CN1234781C - 抗静电粉末涂料组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

可用于制备抗静电涂层的粉末涂料组合物的混合物，其包括2.5～95wt.%的一种或多种非导电的热固性粉末材料和95～2.5wt.%的一种或多种导电的热固性粉末涂料材料。

Description

抗静电粉末涂料组合物及其应用
本发明涉及粉末涂料组合物，及其用于制备具有抗静电性能的涂敷表面和制备涂敷基底(coated substrate)的应用。
热固性粉末涂料在各种各样的应用中用作保护性或装饰面漆(finishes)。操作容易、发射低和废物材料产生量低是粉末涂料的主要优点。粉末涂料通常采用静电喷涂法来涂敷。粉末通过摩擦或电晕放电而带电，然后涂敷到基底上，并通过静电力粘着在基底上。将基底加热到粉末涂料软化点以上的温度。粉末涂料然后熔化并在基底上形成连续的膜。进一步加热后，就引发涂料组合物的交联反应。冷却后，得到耐久的、挠性的涂层。
在某些应用中，希望涂敷的表面具有低表面电阻来提供抗静电性能，甚至是导电性能。其实例有用在电子设备装配区中的设施、用在防爆区中的设施或设备、电子设备的集装箱或外壳等。在对静电放电敏感的设备进行操作的区域中，所使用材料的表面导电率的标准，例如可见于欧洲标准EN100 015～1或瑞典标准SP-Method2472。
按常规做法，抗静电或导电性能通过使用含有大量导电性添加剂的液体漆来获得，导电性添加剂如碳黑、特殊包核颜料(coatedpigment)或金属粉末。
曾多方努力来提高粉末涂料的导电率，以允许在上述区域中使用粉末涂料。例如，专利申请CN1099779描述了将导电性微粒如石墨、乙炔黑或氧化锌以较高的浓度加入到粉末涂料制剂中。这种方法的缺点是含有石墨或乙炔黑的涂料一般不能配制成浅颜色涂料。另一方面，大量浅颜色的填充物，如氧化锌，引起涂料的导电率的再现性不好。(参见“N.G.Schibrya et.al.”Antistaticdecorative coatings based on coating powder “Electron”，RussiaLakokras.Mater.Ikh Primen.(1996)(12)，第19～20页及其中引用的参考资料)。在这篇参考资料中，公开了具有大量金属粉末的导电性涂料。这样的粉末涂料组合物具有很大的比重，因此难于涂敷到基底上。另外，使用细金属粉末在粉末制造和使用期间增加安全风险。
德国专利申请DE-A-198 09 838要求保护加入导电性聚合物材料来提高粉末涂敷表面的导电率。同样，这些聚合物也具有黑色或深色，导致粉末涂料为深色。
在美国专利US 4,027,366中，描述了具有不同介电常数的粉末混合物的应用，其中一种粉末材料是导电性金属或非金属。US4,027,366的目的是一步制造出多层涂层。但其中未提及制备具有抗静电性能或涂敷表面低表面电阻的涂料。
因此，本发明的目的在于，提供涂敷基底表面具有低和可再现的表面电阻的粉末涂料，它可以制成不同的颜色，并易于涂敷，即使在涂层膜厚度不同的情况下也易于涂敷。
该目的由常规的、可能为有色的、非导电热固性粉末涂料材料与高导电热固性粉末涂料材料的混合物而实现。在本发明混合物中，导电与非导电性粉末涂料材料的比例可以为2.5～95和95～2.5之间。可以调整该比例以符合特殊应用中表面电阻的要求。一般，在混合物中较高百分数的导电性组分产生最后涂层较低的表面电阻。本发明的混合物产生具有小于1010Ω(欧姆)表面电阻的有色涂层，优选小于108Ω(欧姆)。对于要求表面抗静电性质的许多应用，这种表面电阻是足够低的。
本发明混合物中的非导电热固性粉末涂料材料可以为所有热固性粉末涂料组合物。该粉末可以是有色的或透明的，例如透明涂层(clear coat)。
可以采用的这些粉末组合物，例如为那些基于聚酯树脂、环氧树脂、聚酯/环氧混合树脂体系、(甲基)丙烯酸树脂、聚氨酯树脂的粉末组合物。用于粘合剂/固化剂体系的适合的交联树脂，例如为二-和/或多官能环氧化物、羧酸、双氰胺、酚醛树脂和/或氨基树脂，用量按平常用量。该组合物可以含有粉末涂料技术中的常规成分，如颜料和/或填充物和另外的添加剂。
合适的粉末涂料制剂，例如在D.A.Bates“The Science ofPowder Coating”Volume 1，Sita Technology，London，1990中有描述。用这样的粉末涂料材料涂敷的表面一般具有大于1010Ω(欧姆)的表面电阻。
本发明混合物的导电热固性粉末涂料组合物含有高浓度的无机或有机导电性填充物和/或颜料。这些填充物和/或颜料例如可以为碳黑、导电性聚合物材料或浅色无机颜料。如果采用碳黑或导电性聚合物材料，导电性粉末材料一般为黑色或深色。导电性聚合物材料例如为聚苯胺(polyaniline)、聚吡咯(polypyrole)、聚噻吩或它们的衍生物。对于浅色导电性粉末涂料，可以用金属氧化物、非金属氧化物、带导电性涂层的硫酸钡或钛酸钾、掺杂二氧化锡、掺杂氧化锌(例如用铝、镓、锑、铋掺杂)或特殊无机颜料。这些特殊无机颜料的实例是金属氧化物涂敷的云母片晶，如氧化锌涂敷的云母、掺锑氧化锡涂敷的云母，在R.Vogt等的“Bright conductivepigments with layer substrate struoture”(European CoatingsJournal，第706页，1997)中举出了这些实例。由于经济上的缘故，优选采用碳黑作为导电性填充物。可用于本发明混合物的导电性粉末涂料材料含有1～20wt.％之间的导电性填充物和/或颜料，优选含有2～10wt.％之间的导电性填充物和/或颜料。也可采用不同导电性填充物和/或颜料的混合物来配制导电性粉末涂料材料。一般而言，由导电性粉末涂料而不加入非导电性粉末所制备的涂层，应该具有小于106Ω(欧姆)的表面电阻，或至少比本发明混合物涂敷的表面所希望的表面电阻小10倍。这意味着，如果与非导电性粉末的混合物具有小于108Ω的表面电阻，则导电性成分必须具有例如小于107Ω的表面电阻。
导电性粉末材料的粘合剂/固化剂体系可以与本发明混合物中非导电性粉末材料的粘合剂/固化剂体系相同或不同。对于光面面层(smooth finish)，优选在混合物的导电性和非导电性粉末材料中使用相同的粘合剂/固化剂体系。
如果采用浅色导电性颜料或填充物来产生均一的涂料颜色，则可使粉末混合物的非导电性材料的颜色和导电性粉末的颜色相配。然而，也可能并优选采用与具有不同颜色如白色、灰色、红色或黄色的非导电性粉末结合的黑色导电性粉末。因为人的肉眼将或多或少地看见各颜色的粉末，所以这样的混合物将制成具有点缀效果(sprinkle effect)的涂料。这样的涂料产生适宜许多应用的有吸引力的面层(finishes)。
本发明混合物所需要的导电和非导电热固性粉末涂料材料可以采用已知的粉末涂料制造技术来制备，例如已知的挤出/碾磨技术、喷涂法(spay processes)例如由超临界溶液的喷涂法、熔体雾化法(melt atomisation)或悬浮/分散法例如非水分散法。
适用于本发明混合物的粉末材料具有例如10～100μm的平均粒度，优选15～50μm的平均粒度。导电性和非导电性粉末材料可以具有相同的平均粒度和相同的粒度分布。也可混合具有不同平均粒度或不同粒度分布的粉末材料。对于本发明混合物的所有成分，优选具有相似的粒度分布。对于该混合物，也优选选择具有相似比重的粉末材料。
本发明的混合物可以采用生产均相粉末混合物的标准混合设备来制备，如滚筒混合机、高剪切旋转叶片混合机或连续混合机。也可在稍高温度下采用特殊混合机，所述稍高温度通常用来使颜料与粉末涂料粘合。如果采用这样的混合机，不同的粉末材料至少是部分彼此粘合，这可能有利于某些应用。
本发明的混合物可以采用已知的粉末涂敷技术，例如使用电晕或摩擦起电的静电喷涂法，将其涂敷到不同的基底上，如金属、塑料、木材或木材复合物上。也可能以水分散体或粉末浆料的形式来涂敷粉末混合物。
然后通过适宜的方法将基底加热到使粉末涂料流平和固化的温度。熔化和固化所要求的温度和时间将依赖于粉末涂料制剂中使用的粘合剂/固化剂体系而定。典型的条件是，例如，如果采用对流加热炉加热基底，在160℃温度下保持20分钟。如果采用红外或近红外(NIR)辐射来使粉末涂料熔化和固化，在更加短的时间段完成粉末涂料熔化和固化。也可配制可以使用UV-辐射来固化的粉末涂料。在这种情况下，优选粉末混合物的导电性和非导电性材料两者都使用UV-辐射来固化。
固化后，涂层的典型膜厚度例如在20～150μm之间。本发明的特别优点是，涂层的表面电阻对膜厚度不敏感，这一点在许多不能避免膜厚度变化的应用中十分关键。一般而言，涂层厚度优选在50～100μm之间。
本发明的粉末涂料提供不同颜色的表面，该表面具有有吸引力的光面面层和低的、可再现的表面电阻，适用作抗静电涂层。光泽度可以通过已知的粉末涂料技术来调整。
下面实施例进一步说明本发明：
涂层的表面电阻采用由3M提供的“静电控制表面试验设备”(“Test Kit for Static Control Surface”)来测定，该试验设备符合标准EOS/ESD-S4.1-1990的要求。
导电性粉末涂料的制备
实施例1
由16wt.-％环氧树脂、42wt.-％聚酯树脂、37wt.-％硫酸钡、3.5wt.-％的碳黑和1.5wt.-％流动剂和脱气剂组成的混合物均匀混合，并在110和140℃之间的温度下挤出。将挤出物碾磨成38μm平均粒度的黑色细粉。
采用静电喷涂使粉末材料涂敷到钢板上，然后在200℃下固化10分钟。得到的涂层，在100V下测定其具有104～105Ω(欧姆)的表面电阻，并具有90μm的涂层厚度。
本发明的混合物
实施例2
来自实施例1的导电性粉末材料与商品蓝色的聚酯/环氧混合粉末按20/80(重量比重量)的比例，在滚筒混合机中均匀混合。所得到的混合物采用静电喷涂将其涂敷到钢板上，然后在200℃下固化10分钟。得到黑色点缀的蓝色光面面层，当在100V下测定时具有105～106Ω(欧姆)的表面电阻，并具有90μm的涂层厚度。
实施例3
来自实施例1的导电性粉末材料与商品红色的聚酯/环氧混合粉末按30/70(重量比重量)的比例，在滚筒混合机中均匀混合。所得到的混合物采用静电喷涂将其涂敷到钢板上，然后在200℃下固化10分钟。得到黑色点缀的红色光面面层，当在100V下测定时具有105～106Ω(欧姆)的表面电阻，并具有60μm和100μm的涂层厚度。

Claims (9)

1.粉末涂料组合物的混合物，含有：
2. 5～95wt.％的一种或多种非导电的热固性粉末涂料组合物，和95～2.5wt.％的一种或多种导电的热固性粉末涂料组合物，该混合物使涂敷基底的表面电阻小于1010欧姆。
2.根据权利要求1的混合物，其特征是，非导电的热固性粉末涂料组合物使涂敷基底的表面电阻大于1010欧姆。
3.根据权利要求1或2的混合物，其特征是，导电的热固性粉末涂料组合物含有1～20wt.％的导电性填充物和/或颜料。
4.根据权利要求1或2的混合物，其特征是，导电的热固性粉末涂料组合物含有炭黑、导电性聚合物材料和/或导电性浅色无机颜料作为导电性填充物和/或颜料。
5.根据权利要求1或2的混合物，其特征是，导电的热固性粉末涂料组合物使涂敷基底的表面电阻小于106欧姆。
6.根据权利要求1或2的混合物，其特征是，所述混合物采用近红外辐射或UV-辐射固化。
7.权利要求1～6中任一权利要求所述的混合物的应用，用于制备具有抗静电性能的涂料。
8.涂敷基底，其中涂层由权利要求1～6中任一权利要求所述的混合物制得。
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