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Hintergrund
der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ein Pulverbeschichtungssystem, in welchem ein
Gemisch eines Epoxyharzes und eines bei niedriger Temperatur härtenden
Mittels als eine Komponente extrudiert wird und unter Bildung eines
bei niedriger Temperatur härtbaren
Beschichtungspulvers pulverisiert wird. Das Pulver härtet bei
einer Temperatur von 107 bis 149°C
(225 bis 300°F)
und produziert eine Beschichtung mit einer ungewöhnlich glatten Oberfläche entweder
mit einem geringen oder mit einem hohen Glanz. Diese Erfindung betrifft
auch die elektrostatische Beschichtung massiver Metallgegenstände und
von Holz und von bei niedriger Temperatur härtenden Stoffen, um eine gefällige Glattheit
zu bekommen. Sie betrifft auch ein Verfahren zur Vermischung eines
Beschichtungspulvers durch Extrudieren eines Gemisches, das ein
Epoxyharz mit einer niedrigen Schmelzviskosität und ein Härtungsmittel umfaßt, das
bei niedriger Temperatur härtet,
bei einer Temperatur von etwa 160°F
bis etwa 220°F
(etwa 71 bis 104°C).
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In
althergebrachter Weise wurden Beschichtungspulver durch Extrudieren
eines Gemisches von Harzen und Härtungsmitteln,
um ein homogenes Gemisch zu erhalten, und anschließendes Vermahlen
des Extrudats und Sieben des zerkleinerten Produkts, um die erwünschte Teilchengröße und Teilchengrößenverteilung zu
erzielen, hergestellt. Das Pulver wird dann elektrostatisch auf
dem Substrat aufgebracht, üblicherweise
auf einem Metallsubstrat, bei einer Temperatur gehärtet, die
wesentlich höher
als 93°C
(200°F)
lag. Das Erreichen einer Pulverbeschichtungszusammensetzung, die
bei wärmeempfindlichen
Substraten bei weniger als 149°C (300°F) in weniger
als 5 Minuten härtet,
ist seit langem ein Ziel der Industrie. Die Härtung von Pulverbeschichtungen
auf Materialien, wie Holz, Kunststoff und dergleichen, war durch
die Tatsache beschränkt,
daß das
Extrudieren eines Gemisches eines Harzes und eines Härtungsmittels
zum Härten
bei niedriger Temperatur, d. h. eines solchen, das bei 121°C ((250°F) oder weniger
aktiv ist, dazu führen
würde,
daß das
Beschichtungspulver in dem Extruder zu Gel wird, weil normalerweise
beim Extrudieren genügend
Hitze erzeugt wird, um die Temperatur auf 93°C (200°F) oder höher zu bringen.
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Dieses
Problem wurde durch Extrudieren des Harzes und einer kleinen Menge
von Katalysator oder Niedertemperaturhärtungsmittel, Vermahlen des
Extrudats und anschließendes
Vermischen des resultierenden Pulvers mit einer zusätzlichen
Menge des Härtungsmittels
in Pulverform gemäß der Beschreibung
in der noch anhängigen, üblich übertragenen
Anmeldung EP-A-806 405 vermieden.
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Die
hohen Temperaturen, die durch das Extrudieren eines Härtungsmittels
mit einem Harz erzeugt werden, werden teilweise durch die Tatsache
verursacht werden, daß die
Temperatur ausreichen muß,
das Mischen von Harzen mit anfänglicher
hoher Schmelzviskosität
zu erleichtern. Noch höhere
Temperaturen werden durch die Reibung erzeugt, die aus dem Vermischen
der noch hochviskosen geschmolzenen Harze mit Härtungsmitteln, die bei Raumtemperatur
fest sind, resultieren.
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Douglas
S. Richart sagte in seinem Artikel, der im April 1996 mit der Bezeichnung „Powder
Coatings" veröffentlicht
wurde, daß die
Beschichtung von Holz mit einem Niedertemperaturhärtungspulver
praktisch unmöglich
ist, da die Beschichtung bei einer Temperatur unter 93°C (200°F) härten muß und das
Harz eine Fließtemperatur
von 5,5 bis 11°C
(10 bis 20°F)
niedriger als diese haben muß.
Harze mit geringeren Schmelzviskositäten haben jedoch allgemein
geringere Gasübergangstemperaturen.
Die Gegenwart eines Harzes mit einem sehr niedrigen Tg in
dem pulverisierten Extrudat steigert die Neigung zu sintern und
vermindert somit die Blockierbeständigkeit des Pulvers während der
Lagerung bei der normalen Maximaltemperatur von etwa 80°F (27°C).
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Es
ist daher ein Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zum Extrudieren
eines bei niedriger Temperatur härtbaren
Einkomponenten-Beschichtungspulvers zu bekommen.
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Es
ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein bei niedriger Temperatur
härtbares
Einkomponenten-Beschichtungspulver
zu erhalten, das zufriedenstellende Blockierbeständigkeit während der Lagerung bei normalen
Temperaturen aufweist.
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Es
ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein solches Beschichtungspulver
für hitzeempfindliche
Substrate und massive Metallgegenstände bereitzustellen.
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Noch
ein anderes Ziel dieser Erfindung ist es, ein Niedertemperaturverfahren
zur Erzeugung eines glatten, stark glänzenden Überzugs auf Holz zu erhalten.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
hitzehärtbaren
Einkomponenten-Beschichtungspulvers durch Extrudieren eines Gemisches
eines Epoxyharzes mit einer Schmelzviskosität von 0,2 bis 2,0 Pas (200
bis 200° Centipoise)
bei 150°C
und eines bei niedriger Temperatur härtenden Mittels, welches bei
27°C (80°F) fest ist
und ein Epoxyharzaddukt eines Polyamins ist, bei einer Temperatur
von nicht mehr als 104,5°C
(220°F),
Kühlen
des Extrudats und seine Zerkleinerung.
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Zum
Zwecke einer Beschreibung der Mengenverhältnisse von Komponenten in
den Zusammensetzungen nach dieser Erfindung schließt der Begriff „Harz" das per se vorhandene
Harz und das Härtungsmittel, aber
nicht den Katalysator, ein. Auch der Begriff „Einkomponenten-Beschich tungspulver" bedeutet, daß das Pulver
vollständig
nur durch Vermahlen und Sieben eines Extrudats eines Gemisches des
Harzes, Härtungsmittels,
Katalysators und von Additiven gebildet wird.
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Epoxyharze,
die für
die Zwecke dieser Erfindung geeignet sind, haben ein Äquivalentgewicht
von 100 bis 700. Gemische solcher Epoxyharze können verwendet werden. Ein
geeignetes Gemisch kann ein Epoxyharz mit einem Äquivalentgewicht zwischen 100
und 400 und ein solches mit einem Äquivalentgewicht zwischen 300
und 700 in einem Gewichtsverhältnis
von 1 : 99 bis 99 : 1 umfassen. Die Harze sind beispielsweise, aber
nicht ausschließlich
jene, die durch die Umsetzung von Epichlorhydrin und eines Bisphenols,
zum Beispiel Bisphenol A und Bisphenol F, erzeugt werden. Die niedrigen
Schmelzviskositäten
dieser Harze erleichtern ihr Extrudieren in einem Gemisch mit einem
Härtungsmittel,
Additiven und Pigmenten bei 71 bis 104,5°C (160–220°F). Die bevorzugte Schmelzviskosität liegt
bei 0,3 bis 1,0 Pas (300 bis 1000 Centipoise). Die Schmelzviskosität von Harzen
mit einem niedrigen Tg, d. h. von 35°C bis 55°C, ist zweckmäßig für die Zwecke dieser
Erfindung. Bekannte Epoxyharze, wie EPN (Epoxyphenolnovolak)- und
ECN (Epoxycresolnovolak)-Harze
und jene, die durch die Umsetzung von Isopropylidendiphenol (Bisphenol
A) mit Epichlorhydrin erhalten werden, sind geeignet für die Zwecke
dieser Erfindung. Bisphenol A-Epoxyharze werden unter den Handelsbezeichnungen
ARALDITE GT-7071, GT-7072, EPON 1001 und EPON 2042 vertrieben. ARALDITE GT-6259
ist die Handelsmarke für
ein ECN-Harz.
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Die
Verwendung eines kristallinen Epoxyharzes kann die Fließeigenschaften
des geschmolzenen Beschichtungspulvers verbessern. Ein besonders
erwünschter
Fluß wird
erreicht, wenn ein kristallines Epoxyharz 5 bis 20 Gew.-% der Gesamtmenge
an Epoxyharz, die in der Formulierung des Pulvers eingesetzt wird,
ausmacht. Die Leistung eines Beschichtungspulvers dieser Erfindung
verschlechtert sich, wenn der Gehalt an kristallinem Epoxyharz darin
erhöht
wird, wegen der relativ niedrigen Äquivalentgewichte solcher Harze
und wegen der bevorzugten Menge eines solchen Harzs in 10% oder
weniger aus jenem Grund. Ein kristallines Epoxyharz mit einem Schmelzpunkt
zwischen 80°C
und 150°C
ist bevorzugt. Ein kristallines Epoxyharz mit einem Äquivalentgewicht
von etwa 185, das von Shell unter der Handelsbezeichnung RSS 1407
vertrieben wird, ist für
die Zwecke dieser Erfindung geeignet.
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Wenn
Harze mit einem Tg von 35°C bis 40°C bei dieser
Erfindung verwendet werden, vermeidet man ein Sintern des Pulvers,
indem man die Temperatur in dem Extruder ansteigen läßt, um das
Niedertemperaturhärtungsmittel
für eine
Zeit zu aktivieren, die ausreicht, die Viskosität des Extrudats über den
Sinterpunkt hinaus anzuheben und dann das Extrudat rasch auf 10
bis 20°C
(50–70°F) zu kühlen, bevor
es geschnitzelt und gemahlen wird, um als Pulver bei einer solchen
Temperatur zu lagern, bei der ein weiterer Viskositätsaufbau
durch kontinuierliches Härten
vermieden wird. Ein anderer Weg, ein Sintern des Pulvers zu vermeiden, wenn
Harze mit niedrigem Tg verwendet werden,
ist der, das Harz mit einem kristallinen oder nicht-kristallinen Härtungsmittelpulver
vorzumischen, welches eine mittlere Teilchengröße von etwa 5 Mikron hat und
das sich in dem Extruder nicht verflüssigt. Das pulverisierte Mittel
reagiert nicht mit dem Harz so leicht wie dies das gleiche Härtungsmittel
in Flockenform tut. Ein spezielles Beispiel eines Härtungsmittels,
das so in der pulverisierten Form verwendet werden kann, wird unter
der Handelsmarke ANCAMINE 2441 vertrieben.
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Das
Niedertemperaturhärtungsmittel
dieser Erfindung ist eines, das bei einer Temperatur von 107 bis 149°C (225–300°F) aktiv
sein wird und ein Epoxyaddukt eines aliphatischen Polyamins (einschließlich zykloaliphatische
Polyamine) ist, welches eine primäre, sekundäre oder tertiäre Aminogruppe
oder eine Kombination solcher Aminogruppen haben kann. Beispiele
solcher Härtungsmittel
sind Härter,
die unter den Handelsnamen PF LMB 5218 (Ciba Geigy), ANCAMINE 2337
XS, ANCAMINE 2014 AS und ANCAMINE 2441 (Air Products & Chemicals) vertrieben
werden. Ein Epoxyaddukt eines aromatischen Polyamins, wie Methylendianilin,
ist auch ein geeignetes Härtungsmittel
für die
Zwecke dieser Erfindung. Es ist bevorzugt, daß die Funktionalität des adduktbildenden
Reaktionsgemisches 2 oder weniger ist und es ist besonders bevorzugt,
eine difunktionelle Epoxyverbindung zu verwenden. Die Menge an Niedertemperaturhärtungsmittel
liegt bei 2 bis 40 Teilen je hundert Teile des Harzes (phr), und
die bevorzugte Menge liegt bei 5 bis 20 phr. Zunehmende Gehalte
des Härtungsmittels
reduzieren die Gelzeit und steigern daher den Orangenhauteffekt.
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Ein
Katalysator kann in einer Konzentration von 0,1 bis 5 Teile je hundert
Teile des Harzes, vorzugsweise 0,2 bis 3 phr verwendet werden, um
die Härtungsreaktion
mit dem Niedertemperaturhärtungsmittel
zu beschleunigen. Bevorzugte Katalysatoren für diese Erfindung sind Imidazole
und Epoxy-Addukte hiervon, wobei die Imidazole die folgende allgemeine
Formel haben:
worin R
1,
R
2, R
3 und R
4 unabhängig
voneinander Wasserstoff, Alkyl, Aryl oder irgendein Substituent
sind, welcher nicht mit dem Epoxyharz reagiert. Zum Zwecke dieser
Erfindung wird der Begriff Imidazol hier so verwendet, daß er sowohl
die substituierten als auch die unsubstituierten Imidazole einschließen soll.
Imidazole selber neigen dazu, unlöslich in Epoxyharzen zu sein.
Somit werden Epoxy-Addukte gemacht, um sie verträglicher mit dem Epoxysystem
dieser Erfindung zu machen. Geeignete Addukte solcher Imidazole
mit einem Bisphenol A-Epoxyharz sind im Handel erhältlich bei
der Shell Chemical Company unter deren Handelsmarke EPON, zum Beispiel
EPON P-101, und auch bei Ciba-Geigy Corporation unter deren Bezeichnung
HT 261. Beispiele geeigneter Imidazole sind Imidazol-2-Methylimidazol
und 2-Phenylimidazol. Für
verbesserte Farbbeständigkeit
ist das 2-Phenylimidazol
bevorzugt, welches bei der SW Chemical Co. erhältlich ist. Eine besonders
harte Oberfläche
erhält
man, wenn eine Kombination des Härtungsmittels
ANCAMINE 2441 mit 2-Phenylimidazol verwendet
wird, um ein Epoxyharz mit einem mittleren T
g und
Schmelzviskosität
zu härten.
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Obwohl
die Anmelder nicht an irgendeine Theorie gebunden sind, wird doch
angenommen, daß ein Imidazol
sich als Addukt an ein Epoxyharz durch ein Öffnen des Epoxyringes bindet,
was zur Bindung des Epoxy-Sauerstoffs an die C=N-Bindung des Imidazolrings
führt.
Das als Addukt gebundene Imidazol bewegt sich von einer Epoxygruppe
zur anderen, was ein Öffnen
des Epoxyrings und die Härtungsreaktionen
erleichtert.
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Ein
tertiäres
Amin, wie Triethylamindiamin, erhältlich unter der Handelsmarke
ACTIRON SI 27071 bei der Synthron Chemicals, ist ein anderer Typ
von Härtungskatalysator,
der bei dieser Erfindung verwendet werden kann.
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Verschiedene
Glanzstufen für
die gehärteten Überzüge können durch
die Wahl der Epoxyharze, der Härtungsmittel,
der Härtungskatalysatoren
und der relativen Mengen von jedem erhalten werden. Ein geringerer
Glanz kann beispielsweise durch die Verwendung einer Kombination
von Dicyandiamid (eines langsam wirkenden Mittels) und eines schnell
wirkenden Mittels zur Einstellung von kompetitiven Reaktionen erreicht
werden. Ein geschmolzener und thermisch gehärteter Pulverüberzug kann
aus einem Epoxyharz mit einem Äquivalentgewicht
von etwa 400 gemacht werden und einen Glanzwert von 60° so niedrig
wie etwa 10 besitzen, während
ein Glanzwert von etwa 90 erreicht werden kann, wenn das Äquivalentgewicht
etwa 650 ist und das Härtungsmittel
und der Härtungskatalysator
ausgetauscht werden.
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Das
Beschichtungspulver kann auch ein Flußsteuerungsmittel im Bereich
von etwa 0,5 bis etwa 2,0 phr enthalten. Beispiele der Flußsteuerungsmittel
sind etwa MODAFLOW (Poly-(alkylacrylat)-Produkte und die acetylenischen Diole
SURFINAOL einschließen;
sie können
einzeln oder in Kombination verwendet werden. Antioxidationsmittel
können
auch in einer Konzentration von etwa 0,5 bis 2,0 phr verwendet werden,
um die Verfärbung
der Überzüge selbst
bei den relativ niedrigen Härtungstemperaturen,
die für
die Zwecke dieser Erfindung geeignet sind, zu verhindern. Beispiele
der Antioxidationsmittel, die bei dieser Erfindung brauchbar sind,
sind etwa Natriumhypophosphit, Tris-(2,4-di-ter-butyl-phenyl)-phosphit (vertrieben
unter der Handelsbezeichnung IRGAFOS 168) und Calcium-bis-([monoethyl(3,5-di-ter-butyl-4-hydroxybenzyl)-phosphonat]
(vertrieben unter der Handelsbezeichnung IRGANOX 1425). Gemische
von Antioxidationsmitteln können
auch verwendet werden.
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Das
Pulver dieser Erfindung kann in Beschichtungsglas, Keramik und graphitgefüllten Zusammensetzungen
sowie metallischen Substraten, wie Stahl und Aluminium, verwendet
werden. Viel Wärme
wird durch Erhitzen dicker oder massiver Metallgegenstände vergeudet,
um die Oberflächentemperatur
auf die hohen Werte zu steigern, die bei herkömmlichen Beschichtungspulvern
erforderlich sind. Die spezielle Brauchbarkeit des Pulvers dieser
Erfindung in der Beschichtung von wärmebeständigen Substraten, wie Kunststoffen,
Papier, Karton und Holz, macht es sehr reizvoll als eine handelsübliche lebensfähige Alternative
zu den Flüssigbeschichtungen,
die am universellsten in der Vergangenheit verwendet wurden. Für diese
Zwecke dieser Erfindung wird Holz als irgendein Lignozellulosematerial
definiert, gleichgültig
ob es von Bäumen
oder anderen Pflanzen kommt und ob es in seiner natürlichen
Form, gemahlen oder zu Sperrholz, Spanplatten oder Faserplatten
verschiedener Dichten hergestellt wird. Beispiele sind Nutzholz,
Panel, Formen, Schneiden, ausgerichtete Strangbretter, Hartholz
und Faserplatten mittlerer Dichte (MDF). Die Teilchenplatten können Standardplatten
oder zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit behandelte Platten
sein. Holz mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 3 bis 10 Gew.-% ist
zweckmäßig für diese
Erfindung. Eine poröse
Teilchenplatte, vorbeschichtet mit einer leitfähigen Flüssigbeschichtungszusammensetzung
und gehärtet,
kann auch als ein Substrat für das
Beschichtungspulver nach dieser Erfindung dienen. Beispielsweise
wird ein 51 bis 76 μ dicker
glatter (2 bis 3 mil) dicker Pulverüberzug auf einer 25 bis 50 μm dicken
(0,5 bis 1 mil) UV- oder thermisch gehärteten Vorbeschichtung erreicht
werden.
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Pigmente,
optische Aufheller, Füllstoffe,
wie Calciumcarbonat und Bentonittone, texturierende Mittel, wie
feinteiliger Kautschuk, und andere herkömmliche Additive können auch
vorhanden sein. Eine besonders erwünschte texturierte Nachbehandlung
kann durch die Zugabe von 14 bis 20 phr des Kautschuks zu der Beschichtungszusammensetzung
zusammen mit Calciumcarbonat bei einem Verhältnis von Kautschuk zu Carbonat
von 0,7 : 1 bis 1,5 : 1 Gew.-% erhalten werden. Titandioxid in einer
Menge von 5 bis 50 phr oder mehr ist ein Beispiel eines Pigments,
das verwendet werden kann. Ein optischer Aufheller, beispielweise 2,2'-(2,5-Thiophendiyl)-bis-(5-ter-butylbenzoxazol,
vertrieben unter der Handelsbezeichnung UVITEX OB, kann in einer
Menge von 0,1 bis 0,5 phr vorliegen.
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Das
Beschichtungspulver dieser Erfindung kann nach irgendeiner der üblichen
Pulverbeschichtungsverfahren angewendet werden.
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Platten
mit flacher Oberfläche
und Nuten können
mit tribo-elektrischen Pistolen auf einer flachen Linienfördereinrichtung
mit elektrisch leitenden Bändern
um den Umfang des Förderbandes
beschichtet werden. Eine geeignete flache Pulverbeschichtungslinienapparatur
umfaßt
eine solche Beförderungseinrichtung,
die sich durch eine Pulverbeschichtungskabine erstreckt, worin ein
hölzerner
Gegenstand von dem Beförderungsband
unterstützt
und bewegt wird und dabei tribo-elektrisch mit einer Mehrzahl von
Pistolen beschichtet wird, die in Nachbarschaft zueinander und in
einem oder mehreren Etagengestellen angeordnet sind. Der das Pulver
tragende Gegenstand wird dann durch einen Härtungsofen mit mehreren Heizzonen
befördert,
von denen einige durch IR-Lampen, andere durch Wärmekonvektion und noch andere
durch eine Kombination von beidem erhitzt werden. Die Beschichtung
und die Geschwindigkeiten der Härtungslinie
können
gleich oder verschieden sein, je nach der Länge des Härtungsofens. Die Liniengeschwindigkeit
durch die Pulveraufbringungskabine kann von 1,5 bis 45,7 mm (5 bis
150 Fuß)
je Minute sein, doch ist sie vorzugsweise 6,1 bis 30,5 m (20 bis
100 Fuß)
je Minute. Die Liniengeschwindigkeit durch den Härtungsofen kann andererseits
1,5 bis 6,1 m (5 bis 20 Fuß)
je Minute betragen, je nach der Ofentemperatur und dem speziell
verwendeten Beschichtungspulver. Die Härtungstemperatur kann im Bereich
von 107° (225°F) bis zur,
aber nicht einschließlich
der Zersetzungstemperatur des Pulvers liegen. Es ist bevorzugt,
die Härtungstemperatur
im Bereich von 107 bis 149°C (225
bis 300°F)
zu halten, und noch stärker
bevorzugt ist es, die Härtungstemperatur
von 107 bis 121°C
(225 bis 250°F)
zu halten. Es ist auch bevorzugt, daß die Beschichtungs- und Härtungsliniengeschwindigkeiten
auf die Ofenlänge
derart eingestellt werden, daß sie
abgeglichen sind.
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Vor
Erhitzen der Platte vor der Beschichtungsstufe ist in einigen Fällen bevorzugt,
zum Beispiel um zu unterstützen,
daß das
Pulver seine Fließtemperatur
in der ersten Zone des Ofens erreicht und auch ein Ausgasen während der
Härtung
minimiert. Der Ofen kann mehrere Heizzonen vom IR- und Konvektionstyp
haben, auch eine Kombination von beidem.
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Die
Filmdicke der gehärteten
Beschichtung ist wenigstens etwa 1 mil und kann so stark wie etwa
8 mil oder höher
sein, wenn es hierfür
einen praktischen Bedarf gibt. Filmdicken von etwa 4 bis etwa 6
mil werden regelmäßig mit
dem Verfahren dieser Erfindung erreicht.
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Die
Gelzeit des Beschichtungspulvers nach dieser Erfindung wurde gemäß ASTM-Spezifikation D-3451 (14) gemessen,
in welcher eine kleine Menge Pulver auf eine heiße Platte von 300°F (149°C) aufgetropft
und mit einer Zungenniederhalteeinrichtung geschlagen wurde, bis
kontinuierliche und leicht brechbare Fäden gebildet wurden, wenn die
Niederhaltevorrichtung aus der Probe gehoben wurde. Die vergangene
Zeit hierfür
wurde in Sekunden gemessen und ist die Gelzeit.
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Der
Btockierwiderstand eines Beschichtungspulvers wird getestet, indem
man etwa 2,54 cm (1 Inch) des Pulvers in eine Röhre gibt, eine 100 g Beladung
oben auf das Pulver aufsetzt und es bei 43°C (110°F) 24 Stunden erhitzt. Nach
Entfernung des Inhalts aus der Röhre
wird der Sinterungsgrad auf einer Skala von 1 bis 10 gemessen, wobei
1 vollständig
frei fließend
bedeutet und 10 nicht-fließend
bedeutet. Pulver mit einem Wert geringer als 5 sind akzeptierbar.
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Der
Schmelzfluß der
heißen
Platte (HPMF) der Pulverbeschichtungszusammensetzung nach der Erfindung
wurde gemessen, indem ein Pellet des Pulvers mit einem Durchmesser
von 12,7 mm und 6 mm Dicke auf einer heißen Platte bei 375°F (190 ± 2°C) in einem
Neigungswinkel von 35° aufgesetzt
wurde. Wenn das Pellet schmilzt und die Platte abwärts läuft, wird
die Länge
des Flusses in mm gemessen. Der Fließabstand ist abhängig von
der Anfangsschmelzviskosität,
der Reaktionsgeschwindigkeit, Temperatur, bei welcher der Test durchgeführt wird
und der Art und Menge des Katalysators. Die Hoffman-Kratzfestigkeit
des beschichteten Gegenstandes, der nach dieser Erfindung hergestellt
wurde, wurde mit der Byk-Gardner-Kratztestvorrichtung gemessen.
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Die
Taber-Abriebbeständigkeit
des beschichten Gegenstandes, der nach dieser Erfindung hergestellt wurde,
wurde gemäß ASTM D-4060
unter Verwendung von CS-10 Rädern
und einer 1000 Gramm-Belastung gemessen.
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Die
Erfindung wird spezieller in den folgenden Ausführungsbeispielen beschrieben,
worin Teile Gewichtsteile sind, wenn nichts anderes angegeben ist.
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Beispiele 1–3
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Drei
Harze zunehmender Viskosität
und mit zunehmendem Tg, wie in Tabelle A
gezeigt, wurden als Schmelze mit Polyamin-Addukten vermengt, und
die anderen Komponenten, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden in
einem Doppelschneckenextruder zugemischt. Das Extrudat wurde zwischen
wassergekühlten
Walzen gekühlt,
in Späne
zerbrochen und dann zu einem Pulver vermahlen. Durch ein 74-μm (200 Maschen)-Sieb
gehendes Pulver wurde elektrostatisch auf kaltgewalzten Stahl-Q-Platten als Beschichtung
aufgebracht und bei 149°C
(300°F)
5 Minuten gehärtet,
um eine Filmdicke von 51 bis 76 μm
(2 bis 3 mil) zu erhalten. Wie in Tabelle 2 gezeigt, demonstriert
die überlegene
Lösungsmittelbeständigkeit
und Blockierbeständigkeit
der Beispiele 1–3,
daß schnellere
Härtung
unter Verwendung dieser Technologie erzielt wird. Die Extrudat-Temperaturen und
die Eigenschaften der ungehärteten
und gehärteten
Pulver sind in Tabelle 2 angegeben.
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Tabelle
2 zeigt die signifikante Verminderung der Temperatur, die das Extrudat
erreicht, wenn ein Epoxyharz mit niedriger Viskosität verwendet
wird. Die kürzeren
Gelzeiten für
die Pulver, welche die viskoseren Harze enthalten, werden durch
die Teilhärtung
des Harzes in dem Extruder bei den höheren Temperaturen verursacht.
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Beispiele 4–6
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Die
Verwendung nicht als Addukte gebundener Imidazole als ein Härtungskatalysator,
die Praxis nach der Erfindung ohne einen Härtungskatalysator und die Verwendung
eines bei hoher Temperatur härtenden
Mittels in Kombination mit einem bei niedriger Temperatur härtenden
Mittel und einem Katalysator sind durch die Zusammensetzungen und
Eigenschaften derselben in Tabelle 3 und 4 gezeigt.
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Die
Eigenschaften des Beschichtungspulvers mit einem Gehalt an Imidazol
als Katalysator empfehlen dieses Pulver für die Verwendung, wo schnelle
Härtung
erforderlich ist, wie beispielsweise bei der Beschichtung von Verstärkungsstangen.
Es hat die beste Härtung,
wie durch seine MEK-Widerstandsfähigkeit
gezeigt ist, und seine Fließeigenschaften
sind außerordentlich
gut.
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Beispiele 7–9
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Die
folgenden Beispiele erläutern
die Leistung von Härtungsmitteln,
die sekundäre
und tertiäre
Aminogruppen enthalten. Das Beschichtungspulver, das durch ein 74 μm (200 Maschen)-Sieb
ging, wurde aus einer Triboladungspistole auf 2,54 cm (1 Inch) dickes
Medium aus dichter Faserplatte (MDF) aufgesprüht, die in einem Ofen von 177°C (350°F) 10 Minuten
auf eine Oberflächentemperatur
von 116°C
(240°F)
vorerhitzt wurde. Die Pulverbeschichtung wurde durch Erhitzen der
Platten auf 177°C
(350°F)
während
5 Minuten gehärtet, um
eine Oberflächentemperatur
von 138°C
(280°F)
zu erreichen.
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Vergleichsbeispiel 1
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Eine
Zweikomponenten-Epoxypulverbeschichtungszusammensetzung, beschrieben
in Beispiel 9 von EP-A-806 445, wurde zu Vergleichszwecken mit der
Zusammensetzung dieser Erfindung hergestellt. Die Komponenten A
und B der Formulierung, die in Tabelle 7 gezeigt ist, werden separat
extrudiert und dann vermahlen und in der üblichen Weise klassifiziert.
65 Gewichtsteile der Komponente A und 35 Teile der Komponente B wurden
unter Bildung der Beschichtungspulverzusammensetzung des Vergleichsbeispiels
1 vermengt. Das Pulver des Vergleichsbeispiels 1 wurde auf eine Holzplatte
aufgebracht, die auf eine Plattentemperatur von 104 bis 110°C (220–230°F) vorerhitzt
und bei einer Plattentemperatur von 132 bis 138°C (270–280°F) während etwa 5 Minuten gehärtet worden
war. Die Eigenschaften der gehärteten
Beschichtung sind in Tabelle 8 gezeigt.
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Beispiele 10–12
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Die
folgenden Beispiele erläutern
die Kombinationseffekte von Härtungsmitteln
mit unterschiedlicher Härtungsgeschwindigkeit
und Epoxyharze mit niedrigen und/oder hohen Äquivalentgewichten auf dem
Glanz von Pulverbeschichtungen nach dieser Erfindung. Das Beschichtungspulver,
das durch ein Sieb von 74 μm (200
Maschen) ging, wurde aus einer Triboladungspistole auf 2,5 cm (1
Inch) dickes Medium, dichte Faserplatte (MDF) aufgesprüht, die
in einem 171°C
(350°F)-Ofen
während
10 Minuten auf eine Oberflächentemperatur von
177°C (350°F) während 5
Minuten vorerhitzt war, um eine Oberflächentemperatur von 138°C (280°F) zu bekommen.
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Beispiele 13–17
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Beschichtungspulver,
formuliert wie ähnlich
in Tabelle 11 gezeigt, wurden durch Extrudieren durch ein Mundstück in einen
Extruder mit einem bei 300 Umdrehungen/Minute arbeitenden Rotor
mit 12 Stiften hergestellt, und dessen Vorderzone wurde auf 120°C eingestellt,
und die Rückzone
blieb kühl.
Das Extrudat wird geschnitzelt und gemahlen, indem es durch ein
Sieb mit 74 μm
(200 Maschen ging). Das resultierende Pulver wurde elektrostatisch
aus einer Triboladungspistole auf ein 2,5 cm dickes (1 Inch) Medium
aus dichter Faserplatte (MDF) aufgesprüht, wobei die Faserplatte in
einem Ofen von 177°C
(350°F)
während
10 Minuten auf eine Oberflächentemperatur
von 116°C
(240°F)
erhitzt worden war. Die Pulverbeschichtung wurde durch Erhitzen
der Platten auf 177°C (350°F) während 5
Minuten gehärtet,
um eine Oberflächentemperatur
von 138°C (280°F) zu erreichen.
Die Dicke des Überzugs
war 102 bis 178 μm
(4 bis 7 mil).
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