DE3909656A1 - Enamel powder with a long shelf life for electrostatic powder coating - Google Patents
Enamel powder with a long shelf life for electrostatic powder coatingInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein lagerfähiges Emailpulver, bestehend aus einer Fritte, die mit einer Silizium-organischen Schicht beschichtet ist sowie Verfahren zur Herstellung und Verwendung dieser Pulver für die elektrostatische Pulverbeschichtung von Metalloberflächen.The invention relates to a storable enamel powder, consisting of a frit made with a silicon organic Layer is coated and process for Manufacture and use of this powder for electrostatic Powder coating of metal surfaces.
DE 20 15 072 beschreibt ein Emailpulver mit erhöhtem Oberflächenwiderstand, das mit isolierenden Substanzen überzogen ist, welche an der Kornoberfläche der unbehandelten Frittenteilchen in Reaktion treten und damit eine elektrische Isolation herbeiführen. Bei diesen Verbindungen handelt es sich um Silanole, Isocyanate, Stickstoffverbindungen oder Carbodiimide. Der Auftrag dieser Substanzen erfolgt während der Vermahlung und deren Anteil beträgt 0,1 bis 2,0 Gew.-%, bezogen auf die Emailpulvermenge.DE 20 15 072 describes an enamel powder with increased Surface resistance that with insulating substances is coated, which on the grain surface of the untreated frit particles react and to bring about electrical insulation. With these Compounds are silanols, Isocyanates, nitrogen compounds or carbodiimides. These substances are applied during grinding and their proportion is 0.1 to 2.0 wt .-%, based on the amount of enamel powder.
DE 25 19 890 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Emailpulvern für den elektrostatischen Pulverauftrag, die mit organischen Silizium-Verbindungen beschichtet sind. Bei den eingesetzten Silizium-Verbindungen handelt es sich um Si-H und Si-OH Gruppen enthaltende flüssige lineare Polysiloxane deren Anteil am beschichteten Keramikpulver 0,02 bis 2,0 Gew.-% beträgt.DE 25 19 890 describes a process for the production of Enamel powders for electrostatic powder application, which are coated with organic silicon compounds are. Acting in the silicon compounds used it contains Si-H and Si-OH groups liquid linear polysiloxanes whose share in coated ceramic powder is 0.02 to 2.0 wt .-%.
Das Emailpulver nach EP-A-01 96 594 weist einen Gehalt an Polymethyl-Wasserstoffsiloxanen von etwa 0,2 bis 1 Gew.-% auf.The enamel powder according to EP-A-01 96 594 has a content Polymethyl-hydrogen siloxanes from about 0.2 to 1% by weight on.
EP-A-02 75 008 beschreibt mit Organopolysiloxanen beschichtete Emailpulver, bei welchem die Glasfritte von zwei Schichten verschiedener Organopolysiloxane (A) und (B) umgeben werden. Die an der Fritte direkt anliegende Schicht besteht aus einem Si-H Gruppen enthaltenden Organosiloxan (A), die darauf befindliche Schicht aus linearem Methylpolysiloxan (B) ohne funktionelle Gruppen. Das Aufbringen der Schichten erfolgt dabei durch zeitlich getrennte Zugabe bestimmter Mengen der Organopolysiloxane (A) und (B) in der genannten Abfolge. Die Organopolysiloxane werden in diesem Verfahren in etwa gleichen Anteilen von 0,1 bis 0,3 Gew.-% bezogen auf die Emailpulvermenge eingesetzt.EP-A-02 75 008 describes with organopolysiloxanes coated enamel powder, in which the glass frit of two layers of different organopolysiloxanes (A) and (B) are surrounded. The one lying directly on the frit Layer consists of a group containing Si-H Organosiloxane (A), the one on it Layer of linear methylpolysiloxane (B) without functional Groups. The layers are applied thereby by adding certain amounts at different times the organopolysiloxanes (A) and (B) in the sequence mentioned. The organopolysiloxanes are used in this process in approximately equal proportions from 0.1 to 0.3% by weight based on the amount of enamel powder used.
Herkömmliche Emailpulver konnten nur chargenweise hergestellt werden und weisen nur eine zeitlich begrenzte Lagerfähigkeit auf und mußten daher zügig weiterverarbeitet werden. Die eingesetzten Silikon-Verbindungen die zur Beschichtung der Fritten eingesetzt wurden, bestanden oft aus hydrophilen Flüssigkeiten (Silanolen), die nur sehr schlecht über längere Zeit lagerfähig und mit den Fritten verarbeitbar sind. Die Fritten mußten mit den flüssigen Silizium-Verbindungen über Stunden trockengemahlen werden. Die für den Pulverauftrag auf Metalloberflächen notwendige Koronarelektrodenspannung lag üblicherweise zwischen 80 nd 90 kV.Conventional enamel powder could only be produced in batches will and only have a limited time Shelf life and therefore had to be processed quickly will. The silicone connections used that were used to coat the frits often from hydrophilic liquids (silanols), which are very difficult to store over a long period of time and can be processed with the fries. The fries had to with the liquid silicon compounds for hours be ground dry. The one for the powder application Coronary electrode voltage necessary for metal surfaces was usually between 80 and 90 kV.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Lagerbeständigkeit und damit auch den Oberflächenwiderstand und die Fluidität von Emailpulvern durch Einsatz anderer Silizium-Verbindungen oder Gemische deutlich zu erhöhen, ohne die Qualität der Pulverbeschichtung und der Emailoberfläche zu verschlechtern. Gleichzeitig soll ein Verfahren gefunden werden, das es ermöglicht, das erfindungsgemäße Emailpulver kontinuierlich herzustellen.The object of the invention is the shelf life and thus also the surface resistance and the Fluidity of enamel powders through the use of other silicon compounds or to significantly increase mixtures, without the quality of the powder coating and the enamel surface to deteriorate. At the same time a A process can be found which makes it possible to implement the process according to the invention Produce enamel powder continuously.
Die Erfindung betrifft ein lagerfähiges Emailpulver, bestehend aus einer Fritte, die mit einer ausgehärteten Silizium-organischen Verbindung beschichtet ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Silizium-organische Verbindung ein feindisperses, polymeres Silikon-Harz ist, das beliebige Einheiten der folgenden allgemeinen Formeln enthältThe invention relates to a storable enamel powder, consisting of a frit with a hardened Silicon organic compound is coated that is characterized in that the silicon-organic Compound a finely dispersed, polymeric silicone resin is any of the following general units Contains formulas
in denen die Reste R gleich oder verschieden sind und C₁-C₆-Alkyl, C₁-C₆-Alkenyl, Aryl(C₁-C₆-alkyl), C₁-C₆-Cycloalkyl, C₁-C₆-Alkoxy, Aryl und Aryloxy bedeuten, die Einheiten jedoch keine ausschließlich kettenförmigen Moleküle bilden und das Silikon-Harz bei einer Temperatur von 120°C eine dynamische Viskosität von weniger als 20 000 mPa · s aufweist, wobei das polymere Silikon-Harz mit hydrophober, pyrogener Kieselsäure gemischt ist, die einen SiO₂-Gehalt von mindestens 99,5% aufweist und wobei der Anteil des polymeren Silikonharzes 0,02 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf die eingesetzte Fritte, beträgt und der Anteil der pyrogenen Kieselsäure 0,01 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte Silikon-Harz, beträgt.in which the radicals R are the same or different and C₁-C₆-alkyl, C₁-C₆-alkenyl, aryl (C₁-C₆-alkyl), C₁-C₆ cycloalkyl, C₁-C₆ alkoxy, aryl and aryloxy mean, but the units are not exclusive form chain-like molecules and the silicone resin at a temperature of 120 ° C a dynamic viscosity of less than 20,000 mPa · s having, being the polymeric silicone resin with hydrophobic, pyrogenic Silicic acid is mixed, the SiO₂ content of at least 99.5% and the proportion of the polymeric silicone resin is 0.02 up to 1.0% by weight, based on the frit used and the proportion of fumed silica from 0.01 to 0.5% by weight, based on the silicone resin used, is.
Die erfindungsgemäß eingesetzten feindispersen, polymeren Silikon-Harze enthalten keine Si-H oder Si-OH Gruppen.The finely dispersed, polymeric silicone resins do not contain Si-H or Si-OH Groups.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von Emailpulver, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fritte mit dem mit hydrophober, pyrogener Kieselsäure vermischten Silikon-Harz für 25 bis 35 Minuten bei Raumtemperatur gemischt und, anschließend bei 150°C bis 195°C für 20 bis 60 Minuten gehärtet wird.The invention further relates to a method of manufacture of enamel powder, which is characterized is that the frit with that with hydrophobic, pyrogenic Silica mixed silicone resin for 25 to 35 Minutes mixed at room temperature and then hardened at 150 ° C to 195 ° C for 20 to 60 minutes becomes.
Erfindungsgemäß Emailpulver können somit durch Verarbeitung fester Komponenten gewonnen werden, die sich problemlos in verschiedene Verfahren integrieren lassen. Die Temperatur zur Aushärtung der aufgebrachten Schichten aus Silizium-organischen Verbindungen liegt durch Wahl des eingesetzten Silikon-Harz/Kieselsäure-Gemisches durchweg niedriger als bei bekannten Verfahren. Im Vergleich zu Verfahren, bei denen keine thermische Aushärtung der aufgebrachten Schicht aus Silikon-Verbindungen erfolgt, erhält man einen höheren Oberflächenwiderstand, eine bessere Lagerfähigkeit und Fluidität, was sich in einer leichteren Applikation des erfindungsgemäßen Emailpulvers auf Metalloberflächen äußert.According to the invention, powdered enamel can thus be used Processing solid components can be obtained can be easily integrated into various processes to let. The temperature for curing the applied Layers of organic silicon compounds by choosing the silicone resin / silica mixture used consistently lower than with known methods. Compared to processes in which no thermal Hardening of the applied layer of silicone compounds takes place, you get a higher surface resistance, better shelf life and Fluidity, which is reflected in easier application of the Enamel powder according to the invention on metal surfaces expresses.
Hydrophobe Silikonharze sind auf Grund ihrer hohen Vernetzungsdichte rascher und unter milderen Bedingungen aushärtbar als vergleichbare Polysiloxane. In einer besonderen Ausgestaltung besteht das eingesetzte Harz aus Methylsilikonharz, dem einfachsten Vertreter der hydrophoben Silikon-Harze, welches keine die Hydrophilie erhöhenden Si-H oder Si-OH Gruppen enthält, da es durch vollständige Methylierung hydrophobiert ist. Die Fluidität und Lagerfähigkeit der hydrophobierten Silikon-Harze wird durch Vermischung mit hydrophober, pyrogener Kieselsäure weiter gesteigert. Die hydrophobe, pyrogene Kieselsäure besitzt einen SiO₂-Gehalt von mindestens 99,5% und wird dem Silikonharz zu einem Anteil von vorzugsweise 0,08 bis 0,12 Gew.-% zugemischt. Optimale Anteile der Silizium-organischen Schicht an dem Emailpulver betragen bei erfindungsgemäßen Emailpulvern 0,05 bis 0,2% und können bei gegebener Fritte bekanntermaßen durch Ermittlung des maximalen Oberflächenwiderstandes ermittelt werden.Hydrophobic silicone resins are due to their high Crosslink density faster and under milder conditions curable as comparable polysiloxanes. In a The resin used has a special configuration Made of methyl silicone resin, the simplest representative of the hydrophobic silicone resins, which does not have the hydrophilicity contains increasing Si-H or Si-OH groups since it is hydrophobized by complete methylation. The Fluidity and shelf life of the hydrophobized silicone resins is made by mixing with hydrophobic, pyrogenic Silica further increased. The hydrophobic, fumed silica has an SiO₂ content of at least 99.5% and becomes part of the silicone resin of preferably 0.08 to 0.12% by weight. Optimal Shares of the silicon-organic layer in the Enamel powders in the case of enamel powders according to the invention 0.05 to 0.2% and can be known for a given frit by determining the maximum surface resistance be determined.
Neben dem Vermischen der Fritte mit dem Gemisch aus hydrophobem Silikon-Harz und Kieselsäure bei Raumtemperatur und anschließendem Aushärten der beschichteten Fritte bei einer Temperatur von 150 bis 195°C über einen Zeitraum von 20 bis 60 Minuten, vorzugsweise für 30 Minuten bei 185°C, kann ein erfindungsgemäßes Emailpulver auch dadurch hergestellt werden, daß einer durch Sichten sowie gegebenenfalls durch Wärmbehandlung gewonnenen Fritte in einem Intensivmischer ein in einem inerten Trägergas fein zerstäubtes Silikon-Harz/Kieselsäure-Gemisch so zudosiert wird, daß optimale Anteile entstehen und die für die angegebene Zeit intensiv gemischt werden. Die Zudosierung des Silikon-Harz/Kieselsäure-Gemisches als feiner Staub wird durch die hohe Fluidität dieser Mischung erst ermöglicht. Eine zusätzliche Vermahlung des Gemisches zur Erzielung einer Beschichtung der Fritte mit den Silizium-Verbindungen entfällt. Danach wird das Gemisch mittels einer Schnecke in einen weiteren Intensivmischer übertragen, in dem die Aushärtung der Silizium-organischen Schicht bei den angegebenen Zeiten und Temperaturen erfolgt.In addition to mixing the frit with the mixture hydrophobic silicone resin and silica at room temperature and then curing the coated Frit at a temperature of 150 to 195 ° C a period of 20 to 60 minutes, preferably for 30 minutes at 185 ° C, an enamel powder according to the invention also be produced by one through Views and possibly obtained by heat treatment Frit in an intensive mixer in one inert carrier gas finely atomized silicone resin / silica mixture is dosed so that optimal Shares arise and for the specified time be mixed intensively. The addition of the silicone resin / silica mixture as fine dust is through the high fluidity of this mixture makes it possible. An additional grinding of the mixture to achieve coating the frit with the silicon compounds not applicable. The mixture is then removed using a Transfer screw into another intensive mixer, in which the curing of the silicon-organic layer at the specified times and temperatures.
Das so erhaltene, erfindungsgemäße Emailpulver besitzt einen Oberflächenwiderstand, der mit dem bei intensiver Vermischung und anschließendem Erhitzen erhaltenen Emailpulver vergleichbar ist und bei 5.10¹⁵ Ω liegt. The enamel powder according to the invention thus obtained has a surface resistance that matches that of intense Mixing and subsequent heating obtained Enamel powder is comparable and is 5.10¹⁵ Ω.
Die Werte für den Oberflächenwiderstand wurden gemessen, nachdem das Emailpulver über einen Zeitraum von 50 Stunden einer relativen Luftfeuchtigkeit von 65% ausgesetzt wurde.The surface resistance values were measured after the enamel powder over a period of 50 hours exposed to a relative humidity of 65% has been.
Die so hergestellten, mit einer Silizium-organischen Schicht versehenen Emailpulver besitzen eine Teilchengröße von 10 bis 50 µm (50%-Wert), vorzugsweise 20 µm und zeichnen sich durch eine hervorragende Lagerbeständigkeit aus. Die erzielte hohe Fluidität der erhaltenen Emailpulver ermöglicht eine problemlose Applikation auf emaillierfähigem Stahl unter Verwendung einer üblichen Elektrostatikpistole und 60 kV Spannung der Koronarelektrode. Die erzielte Pulverhaftung lag in allen Fällen über 95%. Für das nachfolgende Einbrennen des Emailpulvers erwies sich eine Temperatur von 820°C und eine Einbrennzeit von 3 Minuten als optimal, um zu besonders glatten und fehlerfreien Oberflächen zu gelangen, die frei von schaumigen Bereichen sind.The so produced, with a silicon-organic Layered enamel powder have a particle size from 10 to 50 µm (50% value), preferably 20 µm and are characterized by an excellent shelf life out. The obtained high fluidity Enamel powder enables easy application on enameable steel using a conventional Electrostatic gun and 60 kV voltage of the coronary electrode. The powder adhesion achieved was in all cases over 95%. For the subsequent branding of the Enamel powder proved to be a temperature of 820 ° C and a burn-in time of 3 minutes is optimal to be too special to get smooth and flawless surfaces, that are free of foamy areas.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Emailpulver erfolgte dadurch, daß durch Zumischung er, pyrogener Kieselsäure (SiO₂-Gehalt <99,8%, kein Siebrückstand bei 40 µm Maschengröße nach DIN 53580) zu hydrophobem Methylsilikon-Harz (Erweichungsinterval 45-60°C, dynamische Viskosität bei 120°C 15 000 mPa · s, mittlere Teilchengröße 40 µm (50%-Wert) ein Kieselsäure-Anteil von 0,1 Gew.-% bezogen auf das Silikon-Harz entstand.The enamel powder according to the invention was produced in that by admixing it, pyrogenic Silicic acid (SiO₂ content <99.8%, no sieve residue with 40 µm mesh size according to DIN 53580) to hydrophobic Methyl silicone resin (softening interval 45-60 ° C, dynamic viscosity at 120 ° C 15,000 mPas, average particle size 40 µm (50% value) a silica content of 0.1% by weight based on the silicone resin originated.
Zu 3000g einer Fritte (mittlere Korngröße <25 µm) wurden 6 g des Silikon-Harz/Kieselsäure-Gemisches gegeben, was einem Anteil von 0,2 Gew.-% entspricht. Anschließend wird das Gemenge für 30 Minuten bei Raumtemperatur in einem Intensivmischer gemischt. 3000g of a frit (average grain size <25 µm) were Given 6 g of the silicone resin / silica mixture, which corresponds to a proportion of 0.2% by weight. Subsequently the batch is left for 30 minutes at room temperature mixed in an intensive mixer.
Das Emailpulver wurde dann durch Erhitzen der beschichteten Fritte für 60 Minuten auf 185°C ausgehärtet. Der gemessene Oberflächenwiderstand der Emailfritte betrug nach 50 Stunden bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 65% 5.10¹⁵ Ω.The enamel powder was then coated by heating the Frit cured to 185 ° C for 60 minutes. The measured surface resistance of the enamel frit was after 50 hours at a relative humidity of 65% 5.10¹⁵ Ω.
Nach dem elektrostatischen Auftrag (60 kV) auf ein Edelstahlblech konnte eine Pulverhaftung von mindestens 95% festgestellt werden. Nach dem Einbrand der Schicht auf emaillierfähigem Stahl für 3 Minuten bei 820°C erhielt man eine Beschichtung mit glatter Oberfläche und ohne schaumige Bereiche.After the electrostatic application (60 kV) on Stainless steel sheet could have a powder adhesion of at least 95% are found. After firing the layer on enamelled steel for 3 minutes at 820 ° C a coating with a smooth surface and without frothy areas.
Identische Ergebnisse wurden mit hydrophobem Methylsilikon-Harz erhalten, das mit 0,5% pyrogener, hydrophober Kieselsäure gemischt war.Identical results were obtained with hydrophobic methyl silicone resin get that with 0.5% pyrogenic, hydrophobic Silica was mixed.
In kontinuierlichen Verfahren wurde die Fritte direkt aus der Mühle über einen Sichter und einen Vorbehälter mittels einer Schnecke dem Intensivmischer zugeführt, dem gleichzeitig das Silikon-Harz/Kieselsäure-Gemisch als fein verteilter Staub in einem inerten Trägergas zudosiert wurde. Die mittlere Verweilzeit im Mischer wurde auf 30 Minuten eingestellt. Die so vorbeschichteten Fritten wurden dann mittels einer Schnecke in einen heizbaren Intensivmischer überführt und darin bei 185°C für 30 Minuten gemischt und ausgehärtet. Das fertige Emailpulver kann daraus direkt abgezogen werden und dem Silo zugeführt werden.In a continuous process, the frit became direct from the mill via a sifter and a pre-tank fed to the intensive mixer by means of a screw, at the same time the silicone resin / silica mixture as finely divided dust in an inert carrier gas was added. The average residence time in the mixer was set to 30 minutes. The so pre-coated Frits were then screwed into one heatable intensive mixer and transferred at 185 ° C mixed and cured for 30 minutes. The finished Enamel powder can be withdrawn directly from it and the Silo can be fed.
Die Qualität des so gewonnenen Emailpulvers war hinsichtlich seiner Lagerfähigkeit, der Applikation als auch im bezug auf die Oberflächenbeschaffenheit des emaillierten Metalls mit den anderen Beispielen identisch.The quality of the enamel powder thus obtained was with regard to its shelf life, the application as also in relation to the surface quality of the enamelled metal identical to the other examples.
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