CN1203924C - 用于粉末油漆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于基质(5)，特别是热敏性基质如木材、木纤维材料、塑料、橡胶、纺织材料、纸张或卡片的粉末油漆的方法，其中将放热反应粉末作为底层(6)涂覆在基质(5)未经涂覆的表面上，并且其中粉末借助于至少含有近红外线和/或短波红外线射线成分的红外线辐射穿透性地加热到交联温度，并使之硬化，或者穿透性地加热到胶凝温度，并在一后续工步中完成交联和硬化。为了产生红外线辐射特别地将卤化灯(7)与一反射器(8)相组合，以使发射的射线向基质方向辐射。卤化灯这样地工作，使得发射射线的辐射通量密度最大值处于近红外线范围内。

Description

用于粉末油漆的方法

本发明涉及用于基质，特别是对温度敏感的基质，如木材、木质纤维、塑料、橡胶、纺织材料、纸张或卡片的粉末油漆的方法。其次本发明还涉及采用卤化灯用以进行粉末油漆。

在粉末油漆的交联和硬化时决定性地取决于尽可能均匀和快速地加热到硬化温度。只有这样粉末油漆溶液才能达到最小的粘度，而不致由于交联反应在铺展时便已经受到明显的阻碍，这会由于粉末未最佳地铺展而导致表面不平。

已知一种用于交联放热反应粉末的方法，用这种方法时必要的硬化温度通过多级的能量传递达到。首先通过红外线辐射或对流地加热粉末涂层表面。然后先通过热传导过程在粉末层内直到基质边界层为止进行均匀加热。那里，特别是在金属基底时，能量通过较高的导热性非常迅速地输入基质。只有在基质几乎完全热透时边界层才能达到必要的交联温度。在这种已知方法中对于涂层的热透只有涂层表面和基质之间的温度梯度是主动的过程参数。为了确保均匀地交联和无可挑剔地附着在基质上，加热时间需要许多分钟。

粉末油漆交联和硬化的温度常常在120℃到300℃之间。由于这样高的温度按照这种已知方法温度敏感的基质不能或者只能在一定的限制下粉末涂层。

还知道一种用来使基质上的放热反应粉末涂层交联和硬化的方法，用这种方法时在涂覆放热反应粉末之前在基质表面上先涂上一层衬底。衬底例如由水溶漆组成。特别是在木质或木质纤维材料基质时衬底用来弥补基质表面的不均匀性，使得可以形成湿度阻挡层，并使放热反应粉末可以附着。接着粉末可以通过电磁波，特别是中波红外线辐射交联并硬化。在这种已知方法时衬底也形成一种导热阻挡层，它在粉末层内进行交联反应时防止热量传递到基质中去。特别是在温度敏感基质时只有这样才能进行粉末油漆。但当这种已知方法在用到那种交联温度仅仅略高于基质损坏温度的放热反应粉末上时受到限制。

此外，在包含或容纳湿度的基质，特别是木材或木质纤维材料时，已知方法存在这样的问题，一方面希望基质含有少量湿度，另一方面这妨碍均匀粉末油漆的涂覆。在基质内的湿度一方面可以通过静电电荷使放热反应的粉末沉积在荷电表面上。另一方面在接着的交联和硬化反应时基质中的湿度蒸发，因为由于长的反应时间在温度超过蒸发温度时基质至少在其表面加热到蒸发温度。因此在表面上，在粉末已经交联的情况下形成气泡，这导致不规则的油漆层。这里衬底层也无济于事，因为它不能形成长期有效的导热阻挡层，同时因为蒸发温度大多大大低于放热反应粉末的交联和硬化温度。此外，例如在由水溶漆组成的衬底时，必须等到衬底完全干燥以后才能在衬底上涂粉末油漆层。

其次在已知方法中存在这样的困难，由于粉末层加热较小的深度效果(Tiefwirkung)只有在很长的加热时间以后才能建立粉末层和基质表面或者衬底之间的熔接。

本发明的目的在于：提供一种用于基质，特别是温度敏感的基质，如木材、木纤维材料、塑料、橡胶、纺织材料、纸张和卡片的粉末油漆的方法，它允许基质未经涂覆的表面的粉末油漆，而对基质没有损害，并造成均匀的、完全交联的和很好附着的油漆层。

这个目的通过具有权利要求1特征的方法来解决。改进结构是从属权利要求的内容。

在按本发明的用于粉末油漆的方法中一个主要的想法是，对于交联必要的能量有目的地和穿透整个粉末层厚度地输入作为底层涂在基质未经涂覆过的表面上的粉末量中。胶凝或交联能量以辐射能的形式输入底层并在那里被吸收。这里所用的射线至少具有近和/或短波红外射线成份。尤其是粉末层和基质表面通过近红外射线(NIR-射线)均匀地和在几秒钟之内加热到所要求的胶凝或交联温度。近红外线理解为在可见范围和1.2微米波长之间的电磁辐射波长区域。短波红外线理解为1.2微米和2微米波长之间的波长区域。

按照本发明通过红外辐射使放热反应粉末既可以加热到交联温度并使之硬化，也可以加热到胶凝温度，并只是在较后的工步中完全交联和硬化。在后一种情况下通过胶凝形成粉末材料的结合，而没有完全交联或硬化成油漆层。

借助于红外辐射，特别是NIR辐射将能量有目的地、尤其是均匀地分散施加到底层的整个厚度上与已知方法相比明显地加快了粉末颗粒的结合或交联过程，在已知方法中基本上是由于热传导将能量传入底层深处。因此也提供了结合或交联过程突出的可控性，特别是因为通过对辐射通量密度、辐射能频谱分布和/或辐射持续时间的控制可以准确地控制所希望的过程进展。如果上述过程参数调整到适应于放热反应粉末的吸收性能，基质表面的反射性能和基质的导热性，那么是有利的。

其次通过底层迅速穿透的加热保证良好地附着在基质表面上。

最好在已经硬化或预胶凝的底层上涂上第二层放热反应粉末，并借助于红外辐射使整个还未完全交联的涂层交联和硬化。在本方法的一种改进方案中在底层硬化或胶凝以后将它冷却到胶凝或硬化温度以下，最好是通过流向表面或沿表面流动的压缩空气。在一种可供选择的结构中第二层在硬化或预胶凝以后立即涂覆。

通过以其涂覆和硬化而结束油漆过程的第二层可以产生均匀的油漆表面，它符合最高的质量要求。特别是通过第二层弥补了底层的不规则性，由此例如可以达到完全均匀的光亮或无光泽的油漆表面。与已知的用UV(紫外线)粉末油漆的粉末油漆不同不管是用第一还是第二(层)都可以达到无光泽的粉末油漆表面。与其衬底层和第二层是由不同材料的粉末形成的油漆层的方法不同，特别是在对于底层和第二层采用同一种类的粉末时可以形成特别均匀和在整个油漆深度上均匀地交联的油漆层。因此这种粉末涂层系统的优点特别在于油漆的牢固性、耐磨性和耐化学性。

用按本发明方法的两层方案特别是可以高质量地粉末油漆像木材和含木质纤维材料(简称：木纤维材料)这样的基质。一方面可以通过上述的对交联和硬化过程的有目的的控制，防止湿度气泡在油漆层内产生不规则性。另一方面克服粉末颗粒在未经涂覆的、至少部分由木纤维形成的表面上不均匀附着的问题。通过底层形成一附着层，它在一般情况下还具有不规则表面，或者甚至由单独的、相互不连接的岛状漆斑组成。而在底层硬化或预胶凝以后对于第二层形成好得多的起始条件。附着得到改善，因此通常在涂覆第二层粉末时涂上更多的材料，然后在整个还没有交联或只是部分交联的涂层材料接着的交联和硬化过程中涂层材料演变成一个均匀的油漆层。

粉末形底层和/或第二层照射到胶凝或硬化的时间最好各自不超过12秒、特别是不超过8秒。但是在涂覆第二层以后通过一直侵入底层的射线仍然继续进入底层的照射，因此底层总的照射时间可能长于12秒或8秒。

特别是为了进一步增加过程进展的可控性，在本方法的一种改进方案中通过高温计测量放热反应粉末的表面温度，并通过控制红外线辐射的射线流密度进行调节。从而可以使粉末涂层按确定的时间温度曲线进行，例如以陡峭的温度上升和在接着的阶段内温度不随时间变化，以便使交联过程在刚刚高于最小交联温度的情况下进行直至完全硬化。

为了产生红外线辐射优选采用具有高于2500K辐射温度的高功率卤化灯。这类辐射源产生具有很高辐射通量密度的电磁辐射，它特别是允许在几秒钟之内达到交联温度。在卤化灯内最好采用具有小质量的发光体，特别是灯丝，使得可以反应迅速地控制辐射通量密度。在一种优选的结构中卤化灯与一种用来向基质方向反射发射的射线的反射器相组合，卤化灯这样地工作，使得发射射线辐射通量密度的最大值处于近红外线范围中。发光体的表面温度可以调整到3500K的数值。优选采用直线形卤化灯和沟槽形的椭圆或抛物体反射器的组合。

基质，特别是由塑料组成的基质未经涂覆的表面适宜于经过一次预处理，以改善对于放热反应粉末静电附着体的导电能力。其中在一种特殊结构中基质表面上涂上导电液体。

特别是对于含有或容纳湿度的基质的粉末油漆通过涂覆底层以前基质的干燥和/或润湿产生一定的含湿量。从而可以达到特别均匀的粉末油漆涂层，并可以在一定限度内改变过程参数，而不降低涂层质量。

作为使用粉末前的，特别是唯一的预处理的干燥潮湿的基质，例如木材或木质复合材料，最好用等于或高于对于交联过程本身所必需的能量输入照射基质表面，特别是通过NIR-辐射。通过这种能量输入达到超过粉末体系熔点的表面温度。然后接着在基质表面上涂覆放热反应粉末作为底层。放热反应粉末立即熔化，并在必要情况下通过继续照射完全交联。通过基质表面的预处理在涂饰粉末过程中涂覆效率提高几倍。同时防止在固有的交联过程中沉积在基质表面上的湿度逸出，这种湿度会影响均匀薄膜的形成。

现在借助于附图对本发明的实施例加以说明。但是本发明并不局限于这些实施例。附图的各个图形表示：

图1带有两个粉末油漆层的中密度纤维板(MDF)，和

图2用于交联一塑料基质环形封闭表面上的粉未油漆的装置。

图1中所示的基质由中密度纤维板(MDF)1组成，它用一由放热反应粉末组成的底层和一同样由放热反应粉末组成的第二层涂覆。为此MDF1在不需涂覆的一侧上接地，并用摩擦-方法将第一油漆层2的放热反应粉末涂覆在未经涂覆的MDF1表面上。接着底层借助于来自一其辐射通量密度最大值在约1微米波长内的辐射源的红外线辐射照射5秒钟，直至粉末的温度升高到胶凝温度。这个在第一油漆层2整个厚度上大致均匀的温度保持大约1秒钟。接着中断照射过程。

在胶凝过程期间基质只是在其表面上并且只是略微加热，因此结合在MDF1内的水不在表面处逸出，并且不影响油漆层的均匀性。

在冷却以后MDF1在未经涂层的一侧上接地，并通过摩擦-方法将用于第二油漆层3的放热反应粉末涂覆在第一油漆层2的表面上。接着第一2和第二3油漆层用红外线射线在具有波长约1微米的辐射通量密度最大值的条件下照射约6秒钟，直至到达交联温度。通过用较小辐射通量密度继续照射约3秒多钟继续进行交联反应直至两个油漆层完全硬化。然后中断照射并等待几秒钟直至油漆层冷却到明显地低于交联温度为止。即使通过第二次照射过程也不形成蒸汽或气体气泡，这种气泡可能导致油漆层的不均匀性。

在另一些试验中未画出的具有表面结构的MDF在干燥性预处理后立即通过NIR-照射涂层。这里在单层粉末涂层时本身也实现了具有均匀厚度和光滑表面的油漆层。

图2中表示一由塑料组成的空心圆柱体5，它们被总共3个卤化-电子管辐射器(Roehrenstrahlern)7照射。空心圆柱体5例如由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)组成。对于其外圆柱表面的粉末油漆涂层例如像对于MDF一样采用聚酯树脂粉末、环氧化物粉末或环氧化物/聚酯粉末。

在图2的图示中可以看到卤化-电子管辐射器7和一个与它组合的反射器8。通过反射器的几何形状保证在空心圆柱体5的整个长度上均匀的照射。在图2的反射器布局的一种变型方案中卤化-电子管辐射器和反射器的沟槽形轮廓大致平行于空心圆柱体的旋转轴延伸。

空心圆柱体5具有由放热反应粉末组成的油漆层6。为了涂覆油漆层6空心圆柱体5的表面首先用异丙醇喷涂。接着将异丙醇层接地并涂覆放热反应粉末。接着开始用来自卤化-电子管辐射器7的红外线射线照射，这时空心圆柱体5以约每6秒钟1转的旋转频率旋转。在本方法的一种变型方案中空心圆柱体5以更高的旋转频率，特别是以每秒钟5转的旋转频率旋转。在约6秒钟后中止照射。这时油漆层6完全交联和硬化。在空心圆柱体5上涂覆第二个油漆层是不必要的，因为第一油漆层已经显示出均匀和调和的外观。

图2中的卤化-电子管辐射器7具有在石英玻璃管11内的小质量发光灯丝10。发光灯丝10的两端分别通过正面流动的压缩空气冷却，以提高卤化-电子管辐射器7的使用寿命。反射器8同样借助于压缩空气或液体冷却，以造成对于由卤化-电子管辐射器7发射出来的射线的反射保持相同的条件。

用按本发明的方法对一种基质进行粉末油漆与已知方法相比在粉末油漆层的交联和硬化方面可以达到节拍时间的明显缩短。此外粉末油漆层可以在热敏性基质上交联。在应用反射器的情况下的聚焦设计允许有目的的、与基质的几何形状相匹配的照射。因此既可以在基质或涂层表面的整个长度上又可以在涂层的整个深度或厚度上造成均匀的能量输入。此外在应用具有小的发光体惯性的卤化灯时交联过程可以时间准确地加以控制，使得其交联温度高于热敏性基质损坏温度的粉末油漆本身可以被焙烧。

                      图形标记表

1   MDF(中密度板)

2   第一油漆层

3   第二油漆层

5   空心圆柱体

6   油漆层

7   卤化-电子管辐射器

8   反射器

9   旋转轴线

10  灯丝

11  石英玻璃管

Claims (11)

1.用于基质(1，5)的粉末油漆的方法，其中将对热反应的粉末作为底层(2，6)涂覆在基质(1，5)未经涂覆的表面上，并且粉末借助于至少具有近红外和/或短波红外线射线成分的红外线辐射完全加热到交联温度，并使之硬化，或者完全加热到胶凝温度，并只有在一步随后的工步中完全交联和硬化，其中粉末底层(2，6)被辐射照射不超过12秒钟。

2.按权利要求1的方法，

其中在已经硬化或预胶凝的底层(2)上涂覆第二层放热反应粉末，并且整个尚未完成交联的涂层借助于红外线辐射交联和硬化。

3.按权利要求2的方法，

其中在底层(2)硬化或胶凝以后将它冷却到硬化温度或胶凝温度以下。

4.按权利要求1至3之任一项的方法，

其中粉末底层(2，6)或第二层(3)分别被辐射照射不超过8秒钟，直至胶凝或硬化。

5.按权利要求1至4之任一项的方法，

其中借助于一高温计测量放热反应粉末的表面温度，并通过控制红外线辐射的辐射通量密度加以调节。

6.按权利要求1至5之任一项的方法，

其中为了产生红外线辐射采用至少一只辐射温度为2500K以上的高功率卤化灯(7)。

7.按权利要求1至6之任一项的方法，

其中基质(5)未经涂覆的表面进行一次预处理以改善对于放热反应粉末的附着力。

8.按权利要求1至7之任一项的方法，

为了包含或吸收湿度的基质(1)的粉末油漆，通过在涂覆底层以前的基质的干燥和/或加湿使它产生一定的含湿量。

9.按权利要求8的方法，

其中为了使包含湿度的基质干燥，对基质表面用等于或高于对于交联所必须的能输入照射。

10.按权利要求9的方法，

其中基质表面通过照射加热到超过放热反应粉末熔化温度的温度，使得至少一部分放热反应粉末在涂覆到基质表面上以后立即熔化。

11.按权利要求1至10之任一项的方法，

其中采用一卤化灯，卤化灯(7)与一反射器(8)相组合，以使发射的射线向基质(1，5)方向反射，并且其中卤化灯(7)这样地工作，使得发射的射线的辐射通量密度最大值处于近红外线范围内。