化合物、咪唑化合物、阳离子聚合催化剂,等),增塑剂,电荷控制剂,抗氧化剂,颜料分散剂,阻燃剂,以及流动性赋予剂,等。
(树脂包覆部分)
树脂包覆部分含有树脂。树脂包覆部分可以仅由树脂构成,也可以还包含其他添加剂(针对核所述的热固化剂、其他添加剂,等)。但是,就进一步减少粉末颗粒的渗出这一角度来说,树脂包覆部分可仅由树脂构成。此外,在树脂包覆部分包含所述添加剂的情况中,相对于树脂包覆部分的总量,树脂可占90重量%或更高(优选为95重量%或更高)。
树脂包覆部分中的树脂可以为非固化性树脂,或者也可以为热固性树脂。在此,就增加涂膜的固化密度(交联密度)来说,树脂包覆部分中的树脂可以为热固性树脂。在采用热固性树脂作为树脂包覆部分中的树脂的情况中,作为热固性树脂,可以包括与核中的热固性树脂相同的树脂。特别是,在采用热固性树脂作为树脂包覆部分中的树脂的情况中,热固性树脂优选为选自由热固性(甲基)丙烯酸系树脂和热固性聚酯树脂组成的组中的至少一种。在此,树脂包覆部分中的热固性树脂可以与核中的热固性树脂为同一种类,也可以为不同于核中的热固性树脂的树脂。
而且,在采用非固化性树脂作为树脂包覆部分中的树脂的情况中,作为该非固化性树脂,优选包括选自由丙烯酸系树脂和聚酯树脂组成的组中的至少一种。
就防止渗出而言,树脂包覆部分的包覆率优选为30%至100%,更优选为50%至100%。
树脂包覆部分的包覆率是通过XPS(X射线光电子能谱法)测量粉末颗粒表面上的树脂包覆部分的包覆率所得到的值。
具体而言,XPS测量是通过以下方式进行的:采用JEOL Ltd.生产的JPS-9000MX作为测量仪器,用MgKα射线作为X射线源,并且将加速电压设定为10kV,将发射电流设定为30mA。
在上述条件下得到图谱,对源自粉末颗粒表面的核材料的成分以及源自树脂包覆部分的材料的成分进行分峰,并确定粉末颗粒表面的树脂包覆部分的包覆率。根据最小二乘法通过曲线拟合,该分峰过程将所测的图谱分成各个成分。
关于作为分峰基础的成分图谱,采用通过独立测量制备粉末颗粒所用的热固性树脂、固化剂、颜料、添加剂、包覆用树脂而得到的图谱。由源自包覆用树脂的谱强度与由粉末颗粒得到的全部谱强度的总和之比得到包覆率。
就防止渗出而言,树脂包覆部分的厚度优选为0.2μm至4μm,更优选为0.3μm至3μm。
树脂包覆部分的厚度是通过以下方法测量得到的值。将粉末颗粒嵌入环氧树脂等中,用金刚石刀等切割所得物,由此制成薄片。用透射电子显微镜(TEM)等观察所述薄片,并拍摄多个粉末颗粒的横截面图像。在粉末颗粒的横截面图像中,测量20个位置的树脂包覆部分的厚度,并取其平均值。在透明粉末涂料等难以从横截面图像中观察出树脂包覆部分的情况中,将树脂包覆部分染色而进行观察,因此可以容易地完成该测量。
(粉末颗粒的其他成分)
粉末颗粒可包含二价或更高价态的金属离子(下文简称为“金属离子”)。该金属离子为粉末颗粒的核和树脂包覆部分这两部分任意一者所包含的成分。当粉末颗粒中包含二价或更高价态的金属离子时,在粉末颗粒中通过金属离子形成离子交联。例如,在采用聚酯树脂作为核中的热固性树脂和树脂包覆部分中的树脂的情况下,聚酯树脂中的羧基或羟基与金属离子相互作用,形成离子交联。该离子交联能够防止粉末颗粒发生渗出,所以容易增强储存性能。另外,在涂布粉末涂料之后,在进行热固化的时候,离子交联键受热而断开。因此,粉末颗粒的熔融粘度降低,所以容易形成平滑性高的涂膜。
金属离子的例子包括二价至四价的金属离子。具体而言,金属离子的例子包括选自由铝离子、镁离子、铁离子、锌离子、以及钙离子组成的组中的至少一种金属离子。
金属离子的供应源(作为粉末颗粒中的添加剂而包含的化合物)的例子包括:金属盐、无机金属盐聚合物、金属络合物,等。在粉末颗粒是通过聚集凝结法制备而成的情况中,金属盐或无机金属盐聚合物,例如,被添加到粉末颗粒中作为聚集剂。
金属盐的例子包括硫酸铝、氯化铝、氯化镁、硫酸镁、氯化亚铁(II)、氯化锌、氯化钙、以及硫酸钙,等。
无机金属盐聚合物的例子包括聚氯化铝、聚氢氧化铝、聚硫酸铁(II)、以及多硫化钙,等。
金属络合物的例子包括氨基羧酸的金属盐,等。具体而言,金属络合物的例子包括:包括公知的螯合物的金属盐(例如,钙盐、镁盐、铁盐、铝盐,等),所述螯合物诸如乙二胺四乙酸、丙二胺四乙酸、次氮基三乙酸、三亚乙基四胺六乙酸、二亚乙基三胺五乙酸,等。
此外,这些金属离子的供应源也可以纯粹地作为添加剂而加入,而不是为了用作聚集剂。
随着金属离子的价态升高,更容易形成网络结构的离子交联,就涂膜的平滑性和粉末涂料的储存性能来说,这是优选的。因此,作为金属离子,铝离子是优选的。即,作为金属离子的供应源,铝盐(例如,硫酸铝和氯化铝,等)、铝盐的聚合物(例如,聚氯化铝和聚氢氧化铝,等)是优选的。另外,就涂膜的平滑性和粉末涂料的储存性能来说,在金属离子的供应源中,无机金属盐聚合物比金属盐更为优选,即使是在它们两者彼此的金属离子的价态相同时也是如此。因此,作为金属离子的供应源,特别是铝盐的聚合物(例如,聚氯化铝和聚氢氧化铝,等)是优选的。
就涂膜的平滑性和粉末涂料的储存性能来说,相对于粉末颗粒的总量,金属离子的含量优选为0.002重量%至0.2重量%,更优选为0.005重量%至0.15重量%。
当金属离子的含量等于或高于0.002重量%时,通过金属离子形成适当的离子交联,因此能够防止粉末颗粒发生渗出。所以,易于增强涂料的储存性能。另一方面,当金属离子的含量等于或小于0.2重量%时,能够防止由于金属离子而过度地形成离子交联,因此,易于增强涂膜的平滑性。
在此,在粉末颗粒是通过聚集凝结法制备而成的情况中,作为聚集剂加入的金属离子的供应源(金属盐、金属盐聚合物)有助于控制粉末颗粒的粒度分布和形状。
具体而言,随着金属离子价态的增高,则能够获得窄的粒度分布,这是优选的。另外,对于获得窄的粒度分布,金属盐聚合物比金属盐更为优选,即使是在它们两者彼此的金属离子的价态相同时也是如此。因此,基于上述理由,作为金属离子的供应源,铝盐(例如,硫酸铝和氯化铝,等)、以及铝盐的聚合物(例如,聚氯化铝和聚氢氧化铝,等)是优选的,并且铝盐的聚合物(例如,聚氯化铝和聚氢氧化铝,等)是特别优选的。
此外,当加入聚集剂使得金属离子的含量等于或高于0.002重量%时,水性介质中的树脂颗粒发生聚集,这有助于实现窄的粒度分布。另外,形成树脂包覆部分的树脂颗粒相对于形成核的聚集颗粒而进行聚集,这有助于实现在核的整个表面上形成树脂包覆部分。另一方面,当加入聚集剂使得金属离子的含量等于或小于0.2重量%时,能够防止在聚集颗粒中过度地形成离子交联。因此,当颗粒进行融合凝结时,所形成的粉末颗粒的形状更容易接近为球形。所以,基于上述理由,金属离子的含量优选为0.002重量%至0.2重量%,更优选为0.005重量%至0.15重量%。
金属离子的含量是通过定量分析粉末颗粒的荧光X射线的强度而测定的。具体而言,例如,首先,通过混合树脂和金属离子供应源来获得其中的金属离子具有已知浓度的树脂混合物。采用直径为13mm的造粒机(troch forming machine),由200mg的该树脂混合物得到粒料样品。精确称量粒料样品的重量,对粒料样品进行荧光X射线强度测量,由此得到峰强度。同样,对其中所添加的金属离子供应源的量发生变化的粒料样品进行测量,并由测量结果建立校正曲线。通过使用校正曲线,对作为测定对象的粉末颗粒中的金属离子的含量进行定量分析。
调节金属离子含量的方法的例子包括:1)调节所添加的金属离子供应源的量的方法;2)调节所添加的金属离子的量的方法,其中在通过聚集凝结法制备粉末颗粒的时候,在聚集步骤中,添加聚集剂(例如,金属盐或金属盐聚合物)作为金属盐供应源,然后,在聚集步骤结束时,加入螯合剂(例如,EDTA(乙二胺四乙酸)、DTPA(二亚乙基三胺五乙酸)、NTA(次氮基三乙酸),等),使得金属离子在螯合剂的作用下形成络合物,以及在随后的洗涤等步骤中除去所形成的络合物盐。
(外部添加剂)
外部添加剂防止粉末颗粒之间产生聚集,从而可以以少量材料形成平滑性高的涂膜。外部添加剂的具体例子包括无机颗粒。无机颗粒的例子包括诸如SiO2、TiO2、Al2O3、CuO、ZnO、SnO2、CeO2、Fe2O3、MgO、BaO、CaO、K2O、Na2O、ZrO2、CaO·SiO2、K2O·(TiO2)n、Al2O3·2SiO2、CaCO3、MgCO3、BaSO4、以及MgSO4等颗粒。
可以对作为外部添加剂的无机颗粒的表面进行疏水化处理。例如,疏水化处理可以通过将无机颗粒浸入疏水化试剂等方式来实施。对疏水化试剂没有特别限定,其例子包括硅烷偶联剂、硅油、钛酸酯偶联剂和铝偶联剂,等。这些疏水化试剂可以单独使用,也可以两种或多种组合使用。
通常,相对于100重量份的无机颗粒,疏水化试剂的量例如为1重量份至10重量份。
相对于粉末颗粒的量,从外部添加的外部添加剂的量例如优选为0.01重量%至5重量%,更优选为0.01重量%至2.0重量%。
[制备粉末涂料的方法]
接下来,将对制备根据本示例性实施方案的粉末涂料的方法进行说明。
根据本示例性实施方案的粉末涂料是通过制备粉末颗粒、然后按需从外部向所述粉末颗粒添加外部添加剂而获得的。
粉末颗粒可通过干式制备法(例如,混炼粉碎法,等)和湿式制备法(例如,聚集凝结法、悬浮聚合法、以及溶解悬浮法,等)中的任何一种方法制备而成。制备粉末颗粒的方法不用特别局限于上述的制备方法,也可以采用已知的制备方法。
在这些方法中,为了能容易将体积粒度分布指数GSDv和平均圆形度控制在上文所述的范围内,可以通过聚集凝结法来获得粉末颗粒。
具体而言,优选通过以下步骤来制备粉末颗粒:在其中分散有包含热固性树脂的第一树脂颗粒以及热固化剂的分散液中,使第一树脂颗粒和热固化剂聚集,或者在其中分散有包含热固性树脂和热固化剂的复合颗粒的分散液中,使复合颗粒聚集,从而形成第一聚集颗粒;将其中分散有第一聚集颗粒的第一聚集颗粒分散液与其中分散有包含树脂的第二树脂颗粒的第二树脂颗粒分散液混合,使第二树脂颗粒向第一聚集颗粒的表面聚集,通过使第二树脂颗粒附着到第一聚集颗粒的表面上,从而形成第二聚集颗粒;以及将其中分散有第二聚集颗粒的第二聚集颗粒分散液加热,使得第二聚集颗粒互相融合凝结。
另外,在通过聚集凝结法制备的粉末颗粒中,第一聚集颗粒融合凝结而成的部分成为核,附着到第一聚集颗粒的表面上的第二树脂颗粒融合凝结而成的部分成为树脂包覆部分。
以下将对各个步骤进行详细描述。
而且,在下面的描述中,对包含着色剂的粉末颗粒的制备方法进行说明,但是,着色剂是按需包含的。
-制备各分散液的步骤-
首先,制备聚集凝结法中所用的各种分散液。具体而言,制备其中分散有第一树脂颗粒(其包含核中的热固性树脂)的第一树脂颗粒分散液、其中分散有热固化剂的热固化剂分散液、其中分散有着色剂的着色剂分散液、以及其中分散有第二树脂颗粒(其包含树脂包覆部分中的树脂)的第二树脂颗粒分散液。
另外,作为其中分散有第一树脂颗粒分散液和热固化剂的热固化剂分散液的替代,制备其中分散有核中的热固性树脂和复合颗粒的复合颗粒分散液,所述复合颗粒包含热固化剂。
另外,在制备各分散液的步骤中,第一树脂颗粒、第二树脂颗粒和复合颗粒在描述时被统称为“树脂颗粒”。
在此,例如,通过使用表面活性剂将树脂颗粒分散在分散介质中,由此制备得到树脂颗粒分散液。
树脂颗粒分散液中所用的分散介质的例子包括水性介质。
水性介质的例子包括:水,例如蒸馏水或离子交换水;以及醇,等。这些水性介质可以单独使用,也可以两种或多种组合使用。
表面活性剂的例子包括:诸如硫酸酯盐、磺酸盐、磷酸酯、皂类之类的阴离子表面活性剂;诸如胺盐、季铵盐之类的阳离子表面活性剂;诸如聚乙二醇、烷基酚环氧乙烷加成物、多元醇之类的非离子表面活性剂,等。其中,尤其是采用阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂。非离子表面活性剂可以与阴离子表面活性剂或阳离子表面活性剂一起使用。
这些表面活性剂可以单独使用,也可以两种或多种组合使用。
关于树脂颗粒分散液,将树脂颗粒分散在分散介质中的方法的例子包括一般的分散方法,例如旋转剪切匀化器、具有介质的球磨机、砂磨机和研磨机(dyno mill)。此外,根据树脂颗粒的类型,例如,可以使用相反转乳化法使树脂颗粒分散在树脂颗粒分散液中。
而且,相反转乳化法是这样的方法:将待分散的树脂溶解在能溶解该树脂的疏水性有机溶剂中,向有机连续相(O相)中加入碱以中和该相,然后向其中加入水性介质(W相),使得树脂从W/O转变为O/W(所谓的相反转),从而形成不连续的相,这样,树脂就以颗粒的形式分散在水性相中。
具体而言,作为制备树脂颗粒分散液的方法,例如,在制备丙烯酸系树脂颗粒分散液的情况中,使原料单体在水性介质的水中乳化,向其中加入水溶性引发剂以及在必要时加入的用于控制分子量的链转移剂,加热,并且进行乳液聚合,由此获得其中分散有丙烯酸系树脂颗粒的树脂颗粒分散液。
此外,在制备聚酯树脂颗粒分散液的情况中,将原料单体加热,熔融,并在减压下进行缩聚,将得到的缩聚物加入到溶剂(例如,乙酸乙酯,等)中溶解,将得到的溶解物料进行搅拌的同时,向其中加入弱碱性水溶液以进行相反转乳化,从而获得其中分散有聚酯树脂颗粒的树脂颗粒分散液。
此外,在获得复合颗粒分散液的情况中,将树脂和热固化剂混合并分散于分散介质中(例如,通过相反转乳化等将其乳化),从而获得所述复合颗粒分散液。
分散于树脂颗粒分散液中的树脂颗粒的体积平均粒度例如可以为等于或小于1μm,优选为0.01μm至1μm,更优选为0.08μm至0.8μm,甚至更优选为0.1μm至0.6μm。
此外,关于树脂颗粒的体积平均粒度,使用激光衍射式粒度分布测定装置(例如,Horiba,Ltd.制造的LA-700)进行测量,基于所得到的粒度分布划分出粒度范围(通道),从直径较小的一侧开始作出体积累积分布图。相对于全部颗粒,累积值达到50%时的粒度被设定为体积平均粒径D50v。而且,其他分散液中的颗粒的体积平均粒度按照同样的方式测定。
树脂颗粒分散液中的树脂颗粒的含量例如优选为5重量%至50重量%,更优选为10重量%至40重量%。
此外,按照与树脂颗粒分散液同样的方式,例如,制备热固化剂分散液、着色剂分散液、复合颗粒分散液。即,树脂颗粒分散液中的树脂颗粒的体积平均粒度、分散介质、分散方法和树脂颗粒的含量同样适用于被分散于着色剂分散液中的着色剂颗粒、被分散于固化剂分散液中的固化剂颗粒、以及被分散于复合颗粒分散液中的复合颗粒。
-形成第一聚集颗粒的步骤-
接下来,将第一树脂颗粒分散液、热固化剂分散液和着色剂分散液混合。
然后,在混合的分散液中,通过使第一树脂颗粒、热固化剂和着色剂发生异相聚集(heteroaggregate),来形成第一聚集颗粒,其包含第一树脂颗粒、热固化剂和着色剂,并且具有与目标粉末颗粒的直径相近的直径。
具体而言,例如,将聚集剂加入混合的分散液中,将混合的分散液的pH调节为酸性(例如pH为2-5),按需加入分散稳定剂,然后将该混合分散液加热到第一树脂颗粒的玻璃化转变温度的温度(具体而言,例如,比第一树脂颗粒的玻璃化转变温度低30℃至低10℃),以使分散在混合的分散液中的颗粒聚集,从而形成第一聚集颗粒。
此外,在形成第一聚集颗粒的步骤中,可以将复合颗粒分散液(其包含热固性树脂和热固化剂)和着色剂分散液混合,以使混合的分散液中的复合颗粒和着色剂可发生异相聚集,从而可形成第一聚集颗粒。
在形成第一聚集颗粒的步骤中,例如,可在用旋转剪切匀化器搅拌混合的分散液的同时,在室温(例如25℃)下加入聚集剂,可将混合的分散液的pH调节为酸性(例如pH为2-5),以及可按需加入分散稳定剂,然后可对该混合的分散液进行加热。
聚集剂的例子包括:其极性与所述混合的分散液中所加入的作为分散剂的表面活性剂的极性相反的表面活性剂,金属盐,金属盐聚合物,以及金属络合物。在使用金属络合物作为聚集剂的情况中,表面活性剂的用量减少,因此增强了带电特性。
此外,在聚集结束后,可按需使用与聚集剂的金属离子形成络合物或类似结合方式的添加剂。作为添加剂,优选使用螯合剂。在过量加入聚集剂的情况中,通过添加螯合剂能够实现对粉末颗粒中的金属离子含量的调节。
在此,作为聚集剂的金属盐、金属盐聚合物、金属络合物被用作金属离子的供应源。其例子与如上文所述的相同。
作为所述螯合剂,包括水溶性的螯合剂。具体而言,螯合剂的实例包括:羟基羧酸,如酒石酸、柠檬酸、以及葡糖酸;亚氨基二乙酸(IDA);次氮基三乙酸(NTA);以及乙二胺四乙酸(EDTA),等。
相对于100重量份的树脂颗粒,螯合剂的添加量例如可以为0.01重量份至5.0重量份,优选为0.1重量份至3.0重量份。
-形成第二聚集颗粒的步骤-
接下来,将所得的第一聚集颗粒分散液(其中分散有所得的第一聚集颗粒)与第二树脂颗粒分散液混合。
而且,第二树脂颗粒可以与第一树脂颗粒相同,也可以与第一树脂颗粒不同。
另外,在混合的分散液(其中分散有第一聚集颗粒和第二树脂颗粒)中,使第二树脂颗粒聚集,使得第二树脂颗粒附着到第一聚集颗粒的表面上,从而形成其中第二树脂颗粒附着到第一聚集颗粒表面上的第二聚集颗粒。
具体而言,例如,在形成第一聚集颗粒的步骤中,当第一聚集颗粒达到目标粒度时,将第二树脂颗粒分散液与第一聚集颗粒分散液混合,以及在等于或小于第二树脂颗粒的玻璃化转变温度的温度下对混合的分散液进行加热。
然后,通过将混合的分散液的pH设定在例如大约6.5-8.5的范围内,由此使得聚集过程停止。
由此得到了经过聚集使得第二树脂颗粒附着于第一聚集颗粒的表面上的第二聚集颗粒。
-融合凝结步骤-
接下来,将其中分散有第二聚集颗粒的第二聚集颗粒分散液在等于或高于第一和第二树脂颗粒的玻璃化转变温度的温度(例如等于或比第一和第二树脂颗粒的玻璃化转变温度高10-30℃的温度)下加热,使得第二聚集颗粒融合凝结,从而形成粉末颗粒。
通过上述步骤得到粉末颗粒。
在此,在融合凝结步骤结束后,使分散液中形成的粉末颗粒经历公知的洗涤步骤、固液分离步骤、以及干燥步骤,从而得到干燥状态的粉末颗粒。
作为洗涤步骤,就带电性能而言,可以用离子交换水来充分地进行置换洗涤。此外,虽然对固液分离步骤没有特别的限制,但是就生产率来说,可实施抽吸过滤、加压过滤等作为固液分离步骤。另外,虽然对干燥步骤没有特别的限制,但是就生产率来说,可实施冷冻干燥、气流干燥、流化干燥、振动流化干燥等作为干燥步骤。
此外,根据本示例性实施方案的粉末涂料是通过(例如)按需向所得的干燥状态的粉末颗粒中添加和混合外部添加剂的方式制备而成的。例如,可以通过V型混合机、亨舍尔(Henschel)混合机、罗地格混合机等来进行混合。此外,如果需要,可以通过使用振动筛、风力筛等除去调色剂粗颗粒。
以下将对试验例进行说明,这些试验例支持根据本示例性实施方案的粉末涂料的效果。根据本示例性实施方案的粉末涂料不局限于这些试验例。此外,在下面的描述中,除非另有说明,否则“份”和“%”都是基于重量而言的。
<制备着色剂分散液>
(制备着色剂分散液(C1))
青色颜料(C.I.颜料蓝15:3,Dainichiseika Color&ChemicalsMfg.Co.,Ltd.出品(铜酞菁)):100重量份
阴离子表面活性剂(Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co.,Ltd.出品:Neogen RK):15重量份
离子交换水:450重量份
使用高压冲击式分散机Ultimizer(HJP30006,Sugino MachineLimited公司出品)将上述成分混合、溶解、分散达1小时,由此制备得到其中分散有青色颜料的着色剂分散液。着色剂分散液中的青色颜料的体积平均粒度为0.13μm,着色剂分散液的固体百分含量为25%。
(制备着色剂分散液(M1))
按照与着色剂分散液(C1)相同的方法制备着色剂分散液(M1),不同之处在于将青色颜料换成品红颜料(喹吖啶酮颜料:Chromofine品红6887,Dainichiseika Color&Chemicals Mfg.Co.,Ltd.出品)。着色剂分散液中的品红颜料的体积平均粒度为0.14μm,着色剂分散液的固体百分含量为25%。
(制备着色剂分散液(M2))
按照与着色剂分散液(C1)相同的方法制备着色剂分散液(M2),不同之处在于将青色颜料换成品红颜料(Fastogen Super Red7100Y-E,DIC Corporation出品)。着色剂分散液中的品红颜料的体积平均粒度为0.14μm,着色剂分散液的固体百分含量为25%。
(制备着色剂分散液(Y1))
按照与着色剂分散液(C1)相同的方法制备着色剂分散液(Y1),不同之处在于将青色颜料换成黄色颜料(Paliotol Yellow d1155,BASFLtd.出品)。着色剂分散液中的黄色颜料的体积平均粒度为0.13μm,着色剂分散液的固体百分含量为25%。
(制备着色剂分散液(K1))
按照与着色剂分散液(C1)相同的方法制备着色剂分散液(K1),不同之处在于将青色颜料换成黑色颜料(Reagal 330,Cabot Corporation出品)。着色剂分散液中的黑色颜料的体积平均粒度为0.11μm,着色剂分散液的固体百分含量为25%。
(制备着色剂分散液(W1))
氧化钛(A-220,Ishihara Sangyo Kaisha,Ltd.出品):100重量份
阴离子表面活性剂(Neogen RK,Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co.,Ltd.公司出品):15重量份
离子交换水:400重量份
使用高压冲击式分散机Ultimizer(HJP30006,Sugino MachineLimited公司出品)将上述成分混合、溶解、分散达3小时,由此制备得到其中分散有氧化钛的着色剂分散液。通过使用激光衍射式粒度测量仪对所制备的着色剂分散液进行测定,着色剂分散液中的氧化钛的体积平均粒度为0.25μm,着色剂分散液的固体百分含量为25%。
<试验例1:由丙烯酸系树脂制备的透明的粉末涂料(PCA1)>
(制备热固性丙烯酸系树脂颗粒分散液(A1))
苯乙烯:160重量份
甲基丙烯酸甲酯:200重量份
丙烯酸正丁酯:140重量份
丙烯酸:12重量份
甲基丙烯酸缩水甘油酯:100重量份
十二烷硫醇:12重量份
将上述成分混合、溶解,制得单体溶液A。
另一方面,将12重量份的阴离子表面活性剂(Dowfax,DowChemical Company出品)溶解于280重量份的离子交换水中,将上述单体溶液A加入其中,在烧瓶中分散和乳化,由此得到溶液(单体乳化液A)。
接下来,将1重量份的阴离子表面活性剂(Dowfax,DowChemical Company出品)溶解于555重量份的离子交换水中,并置于聚合用烧瓶中。之后,将聚合用烧瓶盖紧,安装回流管,在向其中注入氮气的同时,缓慢搅拌所溶解的材料,通过水浴将聚合用烧瓶加热到75℃并保持在该温度。
在这种状态下,用计量泵向所述聚合用烧瓶中滴加将9重量份的过硫酸铵溶于43重量份的离子交换水所得的溶液20分钟,再将单体乳化液A通过计量泵滴加200分钟。在滴加结束后,将聚合用烧瓶在75℃下保持3小时,同时连续搅拌该混合物,聚合反应结束,得到了阴离子型热固性丙烯酸系树脂颗粒分散液(A1),其固含量为42%。
阴离子型热固性丙烯酸系树脂颗粒分散液(A1)中所含有的热固性丙烯酸系树脂颗粒的体积平均粒度为220nm,其玻璃化转变温度为55℃,其重均分子量为24,000。
(制备热固化剂分散液(D1))
十二烷二酸:50重量份
苯偶姻:1重量份
丙烯酸系低聚物(Acronal 4F,BASF Ltd.公司出品):1重量份
阴离子表面活性剂(Dowfax,Dow Chemical Company出品):5重量份
离子交换水:200重量份
将上述成分于压力容器中在140℃下加热,并使用均化器(Ultra-Turrax T50,IKA Japan K.K.出品)进行分散,然后通过MantonGaulin高压均化器(Gaulin公司出品)进行分散处理,制备得到其中分散有固化剂和其他添加剂的热固化剂分散液(D1)(固化剂浓度为23%),固化剂的平均粒度为0.24μm。
(制备透明的粉末涂料(PCA1))
-聚集步骤-
热固性丙烯酸系树脂颗粒分散液(A1):200重量份(树脂为84重量份)
热固化剂分散液(D1):91重量份(固化剂为21重量份)
10%的聚氯化铝:1重量份
在不锈钢圆底烧瓶中,用均化器(Ultra-Turrax T50,IKA JapanK.K.出品)将上述成分充分混合、分散,在加热油浴中、在对混合物进行搅拌的条件下将烧瓶加热到48℃,并在48℃下保持60分钟。之后,加入68重量份(树脂为28.56重量份)的热固性丙烯酸系树脂颗粒分散液(A1),并轻轻搅拌。
-融合凝结步骤-
之后,使用0.5mol/L的氢氧化钠水溶液将烧瓶中的pH调节到5.0,然后在持续搅拌的条件下将所述烧瓶加热到95℃。在最终将烧瓶的内容物加热到95℃后,在该状态下持续保持4小时。在温度保持为95℃时,溶液的pH约为4.0。
-过滤、洗涤、以及干燥步骤-
在反应结束后,将烧瓶中的溶液冷却、过滤,得到固体。接下来,用离子交换水充分洗涤所得的固体,然后通过Nutsche型吸滤进行固液分离,从而再次得到固体。
接下来,将所得固体再分散于3升40℃的离子交换水中,并以300rpm的转速搅拌和洗涤15分钟。将该洗涤操作重复5次并通过Nutsche型吸滤进行固液分离,将所得的固体真空干燥12小时。之后,将0.5重量份的疏水性二氧化硅颗粒(一次粒度为16nm)作为外部添加剂与100重量份的所述固体混合,由此得到由丙烯酸系树脂制备的透明的粉末涂料(PCA1)。
透明粉末涂料的粉末颗粒的体积平均粒度D50v为5.9μm,体积平均粒度分布指数GSDv为1.20,平均圆形度为0.99。
将透明的粉末涂料(其粉末颗粒)嵌入环氧树脂中,进行切割以得到薄片,并且用透射电子显微镜在所得薄片上观察颗粒的横截面图像。由此确认,粉末颗粒的表面被树脂包覆部分所覆盖。
另外,透明粉末涂料的粉末颗粒中的铝离子含量为0.08重量%。
<试验例2:由聚酯树脂制备的着色的粉末涂料(PCE1)>
(制备热固性聚酯树脂(PES1))
将具有下列组成的原料在氮气气氛下加入装有搅拌器、温度计、氮气入口和精馏器的反应容器中,在搅拌的同时将原料加热到240℃,从而进行缩聚反应。
对苯二甲酸:742重量份(100mol%)
新戊二醇:312重量份(62mol%)
乙二醇:59.4重量份(20mol%)
甘油:90重量份(18mol%)
二正丁基氧化锡:0.5重量份
所得的热固性聚酯树脂的玻璃化转变温度为55℃,酸值(Av)为8mg KOH/g,羟值(OHv)为70mg KOH/g,重均分子量为26,000,数均分子量为8000。
(制备复合颗粒分散液(E1))
在水循环恒温浴中,将带夹套的3升反应容器(BJ-30N,TokyoRikakikai Co.,Ltd.出品)保持在40℃,该反应容器配置有冷凝器、温度计、水滴加装置和锚式搅拌桨,将由180重量份乙酸乙酯和80重量份异丙醇形成的混合溶剂加入到反应容器中,并将如下组成的物料加入混合溶剂中。
热固性聚酯树脂(PES1):240重量份
封端的异氰酸酯固化剂VESTAGONB1530(EVONIK Industries出品):60重量份
苯偶姻:3重量份
丙烯酸系低聚物(Acronal 4F,BASF Ltd.公司):3重量份
在向混合溶剂中加入上述组成的物料后,使用三合一电动机(three-one motor)以150rpm的转速将所得混合物搅拌溶解,从而获得油相。向被搅拌的油相中滴加由1重量份的10重量%的氨水溶液和47重量份的5重量%的氢氧化钠水溶液构成的混合液,滴加5分钟,并混合10分钟。然后,以每分钟5重量份的速度滴加900重量份的离子交换水,使该混合物发生相反转,从而获得乳化液。
将800重量份所得的乳化液和700重量份的离子交换水加入2升的茄形烧瓶中,并置于蒸发器(Tokyo Rikakikai Co.,Ltd.出品)中,该蒸发器配置有经由球形集液器(trap ball)的真空控制单元。在旋转该茄形烧瓶的同时,将其用热水浴在60℃下加热并减压至7kPa,当心爆沸,由此除去溶剂。当溶剂收集量变为1100重量份时,将茄形烧瓶恢复到常压,并将茄形烧瓶进行水冷却,从而获得分散液。在所获得的分散液中没有溶剂的气味。在该分散液中,含有热固性聚酯树脂和热固化剂的复合颗粒的体积平均粒度为150纳米。
然后,将2重量%(以有效成分计)的阴离子表面活性剂(Dowfax2A1,Dow Chemical Company出品,有效成分的量为45重量%)加入分散液中并与分散液中的树脂成分混合,添加离子交换水将混合物的固体浓度调节至20重量%。由此得到含有聚酯树脂和固化剂的复合颗粒分散液(E1)。
(制备热固性聚酯树脂颗粒分散液(E2))
在与制备复合颗粒分散液(E1)相同的条件下制备得到热固性聚酯树脂颗粒分散液(E2),不同之处在于,使用了300重量份的热固性聚酯树脂(PES1),并且没有添加封端的异氰酸酯固化剂、苯偶姻、和丙烯酸系低聚物。
(制备着色的粉末涂料(PCE1))
-聚集步骤-
复合颗粒分散液(E1):325重量份(固体含量为65重量份)
着色剂分散液(C1):3重量份(固体含量为0.75重量份)
着色剂分散液(W1):150重量份(固体含量为37.5重量份)
在不锈钢圆底烧瓶中,用均化器(Ultra-Turrax T50,IKA JapanK.K.出品)将上述成分充分混合、分散。接下来,使用1.0%的硝酸水溶液将pH调节到2.5。将0.50重量份的10%的聚氯化铝水溶液添加到其中,并用Ultra-Turrax连续进行分散操作。
安装搅拌器和加热罩,将浆液加热到50℃,同时适当地调节搅拌器的旋转频率,以便充分地搅拌浆液,并在50℃下保持15分钟,然后,在体积平均粒度为5.5μm时,向浆液中缓慢加入100重量份的热固性聚酯树脂分散液(E2)。
-融合凝结步骤-
在将热固性聚酯树脂分散液(E2)加入浆液后,将所得物保持30分钟,并使用5%的氢氧化钠水溶液将其pH调节至6.0。之后,将浆液加热到85℃并保持2小时。通过光学显微镜观察到大体上为球形化的颗粒。
-过滤、洗涤、以及干燥步骤-
在反应结束后,将烧瓶中的溶液冷却、过滤,得到固体。接下来,用离子交换水充分洗涤所得的固体,然后通过Nutsche型吸滤进行固液分离,从而再次得到固体。
接下来,将所得固体再分散于3升40℃的离子交换水中,并以300rpm搅拌和洗涤15分钟。将该洗涤操作重复5次并通过Nutsche型吸滤进行固液分离,将所得的固体真空干燥12小时。之后,将0.5重量份的疏水性二氧化硅颗粒(一次粒度为16nm)作为外部添加剂与100重量份的所述固体混合,由此得到由聚酯树脂制备的着色的粉末涂料(PCE1)。
着色的粉末涂料的粉末颗粒的体积平均粒度D50v为6.5μm,体积平均粒度分布指数GSDv为1.24,平均圆形度为0.98。
将着色的粉末涂料(其粉末颗粒)嵌入环氧树脂中,切割,并且用透射电子显微镜观察粉末颗粒的横截面图像。由此确认,粉末颗粒的表面被树脂包覆部分所覆盖。
另外,着色的粉末涂料(其粉末颗粒)中的铝离子含量为0.1重量%。
<试验例3:由聚酯制备的着色的粉末涂料(PCE2)>
在与试验例2相同的条件下得到由聚酯树脂制备的着色的粉末涂料(PCE2),不同之处在于,向浆液中加入100重量份的热固性聚酯树脂颗粒分散液(E2),加入40重量份的10%NTA(次氮基三乙酸)金属盐水溶液(Chelest 70,Chelest公司出品),然后用5%的氢氧化钠水溶液将pH调节到6.0。
着色的粉末涂料的粉末颗粒的体积平均粒度D50v为6.8μm,体积平均粒度分布指数GSDv为1.22,平均圆形度为0.99。
将着色的粉末涂料(其粉末颗粒)嵌入环氧树脂中,切割,并且用透射电子显微镜观察粉末颗粒的横截面图像。由此确认,粉末颗粒的表面被树脂包覆部分所覆盖。
着色的粉末涂料(其粉末颗粒)中的铝离子含量为0.005重量%。
<试验例4:由丙烯酸系树脂制备的透明的粉末涂料(PCA2)>
在与试验例1相同的条件下得到由丙烯酸系树脂制备的透明的粉末涂料(PCA2),不同之处在于,在聚集步骤中,将1重量份的10%的聚氯化铝换成4重量份的5%的氯化镁。
透明粉末涂料的粉末颗粒的体积平均粒度D50v为7.0μm,体积平均粒度分布指数GSDv为1.35,平均圆形度为0.97。
将透明的粉末涂料(其粉末颗粒)嵌入环氧树脂中,切割,并且用透射电子显微镜观察粉末颗粒的横截面图像。由此确认,粉末颗粒的表面被树脂包覆部分所覆盖。
透明的粉末涂料(其粉末颗粒)中的镁离子含量为0.17重量%。
<试验例5:由丙烯酸系树脂制备的着色的粉末涂料(PCA3)>
(制备热固性丙烯酸系树脂颗粒分散液(A2))
苯乙烯:60重量份
甲基丙烯酸甲酯:240重量份
甲基丙烯酸羟乙酯:50重量份
丙烯酸羧乙酯:18重量份
甲基丙烯酸缩水甘油酯:260重量份
十二烷硫醇:8重量份
将上述成分混合、溶解,制得单体溶液A。
另一方面,将12重量份的阴离子表面活性剂(Dowfax,DowChemical Company出品)溶解于280重量份的离子交换水中,将单体溶液A加入其中,由此得到在烧瓶中分散和乳化了的溶液(单体乳化液A)。
接下来,将1重量份的阴离子表面活性剂(Dowfax,DowChemical Company出品)溶解于555重量份的离子交换水中,并将其置于聚合用烧瓶中。之后,将聚合用烧瓶盖紧,安装回流管,在向其中注入氮气的同时,缓慢搅拌所得的溶解物,通过水浴将聚合用烧瓶加热到75℃并保持在该温度。
在这种状态下,用计量泵向所述聚合用烧瓶中滴加将9重量份的过硫酸铵溶于43重量份的离子交换水所得的溶液20分钟,再将单体乳化液A通过计量泵滴加200分钟。在滴加结束后,将聚合用烧瓶在75℃下保持3小时,同时持续搅拌所得混合物,聚合反应结束,得到了阴离子型热固性丙烯酸系树脂颗粒分散液(A2),其固含量为42%。
阴离子型热固性丙烯酸系树脂颗粒分散液(A2)中所含的热固性丙烯酸系树脂颗粒的体积平均粒度为200nm,玻璃化转变温度为65℃,重均分子量为31,000。
(制备着色的粉末涂料(PCA3))
-聚集步骤-
热固性丙烯酸系树脂颗粒分散液(A2):155重量份(固体含量为65重量份)
着色剂分散液(C1):3重量份(固体含量为0.75重量份)
着色剂分散液(W1):150重量份(固体含量为37.5重量份)
在不锈钢圆底烧瓶中,用均化器(Ultra-Turrax T50,IKA JapanK.K.出品)将上述成分充分混合、分散。接下来,使用1.0%的硝酸水溶液将pH调节到2.5。将0.70重量份的10%的聚氯化铝水溶液添加到其中,并用Ultra-Turrax连续进行分散操作。
安装搅拌器和加热罩,将浆液加热到60℃,同时适当地调节搅拌器的旋转频率,以便充分地搅拌浆液。于60℃下保持15分钟后,在体积平均粒度为9.5μm时,向浆液中缓慢加入100重量份的热固性丙烯酸系树脂分散液(A2)。
-融合凝结步骤-
在将热固性聚酯树脂分散液(A2)加入到浆液中后,将所得物保持30分钟,并使用5%的氢氧化钠水溶液将pH调节至5.0。之后,将浆液加热到90℃并保持2小时。通过光学显微镜观察到大体上为球形化的颗粒。
-过滤、洗涤、以及干燥步骤-
在反应结束后,将烧瓶中的溶液冷却、过滤,得到固体。接下来,用离子交换水充分洗涤所得的固体,然后通过Nutsche型吸滤进行固液分离,从而再次得到固体。
接下来,将所得固体再分散于3升40℃的离子交换水中,并以300rpm搅拌和洗涤15分钟。将该洗涤操作重复5次并通过Nutsche型吸滤进行固液分离,将所得的固体真空干燥12小时。之后,将0.5重量份的疏水性二氧化硅(一次粒度为16nm)与100重量份的所述固体混合,由此得到由丙烯酸系树脂制备的着色的粉末涂料(PCA3)。
着色的粉末涂料的粉末颗粒的体积平均粒度D50v为13.5μm,体积平均粒度分布指数GSDv为1.23,平均圆形度为0.98。
将着色的粉末涂料(其粉末颗粒)嵌入环氧树脂中,切割,并且用透射电子显微镜观察颗粒的横截面图像。由此确认,粉末颗粒的表面被树脂包覆部分所覆盖。
另外,着色的粉末涂料(其粉末颗粒)中的铝离子含量为0.03重量%。
<试验例6:由聚酯树脂制备的着色的粉末涂料(PCE3)>
(制备热固性聚酯树脂(PES2))
在氮气气氛下将具有下列组成的原料加入装有搅拌器、温度计、氮气入口和精馏器的反应容器中,在搅拌的同时将原料加热到240℃,从而进行缩聚反应。
对苯二甲酸:494重量份(70mol%)
间苯二甲酸:212重量份(30mol%)
新戊二醇:421重量份(88mol%)
乙二醇:28重量份(10mol%)
三羟甲基乙烷:11重量份(2mol%)
二正丁基氧化锡:0.5重量份
所得的热固性聚酯树脂的玻璃化转变温度为60℃,酸值(Av)为7mg KOH/g,羟值(OHv)为35mg KOH/g,重均分子量为22,000,数均分子量为7000。
(制备复合颗粒分散液(E3))
在水循环恒温浴中,将带夹套的3升反应容器(BJ-30N,TokyoRikakikai Co.,Ltd.出品)保持在40℃,该反应容器配置有冷凝器、温度计、水滴加装置和锚式搅拌桨,将由180重量份乙酸乙酯和80重量份异丙醇形成的混合溶剂加入到反应容器中,并将如下组成的物料加入其中。
热固性聚酯树脂(PES2):240重量份
封端的异氰酸酯固化剂VESTAGONB1530(EVONIK Industries出品):60重量份
苯偶姻:3重量份
丙烯酸系低聚物(Acronal 4F,BASF Ltd.公司):3重量份
接下来,在将上述组成的物料加入所述混合溶剂后,使用三合一电动机以150rpm将所得混合物搅拌溶解,从而获得油相。向被搅拌的油相中滴加由1重量份的10重量%的氨水溶液和47重量份的5重量%的氢氧化钠水溶液构成的混合液,滴加5分钟,并混合10分钟。然后,以每分钟5重量份的速度进一步滴加900重量份的离子交换水,使所述混合物发生相反转,从而获得乳化液。
将800重量份所得的乳化液和700重量份的离子交换水加入2升的茄形烧瓶中,并置于蒸发器(Tokyo Rikakikai Co.,Ltd.出品)中,该蒸发器配置有经由球形集液器的真空控制单元。在旋转该茄形烧瓶的同时,将其用热水浴在60℃下加热并减压至7kPa,当心爆沸,由此除去溶剂。当溶剂收集量变为1100重量份时,将茄形烧瓶恢复到常压,并将茄形烧瓶进行水冷却,从而获得分散液。在所获得的分散液中没有溶剂的气味。在该分散液中,含有热固性聚酯树脂和热固化剂的复合颗粒的体积平均粒度为160纳米。
然后,将2重量%(以有效成分计)的阴离子表面活性剂(Dowfax2A1,Dow Chemical Company出品,有效成分的量为45重量%)加入分散液中并与分散液中的树脂成分混合,添加离子交换水将混合物的固体浓度调节至20重量%。由此获得含有聚酯树脂和固化剂的复合颗粒分散液(E3)。
(制备热固性聚酯树脂颗粒分散液(E4))
在与制备复合颗粒分散液(E1)相同的条件下制备得到热固性聚酯树脂颗粒分散液(E4),不同之处在于,使用300重量份的热固性聚酯树脂(PES2),并且没有添加封端的异氰酸酯固化剂、苯偶姻、丙烯酸系低聚物。
(制备着色的粉末涂料(PCE3))
-聚集步骤-
复合颗粒分散液(E3):325重量份(固体含量为65重量份)
着色剂分散液(C1):3重量份(固体含量为0.75重量份)
着色剂分散液(W1):150重量份(固体含量为37.5重量份)
在不锈钢圆底烧瓶中,用均化器(Ultra-Turrax T50,IKA JapanK.K.出品)将上述成分充分混合、分散。接下来,使用1.0%的硝酸水溶液将pH调节到2.5。将0.50重量份的10%的聚氯化铝水溶液添加到其中,并用Ultra-Turrax连续进行分散操作。
安装搅拌器和加热罩,将浆液加热到40℃,同时适当地调节搅拌器的旋转频率,以便充分地搅拌浆液。于40℃下保持15分钟后,当体积平均粒度为3.5μm时,向浆液中缓慢加入100重量份的热固性聚酯树脂分散液(E4)。
-融合凝结步骤-
在向浆液中加入热固性聚酯树脂分散液(E4)后,保持30分钟,并使用5%的氢氧化钠水溶液将pH调节至6.0。之后,将浆液加热到85℃并保持2小时。通过光学显微镜观察到大体上为球形化的颗粒。
-过滤、洗涤、以及干燥步骤-
在反应结束后,将烧瓶中的溶液冷却、过滤,得到固体。接下来,用离子交换水充分洗涤所得的固体,然后通过Nutsche型吸滤进行固液分离,从而再次得到固体。
接下来,将所得固体再分散于3升40℃的离子交换水中,并以300rpm搅拌和洗涤15分钟。将该洗涤操作重复5次并通过Nutsche型吸滤进行固液分离,将所得的固体真空干燥12小时。之后,将0.5重量份的疏水性二氧化硅颗粒(一次粒度为16nm)与100重量份的所述固体混合,由此得到由聚酯树脂制备的着色的粉末涂料(PCE3)。
着色的粉末涂料的粉末颗粒的体积平均粒度D50v为4.5μm,体积平均粒度分布指数GSDv为1.23,平均圆形度为0.99。
将着色的粉末涂料(其粉末颗粒)嵌入环氧树脂中,切割,并且用透射电子显微镜观察粉末颗粒的横截面图像。由此确认,粉末颗粒的表面被树脂包覆部分所覆盖。
另外,着色的粉末涂料(其粉末颗粒)中的铝离子含量为0.02重量%。
<对比试验例1:由聚酯树脂制备的着色的粉末涂料(PCEX1)>
在与试验例2相同的条件下得到由聚酯树脂制备的着色的粉末涂料(PCEX1),不同之处在于,使用了400重量份的复合颗粒分散液(E1),并且不添加100重量份的热固性聚酯树脂颗粒分散液(E2)。
着色的粉末涂料的粉末颗粒的体积平均粒度D50v为7.5μm,体积平均粒度分布指数GSDv为1.40,平均圆形度为0.98。
将着色的粉末涂料(其粉末颗粒)嵌入环氧树脂中,切割,并且用透射电子显微镜观察粉末颗粒的横截面图像。由此确认,粉末颗粒的表面未被树脂包覆部分所覆盖,而是添加剂(认为是固化剂)暴露在粉末颗粒的表面上。
着色的粉末涂料(其粉末颗粒)中的铝离子含量为0.07重量%。
<对比试验例2:由丙烯酸系树脂制备的透明的粉末涂料(PCAX1)>
在与试验例1相同的条件下得到由丙烯酸系树脂制备的透明的粉末涂料(PCAX1),不同之处在于,将聚氯化铝的量减为0.1重量份,在融合凝结步骤中加入40重量份的10%NTA(次氮基三乙酸)金属盐水溶液(Chelest 70,Chelest Corporation出品),然后用5%的氢氧化钠水溶液将其pH调节到6.0。
透明粉末涂料的粉末颗粒的体积平均粒度D50v为9.0μm,体积平均粒度分布指数GSDv为1.53,平均圆形度为0.99。
将透明的粉末涂料(其粉末颗粒)嵌入环氧树脂中,切割,并且用透射电子显微镜观察粉末颗粒的横截面图像。由此确认,粉末颗粒的表面被树脂包覆部分所覆盖。
透明粉末涂料(其粉末颗粒)中的铝离子含量为0.001重量%。
<对比试验例3:由丙烯酸系树脂制备的透明的粉末涂料(PCAX2)>
在与试验例1相同的条件下得到由丙烯酸系树脂制备的透明的粉末涂料(PCAX2),不同之处在于,将聚氯化铝的量提高到3重量份。
透明粉末涂料的粉末颗粒的体积平均粒度D50v为8.2μm,体积平均粒度分布指数GSDv为1.30,平均圆形度为0.95。
将透明的粉末涂料(其粉末颗粒)嵌入环氧树脂中,切割,并且用透射电子显微镜观察粉末颗粒的横截面图像。由此确认,粉末颗粒的表面被树脂包覆部分所覆盖。
透明粉末涂料(其粉末颗粒)中的铝离子含量为0.25重量%。
<对比试验例4:由聚酯树脂制备的着色的粉末涂料(PCEX2)>
在与试验例6相同的条件下得到由聚酯树脂制备的着色的粉末涂料(PCEX2),不同之处在于,将聚氯化铝的量减到0.2重量份,在融合凝结步骤中加入40重量份的10%NTA(次氮基三乙酸)金属盐水溶液(Chelest 70,Chelest Corporation出品),然后使用5%的氢氧化钠水溶液将其pH调节到6.0。着色的粉末涂料的粉末颗粒的体积平均粒度D50v为5.0μm,体积平均粒度分布指数GSDv为1.55,平均圆形度为0.99。
将透明的粉末涂料(其粉末颗粒)嵌入环氧树脂中,切割,并且用透射电子显微镜观察粉末颗粒的横截面图像。由此确认,粉末颗粒的表面被树脂包覆部分所覆盖。
着色的粉末涂料(其粉末颗粒)中的铝离子含量为0.0016重量%。
<试验例7:由聚酯树脂制成的着色的粉末涂料(PCE4)>
在与试验例6相同的条件下得到由聚酯树脂制成的着色的粉末涂料(PCEX4),不同之处在于,将聚氯化铝的量提高到2重量份。着色的粉末涂料的粉末颗粒的体积平均粒度D50v为5.5μm,体积平均粒度分布指数GSDv为1.30,平均圆形度为0.97。
将着色的粉末涂料(其粉末颗粒)嵌入环氧树脂中,切割,并且用透射电子显微镜观察粉末颗粒的横截面图像。由此确认,粉末颗粒的表面被树脂包覆部分所覆盖。
着色的粉末涂料(其粉末颗粒)中的铝离子含量为0.22重量%。
<试验例8:由聚酯树脂制备的着色的粉末涂料(PME1)>
采用与试验例2的着色的粉末涂料(PCE1)的制备方法相同的方法得到着色的粉末涂料(PME1),不同之处在,使用306.5重量份的复合颗粒分散液(E1),并且使用4.8重量份的着色剂分散液(M1)代替着色剂分散液(C1)。
着色的粉末涂料的粉末颗粒的体积平均粒度D50v为6.4μm,体积平均粒度分布指数GSDv为1.23,平均圆形度为0.98。
将着色的粉末涂料(其粉末颗粒)嵌入环氧树脂中,切割,并且用透射电子显微镜观察粉末颗粒的横截面图像。由此确认,粉末颗粒的表面被树脂包覆部分所覆盖。
另外,着色的粉末涂料(其粉末颗粒)中的铝离子含量为0.1重量%。
<试验例9:由聚酯树脂制备的着色的粉末涂料(PME2)>
按照与试验例2的着色的粉末涂料(PCE1)的制备方法相同的方法得到着色的粉末涂料(PME2),不同之处在于,使用305重量份的复合颗粒分散液(E1),并且使用6重量份的着色剂分散液(M2)代替着色剂分散液(C1)。
着色的粉末涂料的粉末颗粒的体积平均粒度D50v为6.6μm,体积平均粒度分布指数GSDv为1.22,平均圆形度为0.98。
将着色的粉末涂料(其粉末颗粒)嵌入环氧树脂中,切割,并且用透射电子显微镜观察粉末颗粒的横截面图像。由此确认,粉末颗粒的表面被树脂包覆部分所覆盖。
另外,着色的粉末涂料(其粉末颗粒)中的铝离子含量为0.1重量%。
<试验例10:由聚酯树脂制备的着色的粉末涂料(PYE1)>
按照与试验例2的着色的粉末涂料(PCE1)的制备方法相同的方法得到着色的粉末涂料(PYE1),不同之处在于,使用302.5重量份的复合颗粒分散液(E1),并且使用8重量份的着色剂分散液(Y1)代替着色剂分散液(C1)。
着色的粉末涂料的粉末颗粒的体积平均粒度D50v为6.8μm,体积平均粒度分布指数GSDv为1.24,平均圆形度为0.96。
将着色的粉末涂料(其粉末颗粒)嵌入环氧树脂中,切割,并且用透射电子显微镜观察粉末颗粒的横截面图像。由此确认,粉末颗粒的表面被树脂包覆部分所覆盖。
另外,着色的粉末涂料(其粉末颗粒)中的铝离子含量为0.12重量%。
<试验例11:由聚酯树脂制备的着色的粉末涂料(PKE1)>
按照与试验例2的着色的粉末涂料(PCE1)的制备方法相同的方法得到着色的粉末涂料(PKE1),不同之处在于,使用309重量份的复合颗粒分散液(E1),并且使用2.8重量份的着色剂分散液(K1)代替着色剂分散液(C1)。
着色的粉末涂料的粉末颗粒的体积平均粒度D50v为6.5μm,体积平均粒度分布指数GSDv为1.22,平均圆形度为0.98。
将着色的粉末涂料(其粉末颗粒)嵌入环氧树脂中,切割,并且用透射电子显微镜观察粉末颗粒的横截面图像。由此确认,粉末颗粒的表面被树脂包覆部分所覆盖。
另外,着色的粉末涂料(其粉末颗粒)中的铝离子含量为0.09重量%。
<评价>
(制备粉末涂料的涂膜样品)
采用静电涂布方法等,用各个例子中得到的粉末涂料来涂覆试验板(该试验板是用磷酸锌处理过的钢板),然后在180℃的加热温度下加热(烘烤),加热时间为1小时,得到厚度为30μm的涂膜样品。
(评价涂膜的平滑性)
用表面粗糙度测量装置(SURFCOM 1400A,Tokyo Seimitsu Co.,Ltd.公司出品)测量涂膜样品表面的中心线平均粗糙度(以下称为“Ra”,单位:μm)。随着Ra值增加,表面平滑性降低,0.5μm为优选的水平。
(评价涂膜的光泽度)
使用光泽计(Micro-gloss光泽计,BYK Additives&Instruments公司出品)测量涂膜样品表面的60°镜面光泽值(单位:%)。随着该60°镜面光泽值增加,光泽度提高,90%以上为优选的水平。
(评价抗结块性)
将各个例子中得到的粉末涂料储存在温度和湿度受控的恒温恒湿箱中,其中的温度为50℃,湿度为50RH%,储存17小时,然后采用振动筛,调节200目筛(75微米的网眼尺寸)的通过量。根据以下标准进行评价。
G1(O):通过量在90%以上
NG(X):通过量小于90%
各个例子的细节和评价结果列于表1中。
表1
从以上结果可以看出,与对比试验例相比,在试验例中,即使是在体积平均粒度降至等于或小于15μm时,也能得到具有低表面粗糙度和高光泽度的涂膜。此外,还可以看出,与对比试验例相比,在试验例中,粉末涂料的抗结块性也优良。
因此,可以看出,与对比试验例的粉末涂料相比,试验例的粉末涂料以少量的材料形成了平滑性高的涂膜,并且其储存性能优异,即使是在粉末颗粒的直径减小时也是如此。
从以上说明可以看出,当将根据本示例性实施方案的粉末涂料应用于根据本示例性实施方案的粉末涂敷设备时,能以高的生产率形成厚度受控的涂膜,并且以少量材料获得了平滑性高的涂膜,即使是在粉末颗粒的直径减小时也是如此。
以上出于示例和描述的目的对本发明的示例性实施方案进行了说明。其并非旨在穷尽地描述或将本发明限制到所公开的精确形式。显然,多种多样的修改和变化对于本领域的技术人员来说将是明显的。选择这些实施方案并进行说明是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用,从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施方案、以及适合于所预期的具体应用的各种调整。本发明的范围旨在由随附的权利要求及其等同物来限定。

Claims (20)

1.一种粉末涂敷设备,包括:
涂布装置,该涂布装置具有使热固性粉末涂料带电和流动化的充电流化单元,并且该涂布装置在使所述热固性粉末涂料带电和流动化的同时,将所述粉末涂料涂布到待涂物体的待涂表面上;
调节装置,该调节装置对被涂布到待涂物体的待涂表面上的粉末涂料的颗粒层的厚度进行调节;以及
加热装置,该加热装置对所述粉末涂料的颗粒层进行加热以使所述颗粒层热固化。
2.根据权利要求1所述的粉末涂敷设备,其中所述调节装置包括与所述粉末涂料的颗粒层接触的圆筒状部件或圆柱状部件,以调节所述粉末涂料的颗粒层的厚度。
3.根据权利要求2所述的粉末涂敷设备,其中所述圆筒状部件或圆柱状部件是这样一种构件,其在被旋转的同时对所述粉末涂料的颗粒层的厚度进行调节。
4.根据权利要求2所述的粉末涂敷设备,其中在所述圆筒状部件或圆柱状部件的内部设置有:聚焦激光束的透镜部件、位于所述圆筒状部件或圆柱状部件的内周面和所述透镜部件之间的滑动部件、以及用于向所述圆筒状部件或圆柱状部件的内周面供给润滑剂的润滑剂供给部件。
5.根据权利要求1所述的粉末涂敷设备,其中所述涂布装置包括作为所述充电流化单元的气体流入部和振动赋予单元,所述气体流入部能使气体流向所述粉末涂料,所述振动赋予单元使所述粉末涂料产生振动。
6.根据权利要求5所述的粉末涂敷设备,其中在所述气体流入部,在泵的作用下,所述气体经由气体流入管和气体流入通路从气体流入口流向涂布单元中的所述粉末涂料。
7.根据权利要求1所述的粉末涂敷设备,其中所述加热装置包括光照射单元,在所述调节装置对所述粉末涂料的颗粒层厚度进行调节的时侯,所述光照射单元用光对所述粉末涂料的颗粒层进行照射从而将该粉末涂料的颗粒层加热。
8.根据权利要求7所述的粉末涂敷设备,其中所述光照射单元包括能发出激光束的光源。
9.根据权利要求8所述的粉末涂敷设备,其中所述激光束的波长为760nm到900nm。
10.根据权利要求1所述的粉末涂敷设备,其中所述粉末颗粒的体积粒度分布指数GSDv为1.50以下。
11.根据权利要求1所述的粉末涂敷设备,其中所述粉末颗粒的平均圆形度为0.96以上。
12.根据权利要求1所述的粉末涂敷设备,其中所述粉末颗粒具有核-壳结构。
13.根据权利要求12所述的粉末涂敷设备,其中所述粉末颗粒的核包括热固性树脂和热固化剂。
14.根据权利要求13所述的粉末涂敷设备,其中所述热固性树脂是热固性的(甲基)丙烯酸系树脂。
15.根据权利要求13所述的粉末涂敷设备,其中所述热固性的(甲基)丙烯酸系树脂的数均分子量为1000到20000。
16.根据权利要求13所述的粉末涂敷设备,其中所述热固性树脂是热固性的聚酯树脂。
17.根据权利要求16所述的粉末涂敷设备,其中所述热固性的聚酯树脂的酸值和羟值的总和为10mg KOH/g到250mg KOH/g。
18.根据权利要求13所述的粉末涂敷设备,其中相对于所有的粉末颗粒,所述热固性树脂的量为20重量%到99重量%。
19.根据权利要求1所述的粉末涂敷设备,其中所述粉末涂料包含二价到四价金属离子。
20.根据权利要求1所述的粉末涂敷设备,其中所述粉末涂料在其表面上包含无机颗粒。
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