DE60220866T2 - Fällungsverfahren zur Herstellung von Pulverbeschichtungen aus Polyvinylidenfluorid und nach diesem Verfahren hergestellte Beschichtungen - Google Patents

Fällungsverfahren zur Herstellung von Pulverbeschichtungen aus Polyvinylidenfluorid und nach diesem Verfahren hergestellte Beschichtungen Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Polyvinylidenfluorid("PVDF")-Pulverbeschichtungen unter Verwendung eines Fällungsverfahrens im wässerigen Medium. Insbesondere umfaßt das Verfahren die Verwendung der Koagulierung, um PVDF und ein Acrylharzgemisch aus einer wässerigen Dispersion auszufällen, welche durch Mischen eines PVDF-Latex und einer wasserverdünnbaren Acrylharzlösung oder -dispersion erhalten wird. Die Erfindung umfaßt auch pigmentierte auf PVDF-basierende Pulverbeschichtungszusammensetzungen, welche durch das Koagulierungsverfahren hergestellt werden.
  • Der Stand der Technik
  • PVDF-Beschichtungszusammensetzungen können zur Beschichtung einer großen Vielzahl von Metallsubstraten, einschließlich Aluminium, Stahl und galvanisiertem Stahl, verwendet werden und besitzen große Akzeptanz als Baubeschichtung infolge der Eigenschaften von PVDF, einschließlich einer hohen Kristallinität und einer Photooxidationsbeständigkeit, welche Beschichtungen gewährleisten, die wetterbeständig und gegenüber korrosiven oder anderen aggressiven Umgebungen beständig sind. Um die Leistung von PVDF auszubalancieren, wird üblicherweise ein zweites Harz benötigt, um unter anderem eine gute Haftfestigkeit am Substrat zu gewährleisten und die Schrumpfung des Polyvinylidenfluorids infolge übermäßiger Kristallisation zu verringern. Das zweite Harz, welches ein thermoplastisches Polymer sein kann, verbessert die Filmbildungseigenschaften der auf PVDF basierenden Beschichtung.
  • Kommerzielle PVDF-Beschichtungsmaterialien sind im Allgemeinen Lösungsmitteldispersionen und setzen während der Beschichtungsherstellung Lösungsmittel frei. Lösungsmittelemissionen werden im Allgemeinen vom Endverbraucher durch die Installati on und den Betrieb eines Verbrennungssystems in einer Beschichtungslinie bewältigt. Der Verbrennungsofen wird den VOC der Lösungsmittelemission verbrennen, um die schädliche Emission von VOC in die Atmosphäre zu verringern oder auszuschließen. Der Bedarf an einem Verbrennungsofen ist im Allgemeinen ein behördliches Erfordernis. Auf PVDF basierende Farben in einer Lösungsmitteldispersion erfordern daher, dass der Endverbraucher Kapital investiert, um eine die Luftverschmutzung regulierende Apparatur, wie einen Verbrennungsofen, zu installieren und verursacht Kosten, um die Ausrüstung zu warten und den behördlichen Erfordernissen zu entsprechen. Diese Kosten können durch die Verwendung von lösungsmittelfreien Beschichtungen, wie auf PVDF basierenden Pulverbeschichtungszubereitungen, vermieden werden.
  • Zusätzliche Vorteile werden durch die Verwendung von lösungsmittelfreien PVDF-Beschichtungsmaterialien, wie Pulverbeschichtungen, erzielt. Pulver können in einem sofort anwendbaren Zustand verkauft und befördert werden, wodurch für den Endanwender jedweder Bedarf eines Mischens, Rührens oder Verdünnens während der Anwendung vermieden wird. Auf Pulver basierende Beschichtungen können effizienter eingesetzt werden als feucht gesprühte Farben, und die Pulverbeschichtungen weisen einen höheren prozentuellen Anwendungsgrad auf, da das Pulver während der Beschichtungsoperationen recycliert werden kann. Der mit Pulverbeschichtungen verbundene hohe Ausnutzungsgrad des Rohmaterials rührt vom Fehlen jedweden Erfordernisses eines Lösungsmittels für die Anwendung her. Da das Pulver keinen VOC aufweist, kommt es zu einer signifikant verringerten Absorption von Energie während der Filmbildung auf einem Substrat nach der Anwendung, was zu Energieersparnis für den Endanwender während der Anwendung führt. Diese und andere Vorteile von auf PVDF basierenden Pulverbeschichtungszusammensetzungen führen zu einem Bedarf nach derartigen Beschichtungsprodukten seitens der Konsumenten und der Industrie.
  • Aufgrund der Vorteile von auf Pulver basierenden Beschichtungen besteht ein steigender Bedarf nach derartigen Beschichtungszusammensetzungen seitens der Industrie und der Konsumenten. Die Technik ist daher konstant mit neuen Verfahren zur Herstellung von auf PVDF basierenden Pulverbeschichtungen beschäftigt. Die Technik sucht auch konstant nach neuen, auf PVDF basierenden Beschichtungsmaterialien mit gegenüber bestehenden Beschichtungszusammensetzungen und -formulierungen verbesserten Eigenschaften.
  • Beispielsweise sind verhältnismäßig junge Verfahren in den US-Patenten Nr. 4,770,939 und 5,346,727 beschrieben, um auf PVDF basierende Pulverbeschichtungen durch kryogenes Vermahlen einer metallextrudierten Kombination aus PVDF und verträglichen Thermoplasten herzustellen. Auch EP 0 259 290 A2 beschreibt ein Verfahren, worin Pulverbeschichtungszusammensetzungen durch Schmelzextrusion und kryogenes Vermahlen hergestellt werden. Die Beschichtungszusammensetzungen werden im Allgemeinen ohne Lösungsmittel durchgeführt.
  • Im US-Patent Nr. 5,229,460 ist ein Mahlverfahren zur Herstellung von auf PVDF basierenden Pulverbeschichtungen beschrieben, welches keine kryogenen Bedingungen umfaßt. Ein Verfahren zur Herstellung einer pigmentierten PVDF-Pulverbeschichtung unter Verwendung eines Lösungsmittelentfernungsverfahrens einer auf einem Lösungsmittel basierenden Dispersionsfarbe, aber ohne Koagulieren eines Polymerlatexgemisches, ist im US-Patent Nr. 5,739,202 beschrieben. Ein Verfahren zur Herstellung eines Pulvers, welches ein (Meth)acrylatpolymer und Fluorpolymer umfaßt, durch Kombinieren von zwei Polymerlatexphasen ohne Koagulation ist im US-Patent Nr. 5,827,608 beschrieben. Einige der in der Technik bekannten Verfahren sind ineffizient und andere Verfahren der Technik führen zu keiner auf PVDF basie renden Pulverbeschichtung, welche eine akzeptable Pigmentierung aufweist.
  • Es war ein Ziel der Erfindung, ein effizientes Koagulierungsverfahren zur Herstellung von pigmentierten, auf PVDF basierenden Pulverbeschichtungszusammensetzungen zu entwickeln.
  • Es war ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Koagulierungsverfahren zu entwickeln, welches zu einer Pulverbeschichtung führt, die eine ausreichende Pigmentierung aufweist, um eine gleichmäßige Färbung bereitzustellen, wenn diese nach der Aufbringung auf ein Substrat durch Hitze gehärtet wurde.
  • Es war ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Koagulierungsverfahren zur Herstellung von auf PVDF-basierenden Pulverbeschichtungen zu entwickeln, welches den Bedarf nach Additiven, wie grenzflächenaktiven Mitteln, verringert, aber dennoch eine adäquat pigmentierte Beschichtung bereitstellt.
  • Die Ziele der Erfindung werden durch das hierin beschriebene Verfahren, welches die Koagulierung von PVDF-Latex und einer wasserverdünnbaren Acrylharzlösung oder -dispersion umfaßt, erzielt. Das wässerige Acrylharz umfaßt Polymerketten, welche ionische Reste in der Seitenkette aufweisen, die sich auf der Oberfläche von Pigmenten verankern, um eine stabile Acrylpolymer/Pigmentdispersion auszubilden, welche für ihre Ausbildung kein grenzflächenaktives Mittel erfordert. Die Acrylpolymer/Pigmentdispersion und der PVDF-Latex werden gefällt, um die pigmentierte Pulverbeschichtungszusammensetzung zu erhalten. Die erfindungsgemäß hergestellte pigmentierte Pulverbeschichtungszusammensetzung kann auf jedwede Anzahl von Substraten angewandt werden und sie wird durch Hitze gehärtet, wodurch sich ein pigmentierter Film über dem Substrat mit einer gleichmäßigen und intensiven Farbe ausbildet.
  • In der vorliegenden Beschreibung beziehen sich alle Teile und Prozentsätze auf Gewicht/Gewicht, sofern nicht anders angeführt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft die Koagulierung von PVDF-Latex und einer wasserverdünnbaren Acrylpolymerlösung oder -dispersion, welche entweder kationische oder anionische Spezies enthält. Die wasserverdünnbare Acrylpolymerphase umfaßt ferner Pigment. Die Koagulierung wird durch die Zugabe von sauren oder basischen Koagulierungsmitteln hervorgerufen. Für anionische Spezies wird ein saures Koagulierungsmittel verwendet und für kationische Spezies wird ein basisches Koagulierungsmittel verwendet. Dieses Koagulierungsverfahren fällt ein gewünschtes homogenes Feststoffgemisch aus. Nach einer Feststoffabtrennung und einem Sprühtrocknen wird ein für die Pulverbeschichtung geeignetes Pulver erhalten.
  • Die auf PVDF basierenden Polymerbeschichtungszusammensetzungen werden im Allgemeinen in Pulverform auf ein Substrat aufgebracht. Das pulverbeschichtete Substrat wird erhitzt, um das PVDF und das wasserverdünnbare Polymer, vorzugsweise in Form einer Acrylpolymer/Pigmentdispersion, in Form einer kontinuierlichen Filmbeschichtung auf dem Substrat zu verschmelzen. Um eine kontinuierliche Filmbeschichtung zu erhalten, müssen das PVDF und das wasserverdünnbare Acrylpolymer während und nach dem Schmelzen mischbar sein und das wasserverdünnbare Acrylpolymer wird für die Pulverbeschichtungszusammensetzung dahingehend ausgewählt, dass es diese Mischbarkeit aufweist.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine schematische Darstellung, welche die molekulare Wechselwirkung von wasserverdünnbarem Acrylpolymer, Pigment und PVDF in den Ausführungsformen der Erfindung veranschau licht, in welcher das wasserverdünnbare Acrylpolymer anionische Spezies umfaßt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Der Ausdruck PVDF, wie er in der Beschreibung verwendet wird, bezieht sich auf Homopolymere von Vinylidenfluorid und Vinylidenfluorid und andere Monomere umfassende Copolymere mit etwa 80% bis etwa 99% Vinylidenfluorid und etwa 1% bis etwa 20% an anderen Monomeren, vorzugsweise Hexafluorpropylen. PVDF wird durch Emulsionspolymerisation hergestellt, deren Ergebnis ein Latex ist. Die Erfindung verwendet PVDF-Latex aus der Emulsionspolymerisation in Koagulierungsverfahren zur Herstellung einer auf PVDF-basierenden Pulverbeschichtung. Kommerziell verfügbare PVDF-Latexes, wie jene, welche von Ausimont USA, Inc., Thorofare, New Jersey, USA, unter dem Handelsnamen HYLAR®, wie HYLAR MP3 PVDF, erhältlich sind, können in der Erfindung verwendet werden.
  • Wie vorstehend erörtert, erfordern PVDF-Beschichtungen im Allgemeinen ein zweites Harz. Das zweite Harz muß derart ausgewählt sein, dass es während und nach dem Schmelzen durch Erhitzen der Pulverbeschichtung mit PVDF mischbar ist, im Allgemeinen nach der Aufbringung auf ein Substrat.
  • PVDF ist mit einem großen Bereich von Polymeren, wie Polymethacrylaten, Polyacrylaten und Polyvinylacetaten mit C=O-Gruppen in der Ester-, Amid- oder Ketonform mischbar. Die Mischbarkeit rührt teilweise von der Wechselwirkung zwischen den C=O-Bindungen von, je nachdem, der Polymethacrylate, Polyacrylate und Polyvinylacetate und der CH2-Gruppen des Vinylidenfluorids her. Für die Zwecke der Erfindung werden wasserverdünnbare Polymere mit ionischen Spezies, entweder kationischen oder anionischen Spezies, vorzugsweise anionische Acrylharze, als sekundäre Polymere in den Pulverbeschichtungszusammensetzungen angewandt.
  • Ein besonders bevorzugtes sekundäres Polymer ist eine wasserverdünnbare Form von Polyalkyl(meth)acrylat, welche durch Polymerisation eines Alkyl(meth)acrylats mit (Meth)acrylsäure hergestellt wird, um nach der Neutralisation ein wasserverdünnbares Acrylharz mit anionischen Spezies auszubilden. Das wasserverdünnbare Polyalkyl(meth)acrylat kann auch durch Polymerisation eines Alkyl(meth)acrylats mit einer minimierten Menge eines weiteren (Meth)acrylats mit einer Amingruppe, wie N,N-Dimethyl-2-aminoethyl(meth)acrylat hergestellt werden, um nach der Neutralisation mit einer Säure kationische Spezies bereitzustellen. Der Gehalt an Comonomeren mit ionischen Spezies wird auf eine Menge minimiert, die gerade ausreichend ist, um Wasserdispersionsfähigkeit oder Wasserverdünnbarkeit zu gewährleisten. Die Menge reicht von etwa 1 bis etwa 20 Monomergehalt. Das wasserverdünnbare Polyalkyl(meth)acrylat kann auch durch Polymerisation von Monomerkombinationen hergestellt werden, um Acrylpolymer mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen zu liefern. Beispiele dieser Monomeren sind von der Gruppe bestehend aus Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylmethacrylat, Butylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat und Hydroxyethylacrylat oder Kombinationen hievon ausgewählt.
  • Die auf PVDF-basierende Pulverbeschichtungszusammensetzung wird durch ein Verfahren erhalten, welches die Schritte von (1) Kombinieren und Mischen von Polyvinylidenfluoridlatex mit einer wasserverdünnbaren Acrylpolymerphase, welche eine Acrylpolymer/Pigment-Dispersion umfaßt, die ein wasserverdünnbares Acrylpolymer mit ionischen Spezies, wie ionischen Seitenresten, in Lösung oder Dispersion in Wasser mit Pigment ist, (2) Koagulieren des Gemisches durch Zugabe einer Säure oder Base, um ein festes Gemisch auszufällen, (3) Abtrennen des festen Niederschlags aus dem Wasser und (4) Trocknen des festen Niederschlags umfaßt. Vermahlungshilfsmittel, Füllstoffe und an dere Additive, welche die Beschichtungsleistung unterstützen, können ebenfalls vor dem Koagulierungsschritt zugesetzt werden. Das wasserverdünnbare Polymer kann entweder anionisch oder kationisch sein.
  • Der PVDF-Latex wird durch Emulsionspolymerisation erhalten, welche im Allgemeinen die Verwendung von anionischem grenzflächenaktivem Mittel, wie von wasserlöslichen fluorogrenzflächenaktiven Mitteln, umfasst, die in der Form eines Salzes von perfluorierter Carbonsäure vorliegen können, welche die allgemeine Formel X(CF2)nCOO·M+ besitzen, worin X Wasserstoff oder Fluor ist, n eine ganze Zahl von etwa 6 bis etwa 20, vorzugsweise von etwa 8 bis etwa 12 darstellt, und M+ ein Alkalimetallion oder Ammoniumion ist. Der im Verfahren dieser Erfindung verwendete PVDF-Latex wird diese Typen von grenzflächenaktiven Mitteln umfassen.
  • Das wasserverdünnbare Acrylpolymer wirkt als Dispergierungshilfsmittel für das Pigment. Das Pigment tritt mit dem Acrylpolymer in Wechselwirkung aufgrund der molekularen Anziehung zwischen der hochpolaren Pigmentoberfläche und den ionischen Spezies, wie den ionischen Seitenkettenresten des Acrylpolymers. Die ionische Anziehung unterstützt die Bindung des Pigments an das Polymer, wie die Verankerung auf der Oberfläche des Pigments und gewährleistet, dass das Pigment mit dem Polymer während des Fällungsprozesses ausfällt. Im Allgemeinen wird ein grenzflächenaktives Mittel benötigt, um Pigment mit einer guten Dispersionsfähigkeit in einem wässerigen Medium bereitzustellen, die Erfindung umfaßt jedoch keine Verwendung von zusätzlichem grenzflächenaktivem Mittel, um dem Pigment eine einheitliche Dispersion mit dem PVDF-Latex zu ermöglichen. Nach der Fällung aus dem Koagulierungsverfahren werden unerwünschte Emulgatoren in der PVDF-Latex-Mischung entfernt.
  • Jedweder Typ von Pigmenten kann in der Erfindung verwendet werden. Bevorzugte Pigmente sind oder werden eines oder mehrere der folgenden umfassen: Titandioxid, welches von Whittaker, Clark & Daniels, South Plainfield, New Jersey, USA, erhältlich ist. Arctic-Blau Nr. 3, Topaz-Blau Nr. 9, Olympic-Blau Nr. 190, Kingfisher-Blau Nr. 211, Ensign-Blau Nr. 214, Russet-Braun Nr. 24, Walnußbraun Nr. 10, Goldbraun Nr. 19, Schokoladenbraun Nr. 20, Ironstone-Braun Nr. 39, Honiggelb Nr. 29, Sherwood-Grün Nr. 5 und Jet-Schwarz Nr. 1, erhältlich von der Shepard Color Company, Cincinnati, Ohio, USA, Schwarz F-2302, Blau V-5200, Türkis F-5686, Grün F-5687, Braun F-6109, Beige F-6115, Kastanienbraun V-9186 und Gelb V-9404, erhältlich von der Ferro Corp., Cleveland, Ohio, USA, und METEOR®-Pigmente, erhältlich von Engelhard Industries, Edison, New Jersey, USA.
  • Additive, wie Chemikalien, welche bei der Ausbildung der Beschichtung nützlich sind, oder das fließfördernde Mittel können entweder in das wasserverdünnbare Acrylpolymer oder in die PVDF-Emulsion vor der Koagulierung einverleibt werden. Beispiele dieser Additive sind LancoTMFlow P10, erhältlich von Lubrizol, Wickliffe, Ohio, USA, und MODAFLOW®-Pulver, erhältlich von Solutia, St.Louis, Missouri, USA. Zusätzlich kann die Einführung von anionischen Resten im Acrylpolymer die Wasserempfindlichkeit der Beschichtung während der Verwendung erhöhen. Acrylpolymer kann auch aus vernetzbarem Monomer mit Hydroxyethylmethacrylat hergestellt werden. Es kann daher ein Vernetzer wie Melaminformaldehydharz, Carbodiimid-Vernetzer oder Hydroxyalkylamid dem System zur Verbesserung der Beschichtungsleistung zugesetzt werden.
  • Der PVDF-Latex und die wasserverdünnbare Acrylpolymerphase werden in einem Gefäß vereinigt, welches geeignet ist, um die beiden zu vermischen, wie in einem Mischer oder einem Reaktor. Der PVDF-Latex umfaßt PVDF, grenzflächenaktives Mittel und Wasser, und die wasserverdünnbare Polymerphase umfaßt das Ac rylpolymer mit ionischen Spezies, vorzugsweise ionischen Seitenkettenspezies und das Pigment in einer Dispersionsform. Zusätzlich können entweder der PVDF-Latex oder die Acrylpolymerphase Additive und/oder Füllstoffe umfassen. Der Inhalt des Gefäßes wird während einer ausreichenden Zeitdauer vermischt, um den PVDF-Latex und die wasserverdünnbare Acrylpolymerphase vollständig zu vereinigen, vorzugsweise von etwa 15 Minuten bis etwa 30 Minuten.
  • Nachdem das Mischen vollständig ist, wird ein Koagulierungsmittel dem Gemisch zugesetzt. Das Koagulierungsmittel dient dazu, die Mischung zu destabilisieren, und es ruft die Fällung der Feststoffe hervor. Aufgrund der ionischen Spezies des wasserverdünnbaren Polymers mit dem Pigment wird das Acrylpolymer gemeinsam mit dem Pigment ausgefällt. Während der Koagulierung gewährleistet das Acrylpolymer eine gute Wechselwirkung mit PVDF-Teilchen. Dies führt zu PVDF- und Pigmentteilchen, die an das feste Acrylpolymer in Niederschlag gebunden sind.
  • Die Auswahl des Koagulierungsmittels hängt von den ionischen Spezies im Acrylpolymer ab. Wenn das Acrylpolymer anionische Spezies umfaßt, wird im Allgemeinen ein saures Koagulierungsmittel verwendet, und wenn das Acrylpolymer kationische Spezies umfaßt, wird ein basisches Koagulierungsmittel verwendet. Beispiele von sauren Koagulierungsmitteln sind anorganische Säuren wie Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure und dergleichen und Kombinationen hievon. Beispiele von basischen Koagulierungsmitteln sind Ammoniumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat und dergleichen, und Kombinationen hievon.
  • Es wird nun auf 1 bezuggenommen, welche die molekularen Aspekte der Koagulierung in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, worin die wasserverdünnbare Acrylpolymerphase anionische Spezies umfaßt und ein saures Koagulierungsmittel ver wendet wird. Die Acrylpolymerphase, welche auch als die Pigmentdispersion bezeichnet werden kann, die allgemein als 1 gezeigt ist, umfaßt Acrylpolymer 2 in wasserverdünnbarer Form mit einem oder mehreren Anionen 3, welche anionische Seitenkettenreste sein können, und Pigment 4 mit einer hohen Oberflächenpolarität, welches in Form einer Dispersion vorliegt. Die Anionen 3 des Acrylpolymers 2 treten mit der hohen Oberflächenpolarität des Pigments 4 in Wechselwirkung, so dass das Acrylpolymer 2 und das Pigment 4 durch ionische Wechselwirkung miteinander assoziiert werden. Der PVDF-Latex ist allgemein in 1 als 6 gezeigt und umfaßt PVDF 7 mit einem oder mehreren Anionen 8. Das Koagulierungsmittel 9 bildet festes Niederschlagsmaterial, welches allgemein auf der rechten Seite des Pfeils in 1 als 10 gezeigt ist. Wenn das Koagulierungsmittel 9 zugesetzt wird, werden die Anionen 3 des Acrylpolymers 2 in der wasserverdünnbaren Acrylpolymerphase 1, welche nicht mit Pigment 4 assoziiert sind, durch die Wirkung des Koagulierungsmittels neutralisiert und das Acrylpolymer 2 mit dem assoziierten Pigment 4 fällt aus dem Wasser als in einem Acrylpolymerbindemittel dispergiertes Pigment, welches in 1 allgemein als 11 gezeigt ist, aus. In gleicher Weise werden die Anionen 8 von PVDF 7 durch die Wirkung des Koagulierungsmittels 9 neutralisiert und das PVDF 7 fällt als im neutralisierten Acrylpolymer dispergierter Feststoff aus. Wie von einem Fachmann anerkannt wird, können die festen ausgefällten Materialien auch feste Additive und Füllstoffe, entweder getrennt, miteinander assoziiert, mit dem Acrylpolymer 2 assoziiert und/oder mit dem PVDF 7 assoziiert, umfassen. Wenn ein kationisches Acrylpolymer verwendet wird, dann sollte das Pigment ausgewählt sein, um eine anionische Ladung im Wasser aufzuweisen, um die gewünschte Wechselwirkung zwischen dem Acrylpolymer und dem Pigment vor der Koagulierung zu erzielen.
  • Das ausgefällte Material wird durch Mittel getrocknet, welche einem Fachmann geläufig sind, vorzugsweise durch Sprühtrocknen oder Filtern. Nachdem der Niederschlag getrocknet ist, wird im Allgemeinen die auf PVDF basierende Pulverbeschichtungszusammensetzung ausgebildet. Wahlweise kann der getrocknete Niederschlag jedoch vermahlen werden, um die Pulverbeschichtungszusammensetzung auszubilden.
  • Die PVDF und das im Acrylpolymerbindemittel dispergierte Pigment umfassenden Pulverbeschichtungszusammensetzungen können auf ein Substrat durch jedwedes Mittel zum Erzielen einer gleichmäßigen Verteilung der Teilchen aufgebracht werden. Insbesondere kann das Pulver durch elektrostatische Sprühanwendungsapparaturen aufgebracht werden, wodurch geladene Teilchen auf gegenteilig geladene Substrate aufgesprüht werden. Andere nützliche Aufbringungstechniken umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Nebelkammern, Wirbelbetten und dergleichen. Derartige Techniken werden einem Fachmann geläufig sein und müssen nicht weiter beschrieben werden.
  • Nachdem die Beschichtung auf dem Substrat aufgebracht ist, wird das beschichtete Substrat anschließend auf eine Temperatur von etwa 200° C bis etwa 280° C erhitzt, um die Beschichtung durch Ausbilden eines kontinuierlichen Filmes zu härten. Während des Filmbildungsprozesses werden das PVDF und das Acrylpolymer miteinander mischbar und schmelzen in der Form des Filmes. Da das Pigment in dem Acrylpolymerbindemittel gut dispergiert ist, wird das Pigment im Allgemeinen gleichmäßig und einheitlich über dem Substrat verteilt. Das Acrylpolymer wirkt somit als Dispersionshilfsmittel und es ist kein Dispersionshilfsmittel zur Dispersion des Polymers, wie ein grenzflächenaktives Mittel, für die pigmentierten, auf PVDF basierenden Pulverbeschichtungen der Erfindung erforderlich.
  • BEISPIEL
  • 500 Gramm Methylethylketon-Lösungsmittel wurden in einen 1-Liter-Glasreaktor eingebracht, welcher mit einem mechanischen Rührer, einem Thermometer, einem Kühler und einem Tropftrichter ausgerüstet war. Nach dem Erhitzen des Lösungsmittels auf 75° C wurden 15 Gramm Benzoylperoxid in den Reaktor zugesetzt. Ein Gemisch aus nicht inhibierten Monomeren, umfassend 284,7 Gramm Methylmethacrylat und 15,3 Gramm Methacrylsäure wurde langsam in den Reaktor in Inkrementen von etwa 10 ml alle 3 Minuten während insgesamt 90 Minuten zugesetzt. Die Reaktion zwischen dem Methylmethacrylat und der Methacrylsäure wurde zusätzlich 90 Minuten bei 75° C unter Rühren fortschreiten gelassen, um eine wasserverdünnbare Form von PMMA zu erhalten. Die Lösung wurde auf Raumtemperatur abkühlen gelassen.
  • 150 Gramm des wasserverdünnbaren PMMA wurden in einen 16 Unzen-Glasbehälter zugesetzt. Das wasserverdünnbare PMMA wurde teilweise mit 5,9 Gramm 5 M Ammoniumhydroxid unter Rühren unter Verwendung eines Rührers neutralisiert. Nach dem Mischen wurden 109 Gramm entionisiertes Wasser langsam in das Glasgefäß unter Rühren zugesetzt. Nach dem Erhalten einer homogenen Lösung von PMMA und entionisiertem Wasser wurden 52,5 Gramm Titandioxid (USP-Qualität von Whittaker, Clark & Daniels) und 300 Gramm Soda-Kalk-Silikat-Glasperlen mit einem Durchmesser von etwa 3,0 mm von Quakenbush Company, Crystal Lake, Illinois, USA, in das Glasgefäß zugesetzt und das Gefäß wurde verschlossen. Der Inhalt des Glasgefäßes wurde anschließend durch heftiges Schütteln mittels einer mechanischen Schüttelapparatur während zweier Stunden vermischt. Die Kugeln wurden durch Filtration entfernt, um eine Acrylpolymerphase zu erhalten, welche wasserverdünnbares PMMA und Titandioxidpigment in der Form einer Dispersion umfasste.
  • 107 Gramm der Acrylpolymerphase wurden mit einem PVDF-Latex (HYLAR MP3 PVDF von Ausimont), enthaltend 24,95 Gew.-% des Polymers, unter langsamem Rühren vermischt. 2,3 Gramm konzentrierte Salpetersäure wurden dem Gemisch aus PVDF und der wasserverdünnbaren Acrylpolymerphase unter langsamem Rühren zugesetzt, um die Mischung zu koagulieren und der erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert und getrocknet, um ein Pulver auszubilden. Das Pulver wurde elektrostatisch auf ein verchromtes Aluminiumsubstrat mit einer Polarität von etwa 30 bis 40 KV aufgesprüht und bei 260° C während 15 Minuten erhitzt. Es wurde ein Film mit 3 bis 5 mil Stärke ausgebildet. Es wurde festgestellt, dass der Film eine gleichmäßige und intensive Färbung aufwies.

Claims (16)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Pulverbeschichtungszusammensetzung, welches die Schritte des Mischens eines PVDF-Latex und einer wasserverdünnbaren Acrylpolymerphase, welche ein wasserverdünnbares Acrylpolymer mit ionischen Gruppen und einem Pigment enthält, des Zufügens eines Koagulationsmittels, um einen Niederschlag zu bilden, des Abtrennens des Niederschlags vom Wasser und des Trocknens des Niederschlags umfaßt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das PVDF ein Homopolymer von Vinylidenfluorid oder ein Vinylidenfluorid und andere Monomere umfassendes Copolymer ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, worin das Copolymer etwa 80% bis etwa 99% Vinylidenfluorid und etwa 1% bis etwa 20% Hexafluorpropylen umfaßt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, worin das wasserverdünnbare Acrylpolymer eine wasserverdünnbare Form von Polyalkyl(meth)acrylat ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, worin das Polyalkyl(meth)acrylat durch Polymerisation von ausgewählten Monomeren der Gruppe, umfassend Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylmethacrylat, Butylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxyethylacrylat und Kombinationen davon, hergestellt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, worin die ionischen Gruppen anionisch sind und das Koagulationsmittel eine Säure ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, worin das Koagulationsmittel eine anorganische Säure ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, worin die anorganische Säure aus der Gruppe, umfassend Salpetersäure, Salzsäure, Schwefelsäure und Kombinationen davon, ausgewählt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, worin die ionischen Gruppen kationisch sind und das Koagulationsmittel eine Base ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, worin die Base aus der Gruppe, umfassend Ammoniumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat und Kombinationen davon, ausgewählt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, worin vor dem Mischen Fließmittel in den PVDF-Latex oder die wasserverdünnbare Acrylpolymerphase einverleibt werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, worin das wasserverdünnbare Acrylpolymer und das Pigment entgegengesetzte ionische Reste besitzen und durch ionische Wechselwirkung assoziiert werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Pigment Titandioxid umfaßt.
  14. Pulverbeschichtungszusammensetzung, hergestellt durch das Verfahren nach Anspruch 1.
  15. Verfahren zum Beschichten eines Substrates, umfassend a) das Herstellen einer Pulverbeschichtungszusammensetzung durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, b) die Anwendung dieser Pulverbeschichtungszusammensetzung auf ein Substrat und c) das Erhitzeh des beschichteten Substrats auf eine Temperatur von etwa 200° C bis etwa 280° C.
  16. Beschichtetes Substrat, hergestellt durch das Verfahren nach Anspruch 15.
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