DE69735142T2

DE69735142T2 - Zweikomponenten-Pulverlackzusammensetzungssystem und Verfahren zum Beschichten von Holz damit

Info

Publication number: DE69735142T2
Application number: DE1997635142
Authority: DE
Inventors: Glenn D Birdsboro Correll; Andrew T. Sinking Spring Daly; Joseph J. Reading Kozlowski; Richard P. Reading Haley; Jeno Wernesville Muthiah; Paul R. Reading Horinka; Eugene P. Wyomissing Reinheimer
Original assignee: Morton International LLC
Current assignee: Rohm and Haas Chemicals LLC
Priority date: 1996-05-06
Filing date: 1997-05-01
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2017-05-02
Also published as: EP0806445B1; MX9703117A; EP0942050A2; DE69724032T3; US5907020A; US5714206A; ES2257007T3; EP1424142A1; ES2205125T5; EP0806445A3; DE69724032D1; CA2202336C; DE69735142D1; DE69724032T2; USRE36742E; EP0942050A3; EP0806445A2; ES2205125T3; US6077610A; EP0942050B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten eines wärmeempfindlichen Substrats durch Aufbringen eines Zweikomponenten-Pulverbeschichtungssystems, wodurch die Beschichtung bei einer signifikant schnelleren Geschwindigkeit und/oder bei einer signifikant niedrigeren Temperatur härtet und eine ungewöhnlich glatte Oberfläche erzeugt. Diese Erfindung bezieht sich auch auf eine thermisch stabile Pulverbeschichtung, bei der weiße Beschichtungen während des thermischen Härtens nicht vergilben. Diese Erfindung bezieht sich auch auf die elektrostatische Beschichtung von Metall und insbesondere auf die triboelektrische Beschichtung von Holz mit einem Beschichtungspulver und Niedertemperaturhärtung dieser Beschichtung, wobei diese eine ansprechende Glätte aufweist.
Üblicherweise sind Beschichtungspulver durch die Extrusion eines Gemisches aus Harzen und Härtungsmitteln hergestellt worden, um ein homogenes Gemisch zu erhalten, und dann Zerkleinern des Extrudats und Sieben des zerkleinerten Produkts, um die gewünschten Teilchengrößen und die gewünschte Teilchengrößenverteilung zu erhalten. Das Pulver wird dann elektrostatisch auf das Substrat, üblicherweise ein Metallsubstrat, aufgespritzt und bei Temperaturen gehärtet, die wesentlich höher als 93 °C (200 °F) sind. Das Härten der Pulverbeschichtungen auf wärmeempfindlichen Materialien wie Holz, Kunststoff und dergleichen ist durch die Tatsache eingeschränkt, daß die Extrusion eines Gemisches aus einem Harz und einem Niedertemperatur-Härtungsmittel, d. h., einem Mittel, das bei 93 °C (200 °F) oder weniger wirksam ist, verursachen würde, daß die Pulverbeschichtung in dem Extruder geliert, da die Extrusion typischerweise genug Hitze erzeugt, um die Temperatur auf 93 °C (200 °F) oder mehr zu erhöhen. Es ist in der Technik gelehrt worden, daß das Härtungsmittel mit dem Harz durch Extrusion gemischt werden muß, um ein einheitliches Härten und Filmaussehen zu erhalten. Es ist ebenso allgemein akzeptiert wor den, daß ein gering glänzender Film bei einer hohen Temperatur, beispielsweise etwa 144 °C (300 °F) oder mehr, gehärtet werden muß.
Es ist in der Literatur viel über die Pulverbeschichtung aus Holz gesprochen worden, aber es wurde sehr wenig darüber gesagt, wie sie erreicht werden kann. Wie Douglas S. Richart in diesem Artikel, veröffentlicht im April 1996, Auflage von POWDER COATINGS, sagte, ist die Beschichtung aus Holz mit einem Niedertemperatur-Härtungspulver nahezu unmöglich, da die Beschichtung bei einer Temperatur unter 93 °C (200 °F) gehärtet werden muß, und das Harz eine Fließtemperatur von etwa 10 bis 20 °C niedriger als diese aufweisen muß. Ein solches Harz scheint während der Lagerung bei normalen Temperaturen zu blockieren. Richart sagte weiterhin, daß das Härtungsmittel ausreichend reaktiv sein muß, so daß das Pulver in einer vernünftigen Zeit bei diesen niedrigen Temperaturen härten wird. Aber dies führte zu einer möglichen Aushärtung des Harzes in dem Extruder. Er spricht vom elektrostatischen Spritzen eines Pulvers mit einem blockierten Isocyanat auf Holz, Erhitzen der Beschichtung in Infrarot- oder anderen Öfen, um eine glatte Beschichtung zu bilden, und Härten der glatten Beschichtung mit UV-Strahlung.
In seinen technischen Bulletins zeigt Boise Cascade die Verwendung von tragbaren, elektrostatischen Spritzpistolen beim Beschichten seiner elektrisch leitenden Spanplatten.
US-A-5212263 offenbart eine Pulverbeschichtungszusammensetzung, die Epoxyharz, Methylendisalicylsäure als ein Härtungsmittel, einen Härtungskatalysator, der ein Addukt eines Imidazols und eines Bisphenol-A-Epoxyharzes ist, umfaßt. Die Kombination von Härtungsmittel und Härtungskatalysator stellt eine Härtungsgeschwindigkeit bereit, die ein Finish mit vorhersehbarer Textur sicherstellt.
US-A-3384610 offenbart eine Beschichtungszusammensetzung zur Niedertemperatur-Filmbildung und schnellen Härtung auf vorerhitzten Substraten, umfassend ein einheitliches Gemisch aus einem ersten Pulver, das ein Epoxyharz und einen BF3-Aminkomplex, der darin löslich ist, umfaßt, und ein zweites Pulver, das ein Polycarbonsäureanhydrid umfaßt. Die Zusammensetzung weist Langzeitlagerstabilität als ein freifließendes Pulver auf, aber schmilzt und koalesziert bei einer Temperatur über 100 °C. Die Teilreaktion der Komponenten des ersten Pulvers wird kontrolliert, um dieses Schmelzen und Koaleszieren bei 125 bis 200 °C zu verleihen.
US-A-3842035 offenbart eine hitzehärtbare Pulverbeschichtungszusammensetzung, umfassend eine langsam härtende Pulverzusammensetzung und eine schnell härtende wärmehärtbare Pulverzusammensetzung. In einer Ausführungsform wird ein erstes Pulver, das ein Epoxyharz und ein Härtungsmittel umfaßt, mit einem zweiten Pulver, das ein Epoxyharz, ein Härtungsmittel und einen Tertiäramin-Katalysator umfaßt, gemischt. Die zwei Pulverzusammensetzungen werden separat in einem Extruder hergestellt und dann zerkleinert, um ein Pulver mit der gewünschten Teilchengröße zu erhalten. Das Pulver wird bei 180 °C gehärtet.
In dieser Erfindung wird das Epoxyharz zunächst mit einer kleinen Menge an Katalysator oder mit einem geringen Niveau eines Niedertemperatur-Härtungsmittels extrudiert und dann zerkleinert und in der üblichen Weise klassifiziert. Zusätzliche Mengen des Niedertemperatur-Härtungsmittels in Pulverform werden dann mit dem pulverisierten Extrudat gemischt, um das Niveau des Härtungsmittels zu erhöhen, während das Vorgelierungsproblem vermieden wird. Überraschenderweise wird die Zeit, die benötig wird, um einen glatten, gehärteten Film zu erhalten, signifikant verringert. Es war ebenso überraschend, daß ein wenig glänzender Film bei viel niedrigeren Härtungstemperaturen als 149 °C (300 °F) erreicht wurde.
Es ist daher ein Gegenstand dieser Erfindung, ein Verfahren zum Aufbringen eines Beschichtungspulvers für wärmeempfindliche Substrate bereitzustellen.
Es ist ein verwandter Gegenstand dieser Erfindung, ein Verfahren zum Beschichten von Holz ohne die Probleme, die mit flüchtigen organischen Lösungsmitteln in Verbindung stehen, bereitzustellen.
Es ist ein anderer Gegenstand dieser Erfindung, ein Niedertemperaturverfahren zur Herstellung einer glatten, wenig glänzenden Beschichtung auf Holz bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung besteht aus einem Verfahren zum Beschichten eines wärmeempfindlichen Substrats, welches das Aufbringen eines wärmehärtbaren Beschichtungspulvers, welches ein Blend umfaßt von:

(A) einem extrudierten Gemisch eines Epoxyharzes und (i) eines Katalysators für das Epoxyharz oder (ii) eines Niedertemperatur-Härtungsmittels in einer Menge, welche nicht ausreichend ist, ein wesentliches Härten des Harzes während der Extrusion zu bewirken, und
(B) einem separat zugegebenen Niedertemperatur-Härtungsmittel in Pulverform, welches ein Epoxyharzaddukt eines aliphatischen Polyamins mit einer primären oder einer sekundären Aminogruppe umfaßt, welches gleich oder verschieden von dem Niedertemperatur-Härtungsmittel (ii) sein kann, in einer Menge, welche ausreichend ist, um das Härten des Harzes zu vervollständigen, wobei das separat zugegebene Niedertemperatur-Härtungsmittel das Epoxyharz bei einer Temperatur von 82 bis 143 °C härtet,

Das Härtungssystem dieser Erfindung kann beim Beschichten von Glas, Keramiken und Graphit-gefüllten Verbundstoffen sowie Metallsubstraten, wie Stahl und Aluminium, verwendet werden, aber seine besondere Nützlichkeit beim Beschichten von wärmeempfindlichen Substraten, wie Kunststoffen, Papier, Karton und Holz macht es als eine kommerziell realisierbare Alternative zu den Flüssigbeschichtungen, die in der Vergangenheit fast universell verwendet worden sind, sehr reizvoll. Für die Zwecke dieser Erfindung wird Holz als irgendein Lignocellulosematerial definiert, egal ob es von Bäumen oder anderen Pflanzen stammt, und ob es in seinen natürlichen Formen vorliegt, in einem Sägewerk geformt wird, zu Platten getrennt und zu Sperrholz verarbeitet wird, oder zerbrochen und zu Spanplatten verarbeitet wird, oder seine Fasern abgetrennt, verfilzt und verdichtet werden. Es wird durch Bauholz, Platten, Formteile, Bretter, orientierte Spanplatten, Hartfaserplatten, Faserplatten mittlerer Dichte und dergleichen veranschaulicht. Die Spanplatte kann Standard oder behandelt sein, um ihre elektrische Leitfähigkeit zu verstärken. Holz mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 3 bis 10 Gew.-% ist für die Zwecke dieser Erfindung geeignet. Eine poröse Spanplatte, vorbeschichtet mit einer leitfähigen Flüssigbeschich tungszusammensetzung und gehärtet, kann ebenso als ein Substrat für das erfindungsgemäße Beschichtungspulver dienen. Beispielsweise wird eine glatte 50,8 bis 76,2 μm (2 bis 3 mil) dicke Pulverbeschichtung auf einer 12,7 bis 25,4 μm (0,5 bis 1 mil) dicken UV- oder thermisch gehärteten Vorbeschichtung erreicht. Ohne die Vorbeschichtung muß eine glatte Pulverbeschichtung etwa 228,6 μm (9 mil) dick sein.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Systems ist eine, bei der gleichzeitig Konkurrenzreaktionen stattfinden, wobei die Reaktionen sind:

(A) ein katalysiertes Selbsthärten eines Teils eines Epoxyharzes, welches in einem extrudierten Gemisch des Harzes und eines Katalysators vorliegt, und
(B) eine Vernetzungsreaktion zwischen einem anderen Teil des extrudierten Harzes und dem Niedertemperatur-Härtungsmittel.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Beschichtungspulver ein Blend, welches (A) ein pulverisiertes, extrudiertes Gemisch eines selbsthärtenden Epoxyharzes und eine Menge eines Niedertemperatur-Härtungsmittels, welche nicht ausreichend ist, um ein wesentliches Härten des Harzes während der Extrusion zu bewirken, und (B) eine ausreichende Menge des gleichen oder eines verschiedenen, separat zugegebenen Niedertemperatur-Härtungsmittels in Pulverform, um das Härten des Harzes auf einer Oberfläche eines Substrats zu vervollständigen, umfaßt.
Epoxyharze, die in der Praxis dieser Erfindung nützlich sind, werden durch die veranschaulicht, die durch die Reaktion von Epichlorhydrin und einem Bisphenol, beispielsweise Bisphenol A, hergestellt werden, sind aber nicht darauf beschränkt. Bevorzugte Epoxyharze umfassen die, die unter den Markennamen ARALDITE GT-7072, 7004, 3032, 6062 und 7220, und EPON 1007, 1009 und 1004 verkauft werden, wobei alle davon 4,4'-Isopropylidendiphenol-epichlorhydrin-Harze sind.
Das Epoxyharz ist selbsthärtend, d. h., es reagiert über Homopolymerisation während des Härtens der Pulverbeschichtung. Im allgemeinen wird ein Katalysator benötigt, damit die Reaktion bei einer kommerziell akzeptablen Geschwindigkeit verläuft.
Ein bevorzugter Katalysator für diese Erfindung ist ein Epoxyaddukt eines Imidazols mit der allgemeinen Formel:
worin R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig voneinander Wasserstoff oder jedweder Substituent sind, welcher nicht mit dem Epoxyharz reaktiv ist. Beispiele von geeigneten Imidazolen umfassen Imidazol, 2-Methylimidazol und 2-Phenylimidazol. Geeignete Addukte von solchen Imidazolen mit einem Bisphenol-A-Epoxyharz sind kommerziell erhältlich von Shell Chemical Company unter ihrem Markennamen EPON, beispielsweise EPON P-101, und ebenso von Ciba-Geigy Corporation unter ihrer Bezeichnung XU HT 261. Für die Zwecke dieser Erfindung sind unter dem Ausdruck Imidazol hierin sowohl die substituierten als auch unsubstituierten Imidazole zu verstehen. Obwohl die Anmelder an keine Theorie gebunden sind, wird angenommen, daß ein Imidazol zu Epoxyharzen durch eine Öffnung des Epoxyrings addiert, was zu der Epoxysauerstoffbindung an die C=N-Bindung des Imidazolrings führt. Das addierte Imidazol fungiert als ein Katalysator, der sich von einer Epoxygruppe zu einer andren bewegt und erleichtert die so Epoxyringöffnung und Härtungsreaktionen. Imidazole selbst scheinen in Epoxyharzen nicht löslich zu sein. Daher ist der Zweck, sie an ein Epoxyharz zu addieren, um sie für das Epoxysystem kompatibel zu machen. Als ein Katalysator wird das Imidazoladdukt vorzugsweise in den Systemen, Verfahren und Pulvern dieser Erfindung bei einem Niveau von 0,1 bis 8 Teilen pro hundert Teilen des extrudierten Harzes (phr), vorzugsweise bei etwa 2 phr, verwendet. Für die verbesserte Farbstabilität kann das 2-Phenylimidazol als Katalysator zum Härten des Epoxyharzes verwendet werden. Das 2-Phenylimidazol, das von SWK Chemical Co. erhältlich ist, kann als solches bei dementsprechend geringeren Niveaus verwendet werden.
Als das separat zugegebene Niedertemperatur-Härtungsmittel ist ein aliphatisches Polyamin mit einer primären Aminogruppe bevorzugt. Ein geeignetes Härtungsmittel von diesem Typ ist von Ciba Geigy als ihr PF LMB 5218 Härter erhältlich. Ein ähnli ches Produkt wird unter dem Markennamen ANCAMINE 2337 XS von Air Products & Chemicals verkauft. Ein Epoxyaddukt eines aliphatischen Polyamins mit einer sekundären Aminogruppe, erhältlich unter dem Markennamen ANCAMINE 2014 AS, ist für weine und hellgefärbte Beschichtungen bevorzugt. Die Menge des Niedertemperatur-Härtungsmittels, die separat als Komponente (B) zu dem pulverisierten Extrudat des Harzes und Katalysators zugegeben werden kann, beträgt im allgemeinen 2 bis 40 phr und die bevorzugte Menge beträgt 30 bis 35 phr. Das Verhältnis des Niedertemperatur-Härtungsmittels zu dem Katalysator in dem Extrudat beträgt vorzugsweise 1 : 3 bis 400 : 1, aber stärker bevorzugt 2 : 1 bis 15 : 1.
Das Beschichtungspulver kann ebenso ein Verlaufmittel in dem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 2,0 phr enthalten. Beispiele der Verlaufmittel umfassen MODAFLOW Poly(alkylacrylat)produkte und die SURFYNOL Acetylendiole; sie können einzeln oder in Kombination verwendet werden. Antioxidationsmittel können ebenso bei einer Konzentration von etwa 0,5 bis etwa 2,0 phr verwendet werden, um die Verfärbung der Beschichtungen sogar bei den relativ niedrigen Härtungstemperaturen, die für die Zwecke dieser Erfindung geeignet sind, zu verhindern. Beispiele der Antioxidationsmittel, die in dieser Erfindung nützlich sind, umfassen Natriumhypophosphit, Tris(2,4-di-t-butylphenyl)phosphit (verkauft unter dem Markennamen IRGAFOS 168) und Calciumbis[monoethyl(3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl)phosphonat] (verkauft unter dem Markennamen IRGANOX 1425). Gemische aus Antioxidationsmitteln können verwendet werden.
Pigmente, optische Aufheller, Füllstoffe, wie Calciumcarbonat und Bentonittone, Strukturierungsmittel, wie partikulärer Kautschuk, und andere konventionelle Additive können ebenso vorhanden sein. Ein besonders wünschenswertes texturiertes Finish kann durch die Zugabe von etwa 14 bis etwa 20 phr des Kautschuks zu der Beschichtungszusammensetzung zusammen mit dem Calciumcarbonat bei einem Kautschuk-zu-Carbonat-Verhältnis von etwa 0,7 : 1 bis etwa 1,5 : 1, bezogen auf das Gewicht, erhalten werden. Titanoxid in einer Menge von etwa 5 bis etwa 50 phr oder mehr ist ein Beispiel eines Pigments, das verwendet werden kann. Ein optischer Aufheller, veranschaulicht durch 2,2'-(2,5-Thiophendiyl)bis[5-t-butylbenzoxazol], ver kauft unter dem Markennamen UVITEX OB, kann bei etwa 0,1 bis etwa 0,5 phr vorliegen.
Für die Zwecke dieser Erfindung umfaßt der Ausdruck Harz das Harz per se und das Vernetzungsmittel, egal ob es in dem Extrudat vorliegt oder separat zugegeben wird, aber es umfaßt nicht den Katalysator.
Das erfindungsgemäße Beschichtungspulver kann durch irgendeins der konventionellen Pulverbeschichtungsverfahren aufgebracht werden, aber die Aufbringung des Pulvers durch triboelektrische Pistolen ist insbesondere in Situationen bevorzugt, wie beispielsweise, wenn Holzsubstrat profiliert wird. Die Furchen und Kanten stellen ein spezielles Problem für die elektrostatischen Beschichtungsverfahren aufgrund des Faraday-Effekts dar. Da das elektrische Feld, erzeugt durch Reibung, wenn das Pulver entlang der TEFLON-Kunststoffoberflächen innerhalb der Pistole fließt, im Vergleich zu dem Feld in einer Koronaentladungswolke relativ klein ist, können die Puverteilchen effizienter in den Faradaykäfigbereichen mit triboelektrischen Pistolen abgeschieden werden. Holzschranktüren sind Beispiele eines profilierten Holzsubstrats, wie es die Türhäute sind, die durch die Zeichnungen in US-Patent Nr. 5,489,460 dargestellt sind, die hierin durch Verweis aufgenommen werden, um den Typ an Holzplatten weiter darzustellen, die für Pulverbeschichtungen durch das erfindungsgemäße Verfahren besonders empfänglich sind. Die Furchen und scharfen Kanten von diesen Platten werden sehr gut auf einer flachen Bandbeschichtungsvorrichtung mit Düsen bedeckt, die so angeordnet sind, daß sie einen Teil des Pulvers direkt darauf führen.
Diese Platten sowie die Platten mit flacher Oberfläche, wie die, die verwendet werden, um Tischtennisplatten herzustellen, sind besonders gut durch triboelektrische Pistolen auf einer flachen Bandvorrichtung mit elektrisch leitenden Bändern um den Umfang des Förderbands beschichtet. Die Vorrichtung für eine solche Beschichtung wird in einer Reihe von Patenten offenbart, die der Nordson Corporation zuzuordnen sind. Dies sind die US-Patente Nr. 4,498,913; 4,590,884; 4,723,505; 4,871,380; 4,910,047 und 5,018,909; wobei alle hierin durch Verweis aufgenommen werden. Eine geeignete flache Bandpulverbeschichtungsvorrichtung umfaßt ein solches För derband, das sich durch eine Pulverbeschichtungskabine erstreckt, worin ein Holzgegenstand, der durch das Förderband getragen und bewegt wird, triboelektrisch durch eine Vielzahl von Pistolen, die nachbarständig zueinander und in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind, beschichtet. Das Pulver wird in die Pistolen unter einem Druck von etwa 275,8 kPa (40 psi) gezwängt, und Luft wird bei etwa 1379 kPa (20 psi) in die Pulverleitungen geleitet, noch bevor das Pulver in die Düsen strömt. Der Gegenstand, der das Pulver trägt, wird dann durch einen Härtungsofen mit mehreren Wärmezonen befördert, wobei einige davon durch IR-Lampen anders als bei thermischer Konvektion erhitzt werden, und ganz anders durch eine Kombination von diesen zwei. Die Beschichtungs- und Härtungsbandlaufzeiten können dieselben oder verschieden in Abhängigkeit der Länge des Härtungsofens sein. Die Bandlaufzeit durch die Pulverauftragungskabine kann 1,52 bis 45,72 m (5 bis 150 Fuß) pro Minute sein, aber beträgt vorzugsweise 6,1 bis 30,5 m (20 bis 100 Fuß) pro Minute. Die Bandlaufzeit durch den Härtungsofen kann andererseits 1,52 bis 6,1 m (5 bis 20 Fuß) pro Minute in Abhängigkeit von der Ofentemperatur und des speziellen verwendeten Beschichtungspulvers betragen. Die Härtungstemperatur kann in dem Bereich von 82 °C (180 °F) bis zu, aber nicht einschließlich, der Zersetzungstemperatur des Pulvers liegen. Es ist bevorzugt, die Härtungstemperatur innerhalb des Bereiches von 87,8 bis 143,3 °C (190 bis 290 °F) zu halten, und noch stärker bevorzugt die Härtungstemperatur bei 121 bis 143,3 °C (250 bis 290 °F) zu halten. Wenn ein kristallines Epoxyharz verwendet wird, ist eine Härtungstemperatur von etwa 82 °C (180 °F) besonders geeignet. Es ist bevorzugt, daß die Beschichtungs- und Härtungsbandlaufzeiten zu der Ofenlänge so eingestellt werden, daß sie ausgeglichen sind.
Das Vorerhitzen der Platte vor dem Beschichtungsschritt ist in einigen Fällen bevorzugt, beispielsweise damit das Pulver seine Fließtemperatur in der ersten Zone des Ofens erreicht und ebenso das Entgasen während der Härtung minimiert. Der Ofen kann mehrere Hitzezonen des IR- und Konvektionstyps und ebenso eine Kombination der beiden aufweisen. Der TRIAB-Speedoven, verkauft von Thermal Innovations Corporation, ist für die erfindungsgemäßen Zwecke geeignet. Eine Holzplatte, die ein erfindungsgemäßes Beschichtungspulver trägt, kann in einem gasgefeuerten IR-Ofen, erhältlich von Thermal Innovations Corporation, durch Vorerhitzen der Platte in dem Ofen bei einer Emittertemperatur von etwa 982 °C (1800 °F) für 4 bis 10 Sekunden und Nacherhitzen bei derselben Emittertemperatur für 6 bis 10 Sekunden gehärtet werden. Wenn eine Faserplatte mittlerer Dichte (bei etwa 4,4 °C (40 °F)) vorerhitzt und bei 982 °C (1800 °F) für etwa 6 Sekunden bzw. 6,5 Sekunden nacherhitzt wurde, betrug die Oberfläche der Platte nahe dem IR-Emitter etwa 154 °C (310 °F) nach dem Vorerhitzen und Nacherhitzen gleichermaßen. Die Oberfläche gegenüber dem IR-Emitter betrug etwa 10 °C (50 °F), als sie den Ofen verließ. Diese relativ kalten Platten können aufeinander gestapelt werden, wenn sie aus dem Ofen kommen. Eine höhere Emittertemperatur kann für dementsprechend kürzere Zeiten verwendet werden.
Die Filmdicke der gehärteten Beschichtung beträgt mindestens etwa 25,4 um (1 mil) und kann bis zu etwa 203,2 um (8 mil) oder sogar mehr betragen, wenn eine praktische Notwendigkeit dafür besteht. Filmdicken von 102 bis 152 um (4 bis 6 mil) werden regulär durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht, selbst bei Beschichtungsanlagengeschwindigkeiten von etwa 30,5 m (100 Fuß) pro Minute.
Die Erfindung wird in den folgenden Arbeitsbeispielen spezieller beschrieben, worin Teile in bezug auf das Gewicht dargestellt werden, wenn nicht anders angegeben.
Beispiele 1 bis 4 und Kontrolle
Beschichtungspulver wurden, wie oben beschrieben, aus folgenden Komponenten hergestellt:
Tabelle 1
Die Pulver von diesen Beispielen wurden elektrostatisch auf Stahlplatten beschichtet und bei 107 °C (225 °F) für 10 Minuten gehärtet, um 45,7 bis 55,9 um (1,8 bis 2,2 mil) dicke Filme zu erhalten. Wie in Tabelle 2 gezeigt, zeigt die ausgezeichnete Lösungsmittelbeständigkeit der Beispiele 1 und 3, daß schnelleres Härten unter Verwendung dieser Technologie erreicht wird. Weder das konventionell extrudierte Material (Kontrolle) noch der Blend ohne Katalysator in Komponente A (Beispiel 2) erreichte vollständige Härtung.
Tabelle 2
Beispiele 9 und 10
Beschichtungspulver wurden, wie oben beschrieben, aus den folgenden Komponenten hergestellt:
Tabelle 4
Beispiele 11 bis 15
Die Beschichtungspulver der Beispiele 9 und 10 wurden auf den vorerhitzten Holzplatten durch elektrostatische Pulverbeschichtungspistolen abgeschieden und auf einem Flachförderband in einem Ofen nacherhitzt, der durch IR- und Konvektionserwärmung erhitzt wurde, gemäß den Bedingungen, die in Tabelle 5 angegeben werden, worin die Ergebnisse ebenso angegeben werden.
Beispiele 16 bis 18
Das Beschichtungspulver von Beispiel 16 ist dasselbe wie das von Beispiel 1, außer für die Zugabe von 0,1 Gewichtsteilen eines optischen Aufhellers zu beiden Komponenten, A und B. Das Beschichtungspulver von Beispiel 17 ist dasselbe wie das von Beispiel 16, außer der Zugabe von 1,0 Teilen IRGAFOS 168 Antioxidationsmittel zu beiden Komponenten A und B des Pulvers von Beispiel 16. Das Beschichtungspulver von Beispiel 18 ist dasselbe wie das von Beispiel 16, außer der Zugabe von 1,0 Teilen IRGANOX 1425 zu beiden Komponenten A und B des Pulvers von Beispiel 16. Ein Beschichtungspulver von Vergleichsbeispiel 1 ist dasselbe wie das Pulver von Beispiel 16, außer der Zugabe von 1,0 Tsteilen IRGANOX 1098 zu beiden Komponenten A und B des Pulvers von Beispiel 16. Die Pulver der Beispiele 9 und 16 bis 18 sowie das Pulver des Vergleichsbeispiels wurden durch eine handbetriebene elektrostatische Pulverbeschichtungspistole auf einer Oberfläche einer 12,7 mm (0,5 Inch) dicken Holzplatte, deren Temperatur 110 bis 121 °C (230 bis 250 °F) betrug, abgeschieden und dann bei 149 bis 154 °C (300 bis 310 °F) für 30 und 60 Sekunden gehärtet. Die Pulver der Beispiele 1, 9 und 10 wurden durch eine handbetriebene elektrostatische Pulverbeschichtungspistole auf einer Oberfläche einer 19 mm (0,75 Inch) dicken Holzplatte, deren Temperatur etwa 250 bis 270 °F betrug, abgeschieden und dann bei 149 bis 154 °C (300 bis 310 °F) für 30, 60 und 90 Sekunden gehärtet. Die SK-Weißverschiebung jeder gehärteten Beschichtung, wie mit einem MacBeth 2020⁺ Spektrophotometer unter Verwendung der CIELAB COLORSPACE Delta B^*8(+) Gelbgradskala gemessen, wird in Tabelle 6 angegeben.
Tabelle 6
Beispiel 19
Eine gehärtete Beschichtung mit einer festen, feinen Textur und einem leicht trockenen Gefühl wurde erhalten, wenn ein Beschichtungspulver, wie oben hergestellt und mit einem Gewichtsverhältnis von Komponente A zu Komponente B von 70 : 30, auf eine horizontale Platte gespritzt wird, die für 5 Minuten in einem 177 °C (350 °F) Ofen vorerhitzt und dann 10 Minuten bei derselben Temperatur erhitzt wurde. Die gehärtete Beschichtung wies einen MEK-Wert von 4 auf. Wenn die Ofentemperaturen 149 °C (300 °F) betrugen, war der MEK-Wert derselbe, aber die Beschichtung fühlte sich weniger trocken an.

Claims

Verfahren zum Beschichten eines wärmeempfindlichen Substrats, welches das Aufbringen eines wärmehärtbaren Beschichtungspulver, welches ein Blend umfasst von: (A) einem extrudierten Gemisch eines Epoxyharzes und (i) eines Katalysators für das Epoxyharz oder (ii) eines Niedertemperatur-Härtungsmittels in einer Menge, welche nicht ausreichend ist, ein wesentliches Härten des Harzes während der Extrusion zu bewirken, und (B) einem separat zugegebenen Niedertemperatur-Härtungsmittel in Pulverform, welches ein Epoxyharzaddukt eines aliphatischen Polyamins mit einer primären oder einer sekundären Aminogruppe umfasst, welches gleich oder verschieden von dem Niedertemperatur-Härtungsmittel (ii) sein kann, in einer Menge, welche ausreichend ist, um das Härten des Harzes zu vervollständigen, wobei das separat zugegebene Niedertemperatur-Härtungsmittel das Epoxyharz bei einer Temperatur von 82 bis 143°C härtet, auf das Substrat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem gleichzeitig Konkurrenzreaktionen in dem aufgebrachten Beschichtungspulver stattfinden, wobei die Reaktionen sind: (A) ein Selbsthärten eines Teils des Epoxyharzes, welches in einem extrudierten Gemisch des Harzes und eines Katalysators vorliegt, und (B) eine Vernetzungsreaktion zwischen einem anderen Teil des extrudierten Harzes und dem Niedertemperatur-Härtungsmittels.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Reaktionen bei einer Temperatur von 82°C bis zu, aber nicht einschließlich, der Zersetzungstemperatur des Blends erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Temperatur der Reaktionen von 88 bis 143°C beträgt, vorzugsweise nicht mehr als 121 °C.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Geschwindigkeiten der Reaktionen (A) und (B) unterschiedlich sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Geschwindigkeit der Reaktion (B) größer als die der Reaktion (A) ist.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei das Epoxyharz kristallin ist.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei das Beschichtungspulver ein Blend ist, welches (A) ein gepulvertes, extrudiertes Gemisch eines selbsthärtenden Epoxyharzes und eines Katalysators dafür, und (B) ein gepulvertes Niedertemperatur-Härtungsmittel umfasst.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei das Beschichtungspulver ein Blend ist, welches (A) ein gepulvertes, extrudiertes Gemisch eines selbsthärtenden Epoxyharzes und einer Menge eines Niedertemperatur-Härtungsmittels, welche nicht ausreichend ist, um ein wesentliches Härten des Harzes während der Extrusion zu bewirken, und (B) eine ausreichende Menge des gleichen oder eines verschiedenen, separat zugegebenen Niedertemperatur-Härtungsmittels in Pulverform, um das Härten des Harzes auf einer Oberfläche eines Substrates zu vervollständigen, umfasst.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei das Pulver auf das Substrat durch elektrostatisches Spritzen aufgebracht wird.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei das Gewichtsverhältnis von dem Härtungsmittel zu dem Katalysator von 2:1 bis 15:1 beträgt.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die Menge des Katalysators etwa 2 Teile pro hundert Teile des extrudierten Harzes beträgt.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei das Beschichtungspulverblend ebenfalls mindestens ein Antioxidans, ausgewählt aus Natriumhypophosphit, Tris(2,4-di-t-butylphenyl)phosphit und Calciumbis([monoethyl-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl)phosphonat], einschließt.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei der Katalysator ein Imidazol mit der allgemeinen Formel:
ist, wobei R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig Wasserstoff oder jedweder Substituent, welcher nicht reaktiv mit dem Epoxyharz ist, sind.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig Alkyl-, Aryl- oder Alkarylgruppen sind.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei R² Methyl ist und R¹, R³ und R⁴ Wasserstoff sind.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei das beschichtete Substrat Holz ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Substrat Sperrholz, eine Spanplatte, eine orientierte Spanplatte bzw. OSB-Platte, eine Hartfaserplatte oder eine Faserplatte bzw. Pappe mittlerer Dichte umfasst.