CN1382074A - 将粉末涂料涂覆在非金属基材上的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种将粉末涂料涂覆在非金属基材如木质纤维素材料条如木条上的方法。用一种组合物浸渍基材或者将其涂覆在基材表面上,该组合物包括一种预催化的不饱和聚酯树脂,它含有一种用于该树脂的溶在一种非水溶剂或者与水混合或者分散于水中的一种潜在催化剂。经除去非水溶剂或者水后,将基材置于静电场或者流化床中,将粉末涂料组合物涂覆在其上。然后基材进行升温,使基材内或者基材表面上的聚酯树脂聚合和/或交联并固化粉末涂料组合物,形成粉末涂层。结果得到带有装饰性粉末涂层的产品,它们可以用作多种用途。

Description

将粉末涂料涂覆在非金属基材上的方法
技术背景
本发明涉及到一种将粉末涂料涂覆在非金属基材例如水泥粘结板上的方法。
粉末涂料主要用于在金属物件上涂覆装饰涂层。该涂料是在静电场中，通过将干的着色颗粒从摩擦或者静电激化的专用涂布器内喷向物件，颗粒通过静电力而被粘附到物件上。颗粒粘附到物件表面后，取决于静电场的静电力，颗粒连续不断地粘附，直到所需的涂层厚度，此后，任何多余的粉末将从物件上落下并可被回收。然后，该物件移动通过一升温到140℃-180℃温度的适当的炉子，或者在紫外灯存在时于较低温度下，使粉末颗粒熔融，流动，结合和固化，形成涂层。
粉末涂覆的优点是可对多种结构和表面进行修饰，涂层非常牢国，抗磨损，外用品级耐风蚀。另外，粉末涂覆法不用溶剂，由于粉末能回收并重复使用，所以几乎没有浪费。在物件上的涂层厚度可以精确地控制。再有，本方法特别适用于形状复杂的物件的涂覆。最后，粉末涂覆具有柔韧性和粘附特性，因此，在粉末涂覆后，平板之类的物件涂层可后形成弯曲和卷边。
一种粉末涂覆技术的要求是待涂覆的物件能够维持静电场，使粉末涂料组合物颗粒能粘附到物件上。对于不能保持静电场的物件，也可使之湿润，以使粉末涂料组合物颗粒能粘附到物件上。但是物件在炉内加热时，可能导致开始分解或者随被加热物件的聚结粉末膜中逸出的气体，而“起泡”。替代的方法是熔涂法，其中在粉末涂覆前，被涂覆物件要预热，例如在流化床中预热。
温莎技术有限公司的PCT专利申请(PCT/GB 97/01464(WO97/45591))描述了一种在木质纤维素条的材料上涂覆粉末涂料的方法。该方法包括用浸渍组合物浸渍物件的步骤，所述的浸渍组合物含有溶于适当非水溶剂中的二羧酸酐或者三羧酸酐，或者含有溶于适当非水溶剂中的异氰酸酯热固性树脂，或者两者结合使用。如果需要的话，从浸渍过的的材料条上除去多余的浸渍组合物，除去非水溶剂或其它溶剂。然后，将浸渍过的木质纤维素材料条置于静电场或者流化床中，涂覆上粉末涂料组合物，以使粉末涂料组合物粘附于其上。然后，将木质纤维素材料条升温，使木质纤维素材料条上的多种树脂聚合和/或者交联，使粉末涂料组合物固化，以形成粉末涂层。
该方法的缺点是释放出异氰酸酯热固性树脂与水或者纤维素之间的化学反应的副产物二氧化碳。
英国专利(第1,348,272号)教导了一种纸条的粉末涂覆法。虽然用石英或者金刚砂之类的抗磨损颗粒使之湿润，但是，由于水的存在，可产生静电吸引力。但是，在预涂覆的或后涂覆的热固性树脂固化前，必须干燥该材料。
DSM N.V.的欧洲专利(第636669号)教导了一种用于粉末油漆配方的照射可固化的粘合剂组合物。该粘合剂组合物含有一种聚合物，该聚合物的不饱和度为300-1800g/mol不饱和基团(WPU)之间，分子量Mn在800-6800之间，粘度在1dPas-800dPas之间，还含有一种具有乙烯基醚、乙烯基酯或者甲基丙烯酸脂功能基团的交联剂。该聚合物优选是不饱和聚酯和/或不饱和的聚丙烯酸脂。该粘合剂组合物可用于制备粉末油漆配方，该配方可用于热敏基材如木材和塑料，以及可用UV或者电子束辐射来固化。
需要一种将粉末涂料涂覆在非金属基材上的方法。
发明内容
本发明提供了一种将粉末涂料涂覆在非金属基材上的方法，该方法包括步骤：
(A)用含一种聚酯树脂的组合物浸渍基材或者涂覆到基材的表面上，所述的聚酯树脂选自：
(i)一种预催化不饱和聚酯树脂，它含有一种用于该树脂的溶在适合的非水溶剂中的潜催化剂；
(ii)预催化不饱和聚酯树脂；它含有一种用于该树脂与水混合或分散于水中的潜催化剂；
(B)除去非水溶剂或者水；
(C)将步骤(B)中得到的基材置于静电场或者流化床中，并将粉末涂料组合物涂覆在并粘附到基材上；和
(D)将步骤(C)得到的基材升温，使在基材表面上或者在基材内的聚酯树脂聚合和/或交联并固化粉末涂料组合物，以形成粉末涂层。
非金属基材可以是木质纤维素材料条，例如纸条、纸板和木板；纤维板如中密度纤维板、高密度纤维板；纤维增强的酚醛树脂；水泥产品如纤维水泥板或者水泥粘结的颗粒板，或者水泥多孔的无机复合产品等。
本发明方法包括多种选择步骤：
(E)步骤(B)后和步骤(C)之前的预热基材的步骤；或者
(F)步骤(B)后和(C)之前的将基材置于真空下的脱气步骤；或者
(G)步骤(B)后和(C)之前的预热基材、然后将基材置于真空下的脱湿和脱气步骤。
在步骤(A)中，组合物包括溶在适当溶剂中的二羧酸酐或者三羧酸酐，所述的溶剂例如是与聚合树脂中所使用的非水溶剂相同或者相容的非水溶剂或者水。
在步骤(A)中，组合物还包括溶在适当的非水溶剂中的苯乙烯聚合物，该非水溶剂与聚合树脂中所使用的非水溶剂相同或者相容。
具体的实施方式
本发明的关键是用聚酯树脂浸渍非金属基材或者涂覆在其表面上，用这样的方法改性产生了静电吸引力；使基材表面稳定、硬化和强化；在处理基材中的聚酯树脂将粉末涂层形成一种化学键合；发生的化学反应不排出气体；这有助于将粉末涂层成功涂覆在基材上。
本发明方法中的步骤(A)是用一种组合物浸渍基材或者将其涂覆在基材表面上，所述的组合物包括含有溶在非水溶剂中或者与水混合或者分散在水中的潜催化剂的预催化固化的聚酯树脂。
聚酯树脂可用任何适合的不饱和聚酯树脂。一个适合的树脂例子是间苯二甲酸新戊二醇不饱和聚酯树脂，它主要是开发用于耐化学品和耐水的应用场合。一个具体的例子是由南非NCS树脂公司生产的NCS超级树脂993，它是专门为线卷，船舶，游泳池和PVC层压板应用而设计的。这种树脂具有以下特性：
良好的抗沾污和抗热冲击性。
对包括碱性条件下的许多恶劣环境具有良好的耐热和耐化学品性。典型的液体特性
特性 说明 NCS测试方法
粘度(@25℃)，mPa.s  540-800  5.3
酸值，mg KOH/g  10-16  13
胶凝时间(@25℃)2phr*催化剂M和4phr*ACCELERATOR ULTRACURE AC9，分钟  7-11  8
液体表观 淡黄色  2
在黑暗中的稳定性@25℃，月 至少5  4.1
*＝每百份树脂的质量份数
另一种选择是，将一种硬聚酯树脂如硬间苯二甲酸树脂NCS33410和一种己二酸改性的不饱和聚酯树脂、特别是与间苯二甲酸树脂如南非NCS树脂公司的8130组合使用，以硬聚酯树脂的重量计，后者的添加量为50重量％的硬聚酯树脂，它使树脂更具有柔韧性。固化的8130的性质如下：
固化的POLYLITE 8130(未充填的铸件)的典型性质用过氧化苯甲酰催化和逐步固化至最终在121℃作最后固化2小时而制备。依据SATM D638-80，D790-80，D2240，ISOR75测试
肖氏D硬度 74
在负荷(1.80mPa)下，温度的偏差，℃ 产生
折断延伸率*，％ 50
抗拉强度，mPa 14
弯曲强度，mPa 产生
弯曲模量，mPa 产生
*过滤的树脂，无空隙铸件。
不饱和聚酯树脂必须是预催化的不饱和聚酯树脂。通常这种树脂是用溶于石油溶剂的、其量为包括树脂重量在内占0.25-1.5重量％的萘酸钴或者辛酸钴预催化固化。然后这种树脂用在60℃以上，特别在80℃以上的温度下分解和引发聚合的潜催化剂催化。一种适当潜催化剂的例子是在邻苯二甲酸三丁酯中的二叔丁基过氧-3，3，5-三甲基环己烷，例如Akzo Chemie的Triganox 29B 240或者Triganox 29B 50，和过氧化苯甲酰，例如过苯甲酸叔丁酯的配合物，由Interox以代码TBTB出售的和其它的潜催化剂。
不饱和聚酯树脂可溶于适合的非水溶剂。溶剂的选择取决于费用，毒性，蒸发速率和与组合物中其它成分的相容性。适合的非水溶剂的例子是二氯甲烷和丙酮。
或者，如果不饱和聚酯树脂是一种在水中可分散或易与水互溶的树脂时，在这种情况下水可作为溶剂。
以包括聚酯树脂的组合物的重量计，组合物优选含有15-40重量％聚酯树脂。组合物的其余部分由非水溶剂或者水组成；组合物还可含羧酸酐或者苯乙烯聚合物之类的其它组分，将在下面作更详细讨论；预催化固化剂和催化剂。催化剂优选为组合物重量的0.2-0.8重量％。
组合物还包括二羧酸酐，它选自马来酐，邻苯二甲酸酐，琥珀酸酐和四氢化邻苯二甲酸酐或者三羧酸酐如1，2，4-苯三酸酐，优选的羧酸酐是马来酐。
羧酸酐溶于一种合适的溶剂中，它必须与树脂所使用的溶剂相容的或溶于水。优选羧酸酐溶于与树脂所使用的溶剂相同的溶剂，例如二氯甲烷或者丙酮。
羧酸酐的目的是为了使处理的非金属基材具有最大静电吸引力。也选择与聚酯树脂具有相容性的羧酸酐，优选马来酐。它在二氯甲烷中的介电常数是0.97。
羧酸酐的优选用量为组合物重量的1-6重量％，更优选为组合物重量的1-4重量％。
组合物还包括苯乙烯聚合物，例如苯乙烯均聚物，共聚物或者三聚物。
因此，苯乙烯聚合物可以是均聚物如聚苯乙烯，或者共聚物例如苯乙烯丙烯腈的共聚物，或者苯乙烯聚丁二烯，或者三元共聚物，例如丙烯腈聚丁二烯苯乙烯，或者它们之间掺混物。
使用苯乙烯聚合物增强了处理后材料的抗水吸收性和抗水侵蚀性，使尺寸的改变、特别是由于干燥引起的皱缩减到最小，提高硬度。另外，使苯乙烯聚合物具有高的抗化学品性。
聚苯乙烯的均聚物本身非常硬。聚苯乙烯的比重1.05-1.07，在水中浸没24小时后，对水的吸收率在0.04-0.06％之间。苯乙烯与其它单体共聚产生抗磨损之类的特殊性质。再有，苯乙烯聚合物可溶于任何适合的非水溶剂，这些溶剂与聚酯树脂所用的溶剂相同或者相容。因此，苯乙烯聚合物可溶于二氯甲烷或者丙酮，或者溶于甲苯，以提高与聚酯树脂组合物的相容性。
苯乙烯聚合物的用量优选为组合物重量的1-5重量％。
基材可用任何适合的方法用组合物浸渍。浸渍方法的实例见专利PCT/GB 97/00440(WO 97/32074)和PCT/GB 97/01464(WO97/44591)，两者都引入本文作为参考。
例如，通过用组合物浸渍基材、或者将基材浸泡在组合物中进行浸渍。
作为替代的方法，可以用组合物简单地涂覆基材表面，也可以使用适合的方法，如喷涂。
在步骤(A)后，如果必要的话，将过量的组合物从浸渍基材或涂覆基材中除去。
在步骤(B)中，可以用电感应加热如红外线感应加热、或者任何适合的方法除去非水溶剂或者水。如果溶剂是非水溶剂，还可以回收、重新利用。
在步骤(B)后和步骤(C)之前，处理的基材将被预热或者置于真空中，或者预热后再置于真空中，其目的是使基材脱气和脱湿，减少在粉末涂料涂覆过程中形成气泡。
在本发明方法的步骤(C)中，基材置于静电场或者流化床中后，将粉末涂料组合物涂覆在其上。
一般来说，用于带摩擦生电或者静电方式的适当的荷电的涂布枪将细分散的预配制干粉状的粉末涂料组合物喷涂到基材的表面上，使粉末涂料组合物的颗粒粘附到基材的表面上。静电荷电的涂布枪优选如由Gema公司制造的Super Carona。没有粘附在基材表面上的粉末涂料组合物的任何颗粒将从基材上落下，并将其回收。
适当粉末的例子是对内部使用的聚氨酯或者环氧聚酯，对外部使用的是纯聚酯，它们分别用于光泽涂料、皮革涂料或消光涂料，或者用于织物涂料、锤纹涂料、闪光涂料、珠光涂料、皱纹漆和多色涂料。固化温度为在用紫外灯作光敏催化时，温度低到100℃，或为140℃-185℃的范围，固化5-15分钟。
在本发明方法的步骤(D)中，将基材升温，使基材中或者基材表面上的聚酯树脂聚合和/或者交联并固化粉末涂料组合物，形成粉末涂层。
例如，基材条通过一空间加热器，使基材的温度升至140℃以上，一般达到185℃。
优选的加热方式是用红外线进行表面加热。
在加热步骤结束时，粉末涂料组合物完全固化。
下面给出本发明的一个实施例。
用于浸渍一种基材的或涂覆该基材表面的涂料组合物的典型配方如下：
丙酮                                    350
用萘酸钴催化固化的NCS Ultraset 993      80
Triganox 29B50                          2
马来酐                                  12
总量                                    444
(所有的份按重量计)
用上述组合物浸渍中密度纤维板条基材，然后除去多余的组合物。此后，加热除去丙酮。
以后，处理过的基材用一种适当的粉末涂料组合物涂覆，该聚脂树脂和粉末涂料涂层然后固定并固化。
结果，带有装饰粉末涂料涂层的中密度纤维板条可用于墙壁部件或者橱房等的装饰材料。
本发明方法生产的产品包括屋顶板，建筑模板，用于层合到其它基材上的材料等。

Claims (15)

1.一种将粉末涂料涂覆在非金属基材上的方法，该方法包括步骤：
(A)含有一种聚酯树脂的组合物浸渍基材或者将其涂覆在基材表面上，所述的聚酯选自：
i.一种预催化不饱和聚酯树脂，它含有一种用于该树脂的溶在适合的非水溶剂中的潜催化剂；和
ii.一种预催化不饱和聚酯树脂，它含有一种用于该树脂的与水混合或者分散于水中的潜催化剂；
(B)除去非水溶剂或者水；
(C)将步骤(B)中得到的基材置于静电场或者流化床中，使粉末涂料组合物涂覆在并粘附到基材上；和
(D)将步骤(C)得到的基材升温，使在基材表面上或者在基材内的聚酯树脂聚合和/或交联并固化粉末涂料组合物，形成粉末涂层。
2.权利要求1的方法，其中非金属基材选自木质纤维素材料条，纤维板条和水泥产品。
3.权利要求1或者2的方法，包括步骤：
(E)步骤(B)后和步骤(C)之前，预热基材。
4.权利要求1或者2的方法，包括步骤：
(F)在步骤(B)后和(C)之前，将基材置于真空中。
5.权利要求1或者2的方法，包括步骤：
(G)在步骤(B)后和(C)之前，预热基材，然后将基材置于真空中。
6.权利要求1到5中任何一项的方法，其中在步骤(A)(i)中，非水溶剂选自二氯甲烷和丙酮。
7.权利要求1到6中任何一项的方法，其中在步骤(A)中，组合物含有的聚酯树脂的用量，以包括聚酯树脂在内的组合物的重量计，为15-40重量％。
8.权利要求7中的方法，其中在步骤(A)中，组合物含有的潜催化剂的用量，以包括潜催化剂在内的组合物重量计，0.2-0.8重量％。
9.权利要求1到8中的任何一项的方法，其中在步骤(A)中，组合物含有溶在溶剂中的一种二羧酸酐或三羧酸酐。
10.权利要求9的方法，其中溶剂选自与用于聚酯树脂的非水溶剂相同或者相容的非水溶剂，和水。
11.权利要求9或者10的方法，其中在步骤(A)中组合物含有二羧酸酐和三羧酸酐的用量，以包括羧酸酐在内的组合物重量计，为1-6重量％。
12.权利要求11的方法，其中在步骤(A)中组合物含有马来酐的用量，以包括马来酐在内的组合物重量计，为1-4重量％。
13.权利要求1到12中的任何一项的方法，其中在步骤(A)中，组合物含有溶于溶剂的苯乙烯聚合物。
14.权利要求13的方法，其中在步骤(A)中，组合物含有苯乙烯聚合物的用量，以包括苯乙烯聚合物在内的组合物重量计，为1-5重量％。
15.权利要求1到14中的任何一项的方法，其中在步骤(D)中，将基材升温到140℃以上足够的时间，以使在基材中或者基材表面上的聚酯树脂聚合和/或交联并固化粉末涂料组合物，形成粉末涂层。
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