DE112020005027T5

DE112020005027T5 - Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzungen, beschichtete metallsubstrate und verfahren

Info

Publication number: DE112020005027T5
Application number: DE112020005027.0T
Authority: DE
Inventors: Richard D. Joslin; Charles I. Skullman; Joseph DeSousa
Original assignee: Swimc LLC
Current assignee: Swimc LLC
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2022-07-21
Also published as: CA3157105A1; EP4058210A4; US11834585B2; KR20220099551A; WO2021097308A1; US20210147692A1; US11248127B2; US20220228006A1; EP4058210A1; BR112022009184A2; MX2022005647A; JP2023502607A; CN114667327A

Abstract

Pulverbeschichtungszusammensetzungen, insbesondere Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzungen, beschichtete Metallsubstrate und Verfahren; wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzungen Pulverpolymerteilchen einschließen, die ein Polymer mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 2.000 Dalton umfassen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer aufweisen; und vorzugsweise ein oder mehrere Ladungssteuermittel, die mit den Pulverpolymerteilchen in Kontakt stehen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/935,404 , eingereicht am 14. November 2019, und der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 63/056,472 , eingereicht am 24. Juli 2020, die beide durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen sind.
HINTERGRUND
Es wurde eine große Vielfalt von flüssigen aufgebrachten Beschichtungszusammensetzungen verwendet, um gehärtete Beschichtungen auf den Oberflächen von Metallverpackungsartikeln (z. B. Lebensmittel- und Getränkedosen, Metallverschlüssen) bereitzustellen. Zum Beispiel werden Metalldosen manchmal mit flüssigen Beschichtungszusammensetzungen unter Verwendung von „Spulenbeschichtung“ oder „Blechbeschichtung“ beschichtet, d. h. eine planare Spule oder ein Blech eines geeignetes Substrats (z. B. Stahl- oder Aluminiummetall) wird mit einer geeigneten flüssigen Beschichtungszusammensetzung beschichtet, die anschließend gehärtet (z. B. ausgehärtet) wird. Das beschichtete Substrat wird dann zu dem Dosenende oder den Dosenkörper gebildet. Alternativ können flüssige Beschichtungszusammensetzungen (z. B. durch Sprühen, Tauchen, Walzen usw.) auf den gebildeten Artikel aufgebracht und dann gehärtet (z. B. ausgehärtet) werden, um eine durchgängige Beschichtung zu bilden.
Metallverpackungsbeschichtungen sollten vorzugsweise in der Lage sein, ein Aufbringung mit hoher Geschwindigkeit auf das Substrat anzuwenden und die erforderlichen Eigenschaften nach dem Aushärten bereitzustellen, um in dieser anspruchsvollen Endnutzung zu funktionieren. Zum Beispiel sollte die gehärtete Beschichtung vorzugsweise sicher für einen Lebensmittelkontakt sein, nicht nachteilig den Geschmack des verpackten Lebensmittel- oder Getränkeprodukts beeinträchtigen, eine ausgezeichnete Haftung auf dem Substrat aufweisen, Fleckenbildung und anderen Beschichtungsfehlern wie etwa „Aufplatzen“, „Verfärbung“ und/oder „Blasenbildung“ widerstehen und der Verschlechterung über lange Zeiträume widerstehen, selbst wenn sie rauen Umgebungen ausgesetzt wird. Darüber hinaus sollte die gehärtete Beschichtung im Allgemeinen in der Lage sein, eine geeignete Filmintegrität während der Herstellung aufrechtzuerhalten und den Verarbeitungsbedingungen zu widerstehen, denen die Dose während der Produktverpackung ausgesetzt sein kann. Die gehärtete Beschichtung sollte im Allgemeinen auch in der Lage sein, routinemäßige Dosen-Fallereignisse zu überleben (z. B. aus einem Lagerregal), in dem das darunter liegende Metallsubstrat eingedrückt wird, ohne dass es zur Bruchbildung oder Rissbildung kommt.
Flüssige Verpackungsbeschichtungen erfüllen heute weitgehend die Bedürfnisse des starren Metallverpackungsmarktes, aber es gibt einige erhebliche Nachteile, die mit ihrer Verwendung verbunden sind. Flüssige Beschichtungen enthalten große Mengen an Wasser und/oder organischen Lösungsmitteln, die zu den Transportkosten beitragen. Dann muss, wenn die flüssige Beschichtungszusammensetzung aufgebracht wird, eine signifikante Energiemenge aufgewendet werden, oft in Form von brennbaren fossilen Brennstoffen, um das Wasser oder Lösungsmittel während des Beschichtungshärteprozesses zu entfernen. Sobald organisches Lösungsmittel aus dem Härtungsfilm getrieben wird, trägt es entweder zur Erzeugung von flüchtigen organischen Bestandteilen (VOC) bei, oder es muss durch große, energieverbrauchende, thermische Oxidationsmittel gemildert werden. Zusätzlich können diese Prozesse signifikante Mengen an Kohlendioxid emittieren.
Eine Alternative zu herkömmlichen flüssigen Verpackungsbeschichtungen ist die Verwendung von Laminatbeschichtungen. In diesem Prozess wird ein laminierter oder extrudierter Kunststofffilm über einen Erwärmungsschritt an das Metall angeheftet. Das Produkt ist ein beschichtetes Metallsubstrat, das dann verwendet werden kann, um verschiedene Lebensmittel- und Getränkedosenteile zu produzieren. Der zur Herstellung von Laminatfilmen erforderliche Prozess ist nur mit einer begrenzten Anzahl von thermoplastischen Materialien kompatibel (z. B. müssen die Materialien die Zugfestigkeit aufweisen, die erforderlich ist, um in dünne Filme gestreckt zu werden). Es gibt auch eine Grenze für das Ausmaß, auf die solche Filme gestreckt werden können, was beschränkt, wie dünn die Endbeschichtung auf das Substrat aufgebracht werden kann. Es kann auch eine signifikante Kapitalinvestition erforderlich sein, die für die Nachrüstung einer vorhandenen Dosen-Herstellungslinie erforderlich ist, um laminierten Stahl oder laminiertes Aluminium aufzunehmen.
Eine andere Alternative, die Pulverbeschichtung, hat einen schmalen Nutzen in starren Metallverpackungen erlebt (z. B. gepulverte Seitenschweißnähte für geschweißte Dosenkörper). Ihre Verwendung ist jedoch begrenzt, da die relativ große Teilchengröße von traditionell gemahlenen Pulvern (größer als 30 Mikrometer) nicht der geringen Filmdicke zugänglich ist, die für Verpackungsbeschichtungen erforderlich ist (in der Regel weniger als 10 Mikrometer).
Obwohl kleinere Teilchen (z. B. 5 Mikrometer) unter Verwendung von Schleif-/Mahltechniken gebildet werden können, werden die niedrigen Molekulargewichte dieser Polymermaterialien (eine Einschränkung der Eigenschaften, die für ein solches intensives Schleifen erforderlich sind) nicht als zugänglich angesehen, um Filme mit den Leistungsstandards zu bilden, die für Metallverpackungsbeschichtungen erforderlich sind, die in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie benötigt werden. Zum Beispiel offenbaren US-Patent Nr. 7,481,884 (Stelter et al.) und US-Patent Nr. 6,342,273 (Handel et al.) Verfahren zum Aufbringen von Pulverbeschichtungen auf ein Substrat, wobei die Pulverteilchen durch Schleifen/Mahlen gebildet werden.
Es gibt Verfahren zur Herstellung feinerer Teilchengrößen abgesehen von einem mechanischen Verfahren wie etwa Schleifen (d. h. chemisch hergestellte Pulver), aber die traditionelle Pulveranwendung solcher feinen Pulver führt häufig zu inkonsistenten oder anderweitig niederwertigen Filmen.
Es wird eine verbesserte Beschichtungszusammensetzung für starre Metallverpackungsanwendungen benötigt, welche die vorstehenden Nachteile überwindet, die mit herkömmlichen flüssigen, pulverförmigen und laminierten Verpackungszusammensetzungen verbunden sind.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Erfindung stellt Pulverbeschichtungszusammensetzungen, insbesondere Metallverpackungen (z. B. einen Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose), einen Abschnitt davon oder einen Metallverschluss) Pulverbeschichtungszusammensetzungen, beschichtete Metallsubstrate und Verfahren - Verfahren zum Herstellen einer Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung, Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats und Verfahren zum Herstellen eines Metallverpackungsbehälters (z. B. einer Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosoldose), eines Abschnitt davon oder einen Metallverschluss für einen Behälter bereit.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung bereit, umfassend: Pulverpolymerteilchen, die ein Polymer mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 2.000 Dalton umfassen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer aufweisen; und vorzugsweise ein oder mehrere Ladungssteuermittel, die mit den Pulverpolymerteilchen in Kontakt stehen.
Die Pulverpolymerteilchen werden vorzugsweise chemisch hergestellt. Vorzugsweise werden die Pulverpolymerteilchen nicht mechanisch hergestellt, z. B. gemahlene Polymerteilchen oder Polymerteilchen, die aus anderen ähnlichen Frakturierungs- oder Pulverisierungsprozessen gebildet werden. Mehr bevorzugt sind die Pulverpolymerteilchen sprühgetrocknete Pulverteilchen.
Die Pulverpolymerteilchen weisen vorzugsweise einen Formfaktor von 100-140 (z. B. kugelförmig und kartoffelförmig geformt) und mehr bevorzugt 120-140 (z. B. kartoffelförmig geformt) auf. Die Pulverbeschichtungszusammensetzung schließt vorzugsweise mindestens 50 Gewichtsprozent (Gew.-%), mehr bevorzugt mindestens 60 Gew.-%, noch mehr bevorzugt mindestens 70 Gew.-%, immer noch mehr bevorzugt mindestens 80 Gew.-% und am meisten bevorzugt mindestens 90 Gew.-% der Pulverpolymerteilchen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, ein.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Herstellen einer Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung bereit, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen von Pulverpolymerteilchen, die ein Polymer mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 2.000 Dalton umfassen; wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer aufweisen; und optional Aufbringen eines oder mehrerer Ladungssteuermittel auf die Pulverpolymerteilchen und Bilden einer Pulverbeschichtungszusammensetzung; wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung eine Metallverpackungsbeschichtungszusammensetzung ist. Die Pulverpolymerteilchen werden vorzugsweise chemisch hergestellt. Vorzugsweise werden die Pulverpolymerteilchen nicht mechanisch hergestellt, z. B. gemahlene Polymerteilchen oder Polymerteilchen, die aus anderen ähnlichen Frakturierungs- oder Pulverisierungsprozessen gebildet werden. Die Pulverpolymerteilchen weisen vorzugsweise einen Formfaktor von 100-140 (z. B. kugelförmig und kartoffelförmig geformt) und mehr bevorzugt 120-140 (z. B. kartoffelförmig geformt) auf.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats bereit, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen geeignet ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung Pulverpolymerteilchen umfasst, die ein Polymer mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 2.000 Dalton umfassen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer aufweisen; Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung auf mindestens einen Abschnitt des Metallsubstrats, wobei das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von bis zu 635 Mikrometer aufweist; und Bereitstellen von Bedingungen, die für die Pulverbeschichtungszusammensetzung wirksam sind, um eine gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung auf mindestens einem Abschnitt des Metallsubstrats zu bilden, wobei die gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Dicke von bis zu 100 Mikrometer (vorzugsweise bis zu 50 Mikrometer, mehr bevorzugt bis zu 25 Mikrometer, noch mehr bevorzugt bis zu 20 Mikrometer, immer noch mehr bevorzugt bis zu 15 Mikrometer und am meisten bevorzugt bis zu 10 Mikrometer) aufweist. Zum Beispiel ist die Metallverpackung ein Behälter, wie etwa ein Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosolbehälter, ein Abschnitt davon oder ein Metallverschluss. Vorzugsweise umfasst die Pulverbeschichtungszusammensetzung ein oder mehrere Ladungssteuermittel, die mit den Pulverpolymerteilchen in Kontakt stehen. Die Pulverpolymerteilchen werden vorzugsweise nicht durch Schleifen eines Polymers zur Bildung von gemahlenen Polymerteilchen hergestellt (das heißt, die Teilchen werden nicht als gemahlene Teilchen bereitgestellt).
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein beschichtetes Metallsubstrat bereit, das ein Metallsubstrat mit einer gehärteten durchgängig anhaftenden Beschichtung umfasst, die auf mindestens einem Abschnitt einer Oberfläche davon angeordnet ist, wobei: das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von bis zu 635 Mikrometer aufweist; die gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Dicke von bis zu 100 Mikrometer (vorzugsweise bis zu 50 Mikrometer, mehr bevorzugt bis zu 25 Mikrometer, noch mehr bevorzugt bis zu 20 Mikrometer, immer noch mehr bevorzugt bis zu 15 Mikrometer und am meisten bevorzugt bis zu 10 Mikrometer) aufweist; und die gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung aus einer Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung gebildet wird, die Pulverpolymerteilchen umfasst, die ein Polymer mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 2.000 Dalton umfassen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer aufweisen. Die Pulverbeschichtungszusammensetzung umfasst vorzugsweise ein Schmiermittel.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Herstellen von Metallverpackungen bereit, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Metallsubstrats mit einer gehärteten durchgängig anhaftenden Beschichtung, die auf mindestens einem Abschnitt einer Oberfläche davon angeordnet ist, wobei: das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von bis zu 635 Mikrometer aufweist; und die gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung aus einer Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung gebildet wird; wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung Pulverpolymerteilchen umfasst, die ein Polymer mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 2.000 Dalton umfassen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer aufweisen; und das Substrats zu mindestens einem Abschnitt eines Metallverpackungsbehälters, eines Abschnitts davon oder eines Metallverschlusses gebildet wird. Zum Beispiel ist die Metallverpackung ein Behälter wie etwa ein Lebensmittel-, ein Getränke-, ein Aerosol- oder ein allgemeiner Verpackungsbehälter, ein Abschnitt davon oder ein Metallverschluss, der für einen Metallbehälter oder Behälter anderer Materialien verwendet werden kann, z. B. Glas. Die Pulverbeschichtungszusammensetzung umfasst vorzugsweise ein Schmiermittel.
Hierin beziehen sich „Metallverpackungs-“ Beschichtungszusammensetzungen auf Beschichtungszusammensetzungen, die zur Beschichtung auf einem starren Metall direkt (im Gegensatz zu z. B. einem frei stehenden Kunststofffilm von mindestens 10 Mikrometer Dicke, Papier oder einem anderen faserigen Material oder einer Metallfolie, die dann auf eine starre Metallverpackung aufgebracht (z. B. angeheftet) wird), oder indirekt auf einer Vorbehandlungsschicht oder einer Primerschicht, die nicht aus einem freistehenden Film hergeleitet wird (d. h. einem Film, der vor dem Aufbringen auf ein anderes Substrat, wie etwa durch Laminierung, gebildet wird), über einem Substrat liegend, geeignet sind. So ist beispielhaft eine Pulverbeschichtungszusammensetzung, die entweder auf eine Papierschicht, die über einem Metallsubstrat liegt, oder auf eine laminierte Kunststoffschicht aufgebracht wird, die über einem Metallsubstrat liegt, keine Metallverpackungsbeschichtungszusammensetzung, wie hierin verwendet.
Die hierin genannten Teilchengrößen können durch Laserbeugungsteilchengrößenanalyse für Ausgangsmaterialien (z. B. primäre Polymerteilchen, Ladungssteuermittel, Schmiermittel usw.) unter Verwendung eines Beckman Coulter LS 230 Laserbeugungsteilchengrößenanalysators oder einem gleichwertigen Gerät bestimmt werden, der wie vom Hersteller empfohlen kalibriert ist.
Die „D-Werte“ - D50, D90, D95 und D99 - sind die Teilchengrößen, die ein Probenvolumen in einen bestimmten Prozentsatz unterteilen, wenn die Teilchen auf einer aufsteigenden Teilchengrößenbasis angeordnet sind. Zum Beispiel wird für Teilchengrößenverteilungen der Median als D50 (oder x50, wenn er bestimmte ISO-Richtlinien befolgt) bezeichnet. Der D50 ist die Teilchengröße in Mikrometer, der die Verteilung mit der Hälfte oberhalb und der Hälfte unterhalb dieses Durchmessers teilt. Der Dv50 (oder Dv0,5) ist der Median für eine Volumenverteilung. Der D90 beschreibt die Teilchengröße, bei der neunzig Prozent der Verteilung eine kleinere Teilchengröße und zehn Prozent eine größere Teilchengröße aufweisen. Der D95 beschreibt die Teilchengröße, bei der fünfundneunzig Prozent der Verteilung eine kleinere Teilchengröße und fünf Prozent eine größere Teilchengröße aufweisen. Der D99 beschreibt die Teilchengröße, bei der neunundneunzig Prozent der Verteilung eine kleinere Teilchengröße und ein Prozent eine größere Teilchengröße aufweist. Sofern hierin nicht anders angegeben, beziehen sich D50, D90, D95 und D99 auf D_v50, D_v90, D_v95, bzw. D_v99. Die hierin angegebenen D-Werte können durch Laserbeugungsteilchengrößenanalyse bestimmt werden.
Eine „Pulverbeschichtungszusammensetzung“ bezieht sich auf eine Zusammensetzung, die Pulverteilchen einschließt und keinen flüssigen Träger einschließt, obwohl sie Spurenmengen von Wasser oder einem organischen Lösungsmittel einschließen kann, das bei der Herstellung der Pulverteilchen verwendet worden sein kann. Die Pulverbeschichtungszusammensetzung liegt in der Regel in Form von fein verteilten, fließfähigen Pulverpolymerteilchen vor, die in Form von Agglomeraten vorliegen können oder nicht.
Hierin ist ein Agglomerat (oder Cluster) eine Anordnung von Teilchen, die als primäre Teilchen bezeichnet werden.
Eine „gehärtete“ Beschichtung bezieht sich auf eine Beschichtung, wobei Teilchen über eine Vernetzungsreaktion kovalent gehärtet werden (z. B. eine duroplastische Beschichtung) oder einfach in eine durchgängige Schicht, ohne eine Vernetzungsreaktion, verschmolzen werden (z. B. einer thermoplastischen Beschichtung) und an einem Metallsubstrat anhaften, wodurch ein beschichtetes Metallsubstrat gebildet wird. Der Begriff „gehärtet“ impliziert nichts in Bezug auf die relative Härte oder Weichheit (Tg) einer Beschichtung.
Eine „anhaftende“ Beschichtung bezieht sich auf eine gehärtete Beschichtung, die an einem Substrat, wie etwa einem Metallsubstrat, anhaftet, gemäß dem in dem Abschnitt Beispiele beschriebenem Haftungstest. Eine Haftungsbewertung von 9 oder 10, vorzugsweise 10, wird als anhaftend angesehen.
Eine „durchgängige“ Beschichtung bezieht sich auf eine gehärtete Beschichtung, die frei von Poren und anderen Beschichtungsfehlern ist, die zu einem freiliegenden Substrat führen. Solche Filmunregelmäßigkeiten/-fehler können durch einen Stromfluss, der in Milliampere (mA) gemessen wird, unter Verwendung des im Abschnitt Beispiele beschriebenen Kontinuitätstest für Flache Platten angezeigt werden.
Der Begriff „im Wesentlichen frei“ von einer bestimmten Komponente bedeutet, dass die Zusammensetzungen oder gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Erfindung weniger als 1.000 Teile pro Million (ppm) der angegebenen Komponente, falls vorhanden, enthalten. Der Begriff „hauptsächlich frei“ von einer bestimmten Komponente bedeutet, dass die Zusammensetzungen oder gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Erfindung weniger als 100 Teile pro Million (ppm) der angegebenen Komponente, falls vorhanden, enthalten. Der Begriff „hauptsächlich vollständig frei“ von einer bestimmten Komponente bedeutet, dass die Zusammensetzungen oder gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Erfindung weniger als 10 Teile pro Million (ppm) der angegebenen Komponente, falls vorhanden, enthalten. Der Begriff „vollständig frei“ von einer bestimmten Komponente bedeutet, dass die Zusammensetzungen oder gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Erfindung weniger als 20 Teile pro Milliarde (ppb) der angegebenen Komponente, falls vorhanden, enthalten.
Der Begriff „Bisphenol“ bezieht sich auf ein mehrwertiges Polyphenol mit zwei Phenylengruppen, die jeweils Kohlenstoffsechsringe und eine Hydroxylgruppe aufweisen, die an ein Kohlenstoffatom des Rings gebunden ist, wobei die Ringe der zwei Phenylengruppen keine Atome gemeinsam haben. Beispielsweise sind Hydrochinon, Resorcin, Catechol und dergleichen keine Bisphenole, da diese Phenolverbindungen nur einen Phenylenring einschließen.
Der Begriff „Lebensmittelkontaktoberfläche“ bezieht sich auf eine Oberfläche eines Artikels (z. B. eine Lebensmittel- oder Getränkedose), der für einen längeren Kontakt mit dem Lebensmittelprodukt bestimmt ist. Wenn er zum Beispiel im Zusammenhang mit einem Metallsubstrat eines Lebensmittel- oder Getränkebehälters (z. B. Dose) verwendet wird, bezieht sich der Begriff allgemein auf eine innere Metalloberfläche des Behälters, bei der zu erwarten wäre, dass sie mit dem Lebensmittelprodukt in Abwesenheit einer darauf aufgebrachten Pulverbeschichtungszusammensetzung in Kontakt stehen würde. Beispielhaft kann eine Basisschicht, Zwischenschicht und/oder Polymerdeckschicht, die auf eine Innenoberfläche einer Metall-Lebensmittel- oder Getränkedose aufgebracht wird, als auf eine Lebensmittelkontaktoberfläche der Dose aufgebracht angesehen werden.
Der Begriff „auf“, wenn er im Zusammenhang mit einer auf einer Oberfläche oder einem Substrat aufgebrachten Beschichtung verwendet wird, schließt sowohl direkt (z. B. fabrikneues oder vorbehandeltes Metall, wie etwa galvanisierter Stahl) als auch indirekt (z. B. auf einer Primerschicht) auf die Oberfläche oder das Substrat aufgebrachte Beschichtungen ein. So bildet beispielsweise eine auf eine Vorbehandlungsschicht (z. B. gebildet aus einer chromhaltigen oder chromfreien Vorbehandlung) aufgebrachte Beschichtung oder eine über einem Substrat liegende Primerschicht eine auf dem Substrat aufgebrachte (oder angeordnete) Beschichtung.
Die Begriffe „Polymer“ und „Polymermaterial“ schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, organische Homopolymere, Copolymere, wie beispielsweise Block-, Pfropf-, Random- und alternierende Copolymere, Terpolymere usw. und Mischungen und Modifikationen davon ein. Darüber hinaus soll der Begriff „Polymer“, sofern nicht anderweitig besonders beschränkt, alle möglichen geometrischen Konfigurationen des Materials einschließen. Diese Konfigurationen schließen isotaktische, syndiotaktische und ataktische Symmetrien ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
Der Begriff „Arylgruppe“ (z. B. eine Arylengruppe) bezieht sich auf einen geschlossenen aromatischen Ring oder ein Ringsystem, wie etwa Phenylen, Naphthylen, Biphenylen, Fluorenylen und Indenyl, sowie Heteroarylengruppen (z. B. einen geschlossenen aromatischen oder aromatisch-ähnlichen Ringkohlenwasserstoff oder ein Ringsystem, in dem ein oder mehrere der Atome im Ring ein anderes Element als Kohlenstoff ist (z. B. Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel usw.)). Geeignete Heteroarylgruppen schließen Furyl, Thienyl, Pyridyl, Chinolinyl, Isochinolinyl, Indolyl, Isoindolyl, Triazolyl, Pyrrolyl, Tetrazolyl, Imidazolyl, Pyrazolyl, Oxazolyl, Thiazolyl, Benzofuranyl, Benzothiophenyl, Carbazolyl, Benzoxazolyl, Pyrimidinyl, Benzimidazolyl, Chinoxalinyl, Benzothiazolyl, Naphthyridinyl, Isoxazolyl, Isothiazolyl, Purinyl, Chinazolinyl, Pyrazinyl, 1-Oxidopyridyl, Pyridazinyl, Triazinyl, Tetrazinyl, Oxadiazolyl, Thiadiazolyl und so weiter ein. Wenn solche Gruppen zweiwertig sind, werden sie in der Regel als „Arylen-“ oder „Heteroarylen-“ Gruppen (z. B. Furylen, Pyridylen usw.) bezeichnet.
Der Begriff „Phenylen“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf einen Arylring mit sechs Kohlenstoffatomen (z. B. wie in einer Benzolgruppe), der beliebige Substituentengruppen (einschließlich z. B. Halogene, Kohlenwasserstoffgruppen, Sauerstoffatome, Hydroxylgruppen usw.) aufweisen kann. Somit sind beispielsweise die folgenden Arylgruppen jeweils Phenylenringe: -C₆H₄-, -C₆H₃(CH₃)- und -C₆H(CH₃)₂C1-. Zusätzlich sind beispielsweise jeder der Arylringe einer Naphthalingruppe Phenylenringe.
Der Begriff „umfasst“ und Variationen davon haben hierin keine einschränkende Bedeutung, wenn diese Begriffe in der Beschreibung und den Ausführungsformen vorkommen. Solche Begriffe werden so verstanden, dass sie den Einschluss eines angegebenen Schritts oder Elements oder einer Gruppe von Schritten oder Elementen, aber nicht den Ausschluss eines anderen Schritts oder Elements oder einer Gruppe von Schritten oder Elementen implizieren. Mit „bestehend aus“ ist gemeint, das alles was nach dem Ausdruck „bestehend aus“ folgt eingeschlossen ist und darauf beschränkt ist. Somit gibt der Ausdruck „bestehend aus“ an, dass die aufgelisteten Elemente erforderlich oder obligatorisch sind, und dass keine anderen Elemente vorhanden sein können. Mit „hauptsächlich bestehend aus“ ist gemeint, dass Elemente, die nach dem Ausdruck aufgelistet sind, eingeschlossen sind und auf andere Elemente beschränkt sind, die nicht mit der in der Offenbarung angegebenen Aktivität oder Wirkung für die aufgelisteten Elemente interferieren oder dazu beitragen. Somit weist der Ausdruck „hauptsächlich bestehend aus“ darauf hin, dass die aufgelisteten Elemente erforderlich oder obligatorisch sind, aber dass andere Elemente optional sind und vorhanden oder nicht vorhanden sein können, je nachdem, ob sie die Aktivität oder Wirkung der aufgelisteten Elemente wesentlich beeinflussen oder nicht. Jedes der Elemente oder Kombinationen von Elementen, die in dieser Patentschrift in der offenen Formulierung (z. B. umfassend und Ableitungen davon) angegeben werden, werden als zusätzlich in einer geschlossenen Formulierung (z. B. bestehend und Ableitungen davon) angegeben und als teilweise in einer geschlossener Formulierung (z. B. hauptsächlich bestehend, und Ableitungen davon) angegeben betrachtet.
Die Wörter „bevorzugt“ und „vorzugsweise“ beziehen sich auf Ausführungsformen der Offenbarung, die unter bestimmten Umständen bestimmte Vorteile bieten können. Es können jedoch unter gleichen oder anderen Umständen auch andere Ausführungsformen bevorzugt sein. Ferner impliziert die Angabe einer oder mehrerer bevorzugter Ausführungsformen nicht, dass andere Ausführungsformen nicht nützlich sind, und soll andere Ausführungsformen nicht aus dem Umfang der Offenbarung ausschließen.
In dieser Anmeldung sollen Begriffe wie etwa „ein“, „eine“ und „der/die/das“ nicht nur eine singuläre Entität bezeichnen, sondern schließen die allgemeine Klasse ein, von der ein spezifisches Beispiel zur Veranschaulichung verwendet werden kann. Die Begriffe „ein“, „eine“ und „der/die/das“ werden austauschbar mit dem Begriff „mindestens eins“ verwendet. Die Ausdrücke „mindestens eines von“ und „umfassend mindestens eines von“ gefolgt von einer Liste, bezieht sich auf jedes der Elemente in der Liste und jede Kombination von zwei oder mehr Elementen in der Liste.
Wie hierin verwendet, wird der Begriff „oder“ im Allgemeinen in seinem üblichen Sinne einschließlich „und/oder“ verwendet, sofern der Inhalt nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt.
Der Begriff „und/oder“ bedeutet ein oder alle der aufgelisteten Elemente oder eine Kombination von zwei oder mehr der aufgelisteten Elemente.
Auch hierbei wird angenommen, dass alle Zahlen durch den Begriff „etwa“ und in bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise durch den Begriff „genau“ modifiziert werden. Wie hierin in Verbindung mit einer gemessenen Menge verwendet, bezieht sich der Begriff „etwa“ auf diese Variation der gemessenen Menge, wie sie durch den Fachmann, der die Messung macht, erwartet wird und übt einen Betreuungszustand, der dem Ziel der Messung und der Präzision der verwendeten Messvorrichtung entspricht, aus. Hierin schließt „bis zu“ eine Zahl (z. B. bis zu 50) die Anzahl (z. B. 50) ein.
Ebenso schließen hierin die Angaben von Zahlenbereichen durch Endpunkte alle Zahlen, die innerhalb dieses Bereichs, sowie die Endpunkte, subsumiert werden,(z. B. schließt 1 bis 5, 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4, 5 usw. ein) und beliebige Unterbereiche (z. B. schließt 1 bis 5, 1 bis 4, 1 bis 3, 2 bis 4 usw. ein) ein.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Raumtemperatur“ auf eine Temperatur von 20 °C bis 25 °C.
Der Begriff „im Bereich“ oder „innerhalb eines Bereichs“ (und ähnliche Aussagen) schließt die Endpunkte des angegebenen Bereichs ein.
Die vorstehende Kurzdarstellung der vorliegenden Offenbarung soll nicht jede offenbarte Ausführungsform oder jede Implementierung der vorliegenden Offenbarung beschreiben. Die nachfolgende Beschreibung veranschaulicht insbesondere Ausführungsbeispiele. An mehreren Stellen der Anmeldung wird durch Beispiellisten, deren Beispiele in verschiedenen Kombinationen verwendet werden können, eine Anleitung bereitgestellt. In jedem Fall dient die genannte Auflistung nur als repräsentative Gruppe und sollte nicht als ausschließende Auflistung aufgefasst werden. Somit sollte der Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen veranschaulichenden Strukturen beschränkt sein, sondern erstreckt sich mindestens auf die durch die Sprache der Ausführungsformen beschriebenen Strukturen und auf die Äquivalente dieser Strukturen. Jedes der Elemente, die in dieser Patentschrift positiv als Alternativen aufgeführt sind, können explizit in den Ausführungsformen eingeschlossen oder von den Ausführungsformen ausgeschlossen sein, in jeder beliebigen Kombination, wie gewünscht. Obwohl hierin verschiedene Theorien und mögliche Mechanismen erörtert wurden, sollten in keinem Fall solche Diskussionen dazu dienen, den ausführungsfähigen Gegenstand zu beschränken.
Figurenliste

1A ist ein Rasterelektronenmikroskop-Bild (REM-Bild) von herkömmlichen gemahlenen Polyesterpulverbeschichtungsteilchen, die zu groß und zu winkelig für den Gebrauch in elektromagnetischen Feldern sind.
1B und IC sind REMs von chemisch hergestellten Polymerteilchen.
2 ist ein Schema einer Sprühtrocknungsvorrichtung (Figur reproduziert von BÜCHI B290 Sprühtrocknerproduktliteratur, BÜCHI Labortechnik AG, Flawil, Schweiz).
3A und 3B sind Linienzeichnungen einer Aufbringungsvorrichtung, die in der Lage ist, eine Pulverbeschichtungszusammensetzung zu einem Substrat abzugeben.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Offenbarung stellt Pulverbeschichtungszusammensetzungen (d. h. Beschichtungszusammensetzungen), insbesondere Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzungen, beschichtete Metallsubstrate, Verfahren - z. B. Verfahren zum Herstellen einer Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung, Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats und Verfahren zum Herstellen von Metallverpackungen (z. B. eines Behälters, eines Abschnitts davon oder eines Metallverschlusses), - sowie die Metallverpackung bereit. Beispiele für Metallverpackungsbehälter schließen Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- und allgemeine Metallverpackungsbehälter ein. Beispiele für Metallverschlüsse schließen Twist-Off-Verschlüsse oder Deckel mit Gewinde oder Laschen und Kronen ein, die an Flaschen gecrimpt sind. Solche Verschlüsse sind aus Metall, aber für Metall- oder Nichtmetallverpackungsbehälter geeignet.
Die Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzungen eignen sich besonders auf Lebensmittelkontaktoberflächen solcher Metallverpackungsbehälter und Metallverschlüsse. Obwohl die Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung besonders nützlich sind auf einer Lebensmittelkontaktoberfläche eines Metallsubstrats, können sie auch auf anderen Arten von Substraten zum Verpacken von Lebensmitteln, Getränken oder anderen Produkten wie etwa Glas (z. B. Glasflaschen), starrem und flexiblem Kunststoff, Folie, Papier, Pappe oder Substraten, die eine Kombination davon sind, nützlich sein.
Die resultierenden beschichteten Lebensmittelkontaktoberflächen von Metallverpackungsbehältern und Metallverschlüssen der vorliegenden Offenbarung sind besonders wünschenswert für die Verpackung von flüssigkeitshaltigen Produkten. Verpackte Produkte, die mindestens teilweise von Natur aus flüssig sind (z. B. nass), stellen eine erhebliche Belastung für die Beschichtungen durch engen chemischen Kontakt mit den Beschichtungen dar. Ein solcher enger Kontakt kann Monate oder sogar Jahre andauern. Darüber hinaus müssen die Beschichtungen Pasteurisierungs- oder Kochprozessen während der Verpackung des Produkts widerstehen. In dem Lebensmittel- oder Getränkeverpackungsbereich schließen Beispiele für solche flüssigkeitshaltigen Produkte Bier, alkoholische Apfelweine, alkoholische Mischungen, Weine, Softdrinks, Energydrinks, Wasser, Wassergetränke, Kaffeegetränke, Teegetränke, Säfte, Produkte auf Fleischbasis (z. B. Würste, Fleischpasteten, Fleisch in Soßen, Fisch, Miesmuscheln, Venusmuscheln usw.), Produkte auf Milchbasis, Produkte auf Fruchtbasis, Produkte auf Pflanzenbasis, Suppen, Senf, eingelegte Produkte, Sauerkraut, Mayonnaise, Salatdressings und Kochsoßen ein.
Viele Beschichtungen, die zum Verpacken trockener Produkte verwendet werden, besitzen nicht das strenge Gleichgewicht der Beschichtungseigenschaften, die für die Verwendung mit den obigen „nassen“ Produkten erforderlich sind. Zum Beispiel wäre es nicht zu erwarten, dass eine Beschichtung, die auf dem Inneren einer dekorativen Metalldose für einzeln verpackte Cookies verwendet wird, die erforderlichen Eigenschaften zur Verwendung als eine Innenbeschichtung einer Suppendose aufweisen würde.
Obwohl Behälter der vorliegenden Offenbarung zum Verpacken trockener pulverförmiger Produkte verwendet werden können, die von Natur aus weniger dazu neigen gegenüber Verpackungsbeschichtungen aggressiv zu sein (z. B. Milchpulver, Babypulvernahrung, Kaffeeweißerpulver, Pulverkaffee, Pulver-Reinigungsprodukte, pulverförmige Medikamente usw.), werden aufgrund der höheren Volumina im Markt in der Regel die Beschichtungen in Verbindung mit aggressiveren Produkten verwendet, die mindestens von Natur aus etwas „nass“ sind. Dementsprechend sind Verpackungsbeschichtungen, die aus Pulverbeschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung gebildet werden, vorzugsweise zu langanhaltendem und engem Kontakt in der Lage, einschließlich unter schwierigen Umgebungsbedingungen, mit verpackten Produkten mit einem oder mehreren anspruchsvollen chemischen Merkmalen, während das darunter liegende Metallsubstrat vor Korrosion geschützt wird und eine ungeeignete Verschlechterung des verpackten Produkts vermieden wird (z. B. unansehnliche Farbänderungen oder die Einführung von Gerüchen oder von Geschmacksfehlern). Beispiele für solche anspruchsvollen chemischen Merkmale schließen Wasser, Säure, Fette, Salze, starke Lösungsmittel (z. B. in Reinigungsprodukten, Kraftstoffstabilisatoren oder bestimmten Lackprodukte), aggressive Treibmittel (z. B. Aerosol-Treibmittel wie etwa bestimmte Dimethyletherhaltige Treibmittel), Färbeverhalten (z. B. Tomaten) oder Kombinationen davon ein.
Dementsprechend sind vorzugsweise die Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzungen und vorzugsweise die gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung im Wesentlichen frei von jeweils Bisphenol A, Bisphenol F und Bisphenol S, von davon abgeleiteten Struktureinheiten, oder beiden; die Pulverbeschichtungszusammensetzungen und vorzugsweise die gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung sind hauptsächlich frei von jeweils Bisphenol A, Bisphenol F und Bisphenol S, von davon abgeleiteten Struktureinheiten, oder beiden; die Pulverbeschichtungszusammensetzungen und vorzugsweise die gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung sind hauptsächlich vollständig frei von jeweils Bisphenol A, Bisphenol F und Bisphenol S, von davon abgeleiteten Struktureinheiten, oder beiden; oder die Pulverbeschichtungszusammensetzungen und vorzugsweise die gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung sind vollständig frei von jeweils Bisphenol A, Bisphenol F und Bisphenol S, von davon abgeleiteten Struktureinheiten, oder beiden.
Mehr bevorzugt sind die Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzungen und vorzugsweise die gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung im Wesentlichen frei von allen Bisphenol-Verbindungen, von davon abgeleiteten Struktureinheiten, oder beiden; die Pulverbeschichtungszusammensetzungen und vorzugsweise die gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung sind hauptsächlich frei von allen Bisphenol-Verbindungen, von davon abgeleiteten Struktureinheiten, oder beiden; die Pulverbeschichtungszusammensetzungen und vorzugsweise die gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung sind hauptsächlich vollständig frei von allen Bisphenol-Verbindungen, von davon abgeleiteten Struktureinheiten, oder beiden; oder die Pulverbeschichtungszusammensetzungen und vorzugsweise die gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung sind vollständig frei von allen Bisphenol-Verbindungen, von davon abgeleiteten Struktureinheiten, oder beiden.
Vorzugsweise ist Tetramethylbisphenol F (TMBPF) nicht aus den Pulverbeschichtungszusammensetzungen oder gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Erfindung ausgeschlossen. TMBPF ist 4-[(4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl)methyl]-2,6-dimethylphenol, nachstehend gezeigt, durch folgende Reaktion hergestellt:
In diesem Zusammenhang ist eine „Struktureinheit, die davon abgeleitet ist“ eine submolekulare Komponente eines beliebigen monomeren oder polymeren Moleküls, die ihre Struktur aus dem referenzierten Molekül ableitet, als ein Ergebnis davon, dass das referenzierte Molekül praktisch in der Direktsynthese davon verwendet wird. Beispielsweise schließen diese aromatische Diglycidylether-Verbindungen (z. B. Diglycidylether von Bisphenol (BADGE), Diglycidylether von Bisphenol F (BFDGE)) und Epoxynovalacs ein. Darüber hinaus schließt dieser Begriff, wie hierin verwendet, keine TMBPF ein (d. h. TMBPF ist nicht von Bisphenol F abgeleitet).
Zum Beispiel ist eine Pulverbeschichtungszusammensetzung nicht im Wesentlichen frei von Bisphenol A, das 600 ppm von Bisphenol A und 600 ppm von dem Diglycidylether von Bisphenol A (BADGE) einschließt - unabhängig davon, ob das Bisphenol A und das BADGE in der Zusammensetzung in reagierten oder nicht reagierten Formen vorhanden sind, oder eine Kombination davon.
Die Menge der Bisphenol-Verbindungen (z. B. Bisphenol A, Bisphenol F und Bisphenol S) kann basierend auf den Anfangs-Inhaltsstoffen bestimmt werden; ein Testverfahren ist nicht erforderlich und Teile pro Million (ppm) können anstelle von Gewichtsprozentsätzen zur Vereinfachung der geringen Mengen dieser Verbindungen verwendet werden.
Obwohl die absichtliche Zugabe von Bisphenol-Verbindungen im Allgemeinen unerwünscht ist, versteht es sich, dass nicht beabsichtigte Spurenmengen von Bisphenolen möglicherweise aufgrund von z. B. Umweltkontaminationen in Zusammensetzungen oder Beschichtungen der vorliegenden Anmeldung vorhanden sein können.
Obwohl das Gleichgewicht von wissenschaftlichen Beweismitteln bisher angibt, dass die kleinen Spurenmengen dieser Verbindungen, die aus vorhandenen Beschichtungen freigesetzt werden könnten, keine gesundheitlichen Risiken für Menschen darstellen, werden diese Verbindungen dennoch von einigen Menschen als potenziell schädlich für die menschliche Gesundheit wahrgenommen. Folglich besteht für einige ein Bedarf, diese Verbindungen aus Beschichtungen auf Lebensmittelkontaktoberflächen zu eliminieren.
Außerdem ist es wünschenswert, die Verwendung von Komponenten zu vermeiden, die für solche Oberflächen aufgrund von Faktoren wie etwa Geschmack, Toxizität oder anderen staatlichen Regulierungsanforderungen nicht geeignet sind.
Zum Beispiel ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung in bevorzugten Ausführungsformen „PVC-frei“. Das heißt, die Pulverbeschichtungszusammensetzung enthält vorzugsweise, falls vorhanden, weniger als 2 Gew.-% Vinylchloridmaterialien und andere halogenierte Vinylmaterialien, mehr bevorzugt weniger als 0,5 Gew.-% Vinylchloridmaterialien und andere halogenierte Vinylmaterialien und noch mehr bevorzugt weniger als 1 ppm Vinylchloridmaterialien und andere halogenierte Vinylmaterialien, falls vorhanden.
Als allgemeine Richtlinie, um mögliche z. B. Geschmacks- und Toxizitäts-Befürchtungen zu minimieren, schließt vorzugsweise eine gehärtete Beschichtung, die aus der Pulverbeschichtungszusammensetzung gebildet wird, wenn sie eine nachweisbare Menge einschließt, weniger als 50 ppm, weniger als 25 ppm, weniger als 10 ppm oder weniger als 1 ppm extrahierbare Stoffe ein, wenn sie gemäß dem in dem Abschnitt Beispiele angegebenen globalen Extraktionstest getestet wird. Ein Beispiel für diese Testbedingungen ist die Aussetzung der gehärteten Beschichtung einer 10 Gew.-% Ethanol-Lösung für zwei Stunden bei 121 °C, gefolgt von 10 Tagen in der Lösung bei 40 °C.
Solche reduzierten globalen Extraktionswerte können durch Begrenzen der Menge an beweglichen oder potenziell beweglichen Arten in der gehärteten Beschichtung erhalten werden. In diesem Zusammenhang bezieht sich „beweglich“ auf Material, das aus einer gehärteten Beschichtung gemäß dem globalen Extraktionstest des Abschnitts Beispiel extrahiert werden kann. Dies kann, zum Beispiel, durch Verwenden von reinen anstelle von unreinen Reaktanten erreicht werden, wodurch die Verwendung von hydrolysierbaren Komponenten oder Bindungen vermieden wird, wodurch die Verwendung von Additiven mit niedrigem Molekulargewicht vermieden oder eingeschränkt wird, die möglicherweise nicht effizient in die Beschichtung reagieren, und optimierte Härtungsbedingungen optional in Kombination mit einem oder mehreren Härtungsadditiven verwendet werden. Dies macht die gehärteten Beschichtungen, die aus den hierin beschriebenen Pulverbeschichtungszusammensetzungen gebildet werden, besonders wünschenswert für die Verwendung auf Lebensmittelkontaktoberflächen.
Die Pulverbeschichtungszusammensetzung schließt vorzugsweise mindestens 50 Gewichtsprozent (Gew.-%), mehr bevorzugt mindestens 60 Gew.-%, noch mehr bevorzugt mindestens 70 Gew.-%, immer noch mehr bevorzugt mindestens 80 Gew.-% und am meisten bevorzugt mindestens 90 Gew.-% der Pulverpolymerteilchen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, ein. Die Pulverbeschichtungszusammensetzung schließt vorzugsweise bis zu 100 Gew.-%, mehr bevorzugt bis zu 99,99 Gew.-%, noch mehr bevorzugt bis zu 95 Gew.-% und am meisten bevorzugt bis zu 90 Gew.-% der Pulverpolymerteilchen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, ein. Verschiedene optionale Additive (z. B. Ladungssteuermittel, Schmiermittel usw.) können in einer Menge von bis zu 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, vorhanden sein.
In der vorliegenden Erfindung stehen die Pulverpolymerteilchen vorzugsweise mit einem oder mehreren Ladungssteuermitteln in Kontakt. Mehr bevorzugt befinden sich ein oder mehrere Ladungssteuermittel auf einer Oberfläche der Pulverpolymerteilchen. Noch mehr bevorzugt sind ein oder mehrere Ladungssteuermittel an eine Oberfläche der Pulverpolymerteilchen angeheftet.
Vorzugsweise liegen ein oder mehrere Ladungssteuermittel in einer Menge von mindestens 0,01 Gewichtsprozent (Gew.-%), mindestens 0,1 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung (z. B. des oder der Ladungssteuermittel(n) und Pulverpolymerteilchen), vor. Weiterhin bevorzugt sind ein oder mehrere Ladungssteuermittel in einer Menge von bis zu 10 Gew.-%, bis zu 9 Gew.-%, bis zu 8 Gew.-%, bis zu 7 Gew.-%, bis zu 6 Gew.-%, bis zu 5 Gew.-%, bis zu 4 Gew.-% oder bis zu 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung (z. B. des oder der Ladungssteuermittel(s) und Pulverpolymerteilchen), vorhanden.
Bevorzugte Pulverbeschichtungszusammensetzungen sind hierin „trockene“ Pulverbeschichtungszusammensetzungen. Das heißt, die Pulverteilchen werden nicht in einem flüssigen Träger dispergiert, sondern liegen in trockener Pulverform vor. Es versteht sich jedoch, dass das trockene Pulver eine De-minimis-Menge von Wasser oder organischem Lösungsmittel enthalten kann (z. B. weniger als 2 Gew.-%, weniger als 1 Gew.-%, weniger als 0,1 Gew.-% usw.). Selbst wenn sie Trocknungsprozessen unterzogen werden, schließen Pulver in der Regel mindestens eine Restflüssigkeit ein, wie sie etwa aus der Luftfeuchtigkeit vorhanden sein könnte.
Pulverbeschichtungszusammensetzung und Verfahren zur Herstellung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Metallverpackungs- (z. B. eine Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosoldose) Pulverbeschichtungszusammensetzung (d. h. eine Beschichtungszusammensetzung in Form eines frei fließenden Pulvers) bereitgestellt. Solche Zusammensetzungen können eine gehärtete anhaftende Beschichtung auf einem Substrat, wie etwa einem Metallsubstrat, bilden. Insbesondere können solche Zusammensetzungen auch für die Beschichtung von Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosoldosen, allgemeiner Metallverpackungsdosen oder anderen Behältern, Abschnitten davon oder Metallverschlüssen für Metallverpackungsbehälter oder andere Behälter (z. B. Verschlüssen für Glastiegel) nützlich sein. Die Pulverbeschichtungszusammensetzung schließt Pulverpolymerteilchen und vorzugsweise ein oder mehrere Ladungssteuermittel in Kontakt mit den Pulverpolymerteilchen (z. B. vorhanden auf, und in der Regel auf Oberflächen der Pulverpolymerteilchen haftend) ein.
Polymerteilchen
Das Molekulargewicht des Polymers in der Pulverbeschichtungszusammensetzung kann durch einige Schlüsselmetriken beschrieben werden, bei denen ein typisches Polymer einen Bereich von Molekulargewichten abdeckt. Das Zahlenmittel des Molekulargewichts (Mn) wird bestimmt, indem das Gesamtgewicht einer Probe durch die Gesamtzahl der Moleküle in dieser Probe dividiert wird. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts (Mw) wird bestimmt, indem die Summe jedes unterschiedlichen Molekulargewichts in der Probe multipliziert mit dem Gewichtsanteil der Probe bei diesem Molekulargewicht berechnet wird. Der Polydispersitätsindex (Mw/Mn) wird verwendet, um auszudrücken, wie breit der Molekulargewichtsbereich der Probe ist. Je höher der Polydispersitätsindex ist, desto breiter ist der Molekulargewichtsbereich. Das Mn, Mw und Mw/Mn können alle durch Gelpermeationschromatographie (GPC) bestimmt werden, gemessen gegen einen Satz von Polystyrolstandards unterschiedlicher Molekulargewichte.
Das Mn des Polymers der Pulverteilchen beträgt mindestens 2.000 Dalton, vorzugsweise mindestens 5.000 Dalton, mehr bevorzugt mindestens 10.000 Dalton und noch mehr bevorzugt mindestens 15.000 Dalton. Das Mn des Polymers der Pulverteilchen kann in Millionen (z. B. 10.000.000 Dalton) vorliegen, wie es etwa mit emulsionspolymerisierten Acrylpolymeren oder bestimmten anderen emulsionspolymerisierten Latexpolymeren auftreten kann, obwohl das Mn vorzugsweise bis zu 10.000.000 Dalton, mehr bevorzugt bis zu 1.000.000 Dalton, noch mehr bevorzugt bis zu 100.000 Dalton und immer noch mehr bevorzugt bis zu 20.00 Dalton beträgt. Vorzugsweise beträgt das Mn des Polymers der Polymerteilchen mindestens 2.000 Dalton und bis zu 10.000.000 Dalton, mehr bevorzugt mindestens 5.000 Dalton und bis zu 1.000.000 Dalton, noch mehr bevorzugt mindestens 10.000 Dalton und bis zu 100.000 Dalton und immer noch mehr bevorzugt mindestens 15.000 Dalton und bis zu 20.000 Dalton.
Die Pulverpolymerteilchen können aus einem Polymer hergestellt sein, das einen Polydispersitätsindex von weniger als 4, weniger als 3, weniger als 2 oder weniger als 1,5 aufweist. Es kann jedoch vorteilhaft sein, dass das Polymer einen Polydispersitätsindex außerhalb der vorstehenden Bereiche aufweist. Zum Beispiel kann es, ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wünschenswert sein, einen höheren Polydispersitätsindex zu haben, um die Vorteile sowohl eines höheren Molekulargewichts (z. B. für die Flexibilität und andere mechanische Eigenschaften) als auch eines geringeren Molekulargewichts (z. B. für die Fließ- und Verlaufseigenschaften) in demselben Material zu erreichen.
Die Pulverpolymerteilchen weisen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer, vorzugsweise weniger als 20 Mikrometer, mehr bevorzugt weniger als 15 Mikrometer und noch mehr bevorzugt weniger als 10 Mikrometer auf. In bevorzugten Ausführungsformen weisen die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D90 von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer auf. In mehr bevorzugten Ausführungsformen weisen die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D95 von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer auf. In noch mehr bevorzugten Ausführungsformen weisen die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D99 von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer auf.
Vorzugsweise weist die Pulverbeschichtungszusammensetzung als Ganzes (d. h. alle Teilchen der gesamten Pulverbeschichtungszusammensetzung oder der Gesamtzusammensetzung) eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer auf. In bevorzugten Ausführungsformen weist die Pulverbeschichtungszusammensetzung als Ganzes eine Teilchengrößenverteilung mit einem D90 von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer auf. In mehr bevorzugten Ausführungsformen weist die Pulverbeschichtungszusammensetzung als Ganzes eine Teilchengrößenverteilung mit einem D95 von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer auf. In noch mehr bevorzugten Ausführungsformen weist die Pulverbeschichtungszusammensetzung als Ganzes eine Teilchengrößenverteilung mit einem D99 von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer auf.
Die hierin beschriebenen Teilchengrößenverteilungen (z. B. D50, D90, D95, D99 usw.) sind nicht auf das Ende der geringeren Teilchengröße beschränkt. Der D50 (in bevorzugten Ausführungsformen, der D90, D95 oder D99) kann größer als 1 Mikrometer, größer als 2 Mikrometer, größer als 3 Mikrometer oder größer als 4 Mikrometer sein.
Die obigen Teilchengrößenverteilungen (z. B. D50, D90, D95 und D99) sollten in allen zusätzlichen Materialien, die gegebenenfalls auf der Oberfläche von einigen oder allen der Polymerteilchen vorhanden sein können, als Faktor interpretiert werden. Wenn also beispielsweise die Polymerteilchen vor der Aufbringung eines optionalen Ladungssteuermittels ein D50 von 6,5 Mikrometer aufweisen, und ein D50 von 7 Mikrometer nach der Aufbringung des optionalen Ladungssteuermittels sowie in der vollständig formulierten Pulverbeschichtungszusammensetzung, dann ist 7 Mikrometer der relevante D50 für die endgültigen Polymerteilchen.
In bevorzugten Ausführungsformen, in denen ein oder mehrere Ladungssteuermittel auf der Oberfläche der Polymerteilchen vorhanden sind, gelten die obigen Teilchengrößenverteilungen (z. B. D50, D90, D95 und D99, wie durch Laserbeugungsteilchengrößenanalyse bestimmt) für die gesamten Polymerteilchen einschließlich des/der Ladungssteuermittel(s), die auf den Polymerteilchen vorhanden sind.
Obwohl die Pulverpolymerteilchen und optional auch die Gesamtbeschichtungszusammensetzung (d. h. die Pulverbeschichtungszusammensetzung als Ganzes) vorzugsweise eine enge oder sehr enge Verteilung von Teilchengrößen in einem Aufwand aufweisen, um eine sehr glatte Beschichtung zu erhalten (z. B. im Gegensatz zu einem orangenhautartigen Erscheinungsbild), sowie um die Menge an aufgebrachten Beschichtungsmaterial und somit Kosten zu minimieren. Es wird in Betracht gezogen, dass Pulverbeschichtungszusammensetzungen der Offenbarung Polymerteilchen einschließen können, die Teilchengrößen außerhalb der vorstehend beschriebenen Teilchengrößenparameter aufweisen. Vorzugsweise ist die Gesamtmenge solcher optionalen „größeren“ und/oder „kleineren“ Polymerteilchen oder anderen Teilchen, die in der Pulverbeschichtungszusammensetzung enthalten sind, ausreichend niedrig, sodass die gewünschten Eigenschaften der Pulverbeschichtungszusammensetzung und/oder der gehärteten Beschichtung im Wesentlichen erhalten bleiben (z. B. die gewünschten Anwendungseigenschaften der Pulverbeschichtungszusammensetzung; die gewünschte Haftung, Flexibilität, chemische Beständigkeit, Beschichtungsästhetik usw. der gehärteten Beschichtung). In solchen Ausführungsformen weist vorzugsweise eine wesentliche Mehrheit, durch Volumen-% (z. B. 65 % oder mehr, 80 % oder mehr, 90 % oder mehr, 95 % oder mehr, 99 % oder mehr usw.) der in der Pulverbeschichtungszusammensetzung vorhandenen Gesamtteilchen eine Teilchengröße gemäß den vorstehend beschriebenen Teilchengrößenparametern auf.
Ein nützliches Verfahren zum Bestimmen von Teilchengrößen der primären Polymerteilchen vor der Agglomeration und anderen Ausgangsmaterialien (z. B. Ladungssteuermitteln, Schmiermitteln usw.), der Pulverpolymerteilchen, die agglomeriert sein können oder nicht, oder der Pulverbeschichtungszusammensetzungen, ist die Laserbeugungsteilchengrößenanalyse. Eine beispielhafte Vorrichtung für eine solche Analyse ist ein Beckman Coulter LS 230 Laserbeugungsteilchengrößenanalysator oder dergleichen, der wie vom Hersteller empfohlen kalibriert ist. Es wird angenommen, dass die Teilchengrößenanalyse dieses Analysators die Prinzipien der internationalen Norm ISO 13320:2009(E) verkörpert.
Proben für die Laserbeugungsteilchengrößenanalyse können beispielsweise hergestellt werden, indem die Proben in einem im Wesentlichen nicht quellenden Lösungsmittel (wie etwa Cyclohexanon oder 2-Butoxyethanol) verdünnt und bis zur gleichmäßigen Verteilung geschüttelt werden. Die Wahl eines geeigneten Lösungsmittels hängt von den jeweiligen zu testenden Teilchen ab. Lösungsmittel-Screeningtests müssen durchgeführt werden, um ein geeignetes im Wesentlichen nicht quellendes Lösungsmittel zu identifizieren. Als ein im Wesentlichen nicht quellendes Lösungsmittel würde beispielsweise ein Lösungsmittel angesehen, bei dem ein Polymerteilchen um etwa 1 % oder weniger (wie durch Laserbeugungsteilchengrößenanalyse bestimmt) quillt.
Es versteht sich für den Fachmann, dass die Teilchengröße der primären Teilchen vor dem Beschichtungsprozess gemessen werden kann, dies jedoch nicht ohne weiteres bestimmt werden kann, sobald Agglomerate gebildet werden. Das heißt, die Teilchengröße der primären Teilchen, die Agglomerate bilden, wird basierend auf den Ausgangsmaterialien bestimmt. Zur Messung der Teilchengröße von Agglomeraten wird weiterhin während des Beschichtungsprozesses eine Probe der Agglomerate gesammelt (z. B. während eines Sprühtrocknungsprozesses). Sobald die Beschichtung gebildet ist, kann eine genaue Bestimmung der Teilchengröße der Agglomerate nicht ohne weiteres bestimmt werden.
Die Pulverpolymerteilchen der Offenbarung können jede geeignete Form aufweisen, einschließlich z. B. flockenförmig, blattförmig, stangenförmig, globular, kartoffelförmig, kugelförmig oder Mischungen davon. Beispielsweise sind ausgefällte Polymerteilchen in der Regel kugelförmig. Vorzugsweise sind die Teilchen kartoffelförmig oder kugelförmig oder eine Mischung davon.
Während beliebige geeignete Pulverpolymerteilchen verwendet werden können, sind bevorzugte Polymerteilchen chemisch hergestellte Polymerteilchen. Chemisch hergestellte Pulver können allgemein als feine Pulver definiert werden, die durch andere Verfahren als die mechanische Verarbeitung hergestellt werden (z. B. anders als durch herkömmliches Schleifen). Solche Polymerteilchen weisen Oberflächenmorphologien und/oder Teilchenformen auf, die sich von denen unterscheiden, die in der Regel über mechanische Verarbeitungsmittel (z. B. Schleifen, Mahlen und dergleichen) erreicht werden. Solche mechanischen Techniken führen dazu, dass Festkörper von Polymermaterial mit großer Größe aufgenommen werden und sie in irgendeiner Weise aufgebrochen werden, um Polymerteilchen mit kleinerer Größe zu produzieren. Solche Prozesse ergeben jedoch in der Regel unregelmäßige, winkelförmige Teilchenformen und raue, unregelmäßige Oberflächenmorphologien und führen zu breiten Teilchengrößenverteilungen, wodurch eine zusätzliche Filterung erforderlich ist, um eine gewünschte Teilchengrößenverteilung zu erreichen, was zu Abfall und zusätzlichen Kosten führt. Die Polymerteilchen, die sich aus solchen mechanischen Prozessen ergeben, werden oft als „pulverisierte“ oder „gemahlene“ (herkömmlich hergestellte) Teilchen bezeichnet. Siehe zum Beispiel 1A, die ein Rasterelektronenmikroskop-Bild (REM-Bild) von herkömmlichen gemahlenen Polyester-Pulverbeschichtungsteilchen zeigt, die winkelförmig, unregelmäßig sind und eine breite Teilchengrößenverteilung aufweisen.
Im Gegensatz dazu neigen chemisch hergestellte Polymerteilchen dazu, regelmäßigere und glatte Oberflächenmorphologien und regelmäßigere und konsistente Teilchenformen und -größen aufzuweisen. Außerdem kann die Teilchengrößenverteilung genauer zielgerichtet und gesteuert werden, ohne nennenswerten Abfall zu erzeugen. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die verbesserte Homogenität und Regelmäßigkeit chemisch hergestellter Teilchen (z. B. in Form, Oberflächenmorphologie und Teilchengrößenverteilung) relativ zu mechanisch hergestellten Teilchen zu einer besseren, vorhersagbareren und effizienteren Übertragung und Aufbringung auf einem Substrat und schließlich zu besseren Beschichtungsleistungseigenschaften für gehärtete anhaftende Verpackungsbeschichtungen, die davon hergestellt werden, führt. Siehe zum Beispiel 1B (im Allgemeinen kartoffelförmige Teilchen) und 1C (im Allgemeinen kugelförmige Teilchen), die chemisch hergestellte Polymerteilchen mit einer allgemein engen Teilchengrößenverteilung zeigen.
Beispiele für chemische Prozesse zur Herstellung von Polymerteilchen schließen Polymerisation, wie etwa Grenzflächenpolymerisation, Polymerisation in organischer Lösung, Emulsion oder Dispersionspolymerisation in wässrigem Medium; Dispersion von Polymeren in Tensiden (z. B. in dispergierten oder kontinuierlichen Phasen) unter Verwendung von Tensiden mit niedrigem Molekulargewicht oder polymeren hydrophilen, hydrophoben oder fluorophilen Tensiden; Ausfällung von Polymeren, wie etwa eine kontrollierte Ausfällung; Schmelzmischpolymere; Teilchenaggregation; Mikroverkapselung; Rekristallisation; Kern-Hülle-Bildung; sowie andere Prozesse, die „zusammengesetzte“ Pulverpolymerteilchen bilden, ein.
Die Pulverpolymerteilchen (vorzugsweise alle Teilchen der gesamten Pulverbeschichtungszusammensetzung) können einen Formfaktor von mindestens 100 oder mindestens 120 aufweisen. Zum Beispiel kann der Formfaktor unter Verwendung von gemahlenen oder pulverisierten Teilchen bis zu 165 oder bis zu 155 oder bis zu 140 betragen. Dementsprechend können die Teilchen kugelförmig (mit einem Formfaktor von 100 bis zu weniger als 120) oder kartoffelförmig (mit einem Formfaktor von mindestens 120 bis 140) oder eine Mischung aus kugelförmig und kartoffelförmig sein. Im Gegensatz dazu weisen herkömmliche mechanisch hergestellte Polymerteilchen in der Regel einen Formfaktor von mehr als 145 auf. Die Pulverpolymerteilchen sind vorzugsweise kartoffelförmig. Der Formfaktor kann unter Verwendung der folgenden Gleichung bestimmt werden: $Formfaktor = ({(ML)}^{2} /A) \times (π/4) \times 100$
wobei: ML = Maximale Teilchenlänge (Kugel = 2r); und $A = Projizierter Bereich (Kugel = π r^{2}) .$
Der Formfaktor kann unter Verwendung einer dynamischen Bildanalyse (DIA) unter Verwendung eines Volumenteilchendynamikbildanalysators CAMSIZER X2 des Flusstyps bestimmt werden. Die Teilchenformparameter schließen Konvexität, Sphärizität, Symmetrie und Seitenverhältnis (Verhältnis von Länge zu Breite) ein.
Zur Formanalyse werden üblicherweise Teilchen unter 1 Mikrometer in der Teilchengröße in der Regel ignoriert. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass solche kleinen Teilchen eine ähnliche Form aufweisen werden wie die großen Teilchen und/oder dass die Form der großen Teilchen die Leistung der gebildeten endgültigen Beschichtung steuern wird.
Die dynamische Bildanalyse (DIA) verwendet einen Teilchenstrom, der ein Kamerasystem vor einem beleuchteten Hintergrund passiert. Ein dynamisches Bildanalysesystem misst freie fallende Teilchen und Suspensionen und zeichnet sich durch Dispersion durch Luftdruck für diejenigen Teilchen aus, die zu agglomerieren neigen. Unter Verwendung von Teilchenbildern werden eine breite Palette von Formparametern gemessen.
Pulverproben für die dynamische Bildanalyse (DIA) können beispielsweise durch Dispergieren einer Probe des zu messenden Pulvers in einem geeigneten Fluid hergestellt werden. Die vorbereiteten Proben können dann in einem dynamischen Bildanalysator, wie etwa dem CAMSIZER X2, der eine dynamische Bildgebungstechnik verwendet, gemessen werden. Die Proben werden durch Druckluft dispergiert und durch einen von zwei hellen, gepulsten LED-Lichtquellen beleuchteten Spalt geleitet. Die Bilder der dispergierten Teilchen (genauer ihrer Schatten oder Projektionen) werden dann von zwei Digitalkameras aufgezeichnet und auf Form analysiert, um eine erforderliche Vielzahl von Längen- und Breitendeskriptoren für die Teilchen zu bestimmen, wie z. B. nach ISO-Testverfahren 13322-2 (2006) (auf Teilchengrößenanalyse über dynamische Bildgebung).
Die Pulverpolymerteilchen (vorzugsweise alle Teilchen der gesamten Pulverbeschichtungszusammensetzung) weisen vorzugsweise einen Komprimierbarkeitsindex von mindestens 1 und bis zu 20 auf. Mehr bevorzugt kann der Komprimierbarkeitsindex 1 bis 10, 11 bis 15 oder 16 bis 20 betragen. Der Komprimierbarkeitsindex kann unter Verwendung der folgenden Gleichung bestimmt werden: $Komprimiertbarkeitsindex = ((Klopfdichte - Sch \ddot{u} ttdichte) / (Klopfdichte)) \times 100$
wobei die Klopfdichte und die Schüttdichte jeweils gemäß ASTM D7481-18 (2018) bestimmt werden. Die Pulverpolymerteilchen (vorzugsweise alle Teilchen der gesamten Pulverbeschichtungszusammensetzung) weisen vorzugsweise ein Hausner-Verhältnis von mindestens 1,00 und bis zu 1,25 auf. Mehr bevorzugt beträgt das Hausner-Verhältnis 1,00 bis 1,11, 1,12 bis 1,18 oder 1,19 bis 1,25. Das Hausner-Verhältnis kann unter Verwendung der folgenden Gleichung bestimmt werden: $Hausner - Verh \ddot{a} ltnis = Klopfdichte/Sch \ddot{u} ttdichte$
wobei die Klopfdichte und die Schüttdichte wie oben definiert/bestimmt sind.
Vorzugsweise weisen die Pulverpolymerteilchen mindestens normale Strömungseigenschaften auf (z. B. einen Komprimierbarkeitsindex von 16 bis 20 und ein Hausner-Verhältnis 1,19 bis 1,25), oder mindestens gute Strömungseigenschaften (z. B. einen Komprimierbarkeitsindex von 11 bis 15 und ein Hausner-Verhältnis 1,12 bis 1,18) oder ausgezeichnete Strömungseigenschaften (z. B. einen Komprimierbarkeitsindex von 1 bis 10 und ein Hausner-Verhältnis 1,00 bis 1,11).
Ähnlich wie die vorstehend erörterten Teilchengrößenverteilungen (z. B. D50 und dergleichen) für die Pulverpolymerteilchen, sollten der Formfaktor, der Komprimierbarkeitsindex und das Hausner-Verhältnis in beliebigen zusätzlichen Materialien (z. B. Ladungssteuermittel) eingeschlossen sein, die optional auf der Oberfläche der Polymerteilchen in der endgültigen Pulverbeschichtungszusammensetzung vorhanden sein können.
In bevorzugten Ausführungsformen weist die Gesamtpulverbeschichtungszusammensetzung einen oder mehrere von zwei oder mehr, von drei oder mehr, von vier oder mehr, von fünf oder mehr und vorzugsweise alle von einem D50, einem D90, einem D95, einem D99, einem Formfaktor, einem Komprimierbarkeitsindex und einem Hausner-Verhältnis auf, die in die vorstehend für die Pulverpolymerteilchen offenbarten Bereichen fallen.
In bevorzugten Ausführungsformen liegen die Pulverpolymerteilchen in Form von Agglomeraten (d. h. Anordnungen von primären Polymerteilchen) vor. Die Agglomerate (d. h. Cluster) können eine Teilchengröße von bis zu 25 Mikrometer, bis zu 20 Mikrometer, bis zu 15 Mikrometer oder bis zu 10 Mikrometer aufweisen. Obwohl der Bereich geringerer Größe der Agglomeratteilchengrößen nicht beschränkt ist, betragen die Teilchengrößen in der Regel mindestens 1 Mikrometer, mindestens 2 Mikrometer, mindestens 3 Mikrometer oder mindestens 4 Mikrometer. Vorzugsweise weisen die primären Polymerteilchen eine primäre Teilchengröße von mindestens 0,05 Mikrometer und bis zu 8 Mikrometer, bis zu 5 Mikrometer, bis zu 3 Mikrometer, bis zu 2 Mikrometer oder bis zu 1 Mikrometer auf. Die primäre Teilchengröße kann durch Laserbeugungsteilchengrößenanalyse des Ausgangsmaterials bestimmt werden, und die Teilchengröße der Polymeragglomerate (z. B. der bei einem Sprühtrocknungsprozess gesammelten Agglomerate) kann auch durch Laserbeugungsteilchengrößenanalyse bestimmt werden.
Agglomerierte Teilchen werden in der Regel durch Sprühtrocknung gebildet. Agglomerate sind Anordnungen von primären Teilchen, die durch einen Polymerisationsprozess gebildet werden. Der Sprühtrocknungsprozess beinhaltet in der Regel die Bildung von Flüssigkeitströpfchen unter Verwendung einer Sprühdüse, wobei jeder Tropfen primäre Teilchen darin einschließt. Die Tröpfchen werden dann getrocknet, um Agglomerate zu bilden (d. h. sie sind jeweils ein Cluster oder eine Anordnung der primären Teilchen, die in jedem Tröpfchen waren). Die Teilchengröße eines Agglomerats, das als sekundäre Teilchengröße bezeichnet werden kann, wird durch die Anzahl der primären Teilchen innerhalb des Agglomerats bestimmt. Dies kann durch die Größe des Flüssigkeitströpfchen und/oder die Konzentration der primären Teilchen innerhalb jedes Tröpfchens gesteuert werden. Zum Beispiel können kleine Agglomerate gebildet werden, indem der Sprühdüsendruck erhöht wird, um einen feinen Nebel kleiner Tröpfchen zu bilden. Außerdem können kleine Agglomerate gebildet werden, indem die Konzentration der primären Teilchen in der Flüssigkeit reduziert wird, jedoch unter Verwendung eines geringeren Sprühdüsendrucks und Bilden größerer Tröpfchen.
Jedes Pulverpolymerteilchen kann aus einer einzigen Art von Polymermaterial gebildet werden oder kann zwei oder mehr verschiedene Arten von Polymermaterialien einschließen. Zusätzlich zu einem oder mehreren Arten von Polymermaterialien können die Pulverpolymerteilchen, die agglomeriert sein können oder nicht, bis zu 50 Gew.-% eines oder mehrerer optionaler Additive, basierend auf dem Gesamtgewicht der Pulverpolymerteilchen, enthalten, falls gewünscht. Somit schließen die Pulverpolymerteilchen vorzugsweise ein oder mehrere Polymere in einer Menge von mindestens 50 Gew.-% ein, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverpolymerteilchen. Mehr bevorzugt schließen die Pulverpolymerteilchen ein oder mehrere Polymere in einer Menge von mindestens 60 Gew.-%, mindestens 70 Gew.-%, mindestens 80 Gew.-%, mindestens 90 Gew.-%, mindestens 95 Gew.-%, mindestens 98 Gew.-%, mindestens 99 Gew.-% oder 100 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverpolymerteilchen, ein.
Solche optionalen Additive können zum Beispiel Schmiermittel, Haftvermittler, Vernetzer, Katalysatoren, Farbmittel (z. B. Pigmente oder Farbstoffe), ferromagnetische Teilchen, Entgasungsmittel, Verlaufsmittel, Benetzungsmittel, Tenside, Durchflusssteuermittel, Wärmestabilisatoren, Korrosionsschutzmittel, Haftvermittler, anorganische Füllstoffe, Metallsikkativ und Kombinationen davon einschließen. Solche optionalen Additive können zusätzlich oder alternativ in anderen Teilchen vorhanden sein, die zusätzlich zu den Pulverpolymerteilchen in der Pulverbeschichtungszusammensetzung enthalten sind.
Die Polymerteilchen können jede geeignete Kombination aus einem oder mehreren thermoplastischen Polymeren, einem oder mehreren duroplastischen Polymeren oder einer Kombination davon einschließen. Für bestimmte bevorzugte Anwendungen können die Polymerteilchen jede geeignete Kombination eines oder mehrerer thermoplastischer Polymere einschließen. Der Begriff „Thermoplast“ bezieht sich auf ein Material, das bei ausreichendem Erwärmen schmilzt und seine Form ändert und bei ausreichendem Kühlen aushärtet. Solche Materialien können in der Regel ein wiederholtes Schmelzen und Härten durchlaufen, ohne eine nennenswerte chemische Änderung aufzuweisen. Im Gegensatz dazu bezieht sich ein „Duroplast“ auf ein Material, das vernetzt ist und nicht „schmilzt“.
Das Polymermaterial weist vorzugsweise einen Schmelzflussindex von mehr als 15 Gramm/10 Minuten, mehr als 50 Gramm/10 Minuten oder mehr als 100 Gramm/10 Minuten auf. Das Polymermaterial weist vorzugsweise einen Schmelzflussindex von bis zu 200 Gramm/10 Minuten oder bis zu 150 Gramm/10 Minuten auf. Die Pulverbeschichtungszusammensetzung als Ganzes kann einen solchen Schmelzflussindex aufweisen. Der hier bezeichnete „Schmelzflussindex“ wird gemäß ASTM D1238-13 (2013) bei 190 °C und mit 2,16 Kilogramm Gewicht gemessen.
In bestimmten Ausführungsformen sind die Polymerteilchen aus halbkristallinen, kristallinen Polymeren, amorphen Polymeren oder Kombinationen davon hergestellt. Geeignete halbkristalline oder kristalline Polymere können eine beliebige geeignete prozentuale Kristallinität aufweisen. In einigen Ausführungsformen schließt die Pulverbeschichtungszusammensetzung der Offenbarung mindestens ein halbkristallines oder kristallines Polymer mit einer prozentualen Kristallinität (auf einer Volumenbasis) von mindestens 5 %, mindestens 10 % oder mindestens 20 % ein. Beispielsweise kann die prozentuale Kristallinität für ein gegebenes Polymer mittels dynamischem Differenzkalorimetrie-Testverfahren (DSC-Testverfahren) unter Verwendung der folgenden Gleichung bewertet werden: $Prozentuale Kristallinit \ddot{a} t (%) = [A / B] \times 100$
wobei: „A“ die Schmelzwärme des gegebenen Polymers (d. h. der Gesamtbereich „unter“ dem Schmelzabschnitt der DSC-Kurve) in Joule pro Gramm (J/g) ist; und „B“ die Schmelzwärme in J/g für den 100 % kristallinen Zustand des Polymers ist.
Für viele Polymere kann ein theoretischer B-Wert in der wissenschaftlichen Literatur verfügbar sein und ein solcher Wert kann verwendet werden. Für Polyesterpolymere kann, beispielsweise wenn ein solcher B-Wert in der Literatur nicht verfügbar ist, ein B-Wert von 145 kg als Annährung verwendet werden, der die Schmelzwärme für 100 % kristallines Polybutylenterephthalat (PBT) ist, wie angegeben in: Cheng, Stephen; Pan, Robert; und Wunderlich, Bernard; „Thermal analysis of poly(butylene terephthalate) for heat capacity, rigid-amorphous content, and transition behavior“ Macromolecular Chemistry and Physics, Volumen 189, Ausgabe 10 (1988): 2443-2458.
Vorzugsweise ist mindestens ein Polymermaterial der Polymerteilchen (und mehr bevorzugt im Wesentlichen alles oder das Gesamte des in den Polymerteilchen vorhandenen Polymermaterials) mindestens halbkristallin (z. B. halbkristallin oder kristallin). Die Polymerteilchen können amorphes Polymermaterial oder eine Mischung aus mindestens halbkristallinem Polymermaterial und amorphem Polymermaterial einschließen. ASTM-D3418-15 (2015) ist ein Beispiel für eine nützliche Methodik zur Beurteilung der Kristallisationseigenschaften (Kristallisationsspitzentemperatur) von Polymeren.
Die verwendeten Polymere können jede geeignete Glasübergangstemperatur (Tg) oder Kombinationen von Tg's aufweisen. Die Pulverpolymerteilchen werden vorzugsweise aus einem amorphen Polymer mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von mindestens 40 °C, mindestens 50 °C, mindestens 60 °C oder mindestens 70 °C und einer Tg von bis zu 150 °C, bis zu 125 °C, bis zu 110 °C, bis zu 100 °C oder bis zu 80 °C hergestellt.
Niedrigere Tg-Polymere (z. B. mit einer Tg von weniger als 40 °C, wie etwa mit einer Tg von mindestens 0 °C oder mindestens 30 °C) können zur Herstellung der hierin verwendeten Pulverpolymerteilchen verwendet werden, solange die Teilchen mindestens ein Polymer mit einer höheren Tg (z. B. mindestens 40 °C) einschließen.
Die Polymerteilchen können zusätzlich eine Kern-Hülle-Morphologie aufweisen (d. h. der äußere Abschnitt oder die Hülle des Polymerteilchens ist von einer anderen Zusammensetzung als der innere Abschnitt oder Kern). In solchen Fällen umfasst die Hülle idealerweise 10 Gew.-% oder mehr der gesamten Polymerteilchen, und die oben genannten Tg-Präferenzen würden nur für die Hülle des Polymerteilchen gelten. Mit anderen Worten wird die Hülle des Polymerteilchen vorzugsweise aus einem Polymer mit einer Tg von mindestens 40 °C, mindestens 50 °C, mindestens 60 °C oder mindestens 70 °C und einer Tg von bis zu 150 °C, bis zu 125 °C, bis zu 110 °C, bis zu 100 °C oder bis zu 80 °C hergestellt.
Die Pulverpolymerteilchen werden vorzugsweise aus einem kristallinen oder halbkristallinen Polymer mit einem Schmelzpunkt von mindestens 40 °C und einem Schmelzpunkt von bis zu 130 °C hergestellt.
In bevorzugten Ausführungsformen weisen im Wesentlichen alle (d. h. mehr als 50 Gew.-%) des Polymermaterials der Polymerteilchen einen solchen Schmelzpunkt oder Tg auf. Klassische amorphe Polymere weisen beispielsweise keinen erkennbaren Schmelzpunkt auf (z. B. weisen keine DSC-Schmelzspitze auf) und schließen beliebige kristalline Bereiche ein. Somit würden solche klassischen amorphen Polymere erwartet werden, um eine prozentuale Kristallinität von 0 % aufzuweisen. Dementsprechend können Pulverbeschichtungszusammensetzungen der Offenbarung ein oder mehrere amorphe Polymere einschließen, die eine prozentuale Kristallinität von 0 % oder im Wesentlichen 0 % aufweisen. Falls gewünscht, können Pulverbeschichtungszusammensetzungen der Offenbarung jedoch ein oder mehrere „amorphe“ Polymere einschließen, die eine prozentuale Kristallinität außer 0 aufweisen (z. B. weniger als 5 %, weniger als 2 %, weniger als 1 %, weniger als 0,5 %, weniger als 0,1 % usw.).
Das eine oder die mehreren Polymere der Polymerteilchen können aliphatisch oder aromatisch oder eine Kombination aus einem oder mehreren aliphatischen Polymeren und einem oder mehreren aromatischen Polymeren sein. In ähnlicher Weise können das eine oder die mehreren Polymer gesättigt oder ungesättigt sein oder eine Kombination aus einem oder mehreren gesättigten Polymeren und einem oder mehreren ungesättigten Polymeren.
Geeignete Polymerteilchen können aus Wasser (z. B. Latexpolymer) oder aus organischen Lösungsmitteln (z. B. Nonan, Dekan, Dodekan oder Isohexadekan) oder Kombinationen davon hergestellt werden. Wasserbasierte Polymere werden aufgrund von Kostenbetrachtungen bevorzugt, um VOC-Werte während der Verarbeitung niedrig zu halten und organische Restlösungsmittel aus den Pulverbeschichtungszusammensetzungen herauszuhalten.
Die Pulverpolymerteilchen können Emulsion, Suspension, Lösung oder dispergierte polymerisierte Polymerteilchen (d. h. Teilchen, die aus einer Emulsion, Suspension, Lösung oder Dispersionspolymerisationsprozess hergestellt sind) sein. In der Regel schließen solche Polymere selbstemulgierbare Gruppen (z. B. Carbonsäure-, Sulfonsäure-, Phosphonsäuregruppen oder Salze davon) ein, obwohl dies keine Anforderung ist. Neutralisationsmittel (z. B. Amine, Ammoniak oder Ammoniumhydroxid), insbesondere flüchtige, können auch zur Herstellung solcher Polymerteilchen verwendet werden, wie dem Fachmann bekannt ist. Umgekehrt können, falls gewünscht, auch Basengruppen verwendet werden, die mit Säuren neutralisiert werden. Nicht-ionische polare Gruppen können alternativ oder zusätzlich verwendet werden.
Die Pulverpolymerteilchen können ausgefällte Polymerteilchen (d. h. Teilchen aus einem Fällungsprozess) sein. Die Pulverpolymerteilchen können durch Polymerisation in flüssigen Medien gebildet werden, gefolgt von einem geeigneten Trocknungsprozess (z. B. Sprühtrocknen, Vakuumtrocknung, Fließbetttrocknung, Strahlungstrocknung, Blitztrocknung und dergleichen). Die Pulverpolymerteilchen können auch durch Schmelzmischen (z. B. unter Verwendung eines Kneters, Mischers, Extruders usw.) gebildet werden, der optional mit einem Dispenser gekoppelt ist, wie er etwa zur Emulgierung verwendet wird (siehe z. B. US-Patent Nr. 6,512,024 (Pate et al.) für eine Beschreibung einer solchen Prozessausrüstung). Vorzugsweise sind die Pulverpolymerteilchen jedoch keine gemahlenen Polymerteilchen oder Polymerteilchen, die aus anderen ähnlichen Frakturierungs- oder Pulverisierungsprozessen gebildet werden. Mehr bevorzugt sind die Pulverpolymerteilchen sprühgetrocknete Teilchen.
Das Polymer der Pulverpolymerteilchen kann ein Polyacryl (d. h. Acryl oder Acrylat oder Polyacrylat), Polyether, Polyolefin, Polyester, Polyurethan, Polycarbonat, Polystyrol oder eine Kombination davon (d. h. Copolymer oder Mischung davon, wie etwa Acrylonitril-Butadien-Styrol) sein. Die Polymere können technische Kunststoffe sein. Technische Kunststoffe sind eine Gruppe von thermoplastischen Materialien, die bessere mechanische und/oder thermische Eigenschaften aufweisen als die weiter verbreiteten Standardkunststoffe (wie etwa Polystyrol, Polypropylen und Polyethylen). Beispiele für technische Kunststoffe schließen Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polycarbonate und Polyamide ein. Vorzugsweise ist das Polymer der Pulverpolymerteilchen ein Polyacryl, ein Polyether, ein Polyolefin, ein Polyester oder eine Kombination davon.
Einzelne Teilchen können aus einem Polymer oder zwei oder mehr Polymeren hergestellt sein. Einzelne Teilchen können durchgehend gleichmäßig sein oder eine „Kern-Hülle-“ Konfiguration aufweisen, die 1, 2, 3 oder mehr „Hüllenschichten“ aufweist oder eine Gradientenarchitektur (z. B. eine kontinuierlich variierende Architektur) aufweist. Solche „Kern-Hülle-“ Teilchen können zum Beispiel Mehrstufen-Latizes einschließen, die über die Emulsionspolymerisation von zwei oder mehr verschiedenen Stufen erzeugt werden, wobei Emulsionspolymerisationen unter Verwendung eines polymeren Tensids oder Kombinationen davon durchgeführt werden. Die Populationen von Teilchen können Mischungen von Polymeren einschließen, einschließlich Mischungen aus einheitlichen und Kern-Hülle-Teilchen.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der Einschluss einer ausreichenden Anzahl von zyklischen Gruppen und vorzugsweise Aryl- und/oder Heteroarylgruppen (z. B. Phenylengruppen) in den Polymeren ein wichtiger Faktor, um eine geeignete Beschichtungsleistung für Lebensmittelkontakt-Verpackungsbeschichtungen zu erreichen, insbesondere wenn das zu verpackende Produkt ein sogenanntes „schwer zu haltendes“ Lebensmittel- oder Getränkeprodukt ist. Sauerkraut ist ein Beispiel für ein schwer zu haltendes Produkt. Obwohl zyklische Gruppen, die eine solche Leistung bereitstellen, häufig Aryl- oder Heteroarylgruppen sind, können geeignete aliphatische zyklische Gruppen, wie beispielsweise aliphatische verbrückte bicyclische Gruppen (z. B. Norbornan oder Norbornen-Gruppen), aliphatische verbrückte trizyklische Gruppen (z. B. Tricyclodecan-Gruppen), Cyclobutan-Gruppen (z. B. wie unter Verwendung von Struktureinheiten, die von 2,2,4,4-tetramethyl-1,3-cyclobutandiol abgeleitet sind), Cyclobutengruppen oder spirodizyklische Gruppen (z. B. wie unter Verwendung von 3,9-bis(1,1-dimethyl-2-hydroxyethyl)-2,4,8,10-tetraoxaspiro[5,5]undecan (PSG)), eine solche Leistung bereitstellen.
Wenn zum Beispiel die Polymerteilchen aus bestimmten Polyether- oder Polyesterpolymeren, zyklischen Gruppen und mehr bevorzugt Aryl- und/oder Heteroarylgruppen gebildet werden, bilden sie vorzugsweise mindestens 25 Gew.-%, mehr bevorzugt mindestens 30 Gew.-%, noch mehr bevorzugt mindestens 35 Gew.-% und optimal mindestens 45 Gew.-% solcher Polymere. Die obere Konzentration von zyklischen Gruppen (z. B. Aryl-/Heteroarylgruppen) ist nicht besonders beschränkt, aber vorzugsweise ist die Menge solcher Gruppen so konfiguriert, dass die Tg des Polymers vorzugsweise innerhalb der hierin erörterten Tg-Bereiche liegt. Die Gesamtmenge an zyklischen Gruppen (z. B. Aryl- und/oder Heteroarylgruppen) in solchen Polymeren bildet in der Regel weniger als etwa 80 Gew.-%, mehr bevorzugt weniger als 75 Gew.-%, noch mehr bevorzugt weniger als etwa 70 Gew.-% und optimal weniger als 60 Gew.-% des Polyetherpolymers. Die Gesamtmenge an zyklischen Gruppen (z. B. Aryl- und/oder Heteroarylgruppen) in solchen Polymeren kann basierend auf dem Gewicht der eine zyklische Gruppe enthaltenden polymerisierbaren Verbindung (z. B. Aryl oder Heteroaryl enthaltende polymerisierbare Verbindung), die in die Polymere eingebaut ist, und dem Gewichtsanteil einer solchen polymerisierbaren Verbindung, die zyklische Gruppen (z. B. Aryl- oder Heteroarylgruppen) bildet, bestimmt werden.
Bevorzugte Aryl- oder Heteroarylgruppen schließen weniger als 20 Kohlenstoffatome, mehr bevorzugt weniger als 11 Kohlenstoffatome, und noch mehr bevorzugt weniger als 8 Kohlenstoffatome ein. Die Aryl- oder Heteroarylgruppen weisen vorzugsweise mindestens 4 Kohlenstoffatome, mehr bevorzugt mindestens 5 Kohlenstoffatome, und noch mehr bevorzugt mindestens 6 Kohlenstoffatome auf. Substituierte oder unsubstituierte Phenylengruppen sind bevorzugte Aryl- oder Heteroarylgruppen.
Alternativ sind mindestens einige oder sogar alle der zyklischen Gruppen polyzyklische Gruppen (z. B. bizyklische, trizyklische oder polyzyklische Gruppen mit 4 oder mehr Ringen).
Die Pulverpolymerteilchen können ein Polyesterpolymer einschließen. Geeignete Polyester schließen Polyester ein, die aus einer oder mehreren geeigneten Polycarbonsäurekomponenten (z. B. Dicarbonsäurekomponenten, Tricarbonsäurekomponenten, Tetracarbonsäurekomponenten usw.) und einer oder mehreren geeigneten Polyolkomponenten (z. B. Diolkomponenten, Triolkomponenten, Polyolen mit vier Hydroxylgruppen usw.) gebildet sind. Falls gewünscht können ein oder mehrere andere Comonomere verwendet werden. Dicarbonsäurekomponenten und Diolkomponenten sind bevorzugt.
Geeignete Dicarbonsäurekomponenten schließen zum Beispiel aromatische Dicarbonsäuren wie etwa Terephthalsäure, Isophthalsäure, Phthalsäure, Naphthalincarbonsäure (z. B. 2,6-Naphthalindicarbonsäure) und Furandicarbonsäure (z. B. 2,5-Furandicarbonsäure); aliphatische Dicarbonsäuren wie etwa Adipinsäure, Cyclohexandicarbonsäure, Sebacinsäure und Azelainsäure; ungesättigte Säuren wie etwa Maleinsäureanhydrid, Itaconsäure und Fumarsäure; und Mischungen davon ein. Beispiele für andere geeignete Polycarbonsäuren (oder Anhydride) schließen Benzol-Pentacarbonsäure; Mellithsäure; 1,3,5,7 Naphthalin-Tetracarbonsäure; 2,4,6-Pyridin-Tricarbonsäure; Pyromellithsäure; Trimellitsäure; Trimesinsäure; 3,5,3',5'-Biphenyltetracarbonsäure; 3,5,3',5'-Bipyridyltetracarbonsäure; 3,5,3',5'-Benzophenontetracarbonsäure; 1,3,6,8-Acridintetracarbonsäure; 1,2,4,5-Benzoltetracarbonsäure; Nadinsäureanhydrid; Trimellitsäureanhydrid; Pyromellitsäureanhydrid und Mischungen davon ein. Anhydride oder Ester der vorstehend genannten Säuren und Mischungen solcher Säuren, Anhydride oder Ester können ebenfalls verwendet werden.
Geeignete Diolkomponenten schließen zum Beispiel Polymethylenglykole ein, die durch die Formel HO-(CH₂)_n-OH dargestellt werden (wobei n etwa 2 bis 10 beträgt), wie etwa Ethylenglykol, Propylenglykol, Butandiol, Hexandiol und Decamethylenglykol; verzweigte Glykole, die durch die Formel HO-CH₂-C(R₂)-CH₂-OH dargestellt werden (wobei R eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist), wie etwa Neopentylglykol; Diethylenglykol und Triethylenglykol; Diole mit einem Cyclohexanring, wie etwa Cyclohexan-Dimethanol (CHDM); 2-Methyl-1,3-Propandiol; Diole mit einem Cyclobutanring, wie etwa 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-Cyclobutandiol; Isosorbid; Tricyclodecandimethanol; spirodizyklische Diole (z. B. 3,9-bis(1,1-dimethyl-2-hydroxyethyl) -2,4,8,10-tetraoxaspiro[5,5]undecan (PSG)); und Mischungen davon ein. Glycerin, Trimethylolpropan (TMP) und andere geeignete trifunktionelle oder höhere Polyole können auch allein oder in Kombination mit jedem anderen geeigneten Polyol verwendet werden.
Die Polyester-Polymerteilchen sind vorzugsweise aus halbkristallinen oder kristallinen Polymeren hergestellt. Geeignete beispielhafte kristalline und halbkristalline Polyesterpolymere schließen Polyethylenterephthalat („PET“), Copolymere aus PET, wie etwa PET/I, Polybutylenterephthalat („PBT“), Polyethylennaphthalat („PEN“), Poly-1,4-Cyclohexylendimethylenterephthalat und Copolymere und Kombinationen davon ein. Das Polyestermaterial kann aus Inhaltsstoffen einschließlich Dimerfettsäuren gebildet sein. Nicht einschränkende Beispiele für nützliche kommerziell erhältliche Polyestermaterialien können Polyester, die im Handel unter dem Handelsnamen DYNAPOL erhältlich sind, wie beispielsweise DYNAPOL L912 (einschließlich polyzyklische Gruppen, die von Tricyclodecandimethanol abgeleitet sind), DYNAPOL L952, DYNAPOL P1500, DYNAPOL P1500 HV (weist eine Schmelzpunkttemperatur von etwa 170 °C, eine Glasübergangstemperatur von etwa 20 °C und ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von etwa 20.000 auf), DYNAPOL P1510 und DYNAPOL P1550 (jeweils erhältlich von Hiils AG und basierend auf Monomeren einschließlich Terephthalsäure und/oder Isophthalsäure); Polyestermaterialien, die im Handel unter dem TRITAN-Handelsnamen erhältlich sind (erhältlich von Eastman Chemical Company und basierend auf Monomeren einschließlich 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-Cyclobutandiol); und Polyestermaterialien, die im Handel unter dem Handelsnamen GRILTEX erhältlich sind, wie beispielsweise GRILTEX DD2267EG und GRILTEX D2310EG (jeweils erhältlich von EMS-Chemie und basierend auf Monomeren einschließlich Terephthalsäure und/oder Isophthalsäure) einschließen.
Beispielhafte Polyesterpolymere, die bei der Herstellung geeigneter Pulverpolymerteilchen verwendet werden können, sind beispielsweise in dem US-Patent- Pub.- Nr. 2014/0319133 (Castelberg et al.), US-Patent- Pub.- Nr. 2015/0344732 (Witt-Sanson et. al.), US-Patent-Pub.- Nr. 2016/0160075 (Seneker et al.), internationalen Anmeldung Nr. PCT/US2018/051726 (Matthieu et al.), US-Patent- Nr. 5,464,884 (Nield et al.), US-Patent-Nr. 6,893,678 (Hirose et al.), US 7,198,849 (Stapperfenne et al.), US-Patent- Nr. 7,803,415 (Kiefer-Liptak et al.), US-Patent- Nr. 7,981,515 (Ambrose et al.), US-Patent- Nr. 8,133,557 (Parekh et al.), US-Patent- Nr. 8,367,171 (Stenson et al.), US 8,574,672 (Doreau et al.), US-Patent- Nr. 9,096,772 (Lespinasse et al.), US-Patent- Nr. 9,011,999 (Cavallin et al.), US-Patent- Nr. 9,115,241 (Gao et al.), US-Patent- Nr. 9,187,213 (Prouvost et al.), US-Patent- Nr. 9,321,935 (Seneker et al.), US-Patent- Nr. 9,650,176 (Cavallin et al.), US-Patent- Nr. 9,695,264 (Lock et al.), US-Patent- Nr. 9,708,504 (Singer et al.), US-Patent-Nr. 9,920,217 (Skillman et al.), US-Patent- Nr. 10,131,796 (Martinoni et al.) und US-Patent- Pub.- Nr. 2020/0207516 (Seneker et al.) beschrieben.
Polyesterpolymere mit C4-Ringen können verwendet werden, wie sie beispielsweise in bestimmten Struktursegmenten vorhanden sind, die von Verbindungen vom Cyclobutandioltyp abgeleitet sind, wie beispielsweise einschließlich 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-Cyclobutandiol). Beispiele solcher Polyester, einschließlich solcher C4-Ringe, sind beispielsweise in WO 2014/078618 (Knotts et al.), US-Patent- Nr. 8,163,850 (Marsh et. al.), US-Patent- Nr. 9,650,539 (Kuo et. al.), US-Patent- Nr. 9,598,602 (Kuo et. al.), US-Patent- Nr. 9,487,619 (Kuo et. al.), US-Patent- Nr. 9,828,522 (Argyropoulos et al.) und US-Patent- Pub.- Nr. 2020/0207516 (Seneker et al.) beschrieben.
Vorzugsweise können die Pulverpolymerteilchen ein Polyetherpolymer einschließen. Das Polyetherpolymer kann eine Vielzahl von aromatischen Segmenten, häufiger aromatische Ethersegmente enthalten. Das Polyetherpolymer kann unter Verwendung beliebiger geeigneter Reaktanten und eines beliebigen geeigneten Polymerisationsprozesses gebildet werden. Das Polyetherpolymer kann zum Beispiel aus Reaktanten gebildet werden, die eine Streckverbindung (z. B. ein Diol, das vorzugsweise ein mehrwertiges Phenol ist, mehr bevorzugt ein zweiwertiges Phenol; eine Disäure; oder eine Verbindung, die sowohl eine Phenolhydroxylgruppe als auch eine Carboxylgruppe aufweist) und ein Polyepoxid einschließen. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Polyepoxid ein Polyepoxid eines mehrwertigen Phenols (häufiger ein Diepoxid, z. B. ein Diglycidylether von einem zweiwertigen Phenol). Vorzugsweise ist (i) die mehrwertige Phenolverbindung ein orthosubstituiertes Diphenol (z. B. Tetramethylbisphenol F), (ii) das Diepoxid ein Diepoxid eines ortho-substituierten Diphenols (z. B. Tetramethylbisphenol F) oder (iii) sowohl (i) als auch (ii).
Ein Polyetherpolymer kann aus Reaktanten gebildet werden, die ein Diepoxid eines ortho-substituierten Diphenols (z. B. das Diglycidylether von Tetramethylbisphenol F) und ein zweiwertiges Phenol mit nur einem Phenolring (z. B. Hydrochinon, Resorcin, Catechol oder einer substituierten Variante davon) einschließen.
Ein Polyetherpolymer kann aus Reaktanten hergestellt werden, die ein Diepoxid (in der Regel ein Diglycidylether oder Diglycidylester) einschließen, das nicht von einem mehrwertigen Phenol abgeleitet ist, und das ein oder mehrere im Grundgerüst vorliegende oder anhängende Aryl- oder Heteroarylgruppen einschließt. Solche aromatischen Diepoxide können beispielsweise aus aromatischen Verbindungen mit zwei oder mehr reaktiven Gruppen wie etwa Diolen, Disäuren, Diaminen und dergleichen hergestellt werden. Solche geeigneten beispielhaften aromatischen Verbindungen zur Verwendung beim Bilden der aromatischen Diepoxide schließen 1-Phenyl-1,2-Propandiol; 2-Phenyl-1,2-Propandiol; 1-Phenyl-1,3-Propandiol; 2-Phenyl-1,3-Propandiol; 1-Phenyl-1,2-Ethandiol; Vanilylalkohol; 1,2-, 1,3- oder 1,4-Benzoldimethanol; Furandimethanol (z. B. 2,5-Furandimethanol); Terephthalsäure; Isophthalsäure; und dergleichen ein.
Ein Polyetherpolymer kann aus Reaktanten hergestellt werden, die ein oder mehrere aliphatische Polyepoxide einschließen, die in der Regel aliphatische Diepoxide sind, und häufiger cycloaliphatische Diepoxide. Beispielhafte aliphatische Diepoxide schließen Diepoxide aus (die in der Regel Diglycidylether sind): Cyclobutandiol (z. B. 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-Cyclobutandiol), Isosorbid, Cyclohexandimethanol, Neopentylglykol, 2-Methyl- 1,3- Propandiol, Tricyclodecandimethanol, 3,9-bis(1,1-Dimethyl-2-Hydroxyethyl)-2,4,8,10-Tetraoxaspiro[5,5]undecan (PSG) und Mischungen davon ein.
Beispielhafte Reaktanten, Polymerisationsprozesse und Polyetherpolymere, die zur Herstellung geeigneter Pulverteilchen verwendet werden können, sind in dem US-Patent-Nr. 7,910,170 (Evans et al.), US-Patent- Nr. 9,409,219 (Niederst et al.), US-Patent- Pub.-Nr. 2013/0280455 (Evans et al.), US-Patent- Pub.- Nr. 2013/0316109 (Niederst et al.), US-Patent- Pub.- Nr. 2013/0206756 (Niederst et al.), US-Patent- Pub.- Nr. 2015/0021323 (Niederst et al.), internationale Pub.- Nr. WO 2015/160788 (Valspar Sourcing), WO 2015/164703 (Valspar Sourcing), WO 2015/057932 (Valspar Sourcing), WO 2015/179064 (Valspar Sourcing) und WO 2018/125895 (Valspar Sourcing) beschrieben.
Die Polyetherpolymere können alternativ aus Inhaltsstoffen gebildet werden, die keine Bisphenole oder beliebige Epoxide von Bisphenolen einschließen, obwohl nicht beabsichtigte Spurenmengen möglicherweise aufgrund von z. B.
Umweltkontaminationen vorhanden sein können. Beispiele für geeignete Reaktanten zum Bilden solcher Bisphenol-freien Polyetherpolymere schließen beliebige der Diepoxide ein, die aus anderen Materialien als Bisphenolen abgeleitet sind, die in den in dem vorstehenden Absatz referenzierten Patentdokumenten und einer der anderen Streckverbindungen als Bisphenole, die in solchen Patentdokumenten offenbart sind, abgeleitet sind. Hydrochinon, Catechol, Resorcin und substituierte Varianten davon sind nicht einschränkende Beispiele für geeignete Streckverbindungen zur Verwendung bei der Herstellung solcher Bisphenol-freien Polyetherpolymere.
Vorzugsweise können die Pulverpolymerteilchen ein Polymer einschließen, das durch freie radikalische Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren gebildet wird, wobei Acrylpolymere bevorzugte Beispiele solcher Polymere sind. Solche Polymere werden hierin zur Vereinfachung als „Acrylpolymere“ bezeichnet, wobei solche Polymere in der Regel ein oder mehrere Monomere einschließen, die aus (Meth)acrylaten oder (Meth)acrylsäure ausgewählt sind. Bevorzugte Acrylpolymere schließen organische lösungspolymerisierte Acrylpolymere und emulsionspolymerisierte Acryllatexpolymere ein. Ein geeignetes Acrylpolymer schließt ein Reaktionsprodukt von Komponenten ein, die einen (Meth)acrylsäureester, eine optionale ethylenisch ungesättigte mono- oder multifunktionelle Säure und eine optionale Vinylverbindung einschließen. Zum Beispiel könnte das acrylatfilmbildende Polymer ein Reaktionsprodukt von Komponenten sein, die Ethylacrylat, Acrylsäure und Styrol einschließen (vorzugsweise in Gegenwart von 2,2'-Azobis(2-methylbutyronitril) und Tert-Butylperoxybenzoat-Radikalinitiatoren).
Beispiele für geeignete (Meth)acrylsäureester (d. h. Methacrylsäureester und Acrylsäureester) schließen Methyl (Meth)acrylat, Ethyl (Meth)acrylat, Propyl (Meth)acrylat, Isopropyl (Meth)acrylat, Butyl (Meth)acrylat, Isobutyl (Meth)acrylat, Pentyl (Meth)acrylat, Isoamyl (Meth)acrylat, Hexyl (Meth)acrylat, 2-Hydroxyethyl (Meth)acrylat, 2-Ethylhexyl (Meth)acrylat, Cyclohexyl (Meth)acrylat, Decyl (Meth)acrylat, Isodecyl (Meth)acrylat, Benzyl (Meth)acrylat, 2-Hydroxypropyl (Meth)acrylat, Lauryl (Meth)acrylat, Isobornyl (Meth)acrylat, Octyl (Meth)acrylat, und Nonyl (Meth)acrylat ein. Jedes geeignete Isomer oder eine Kombination von vorstehenden Isomeren kann verwendet werden. Beispielsweise soll die Offenbarung von „Butyl (Meth)acrylat“ alle Isomere, wie etwa n-Butyl (Meth)acrylat, Sec-Butyl (Meth)acrylat, Tert-Butyl (Meth)acrylat und dergleichen offenbaren. Im Allgemeinen ist, wie hierin offenbart, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, die Offenbarung aller Isomere für ein gegebenes Monomer bestimmt.
Beispiele für geeignete ethylenisch ungesättigte mono- oder multifunktionelle Säuren schließen Methacrylsäure, Acrylsäure, Crotonsäure, Itaconsäure, Maleinsäure, Mesaconsäure, Citraconsäure, Sorbinsäure und Fumarsäure ein.
Beispiele für geeignete Vinylverbindungen schließen Styrol, Halostyrol, Isopren, ein konjugiertes Butadien, Alpha-Methylstyrol, Vinyltoluol, Vinylnaphthalin, Vinylchlorid, Acrylnitril, Methacrylnitril, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylcyclohexan, Vinylcyclooctan, Vinylcyclohexen und Vinylstearat ein.
Beispiele für kommerziell erhältliche Acrylpolymere schließen diejenigen ein, die unter dem Handelsnamen VIACRYL SC 454/50BSNB, VIACRYL SC383w/50WA und VANCRYL 2900 DEV (alle von Cytec Industries Inc., West Peterson, NJ) sowie NEOCRYL A-639, NEOCRYL XK-64, URACON CR203 M3 und URACON CS113 S1G (alle von DSM Neoresins BV, 5140 AC Waalwijk, Niederlande) erhältlich sind.
Beispielhafte Acrylpolymere, die zur Herstellung geeigneter Pulverteilchen verwendet werden können, sind in dem US-Patenten- Nr. 8,168,276 (Cleaver et al.), US-Patent- Nr. 7,189,787 (O'Brien), US-Patent- Nr. 7,592,047 (O'Brien et al.), US-Patent- Nr. 9,181,448 (Li et al.), US-Patent- Nr. 9,394,456 (Rademacher et al.), US-Patent- Pub.- Nr. 2016/0009941 (Rademacher et al.), US-Patent- Pub.- Nr. US2016/0376446 (Gibanel et al.), US-Patent- Pub.- Nr. 2017/0002227 (Gibanel et al.), US-Patent- Pub.- Nr. 2018/0265729 (Gibanel et al.), WO2016/196174 (Singer et al.), WO2016/196190 (Singer et al.), WO2017/112837 (Gibanel et al.), WO2017/180895 (O'Brien et. al.), WO2018/085052 (Gibanel et al.), WO2018/075762 (Gibanel et al.), WO2019/078925 (Gibanel et al.), WO2019/046700 (O'Brien et al.) und WO2019/046750 (O'Brien et al.) beschrieben.
Die Pulverpolymerteilchen können getrocknete Latexteilchen einschließen, die sowohl Polyetherpolymer als auch Acrylpolymer einschließen. Beispiele für solche Latexteilchen sind z. B. in WO2017/180895 (O'Brien et. al.) und internationale Anm.-Nr. WO2019046700 (O'Brien et al.) beschrieben.
Vorzugsweise können die Pulverpolymerteilchen ein Polyolefinpolymer einschließen. Beispiele für geeignete Polyolefinpolymere schließen ein maleinmodifiziertes Polyethylen, ein maleinmodifiziertes Polypropylen, Ethylen-Acrylsäure-Copolymere, Ethylen-Methacrylsäure-Copolymere, Propylenacrylsäure-Copolymere, Propylenmethacrylsäure-Copolymere und Ethylen-Vinylalkohol-Copolymere ein.
Beispiele für kommerziell erhältliche Polyolefinpolymere schließen diejenigen ein, die unter dem Handelsnamen DOW PRIMACOR 5980i, DUPONT NUCREL, POLYBOND 1103, NIPPON SOARNOL (EVOH), ARKEMA OREVAC 18751 und ARKEMA OREVAC 18360 erhältlich sind. Beispielhafte Polyolefinpolymere, die zur Herstellung geeigneter Pulverteilchen verwendet werden können, sind in dem US-Patenten- Nr. 9,000,074 (Choudhery), US-Patent- Nr. 8,791,204 (Choudhery), internationale Pub.- Nr. WO 2014/140057 (Akzo Nobel), US-Patent- Nr. 8,722,787 (Romick et al.), US-Patent- Nr. 8,779,053 (Lundgard et al.) und US-Patent- Nr. 8,946,329 (Wilbur et al.) beschrieben.
Geeignete Polyolefinteilchen können aus wässrigen Dispersionen von Polyolefinpolymer hergestellt werden. Siehe beispielsweise US-Patent Nr. 8,193,275 (Moncla et al.) für eine Beschreibung geeigneter Prozesse zur Herstellung solcher wässrigen Polyolefindispersionen. Beispiele für kommerziell erhältliche wässrige Polyolefindispersionen schließen die CANVERA Linie von Produkten ein, die von Dow erhältlich sind, einschließlich beispielsweise das CANVERA 1110-Produkt, die CANVERA 3110-Serie und die CANVERA 3140-Serie. Trockene Pulverpolymerteilchen der hierin offenbarten Patentschrift können unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Prozesses erreicht werden, einschließlich eines der geeigneten hierin offenbarten Prozesse, wie beispielsweise Sprühtrocknen. Vorzugsweise wird Sprühtrocknen verwendet, um trockene Pulverpolymerteilchen der hierin offenbarten Patentschrift zu bilden.
Die Pulverpolymerteilchen können ein ungesättigtes Polymer in Kombination mit einer oder beiden von einer Etherkomponente oder einem Metallsikkativ einschließen. Die Etherkomponente kann in dem ungesättigten Polymer selbst vorliegen. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass das Vorhandensein einer geeigneten Menge an Ungesättigtheit (z. B. aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen, wie sie etwa in Norbornen-Gruppen und gesättigten Struktureinheiten vorhanden sind, die von Maleinsäureanhydrid, Itaconsäure, funktionalisiertem Polybutadien und dergleichen abgeleitet sind) in Kombination mit einer geeigneten Menge von Etherkomponente oder Metallsikkativ (z. B. Aluminium, Kobalt, Kupfer, Oxide davon, Salze davon) zu einem Ergebnis im Molekulargewicht während der thermischen Härtung der Pulverbeschichtungszusammensetzung, um eine gehärtete Beschichtung zu bilden, führen kann. Siehe beispielsweise US-Patent Nr. 9,206,332 (Cavallin et al.) zur weiteren Diskussion solcher Reaktionsmechanismen und geeigneten Materialien und Konzentrationen. Das Polymer der Pulverpolymerteilchen kann einen Iodwert von mindestens 10, mindestens 20, mindestens 35 oder mindestens 50 aufweisen. Der obere Bereich geeigneter Iodwerte ist nicht besonders beschränkt, aber in den meisten solchen Ausführungsformen wird der Todwert in der Regel etwa 100 oder etwa 120 nicht überschreiten. Die vorgenannten Iodwerte werden in Bezug auf die Zentigramme Iod pro Gramm des Materials ausgedrückt. Iodwerte können zum Beispiel unter Verwendung von ASTM D 5768-02 (Reapproved 2006) mit dem Titel „Standard Test Method for Determination of Iodine Values of Tall Oil Fatty Acids“ bestimmt werden.
Optionale Ladungssteuermittel
In bevorzugten Ausführungsformen der Pulverbeschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung sind ein oder mehrere Ladungssteuermittel in der Beschichtungszusammensetzung enthalten. Das heißt, in bevorzugten Ausführungsformen stehen die Pulverpolymerteilchen mit einem oder mehreren Ladungssteuermitteln in Kontakt.
Vorzugsweise sind ein oder mehrere Ladungssteuermittel auf einer Oberfläche der Pulverpolymerteilchen angeordnet. Die Polymerteilchen sind vorzugsweise mindestens im Wesentlichen mit einem oder mehreren Ladungssteuermitteln beschichtet oder sogar vollständig beschichtet. Ein oder mehrere Ladungssteuermittel sind mehr bevorzugt an eine Oberfläche der Pulverpolymerteilchen angeheftet.
Das/die Ladungssteuermittel ermöglichen es, dass die Pulverbeschichtungsteilchen eine Ladung effizient aufnehmen (vorzugsweise eine triboelektrische Ladung), um die elektrostatische Aufbringung auf ein Substrat besser zu erleichtern. Das/die Ladungssteuermittel ermöglichen es auch, dass die Pulverbeschichtungsteilchen eine latente triboelektrische Ladung für einen längeren Zeitraum besser aufrechterhalten, wodurch eine Verschlechterung der elektrostatischen Aufbringungseigenschaften im Laufe der Zeit vermieden wird. Zusätzlich zu den Vorteilen, die durch das Einbringen eines oder mehrerer Ladungssteuermittel erreicht werden, sollten das/die Mittel das System nicht negativ beeinflussen. Zum Beispiel sollten das/die Ladungssteuermittel die Funktion der beliebigen Komponente der Aufbringungsausrüstung (wie etwa des Schmelzfixierers) oder der Leistung der gehärteten Beschichtung (wie etwa Adhäsion, Farbentwicklung, Klarheit oder Produktbeständigkeit) nicht in schädlicher Weise beeinträchtigen.
Dementsprechend wird eine solche Kombination von Teilchen und Ladungssteuermittel(n) hierin als „triboelektrisch aufladbare Pulverpolymerteilchen“ (oder einfach „aufladbare Polymerteilchen“ oder „aufladbare Teilchen“) bezeichnet. Die Verwendung und Ausrichtung des/der Ladungssteuermittel(s) in Bezug auf die Pulverpolymerteilchen ist denen in der Tonerdruckindustrie bekannt.
Während der Aufbringung auf ein Substrat stellt das Ladungssteuermittel vorzugsweise eine Ladung an die Pulverpolymerteilchen durch Reibung bereit, wodurch geladene (d. h. triboelektrisch geladene) Pulverpolymerteilchen gebildet werden.
Die Ladungssteuermittel können zur Verwendung mit positiv geladenen Pulverbeschichtungszusammensetzungen verwendet werden. Alternativ können die Ladungssteuermittel zur Verwendung mit negativen geladenen Pulverbeschichtungszusammensetzungen verwendet werden.
Das Ladungssteuermittel kann anorganische Teilchen, organische Teilchen oder beide (z. B. anorganische modifizierte organische Teilchen oder metallorganische Teilchen) einschließen. Vorzugsweise schließt das Ladungssteuermittel anorganische Teilchen ein. Ladungssteuermittel können entweder positiv geladen oder negativ geladen sein.
Die Ladungssteuermittelteilchen können jede geeignete Größe aufweisen. In der Regel weisen die Ladungssteuermittelteilchen Teilchengrößen im Sub-Mikrometer-Bereich (z. B. weniger als 1 Mikrometer, 100 Nanometer oder weniger, 50 Nanometer oder weniger oder 20 Nanometer oder weniger) auf, obwohl jede geeignete Größe verwendet werden kann. Vorzugsweise beträgt die Teilchengröße der Ladungssteuermittelteilchen von 0,001 Mikrometer bis 0,10 Mikrometer. Ein nützliches Verfahren zum Bestimmen von Teilchengrößen der Ladungssteuermittelteilchen ist die Laserbeugungsteilchengrößenanalyse, wie hierin für die Pulverpolymerteilchen beschrieben.
Beispiele für geeignete Ladungssteuermittel schließen hydrophile pyrogene Aluminiumoxidteilchen, hydrophile ausgefällte Natriumaluminiumsilicatteilchen, Metallcarboxylat- und Sulfonatteilchen, quartäre Ammoniumsalze (z. B. quartäre Ammoniumsulfat- oder -sulfonatteilchen), Polymere, die anhängende quartäre Ammoniumsalze enthalten, ferromagnetische Teilchen, Übergangsmetallteilchen, Nitrosin- oder Azinfarbstoffe, Kupferphthalocyaninpigmente, Metallkomplexe von Chrom, Zink, Aluminium, Zirkonium, Calcium oder Kombinationen davon, ein.
Optionale Additive
Die Pulverbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung kann ein oder mehrere andere optionale Additive einschließen, um gewünschte Wirkungen bereitzustellen. Beispielsweise können derartige optionale Additive in der Beschichtungszusammensetzung enthalten sein, um die Ästhetik der Zusammensetzung zu verbessern, um die Herstellung, Verarbeitung, Handhabung und Aufbringung der Zusammensetzung zu erleichtern und um eine bestimmte funktionelle Eigenschaft der Beschichtungszusammensetzung oder einer daraus resultierenden gehärteten Beschichtung weiter zu verbessern. Ein oder mehrere optionale Additive können einen Teil der Teilchen selbst bilden, wie etwa einen Teil von sprühgetrockneten Teilchen.
Da gehärtete Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung vorzugsweise auf Lebensmittelkontaktoberflächen verwendet werden, ist es wünschenswert, die Verwendung von Additiven zu vermeiden, die für solche Oberflächen aufgrund von Faktoren wie etwa Geschmack, Toxizität oder anderen staatlichen Regulierungsanforderungen nicht geeignet sind.
Beispiele für solche optionalen Additive, insbesondere solche, die zur Verwendung in Beschichtungen geeignet sind, die auf Lebensmittelkontaktoberflächen verwendet werden, schließen Schmiermittel, Haftvermittler, Vernetzer, Katalysatoren, Farbmittel (z. B. Pigmente oder Farbstoffe), ferromagnetische Teilchen, Entgasungsmittel, Verlaufsmittel, Benetzungsmittel, Tenside, Durchflusssteuermittel, Wärmestabilisatoren, Korrosionsschutzmittel, Haftvermittler, anorganische Füllstoffe, Metallsikkativ und Kombinationen davon ein. Die Pulverbeschichtungszusammensetzung kann ein oder mehrere Schmiermittel, Pigmente, Vernetzer oder eine Kombination davon einschließen.
In bevorzugten Ausführungsformen schließen Pulverbeschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung ein oder mehrere Schmiermittel ein, z. B. für die Flexibilität. Beispiele für geeignete Schmiermittel schließen Carnaubawachs, synthetisches Wachs (z. B. Fischer-Tropsch-Wachs), Polytetrafluorethylen-Wachs (PTFE-Wachs), PolyolefinWachs (z. B. Polyethylen-Wachs (PE-Wachs), Polypropylen-Wachs (PP-Wachs) und Polyethylen-Wachs mit hoher Dichte (HDPE-Wachs)), Amidwachs (z. B. mikronisiertes Ethylen-bis-Stearamid-Wachs (EBS-Wachs)), Kombinationen davon und eine modifizierte Version davon (z. B. amidmodifiziertes PE-Wachs, PTFE-modifiziertes PE-Wachs und dergleichen) ein. Die Schmiermittel können mikronisierte Wachse sein, die optional kugelförmig sein können. Schmiermittel erleichtern die Herstellung von Metalldosen, insbesondere von genieteten Metalldosenenden, und Zuglaschen, indem sie Schmierfähigkeit und damit Flexibilität auf Blechen beschichteter Metallsubstrate verleiht.
Ein oder mehrere Schmiermittel können in einer Pulverbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-%, mindestens 0,5 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, vorhanden sein. Ferner können ein oder mehrere Schmiermittel in einer Menge von bis zu 4 Gew.-%, bis zu 3 Gew.-% oder bis zu 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, vorhanden sein.
Das Schmiermittel kann in den Pulverpolymerteilchen, auf den Pulverpolymerteilchen, in einem anderen Inhaltsstoff, der zur Bildung der Pulverbeschichtungszusammensetzung verwendet wird, oder einer Kombination davon vorhanden sein. Das Schmiermittel kann auch in einer zweiten Pulverbeschichtungszusammensetzung aufgebracht werden, die in einer separaten Pulverschicht aufgebracht wird. Zum Beispiel kann das Schmiermittel in einem „Staub-auf-Staub“-Ansatz auf einer Basispulverschicht, einschließlich der Pulverpolymerteilchen der vorliegenden Offenbarung, vor der Aushärtung der Basispulverschicht aufgebracht werden.
Beispiele für geeignete kommerziell erhältliche Schmiermittel schließen die CERETAN-Linie von Produkten von Munzig (z. B. die CERETAN MA 7020, MF 5010, MM 8015, MXF 2999, MT 9120, MXD 3920 und die MXF 9899 Produkte); die LUBA-PRINT-Linie von Produkten von Munzig (z. B. die LUBA-PRINT 255/B, 276/A (ND), 351/G, 501/S-100, 749/PM und CA30 Produkte); die SST-52, S-483, FLUOROSLIP 893-A, TEXTURE 5347W und SPP-10-Produkte von Shamrock; die CERAFLOUR-Linie von Produkten von BYK (z. B. die CERAFLOUR 981, 988, 996, 258, 970 und 916 Produkte); und das CERACOL 607 Produkt von BYK ein.

Die Teilchengrößen einiger dieser Schmiermittel und Verfahren, die verwendet werden, um solche Teilchengrößen zu bestimmen, wie durch die Lieferanten identifiziert (obwohl hierin solche Schmiermittelteilchengrößen durch Laserbeugungsteilchengrößenanalyse gemessen werden können), sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Lieferant	Schmiermittel	Chemie des Schmiermittels*	Teilchengröße*	Verfahren*
Munzing	Ceretan MA 7020	Mikronisiertes Ethylen-bis-Stearamid-Wachs	D99 < 20 µm / D50 < 5 µm	LV 5 ISO 13320
Munzing	Ceretan MF 5010	Kugelförmiges, mikronisiertes PTFE-modifiziertes Polyolefinwachs	D99 < 10 µm / D50 < 4 µm	LV 5 ISO 13320
Munzing	Ceretan MM 8015	Kugelförmiges, mikronisiertes Montanwachs	D99 < 15 µm / D50 < 6 µm	LV 5 ISO 13320
Munzing	Ceretan MXF 2999	Mikronisierte Funktionsmischung, mit PTFE beschichtet	D50 < 50 µm	LV 5 ISO 13320
Munzing	Ceretan MT 9120	Hochschmelzendes, kugelförmiges, mikronisiertes Fischer-Tropsch-Wachs	D99 < 20 µm / D50 < 7 µm	LV 5 ISO 13320
Munzing	Ceretan MXD 3920	Beschichtetes, mikronisiertes Wachs mit diamantartiger Härte	D99 < 20 µm / D50 < 4 µm	LV 5 ISO 13320
Munzing	Ceretan MXF 9899	Kugelförmige, mikronisierte Funktionsmischung mit PTFE-Beschichtung	D50 < 50 µm	LV 5 ISO 13320
Munzing	LUBA-print 255/B	Carnauba-Wachsdispersion	D50: 2-3 µm / D98: < 6 µm	Bild-Teilchen-Analysesystem
Munzing	LUBA-print 276/A	Polyethylen-Wachs/PTFE-Dispersion	D50: 2-3 µm / D98: < 8 µm	Bild-Teilchen-Analysesystem
Munzing	LUBA-print 351/G	Wachsdispersion mit Funktionsmischung	D50: 2-3 µm / D98: < 5 µm	Bild-Teilchen-Analysesystem
Munzing	LUBA-print 501/ S-100	Polyethylen-Wachsdispersion	D50: 2,5-4 µm / D98: < 8 µm	Bild-Teilchen-Analysesystem
Munzing	LUBA-print 749/PM	Amid-Wachsdispersion	D50: 2-3 µm / D98: < 5 µm	Bild-Teilchen-Analysesystem
Munzing	LUBA-print CA 30	Carnauba-Wachsdispersion	D98: 3,0 µm	Einzelpasstest
BYK	Ceraflour 981	Mikronisiertes PTFE	D50: 3 µm / D90: 6 µm	Laserbeugung - Volumenverteilung
BYK	Ceraflour 988	Mikronisiertes, amidmodifiziertes Polyethylen-Wachs	D50: 6 µm / D90: 13 µm	Laserbeugung - Volumenverteilung
BYK	Ceraflour 996	Mikronisiertes, PTFE-modifiziertes Polyethylen-Wachs	D50: 6 µm / D90: 11 µm	Laserbeugung - Volumenverteilung
BYK	Ceraflour 970	Mikronisiertes Polypropylen-Wachs	D50: 9 µm / D90: 14 µm	Laserbeugung - Volumenverteilung
BYK	Ceraflour 916	Mikronisierte, modifizierte HDPE-Wachs-/Polymermischung	D50: 46 µm / D90: 82 µm	Laserbeugung - Volumenverteilung
BYK	Ceramat 258	Dispersion eines oxidierten HDPE-Wachses	30 µm	Hegman
BYK	Ceracol 607	PTFE-modifizierte Polyethylen-Wachsdispersion	D50: 4 µm / D90: 10 µm	Laserbeugung - Volumenverteilung

* Nach Herstellerangaben

In bevorzugten Ausführungsformen schließen Pulverbeschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung einen oder mehrere Vernetzer und/oder Katalysatoren ein. Zusätzlich oder alternativ kann die Pulverbeschichtungszusammensetzung ein oder mehrere selbstvernetzbare Polymere einschließen. Beispiele für geeignete Vernetzer (z. B. Phenolvernetzer, Aminovernetzer oder eine Kombination davon) und Katalysatoren (z. B. ein titanhaltiger Katalysator, ein zirkoniumhaltiger Katalysator oder eine Kombination davon) sind in dem US-Patent- Nr. 8,168,276 (Clever et al.) beschrieben.
Der Begriff „Vernetzer“ bezieht sich auf ein Molekül, das in der Lage ist, eine kovalente Bindung zwischen Polymeren oder zwischen zwei verschiedenen Regionen desselben Polymers zu bilden. Beispiele für geeignete Vernetzer schließen carboxylreaktive Härtungsharze, wobei Beta-Hydroxyalkyl-Amidvernetzer als solche Vernetzer bevorzugt sind (z. B. im Handel unter dem Handelsnamen PRIMID erhältlich von EMS-Griltech (z. B. die PRIMID XL-552 und PRIMID QM-1260 Produkte) und hydroxylhärtenden Harze ein, wie zum Beispiel phenolische Vernetzer, blockierte Isocyanatvernetzer und Aminoplastvernetzer. Andere geeignete Härtungsmittel können Benzoxazin-Härtungsmittel einschließen, wie beispielsweise Phenolharze auf Benzoxazinbasis oder Hydroxylalkylharnstoffe. Beispiele für Härtungsmittel auf Benzoxazinbasis sind im US-Patent- Pub.- Nr. 2016/0297994 (Kuo et al.) bereitgestellt. Beispiele für Hydroxyalkylharnstoffe sind in dem US-Patent- Pub.- Nr. 2017/0204289 (Kurtz et al.) bereitgestellt.
Phenolische Vernetzer schließen die Kondensationsprodukte von Aldehyden mit Phenolen ein. Bevorzugte Aldehyde sind Formaldehyd und Acetaldehyd. Es können verschiedene Phenole eingesetzt werden, wie etwa Phenol, Kresol, p-Phenylphenol, p-tert-Butylphenol, p-tert-Amylphenol und Cyclopentylphenol.
Aminoplastvernetzer sind in der Regel die Kondensationsprodukte von Aldehyden, wie etwa Formaldehyd, Acetaldehyd, Crotonaldehyd und Benzaldehyd mit Amino- oder Amidgruppen enthaltenden Substanzen, wie etwa Harnstoff, Melamin und Benzoguanamin. Beispiele geeigneter Aminoplastvernetzerharze schließen Benzoguanamin-Formaldehydharze, Melamin-Formaldehydharze, veresterte Melamin-Formaldehyd- und Harnstoff-Formaldehydharze ein. Ein spezifisches Beispiel für einen geeigneten Aminoplastvernetzer ist das vollständig alkylierte Melamin-Formaldehyd-Harz, das im Handel von Cytec Industries, Inc., unter der Handelsbezeichnung CYMEL 303, erhältlich ist.
Vorzugsweise schließt die Pulverbeschichtungszusammensetzung keine zusätzlichen Vernetzer ein. In einer solchen Ausführungsform kann das Polymer der Pulverteilchen je nach Chemie des ausgewählten Polymers und den gewünschten Beschichtungseigenschaften ein selbstvernetzendes Polymer sein oder nicht.
Ein oder mehrere Vernetzer können in einer Pulverbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-%, mindestens 1 Gew.-%, mindestens 2 Gew.-%, mindestens 5 Gew.-% oder mindestens 8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, vorhanden sein. Ein oder mehrere Vernetzer können in einer Menge von bis zu 40 Gew.-%, bis zu 30 Gew.-%, bis zu 20 Gew.-% oder bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, vorhanden sein.
In bevorzugten Ausführungsformen schließen Pulverbeschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung ein oder mehrere Farbmittel ein, wie etwa ein Pigment und/oder Farbstoff. Beispiele für geeignete Farbmittel zur Verwendung in der Pulverbeschichtungszusammensetzung schließen Titandioxid, Bariumsulfat, Ruß und Eisenoxid ein und können auch organische Farbstoffe und Pigmente einschließen.
Ein oder mehrere Farbmittel können in einer Pulverbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung in einer Menge von zum Beispiel mindestens 1 Gew.-%, mindestens 2 Gew.-%, mindestens 5 Gew.-%, mindestens 10 Gew.-% oder mindestens 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, vorhanden sein. Ein oder mehrere Farbmittel können in einer Menge von bis zu 50 Gew.-%, bis zu 40 Gew.-%, bis zu 30 Gew.-% oder bis zu etwa 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, vorhanden sein. Die Verwendung einer höheren Farbmittelkonzentration kann vorteilhaft sein, um eine gute Abdeckung mit dünneren Beschichtungen zu erreichen.
Pulverbeschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung können einen oder mehrere anorganische Füllstoffe einschließen. Beispielhafte anorganische Füllstoffe, die in der Pulverbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, schließen zum Beispiel Ton, Glimmer, Aluminiumsilikat, pyrogenes Siliziumdioxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Bariumoxid, Calciumsulfat, Calciumoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumaluminiumoxid, Zinkaluminiumoxid, Magnesiumtitanoxid, Eisentitanoxid, Calciumtitanoxid und Mischungen davon ein.
Die anorganischen Füllstoffe sind vorzugsweise nicht reaktiv und können in Form eines Pulvers, vorzugsweise mit einer Teilchengrößenverteilung, die gleich oder kleiner als die der Mischung aus einem oder mehreren Pulverpolymerteilchen ist, in die Pulverbeschichtungszusammensetzung eingebracht werden.
Ein oder mehrere anorganische Füllstoffe können in einer Pulverbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-%, mindestens 1 Gew.-% oder mindestens 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, vorhanden sein. Ein oder mehrere anorganische Füllstoffe können in einer Menge von bis zu 20 Gew.-%, bis zu 15 Gew.-% oder bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, vorhanden sein.
In bevorzugten Ausführungsformen schließen Pulverbeschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung ein oder mehrere Durchflusssteuermittel ein. Das Durchflusssteuermittel kann dazu beitragen, einen gleichmäßigen dünnen Film zu erreichen, und kann ferner bei der Reduzierung von Klumpenbildung und Staubproblemen helfen, die andernfalls mit feinen Pulverteilchen auftreten können.
Beispiele für Durchflusssteuermittel sind anorganische Teilchen, wie etwa SiliziumdioxidTeilchen (z. B hydrophobe pyrogene Siliziumdioxidteilchen, hydrophile pyrogene Siliziumdioxidteilchen, hydrophobe ausgefällte Siliziumdioxidteilchen, hydrophile ausgefällte Siliciumdioxidteilchen) und organische Harze wie etwa Polyacryle.
Beispiele für kommerziell erhältliche Materialien zur Verwendung als Durchflusssteuermittel schließen die AEROSIL, AEROXIDE und SIPERNAT -Linien von Produkten von Evonik (z. B. die AEROSIL R972, R816, 200 und 380 Produkte, das AEROXIDE Alu C Produkt; und die SIPERNAT D 17, 820A, 22 S, 50 S und 340 Produkte); die BONTRON-Serien von Produkten von Orient Corporation of America (z. B. die BONTRON E-Serien, S-Serien, N-Serien und P-Serien-Linien von Produkten); und die HDK-Linie von pyrogenen Siliziumdioxid-Produkten von Wacker (z. B. die HDK H1303VP, H2000/4, H2000T und H3004 Produkte) ein.
Ein beispielhaftes Durchflusssteuermittel zur Verwendung in der Pulverbeschichtungszusammensetzung ist ein Polyacrylat, das im Handel unter dem Handelsnamen PERENOL von Henkel Corporation, Rocky Hill, CT erhältlich ist. Darüber hinaus sind nützliche Polyacrylat-Durchflusssteuermittel im Handel unter dem Handelsnamen ACRYLON MFP von Protex France erhältlich und sind im Handel erhältlich von BYK-Chemie GmbH, Germany. Zahlreiche andere dem Fachmann bekannte Verbindungen können auch als Durchflusssteuermittel verwendet werden.
Ein oder mehrere Durchflusssteuermittel können in einer Pulverbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-% oder mindestens 0,2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, vorhanden sein. Ein oder mehrere Durchflusssteuermittel können in einer Menge von bis zu 5 Gew.-% oder bis zu 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, vorhanden sein.
In bevorzugten Ausführungsformen schließen Pulverbeschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung ein oder mehrere Tenside ein. Beispiele für geeignete Tenside zur Verwendung in der Pulverbeschichtungszusammensetzung schließen Benetzungsmittel, Emulgatoren, Suspendiermittel, Dispergiermittel und Kombinationen davon ein. Eines oder mehrere der Tenside können polymere Tenside (z. B. ein alkalilösliches Harz) sein. Beispiele für geeignete Tenside zur Verwendung in der Beschichtungszusammensetzung schließen nichtionische und anionische Tenside ein.
Ein oder mehrere Tenside können in einer Pulverbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-% oder mindestens 0,2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, vorhanden sein. Ein oder mehrere Tenside können in einer Menge von bis zu 10 Gew.-% oder bis zu 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, vorhanden sein.
Für Additive, die in partikulärer Form (z. B. Schmiermittel) vorliegen, weisen die Teilchen Teilchengrößen auf, die nicht größer als die Pulverpolymerteilchen sind. In der Regel befinden sie sich im Sub-Mikrometer-Bereich (z. B. weniger als 1 Mikrometer, 100 Nanometer oder weniger, 50 Nanometer oder weniger oder 20 Nanometer oder weniger), obwohl jede geeignete Größe verwendet werden kann. Ein nützliches Verfahren zum Bestimmen von Teilchengrößen der optionalen Additive (z. B. Schmiermittel) ist die Laserbeugungsteilchengrößenanalyse.
Verfahren zur Herstellung von Pulverbeschichtungszusammensetzung
Eine Metallverpackung- (z. B. ein Lebensmittel-, ein Getränke-, ein Aerosol- oder ein allgemeiner Verpackungsbehälter, ein Abschnitt davon oder ein Metallverschluss) Pulverbeschichtungszusammensetzung kann wie folgt hergestellt werden. In einem anfänglichen Schritt werden Pulverpolymerteilchen, wie hierin beschrieben, bereitgestellt. Diese werden dann vorzugsweise mit einem oder mehreren Ladungssteuermitteln kombiniert, wie hierin beschrieben. Diese Teilchen, vorzugsweise in Kontakt mit einem oder mehreren Ladungssteuermitteln, werden dann unverändert oder mit einem oder mehreren optionalen Additiven als eine Pulverbeschichtungszusammensetzung verwendet, die zur Verwendung als eine Metallverpackung- (z. B. ein Lebensmittel-, ein Getränke-, ein Aerosol- oder ein allgemeiner Verpackungsbehälter, ein Abschnitt davon oder ein Metallverschluss) Pulverbeschichtungszusammensetzung, wie hierin beschrieben, geeignet ist.
Die Polymerteilchen können beliebige geeignete Polymerteilchen sein, einschließlich beispielsweise ausgefällter Polymerteilchen, Polymerteilchen, die durch andere Verfahren als die Fällung gebildet werden, oder eine Kombination aus ausgefällten und nicht ausgefällten Polymerteilchen. Jedes geeignete Verfahren kann verwendet werden, um ausgefällte Teilchen mit geeigneter Größe der vorliegenden Offenbarung zu bilden. Das Verfahren schließt vorzugsweise das Bereitstellen eines Trägers (z. B. eines Lösungsmittels) ein, das darin dispergiertes, vorzugsweise darin gelöstes, Polymermaterial aufweist, und das Reduzieren der Löslichkeit des Polymermaterials in dem Träger (z. B. durch Abkühlen der Temperatur des Trägers, durch Ändern der Zusammensetzung des Trägers oder durch Ändern der Konzentration des Polymers in dem Träger) ein, um ausgefällte Teilchen zu bilden. Vorzugsweise schließt das Verfahren Folgendes ein: Herstellen einer Mischung aus einem organischen Lösungsmittel und einem festen kristallisierbaren Polymer; Erwärmen der Mischung auf eine Temperatur, die ausreicht, um das feste kristallisierbare Polymer im organischen Lösungsmittel zu dispergieren (und vorzugsweise aufzulösen), aber nicht zu schmelzen; und das Abkühlen der Mischung, um ausgefällte Polymerteilchen zu bilden.
Die Pulverpolymerteilchen können unter Verwendung einer Emulsion, Suspension, Lösung oder eines Dispersionspolymerisationsverfahrens hergestellt werden, die dem Fachmann gut bekannt sind. Zum Beispiel kann ein Polymer in Form einer wässrigen Emulsion, Suspension, Lösung oder Dispersion unter Verwendung von Standardtechniken hergestellt und anschließend getrocknet werden, um Teilchen unter Verwendung einer Vielzahl von Techniken zu bilden, einschließlich beispielsweise Sprühtrocknung, Wirbelschichttrocknung, Vakuumtrocknung, Strahlungstrocknung, Gefriertrocknung und Blitztrocknung unter anderem. Vorzugsweise beinhaltet das Trocknen eine Sprühtrocknung. Polymerteilchen, die unter Verwendung von Emulsions-/Suspensions-/Dispersions-/Lösungspolymerisation hergestellt werden, sind in der Regel keine ausgefällten Teilchen.
Die Pulverpolymerteilchen werden vorzugsweise nicht durch Schleifen eines Polymers zur Bildung von gemahlenen Polymerteilchen hergestellt (das heißt, die Teilchen werden nicht als gemahlene Teilchen bereitgestellt).
Vorzugsweise werden die Pulverpolymerteilchen als Agglomerate von primären Polymerteilchen bereitgestellt, wie hierin beschrieben, die unter Verwendung von Standardtechniken hergestellt werden können, die dem Fachmann gut bekannt sind. Zum Beispiel kann ein Polymer in Form einer wässrigen Emulsions-/Dispersions-/Suspensions-/Lösungstechnik hergestellt und anschließend beispielsweise unter Verwendung einer Sprühtrocknungstechnik getrocknet werden. Die Sprühtrocknung kann direkt Agglomerate bilden. Die Sprühtrocknung beinhaltet die Zerstäubung eines flüssigen Ausgangsmaterials in ein Spray von Tröpfchen und die Kontaktierung mit heißer Luft in einer Trockenkammer. Die Sprays werden in der Regel entweder durch Drehen (Rad) oder Düsenzerstäuber hergestellt. Die Verdampfung von Feuchtigkeit aus den Tröpfchen und die Bildung von trockenen Teilchen erfolgt unter kontrollierten Temperatur- und Luftstrombedingungen. Die Pulverteilchen werden in der Regel im Wesentlichen kontinuierlich aus der Trockenkammer abgeführt. Die Betriebsbedingungen und das Trocknerdesign werden gemäß den Trocknungseigenschaften der Produktspezifikation ausgewählt.
2 zeigt eine geeignete Sprühtrocknungsvorrichtung (zum Beispiel den Büchi B290 Laborsprühtrockner), die ein Druckgas (1), wie etwa Druckluft oder Stickstoff, verwendet, um ein aerosolisiertes Spray des flüssigen Produkts über eine Edelstahldüse (2) zu erzeugen. Dieses Spray wird mit einem Trocknungsgas, wie etwa Laborluft oder Stickstoff (3), in einen Glastrocknungsturm (4) koeluiert, wobei die Tröpfchen des flüssigen Produkts durch die/das erwärmte Luft/Gas entwässert/entsolvatisiert werden, was zu festen Pulverteilchen führt, die weitgehend frei von ihrem ursprünglichen Lösungsmittel oder Dispergiermittel sind. Ein Glaszyklon (6) trennt dann das Pulver von dem erwärmten Lösungsmitteldampf. Wenn eine Probe gesammelt werden soll, um die Teilchengröße und -form zu bestimmen, wird sie in der Regel am Sammelbehälter (5) am Boden des Zyklons (6) gesammelt. Schließlich durchläuft der Wasser-/Lösungsmitteldampf einen Teilchenfilter (7), um feine Teilchen zu entfernen, bevor der Dampf ausgestoßen oder gesammelt wird.
In der Regel sind die agglomerierten Teilchen, die aus einer Sprühtrocknungstechnik gebildet werden, kugelförmig oder im Wesentlichen kugelförmig. Die Teilchengröße der Agglomerate erhöht sich in der Regel mit einem höheren Feststoffgehalt der Emulsion/Dispersion/Suspension/Lösung und/oder mit einem niedrigeren Zerstäubungsdruck in den Sprühtrocknungsdüsen. Die Sekundärtrocknung (z. B. unter Verwendung einer Wirbelschicht) kann durchgeführt werden, um gebundenes Wasser aus den Agglomeraten zu entfernen, falls gewünscht.
Alternativ können primäre Teilchen, z. B. durch Emulsions-/Dispersions-/Suspensions-/Lösungpolymerisation, oder durch Fällung gebildet werden, und anschließend aggregiert und/oder zusammengeführt werden, um agglomerierte Teilchen unter Verwendung beispielsweise chemischer Aggregation oder mechanischer Verschmelzung (z. B. Erhitzen oberhalb der Tg eines Polymers, um die primären Teilchen in ein agglomeriertes Teilchen zu verschmelzen) zu bilden. Jeder geeignete Aggregationsprozess kann beim Bilden der aggregierten Dispersionsteilchen mit oder ohne Additive (z. B. Pigmente, Schmiermittel, Tenside) verwendet werden.
Ein Beispiel für einen Teilchenaggregationsprozess ist in dem US-Patent- Nr. 9,547,246 (Kier et al.) beschrieben, und schließt das Bilden einer wässrigen Dispersion, einschließlich einem thermoplastischen Polymer, einem Stabilisierungsmittel, das in der Lage ist, die Bildung einer stabilen Dispersion oder Emulsion (z. B. eines Tensids) zu unterstützen, optionaler Additive und eines Aggregationsmittels, das in der Lage ist, die Komplexbildung (z. B. Erdalkalimetall- oder Übergangsmetallsalze) in einem Gefäß zu verursachen, ein. Die Mischung wird dann bis zur Homogenisierung gerührt und auf eine Temperatur von beispielsweise etwa 50 °C erhitzt. Die Mischung kann für einen Zeitraum auf einer solchen Temperatur gehalten werden, um eine Aggregation der Teilchen auf die gewünschte Größe zu ermöglichen. Sobald die gewünschte Größe der aggregierten Tonerteilchen erreicht ist, kann der pH-Wert der Mischung eingestellt werden, um eine weitere Aggregation zu verhindern. Die Teilchen können weiter auf eine Temperatur von beispielsweise etwa 90 °C erhitzt werden und der pH-Wert kann verringert werden, um zu ermöglichen, dass die Teilchen zusammengeführt und sphärodisiert werden. Die Heizung wird dann ausgeschaltet und dadurch ermöglicht, die Reaktormischung auf Raumtemperatur abzukühlen, wobei die aggregierten und koaleszierten Teilchen zurückgewonnen und gegebenenfalls gewaschen und getrocknet werden. Der Teilchenaggregationsprozess kann auch ausgehend von einer wässrigen Dispersion, die ein duroplastisches Polymer einschließt, verwendet werden.
Außerdem können die Pulverpolymerteilchen der vorliegenden Offenbarung unter Verwendung eines Emulsionaggregationsprozesses hergestellt werden, das in G.E. Kmiecik-Lawrynowicz, DPP2003: IS&Ts International Conference on Digital Production Printing and Industrial Applications, Seiten 211-213, zum Herstellen von Tonerteilchen für einen digitalen Farbdruck mit hoher Qualität beschrieben ist.
Die Pulverpolymerteilchen werden vorzugsweise mit einem oder mehreren Ladungssteuermitteln kombiniert, um aufladbare Pulver-Polymerteilchen zu bilden, wie hierin beschrieben. Vorzugsweise schließt das Verfahren zur Herstellung einer Pulverbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung das Aufbringen eines oder mehrerer Ladungssteuermittel auf die Pulverpolymerteilchen und das Bilden einer Pulverbeschichtungszusammensetzung ein. Die Ladungssteuermittel (wie bei einem der hierin beschriebenen optionalen Additive) können zu den Pulverpolymerteilchen während ihrer Bildung (z. B. wie in einem Sprühtrocknungsprozess) oder danach hinzugefügt werden.
Ein oder mehrere Ladungssteuermittel können während, vor oder sowohl während als auch vor dem Sprühtrocknungsprozess eingebracht werden, so dass Polymertröpfchen oder entstehende Formteilchen die Ladungssteuermittel berühren. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, kann das Vorhandensein des Ladungssteuermittels während des Sprühtrocknungsprozesses vorteilhaft sein, um die Mobilität der Pulverpolymerteilchen zu verbessern, wodurch eine Verklumpung der Pulverpolymerteilchen vermieden oder verhindert wird, und/oder ein Anhaften der Pulverpolymerteilchen an der Prozessausrüstung vermieden oder verhindert wird.
Ein oder mehrere Ladungssteuermittel können zu den getrockneten Teilchen hinzugefügt werden (z. B. nach einem Sprühtrocknungsprozess). Zum Beispiel können ein oder mehrere Ladungssteuermittel auf eine Oberfläche der Pulverpolymerteilchen aufgebracht werden. Dies kann das vollständige Beschichten der Polymerteilchen mit dem einen oder den mehreren Ladungssteuermitteln beinhalten. Es kann zusätzlich oder alternativ das Anhaften des einen oder der mehreren Ladungssteuermittel an die Oberfläche der Pulverpolymerteilchen beinhalten.
Diese Kombination von Ladungssteuermitteln und Pulverpolymerteilchen bildet aufladbare Teilchen. Zum Beispiel kann das Laden von Pulverteilchen, z. B. durch Reibung oder Induktion, unter Verwendung von Prozessen beeinflusst werden, die in der Regel in der Fotokopierungstechnologie oder der Laserdrucktechnologie bekannt sind (wobei die Prozesse zum Beispiel in L.B. Schein, Electrophotography and Development Physics, Seiten 32-244, Volumen 14, Springer Series in Electrophysics (1988) erläutert werden).
Standardverfahren zum Mischen können verwendet werden, wenn ein oder mehrere optionale Additive mit den aufladbaren Teilchen verwendet werden, die dem Fachmann gut bekannt sind. Der eine oder die mehreren optionalen Additive können mit den Pulverpolymerteilchen, dem oder den Ladungssteuermittel(n) oder beiden kombiniert werden. Solche optionalen Additive können während der Pulverpolymerteilchenherstellung oder danach zugegeben werden. Bestimmte solcher Additive können in die Pulverpolymerteilchen eingebracht, auf die Pulverpolymerteilchen beschichtet oder mit den Pulverpolymerteilchen gemischt werden.
Die vorliegende Offenbarung stellt auch Verfahren bereit, die bewirken, dass die Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung auf einem Metallsubstrat der Metallverpackung verwendet wird. In einigen Fällen, in denen mehrere Parteien beteiligt sind, kann eine erste Partei (z. B. die Partei, die Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung herstellt und/oder diese liefert) Anweisungen, Empfehlungen oder andere Offenbarungen über die Endverwendung von der Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung an eine zweite Partei (z. B. einen Metallbeschichter (z. B. einen Spulenbeschichter für Getränkedosenenden), Dosenhersteller oder Markeninhaber) bereitstellen. Solche Offenbarungen können zum Beispiel Anweisungen, Empfehlungen oder andere Offenbarungen einschließen, die sich auf das Beschichten eines Metallsubstrats zur nachfolgenden Verwendung beim Bilden von Verpackungsbehältern oder Abschnitten davon, das Beschichten eines Metallsubstrats mit vorgeformten Behältern oder Teilen davon, das Herstellen von Pulverbeschichtungszusammensetzungen für solche Verwendungen, Härtungsbedingungen oder prozessbedingte Bedingungen für solche Beschichtungen oder geeignete Typen von verpackten Produkte zur Verwendung mit den resultierenden Beschichtungen, beziehen. Solche Offenbarungen können beispielsweise in technischen Datenblättern (TDSs), Sicherheitsdatenblättern (SDSs), regulatorischen Offenbarungen, Garantien oder Garantiebeschränkungen, Marketingliteratur oder Präsentationen oder auf Firmenwebseiten auftreten. Eine erste Partei, die solche Offenbarungen für eine zweite Partei macht, geht davon aus, dass die Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzungen auf einem Metallsubstrat der Metallverpackung (z. B. einem Behälter oder Verschluss) verwendet werden sollen, selbst wenn es sich um die zweite Partei handelt, die tatsächlich die Zusammensetzung auf ein Metallsubstrat im Handel aufbringt, ein solches beschichtetes Substrat im Handel auf einem Metallsubstrat von Verpackungsbehältern verwendet und/oder solche beschichteten Behälter mit Produkt füllt.
Beschichtetes Metallsubstrat und Verfahren zur Beschichtung
Die vorliegende Offenbarung stellt auch ein beschichtetes Metallsubstrat bereit. Das Metallsubstrat weist vorzugsweise eine geeignete Dicke auf, um einen Lebensmittel- oder Getränkemetallbehälter (z. B. Dose), einen Aerosolbehälter (z. B. Dose), einen allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose) oder einen Verschluss, z. B. für einen Glastiegel, zu bilden. Das Metallsubstrat weist eine durchschnittliche Dicke von bis zu 635 Mikrometer, vorzugsweise bis zu 375 Mikrometer auf. Vorzugsweise weist das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von mindestens 125 Mikrometer auf. In Ausführungsformen, in denen ein Metallfoliensubstrat beim Formen z. B. eines Verpackungsartikels verwendet wird, kann die Dicke des Metallfoliensubstrats noch dünner sein als die vorstehend beschriebene.
Ein solches Metallsubstrat weist eine gehärtete anhaftende Beschichtung auf, die auf mindestens einem Abschnitt einer Oberfläche davon angeordnet ist. Die gehärtete anhaftende Beschichtung wird aus einer Metallverpackung- (z. B. einer Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosoldose) Pulverbeschichtungszusammensetzung gebildet, wie hierin beschrieben, mit oder ohne einem oder mehreren optionalen Additiven.
Gehärtete (z. B. ausgehärtete) Beschichtungen der Offenbarung haften vorzugsweise gut auf Metall (z. B. Stahl, rostfreiem Stahl, zinnfreiem Stahl (TFS), verzinntem Stahl, elektrolytischer Zinnplatte (ETP), Aluminium usw.). Sie stellen auch eine hohe Beständigkeit gegen Korrosion oder Zersetzung bereit, die durch längeres Aussetzen von beispielsweise Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosolprodukten verursacht werden können.
Im Zusammenhang mit einer gehärteten anhaftenden Beschichtung, die „auf“ einer Oberfläche oder einem Substrat angeordnet ist, sind sowohl Beschichtungen, die direkt (z. B. auf fabrikneuem oder vorbehandeltem Metall wie etwa galvanisiertem Stahl) als auch indirekt (z. B. auf einer Primerschicht) auf die Oberfläche oder das Substrat aufgebracht sind, eingeschlossen. So bildet beispielsweise eine auf eine Vorbehandlungsschicht (z. B. gebildet aus einer chromhaltigen oder chromfreien Vorbehandlung) aufgebrachte Beschichtung oder eine über einem Substrat liegende Primerschicht eine auf dem Substrat aufgebrachte (oder angeordnete) Beschichtung.
Wenn als Metallsubstrat ein Stahlblech verwendet wird, kann die Oberflächenbehandlung eine, zwei oder mehr Arten von Oberflächenbehandlungen umfassen, wie etwa Zinkplattierung, Zinnplattierung, Nickelplattierung, elektrolytische Chromatbehandlung, Chromatbehandlung und Phosphatbehandlung. Wenn als Metallsubstrat ein Aluminiumblech verwendet wird, kann die Oberflächenbehandlung eine Behandlung mit anorganische chemische Umwandlungsbehandlung wie etwa eine Chromphosphatbehandlung, eine Zirkoniumphosphatbehandlung oder eine Phosphatbehandlung; eine organische/anorganische zusammengesetzte chemische Umwandlungsbehandlung basierend auf einer Kombination einer anorganischen chemischen Umwandlungsbehandlung mit einer organischen Komponente, wie beispielsweise einem wasserlöslichen Harz, wie etwa einem Acrylharz oder einem Phenolharz und Gerbsäure; oder eine Behandlung der Aufbringungsart basierend auf einer Kombination aus einem wasserlöslichen Harz, wie etwa einem Acrylharz mit einem Zirkoniumsalz, einschließen.
Die gehärtete anhaftende Beschichtung ist durchgängig. Als solches ist sie frei von Poren und anderen Beschichtungsfehlern, die zu einem freiliegenden Substrat führen, was zu (i) inakzeptabler Korrosion des Substrats führen kann und möglicherweise sogar zu einem Loch im Substrat und Produktaustritt führen kann, und/oder (ii) einer Verfälschung des verpackten Produkts führen kann. Außer in Ausführungsformen, in denen eine Beschichtungsrauhigkeit oder Textur gewünscht ist (z. B. für bestimmte äußere Dosenbeschichtungen für ästhetische Zwecke), ist die gehärtete durchgängige Beschichtung vorzugsweise glatt, insbesondere für die meisten inneren Dosenbeschichtungen.
Die gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung weist eine durchschnittliche Dicke von bis zu 100 Mikrometer (insbesondere, wenn die Beschichtung Textur aufweist), vorzugsweise bis zu 50 Mikrometer, mehr bevorzugt bis zu 25 Mikrometer, noch mehr bevorzugt bis zu 20 Mikrometer, immer noch mehr bevorzugt bis zu 15 Mikrometer und am meisten bevorzugt bis zu 10 Mikrometer auf. Innere Dosenbeschichtungen können in der Regel im Durchschnitt weniger als 10 Mikrometer dick sein. Vorzugsweise weist die gehärtete anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Dicke von mindestens 1 Mikrometer, mindestens 2 Mikrometer, mindestens 3 Mikrometer oder mindestens 4 Mikrometer auf.
Die gehärteten Beschichtungen können als Beschichtungen auf jeder geeigneten Oberfläche verwendet werden, einschließlich Innenoberflächen von Metallverpackungsbehältern (z. B. Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosoldosenkörper, wie etwa dreiteilige Aerosoldosen oder Aluminium-Monoblock-Aerosoldosen), Außenoberflächen solcher Behälterkörper, genietete Dosenenden, Zuglaschen und Kombinationen davon. Die gehärteten Beschichtungen können auch auf Innen- oder Außenoberflächen anderer Verpackungsbehälter oder Abschnitte davon, Metallverschlüssen (z. B. für Glasbehälter) einschließlich Kronkorken oder Dosierinhalator-Dosen (MDI-Dosen) verwendet werden. Solche speziellen Dosen mit inneren Lebensmittelkontaktoberflächen, genieteten Dosenenden und Zuglaschen weisen spezifische Flexibilitätsanforderungen sowie Geschmacks-, Toxizitäts- und andere staatliche Regulierungsanforderungen auf.
Die Pulverbeschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung können auch auf anderen Substraten als starrem Metallsubstrat verwendet werden, einschließlich Substraten zur Verwendung bei der Verpackung von Lebensmittel- oder Getränkeprodukten oder anderen Produkten. Zum Beispiel können die Pulverbeschichtungszusammensetzungen verwendet werden, um die Innen- oder Außenoberflächen von Metall- oder Kunststoffbeuteln oder anderen flexiblen Verpackungen zu beschichten. Die Pulverbeschichtungszusammensetzungen können auch zur Beschichtung von Faserplatten oder Karton (z. B. wie für Tetrapackbehälter und dergleichen verwendet); verschiedene Kunststoffbehälter (z. B. Polyolefinen), Umhüllungen oder Filmen; Metallfolien; oder Glas (z. B. das Äußere von Glasflaschen, um Verkratzen zu verhindern oder gewünschte Farbe oder andere ästhetische Wirkungen bereitzustellen) verwendet werden.
Die gehärtete Beschichtung schließt vorzugsweise weniger als 50 ppm, weniger als 25 ppm, weniger als 10 ppm oder weniger als 1 ppm extrahierbare Stoffe ein, wenn überhaupt, wenn sie gemäß dem in dem Abschnitt Beispiele angegebenen globalen Extraktionstest getestet wird. Signifikanterweise eignen sich solche Beschichtungen zur Verwendung auf Lebensmittelkontaktoberflächen. Somit wird ein Metallverpackungsbehälter (z. B. eine Lebensmittel-, eine Getränke- oder eine Aerosoldose) bereitgestellt, der ein solches beschichtetes Metallsubstrat einschließt, wobei insbesondere die beschichtete Oberfläche des Metallsubstrats eine Innenoberfläche des Behälterkörpers bildet (die ein Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosolprodukt berührt). Alternativ ist die beschichtete Oberfläche eine Oberfläche eines genieteten Dosenendes und/oder einer Zuglasche.
Das Metallsubstrat liegt vorzugsweise in Form einer planaren Spule oder eines Blechs vor. Die Blechbeschichtung beinhaltet das Aufbringen einer Beschichtungszusammensetzung auf separate Stücke eines Substrats, das in quadratische oder rechteckige „Bleche“ vorgeschnitten wurde. Die Spulenbeschichtung ist ein spezielles Aufbringungsverfahren, bei dem gewickelte Metallbänder (z. B. Aluminium) abgewickelt werden und dann eine Vorbehandlungs-, Beschichtungs- und Trocknungsvorrichtung durchlaufen, bevor sie schließlich erneut aufgewickelt werden. Es wird angenommen, dass die Verwendung bevorzugter Pulverbeschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung die Notwendigkeit des Vorbehandlungsschritts, der bei Verwendung herkömmlicher flüssiger Beschichtungen verwendet wird, überflüssig machen kann, wodurch der Aufbringungsprozess vereinfacht und die Kosten beseitigt werden. Die Spulenbeschichtung ermöglicht eine sehr effiziente Beschichtung großer Oberflächenbereiche in kurzer Zeit bei hohem Durchsatz.
Zum Beispiel fährt die bewegliche Oberfläche eines Spulensubstrats in einem kontinuierlichen Prozess vorzugsweise bei einer Liniengeschwindigkeit von mindestens 50 Meter pro Minute, mindestens 100 Meter pro Minute, mindestens 200 Meter pro Minute oder mindestens 300 Meter pro Minute. In der Regel beträgt die Liniengeschwindigkeit weniger als 400 Meter pro Minute. Die Härtungszeit der aufgetragenen Beschichtungszusammensetzungen der Spulenbeschichtung beträgt vorzugsweise mindestens 6 Sekunden, mindestens 10 Sekunden oder mindestens 12 Sekunden und bis zu 20 Sekunden, bis zu etwa 25 Sekunden oder bis zu etwa 30 Sekunden. Im Zusammenhang mit thermischem Brennen, um die Spulenbeschichtung zu härten, beziehen sich solche Härtungszeiten auf die Verweilzeit im Ofen. In solchen Ausführungsformen wird der Härtungsprozess in der Regel durchgeführt, um Spitzenmetalltemperaturen von 200 °C bis 260 °C zu erreichen.
Somit wird der Prozess des Aufbringens einer Pulverbeschichtungszusammensetzung auf ein Substrat gemäß der vorliegenden Offenbarung vorzugsweise in einem Spulenbeschichtungsprozess oder in einem Blechbeschichtungsprozess verwendet.
Die gehärtete Beschichtung kann aus einer Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung gebildet werden, wie hierin beschrieben, mit oder ohne einem oder mehreren optionale Additiven, insbesondere mit den hierin beschriebenen Pulverpolymerteilchen und einem Schmiermittel. Das Schmiermittel kann in der gehärteten Beschichtung in den Pulverpolymerteilchen, auf den Pulverpolymerteilchen, in einem anderen Inhaltsstoff, der zur Bildung der Pulverbeschichtungszusammensetzung (oder der daraus gebildeten gehärteten Beschichtung) verwendet wird, oder einer Kombination davon vorhanden sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Schmiermittel, wie hierin beschrieben (z. B. Carnaubawachs, synthetisches Wachs, Polytetrafluorethylenwachs, Polyethylenwachs, Polypropylenwachs oder eine Kombination davon), auf die gehärtete Beschichtung aufgebracht oder anderweitig auf einer Oberfläche der gehärteten Beschichtung (z. B. durch Aufbringen einer anderen Pulverzusammensetzung) angeordnet werden. In ähnlicher Weise kann das Schmiermittel in einer separaten Pulverschicht aufgebracht werden, die auf eine erste Pulverschicht, einschließlich der Polymerteilchen, der vorliegenden Offenbarung vor der Beschichtungshärtung aufgebracht wird (d. h. in einer sogenannten „Staub-auf-Staub“-Auftragstechnik). Wenn es jedoch in oder auf der gehärteten Beschichtung eingebracht ist, ist ein Schmiermittel vorzugsweise in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-% (oder mindestens 0,5 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-%) vorhanden, und ein Schmiermittel ist vorzugsweise in einer Menge von bis zu 4 Gew.-% (oder bis zu 3 Gew.-% oder bis zu 2 Gew.-%), bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung (oder der daraus gebildeten gehärteten Beschichtung), vorhanden.
Vorzugsweise weist eine gehärtete Beschichtung, die ein amorphes Polymer (und/oder halbkristallines Polymer mit amorphen Abschnitten) einschließt, eine Glasübergangstemperatur (Tg) von mindestens 40 °C, mindestens 50 °C, mindestens 60 °C oder mindestens 70 °C und eine Tg von bis zu 150 °C, bis zu 130 °C, bis zu 110 °C oder bis zu 100 °C auf. Für viele Verpackungstechnologien, insbesondere für innere Dosenbeschichtungen für aggressive Produkte können höhere Tg-Beschichtungen für die Korrosionsbeständigkeit bevorzugt werden.
Die gehärtete Beschichtung weist möglicherweise keine nachweisbare Tg auf.
Vorzugsweise ist eine gehärtete Beschichtung, die aus bevorzugten Ausführungsformen der Pulverbeschichtungszusammensetzung hergestellt wird, in der Lage, einen 4T-T-Bendtest zu durchlaufen, wenn sie auf einem herkömmlichen Aluminiumgetränkedosenendmaterial bei einem herkömmlichen durchschnittlichen Trockenfilmbeschichtungsgewicht für eine innere Getränkedosenbeschichtung (z. B. etwa 2,3 Gramm pro Quadratmeter für eine innere Limo-Getränkedosenbeschichtung) angeordnet ist. Ein nützliches T-Bend-Testverfahren wird in ASTM D4145-10 (2010, Reapproved 2018) beschrieben.
Die Flexibilität ist besonders wichtig für eine gehärtete Beschichtung auf einem Metallsubstrat, das als ein Metallverpackungsbehälter (z. B. eine Lebensmittel-, Getränke- oder eine Aerosoldose) oder ein Teil des Behälters (z. B. Dose), wie etwa ein genietetes Dosenende oder eine Zuglasche, hergestellt wird. Flexibilität ist wichtig, so dass sich die Beschichtung mit dem Metallsubstrat während Nachhärtungsherstellungsschritten (z. B. Halsbildung und Kuppelumformung), oder wenn die Dose während des Transports oder der Verwendung aus einer angemessenen Höhe fallengelassen wird, verbiegen kann.
Die Flexibilität kann unter Verwendung des in dem Abschnitt Beispiele angegebenen Flexibilitätstests bestimmt werden, der die Fähigkeit eines beschichteten Substrats misst, seine Unversehrtheit beizubehalten, wenn es den Entwicklungsprozess durchläuft, der zur Herstellung eines genieteten Getränkedosenendes erforderlich ist. Es ist ein Maß für das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Rissen oder Brüchen im gebildeten Ende. Vorzugsweise durchläuft eine gehärtete Beschichtung, die aus einer hierin beschriebenen Beschichtungszusammensetzung gebildet ist, diesen Flexibilitätstest. Mehr bevorzugt durchläuft eine Beschichtungszusammensetzung, wenn sie auf eine gereinigte und vorbehandelte Aluminiumplatte aufgebracht und einem kurativen Brennen für eine geeignete Dauer unterzogen wird, um eine 242 °C Spitzenmetalltemperatur (PMT) und eine getrocknete Filmdicke von etwa 7,5 Milligramm pro Quadratzoll zu erreichen, und zu einem vollständig umgewandelten 202-Standardöffnungs-Getränkedosenende geformt wird, weniger als 5 Milliampere Strom, während sie 4 Sekunden lang einer Elektrolytlösung ausgesetzt wird, die 1 Gew.-% NaCl, gelöst in deionisiertem Wasser, enthält.
Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats
Ein Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen (z. B. einem Metallverpackungsbehälter, wie etwa einem Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinem Verpackungsbehälter (z. B. Dose), oder einem Abschnitt davon oder einem Metallverschluss) geeignet ist, wird ebenfalls bereitgestellt. Ein solches Verfahren schließt Folgendes ein: Bereitstellen einer Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung, die Teilchen einschließt (vorzugsweise triboelektrisch geladene Teilchen), wie hierin beschrieben; Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung (vorzugsweise triboelektrisch geladene Pulverbeschichtungszusammensetzung) auf mindestens einen Abschnitt des Metallsubstrats (z. B. Spule oder Blech), vorzugsweise mittels eines elektromagnetischen Feldes (z. B. elektrisches Feld) oder einer anderen geeigneten Art von angelegtem Feld; und Bereitstellen von Bedingungen, die für die Pulverbeschichtungszusammensetzung wirksam sind, um eine gehärtete durchgängige Beschichtung auf mindestens einem Abschnitt des Metallsubstrats zu bilden.
Das Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung auf mindestens einen Abschnitt des Metallsubstrats schließt vorzugsweise Folgendes ein: Zuführen der Pulverbeschichtungszusammensetzung zu einem Transporter; und Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung (vorzugsweise triboelektrisch geladene Pulverbeschichtungszusammensetzung) von dem Transporter zu mindestens einem Abschnitt des Metallsubstrats mittels eines elektromagnetischen Feldes (z. B. elektrisches Feld) oder einer anderen geeigneten Art von angelegtem Feld. Das Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung schließt mehr bevorzugt das Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung von dem Transporter direkt auf mindestens einen Abschnitt des Metallsubstrats mittels eines elektrischen Feldes zwischen dem Transporter und dem Metallsubstrat ein.
Das Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung schließt vorzugsweise Folgendes ein: Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung (vorzugsweise triboelektrisch geladene Pulverbeschichtungszusammensetzung) von dem Transporter zu einem Übertragungsmedium mittels eines elektromagnetischen Feldes (z. B. elektrisches Feld) oder einer anderen geeigneten Art von angelegtem Feld zwischen dem Transporter und dem Übertragungsmedium; und Übertragen der Pulverbeschichtungszusammensetzung von dem Übertragungsmedium auf mindestens einen Abschnitt des Metallsubstrats. Die Übertragung kann durchgeführt werden, indem zum Beispiel thermische Energie (unter Verwendung von thermischen Verarbeitungstechniken) oder andere Kräfte wie etwa elektrische, elektrostatische oder mechanische Kräfte, aufgebracht werden.
Dieser Prozess ähnelt herkömmlichen Druckprozessen, kann jedoch zu einem im Wesentlichen (z. B. mehr als 90 %) vollständig beschichteten Substrat führen im Gegensatz zu einem Druckprozess, bei dem die Abdeckung in der Regel viel weniger (z. B. nur 10 %) des Substrats beträgt. Zum Beispiel kann die Ladung der Pulverteilchen durch Reibung oder Induktion (bekannt als triboelektrische Ladung) und der Transport oder die Übertragung und die Aufbringung auf Substrate unter Verwendung von Prozessen erfolgen, die in der Regel in der Fotokopierungstechnologie oder der Laserdrucktechnologie bekannt sind. Insbesondere kann ein elektrisches Feld unter Verwendung herkömmlicher Verfahren, wie etwa einer Koronaentladung oder einer beweglichen oder festen Gegenelektrode, aufgebracht werden. Solche Prozesse werden zum Beispiel in dem US-Patent- Nr. 6,342,273 (Handels et al.) und L.B. Scheiin, Electrophotography and Development Physics, Seiten 32-244, Volumen 14, Springer Series in Electrophysics (1988) erläutert.
Ein Übertragungsmedium kann verwendet werden, einschließlich, zum Beispiel, leitfähiger Metalltrommeln. Die Übertragung kann in einem oder mehreren Schritten unter Verwendung mehrerer Übertragungsmedien durchgeführt werden.
Die Pulverbeschichtungszusammensetzung kann magnetische Trägerteilchen einschließen, obwohl auch nichtmagnetische Teilchen verwendet werden können. Geeignete magnetische Trägerteilchen weisen einen Kern aus beispielsweise Eisen, Stahl, Nickel, Magnetit, γ-Fe₂O₃ oder bestimmten Ferriten, wie beispielsweise CuZn, NiZn, MnZn und Bariumferriten, auf. Geeignete nichtmagnetische Trägerteilchen schließen Glas, nichtmagnetisches Metall, Polymer und keramisches Material ein. Diese Teilchen können verschiedene Formen, zum Beispiel unregelmäßige oder regelmäßige Form, und Größen (z. B. ähnlich den Teilchengrößen der Pulverpolymerteilchen) aufweisen, obwohl kugelförmig, im Wesentlichen kugelförmig oder kartoffelförmig bevorzugt sind.
Vorzugsweise schließt der Transporter eine Magnetwalze ein und die Pulverbeschichtungszusammensetzung wird mittels einer Magnetwalze, wie sie zum Beispiel im US-Patent- Nr. 4,460,266 (Kopp et al.) beschrieben ist, befördert. Zusätzlich zu einer Magnetwalze oder Bürstenausrüstung sind im vorliegenden Prozess beispielsweise nicht magnetische Kaskadenentwicklungsprozesse ebenfalls nützlich. Zusätzlich kann ein Transport durch Luft, zum Beispiel die Pulverwolkenentwicklung, verwendet werden, wie zum Beispiel im US-Patent- Nr. 2,725,304 (Landrigan et al.) beschrieben.
3A stellt eine Linienzeichnung einer Aufbringungsvorrichtung bereit, die in der Lage ist, eine Pulverbeschichtungszusammensetzung auf ein Substrat ohne die Hilfe von magnetischen Trägerteilchen abzugeben. 3B stellt eine Linienzeichnung einer Aufbringungsvorrichtung bereit, die in der Lage ist, eine Pulverbeschichtungszusammensetzung auf ein Substrat mit der Hilfe eines magnetischen Trägers abzugeben. Während eines beispielhaften Prozesses wird eine gleichmäßige Ladung (entweder positiv oder negativ) auf die Oberfläche einer photoleitenden Trommel (d. h. einer Trommel mit einer photoleitenden Beschichtung darauf) durch einen Koronadraht induziert. Eine Abtastlichtquelle (zum Beispiel entweder eine Laser- und Spiegelanordnung oder ein Leuchtdioden-Array (LED-Array)) wandelt ein computergeneriertes Bild in ein entsprechendes Muster auf der Trommel um. Die photoleitende Beschichtung auf der Trommel wird auf die entgegengesetzte Ladung invertiert, wo die Lichtquelle auf die Oberfläche der Trommel trifft. Gleichzeitig wird eine Pulverbeschichtungszusammensetzung durch Bewegung durch eine Reihe von Förderschnecken und eine Entwicklerwalze triboelektrisch geladen. Diese Ladung ist so beschaffen, dass das Pulver (einmal mit der Trommel in engen Kontakt gebracht) elektrostatisch an die Bereiche der Trommel anhaften, die von der Abtastlichtquelle quergeladen werden.
In einigen Fällen, wie in 3A dargestellt, ist die Pulverbeschichtungsformulierung so entwickelt, dass keine magnetischen Trägerteilchen erforderlich sind. Dies geschieht in der Regel durch eine sorgfältige Auswahl an Ladungssteuer- und Durchflusssteuermitteln, die an anderer Stelle in dieser Anmeldung erörtert wurden. In einigen Fällen werden, wie in 3B dargestellt, magnetische Trägerteilchen (die im Allgemeinen nicht auf die Trommel oder das Substrat übertragen werden) verwendet, um zu helfen, dass die Pulverbeschichtungsteilchen ihre latente Ladung von der triboelektrischen Ladung aufrechterhalten.
Ein oder mehrere Koronadrähte, wie in 3A und 3B gezeigt, stellen dann eine ausreichende Gegenladung auf dem Metallsubstrat bereit, um die Pulverbeschichtungsteilchen von der Trommel auf das Substrat zu übertragen, in dem gleichen Muster, das die Abtastlichtquelle auf der Trommel erzeugte. Das resultierende Muster von Pulverbeschichtungsteilchen auf dem Metallsubstrat wird dann durch einen Thermal-, Strahlung- oder Induktions-Schmelzfixierer geleitet, was bewirkt, dass die Teilchen ineinander verschmelzen und eine durchgängige Beschichtung bilden.
Die Bedingungen, die für die Pulverbeschichtungszusammensetzung wirksam sind, um eine gehärtete Beschichtung auf mindestens einem Abschnitt des Metallsubstrats zu bilden, schließen vorzugsweise das Aufbringen von Wärmeenergie (z. B. unter Verwendung eines Konvektionsofens oder einer Induktionsspule), UV-Strahlung, IR-Strahlung oder Elektronenstrahlstrahlung auf die Pulverbeschichtungszusammensetzung ein. Solche Prozesse können in einem oder mehreren einzelnen oder kombinierten Schritten durchgeführt werden. Die Bedingungen können das Aufbringen von Wärmeenergie einschließen. Das Aufbringen von Wärmeenergie kann die Verwendung von Ofentemperaturen von mindestens 100 °C oder mindestens 177 °C einschließen. Das Aufbringen von Wärmeenergie kann ferner die Verwendung von Ofentemperaturen von bis zu 300 °C oder bis zu 250 °C einschließen. Das Aufbringen von Wärmeenergie kann das Erwärmen des beschichteten Metallsubstrats über einen geeigneten Zeitraum auf eine Spitzenmetalltemperatur (PMT) von mindestens 177 °C einschließen. Vorzugsweise schließt das Aufbringen von Wärmeenergie das Erwärmen des beschichteten Metallsubstrats über einen geeigneten Zeitraum auf eine Spitzenmetalltemperatur (PMT) von mindestens 218 °C ein. Der Zeitraum kann so kurz wie 5 Sekunden oder so lang wie 15 Minuten und vorzugsweise weniger als eine Minute zum Bilden einer Spulenbeschichtung betragen. Vorzugsweise erfolgt dies in einem kontinuierlichen Prozess.
Beschichtete Metallsubstrate der vorliegenden Offenbarung können gezogen und neu gezogen werden. Signifikanterweise bleibt die Beschichtung auf dem resultierenden dünnen Metallsubstrat durchgängig und anhaftend.
Metallverpackung und Verfahren zur Herstellung
Die vorliegende Offenbarung stellt auch Metallverpackungen (z. B. einen Metallverpackungsbehälter, wie etwa einen Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose), einen Abschnitt davon oder einen Metallverschluss) bereit, der ein beschichtetes Metallsubstrat, wie hierin beschrieben, einschließt. Die beschichtete Oberfläche des Metallsubstrats bildet vorzugsweise eine Innenoberfläche des Behälters (z. B. Dose) oder Verschlusses (obwohl sie eine Außenoberfläche bilden kann). Die beschichtete Oberfläche des Metallsubstrats ist vorzugsweise eine Oberfläche eines genieteten Dosenendes, einer Zuglasche und/oder eines Dosenkörpers. Der Metallverpackungsbehälter (z. B. Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosoldose) kann mit einem Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosolprodukt gefüllt sein.
Ein Verfahren zum Herstellen von Metallverpackungen (z. B. einem Metallverpackungsbehälter, wie etwa einem Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinem Verpackungsbehälter (z. B. Dose), einem Abschnitt davon oder einem Metallverschluss für einen Behälter, wie etwa einer Metalldose oder einem Glastiegel) wird bereitgestellt. Das Verfahren schließt Folgendes ein: Bereitstellen eines Metallsubstrats (z. B. Spule oder Blech) mit einer gehärteten durchgängig anhaftenden Beschichtung, die auf mindestens einem Abschnitt einer Oberfläche davon angeordnet ist, wobei: das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von bis zu 635 Mikrometer aufweist; die gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung aus einer Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung gebildet wird; wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung Pulverpolymerteilchen umfasst, die ein Polymer mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 2.000 Dalton umfassen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer aufweisen; und Bilden des Substrats (z. B. durch Stanzen) zu mindestens einem Abschnitt eines Metallverpackungsbehälters (z. B. Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeine Verpackung) oder einem Abschnitt davon oder einem Metallverschluss für einen Behälter (z. B. Metalldose oder Glastiegel).
Beispielsweise können zweiteilige oder dreiteilige Dosen oder Abschnitte davon, wie etwa gestanzte genietete Getränkedosenenden (z. B. Limo- oder Bierdosen) mit einer darauf angeordneten gehärteten Beschichtung, die von hierin beschriebenen Pulverbeschichtungszusammensetzung gebildet wird, unter Verwendung eines derartigen Verfahrens gebildet werden. Standardherstellungstechniken, z. B. Stanzen, können verwendet werden.
Die beschichtete Oberfläche des Metallsubstrats bildet vorzugsweise eine Innenoberfläche einer Dose. Die beschichtete Oberfläche des Metallsubstrats ist vorzugsweise eine Oberfläche eines genieteten Dosenendes, einer Zuglasche und/oder eines Dosenkörpers. Die Dose kann mit einem Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosolprodukt gefüllt sein.
Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen A: Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung
Die Ausführungsform A-1 ist eine Metallverpackung- (z. B. ein Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder ein allgemeiner Verpackungsbehälter (z. B. Dose), ein Abschnitt davon oder eine Metallverschluss) Pulverbeschichtungszusammensetzung, die Folgendes umfasst: Pulverpolymerteilchen (vorzugsweise sprühgetrocknete Pulverpolymerteilchen), die ein Polymer mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 2.000 Dalton umfassen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer aufweisen; und vorzugsweise ein oder mehrere Ladungssteuermittel, die mit den Pulverpolymerteilchen in Kontakt stehen.
Die Ausführungsform A-2 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung der Ausführungsform A-1, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer aufweisen.
Ausführungsform A-3 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung der Ausführungsform A-1 oder A-2, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D90 von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform A-4 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D95 von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform A-5 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D99 von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform A-6 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 (vorzugsweise einem D90, D95 oder einem D99) von mehr als 1 Mikrometer, mehr als 2 Mikrometer, mehr als 3 Mikrometer oder mehr als 4 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform A-7 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung als Ganzes eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 (vorzugsweise einem D90, D95 oder einem D99) von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer und optional auch einen D90 von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer aufweist.
Die Ausführungsform A-8 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, die mindestens 50 Gew.-%, mindestens 60 Gew.-%, mindestens 70 Gew.-%, mindestens 80 Gew.-% oder mindestens 90 Gew.-% der Pulverpolymerteilchen, basierend auf dem Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform A-9 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, die bis zu 100 Gew.-%, bis zu 99,99 Gew.-%, bis zu 95 Gew.-% oder bis zu 90 Gew.-% der Pulverpolymerteilchen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform A-10 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel vorhanden sind und vorzugsweise in einer Menge von mindestens 0,01 Gew.-%, mindestens 0,1 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung (z. B. des oder der Ladungssteuermittel und Pulverpolymerteilchen), vorhanden sind.
Die Ausführungsform A-11 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel vorhanden sind und vorzugsweise in einer Menge von bis zu 10 Gew.-%, bis zu 9 Gew.-%, bis zu 8 Gew.-%, bis zu 7 Gew.-%, bis zu 6 Gew.-%, bis zu 5 Gew.-%, bis zu 4 Gew.-% oder bis zu 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung (z. B. des oder der Ladungssteuermittel und Pulverpolymerteilchen), vorhanden sind.
Die Ausführungsform A-12 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen chemisch hergestellt werden (im Gegensatz zu mechanisch hergestellten (z. B. gemahlenen) Polymerteilchen).
Die Ausführungsform A-13 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen einen Formfaktor von 100-140 (kugel- und kartoffelförmig) und vorzugsweise 120-140 (z. B. kartoffelförmig) aufweisen.
Die Ausführungsform A-14 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung als Ganzes (d. h. die Gesamtzusammensetzung) einen Formfaktor von 100-140 (kugel- und kartoffelförmig) und vorzugsweise 120-140 (z. B. kartoffelförmig) aufweist.
Die Ausführungsform A-15 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen einen Komprimierbarkeitsindex von 1 bis 20 (oder 1 bis 10, 11 bis 15 oder 16 bis 20) aufweisen.
Die Ausführungsform A-16 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung als Ganzes einen Komprimierbarkeitsindex von 1 bis 20 (oder 1 bis 10, 11 bis 15 oder 16 bis 20) aufweist.
Die Ausführungsform A-17 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein Hausner-Verhältnis von 1,00 bis 1,25 (oder 1,00 bis 1, 11, 1, 12 bis 1,18 oder 1, 19 bis 1,25) aufweisen.
Die Ausführungsform A-18 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung als Ganzes ein Hausner-Verhältnis von 1,00 bis 1,25 (oder 1,00 bis 1,11, 1,12 bis 1,18 oder 1,19 bis 1,25) aufweist.
Die Ausführungsform A-19 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein thermoplastisches Polymer umfassen.
Die Ausführungsform A-20 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein Polymer mit einem Schmelzflussindex von mehr als 15 Gramm/10 Minuten, mehr als 50 Gramm/10 Minuten oder mehr als 100 Gramm/ 10 Minuten umfassen.
Die Ausführungsform A-21 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein Polymer mit einem Schmelzflussindex von bis zu 200 Gramm/10 Minuten oder bis zu 150 Gramm/10 Minuten umfassen.
Die Ausführungsform A-22 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung als Ganzes einen Schmelzflussindex von mehr als 15 Gramm/10 Minuten, mehr als 50 Gramm/ 10 Minuten oder mehr als 100 Gramm/ 10 Minuten aufweist.
Die Ausführungsform A-23 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung als Ganzes einen Schmelzflussindex von bis zu 200 Gramm/10 Minuten oder bis zu 150 Gramm/ 10 Minuten aufweist.
Die Ausführungsform A-24 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein duroplastisches Polymer umfassen.
Die Ausführungsform A-25 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein amorphes Polymer mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von mindestens 40 °C, mindestens 50 °C, mindestens 60 °C oder mindestens 70 °C umfassen.
Die Ausführungsform A-26 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein amorphes Polymer mit einer Tg von bis zu 150 °C, bis zu 125 °C, bis zu 110 °C, bis zu 100 °C oder bis zu 80 °C umfassen.
Die Ausführungsform A-27 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein kristallines oder halbkristallines Polymer mit einem Schmelzpunkt von mindestens 40 °C umfassen.
Die Ausführungsform A-28 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein kristallines oder halbkristallines Polymer mit einem Schmelzpunkt von bis zu 130 °C umfassen.
Die Ausführungsform A-29 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein Polymer umfassen, das aus einem Polyacryl, Polyether, Polyolefin, Polyester, Polyurethan, Polycarbonat, Polystyrol oder einer Kombination davon (d. h. Copolymer oder Mischung davon, wie etwa Acrylnitril-Butadien-Styrol) ausgewählt ist. Vorzugsweise ist das Polymer ausgewählt aus einem Polyacryl, Polyether, Polyolefin, Polyester oder einer Kombination davon.
Die Ausführungsform A-30 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer Mn mindestens 5.000 Dalton, mindestens 10.000 Dalton oder mindestens 15.000 Dalton beträgt.
Die Ausführungsform A-31 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer Mn bis zu 10.000.000 Dalton, bis zu 1.000.000 Dalton, bis zu 100.000 Dalton oder bis zu 20.00 Dalton beträgt.
Die Ausführungsform A-32 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer einen Polydispersitätsindex (Mw/Mn) von weniger als 4, weniger als 3, weniger als 2 oder weniger als 1,5 aufweist.
Die Ausführungsform A-33 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel vorhanden sind und vorzugsweise auf einer Oberfläche der Pulverpolymerteilchen angeordnet sind (mehr bevorzugt sind die Polymerteilchen mindestens im Wesentlichen mit Ladungssteuermittel beschichtet oder sogar vollständig beschichtet).
Die Ausführungsform A-34 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel, wenn vorhanden, ermöglichen, dass die Pulverpolymerteilchen eine Ladung effizient aufnehmen, um die Aufbringung auf ein Substrat zu erleichtern.
Die Ausführungsform A-35 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung der Ausführungsform A-34, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel, wenn vorhanden, eine Ladung an die Pulverpolymerteilchen durch Reibung während der Aufbringung auf ein Substrat bereitstellen, wodurch triboelektrisch geladene Pulverpolymerteilchen gebildet werden.
Die Ausführungsform A-36 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel Teilchen mit Teilchengrößen im Sub-Mikrometer-Bereich (z. B. weniger als 1 Mikrometer, 100 Nanometer oder weniger, 50 Nanometer oder weniger oder 20 Nanometer oder weniger) umfassen.
Die Ausführungsform A-37 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel anorganische Teilchen umfassen.
Die Ausführungsform A-38 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel hydrophile pyrogene Aluminiumoxidteilchen, hydrophile ausgefällte Natriumaluminiumsilikatteilchen, Metallcarboxylat- und Sulfonatteilchen, quartäre Ammoniumsalze (z. B. quartäre Ammoniumsulfat- oder -sulfonatteilchen), Polymere, die anhängende quartäre Ammoniumsalze enthalten, ferromagnetische Teilchen, Übergangsmetallteilchen, Nitrosin- oder Azinfarbstoffe, Kupferphthalocyaninpigmente, Metallkomplexe von Chrom, Zink, Aluminium, Zirkonium, Calcium oder Kombinationen davon, umfassen.
Die Ausführungsform A-39 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, die ferner einen oder mehrere optionale Additive umfasst, die aus Schmiermitteln, Haftvermittlern, Vernetzern, Katalysatoren, Farbmitteln (z. B. Pigmenten oder Farbstoffen), ferromagnetischen Teilchen, Entgasungsmitteln, Verlaufsmitteln, Benetzungsmitteln, Tensiden, Durchflusssteuermitteln, Wärmestabilisatoren, Korrosionsschutzmitteln, Haftvermittlern, anorganischen Füllstoffen und Kombinationen davon ausgewählt sind.
Die Ausführungsform A-40 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung der Ausführungsform A-39, die ferner ein oder mehrere Schmiermittel umfasst.
Die Ausführungsform A-41 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung der Ausführungsform A-40, wobei das eine oder die mehreren Schmiermittel in der Pulverbeschichtungszusammensetzung in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-%, mindestens 0,5 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, vorhanden sind.
Die Ausführungsform A-42 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung der Ausfuhrungsform A-40 oder A-41, wobei das eine oder die mehreren Schmiermittel in der Pulverbeschichtungszusammensetzung in einer Menge von bis zu 4 Gew.-%, bis zu 3 Gew.-% oder bis zu 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, vorhanden sind.
Die Ausführungsform A-43 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der Ausführungsformen A-39 bis A-42, die ferner einen oder mehrere Vernetzer und/oder Katalysatoren umfasst.
Die Ausführungsform A-44 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen Agglomerate (d. h. Cluster) von primären Polymerteilchen umfassen.
Die Ausführungsform A-45 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung der Ausführungsform A-44, wobei die Agglomerate eine Teilchengröße von 1 Mikrometer bis 25 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform A-46 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung der Ausführungsform A-44 oder A-45, wobei und die primären Polymerteilchen eine primäre Teilchengröße von 0,05 Mikrometer bis 8 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform A-47 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen sprühgetrocknete Pulverpolymerteilchen sind.
Die Ausführungsform A-48 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, die im Wesentlichen frei von jeweils Bisphenol A, Bisphenol F und Bisphenol S, von davon abgeleiteten Struktureinheiten, oder beiden ist.
Die Ausführungsform A-49 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, die im Wesentlichen frei von allen Bisphenol-Verbindungen, von davon abgeleiteten Struktureinheiten, oder beiden, außer TMBPF, ist.
Die Ausführungsform A-50 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, die eine Beschichtung bildet, die weniger als 50 ppm, weniger als 25 ppm, weniger als 10 ppm oder weniger als 1 ppm extrahierbare Stoffe, wenn überhaupt, einschließt, wenn sie gemäß dem globalen Extraktionstest getestet werden.
Die Ausführungsform A-51 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, die eine Beschichtung bildet, die an einem Substrat, wie etwa einem Metallsubstrat, anhaftet, gemäß dem Haftungstest mit einer Haftungsbewertung von 9 oder 10, vorzugsweise 10.
Die Ausführungsform A-52 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, die eine durchgängig gehärtete Beschichtung bildet, die frei von Poren und anderen Beschichtungsfehlern ist, die zu einem freiliegenden Substrat führen. Solche Filmunregelmäßigkeiten/-fehler können durch einen Stromfluss, der in Milliampere (mA) gemessen wird, unter Verwendung des im Abschnitt Beispiele beschriebenen Kontinuitätstest für Flache Platten angezeigt werden.
Die Ausführungsform A-53 ist die Pulverbeschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, die, wenn sie auf eine gereinigte und vorbehandelte Aluminiumplatte aufgebracht und einem kurativen Brennen für eine geeignete Dauer unterzogen wird, um eine 242 °C Spitzenmetalltemperatur (PMT) und eine getrocknete Filmdicke von etwa 7,5 Milligramm pro Quadratzoll zu erreichen, und zu einem vollständig umgewandelten 202-Standardöffnungs-Getränkedosenende geformt wird, weniger als 5 Milliampere Strom durchläuft, während sie 4 Sekunden lang einer Elektrolytlösung ausgesetzt wird, die 1 Gew.-% NaCl, gelöst in deionisiertem Wasser, enthält.
Ausführungsformen B: Verfahren zur Herstellung einer Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung
Die Ausführungsform B-1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Metallverpackung- (z. B. eines Lebensmittel-, ein Getränke-, ein Aerosol- oder eines allgemeinen Verpackungsbehälter, ein Abschnitt davon oder ein Metallverschluss) Pulverbeschichtungszusammensetzung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen von Pulverpolymerteilchen (vorzugsweise sprühgetrocknete Pulverpolymerteilchen), die ein Polymer mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 2.000 Dalton umfassen; wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer aufweisen; und optional Aufbringen eines oder mehrerer Ladungssteuermittel auf die Pulverpolymerteilchen und Bilden einer Pulverbeschichtungszusammensetzung; wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung eine Metallverpackung- (z. B. ein Lebensmittel-, ein Getränke-, ein Aerosol- oder ein allgemeiner Verpackungsbehälter, ein Abschnitt davon oder ein Metallverschluss) Pulverbeschichtungszusammensetzung ist.
Die Ausführungsform B-2 ist das Verfahren der Ausführungsform B-1, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform B-3 ist das Verfahren der Ausführungsform B-1 oder B-2, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D90 von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform B-4 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D95 von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform B-5 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D99 von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform B-6 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung mindestens 50 Gew.-%, mindestens 60 Gew.-%, mindestens 70 Gew.-%, mindestens 80 Gew.-% oder mindestens 90 Gew.-% der Pulverpolymerteilchen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform B-7 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung bis zu 100 Gew.-%, bis zu 99,99 Gew.-%, bis zu 95 Gew.-% oder bis zu 90 Gew.-% der Pulverpolymerteilchen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform B-8 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel und vorzugsweise mindestens 0,01 Gew.-%, mindestens 0,1 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-% des einen oder der mehreren Ladungssteuermittel, basierend auf dem Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform B-9 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel und vorzugsweise bis zu 10 Gew.-%, bis zu 9 Gew.-%, bis zu 8 Gew.-%, bis zu 7 Gew.-%, bis zu 6 Gew.-%, bis zu 5 Gew.-%, bis zu 4 Gew.-% oder bis zu 3 Gew.-% des einen oder der mehreren Ladungssteuermittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform B-10 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen chemisch hergestellt werden (im Gegensatz zu mechanisch hergestellten (z. B. gemahlenen) Polymerteilchen).
Die Ausführungsform B-11 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen einen Formfaktor von 100-140 (kugel- und kartoffelförmig) (oder 120-140 (z. B. kartoffelförmig)) aufweisen.
Die Ausführungsform B-12 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen einen Komprimierbarkeitsindex von 1 bis 20 (oder 1 bis 10, 11 bis 15 oder 16 bis 20) aufweisen.
Die Ausführungsform B-13 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein Hausner-Verhältnis von 1,00 bis 1,25 (oder 1,00 bis 1, 11, 1, 12 bis 1,18 oder 1, 19 bis 1,25) aufweisen.
Die Ausführungsform B-14 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Bereitstellen der Pulverpolymerteilchen das Herstellen einer Mischung aus einem organischen Lösungsmittel und einem festen kristallisierbaren Polymer; das Erwärmen der Mischung auf eine Temperatur, die ausreicht, um das feste kristallisierbare Polymer in dem organischen Lösungsmittel zu dispergieren, aber nicht zu schmelzen; und das Abkühlen der Mischung, um ausgefällte Polymerteilchen zu bilden, umfasst.
Die Ausführungsform B-15 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen B-1 bis B-13, wobei das Bereitstellen der Pulverpolymerteilchen das Bilden einer wässrigen Polymeremulsion, -suspension, -lösung oder -dispersion; und das Trocknen der wässrigen Polymeremulsion, -suspension, -lösung oder -dispersion, um Pulverpolymerteilchen zu bilden, umfasst.
Die Ausführungsform B-16 ist das Verfahren der Ausführungsform B-15, wobei das Trocknen die Sprühtrocknung, Wirbelschichttrocknung, Vakuumtrocknung, Strahlungstrocknung, Gefriertrocknung oder Blitztrocknung umfasst.
Die Ausführungsform B-17 ist das Verfahren der Ausführungsform B-16, wobei das Trocknen eine Sprühtrocknung umfasst.
Die Ausführungsform B-18 ist das Verfahren der Ausführungsform B-17, wobei das Verfahren das Aufbringen eines oder mehrerer Ladungssteuermittel einschließt, und das Aufbringen des einen oder der mehreren Ladungssteuermittel das Einbringen eines oder mehrerer Ladungssteuermittel während, vor oder sowohl während als auch vor dem Sprühtrocknungsprozess derart umfasst, dass Polymertröpfchen oder entstehende Formteilchen die Ladungssteuermittel berühren.
Die Ausführungsform B-19 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen B-1 bis B-17, wobei das Verfahren das Aufbringen eines oder mehrerer Ladungssteuermittel einschließt und wobei das Aufbringen des einen oder der mehreren Ladungssteuermittel das Aufbringen eines oder mehrerer Ladungssteuermittel auf trockene Pulverpolymerteilchen umfasst.
Die Ausführungsform B-20 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Aufbringen des einen oder der mehreren Ladungssteuermittel das Aufbringen eines oder mehrerer Ladungssteuermittel auf eine Oberfläche der Pulverpolymerteilchen umfasst.
Die Ausführungsform B-21 ist das Verfahren der Ausführungsform B-20, wobei das Aufbringen eines oder mehrerer Ladungssteuermittel auf eine Oberfläche der Pulverpolymerteilchen das vollständige Beschichten der Polymerteilchen mit einem oder mehreren Ladungssteuermitteln umfasst.
Die Ausführungsform B-22 ist das Verfahren der Ausführungsform B-20 oder B-21, wobei das Aufbringen eines oder mehrerer Ladungssteuermittel auf eine Oberfläche der Pulverpolymerteilchen das Anhaften des einen oder der mehreren Ladungssteuermittel an die Oberfläche der Pulverpolymerteilchen umfasst.
Die Ausführungsform B-23 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein thermoplastisches Polymer umfassen.
Die Ausführungsform B-24 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein Polymer mit einem Schmelzflussindex von mehr als 15 Gramm/10 Minuten, mehr als 50 Gramm/10 Minuten oder mehr als 100 Gramm/10 Minuten und vorzugsweise einen Schmelzflussindex von bis zu 200 Gramm/10 Minuten oder bis zu 150 Gramm/10 Minuten umfassen.
Die Ausführungsform B-25 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein amorphes Polymer mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von mindestens 40 °C, mindestens 50 °C, mindestens 60 °C oder mindestens 70 °C umfassen.
Die Ausführungsform B-26 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein amorphes Polymer mit einer Tg von bis zu 150 °C, bis zu 125 °C, bis zu 110 °C, bis zu 100 °C oder bis zu 80 °C umfassen.
Die Ausführungsform B-27 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein kristallines oder halbkristallines Polymer mit einem Schmelzpunkt von mindestens 40 °C umfassen.
Die Ausführungsform B-28 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein kristallines oder halbkristallines Polymer mit einem Schmelzpunkt von bis zu 130 °C umfassen.
Die Ausführungsform B-29 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein Polymer umfassen, das aus einem Polyacryl, Polyether, Polyolefin, Polyester, Polyurethan, Polycarbonat, Polystyrol oder einer Kombination davon (d. h. Copolymer oder Mischung davon, wie etwa Acrylnitril-Butadien-Styrol) ausgewählt ist. Vorzugsweise ist das Polymer ausgewählt aus einem Polyacryl, Polyether, Polyolefin, Polyester oder einer Kombination davon.
Die Ausführungsform B-30 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer Mn mindestens 5.000 Dalton, mindestens 10.000 Dalton oder mindestens 15.000 Dalton beträgt.
Die Ausführungsform B-31 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer Mn bis zu 10.000.000 Dalton, bis zu 1.000.000 Dalton, bis zu 100.000 Dalton oder bis zu 20.00 Dalton beträgt.
Die Ausführungsform B-32 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer einen Polydispersitätsindex (Mw/Mn) von weniger als 4, weniger als 3, weniger als 2 oder weniger als 1,5 aufweist.
Die Ausführungsform B-33 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel, wenn vorhanden, ermöglichen, dass die Pulverpolymerteilchen eine triboelektrische Ladung effizient aufzunehmen, um die Aufbringung auf ein Substrat zu erleichtern.
Die Ausführungsform B-34 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel Teilchen mit Teilchengrößen im Sub-Mikrometer-Bereich (z. B. weniger als 1 Mikrometer, 100 Nanometer oder weniger, 50 Nanometer oder weniger oder 20 Nanometer oder weniger) umfassen.
Die Ausführungsform B-35 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel anorganische Teilchen umfassen.
Die Ausführungsform B-36 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel hydrophile pyrogene Aluminiumoxidteilchen, hydrophile ausgefällte Natriumaluminiumsilikatteilchen, Metallcarboxylat- und Sulfonatteilchen, quartäre Ammoniumsalze (z. B. quartäre Ammoniumsulfat- oder -sulfonatteilchen), Polymere, die anhängende quartäre Ammoniumsalze enthalten, ferromagnetische Teilchen, Übergangsmetallteilchen, Nitrosin- oder Azinfarbstoffe, Kupferphthalocyaninpigmente, Metallkomplexe von Chrom, Zink, Aluminium, Zirkonium, Calcium oder Kombinationen davon, umfassen.
Die Ausführungsform B-37 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, das ferner das Zugeben eines oder mehrerer optionaler Additive zu der Pulverbeschichtungszusammensetzung umfasst.
Die Ausführungsform B-38 ist das Verfahren der Ausführungsform B-37, wobei das Zugeben eines oder mehrerer optionaler Additive das Kombinieren des einen oder der mehreren optionalen Additive mit den Pulverpolymerteilchen, dem oder den optionalen Ladungssteuermitteln oder beiden umfasst.
Die Ausführungsform B-39 ist das Verfahren der Ausführungsform B-38, wobei das Zugeben eines oder mehrerer optionaler Additive das Einbringen des einen oder der mehreren optionalen Additive in die Pulverpolymerteilchen, das Beschichten des einen oder der mehreren optionalen Additive auf den Pulverpolymerteilchen oder das Mischen des einen oder der mehreren optionalen Additive mit den Pulverpolymerteilchen umfasst.
Die Ausführungsform B-40 ist das Verfahren der Ausführungsform B-39, wobei das Zugeben eines oder mehrerer optionaler Additive das Zugeben des einen oder der mehreren optionalen Additive während der Pulverpolymerteilchenherstellung umfasst.
Die Ausführungsform B-41 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen B-37 bis B-40, wobei das eine oder die mehreren optionalen Additive ausgewählt sind aus Schmiermitteln, Haftvermittlern, Vernetzern, Katalysatoren, Farbmitteln (z. B. Pigmenten oder Farbstoffen), ferromagnetischen Teilchen, Entgasungsmitteln, Verlaufsmitteln, Benetzungsmitteln, Tensiden, Durchflusssteuermitteln, Wärmestabilisatoren, Korrosionsschutzmitteln, Haftvermittlern, anorganischen Füllstoffen, Metallsikkativ und Kombinationen davon.
Die Ausführungsform B-42 ist das Verfahren der Ausführungsform B-41, das ferner ein oder mehrere Schmiermittel umfasst.
Die Ausführungsform B-43 ist das Verfahren der Ausführungsform B-42, wobei das eine oder die mehreren Schmiermittel in der Pulverbeschichtungszusammensetzung in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-%, mindestens 0,5 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, vorhanden sind.
Die Ausführungsform B-44 ist das Verfahren der Ausführungsform B-41 oder B-42, wobei das eine oder die mehreren Schmiermittel in der Pulverbeschichtungszusammensetzung in einer Menge von bis zu 4 Gew.-%, bis zu 3 Gew.-% oder bis zu 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, vorhanden sind.
Die Ausführungsform B-45 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen B-41 bis B-44, das ferner einen oder mehrere Vernetzer und/oder Katalysatoren umfasst.
Die Ausführungsform B-46 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen Agglomerate (d. h. Cluster) von primären Polymerteilchen umfassen.
Die Ausführungsform B-47 ist das Verfahren der Ausführungsform B-46, wobei die Agglomerate eine Teilchengröße von 1 Mikrometer bis 25 Mikrometer aufweisen und die primären Polymerteilchen eine primäre Teilchengröße von 0,05 Mikrometer bis 8 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform B-48 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung im Wesentlichen frei von jeweils Bisphenol A, Bisphenol F und Bisphenol S, von davon abgeleiteten Struktureinheiten oder beiden ist.
Die Ausführungsform B-49 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung im Wesentlichen frei von allen Bisphenol-Verbindungen, von davon abgeleiteten Struktureinheiten, oder beiden, außer TMBPF, ist.
Die Ausführungsform B-50 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung eine gehärtete Beschichtung bildet, die weniger als 50 ppm, weniger als 25 ppm, weniger als 10 ppm oder weniger als 1 ppm extrahierbare Stoffe, wenn überhaupt, wenn sie gemäß dem globalen Extraktionstest getestet werden, einschließt.
Die Ausführungsform B-51 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung eine gehärtete Beschichtung bildet, die an einem Substrat, wie etwa einem Metallsubstrat, anhaftet, gemäß dem Haftungstest mit einer Haftungsbewertung von 9 oder 10, vorzugsweise 10.
Die Ausführungsform B-52 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung eine durchgängig gehärtete Beschichtung bildet, die frei von Poren und anderen Beschichtungsfehlern ist, die zu einem freiliegenden Substrat führen. Solche Filmunregelmäßigkeiten/-fehler können durch einen Stromfluss, der in Milliampere (mA) gemessen wird, unter Verwendung des im Abschnitt Beispiele beschriebenen Kontinuitätstest für Flache Platten angezeigt werden.
Die Ausführungsform B-53 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung, die, wenn sie auf eine gereinigte und vorbehandelte Aluminiumplatte aufgebracht und einem kurativen Brennen für eine geeignete Dauer unterzogen wird, um eine 242 °C Spitzenmetalltemperatur (PMT) und eine getrocknete Filmdicke von etwa 7,5 Milligramm pro Quadratzoll zu erreichen, und zu einem vollständig umgewandelten 202-Standardöffnungs-Getränkedosenende geformt wird, weniger als 5 Milliampere Strom durchläuft, während sie 4 Sekunden lang einer Elektrolytlösung ausgesetzt wird, die 1 Gew.-% NaCl, gelöst in deionisiertem Wasser, enthält.
Die Ausführungsform B-54 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, deren Inhalt ferner bewirkt, dass die Zusammensetzung der Metallverpackungspulverbeschichtung auf einem Metallsubstrat der Metallverpackung verwendet wird.
Ausführungsformen C: Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats
Die Ausführungsform C-1 ist ein Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen (z. B. einem Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinem Verpackungsbehälter (z. B. Dose), einem Abschnitt davon oder Metallverschluss) geeignet ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung Pulverpolymerteilchen (vorzugsweise sprühgetrocknete Pulverpolymerteilchen) umfasst, die ein Polymer mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 2.000 Dalton umfassen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer aufweisen; Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung auf mindestens einen Abschnitt des Metallsubstrats, wobei das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von bis zu 635 Mikrometer aufweist; und Bereitstellen von Bedingungen, die für die Pulverbeschichtungszusammensetzung wirksam sind, um eine gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung auf mindestens einem Abschnitt des Metallsubstrats zu bilden, wobei die gehärtete anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Dicke von bis zu 100 Mikrometer aufweist (z. B. für ein texturiertes Dosenäußeres) (vorzugsweise bis zu 50 Mikrometer, mehr bevorzugt bis zu 25 Mikrometer, noch mehr bevorzugt bis zu 20 Mikrometer, immer noch mehr bevorzugt bis zu 15 Mikrometer und am meisten bevorzugt bis zu 10 Mikrometer).
Die Ausführungsform C-2 ist das Verfahren der Ausführungsform C-1, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung mindestens 50 Gew.-%, mindestens 60 Gew.-%, mindestens 70 Gew.-%, mindestens 80 Gew.-% oder mindestens 90 Gew.-% der Pulverpolymerteilchen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform C-3 ist das Verfahren der Ausführungsform C-1 oder C-2, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung bis zu 100 Gew.-%, bis zu 99,99 Gew.-%, bis zu 95 Gew.-% oder bis zu 90 Gew.-% der Pulverpolymerteilchen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform C-4 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung ein oder mehrere Ladungssteuermittel umfasst, die mit den Pulverpolymerteilchen in Kontakt stehen.
Die Ausführungsform C-5 ist das Verfahren der Ausführungsform C-4, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung mindestens 0,01 Gew.-%, mindestens 0,1 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-% des einen oder der mehreren Ladungssteuermittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform C-6 ist das Verfahren der Ausführungsform C-4 oder C-5, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung bis zu 10 Gew.-%, bis zu 9 Gew.-%, bis zu 8 Gew.-%, bis zu 7 Gew.-%, bis zu 6 Gew.-%, bis zu 5 Gew.-%, bis zu 4 Gew.-% oder bis zu 3 Gew.-% des einen oder der mehreren Ladungssteuermittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform C-6 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung das Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung (vorzugsweise der triboelektrisch geladenen Pulverbeschichtungszusammensetzung) zu mindestens einem Abschnitt des Metallsubstrats mittels eines elektromagnetischen Feldes (z. B. eines elektrischen Feldes) oder einer anderen geeigneten Art von angelegtem Feld umfasst.
Die Ausführungsform C-7 ist das Verfahren der Ausführungsform C-6, wobei das Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung das Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung zu mindestens einem Abschnitt des Metallsubstrats mittels eines elektrischen Feldes umfasst.
Die Ausführungsform C-8 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung zu mindestens einem Abschnitt des Metallsubstrats Folgendes umfasst: Zuführen der Pulverbeschichtungszusammensetzung zu einem Transporter; und Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung von dem Transporter zu mindestens einem Abschnitt des Metallsubstrats mittels eines elektromagnetischen Feldes.
Die Ausführungsform C-9 ist das Verfahren der Ausführungsform C-8, wobei das Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung von dem Transporter das Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung von dem Transporter zu mindestens einem Abschnitt des Metallsubstrats mittels eines elektrischen Feldes zwischen dem Transporter und dem Metallsubstrat umfasst.
Die Ausführungsform C-10 ist das Verfahren der Ausführungsform C-8 oder C-9, wobei das Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung von dem Transporter Folgendes umfasst: Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung von dem Transporter zu einem Übertragungsmedium mittels eines elektrischen Feldes zwischen dem Transporter und dem Übertragungsmedium; und Übertragen der Pulverbeschichtungszusammensetzung von dem Übertragungsmedium auf mindestens einen Abschnitt des Metallsubstrats.
Die Ausführungsform C-11 ist das Verfahren der Ausführungsform C-10, wobei das Übertragungsmedium eine leitfähige Metalltrommel umfasst.
Die Ausführungsform C-12 ist das Verfahren der Ausführungsform C-10 oder C-11, wobei das Übertragen der Pulverbeschichtungszusammensetzung von dem Übertragungsmedium auf mindestens einen Abschnitt des Metallsubstrats das Aufbringen von Wärmeenergie oder von elektrischen, elektrostatischen oder mechanischen Kräfte umfasst.
Die Ausführungsform C-13 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen C-8 bis C-12, wobei der Transporter eine Magnetwalze umfasst und die Pulverbeschichtungszusammensetzung magnetische Trägerteilchen umfasst.
Die Ausführungsform C-14 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Bereitstellen von Bedingungen, die für die Pulverbeschichtungszusammensetzung wirksam sind, um eine gehärtete Beschichtung auf mindestens einem Abschnitt des Metallsubstrats zu bilden, das Aufbringen von Wärmeenergie (z. B. unter Verwendung eines Konvektionsofens oder einer Induktionsspule), UV-Strahlung, IR-Strahlung oder Elektronenstrahlstrahlung auf die Pulverbeschichtungszusammensetzung umfasst.
Die Ausführungsform C-15 ist das Verfahren der Ausführungsform C-14, wobei die Bedingungen das Aufbringen von Wärmeenergie umfassen.
Die Ausführungsform C-16 ist das Verfahren der Ausführungsform C-15, wobei das Aufbringen von thermischen Bedingungen das Aufbringen von Wärmeenergie bei einer Temperatur von mindestens 100 °C oder mindestens 177 °C umfasst.
Die Ausführungsform C-17 ist das Verfahren der Ausführungsform C-15 oder C-16, wobei das Aufbringen von thermischen Bedingungen das Aufbringen von Wärmeenergie bei einer Temperatur von bis zu 300 °C oder bis zu 250 °C umfasst.
Die Ausführungsform C-18 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Metallsubstrat Stahl, Edelstahl, zinnfreien Stahl (TFS), verzinnten Stahl, eine elektrolytische Zinnplatte (ETP) oder Aluminium umfasst.
Die Ausführungsform C-19 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von bis zu 375 Mikrometer aufweist.
Die Ausführungsform C-20 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von mindestens 125 Mikrometer aufweist.
Die Ausführungsform C-21 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Dicke von bis zu 25 Mikrometer, bis zu 20 Mikrometer, bis zu 15 Mikrometer oder bis zu 10 Mikrometer aufweist.
Die Ausführungsform C-22 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die gehärtete anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Dicke von mindestens 1 Mikrometer, mindestens 2 Mikrometer, mindestens 3 Mikrometer oder mindestens 4 Mikrometer aufweist.
Die Ausführungsform C-23 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform C-24 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D90 von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform C-25 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen chemisch hergestellt werden (im Gegensatz zu mechanisch hergestellten (z. B. gemahlenen) Polymerteilchen).
Die Ausführungsform C-26 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen einen Formfaktor von 100-140 (kugel- und kartoffelförmig) (oder 120-140 (z. B. kartoffelförmig)) aufweisen.
Die Ausführungsform C-27 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen einen Komprimierbarkeitsindex von 1 bis 20 (oder 1 bis 10, 11 bis 15 oder 16 bis 20) und ein Hausner-Verhältnis von 1,00 bis 1,25 (oder 1,00 bis 1, 11, 1,12 bis 1,18 oder 1,19 bis 1,25) aufweisen.
Die Ausführungsform C-28 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein thermoplastisches Polymer umfassen.
Die Ausführungsform C-29 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein Polymer mit einem Schmelzflussindex von mehr als 15 Gramm/10 Minuten, mehr als 50 Gramm/10 Minuten oder mehr als 100 Gramm/10 Minuten und vorzugsweise einen Schmelzflussindex von bis zu 200 Gramm/10 Minuten oder bis zu 150 Gramm/10 Minuten umfassen.
Die Ausführungsform C-30 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein amorphes Polymer mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von mindestens 40 °C, mindestens 50 °C, mindestens 60 °C oder mindestens 70 °C umfassen.
Die Ausführungsform C-31 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein amorphes Polymer mit einer Tg von bis zu 150 °C, bis zu 125 °C, bis zu 110 °C, bis zu 100 °C oder bis zu 80 °C umfassen.
Die Ausführungsform C-32 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die gehärtete Beschichtung keine nachweisbare Tg aufweist.
Die Ausführungsform C-33 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein kristallines oder halbkristallines Polymer mit einem Schmelzpunkt von mindestens 40 °C und bis zu 130 °C umfassen.
Die Ausführungsform C-34 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein Polymer umfassen, das aus einem Polyacryl, Polyether, Polyolefin, Polyester, Polyurethan, Polycarbonat, Polystyrol oder einer Kombination davon (d. h. Copolymer oder Mischung davon, wie etwa Acrylnitril-Butadien-Styrol) ausgewählt ist. Vorzugsweise ist das Polymer ausgewählt aus einem Polyacryl, Polyether, Polyolefin, Polyester oder einer Kombination davon.
Die Ausführungsform C-35 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer Mn mindestens 5.000 Dalton, mindestens 10.000 Dalton oder mindestens 15.000 Dalton beträgt.
Die Ausführungsform C-36 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer Mn bis zu 10.000.000 Dalton, bis zu 1.000.000 Dalton, bis zu 100.000 Dalton oder bis zu 20.00 Dalton beträgt.
Die Ausführungsform C-37 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer einen Polydispersitätsindex (Mw/Mn) von weniger als 4, weniger als 3, weniger als 2 oder weniger als 1,5 aufweist.
Die Ausführungsform C-38 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen C-4 bis C-37, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel ermöglichen, dass die Pulverpolymerteilchen eine triboelektrische Ladung effizient aufnehmen, um die Aufbringung auf ein Substrat zu erleichtern.
Die Ausführungsform C-39 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen C-4 bis C-38, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel Teilchen mit Teilchengrößen im Sub-Mikrometer-Bereich (z. B. weniger als 1 Mikrometer, 100 Nanometer oder weniger, 50 Nanometer oder weniger oder 20 Nanometer oder weniger) umfassen.
Die Ausführungsform C-40 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen C-4 bis C-39, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel anorganische Teilchen umfassen.
Die Ausführungsform C-41 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen C-4 bis C-40, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel hydrophile pyrogene Aluminiumoxidteilchen, hydrophile ausgefällte Natriumaluminiumsilikatteilchen, Metallcarboxylat- und Sulfonatteilchen, quartäre Ammoniumsalze (z. B. quartäre Ammoniumsulfat- oder Sulfonatteilchen), Polymere, die anhängende quartäre Ammoniumsalze enthalten, ferromagnetische Teilchen, Übergangsmetallteilchen, Nitrosin- oder Azinfarbstoffe, Kupferphthalocyaninpigmente, Metallkomplexe von Chrom, Zink, Aluminium, Zirkonium, Calcium oder Kombinationen davon, umfassen.
Die Ausführungsform C-42 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung ein oder mehrere optionale Additive umfasst, die aus Schmiermitteln, Haftvermittlern, Vernetzern, Katalysatoren, Farbmitteln (z. B. Pigmenten oder Farbstoffen), ferromagnetischen Teilchen, Entgasungsmitteln, Verlaufsmitteln, Benetzungsmitteln, Tensiden, Durchflusssteuermitteln, Wärmestabilisatoren, Korrosionsschutzmitteln, Haftvermittlern, anorganischen Füllstoffen, Metallsikkativ und Kombinationen davon ausgewählt sind.
Die Ausführungsform C-43 ist das Verfahren der Ausführungsform C-42, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung ferner ein oder mehrere Schmiermittel umfasst, die in die gehärtete Beschichtung eingebracht sind.
Die Ausführungsform C-44 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, das ferner das Aufbringen eines oder mehrerer Schmiermittel auf die gehärtete Beschichtung umfasst.
Die Ausführungsform C-45 ist das Verfahren der Ausführungsform C-43 oder C-44, wobei das eine oder die mehreren Schmiermittel in oder auf der gehärteten Beschichtung in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-%, mindestens 0,5 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der gehärteten Beschichtung, vorhanden sind.
Die Ausführungsform C-46 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen C-43 bis C-45, wobei das eine oder die mehreren Schmiermittel in oder auf der gehärteten Beschichtung in einer Menge von bis zu 4 Gew.-%, bis zu 3 Gew.-% oder bis zu 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der gehärteten Beschichtung, vorhanden sind.
Die Ausführungsform C-47 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen Agglomerate (d. h. Cluster) von primären Polymerteilchen umfassen.
Die Ausführungsform C-48 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung im Wesentlichen frei von jeweils Bisphenol A, Bisphenol F und Bisphenol S, von davon abgeleiteten Struktureinheiten oder beiden ist.
Die Ausführungsform C-49 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung im Wesentlichen frei von allen Bisphenol-Verbindungen, von davon abgeleiteten Struktureinheiten, oder beiden, außer TMBPF, ist.
Die Ausführungsform C-50 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Beschichtung weniger als 50 ppm, weniger als 25 ppm, weniger als 10 ppm oder weniger als 1 ppm extrahierbare Stoffe, wenn überhaupt, wenn sie gemäß dem globalen Extraktionstest getestet werden, einschließt.
Die Ausführungsform C-51 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die anhaftende Beschichtung an einem Substrat, wie etwa einem Metallsubstrat, anhaftet, gemäß dem Haftungstest mit einer Haftungsbewertung von 9 oder 10, vorzugsweise 10.
Die Ausführungsform C-52 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die durchgängig gehärtete Beschichtung frei von Poren und anderen Beschichtungsfehlern ist, die zu einem freiliegenden Substrat führen. Solche Filmunregelmäßigkeiten/-fehler können durch einen Stromfluss, der in Milliampere (mA) gemessen wird, unter Verwendung des im Abschnitt Beispiele beschriebenen Kontinuitätstest für Flache Platten angezeigt werden.
Die Ausführungsform C-53 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung, die, wenn sie auf eine gereinigte und vorbehandelte Aluminiumplatte aufgebracht und einem kurativen Brennen für eine geeignete Dauer unterzogen wird, um eine 242 °C Spitzenmetalltemperatur (PMT) und eine getrocknete Filmdicke von etwa 7,5 Milligramm pro Quadratzoll zu erreichen, und zu einem vollständig umgewandelten 202-Standardöffnungs-Getränkedosenende geformt wird, weniger als 5 Milliampere Strom durchläuft, während sie 4 Sekunden lang einer Elektrolytlösung, die 1 Gew.-% NaCl, gelöst in deionisiertem Wasser, ausgesetzt wird.
Die Ausführungsform C-54 ist ein beschichtetes Metallsubstrat mit einer Oberfläche, die mindestens teilweise mit einer Beschichtung beschichtet ist, die durch das Verfahren nach einer der vorstehenden Ausführungsformen hergestellt wird.
Die Ausführungsform C-55 ist eine Metallverpackung (z. B. ein Metallverpackungsbehälter, wie etwa ein Lebensmittel-, ein Getränke-, ein Aerosol- oder ein allgemeiner Verpackungsbehälter (z. B. Dose), ein Abschnitt davon oder ein Metallverschluss), umfassend ein Metallsubstrat mit einer Oberfläche, die mindestens teilweise mit einer Beschichtung beschichtet ist, die durch das Verfahren nach einer der Ausführungsformen C-1 bis C-53 hergestellt wird.
Die Ausführungsform C-56 ist die Metallverpackung der Ausführungsform C-55, wobei die Oberfläche eine Innenoberfläche, eine Außenoberfläche oder beides eines Behälter-(z. B. Dose) Körpers ist.
Die Ausführungsform C-57 ist die Metallverpackung der Ausführungsform C-55, wobei die Oberfläche eine Oberfläche eines genieteten Dosenendes und/oder einer Zuglasche ist.
Die Ausführungsform C-58 ist die Metallverpackung der Ausführungsformen C-55 bis C-57, die mit einem Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosolprodukt gefüllt ist.
Ausführungsformen D: Beschichtetes Metallsubstrat
Die Ausführungsform D-1 ist ein beschichtetes Metallsubstrat, das ein Metallsubstrat mit einer gehärteten durchgängig anhaftenden Beschichtung umfasst, die auf mindestens einem Abschnitt einer Oberfläche davon angeordnet ist, wobei: das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von bis zu 635 Mikrometer aufweist; die gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Dicke von bis zu 100 Mikrometer (vorzugsweise bis zu 50 Mikrometer, mehr bevorzugt bis zu 25 Mikrometer, noch mehr bevorzugt bis zu 20 Mikrometer, immer noch mehr bevorzugt bis zu 15 Mikrometer und am meisten bevorzugt bis zu 10 Mikrometer) aufweist; die gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung aus einer Metallverpackungsdosenpulverbeschichtungszusammensetzung gebildet wird, die Pulverpolymerteilchen (vorzugsweise sprühgetrocknete Pulverpolymerteilchen) umfasst, die ein Polymer mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 2.000 Dalton umfassen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer aufweisen; und vorzugsweise die gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung weniger als 50 ppm, weniger als 25 ppm, weniger als 10 ppm oder weniger als 1 ppm extrahierbare Stoffe, wenn überhaupt, wenn sie gemäß dem globalen Extraktionstest getestet werden, umfasst.
Die Ausführungsform D-2 ist das beschichtete Metallsubstrat der Ausführungsform D-1, wobei ein Schmiermittel in den Pulverpolymerteilchen, auf den Pulverpolymerteilchen, in einem anderen Inhaltsstoff, der zur Bildung der Pulverbeschichtungszusammensetzung auf einer Oberfläche der gehärteten Beschichtung verwendet wird, oder einer Kombination davon vorhanden ist.
Die Ausführungsform D-3 ist das beschichtete Metallsubstrat der Ausführungsform D-2, wobei das Schmiermittel in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-% oder mindestens 0,5 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung oder der gehärteten Beschichtung, vorhanden ist.
Die Ausführungsform D-4 ist das beschichtete Metallsubstrat der Ausführungsformen D-2 oder D-3, wobei das Schmiermittel in einer Menge von bis zu 4 Gew.-% oder bis zu 3 Gew.-% oder bis zu 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung oder der gehärteten Beschichtung, vorhanden ist.
Die Ausführungsform D-5 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung mindestens 50 Gew.-%, mindestens 60 Gew.-%, mindestens 70 Gew.-%, mindestens 80 Gew.-% oder mindestens 90 Gew.-% der Pulverpolymerteilchen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform D-6 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung bis zu 100 Gew.-%, bis zu 99,99 Gew.-%, bis zu 95 Gew.-% oder bis zu 90 Gew.-% der Pulverpolymerteilchen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform D-7 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausfuhrungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung ein oder mehrere Ladungssteuermittel umfasst, die mit den Pulverpolymerteilchen in Kontakt stehen.
Die Ausführungsform D-8 ist das beschichtete Metallsubstrat der Ausführungsform D-7, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung mindestens 0,01 Gew.-%, mindestens 0,1 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-% des einen oder der mehreren Ladungssteuermittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform D-9 ist das beschichtete Metallsubstrat der Ausführungsform D-7 oder D-8, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung bis zu 10 Gew.-%, bis zu 9 Gew.-%, bis zu 8 Gew.-%, bis zu 7 Gew.-%, bis zu 6 Gew.-%, bis zu 5 Gew.-%, bis zu 4 Gew.-% oder bis zu 3 Gew.-% des einen oder der mehreren Ladungssteuermittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform D-10 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Metallsubstrat Stahl, Edelstahl, zinnfreien Stahl (TFS), verzinnten Stahl, eine elektrolytische Zinnplatte (ETP) oder Aluminium umfasst.
Die Ausführungsform D-11 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von bis zu 375 Mikrometer aufweist.
Die Ausführungsform D-12 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von mindestens 125 Mikrometer aufweist.
Die Ausführungsform D-13 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die gehärtete anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Dicke von bis zu 25 Mikrometer, bis zu 20 Mikrometer, bis zu 15 Mikrometer oder bis zu 10 Mikrometer aufweist.
Die Ausführungsform D-14 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die gehärtete anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Dicke von mindestens 1 Mikrometer, mindestens 2 Mikrometer, mindestens 3 Mikrometer oder mindestens 4 Mikrometer aufweist.
Die Ausführungsform D-15 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform D-16 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D90 von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform D-17 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen chemisch hergestellt werden (im Gegensatz zu mechanisch hergestellten (z. B. gemahlenen) Polymerteilchen).
Die Ausführungsform D-18 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen einen Formfaktor von 100-140 (kugel- und kartoffelförmig) (oder 120-140 (z. B. kartoffelförmig)) aufweisen.
Die Ausführungsform D-19 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen einen Komprimierbarkeitsindex von 1 bis 20 (oder 1 bis 10, 11 bis 15 oder 16 bis 20) aufweisen.
Die Ausführungsform D-20 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein Hausner-Verhältnis von 1,00 bis 1,25 (oder 1,00 bis 1,11, 1,12 bis 1,18 oder 1,19 bis 1,25) aufweisen.
Die Ausführungsform D-21 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein thermoplastisches Polymer umfassen.
Die Ausführungsform D-22 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein Polymer mit einem Schmelzflussindex von mehr als 15 Gramm/10 Minuten, mehr als 50 Gramm/10 Minuten oder mehr als 100 Gramm/10 Minuten und vorzugsweise einen Schmelzflussindex von bis zu 200 Gramm/10 Minuten oder bis zu 150 Gramm/10 Minuten umfassen.
Die Ausführungsform D-23 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein amorphes Polymer mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von mindestens 40 °C, mindestens 50 °C, mindestens 60 °C oder mindestens 70 °C umfassen.
Die Ausführungsform D-24 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein amorphes Polymer mit einer Tg von bis zu 150 °C, bis zu 125 °C, bis zu 110 °C, bis zu 100 °C oder bis zu 80 °C umfassen.
Die Ausführungsform D-25 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die gehärtete Beschichtung keine nachweisbare Tg aufweist.
Die Ausführungsform D-26 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein kristallines oder halbkristallines Polymer mit einem Schmelzpunkt von mindestens 40 °C und bis zu 130 °C umfassen.
Die Ausführungsform D-27 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein Polymer umfassen, das aus einem Polyacryl, Polyether, Polyolefin, Polyester, Polyurethan, Polycarbonat, Polystyrol oder einer Kombination davon (d. h. Copolymer oder Mischung davon, wie etwa Acrylnitril-Butadien-Styrol) ausgewählt ist. Vorzugsweise ist das Polymer ausgewählt aus einem Polyacryl, Polyether, Polyolefin, Polyester oder einer Kombination davon.
Die Ausführungsform D-28 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer Mn mindestens 5.000 Dalton, mindestens 10.000 Dalton oder mindestens 15.000 Dalton beträgt.
Die Ausführungsform D-29 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer Mn bis zu 10.000.000 Dalton, bis zu 1.000.000 Dalton, bis zu 100.000 Dalton oder bis zu 20.00 Dalton beträgt.
Die Ausführungsform D-30 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer einen Polydispersitätsindex (Mw/Mn) von weniger als 4, weniger als 3, weniger als 2 oder weniger als 1,5 aufweist.
Die Ausführungsform D-31 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der Ausführungsformen D-7 bis D-30, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel ermöglichen, dass die Pulverpolymerteilchen eine triboelektrische Ladung effizient aufnehmen, um die Aufbringung auf ein Substrat zu erleichtern.
Die Ausführungsform D-32 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der Ausführungsformen D-7 bis D-31, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel Teilchen mit Teilchengrößen im Sub-Mikrometer-Bereich (z. B. weniger als 1 Mikrometer, 100 Nanometer oder weniger, 50 Nanometer oder weniger oder 20 Nanometer oder weniger) umfassen.
Die Ausführungsform D-33 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der Ausführungsformen D-7 bis D-32, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel anorganische Teilchen umfassen.
Die Ausführungsform D-34 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der Ausführungsformen D-7 bis D-33, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel hydrophile pyrogene Aluminiumoxidteilchen, hydrophile ausgefällte Natriumaluminiumsilikatteilchen, Metallcarboxylat- und Sulfonatteilchen, quartäre Ammoniumsalze (z. B. quartäre Ammoniumsulfat- oder -sulfonatteilchen), Polymere, die anhängende quartäre Ammoniumsalze enthalten, ferromagnetische Teilchen, Übergangsmetallteilchen, Nitrosin- oder Azinfarbstoffe, Kupferphthalocyaninpigmente, Metallkomplexe von Chrom, Zink, Aluminium, Zirkonium, Calcium oder Kombinationen davon, umfassen.
Die Ausführungsform D-35 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung ein oder mehrere optionale Additive umfasst, die aus Haftvermittlern, Vernetzern, Katalysatoren, Farbmitteln (z. B. Pigmenten oder Farbstoffen), ferromagnetischen Teilchen, Entgasungsmitteln, Verlaufsmitteln, Benetzungsmitteln, Tensiden, Durchflusssteuermitteln, Wärmestabilisatoren, Korrosionsschutzmitteln, Haftvermittlern, anorganischen Füllstoffen, Metallsikkativ und Kombinationen davon ausgewählt sind.
Die Ausführungsform D-36 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen Agglomerate (d. h. Cluster) von primären Polymerteilchen umfassen.
Die Ausführungsform D-37 ist das beschichtete Metallsubstrat der Ausführungsform D-36, wobei die Agglomerate eine Teilchengröße von 1 Mikrometer bis 25 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform D-38 ist das beschichtete Metallsubstrat der Ausführungsform D-36 oder D-37, wobei die primären Polymerteilchen eine primäre Teilchengröße von 0,05 Mikrometer bis 8 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform D-39 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung im Wesentlichen frei von jeweils Bisphenol A, Bisphenol F und Bisphenol S, von davon abgeleiteten Struktureinheiten oder beiden ist.
Die Ausführungsform D-40 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung im Wesentlichen frei von allen Bisphenol-Verbindungen, von davon abgeleiteten Struktureinheiten, oder beiden, außer TMBPF, ist.
Die Ausführungsform D-41 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die anhaftende Beschichtung an dem Metallsubstrat anhaftet, gemäß dem Haftungstest mit einer Haftungsbewertung von 9 oder 10, vorzugsweise 10.
Die Ausführungsform D-42 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die durchgängig gehärtete Beschichtung frei von Poren und anderen Beschichtungsfehlern ist, die zu einem freiliegenden Substrat führen. Solche Filmunregelmäßigkeiten/-fehler können durch einen Stromfluss, der in Milliampere (mA) gemessen wird, unter Verwendung des im Abschnitt Beispiele beschriebenen Kontinuitätstest für Flache Platten angezeigt werden.
Die Ausführungsform D-43 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung, die, wenn sie auf eine gereinigte und vorbehandelte Aluminiumplatte aufgebracht und einem kurativen Brennen für eine geeignete Dauer unterzogen wird, um eine 242 °C Spitzenmetalltemperatur (PMT) und eine getrocknete Filmdicke von etwa 7,5 Milligramm pro Quadratzoll zu erreichen, und zu einem vollständig umgewandelten 202-Standardöffnungs-Getränkedosenende geformt wird, weniger als 5 Milliampere Strom durchläuft, während sie 4 Sekunden lang einer Elektrolytlösung ausgesetzt wird, die 1 Gew.-% NaCl, gelöst in deionisiertem Wasser, enthält.
Die Ausführungsform D-44 ist das beschichtete Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Metallsubstrat ein vorbehandeltes oder grundiertes Substrat umfasst.
Die Ausführungsform D-45 ist eine Metallverpackung (z. B. ein Metallverpackungsbehälter, ein Abschnitt davon oder ein Metallverschluss), die ein beschichtetes Metallsubstrat einer der vorstehenden Ausführungsformen umfasst.
Die Ausführungsform D-46 ist die Metallverpackung der Ausführungsform 45, wobei die beschichtete Oberfläche des Metallsubstrats eine Innenoberfläche eines Dosenkörpers bildet.
Die Ausführungsform D-47 ist die Metallverpackung der Ausführungsform D-45 oder D-46, wobei die beschichtete Oberfläche des Metallsubstrats eine Außenoberfläche eines Dosenkörpers bildet.
Die Ausführungsform D-48 ist die Metallverpackung der Ausführungsform 45, wobei die beschichtete Oberfläche eine Oberfläche eines genieteten Dosenendes und/oder einer Zuglasche ist.
Die Ausführungsform D-49 ist die Metallverpackung der Ausführungsformen D-45 bis D-48, wobei die Dose mit einem Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosolprodukt gefüllt ist.
Ausführungsformen E: Verfahren zur Herstellung von Metallverpackungen
Die Ausführungsform E-1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Metallpackungen (z. B. einem Metallverpackungsbehälter, wie etwa einem Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinem Verpackungsbehälter (z. B. Dose), einem Abschnitt davon oder einem Metallverschluss, wie etwa für einen Metallverpackungsbehälter oder einen Glastiegel), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Metallsubstrats mit einer gehärteten durchgängig anhaftenden Beschichtung, die auf mindestens einem Abschnitt einer Oberfläche davon angeordnet ist, wobei: das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von bis zu 635 Mikrometer aufweist; die gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung aus einer Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung gebildet wird; wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung Pulverpolymerteilchen (vorzugsweise sprühgetrocknete Pulverpolymerteilchen) umfasst, die ein Polymer mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 2.000 Dalton umfassen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer aufweisen; und Bilden des Substrats zu mindestens einem Abschnitt eines Metallpackungsbehälters (z. B. eines Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälters (z. B. Dose)), eines Abschnitts davon oder eines Metallverschlusses (z. B. für einen Metallverpackungsbehälter oder einen Glastiegel).
Die Ausführungsform E-2 ist das Verfahren der Ausführungsform E-1, wobei ein Schmiermittel in den Pulverpolymerteilchen, auf den Pulverpolymerteilchen, in einem anderen Inhaltsstoff, der zur Bildung der Pulverbeschichtungszusammensetzung auf einer Oberfläche der gehärteten Beschichtung verwendet wird oder einer Kombination davon vorhanden ist.
Die Ausführungsform E-3 ist das Verfahren der Ausführungsform E-2, wobei das Schmiermittel in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-% oder mindestens 0,5 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung oder der gehärteten Beschichtung, vorhanden ist.
Die Ausführungsform E-4 ist das Verfahren der Ausführungsformen E-2 oder E-3, wobei das Schmiermittel in einer Menge von bis zu 4 Gew.-% oder bis zu 3 Gew.-% oder bis zu 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung oder der gehärteten Beschichtung, vorhanden ist.
Die Ausführungsform E-5 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung mindestens 50 Gew.-%, mindestens 60 Gew.-%, mindestens 70 Gew.-%, mindestens 80 Gew.-% oder mindestens 90 Gew.-% der Pulverpolymerteilchen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform E-6 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung bis zu 100 Gew.-%, bis zu 99,99 Gew.-%, bis zu 95 Gew.-% oder bis zu 90 Gew.-% der Pulverpolymerteilchen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform E-7 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung ein oder mehrere Ladungssteuermittel umfasst, die mit den Pulverpolymerteilchen in Kontakt stehen.
Die Ausführungsform E-8 ist das Verfahren der Ausführungsform E-7, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung mindestens 0,01 Gew.-%, mindestens 0,1 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-% des einen oder der mehreren Ladungssteuermittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform E-9 ist das Verfahren der Ausführungsform E-7 oder E-8, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung bis zu 10 Gew.-%, bis zu 9 Gew.-%, bis zu 8 Gew.-%, bis zu 7 Gew.-%, bis zu 6 Gew.-%, bis zu 5 Gew.-%, bis zu 4 Gew.-% oder bis zu 3 Gew.-% des einen oder der mehreren Ladungssteuermittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfasst.
Die Ausführungsform E-10 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Metallsubstrat Stahl, Edelstahl, zinnfreien Stahl (TFS), verzinnten Stahl, elektrolytische Zinnplatte (ETP) oder Aluminium umfasst.
Die Ausführungsform E-11 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von bis zu 375 Mikrometer aufweist.
Die Ausführungsform E-12 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von mindestens 125 Mikrometer aufweist.
Die Ausführungsform E-13 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die gehärtete anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Dicke von bis zu 100 Mikrometer (vorzugsweise bis zu 50 Mikrometer, mehr bevorzugt bis zu 25 Mikrometer, noch mehr bevorzugt bis zu 20 Mikrometer, immer noch mehr bevorzugt bis zu 15 Mikrometer und am meisten bevorzugt bis zu 10 Mikrometer) aufweist.
Die Ausführungsform E-14 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die gehärtete anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Dicke von mindestens 1 Mikrometer, mindestens 2 Mikrometer, mindestens 3 Mikrometer oder mindestens 4 Mikrometer aufweist.
Die Ausführungsform E-15 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform E-16 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D90 von weniger als 25 Mikrometer, weniger als 20 Mikrometer, weniger als 15 Mikrometer oder weniger als 10 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform E-17 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen chemisch hergestellt werden (im Gegensatz zu mechanisch hergestellten (z. B. gemahlenen) Polymerteilchen).
Die Ausführungsform E-18 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen einen Formfaktor von 100-140 (kugel- und kartoffelförmig) (oder 120-140 (z. B. kartoffelförmig)) aufweisen.
Die Ausführungsform E-19 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen einen Komprimierbarkeitsindex von 1 bis 20 (oder 1 bis 10, 11 bis 15 oder 16 bis 20) aufweisen.
Die Ausführungsform E-20 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein Hausner-Verhältnis von 1,00 bis 1,25 (oder 1,00 bis 1,11, 1,12 bis 1,18 oder 1,19 bis 1,25) aufweisen.
Die Ausführungsform E-21 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein thermoplastisches Polymer umfassen.
Die Ausführungsform E-22 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein Polymer mit einem Schmelzflussindex von mehr als 15 Gramm/ 10 Minuten, mehr als 50 Gramm/ 10 Minuten oder mehr als 100 Gramm/ 10 Minuten und vorzugsweise einen Schmelzflussindex von bis zu 200 Gramm/10 Minuten oder bis zu 150 Gramm/10 Minuten umfassen.
Die Ausführungsform E-23 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein amorphes Polymer mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von mindestens 40 °C, mindestens 50 °C, mindestens 60 °C oder mindestens 70 °C umfassen.
Die Ausführungsform E-24 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein amorphes Polymer mit einer Tg von bis zu 150 °C, bis zu 125 °C, bis zu 110 °C, bis zu 100 °C oder bis zu 80 °C umfassen.
Die Ausführungsform E-25 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die gehärtete Beschichtung keine nachweisbare Tg aufweist.
Die Ausführungsform E-26 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein kristallines oder halbkristallines Polymer mit einem Schmelzpunkt von mindestens 40 °C und bis zu 130 °C umfassen.
Die Ausführungsform E-27 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein Polymer umfassen, das aus einem Acryl (d. h. Acrylat), Polyether, Polyolefin, Polyester, Polyurethan, Polyurethan, Polycarbonat, Polystyrol oder einer Kombination davon (d. h. Copolymer oder Mischung davon wie etwa Acrylnitril-Butadien-Styrol) ausgewählt ist.
Die Ausführungsform E-28 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer Mn mindestens 5.000 Dalton, mindestens 10.000 Dalton oder mindestens 15.000 Dalton beträgt.
Die Ausführungsform E-29 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer Mn bis zu 10.000.000 Dalton, bis zu 1.000.000 Dalton, bis zu 100.000 Dalton oder bis zu 20.00 Dalton beträgt.
Die Ausführungsform E-30 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer einen Polydispersitätsindex (Mw/Mn) von weniger als 4, weniger als 3, weniger als 2 oder weniger als 1,5 aufweist.
Die Ausführungsform E-31 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen E-7 bis E-30, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel ermöglichen, dass die Pulverpolymerteilchen eine triboelektrische Ladung effizient aufnehmen, um die Aufbringung auf ein Substrat zu erleichtern.
Die Ausführungsform E-32 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen E-7 bis E-31, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel Teilchen mit Teilchengrößen im Sub-Mikrometer-Bereich (z. B. weniger als 1 Mikrometer, 100 Nanometer oder weniger, 50 Nanometer oder weniger oder 20 Nanometer oder weniger) umfassen.
Die Ausführungsform E-33 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen E-7 bis E-32, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel anorganische Teilchen umfassen.
Die Ausführungsform E-34 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen E-7 bis E-33, wobei das eine oder die mehreren Ladungssteuermittel hydrophile pyrogene Aluminiumoxidteilchen, hydrophile ausgefällte Natriumaluminiumsilikatteilchen, Metallcarboxylat- und Sulfonatteilchen, quartäre Ammoniumsalze (z. B. quartäre Ammoniumsulfat- oder Sulfonatteilchen), Polymere, die anhängende quartäre Ammoniumsalze enthalten, ferromagnetische Teilchen, Übergangsmetallteilchen, Nitrosin- oder Azinfarbstoffe, Kupferphthalocyaninpigmente, Metallkomplexe von Chrom, Zink, Aluminium, Zirkonium, Calcium oder Kombinationen davon, umfassen.
Die Ausführungsform E-35 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung ein oder mehrere optionale Additive umfasst, die aus Haftvermittlern, Vernetzern, Katalysatoren, Farbmitteln (z. B. Pigmenten oder Farbstoffen), ferromagnetischen Teilchen, Entgasungsmitteln, Verlaufsmitteln, Benetzungsmitteln, Tensiden, Durchflusssteuermitteln, Wärmestabilisatoren, Korrosionsschutzmitteln, Haftvermittlern, anorganischen Füllstoffen, und Kombinationen davon ausgewählt sind.
Die Ausführungsform E-36 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen Agglomerate (d. h. Cluster) von primären Polymerteilchen umfassen.
Die Ausführungsform E-37 ist das Verfahren der Ausführungsform E-36, wobei die Agglomerate eine Teilchengröße von 1 Mikrometer bis 25 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform E-38 ist das Verfahren der Ausführungsform E-36 oder E-37, wobei die primären Polymerteilchen eine primäre Teilchengröße von 0,05 Mikrometer bis 8 Mikrometer aufweisen.
Die Ausführungsform E-39 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung im Wesentlichen frei von Bisphenol A, Bisphenol F und Bisphenol S, von davon abgeleiteten Struktureinheiten oder beiden ist.
Die Ausführungsform E-40 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung im Wesentlichen frei von allen Bisphenol-Verbindungen, von davon abgeleiteten Struktureinheiten, oder beiden, außer TMBPF, ist.
Die Ausführungsform E-41 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung weniger als 50 ppm, weniger als 25 ppm, weniger als 10 ppm oder weniger als 1 ppm extrahierbare Stoffe, wenn überhaupt, wenn sie gemäß dem globalen Extraktionstest getestet werden, umfasst.
Die Ausführungsform E-42 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die anhaftende Beschichtung an dem Metallsubstrat anhaftet, gemäß dem Haftungstest mit einer Haftungsbewertung von 9 oder 10, vorzugsweise 10.
Die Ausführungsform E-43 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die durchgängig gehärtete Beschichtung frei von Poren und anderen Beschichtungsfehlern ist, die zu einem freiliegenden Substrat führen. Solche Filmunregelmäßigkeiten/-fehler können durch einen Stromfluss, der in Milliampere (mA) gemessen wird, unter Verwendung des im Abschnitt Beispiele beschriebenen Kontinuitätstest für Flache Platten angezeigt werden.
Die Ausführungsform E-44 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung, die, wenn sie auf eine gereinigte und vorbehandelte Aluminiumplatte aufgebracht und einem kurativen Brennen für eine geeignete Dauer unterzogen wird, um eine 242 °C Spitzenmetalltemperatur (PMT) und eine getrocknete Filmdicke von etwa 7,5 Milligramm pro Quadratzoll zu erreichen, und zu einem vollständig umgewandelten 202-Standardöffnungs-Getränkedosenende geformt wird, weniger als 5 Milliampere Strom durchläuft, während sie 4 Sekunden lang einer Elektrolytlösung, die 1 Gew.-% NaCl, gelöst in deionisiertem Wasser, ausgesetzt wird.
Beispiele
Diese Beispiele dienen lediglich zu Veranschaulichungszwecken und sollen auf den Umfang der beigefügten Ausführungsformen nicht übermäßig beschränkt werden. Ungeachtet dessen, dass die numerischen Bereiche und Parameter, die den breiten Umfang der vorliegenden Offenbarung ausmachen, Näherungswerte sind, werden die in den spezifischen Beispielen angegebenen Zahlenwerte so präzise wie möglich wiedergegeben. Jeder Zahlenwert enthält jedoch inhärent bestimmte Fehler, die notwendigerweise aus der Standardabweichung resultieren, die in ihren jeweiligen Testmessungen vorliegen. Allermindestens, und nicht als Versuch, die Anwendung der Äquivalenzlehre auf den Umfang der Ausführungsformen zu beschränken, sollte jeder numerische Parameter mindestens in Licht der Anzahl der berichteten signifikanten Stellen und durch Anwenden gewöhnlicher Rundungstechniken ausgelegt werden.
Sofern nicht anders angegeben, sind alle Teile, Prozentsätze, Verhältnisse usw. in den Beispielen und dem Rest der Patentschrift hinsichtlich des Gewichts aufgeführt, und alle in den Beispielen verwendeten Reagenzien wurden von allgemeinen chemischen Lieferanten wie etwa Sigma-Aldrich Company, Saint Louis, Missouri erhalten oder zur Verfügung gestellt oder können nach herkömmlichen Verfahren synthetisiert werden. Die folgenden Abkürzungen können in den folgenden Beispielen verwendet werden: ppm = Teile pro Million; phr = prozentualer Gummianteil; mL = Milliliter; L = Liter; m = Meter, mm = Millimeter, cm = Zentimeter, kg = Kilogramm, g = Gramm, min = Minute, s = Sekunde, h = Stunde, °C = Grad Celsius, °F = Grad Farenheit, MPa = Megapascal und N-m = Newton-Meter, Mn = Zahlenmittel des Molekulargewichts, cP = Centipoise.
Testverfahren
Sofern nicht anders angegeben, können die folgenden Testverfahren verwendet werden.
Haftungstest
Die Haftungsprüfung wurde gemäß ASTM D 3359-17 (2017), Testverfahren B, für Beschichtungen ≤ 125 Mikrometer dick, unter Verwendung von SCOTCH 610-Band (erhältlich von 3M Company of Saint Paul, MN) und einem Gittermuster bestehend aus 4 Querstrichen und 4 Längsstrichen (ungefähr 1-2 mm beabstandet) durchgeführt. Der Test wird in der Regel 3 Mal pro Probe wiederholt. Die Haftung wird auf einer Skala von 0-10 bewertet, wobei eine Bewertung von „10“ kein Haftungsversagen anzeigt, eine Bewertung von „9“ zeigt an, dass 90 % der Beschichtung anhaftend bleibt, eine Bewertung von „8“ zeigt an, dass 80 % der Beschichtung anhaftend bleibt, und so weiter. Für handelsübliche tragfähige Beschichtungen sind in der Regel Haftungsbewertungen von 9 oder 10 erwünscht. Somit wird hierin eine Haftungsbewertung von 9 oder 10, vorzugsweise 10, als anhaftend angesehen.
Dynamische Differenzkalorimetrie für Tg
Proben der Pulverzusammensetzung für die dynamische Differenzkalorimetrie-Prüfung („DSC‟-Prüfung) werden in Standardprobenschalen eingewogen und mit dem Standard-DSC-Wärmekühlverfahren analysiert. Die Proben werden bei -60 °C äquilibriert, anschließend mit 20 °C pro Minute auf 200 °C erwärmt, auf -60 °C abgekühlt und anschließend erneut mit 20 °C pro Minute auf 200 °C erwärmt. Aus dem Thermogramm des letzten Heizzyklus werden Glasübergangstemperaturen berechnet. Der Glasübergang wird am Wendepunkt des Übergangs gemessen.
Molekulare Gewichtsbestimmung durch Gelpermeationschromatographie Proben für die Gelpermeationschromatografie-Prüfung („GPC“-Prüfung) werden hergestellt, indem zunächst das Pulverpolymer in einem geeigneten Lösungsmittel (z. B. THF, falls geeignet für ein gegebenes Pulverpolymer) gelöst wird. Ein Aliquot dieser Lösung wird dann durch GPC zusammen mit Mischungen aus Polystyrol-Standards („PS‟-Standards) analysiert. Die Molekulargewichte der Proben werden nach dem Verarbeiten der GPC-Durchläufe und Verifizieren der Standards berechnet.
Globaler Extraktionstest
Der Test zur globalen Extraktion ist so ausgelegt, dass die Gesamtmenge an mobilem Material geschätzt wird, das potentiell aus einer Beschichtung hinaus- und in Lebensmittel hineinmigrieren kann, die in einer beschichteten Dose verpackt sind. In der Regel wird ein beschichtetes Substrat Wasser oder Lösungsmittelmischungen unter einer Reihe von Bedingungen ausgesetzt, um eine gegebene Endverwendung zu simulieren.
Annehmbare Extraktionsbedingungen und -medien finden sich in 21 CFR §175.300 Absätze (d) und (e). Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Extraktionsverfahren wurde gemäß der Food and Drug Administration (FDA) „Preparation of Premarket Submission for Food Contact Substances: Chemistry Recommendations“ (Dezember 2007) durchgeführt. Die zulässige Grenze für die globale Extraktion, wie durch die FDA-Bestimmung definiert, beträgt 50 Teile pro Million (ppm).
Die einseitigen Extraktionszellen werden gemäß dem im Journal of the Association of Offizial Analysis Chemists 47(2):387(1964) gefundenen Design mit geringfügigen Modifikationen hergestellt. Die Zelle beträgt 9 Zoll x 9 Zoll x 0,5 Zoll mit einem 6 Zoll x 6 Zoll offenen Bereich in der Mitte des TEFLON-Abstandshalters. Dies ermöglicht, dass Testartikeln mit einer Größe von 36 Zoll² oder 72 Zoll² der Lebensmittelsimulation ausgesetzt werden. Die Zelle hält 300 mL des Lebensmittel-simulierenden Lösungsmittels. Das Verhältnis von Lösungsmittel zu Oberflächenbereich beträgt dann 8,33 mL/Zoll2 und 4,16 mL/Zoll², wenn jeweils 36 Zoll² und 72 Zoll² der Testartikel ausgesetzt werden.
Für den Zweck dieser Erfindung bestehen die Testartikel aus 0,0082-Zoll-dicken 5182 Aluminiumlegierungsplatten, vorbehandelt mit Permatreat® 1903 (geliefert von Chemetall GmbH, Frankfurt am Main, Germany). Diese Platten werden mit der Testbeschichtung beschichtet (die vollständig mindestens den 6 Zoll x 6 Zoll-Bereich bedecken, der erforderlich ist, um in die Testzelle zu passen), um eine endgültige trockene Filmdicke von 11 Gramm pro Quadratmeter (gsm) zu ergeben, gefolgt von einem 10 Sekunden kurativem Brennen, das in einer 242 °C Spitzenmetalltemperatur (PMT) resultiert. Pro Zelle werden zwei Testartikel für einen Gesamtoberflächenbereich von 72 Zoll² pro Zelle verwendet. Die Testartikel werden vierfach unter Verwendung von 10 % wässrigem Ethanol als das Lebensmittel-simulierende Lösungsmittel extrahiert. Die Testartikel werden zwei Stunden lang bei 121 °C verarbeitet und dann bei 40 °C für 238 Stunden gelagert. Die Testlösungen werden nach 2, 24, 96 und 240 Stunden entnommen. Der Testartikel wird vierfach unter Verwendung von 10 % wässrigem Ethanol unter den oben aufgeführten Bedingungen extrahiert.
Jede Testlösung wird in einem vorgewogenen 50 mL-Becherglas durch Erhitzen auf einer Heizplatte zur Trocknung eingedampft. Jedes Becherglas wird mindestens 30 Minuten lang in einem Ofen bei 250 °F (121 °C) getrocknet. Die Bechergläser werden dann zum Kühlen in einem Exsikkator platziert und dann auf konstantes Gewicht gewogen. Konstantes Gewicht ist definiert als drei aufeinanderfolgende Wägungen, die sich um nicht mehr als 0,00005 g unterscheiden.
Lösungsmittelrohlinge unter Verwendung von Teflonblech in Extraktionszellen werden ähnlich dem Simulant ausgesetzt und auf konstantes Gewicht eingedampft, um die Extraktionsrückstandsgewichte des Testartikels für Extraktionsrückstände zu korrigieren, die durch das Lösungsmittel selbst hinzugefügt werden. Zu jedem Zeitpunkt werden zwei Lösungsmittelrohlinge extrahiert und das Durchschnittsgewicht zur Korrektur verwendet.
Die gesamten nichtflüchtigen Extrakte werden wie folgt berechnet: $E_{x} = \frac{e}{s}$
wobei: Ex = Extraktionsrückstände (mg/Zoll²)
e = Extrakt pro wiederholtem Test (mg)
s = extrahierter Bereich (Zoll²)
Bevorzugte Beschichtungen ergeben Ergebnisse zur globalen Extraktion von weniger als 50 ppm, mehr bevorzugt Ergebnisse von weniger als 10 ppm, noch mehr bevorzugt Ergebnisse von weniger als 1 ppm. Am meisten bevorzugt sind die Ergebnisse der globalen Extraktion optimalerweise nicht nachweisbar.
Kontinuitätstest für Flache Platten
Dieser Test misst die Kontinuität einer Beschichtung, die auf ein flaches Metallsubstrat aufgebracht wird, und zeigt das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines durchgängigen Films an, der weitgehend frei von Poren, Rissen oder anderen Defekten ist, die das Metallsubstrat freilegen könnten. Dieses Verfahren kann sowohl für laborübliche als auch für handelsübliche beschichtete Stahl- und Aluminiumsubstrate verwendet werden. Es wird eine Testbaugruppe verwendet, die aus Folgendem besteht: einer nicht leitenden, festen Basis (groß genug, um die Testplatte zu stützen); einem Gelenk-Klemmmechanismus, der an der Basis montiert ist; einer nicht leitfähigen Elektrolythaltezelle, die mit dem Klemmmechanismus derart verbunden ist, dass sie auf die Testplatte abgesenkt und abgedichtet werden kann (was zu einem kreisförmigen Bereich mit einem Durchmesser von 6 Zoll auf der Testplatte führt, der dem Elektrolyten ausgesetzt ist); einem Loch in der Elektrolythaltezelle, das groß genug ist, um die Zelle mit Elektrolyt auszufüllen; und einer Elektrode, die in die Elektrolythaltezelle eingesetzt ist. In Verbindung mit der Testbaugruppe (wie nachstehend beschrieben) wird ein WACO-Enamel-Rater II (erhältlich von der Wilkens-Anderson Company, Chicago, IL) mit einer Ausgangsspannung von 6,3 Volt verwendet, um die Metallexposition in Form von elektrischem Strom zu messen. Die im folgenden Test verwendete Elektrolytlösung besteht aus 1 Gew.-% Natriumchlorid, das in deionisiertem Wasser gelöst ist.
Eine 8-Zoll mal 8-Zoll-Platte aus Metall wird mit der zu prüfenden Beschichtung beschichtet und ausgehärtet, wie durch die Formel oder technischem Datenblatt vorgeschrieben. Wenn für die Testbeschichtung keine Beschichtungsdicke oder ein Härtungszeitplan vorgeschrieben ist, sollten die Testplatten so beschichtet werden, dass sie eine endgültige, trockene Filmdicke von 11 Gramm pro Quadratmeter (gsm) unter Verwendung eines kurativen Brennens mit einer geeigneten Dauer, um eine 242 °C Spitzenmetalltemperatur (PMT) zu erreichen, ergeben. Jede Testplatte kann nur einmal verwendet werden und sollte sichtbar frei von Kratzern oder Verschleiß sein. Die Testplatte wird mit der Testbeschichtung nach oben in die Testbaugruppe eingesetzt. Die Elektrolythaltezelle wird dann auf die Testplatte abgesenkt und durch Schließen der Klemmen an Ort und Stelle gehalten. Der positive Zuleitungsdraht aus dem Enamel-Rater ist mit dem Rand der Platte in einem beschichtungsfreien Bereich verbunden. Ein kleiner Bereich muss möglicherweise geschliffen oder abgekratzt werden, um das blanke Metallsubstrat freizulegen. Die Elektrolytzelle wird dann mit ausreichender Elektrolytlösung gefüllt, um den Kontakt mit dem Negativposten des Zelle zu gewährleisten. Der negative Zuleitungsdraht aus dem Enamel-Rater ist mit dem Negativposten oben auf der Zelle verbunden. Schließlich wird die Sonde auf dem Waco-Enamel-Rater abgesenkt, um den Teststrom zu aktivieren.
Filmunregelmäßigkeiten/-fehler werden durch einen Stromfluss gemessen in Milliampere (mA) angezeigt. Der anfängliche Milliampere-Messwert wird für jede getestete Platte aufgezeichnet und die Ergebnisse werden in Milliampere wiedergegeben. Wenn mehr als eine Bestimmung pro Variable durchgeführt wird, wird der durchschnittliche Messwert wiedergegeben. Bevorzugte Beschichtungen der vorliegenden Erfindung durchlaufen weniger als 10 mA, wenn sie wie oben beschrieben getestet werden, mehr bevorzugt weniger als 5 mA, am meisten bevorzugt weniger als 2 mA und optimal weniger als 1 mA.
Flexibilitätstest
Dieser Test misst die Fähigkeit eines beschichteten Substrats, seine Unversehrtheit beizubehalten, wenn es den Entwicklungsprozess durchläuft, der zur Herstellung eines gefertigten Artikels, wie etwa eines genieteten Getränkedosenendes, erforderlich ist. Es ist ein Maß für das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Rissen oder Brüchen im gebildeten Ende. Das Ende wird in der Regel auf einer Schale platziert, die mit einer Elektrolytlösung gefüllt ist. Die Schale wird umgekehrt, um die Oberfläche des Endes der Elektrolytlösung auszusetzen. Die Intensität des Stroms, die das Ende durchläuft, wird dann gemessen. Bleibt die Beschichtung nach der Herstellung intakt (keine Risse oder Brüche), durchläuft ein minimaler Strom das Ende.
Für die vorliegende Bewertung wurden vollständig umgewandelte 202-Standardöffnungs-Getränkenenden für einen Zeitraum von 4 Sekunden einer Raumtemperatur-Elektrolytlösung, bestehend aus 1 Gew.-% NaCl in deionisiertem Wasser, ausgesetzt. Die zu bewertende Beschichtung war auf der Innenoberfläche des Getränkeendes bei einer trockenen Filmdicke von 6 bis 7,5 Milligramm pro Quadratzoll („msi“) (oder 9,3 bis 11,6 Gramm pro Quadratmeter) vorhanden, wobei 7 msi die Zieldicke ist und wie durch die Formel oder das technische Datenblatt vorgeschrieben gehärtet wurde. Wenn für die Testbeschichtung kein Härtungszeitplan vorgeschrieben ist, sollten die Testplatten unter Verwendung eines kurativen Brennens mit einer geeigneten Dauer beschichtet werden, um eine 242 °C Spitzenmetalltemperatur (PMT) zu erreichen. Die Metallexposition wurde mit einem WACO-Enamel-Rater II (erhältlich von Wilkens-Anderson Company, Chicago, IL) mit einer Ausgangsspannung von 6,3 Volt gemessen. Die gemessene elektrische Stromstärke wird in Milliampere wiedergegeben. Endkontinuitäten werden in der Regel zunächst getestet und dann, nachdem die Enden einer Pasteurisierung unterzogen wurden, Dowfax oder Retorte.
Bevorzugte Beschichtungen der vorliegenden Erfindung durchlaufen zunächst weniger als 10 Milliampere (mA), wenn sie wie oben beschrieben getestet werden, mehr bevorzugt weniger als 5 mA, am meisten bevorzugt weniger als 2 mA und optimal weniger als 1 mA. Nach dem Pasteurisieren, Dowfax-Waschmitteltest oder Retorte, ergeben bevorzugte Beschichtungen Kontinuitäten von weniger als 20 mA, mehr bevorzugt weniger als 10 mA, noch mehr bevorzugt weniger als 5 mA und noch mehr bevorzugt weniger als 1 mA.
Die vollständigen Offenbarungen der hierin zitierten Patente, Patentdokumente und Veröffentlichungen werden in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen, als wenn sie jeweils einzeln aufgenommen wurden. Sofern ein Konflikt oder eine Diskrepanz zwischen dieser Patentschrift in ihrer jetzigen Fassung und der Offenbarung in einem beliebigen Dokument vorliegt, das durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird, gilt diese Patentschrift in ihrer jetzigen Fassung. Verschiedene Modifikationen und Änderungen an dieser Offenbarung werden für den Fachmann offensichtlich sein, ohne vom Schutzumfang und Geist dieser Offenbarung abzuweichen. Es versteht sich, dass diese Offenbarung nicht übermäßig durch die hierin dargelegten veranschaulichenden Ausführungsformen und Beispiele eingeschränkt werden soll und dass solche Beispiele und Ausführungsformen nur beispielhaft mit dem Schutzumfang der Offenbarung dargestellt werden, der nur durch die hierin dargelegten folgenden Ausführungsformen beschränkt werden soll.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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Claims

Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung, umfassend: Pulverpolymerteilchen, umfassend ein Polymer mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 2.000 Dalton, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer aufweisen.
Pulverbeschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1, die im Wesentlichen frei von jeweils Bisphenol A, Bisphenol F und Bisphenol S, von davon abgeleiteten Struktureinheiten, oder beiden ist.
Pulverbeschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 10 Mikrometer aufweisen.
Pulverbeschichtungszusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Pulverpolymerteilchen einen Formfaktor von 100 bis 140, einen Komprimierbarkeitsindex von 1 bis 20 und/oder ein Hausner-Verhältnis von 1,00 bis 1,25 aufweisen.
Pulverbeschichtungszusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Pulverpolymerteilchen Agglomerate von primären Polymerteilchen umfassen.
Pulverbeschichtungszusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Schmiermittel.
Pulverbeschichtungszusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend ein oder mehrere Ladungssteuermittel, die mit den Pulverpolymerteilchen in Kontakt stehen.
Pulverbeschichtungszusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Pulverpolymerteilchen mindestens ein Polymer umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Polyacrylat, einem Polyether, einem Polyolefin, einem Polyester oder einer Kombination davon.
Verfahren zum Herstellen einer Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen von Pulverpolymerteilchen, umfassend ein Polymer mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 2.000 Dalton; wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer aufweisen; und optionales Aufbringen eines oder mehrerer Ladungssteuermittel auf die Pulverpolymerteilchen und Bilden einer Pulverbeschichtungszusammensetzung; wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung eine Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung ist.
Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen geeignet ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung Pulverpolymerteilchen umfasst, die ein Polymer mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 2.000 Dalton umfassen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer aufweisen; Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung auf mindestens einen Abschnitt des Metallsubstrats, wobei das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von bis zu 635 Mikrometer aufweist; und Bereitstellen von Bedingungen, die für die Pulverbeschichtungszusammensetzung wirksam sind, um eine gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung auf mindestens einem Abschnitt des Metallsubstrats zu bilden, wobei die gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Dicke von bis zu 100 Mikrometer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Pulverpolymerteilchen Agglomerate von primären Polymerteilchen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung ferner ein oder mehrere Ladungssteuermittel umfasst, die mit den Pulverpolymerteilchen in Kontakt stehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung ferner ein oder mehrere Schmiermittel umfasst oder das Verfahren ferner das Aufbringen eines oder mehrerer Schmiermittel auf die gehärtete Beschichtung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung auf mindestens einen Abschnitt des Metallsubstrats Folgendes umfasst: Zuführen der Pulverbeschichtungszusammensetzung zu einem Transporter; und Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung von dem Transporter zu mindestens einem Abschnitt des Metallsubstrats mittels eines elektromagnetischen Feldes.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung das Leiten der Pulverbeschichtungszusammensetzung von dem Transporter direkt zu mindestens einem Abschnitt des Metallsubstrats mittels eines elektrischen Feldes zwischen dem Transporter und dem Metallsubstrat umfasst.
Beschichtetes Metallsubstrat mit einer Oberfläche, die mindestens teilweise mit einer Beschichtung beschichtet ist, die durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15 hergestellt wird.
Metallverpackungsbehälter, ein Abschnitt davon oder ein Metallverschluss, der das beschichtete Metallsubstrat nach Anspruch 16 umfasst.
Metallverpackungsbehälter, Abschnitt davon oder Metallverschluss nach Anspruch 17, wobei die Oberfläche eine Innenoberfläche, eine Außenoberfläche oder beide eines Dosenkörpers ist.
Metallverpackungsbehälter, Abschnitt davon oder Metallverschluss nach Anspruch 17, wobei die Oberfläche eine Oberfläche eines genieteten Dosenendes und/oder einer Zuglasche ist.
Beschichtetes Metallsubstrat, umfassend ein Metallsubstrat mit einer gehärteten durchgängig anhaftenden Beschichtung, die auf mindestens einem Abschnitt einer Oberfläche davon angeordnet ist, wobei: das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von bis zu 635 Mikrometer aufweist; die gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Dicke von bis zu 100 Mikrometer aufweist; und die gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung aus einer Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung gebildet wird, die Pulverpolymerteilchen umfasst, die ein Polymer mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 2.000 Dalton umfassen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer aufweisen.
Ein Metallverpackungsbehälter, ein Abschnitt davon oder ein Metallverschluss, der ein beschichtetes Metallsubstrat nach Anspruch 20 umfasst.
Verfahren zum Herstellen von Metallverpackungen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Metallsubstrats mit einer gehärteten durchgängig anhaftenden Beschichtung, die auf mindestens einem Abschnitt einer Oberfläche davon angeordnet ist, wobei: das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von bis zu 635 Mikrometer aufweist; und die gehärtete durchgängig anhaftende Beschichtung aus einer Metallverpackungspulverbeschichtungszusammensetzung gebildet wird; wobei die Pulverbeschichtungszusammensetzung Pulverpolymerteilchen umfasst, die ein Polymer mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 2.000 Dalton umfassen, wobei die Pulverpolymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 25 Mikrometer aufweisen; und Bilden des Substrats zu mindestens einem Abschnitt eines Metallverpackungsbehälters, eines Abschnitts davon oder eines Metallverschlusses.