ES2323777T3 - Aparato y procedimiento de revestimiento en polvo. - Google Patents
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Abstract
Un aparato para realizar un procedimiento para formar un revestimiento sobre un substrato, que incluye: una cámara de fluidización para establecer un lecho fluidizado de una composición de revestimiento en polvo, efectuando por ello una carga tribostática de la composición de revestimiento en polvo, medios para sumergir el substrato total o parcialmente en el lecho fuidizado, por lo que las partículas tribostáticamente cargadas de la composición de revestimiento en polvo se adhieren al substrato, un electrodo conductor de la electricidad, al que se aplica un voltaje, colocado para influir hasta qué punto las partículas cargadas se adhieren a una región del substrato, medios para aplicar el voltaje al electrodo, medios para retirar el substrato del lecho fluidizado y medios para formar con las partículas adherentes un revestimiento continuo sobre por lo menos parte del substrato, estando el aparato dispuesto para funcionar sin ionización o efectos de corona en el lecho fluidizado, caracterizado porque el substrato está eléctricamente aislado o conectado a tierra.
Description
Aparato y procedimiento de revestimiento en
polvo.
La invención se refiere a un aparato y un
procedimiento para la aplicación de composiciones de revestimiento
en polvo a substratos.
Los revestimientos en polvo son composiciones
sólidas que se aplican usualmente por un procedimiento de aplicación
electrostática en el que las partículas de revestimiento en polvo
se cargan electrostáticamente y se provoca que se adhieran a un
substrato que usualmente es metálico y está eléctricamente conectado
a tierra. La carga de las partículas de revestimiento en polvo se
consigue usualmente por interacción de las partículas con aire
ionizado (carga de corona) o por fricción (carga triboeléctrica,
tribostática o "tribo") empleando una pistola de
pulverización. Las partículas cargadas se transportan en aire hacia
el substrato y su deposición final está influenciada, entre otras,
por las líneas de campo eléctrico que se generan entre la pistola de
pulverización y el substrato.
Una desventaja del procedimiento de carga de
corona es que hay dificultades al revestir substratos que tienen
formas complicadas, especialmente substratos que tienen porciones
huecas, que son el resultado del acceso restringido de las líneas
de campo eléctrico a las localizaciones huecas en el substrato (el
efecto de jaula de Faraday). El efecto de jaula de Faraday es menos
evidente en el caso del procedimiento de carga tribostática pero el
procedimiento tiene otros inconvenientes.
Como alternativa a los procedimientos de
pulverización electrostática, las composiciones de revestimiento en
polvo se pueden aplicar por procedimientos en los que el substrato
se precalienta (típicamente de 200ºC a 400ºC) y se sumerge en un
lecho fluidizado de la composición de revestimiento en polvo. Las
partículas de polvo que se ponen en contacto con el substrato
precalentado se funden y se adhieren a la superficie del substrato.
En el caso de composiciones de revestimiento en polvo
termoendurecible, el substrato inicialmente revestido se puede
someter a calentamiento adicional para completar el curado del
revestimiento aplicado. Tal post-calentamiento
puede no ser necesario en el caso de composiciones de revestimiento
en polvo termoplástico.
Los procedimientos de lecho fluidizado eliminan
el efecto de jaula de Faraday, permitiendo por ello que se revistan
las porciones huecas en la pieza de trabajo de substrato que se va a
revestir y son atractivos en otros aspectos, pero se sabe que
tienen la desventaja de que los revestimientos aplicados son
sustancialmente más gruesos que los obtenibles por procedimientos
de revestimiento electrostático.
Otra técnica de aplicación alternativa para las
composiciones de revestimiento en polvo es el denominado
procedimiento de lecho fluidizado electrostático, en el que se
ioniza aire por medio de electrodos de carga dispuestos en una
cámara de fluidización o, más usualmente, en una cámara impelente
situada debajo de una membrana porosa de distribución de aire. El
aire ionizado carga las partículas de polvo, que adquieren un
movimiento global ascendente como resultado de la repulsión
electrostática de las partículas idénticamente cargadas. El efecto
es que se forma una nube de partículas de polvo cargadas por encima
de la superficie del lecho fluidizado. El substrato está conectado
a tierra usualmente y se introduce dentro de la nube de partículas
de polvo algunas de las cuales se depositan sobre la superficie del
substrato por atracción electrostática. No se requiere
precalentamiento del substrato en el procedimiento del lecho
fluidizado electrostático.
El procedimiento del lecho fluidizado
electrostático es especialmente apropiado para revestir pequeños
artículos, porque el porcentaje de deposición de las partículas de
polvo se reduce a medida que el articulo se aleja de la superficie
del lecho cargado. Además, como en el caso del procedimiento de
lecho fluidizado tradicional, el polvo se confina en un recinto y
no se necesita proporcionar equipo para el reciclado y remezcla de
la sobre-pulverización que no se deposita sobre el
substrato. Como en el caso del procedimiento electrostático de
carga de corona, sin embargo, hay un fuerte campo eléctrico entre
los electrodos de carga y el substrato y, como resultado, el efecto
de jaula de Faraday funciona hasta cierto punto y conduce a una
pobre deposición de partículas de polvo en las localizaciones
huecas sobre el substrato.
El documento US 6.280.798 describe un
procedimiento de lecho fluidizado que usa partículas de
revestimiento en polvo tribocargado para revestir un substrato
conductor al que se aplica un voltaje.
La invención proporciona un aparato para
realizar un procedimiento para formar un revestimiento sobre un
substrato, que incluye:
una cámara de fluidización para establecer un
lecho fluidizado de una composición de revestimiento en polvo,
efectuando por ello una carga tribostática de la composición de
revestimiento en polvo,
medios para sumergir el substrato total o
parcialmente en el lecho fluidizado, por lo que las partículas
tribostáticamente cargadas de la composición de revestimiento en
polvo se adhieren al substrato, estando el substrato eléctricamente
aislado o conectado a tierra.
un electrodo conductor de la electricidad, al
que se aplica un voltaje, colocado para influir hasta qué punto las
partículas cargadas se adhieren a una región del substrato,
medios para aplicar el voltaje al electrodo,
medios para retirar el substrato del lecho
fluidizado y
medios para formar con las partículas adherentes
un revestimiento continuo sobre por lo menos parte del
substrato,
estando el aparato dispuesto para funcionar sin
ionización o efectos de corona en el lecho fluidizado.
El electrodo ejerce su influencia sobre una
región del substrato e influye sobre el revestimiento de dicha
región según la proximidad del electrodo a la región y del voltaje
aplicado al electrodo.
Una disposición del aparato incluye un segundo
electrodo al que se aplica un voltaje que es de polaridad opuesta
al primer voltaje identificado, estando el primer electrodo
identificado y el segundo electrodo en lados opuestos del substrato
y estando el segundo electrodo situado para influir hasta qué punto
las partículas cargadas se adhieren a una región del substrato, y
medios para aplicar un voltaje de la polaridad opuesta al segundo
electrodo.
Otra disposición del aparato incluye por lo
menos un electrodo adicional adyacente al primer electrodo
identificado, estando el electrodo o electrodos adicionales
colocados para influir hasta qué punto las partículas cargadas se
adhieren a una región respectiva del substrato o regiones
respectivas del substrato, y medios para aplicar un voltaje de la
misma polaridad que el primer voltaje identificado al electrodo o
electrodos adicionales.
Otras disposiciones del aparato incluyen una
pluralidad de electrodos adicionales, en las que los electrodos
adicionales incluyen el substrato.
En una disposición, el primer electrodo
identificado está en forma de una varilla.
En otra disposición, el primer electrodo
identificado está en la forma de una placa.
Preferentemente, en una disposición que incluye
por lo menos un electrodo adicional, el electrodo adicional está en
la forma de una placa y otros electrodos adicionales están en la
forma de placas.
El primer electrodo identificado y cualquier
otro electrodo son tales que, al funcionar, al voltaje o voltajes
aplicados, no se establecen en el aparato condiciones de ionización
o de corona.
De este modo, por ejemplo, el primer electrodo
identificado y cualquier otro electrodo incluye solo superficies
relativamente lisas inapropiadas para producir ionización o
condiciones de corona y los bordes y esquinas, que son el resultado
de la forma del electrodo o electrodos, se redondean como medio de
evitar la ionización o las condiciones de corona. Alternativamente
o adicionalmente, los bordes y esquinas se cubren con material
aislante para evitar la ionización o las condiciones de corona.
La separación entre el electrodo o electrodos y
el substrato y los voltajes aplicados al electrodo o electrodos son
tales que, al funcionar, no se establecen condiciones de ionización
o de corona en el aparato.
A modo de ejemplo, la separación entre el
electrodo o electrodos y el substrato puede ser 10 cm y el voltaje
aplicado al electrodo o electrodos puede ser 5 kV, dando como
resultado un gradiente de potencial de 0,5 kV/cm, que está bastante
por debajo del gradiente de potencial requerido para las condiciones
de ionización o corona.
Un gradiente de potencial de 0,5 kV/cm se puede
conseguir, por supuesto, para otras separaciones entre el substrato
y el electrodo o electrodos ajustando el voltaje aplicado al
electrodo o electrodos consecuentemente.
Se pueden usar también gradientes de potencial
mayores de 0,5 kV/cm pero aún por debajo de los gradientes de
potencial que establecen condiciones de ionización o de corona,
siendo seleccionados según sea apropiado la separación entre el
substrato y el electrodo o electrodos y el voltaje aplicado al
electrodo o electrodos.
En funcionamiento, por ejemplo, el gradiente de
potencial entre el electrodo o electrodos y el substrato puede ser
del orden de entre 0,1 kV/cm y 5 kV/cm.
El aparato se puede hacer funcionar, por
ejemplo, con un gradiente de potencial del orden de entre 0,1 kV/cm
y 0,5 kV/cm.
Alternativamente, el aparato se puede hacer
funcionar, por ejemplo, con un gradiente de potencial del orden de
entre 0,2 kV/cm y 1 kV/cm.
En una disposición particular, según la
invención, el primer electrodo identificado y la pluralidad de
electrodos adicionales se disponen en forma de una "envoltura"
que por lo menos rodea parcialmente al substrato. Tal envoltura
puede ser continua o discontinua.
En otra disposición más, el primer electrodo
identificado forma una envoltura para el substrato.
En una disposición que incluye una envoltura, la
envoltura consiste en o incluye material de lámina.
En otra disposición que incluye una envoltura,
por lo menos parte de la envoltura consiste en un conjunto de
varillas.
La envoltura puede tener la forma de una lámina
continua, que forma un recinto de ajuste ceñido para la mayoría o
todos los substratos, cumpliendo los requerimientos indicados
anteriormente para la separación entre el electrodo o electrodos y
el substrato.
Alternativamente, la envoltura puede estar en la
forma de una pluralidad de láminas separadas, que forman un recinto
de ajuste ceñido para la mayoría o todos los substratos, y los
límites de las láminas se pueden solapar entre sí pero no necesitan
solaparse, cumpliendo los requisitos indicados anteriormente para la
separación entre el electrodo o electrodos y el substrato.
Como otra alternativa, la envoltura se puede
formar por una pluralidad de varillas, que forman un recinto de
ajuste ceñido para la mayoría o todos los substratos, y las varillas
se pueden solapar entre sí pero no necesitan solaparse. Puede haber
una selección formada por dos conjuntos de varillas que son
ortogonales entre sí.
En disposiciones que incluyen una envoltura, la
forma de la envoltura puede ser tubular, tubular que incluye un
miembro de cierre del extremo en un extremo o tubular que incluye
miembros de cierre del extremo en ambos extremos.
Alternativamente, la forma de la envoltura puede
ser cilíndrica o puede, por ejemplo, tener una sección transversal
circular, una sección transversal ovalada o una sección transversal
rectangular.
En disposiciones particulares de la envoltura,
la envoltura tiene una pluralidad de porciones eléctricamente
aisladas y el aparato incluye medios para aplicar los voltajes
respectivos a porciones separadas de la envoltura.
En una forma del aparato, el lecho fluidizado
incluye una cámara de fluidización una parte de la cual por lo
menos es conductora y el aparato incluye medios para aplicar un
voltaje a la parte conductora de la cámara de fluidiza-
ción.
ción.
La invención proporciona también un
procedimiento para formar un revestimiento sobre un substrato, que
incluye las etapas de:
establecer un lecho fluidizado de una
composición de revestimiento en polvo, efectuando por ello una carga
tribostática de la composición de revestimiento en polvo,
sumergir el substrato total o parcialmente en el
lecho fluidizado, por lo que las partículas tribostáticamente
cargadas de la composición de revestimiento en polvo se adhieren al
substrato, estando el substrato conectado a tierra o eléctricamente
aislado,
proporcionar un electrodo conductor de la
electricidad en el lecho fluidizado,
aplicar un voltaje al electrodo conductor de la
electricidad,
estando colocado el electrodo, en relación al
substrato, en el hasta qué punto las partículas cargadas se
adhieren a regiones del substrato está influenciado por el
electrodo,
retirar el substrato del lecho fluidizado, y
formar con las partículas adherentes un
revestimiento continuo sobre por lo menos parte del substrato,
siendo efectuado el procedimiento sin ionización
o efectos de corona en el lecho fluidizado.
En el procedimiento, el electrodo ejerce su
influencia sobre una región del substrato e influye en el
revestimiento de dicha región según la proximidad del electrodo a
la región y el voltaje aplicado al electrodo.
Una forma del procedimiento incluye la provisión
de un segundo electrodo sobre el lado opuesto del substrato con
relación al primer electrodo identificado, estando colocado el
segundo electrodo para influir hasta qué punto las partículas
cargadas se adhieren a una región del substrato, y aplicando al
segundo electrodo un voltaje que es de polaridad opuesta al primer
voltaje identificado.
Una forma alternativa del procedimiento incluye
la provisión de por lo menos un electrodo adicional adyacente al
primer electrodo identificado, estando colocado el electrodo o
electrodos adicionales para influir hasta qué punto las partículas
cargadas se adhieren a una región respectiva del substrato o
regiones respectivas del substrato y aplicando al electrodo o
electrodos adicionales un voltaje de la misma polaridad que el
primer voltaje identificado.
En el procedimiento de la presente invención,
las partículas de la composición de revestimiento en polvo se
adhieren al substrato como resultado de la carga por fricción
(triboeléctrica, tribostática, o carga "tribo") de las
partículas cuando rozan entre sí al circular en el lecho
fluidizado.
El procedimiento de la presente invención se
realiza sin ionización o efectos corona en el lecho fluidizado.
En el procedimiento de la invención, el
substrato puede ser conductor de la electricidad (metal u otro
material conductor), no conductor de la electricidad o poco
conductor.
De este modo, por ejemplo, el substrato puede
comprender un tablero de fibra de densidad media (MDF), madera o un
producto de madera.
Alternativamente, el substrato puede comprender
un material de plástico o un material de plástico que incluye un
aditivo conductor eléctrico.
El material de plástico puede comprender
poliamida o un material plástico altamente aislante, por ejemplo,
policarbonato.
Un substrato de plástico se puede sumergir en el
lecho fluidizado tal como está o, alternativamente, el substrato se
puede precargar antes de la inmersión en el lecho fluidizado, y el
procedimiento puede incluir la etapa de recalentar el material de
plástico hasta una temperatura por debajo de su punto de fusión y
por debajo del punto de transición de la composición de
revestimiento en polvo, antes de sumergir el substrato en el lecho
fluidizado.
En el caso en el que se sumerge un substrato de
plástico en el lecho fluidizado tal como está, calentarlo sirve
para el propósito de reducir su resistencia superficial.
En el caso en el que un substrato de plástico se
precarga antes de la inmersión en el lecho fluidizado, el principal
propósito para recalentarlo es equilibrar la carga sobre toda la
superficie.
Como alternativa al calentamiento o además del
calentamiento, la superficie del substrato de plástico precargado
se puede humedecer para distribuir uniformemente la carga sobre
él.
El voltaje aplicado a la envoltura y, cuando se
incluye, la parte conductora de la electricidad de la cámara de
fluidización, es suficiente para influir en el revestimiento del
substrato por medio de las partículas de revestimiento en polvo
friccionalmente cargadas dando como resultado un máximo gradiente de
potencial que es insuficiente para producir ionización o efectos de
corona en el lecho fluidizado. Aire a presión atmosférica
usualmente sirve como gas en el lecho fluidizado pero se pueden usar
otros gases, por ejemplo, nitrógeno o helio.
Cuando se compara con el procedimiento de lecho
fluidizado electrostático en el que se genera un campo eléctrico
sustancial entre electrodos cargados y el substrato, el
procedimiento de la presente invención consigue buen revestimiento
en porciones huecas de metal y otras substancias de relativamente
alta conductividad. El procedimiento es notablemente superior al
procedimiento del lecho fluidizado electrostático en la uniformidad
del revestimiento conseguido independientemente de la forma de un
substrato altamente conductor.
Cuando se compara adicionalmente con el
procedimiento de lecho fluidizado electrostático en el que se genera
un campo eléctrico sustancial entre electrodos de carga y el
substrato, el procedimiento de la presente invención consigue buen
revestimiento en substratos que incluyen material fibroso sin
ninguna tendencia del material fibroso a ponerse de punta como
puede ocurrir en un campo eléctrico sustancial.
Cuando se compara con el procedimiento de
aplicación en lecho fluidizado tradicional, el procedimiento de la
invención ofrece la posibilidad de revestir materiales que incluyen
MDF, contrachapado y plásticos para los que el calentamiento a
temperaturas de 200 a 400ºC es indeseable. Además, el procedimiento
consigue revestimientos delgados sobre MDF, contrachapado y
materiales plásticos de una manera controlada dado que la carga
entre partículas se vuelve más efectiva a medida que se reducen los
tamaños de partícula.
Las mejoras en eficiencia a medida que se
reducen los tamaños de partícula contrastan con el procedimiento de
revestimiento en polvo que usa una pistola triboeléctrica en el que
la eficiencia disminuye cuando los tamaños de partícula se
reducen.
Además de MDF, madera, productos de madera,
materiales plásticos, materiales plásticos que incluyen aditivos
que conducen la electricidad, poliamida, los materiales plásticos
muy aislantes, por ejemplo, policarbonato, proporcionan substratos
apropiados.
Los substratos que tienen una resistencia
superficial de entre 10^{3} ohms/cuadrado, digamos, y 10^{11}
ohms/cuadrado, digamos, se pueden considerar poco conductores
mientras que los substratos que tienen una resistencia superficial
por encima de 10^{11} ohms/cuadrado, digamos, se pueden considerar
no conductores.
\newpage
Un bloque de MDF puede tener un resistencia
superficial del orden o entre 10^{3} ohms/cuadrado y 10^{11}
ohm/cuadrado dependiendo de su contenido de humedad, correspondiendo
una resistencia superficial del orden de 10^{3} ohms/cuadrado a
un contenido de humedad más alto que una resistencia superficial del
orden de 10^{11} ohms/cuadrado.
Se puede esperar que la madera y los productos
de madera tengan una resistencia superficial del orden de entre
10^{3} ohms/cuadrado y 10^{11} ohms/cuadrado dependiendo del
tipo de madera y de su contenido de humedad.
Los materiales plásticos que incluyen aditivos
conductores de la electricidad y varios materiales plásticos sin
aditivos conductores de la electricidad pueden tener una resistencia
superficial del orden de entre 10^{3} y 10^{11} ohms/cuadrado,
que corresponden a poco conductor, dependiendo del material y,
cuando se incluye, del aditivo o aditivos.
Los materiales plásticos muy aislantes que
incluyen, por ejemplo, poliamida y policarbonato se puede esperar
que tengan una resistencia superficial de un orden por encima de
10^{11} ohms/cuadrado, que corresponde a no conducto-
res.
res.
Además, los substratos poco conductores se
pueden clasificar en un intervalo inferior de resistencia
superficial del orden de entre 10^{3} y 10^{5} ohms/cuadrado y
un intervalo superior de resistencia superficial comenzando
ligeramente por encima de 10^{5} y extendiéndose a 10^{11}
ohms/cuadrado. Los materiales que tienen una resistencia
superficial por encima de 10^{11} ohms/cuadrado se consideran
"aislantes".
Los substratos descritos aquí, por supuesto, no
están limitados a polímeros.
La resistencia superficial de un substrato puede
ser del orden de por lo menos 10^{3} ohms/cuadrado, por
ejemplo:
\bullet del orden de entre 10^{3} y 10^{5}
ohms/cuadrado.
\bullet del orden de por lo menos 10^{5}
ohms/cuadrado.
\bullet del orden de entre 10^{5} y
10^{11} ohms/cuadrado.
La resistencia superficial de un substrato
aislante puede ser del orden de por lo menos 10^{11}
ohms/cuadrado.
Los valores de resistencia superficial dados
anteriormente son tal como se miden por ASTMS Standard
D257-93 con 2kV aplicados.
La uniformidad del revestimiento se puede
mejorar agitando o haciendo vibrar el substrato para retirar las
partículas sueltas.
La conversión de las partículas adherentes en un
revestimiento continuo (que incluye, cuando sea apropiado, el
curado de la composición aplicada) se puede efectuar por tratamiento
térmico y/o por energía radiante, notablemente radiación
ultrarroja, ultravioleta o haz de electrones. Comparado con la
tecnología de aplicación de lecho fluidizado tradicional, el
precalentamiento del substrato no es una etapa esencial en el
procedimiento de la invención y, preferentemente, no hay
precalentamiento del substrato previamente a la inmersión en el
lecho fluidizado.
Dado que el voltaje aplicado a la envoltura y la
cámara de fluidización, cuando una parte de la cámara de
fluidización es conductora de la electricidad, es insuficiente para
producir ionización o efectos de corona en el lecho fluidizado, es
improbable que pase corriente eléctrica cuando el substrato está
eléctricamente aislado y, consecuentemente, es improbable que se
consuma energía eléctrica cuando el substrato está eléctricamente
aislado. La corriente que pasa se espera que sea menor de 1 mA
cuando el substrato está eléctricamente conectado a tierra.
Cuando el substrato comprende un material
plástico que muestra conductividad superficial cuando está a una
temperatura elevada, hay alguna ventaja en calentar el material
plástico a una temperatura por debajo de su punto de fusión y por
debajo de la temperatura de transición vítrea de la composición de
revestimiento en polvo antes de sumergir el substrato en el lecho
fluidizado.
Cuando el substrato comprende un material
plástico que no muestra conductividad superficial sustancial incluso
a una temperatura elevada, hay alguna ventaja al precargar el
substrato antes de sumergirlo en el lecho fluidizado.
Puede haber alguna ventaja al distribuir
uniformemente la carga sobre el substrato precargado en el momento
de la inmersión y a continuación sumergir el substrato en el lecho
fluidizado.
La carga se puede distribuir uniformemente
calentando el substrato hasta una temperatura por debajo de su
punto de fusión o introduciendo humedad superficial sobre el
substrato o ambas cosas.
El voltaje aplicado a la envoltura y la cámara
de fluidización, cuando una parte de la cámara de fluidización es
conductora de la electricidad, en el procedimiento de la presente
invención es, preferentemente, un voltaje continuo, positivo o
negativo, pero es posible el uso de un voltaje alterno, digamos,
aplicando el voltaje intermitentemente a veces positivo o a veces
negativo. El voltaje aplicado puede variar dentro de amplios
límites según, entre otros, el tamaño y complejidad del substrato y,
cuando una parte de la cámara de fluidización es conductora de la
electricidad, la cámara de fluidización, y el grosor de película
deseado.
El voltaje aplicado estará, en general, en el
intervalo de 10 voltios a 100 kilovoltios, más usualmente de 100
voltios a 60 kilovoltios, preferentemente de 100 voltios a 30
kilovoltios, más especialmente de 100 voltios a 10 kilovoltios,
positivo o negativo. Los intervalos de voltaje incluyen de 10
voltios a 100 voltios, de 100 voltios a 5 kilovoltios, de 5
kilovoltios a 60 kilovoltios, de 15 kilovoltios a 35 kilovoltios, de
5 kilovoltios a 30 kilovotios; puede ser también satisfactorio de
30 kilovoltios a 60 kilovoltios.
Se puede aplicar un voltaje continuo continua o
intermitentemente y la polaridad del voltaje aplicado se puede
cambiar durante el revestimiento. Con la aplicación intermitente del
voltaje, la electrificación se puede efectuar antes de sumergir el
substrato en el lecho fluidizado y no desconectar hasta después de
que el substrato se ha retirado del lecho. Alternativamente, el
voltaje se puede aplicar solo después de que el substrato se ha
sumergido en el lecho fluidizado. Opcionalmente, la electrificación
se puede desconectar antes de que el substrato se saque del lecho
fluidizado. La magnitud del voltaje aplicado se puede variar durante
el revestimiento.
La cámara de fluidización puede ser, por
supuesto, no conductora de la electricidad.
Para excluir la ionización y las condiciones de
corona, el máximo gradiente de potencial que existe en el lecho
fluidizado está por debajo del potencial de ionización para el aire
u otro gas fluidizante. Los factores que determinan el máximo
gradiente de potencial incluyen el voltaje aplicado y la separación
entre la envoltura y el substrato y otros elementos del
aparato.
Para aire a presión atmosférica, el gradiente de
potencial de ionización es 30 kV/cm, y consiguientemente el máximo
gradiente de potencial usando aire como gas de fluidización a
presión atmosférica debe estar por debajo de 30 kV/cm. Un gradiente
de potencial máximo similar sería también apropiado para su uso con
nitrógeno o helio como gas fluidizante.
Basado en estas consideraciones, el máximo
gradiente de potencial existente en el lecho fluidizado puede ser
29 kV/cm, 27,5, 25, 20, 15, 10, 5 o 0,05 kV/cm.
El mínimo gradiente de potencial será en general
por lo menos 0,01 kV/cm o por lo menos 0,05 kV/cm.
Preferentemente, el substrato está totalmente
sumergido dentro del lecho fluidizado durante el procedimiento de
revestimiento.
Como se afirma anteriormente, en el
procedimiento según la invención, la carga de las partículas de
polvo se efectúa por fricción entre partículas en el lecho
fluidizado. La fricción entre las partículas en el lecho fluidizado
conduce a la carga bipolar de las partículas, es decir, una
proporción de las partículas adquirirán una carga negativa y una
proporción adquirirán una carga positiva. La presencia de partículas
cargadas tanto positiva como negativamente en el lecho fluidizado
puede parecer que es una desventaja, especialmente cuando la
electrificación es con voltaje continuo, pero el procedimiento de la
invención es capaz de acomodar la carga bipolar de las
partí-
culas.
culas.
En el caso en el que la electrificación es por
medio de un voltaje continuo de una polaridad dada, las fuerzas
electrostáticas tienden a atraer partículas del revestimiento en
polvo de predominantemente una polaridad sobre el substrato. La
retirada resultante de partículas positiva y negativamente cargadas
a diferentes velocidades se puede esperar que conduzca a una
reducción progresiva de la proporción de partículas de una polaridad
particular en el cuerpo de polvo pero se encuentra que, en la
práctica, las partículas de polvo restantes ajustan sus polaridades
relativas a medida que progresa su empobrecimiento y se mantiene el
balance de cargas.
El periodo preferido de inmersión del substrato
con la cámara de fluidización en un estado cargado dependerá del
tamaño y complejidad geométrica del substrato, del grosor de la
película requerido, y de la magnitud del voltaje aplicado, estando
generalmente en el intervalo de 10 milisegundos a 10, 20 o 30
minutos, usualmente de 500 milisegundos de 5 minutos, más
especialmente de 1 segundo a 3 minutos.
Preferentemente, el substrato se mueve de manera
regular o intermitente durante su periodo de inmersión en el lecho
fluidizado. El movimiento puede ser, por ejemplo, lineal, rotatorio
y/o oscilatorio. Como se indica anteriormente, el substrato
adicionalmente se puede agitar o someter a vibración para retirar
partículas que se adhieren solo débilmente a él. Como alternativa a
una única inmersión, el substrato se puede sumergir y retirar
repetidamente hasta que se ha conseguido el periodo total de
inmersión deseado.
La presión del gas de fluidización (normalmente
aire) dependerá de la masa del polvo que se va a fluidizar, de la
fluidez del polvo, de las dimensiones del lecho fluidizado, y de la
diferencia de presión a través de la membrana porosa de la cámara
de fluidización.
La distribución de tamaño de partícula de la
composición de revestimiento en polvo puede estar en el intervalo
de 0 a 150 micrómetros, generalmente hasta 150 micrómetros, con un
tamaño medio de partícula en el intervalo de 15 a 75 micrómetros,
preferentemente por lo menos de 20 a 25 micrómetros, ventajosamente
no excediendo de 50 micrómetros, más especialmente de 20 a 45
micrómetros.
Se pueden preferir distribuciones de tamaño más
fino, especialmente cuando se requieren películas aplicadas
relativamente delgadas, por ejemplo, composiciones en las que se
satisfacen uno o más de los siguientes criterios:
a) 95-100% en volumen <50
\mum
b) 90-100% en volumen <40
\mum
c) 45-100% en volumen <20
\mum
d) 5-100% en volumen <10
\mum
- preferentemente 10-70% en volumen < 10 \mum
e) 1-80% en volumen <5
\mum
- preferentemente 3-40% en volumen < 5 \mum
f) d(v)_{50} en el intervalo
1,3-32 \mum
- preferentemente 8-24 \mum.
D(v)_{50} es la mediana del
tamaño de partícula de la composición. Más generalmente, el
percentil de volumen d(v)_{x}
es el porcentaje del volumen total de las partículas que están por debajo del tamaño de partícula dado d. Tales datos se pueden obtener usando el dispositivo de dispersión de luz láser Mastersizer X fabricado por Malvern Instruments. Si se requiere, los datos relacionados con la distribución de tamaño de partícula del material depositado (antes de cocer/curar) se pueden obtener raspando el depósito adherido del substrato e introduciéndolo en el Matersizer.
es el porcentaje del volumen total de las partículas que están por debajo del tamaño de partícula dado d. Tales datos se pueden obtener usando el dispositivo de dispersión de luz láser Mastersizer X fabricado por Malvern Instruments. Si se requiere, los datos relacionados con la distribución de tamaño de partícula del material depositado (antes de cocer/curar) se pueden obtener raspando el depósito adherido del substrato e introduciéndolo en el Matersizer.
El grosor del revestimiento aplicado puede estar
en el intervalo de 5 a 500 micrómetros o de 5 a 200 micrómetros o
de 5 a 150 micrómetros, más especialmente de 10 a 150 micrómetros,
por ejemplo, de 20 a 100 micrómetros, de 20 a 50 micrómetros, de 25
a 45 micrómetros, de 50 a 60 micrómetros, de 60 a 80 micrómetros o
de 80 a 100 micrómetros o de 50 a 150 micrómetros. El principal
factor que afecta al grosor del revestimiento es el voltaje
aplicado, pero la duración del periodo de inmersión con la cámara de
fluidización en un estado cargado y la presión de aire de
fluidización también influyen en el resultado.
El procedimiento es efectivo para revestir de
polvo un substrato conductor de cualquier forma. El substrato está,
preferentemente, conectado a tierra aunque puede estar
eléctricamente aislado, esto es, sin una conexión eléctrica
(substrato eléctricamente "flotante", esto es, su potencial
eléctrico es indeterminado).
El procedimiento de la invención ofrece
beneficios particulares en el campo de la automoción y otros campos
en los que se desea revestir un artículo tal como la carrocería de
un coche con una cantidad suficiente de película para proporcionar
una cubierta adecuada para cualquier defecto del metal antes de
aplicar una pintura apropiada. Según la práctica previa, ha sido
necesario aplicar dos revestimientos separados a tales artículos
para proporcionar preparación apropiada para la pintura. De este
modo, ha sido una práctica común aplicar un primer revestimiento de
una pintura electrostática para dar una película de barrera sobre
toda la superficie metálica, seguido de un segundo revestimiento de
una imprimación de la superficie para asegurar la cobertura de
cualquier defecto visible. Por contraste la presente invención
ofrece la posibilidad de conseguir una cubierta protectora y
estética apropiada, incluso de artículos de geometría compleja, por
medio de un solo revestimiento aplicado por el procedimiento de la
invención. Además, el procedimiento de revestimiento puede ser
adecuado para producir grosor de película relativamente alto en una
sola operación si se requiere.
La invención por consiguiente proporciona un
procedimiento para revestir componentes de automoción, en el que se
aplica un primer revestimiento derivado de una composición de
revestimiento en polvo por medio del procedimiento de la invención
como se define aquí, y a continuación se aplica una pintura sobre el
revestimiento en polvo.
También se debe hacer mención de aplicaciones
del procedimiento de la invención en la industria aeroespacial, en
la que es una ventaja particular ser capaces de aplicar
revestimientos uniformes con pesos de película mínimos a substratos
(especialmente substratos de aluminio o de aleaciones de aluminio)
de un amplio margen de configuraciones geométricas de una manera
que respeta el medio ambiente.
El procedimiento de la invención es capaz de
tratar artículos tales como radiadores, nasas metálicas y
estanterías de frigoríficos que incluyen soldaduras y
protuberancias, proporcionando un revestimiento uniforme de polvo
sobre las soldaduras y protuberancias así como sobre el resto de los
artículos, sin sobrecubrir las protuberancias.
La invención es especialmente apropiada para
revestir de polvo alambre o metal en láminas debido a que no
necesita haber una conexión eléctrica al substrato y a la velocidad
de revestimiento de polvo que se consigue.
El substrato puede comprender un bloque de
tablero de fibra de densidad media (MDF) o un objeto de plástico u
otro material no conductor o poco conductor y puede, en principio,
ser de cualquier forma y tamaño deseado.
Además de DMF, madera, productos de madera,
materiales plásticos, materiales plásticos que incluyen aditivos
conductores de la electricidad, poliamida, materiales plásticos muy
aislantes y policarbonato proporcionan substratos apropiados.
Ventajosamente, el substrato se limpia mecánica
o químicamente previamente a la aplicación de la composición.
El procedimiento es efectivo para revestir de
polvo substratos que son muy conductores, poco conductores y
altamente no conductores. Los substratos altamente conductores y
poco conductores se pueden revestir cuando están eléctricamente
aislados y cuando están conectados a tierra y los substratos
altamente no conductores están inherentemente aislados en virtud de
su no conductividad.
En general, el procedimiento de revestimiento de
la invención puede estar caracterizado por una o más de las
siguientes características:
(i) El procedimiento de revestimiento es
tridimensional y es capaz de penetrar en los huecos.
(ii) El voltaje aplicado y la separación entre
el substrato y la cámara de fluidización se selecciona de modo que
el máximo gradiente de potencial está por debajo del gradiente de
potencial de ionización para el aire u otro gas de fluidización. No
hay, por consiguiente sustancialmente ionización ni efectos de
corona.
(iii) El grosor del revestimiento en polvo se
incrementa cuando se incrementa el voltaje aplicado. El incremento
de grosor es conseguible sin pérdida de calidad hasta un punto en el
que se ve finalmente una progresiva pérdida de lisura.
(iv) El revestimiento es conseguible a
temperatura ambiente.
(v) El revestimiento uniforme sobre el substrato
es conseguible independientemente de si el revestimiento está en un
hueco, o en una protuberancia o en una superficie plana del
substrato.
(vi) Son obtenibles bordes revestidos
uniformemente.
(vii) Es conseguible buena calidad de
revestimiento en polvo respecto a la uniformidad y la ausencia de
picaduras o abultamientos.
(viii) Comparado con un procedimiento
triboeléctrico de lecho fluidizado en el que se aplica un voltaje al
substrato, se consigue una cubierta más extensa y consistente, y se
puede conseguir más rápidamente una buena cubierta.
(ix) El MDF requiere alguna humedad superficial
en condiciones de almacenamiento normal y se consigue revestimiento
altamente satisfactorio para MDF que incluye una cantidad nominal de
humedad superficial.
(x) No hay tendencia a que los extremos de las
fibras de MDF se pongan de punta.
(xi) No hay tendencia a que se reproduzca un
dibujo de un lado de un substrato en el polvo sobre el lado opuesto
del substrato.
El procedimiento es efectivo para revestir de
polvo un substrato de plástico que incluye un aditivo conductor de
la electricidad, en particular, poliamida con un aditivo conductor.
El substrato de plástico está eléctricamente conectado a tierra y
las observaciones anteriores, incluyendo aquellas para MDF, se
cumplen excepto que no hay fibras y no se requiere humedad.
El procedimiento es efectivo para revestir de
polvo un substrato de plástico que no incluye un aditivo conductor
de la electricidad. El substrato se calienta para hacerlo conductor.
Durante el calentamiento, la temperatura permanece por debajo del
punto de fusión del substrato y de la temperatura de transición
vítrea del revestimiento en polvo. El substrato se conecta
eléctricamente a tierra, aunque puede estar eléctricamente aislado,
esto es, sin una conexión eléctrica (substrato eléctricamente
"flotante", esto es, su potencial eléctrico es
indeterminado).
Una composición de revestimiento en polvo según
la invención puede contener un solo componente en polvo que forma
película que comprende una o más resinas que forman película o puede
comprender una mezcla de dos o más de tales componentes.
La resina (polímero) que forma película actúa
como aglomerante, que tiene la capacidad de humedecer pigmentos y
proporcionar resistencia cohesiva entre partículas de pigmento y de
humedecer o aglomerar al substrato, y se funde y fluye en el
procedimiento de curado/calentamiento en estufa después de la
aplicación al substrato para forma una película homogénea.
El o cada componente de revestimiento en polvo
de una composición de la invención será en general un sistema
termoendurecible, aunque en principio se pueden usar en su lugar
sistemas termoplásticos (basados por ejemplo, en poliamidas).
Cuando se usa una resina termoendurecible, el
sistema aglomerante polimérico sólido generalmente incluye un
agente de curado sólido para la resina termoendurecible,
alternativamente se pueden usar dos resinas termoendurecibles
formadoras de película co-reactivas.
El polímero formador de película usado en la
fabricación del o de cada componente de una composición de
revestimiento en polvo termoendurecible según la invención puede
ser uno o más seleccionados de resinas de poliéster
carboxifuncional, resinas de poliéster hidroxifuncional,
epoxiresinas, y resinas acrílicas funcionales.
Un componente de revestimiento en polvo de la
composición, por ejemplo, puede estar basado en un sistema
aglomerante polimérico que comprende una resina formadora de
película de poliéster carboxifuncional usada con un gente de curado
de poliepóxido. Tales sistemas de poliéster carboxifuncionales son
actualmente los materiales de revestimiento en polvo más
ampliamente usados. El poliéster generalmente tiene un valor de
ácido en el intervalo 10-100, un peso molecular
promedio numérico Mn de 1.500 a 10.000 y una temperatura de
transición vítrea Tg de 30ºC a 85ºC, preferentemente por lo menos
40ºC. El poliepóxido, por ejemplo, puede ser un compuesto epoxi de
bajo peso molecular tal como isocianurato de triglicidilo (TGIC), un
compuesto tal como tereftalato de diglicidilo, éter glicidílico de
bisfenol A condensado o una resina epoxi ligera estable. Tal resina
formadora de película de poliéster carboxifuncional se puede usar
alternativamente con un agente de curado
bis(beta-hidroxialquilamida) tal como
tetraquis(2-hidroxietil)adipamida.
Alternativamente, se puede usar un poliéster
hidroxifuncional con un agente de curado de
isocianato-funcional bloqueado o un condensado de
amina-formaldehído tal como, por ejemplo, una resina
de melamina, una resina de urea-formaldehído, o una
resina de glicol-urea-formaldehído,
por ejemplo, el material "Powderlink 1174" suministrado por
Cyanamid Company, o hexahidroximetil-melamina. Un
agente de curado de isocianato bloqueado para un poliéster
hidroxifuncional, por ejemplo, puede estar internamente bloqueado,
tal como del tipo de uretdiona, o puede ser del tipo de
caprolactama bloqueada, por ejemplo, diisocianato de isoforona.
Como posibilidad adicional, se puede usar una
resina epoxi con un agente de curado aminofuncional tal como, por
ejemplo, diciandiamida. En lugar de un agente de curado
aminofuncional para una resina epoxi, se puede usar un material
fenólico, preferentemente un material formado por reacción de
epiclorhidrina con un exceso de bisfenol A (es decir, un polifenol
hecho formando un aducto de bisfenol A y una resina epoxi). Se puede
usar una resina acrílica funcional, por ejemplo, una resina
carboxi-, hidroxi- o epoxi-funcional con un agente
de curado apropia-
do.
do.
Se pueden usar mezclas de polímeros formadores
de película, por ejemplo, un poliéster
carboxi-funcional se puede usar con una resina
acrílica carboxi-funcional y un agente de curado tal
como una bis(beta-hidroxialquilamida) que
sirve para curar ambos polímeros. Como posibilidades adicionales,
para sistemas de aglomerante mixto, se puede usar una resina
acrílica carboxi-, hidroxi- o epoxi-funcional con
una resina epoxi o una resina de poliéster (carboxi- o
hidroxi-funcional). Tales combinaciones de resinas
se pueden seleccionar para que se curen conjuntamente, por ejemplo,
una resina acrílica carboxi-funcional curada
conjuntamente con una resina epoxi, o un poliéster
carboxi-funcional curado conjuntamente con una
resina acrílica glicidilo-funcional. Más
usualmente, sin embargo, talas sistemas aglomerantes mixtos se
formulan para ser curados con un solo agente de curado (por
ejemplo, el uso de un isocianato bloqueado para curar una resina
acrílica hidroxi-funcional y un políestes
hidroxi-funcional). Otra formulación preferida
implica el uso de un agente de curado diferente para cada
aglomerante de una mezcla de dos aglomerantes poliméricos (por
ejemplo, una resina epoxi curada con amina usada junto con una
resina acrílica hidroxi-funcional curada con
isocianato bloqueada).
Otros polímeros que forman película que se
pueden mencionar incluyen fluoropolímeros funcionales,
fluorocloropolímeros funcionales y polímeros fluoroacrílicos
funcionales cada uno de los cuales puede ser
hidroxi-funcional o
carboxi-funcional, y se puede usar como único
polímero formador de película o junto con una o más resinas
funcionales acrílicas, poliéster y/o epoxi, con agentes de curado
apropiados para los polímeros funcionales.
Otros agentes de curado que se pueden mencionar
incluyen epoxi fenol novolacs y epoxi-cresol
novolacs; agentes de curado de isocianato bloqueado con oximas,
tales como diisocianato de isoferona bloqueado con
metil-etil-cetoxima, diisocianato
de tetrametilenxileno bloqueado con acetona-oxima, y
Desmodur W (agente de curado de diisocianato de diciclohexilmetano)
bloqueado con metil-etil-cetoxima;
resinas epoxi estables a la luz tales como "Santolink LSE 120"
suministrada por Monsanto; y poliepóxidos alicíclicos tales como
"EHPE-3150" suministrados por Daicel.
Una composición de revestimiento en polvo para
su uso según la invención puede estar libre de agentes colorantes
añadidos, pero usualmente contiene uno o más de tales agentes
(pigmentos o colorantes). Los ejemplos de pigmentos que se pueden
usar son pigmentos inorgánicos tales como dióxido de titanio, óxidos
de hierro rojo y amarillo, pigmentos de cromo y negro de carbono y
pigmentos orgánicos tales como, por ejemplo, ftalocianina, azo,
antraquinona, tioindigo, isodibenzantrona, trifendioxano y
pigmentos de quinacridona, pigmentos colorantes de cuba y lacas
colorantes ácidas, básicas y mordientes. Se pueden usar colorantes
en lugar de o además de pigmentos.
La composición de la invención puede incluir
también uno o más extensores o cargas, que se pueden usar, entre
otras cosas, para ayudar a la opacidad, minimizando costes, o más
generalmente como diluyente.
Se pueden mencionar los siguientes intervalos
para el contenido total de pigmento/carga/extensor de una
composición de revestimiento en polvo según la invención (sin tener
en cuenta los aditivos post-mezcla):
de 0% a 55% en peso,
de 0% a 50% en peso,
de 10% a 50% en peso,
de 0% a 45% en peso, y
de 25% a 45% en peso.
Del contenido total de pigmento/carga/extensor,
el contenido de pigmento será generalmente \leq40% en peso de la
composición total (sin tener en cuenta los aditivos
post-mezcla) pero se pueden usar también
proporciones hasta de 45% o incluso 50% en peso. Usualmente se usa
un contenido de pigmento de 25 a 30 o 35%, aunque en el caso de
colores oscuros se puede obtener opacidad con <10% en peso de
pigmento.
La composición de la invención puede incluir
también uno o más aditivos de rendimiento, por ejemplo, un agente
promotor del flujo, un plastificante, un estabilizante, por ejemplo,
contra la degradación UV, o se puede usar un agente anti-(formación
de gas), tal como benzoina, o dos o más de tales aditivos. Se deben
mencionar los siguientes intervalos para el contenido de aditivo de
rendimiento total de una composición de revestimiento en polvo
según la invención (sin tener en cuenta los aditivos
post-mezcla)
de 0% a 5% en peso,
de 0% a 3% en peso, y
de 1% a 2% en peso.
En general, los agentes colorantes,
cargas/extensores y aditivos de rendimiento como se describe
anteriormente no serán incorporados por
post-mezcla, sino que serán incorporados antes y/o
durante la extrusión u otro procedimiento de homogeneización.
Después de la aplicación de la composición de
revestimiento en polvo a un substrato, la conversión de las
partículas adherentes resultantes en un revestimiento continuo (que
incluye, cuando sea apropiado, el curado de la composición
aplicada) se puede efectuar por tratamiento térmico y/o por energía
radiante, notablemente radiación infrarroja, ultravioleta o haz de
electrones.
El polvo se cura usualmente sobre el substrato
por la aplicación de calor (el procedimiento de calentamiento en
horno); las partículas de polvo se funden y fluyen y se forma una
película. Las temperaturas y tiempos de curado son independientes
según la formulación de la composición que se use, y se pueden
mencionar los siguientes intervalos típicos:
* Se pueden usar temperaturas más bajas hasta
90ºC para algunas resinas, especialmente ciertas resinas epoxi.
La composición de revestimiento en polvo puede
incorporar, por post-mezcla, uno o más aditivos de
ayuda de la fluidez, por ejemplo, aquellos descritos en el
documento WO 94/11446, y especialmente la combinación de aditivos
preferida descrita en esa Memoria Descriptiva, que comprende óxido
de aluminio e hidróxido de aluminio, típicamente usados en
proporciones en el intervalo de 1:99 a 99:1 en peso, ventajosamente
de 10:90 a 90:10, preferentemente de 20:80 a 80:20 o de 30:70 a
70:30, por ejemplo, de 45:55 a 55:45. Otras combinaciones de los
materiales inorgánicos descritos como aditivos
post-mezclados en el documento WO 94/11446 se pueden
usar también en principio en la práctica de la presente invención,
por ejemplo, combinaciones que incluyen sílice. El óxido de
aluminio y sílice se pueden mencionar además como materiales que se
pueden usar solos como aditivos post-mezclados.
También se puede hacer mención del uso de sílice revestida de cera
como aditivo post-mezclado como se describe en el
documento WO 00/01775, que incluye sus combinaciones con óxido de
aluminio y/o hidróxido de aluminio. Otro aditivo
post-mezclado apropiado es una sílice hidrófoba, por
ejemplo, HDK H3004 disponible de Wacker-Chemie. La
expresión sílice hidrófoba denota una sílice de la que se ha
modificado la superficie por la introducción de grupos sililo, por
ejemplo, polidimetilsiloxano, unidos a la superficie.
El contenido total de aditivo(s)
post-mezclado(s) incorporado(s) con la
composición de revestimiento en polvo en general estará en el
intervalo de 0,01% a 20% en peso, preferentemente por lo menos 0,1%
en peso y que no exceda de 1,0% en peso (basado en el peso total de
la composición sin el(los) aditivo(s)). Las
combinaciones de óxido de aluminio e hidróxido de aluminio (y
aditivos similares) se usan ventajosamente en cantidades en el
intervalo de 0,25 a 0,75% en peso, preferentemente de 0,45 a 0,55%,
basado en el peso de la composición sin los aditivos. Se pueden
usar cantidades hasta de 1% o 2%, pero pueden surgir problemas si se
usa demasiado, por ejemplo, formación de grano y eficiencia de
transferencia disminuida.
El término "post-mezclado"
en relación a cualquier aditivo quiere decir que el aditivo se ha
incorporado después de la extrusión u otro procedimiento de
homogeneización usado en la fabricación de la composición de
revestimiento en polvo.
La post-mezcla de un aditivo se
puede conseguir, por ejemplo, por cualquiera de los siguientes
métodos de mezcla en seco:
a) agitación mecánica de las partículas antes de
moler;
b) inyección en el molino;
c) introducción en la etapa de cribado después
de moler;
d) mezcla post-producción en un
"agitador" u otro dispositivo de mezcla apropiado; o
e) introducción en el lecho fluidizado.
Se describirá ahora un aparato de revestimiento
en polvo triboeléctrico de lecho fluidizado que incluye varias
formas de electrodo según la invención y Ejemplos de un
procedimiento que usa el aparato, solo a modo de ejemplo, con
referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La Fig. 1 muestra un alzado lateral de un
aparato de revestimiento en polvo triboeléctrico de lecho
fluidizado, en una sección esquemática, que incluye un electrodo en
la forma de una varilla vista desde el extremo,
La Fig. 2 muestra un alzado lateral de un
aparato de revestimiento en polvo triboeléctrico de lecho
fluidizado, que incluye un electrodo en la forma de una placa vista
desde el extremo, que es menor que el substrato.
La Fig. 3 muestra un alzado lateral de un
aparato de revestimiento en polvo triboeléctrico de lecho
fluidizado, que incluye un par de electrodos en forma de placas
vistas desde el extremo, que son mayores que el substrato.
La Fig. 4 muestra un alzado lateral del aparato
de lecho fluidizado, que incluye un electrodo en la forma de una
envoltura que no tiene forma geométrica específica.
La Fig. 5 muestra una vista en planta del
aparato de lecho fluidizado de la Fig. 1, que incluye una forma
rectangular de envoltura,
La Fig. 6 muestra una vista en perspectiva de la
forma rectangular de envoltura de la Fig. 5 construida de material
de lámina,
La Fig. 7 muestra una vista en perspectiva de la
forma rectangular de envoltura de la Fig. 5 construida de un
conjunto de varillas.
La Fig. 8 muestra una vista en planta de una
parte del aparato de lecho fluidizado de la Fig. 1 que incluye una
forma ovalada de envoltura,
La Fig. 9 muestra una vista en perspectiva de la
forma ovalada de envoltura de la Fig. 8 construida de material de
lámina,
La Fig. 10 muestra una vista en perspectiva de
la forma ovalada de envoltura de la Fig. 8 construida de un
conjunto de varillas,
La Fig. 11 muestra una vista en perspectiva de
la forma ovalada de envoltura de la Fig. 8 construida parcialmente
de material de lámina y parcialmente de un conjunto de varillas,
La Fig. 12 muestra un vista en planta de una
parte del aparato de lecho fluidizado de la Fig. 1 que incluye una
forma rectangular de envoltura que tiene, como se ve, piezas
inferiores y superiores,
La Fig. 13 muestra un alzado lateral del aparato
de revestimiento en polvo triboeléctrico de lecho fluidizado, en
sección esquemática, que incluye una forma rectangular de envoltura
que tiene, como se ve, piezas superiores e inferiores y un
substrato conectado a tierra y
La Fig. 14 muestra una vista en perspectiva de
la forma rectangular de envoltura de la Fig. 12 construía de un
conjunto de varillas.
Refiriéndonos a la Fig. 1 de los dibujos
adjuntos, el aparato de revestimiento en polvo triboeléctrico de
lecho fluidizado incluye una cámara 1 de fluidización que tiene una
entrada 2 de aire en su base y una membrana 3 porosa de
distribución de aire dispuesta así transversalmente para dividir la
cámara en una cámara impelente 4 inferior y un compartimento 5 de
fluidización superior. Un lecho fluidizado de una composición de
revestimiento en polvo se establece en el compartimento 5 de
fluidización superior por medio de una corriente de aire que fluye
ascendentemente introducida por la cámara 4 impelente inferior a
través de la membrana 3 porosa. Las partículas de la composición de
revestimiento en polvo se cargan eléctricamente como resultado de la
acción triboeléctrica entre las partículas.
En el funcionamiento del aparato, un substrato 6
suspendido de un soporte 7 aislado, preferentemente un soporte
rígido, se sumerge en el lecho fluidizado.
El aparato incluye un electrodo 9 conductor de
la electricidad en la forma de una varilla, mostrada desde un
extremo, adyacente al substrato 6 y, durante por lo menos una parte
del periodo de inmersión, se aplica un voltaje continuo al
electrodo 9 por medio de una fuente 8 de voltaje, que puede ser una
fuente de voltaje variable. Como se muestra, el substrato 6 no
tiene conexión eléctrica (eléctricamente "flotante") pero puede
en su lugar estar conectado a tierra por medio de una conexión
eléctrica apropiada.
Se he encontrado que se obtienen mejores
resultados cuando los substratos que son conductores eléctricos se
conectan a tierra en lugar de estar aislados y lo mismo es cierto
para los substratos que tienen conductividad eléctrica
significativa aunque no estén considerados como conductores
eléctrico.
Las partículas cargadas triboeléctricamente de
la composición de revestimiento en polvo se adhieren al substrato
6. No hay ionización o efectos de corona, manteniendo el voltaje
suministrado por la fuente 8 de voltaje por debajo del nivel
requerido para generar tales efectos.
El substrato 6 junto con el electrodo 9 se
pueden mover de una manera oscilante regular durante el
procedimiento de revestimiento por medios no mostrados en la Fig.
1. Alternativamente, el substrato 6 y el electrodo 9 se pueden
hacer avanzar a través del lecho intermitentemente o continuamente
durante la inmersión, o se pueden sumergir y retirar repetidamente
hasta que se ha conseguido un deseado periodo total de inmersión.
También existe la posibilidad de mantener el substrato 6 y el
electrodo 9 quietos y mover el polvo haciendo vibrar el lecho o
agitando el lecho con un propulsor mezclador.
Después del periodo de inmersión deseado el
substrato 6 se retira del lecho fluidizado y se calienta para
fundir y unir las partículas adheridas de la composición de
revestimiento en polvo y completar el revestimiento.
La fuente 8 de voltaje está conectada a la red
de suministro eléctrico y el voltaje de salida se mide con relación
al potencial de tierra de la red de suministro.
Los siguientes ejemplos ilustran el
procedimiento de la invención, y se llevaron a cabo usando el
aparato mostrado en las Figs. 1 a 3 con una cámara de fluidización
de 1 metro cúbico o cuando se indique, una unidad de fluidización
Nordson Corporation, que contiene el peso de polvo y los substratos
especificados.
Se usó la siguiente formulación como composición
de revestimiento en polvo en todos los Ejemplos:
Además, se preparó y usó la siguiente
formulación de aditivo para post-mezcla:
Formulación de adtitivo 1
Óxido de aluminio (Degussa Aluminium Oxide C) -
45 partes en peso
Hidróxido de aluminio (Martinal OL107C) - 55
partes en peso.
La distribución de tamaño de partícula (PSD) del
sistema de revestimiento en polvo usado en todos los Ejemplos
excepto el Ejemplo 9A era como sigue:
- d(v)_{99}, \mum
- 54,18
- d(v)_{99}, \mum
- 20,77
- %<10 \mum
- 16,83
- %<5 \mum
- 4,96
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
1A
Las condiciones de funcionamiento general fueron
como sigue:
- Peso del polvo cargado en el lecho - 350 kg
- Tiempo de fluidización libre para equilibrar el lecho - 30 min a 1 bar
- Presión de fluidización - 1 bar
- Calentamiento y curado estándar del material depositado - 30 min a 120ºC.
\vskip1.000000\baselineskip
El polvo, con 0,6% de la formulación 1 de
aditivo, se fluidizó a 1 bar durante 30 minutos previamente al
comienzo del revestimiento, después del cual se calentó el
revestimiento durante 120ºC durante 30 minutos. Los resultados del
revestimiento se controlaron midiendo el grosor del revestimiento
depositado.
Se usó el aparato mostrado en la Fig. 1, siendo
el electrodo una varilla cilíndrica de 1 cm de diámetro y 55 cm de
larga. El substrato era un panel de aluminio de dimensiones 80 cm
por 60 cm por 2 mm, esto es, el panel de aluminio era mayor que el
electrodo de varilla. El electrodo de varilla se colocó
aproximadamente en el centro con relación al panel de aluminio.
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados se exponen en la tabla a
continuación:
\newpage
Ejemplo
1B
El substrato era una pieza de tablero de
contrachapado que medía 65 cm por 38 cm por 2 cm. El electrodo de
varilla se colocó aproximadamente en el centro con relación a la
pieza de contrachapado. Las condiciones fueron como para el Ejemplo
1A anterior y los resultados se exponen en la tabla a
continuación:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
La varilla cilíndrica usada en los Ejemplos 1A y
1B era de un diámetro (1 cm) demasiado grande para conducir a
alguna ionización o condiciones de corona en la composición de
revestimiento en polvo, y cualquier borde se tapó con cinta
aislante para asegurar que no pudiera haber ionización o condiciones
de corona.
El máximo gradiente de potencial usado en los
ejemplos 1A y 1B fue 0,5 kV/cm (6 kV aplicados con una separación
de 12 cm) que está bastante por debajo del gradiente de potencial de
ionización de 30 kV/cm para el aire, y también, bastante por debajo
del gradiente de potencial en el que el electrodo funcionaría para
ionizar o de otro modo cargar la composición de revestimiento en
polvo.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
2A
Refiriéndonos a la Fig. 2 de los dibujos
adjuntos, el aparato incluye un electrodo 29 conductor de la
electricidad en la forma de un panel, mostrado desde un borde,
adyacente al substrato 6, y durante por lo menos una parte del
periodo de inmersión, se aplica un voltaje continuo al electrodo 29
por medio de una fuente de voltaje 8, puede ser una fuente de
voltaje variable. Como se muestra, el substrato 6 no tiene conexión
eléctrica (eléctricamente "flotante") pero en su lugar puede
estar conectado a tierra por medio de una conexión eléctrica
apropiada.
Se usó el aparato mostrado en la Fig. 2, siendo
el electrodo un panel de aluminio de dimensiones de 30 cm por 20 cm
por 2 mm. El substrato era el panel de aluminio usado en el Ejemplo
1A anterior, siendo sus dimensiones 80 cm por 60 cm por 2 mm, esto
es, mayor que el panel electrodo. El electrodo panel se colocó
aproximadamente en el centro con relación al panel substrato de
aluminio. Las superficies del panel electrodo eran lisas y los
bordes del panel electrodo se cubrieron con cinta aislante para
asegurar que no pudiera haber ionización o condiciones de
corona.
corona.
\vskip1.000000\baselineskip
Las condiciones de revestimiento fueron como
para el Ejemplo 1A anterior y los resultados se exponen en la
siguiente tabla:
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
Ejemplo
2B
El substrato era la pieza de tablero de
contrachapado que medía 65 cm por 38 cm por 2 cm usado en el Ejemplo
1B anterior. El electrodo de panel se colocó aproximadamente en el
centro con relación a la pieza de contrachapado. Las condiciones
eran como para el Ejemplo 1A anterior y los resultados se exponen en
la tabla a continuación: Distancia del substrato (cm) Voltaje
aplicado (kV) Tiempo de inmersión (min) Comentarios 12 6 5 Se
revistió una banda en medio del panel de 50 cm de ancha
El máximo gradiente de potencial usado en los
ejemplos 2A y 2B fue 0,5 kV/cm (6 kV aplicados con una separación
de 12 cm) que está bastante por debajo del gradiente de potencial de
ionización de 30 kV/cm para el aire, y también, bastante por debajo
del gradiente de potencial en el que el electrodo funcionaría para
ionizar o de otro modo cargar la composición de revestimiento en
polvo.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
3A
En este ejemplo, se colocaron dos electrodos de
panel lado con lado con una separación de 10 cm entre ellos. Los
voltajes se aplicaron a los electrodos de panel por medio de
suministros separados de corriente continua de alto voltaje. La
disposición de dos electrodos se colocó en el centro con relación al
panel de substrato de aluminio y el conjunto combinado se sumergió
en el lecho fluidizado. Las superficies de los electrodos de panel
eran lisas y los bordes de los electrodos de panel se taparon con
cinta aislante para asegurar que no pudiese haber ionización o
condiciones de corona.
Las condiciones de funcionamiento eran como para
el Ejemplo 1A anterior.
Los resultados muestran que el área revestida se
puede desarrollar desde el centro del panel de substrato según
cuántos electrodos se proporcionen, siendo expuesto en la siguiente
tabla el efecto de los múltiples electrodos:
La banda revestida de 66 cm de ancha es superior
a una banda revestida de 47 cm de ancha para el Ejemplo 2A en
condiciones comparables.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
3B
El substrato era la pieza de tablero de
contrachapado que medía 65 cm por 38 cm por 2 cm usado en el Ejemplo
1B anterior. Los electrodos de panel se colocaron como para el
Ejemplo 3A con relación a la pieza de contrachapado. Las
condiciones eran como para el Ejemplo 1A anterior y los resultados
se exponen en la tabla a continuación:
La banda revestida de 59 cm de ancha es superior
a una banda revestida de 50 cm de ancha para el Ejemplo 2B en
condiciones comparables. Como se indica anteriormente con relación
al Ejemplo 3A, los resultados muestran que el área revestida se
puede desarrollar desde el centro del panel de substrato según
cuantos electrodos se proporcionen.
Los Ejemplos 3A y 3B anteriores que usan dos
electrodos de panel muestran que el revestimiento fue más eficiente
para efectuar el revestimiento de una banda más ancha que lo que fue
posible con un solo electrodo de panel.
El máximo gradiente de potencial usado en los
ejemplos 3A y 3B fue 0,5 kV/cm (6 kV aplicados con una separación
de 12 cm) que está bastante por debajo del gradiente de potencial de
ionización de 30 kV/cm para el aire, y también, bastante por debajo
del gradiente de potencial en el que el electrodo funcionaría para
ionizar o de otro modo cargar la composición de revestimiento en
polvo.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
4
En el Ejemplo 4, se usaron electrodos de panel
con diferentes polaridades, colocados sobre el mismo lado del
substrato de tablero de contrachapado. Se aplicó un voltaje de +6 kV
a un electrodo y se aplicó un voltaje de -6 kV al otro electrodo.
Los electrodos se colocaron a 12 cm del tablero de contrachapado en
la región central del tablero de contrachapado y se sumergieron el
tablero y los electrodos en el lecho fluidizado. El tiempo de
inmersión fue 10 minutos y el tablero se revistió con dos bandas,
una de 32 cm de ancha y la otra de 21 cm de ancha con una tira sin
revestir de 7 cm de ancho entre las bandas. Las superficies de los
electrodos de panel eran lisas y los bordes de los electrodos de
panel se cubrieron con cinta aislante para asegurar que no hubiese
ionización o condiciones de corona.
El Ejemplo ilustra que el uso de dos electrodos
como se especifica permite el no revestimiento selectivo de partes
del substrato.
El máximo gradiente de potencial usado en el
Ejemplo fue 0,5 kV/cm (6 kV aplicados con una separación de 12 cm)
que está bastante por debajo del gradiente de potencial de
ionización de 30 kV/cm para el aire, y también, bastante por debajo
del gradiente de potencial en el que el electrodo funcionaría para
ionizar o de otro modo cargar la composición de revestimiento en
polvo.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
5A
Se usó en este Ejemplo la disposición mostrada
en la Fig. 3 de los dibujos adjuntos, siendo usados los electrodos
de placa 39 y 49, mayores que el substrato 6 y siendo energizado el
electrodo 49 de placa por una segunda fuente 22 de alto voltaje.
Las superficies de los electrodos de placa eran lisas y los bordes
de los electrodos de placa se cubrieron con cinta aislante para
asegurar que no pudiese haber ionización o condiciones de
corona.
Para este Ejemplo, se fluidizaron 350 kg de la
formulación de polvo dada anteriormente en un lecho fluidizado de 1
metro cúbico a una presión de 1 bar y se sumergieron dos electrodos
de placa de 1,2 m por 0,8 m por 2 mm en el polvo fluidizado. Un
substrato de panel de aluminio de 30 cm por 30 cm por 2 mm se colocó
entre los electrodos de placa a 25 cm de cada electrodo de placa y
se conectó a tierra. El substrato se sumergió durante 5 minutos en
presencia de los voltajes de electrodo expuestos a continuación y el
substrato revestido se calentó a continuación durante 15 minutos a
200ºC. Se midió la cobertura y el grosor de la película por toda la
cara de ambos lados del substrato.
Los resultados se exponen en la siguiente
tabla:
Los resultados para el Ejemplo 5A muestran que
la deposición es la misma sobre ambos lados del substrato de panel
cuando los voltajes de electrodo son iguales. Si, sin embargo, los
voltajes son diferentes, el revestimiento es preferencial en el
lado del substrato de panel que mira hacia el electrodo de más alto
voltaje. La diferencia de porcentaje de revestimiento sobre los dos
lados del substrato se incrementa incrementando la diferencia de
voltaje entre los electrodos.
El máximo gradiente de potencial usado en el
Ejemplo 5A fue 0,16 kV/cm (4 kV aplicados con una separación de 25
cm) que está bastante por debajo del gradiente de potencial de
ionización de 30 kV/cm para el aire, y también, bastante por debajo
del gradiente de potencial en el que el electrodo funcionaría para
ionizar o de otro modo cargar la composición de revestimiento en
polvo.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
5B
El Ejemplo 5B se llevó a cabo usando un aparato
dispuesto como se muestra en la Fig. 3, que emplea una unidad de
fluidización suministrada por la Nordson Corporation que tiene una
cámara generalmente cilíndrica de 25 cm de altura y un diámetro de
15 cm. El substrato era una pieza de tablero de DMF de 10 cm
cuadrados y 2 cm de grosor. La cantidad de polvo usada era 500
gramos, dado que la cámara de fluidización era más pequeña que la
usada para el Ejemplo 5A. El tiempo de inmersión era de 2 minutos.
Los resultados se exponen en la siguiente tabla:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
6A
El aparato usado en este Ejemplo es el mismo que
el usado en el Ejemplo 5A anterior, pero la distancia del electrodo
1 de placa al substrato de panel se varió mientras que la distancia
del electrodo 2 de placa al substrato se mantuvo fija. El panel de
aluminio sirvió como substrato. Los resultados se exponen en la
siguiente tabla:
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
Ejemplo
6B
El aparato usado en este Ejemplo era el mismo
que el usado en el Ejemplo 6A anterior, la distancia del electrodo
1 de placa del substrato de panel se varió mientras que la distancia
del electrodo 2 de placa al substrato se mantuvo fija pero con una
separación mayor para el electrodo 2 que en el Ejemplo 6A. El panel
de aluminio sirvió como substrato. Los resultados se exponen en la
siguiente tabla:
Los resultados de los Ejemplos 6A y 6B muestran
que, para el substrato de panel de aluminio, a medida que se varió
la separación entre el electrodo 1 y el substrato, el porcentaje de
revestimiento en ambos lados del substrato fue afectado. El
porcentaje de revestimiento sobre el lado del substrato que mira
hacia el electrodo 1 no disminuyó progresivamente al incrementar la
distancia del electrodo 1 al substrato y había "pares de
separaciones" óptimas para las que los porcentajes de
revestimiento sobre ambos lados eran comparables y relativamente
altos con relación a otros "pares de separaciones".
Adicionalmente, los resultados muestran que se pueden conseguir
diferentes porcentajes de revestimiento y, consecuentemente,
diferentes grosores de revestimiento en lados opuestos del
substrato de placa de aluminio si se desea eso.
El máximo gradiente de potencial usado en el
Ejemplo 6A y 6B fue 0,18 kV/cm (3 kV aplicados con una separación
de 17 cm) que está bastante por debajo del gradiente de potencial de
ionización de 30 kV/cm para el aire, y también, bastante por debajo
del gradiente de potencial en el que el electrodo funcionaría para
ionizar o de otro modo cargar la composición de revestimiento en
polvo.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
7A
El aparato usado para el Ejemplo 5A se usó para
este Ejemplo, variando y siendo de polaridades opuestas los
voltajes aplicados a los dos electrodos, mientras las distancias
entre los electrodos y el substrato fueron las mismas (25 cm) y no
se variaron. Las condiciones de funcionamiento fueron como para el
Ejemplo 5A y el panel de aluminio sirvió como substrato. Los
resultados se exponen en la siguiente tabla:
\newpage
Los resultados muestran que, para el substrato
de panel de aluminio, el porcentaje de revestimiento es
significativamente menor en ambos lados del substrato cuando se
aplican polaridades opuestas a los electrodos que cuando se aplican
similares polaridades a los electrodos.
Los resultados pueden ser aplicables en
circunstancias en las se desean porcentajes de revestimiento
significativamente menores que son desiguales.
El máximo gradiente de potencial usado en el
Ejemplo 7A fue 0,2 kV/cm (5 kV aplicados con una separación de 25
cm) que está bastante por debajo del gradiente de potencial de
ionización de 30 kV/cm para el aire, y también, bastante por debajo
del gradiente de potencial en el que el electrodo funcionaría para
ionizar o de otro modo cargar la composición de revestimiento en
polvo.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
7B
Se llevó a cabo el Ejemplo 7B usando el aparato
dispuesto como se muestra en la Fig. 3, empleando una unidad de
fluidización suministrada por la Nordson Corporation que tiene una
cámara generalmente cilíndrica de 25 cm de altura y 15 cm de
diámetro. El substrato era una pieza de tablero de MDF de 10 cm
cuadrados y 2 cm de grosor. La cantidad de polvo usada fue 500
gramos, dado que la cámara de fluidización era más pequeña que la
usada para el Ejemplo 7A. El tiempo de inmersión fue de 2 minutos.
Los resultados se exponen en la siguiente tabla:
En comparación con los resultados obtenidos en
el Ejemplo 7A cuando se usó un substrato de aluminio y los campos
eléctricos opuestos se cancelaron parcialmente entre sí en el
substrato, provocando una más baja eficiencia de deposición, se
consiguen significativamente más altos porcentajes de revestimiento
con el substrato de MDF. La diferencia se considera que surge del
MDF que presenta una más alta resistencia eléctrica que el aluminio,
permitiendo campos eléctricos significativamente diferentes sobre
las caras del tablero de MDF.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
8A
Se usaron para este ejemplo la cámara de
fluidización y las condiciones de funcionamiento para el Ejemplo 1A
pero el substrato era un cilindro de aluminio hueco de 5 cm de
diámetro, 25 cm de longitud con extremos abiertos. Los electrodos
fueron dos electrodos de panel de 1,2 m por 0,8 m colocados
separados 50 cm.
El substrato cilíndrico se sumergió en el lecho
fluidizado entre los dos electrodos de panel y se aplicó un voltaje
de 3 kV en cada electrodo durante un periodo de 5 min.
Se observo que el substrato de cilindro hueco
estaba revestido uniformemente sobre el exterior pero, en el
interior, un revestimiento uniforme se extendía hasta solo 7 cm de
los extremos abiertos. El resto de la superficie interna quedó sin
revestir.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
8B
Se usó la cámara de fluidización, el substrato
de cilindro hueco y las condiciones de funcionamiento del Ejemplo
8A pero los dos electrodos de panel se reemplazaron por un solo
electrodo de varilla insertado en el centro dentro del substrato
cilíndrico hueco, y se aplicaron 3 kV al electrodo de varilla
durante 5 minutos. Se observó que el substrato cilíndrico hueco
estaba revestido uniformemente y completamente por todo su
interior.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
9A
El ejemplo 9A se llevó a cabo usando el aparato
dispuesto como se muestra en la Fig. 3, empleando una unidad de
fluidización suministrada por la Nordson Corporation que tiene una
cámara generalmente cilíndrica de 25 cm de altura y 15 cm de
diámetro. El substrato era una pieza de aluminio de 10 cm cuadrados
y 2 cm de grosor.
La cantidad de polvo era 300 gramos. La
distribución de tamaño de partícula (PSD) del polvo era como
sigue:
- d(v)_{99}
- 10
- d(v)_{50}
- 5,5
- %<5
- 42
\vskip1.000000\baselineskip
Se preparó el siguiente aditivo, siendo todas
las cantidades en peso:
- Óxido de aluminio
- 15 partes
- Hidróxido de aluminio
- 45 partes
- Sílice
- 40 partes
La sílice era sílice hidrófoba como se define
anteriormente.
Se añadió una cantidad del aditivo que asciende
a 2%, basada en el peso total de la composición sin aditivo, a los
300 gramos de polvo por post-mezcla y la mezcla se
mezcló en un agitador durante 30 min. La mezcla se fluidizó en la
cámara de fluidización.
Dos electrodos de 10 cm cuadrados se colocaron
separados 6 cm en el centro del lecho fluidizado y el substrato de
10 cm cuadrados de aluminio se sumergió en el lecho entre los dos
electrodos y se les aplicó a ambos 3 kV durante 2 minutos.
Se observó que el substrato se revistió
completamente y que incluía un engrosamiento de la cubierta a lo
largo de los bordes, dando un efecto de "marco".
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
9B
En el Ejemplo 9B, se insertó una lámina de PTFE
de 2 mm de grosor alrededor de la pared interna de la cámara de
fluidización usada en el Ejemplo 9A, aislando eléctricamente la
pared de la cámara de fluidización.
Se llevó a cabo un procedimiento como para el
Ejemplo 9A. Se observó que el substrato se revestía uniformemente
sobre su superficie y bordes (100%) sin ningún engrosamiento, esto
es, sin efecto de "marco".
Los anteriores Ejemplos 9A y 9B muestran que la
pared conductora en una cámara de fluidización ejerce un efecto
sobre el revestimiento del substrato, especialmente cuando la pared
está cerca de los bordes del substrato. El efecto de la pared
conductora sobre el campo eléctrico da lugar a cobertura desigual en
los bordes más cercanos a la pared. El aislamiento de las paredes
de la cámara de fluidización permite que el campo eléctrico esté
conformado más o menos exclusivamente por los electrodos, en tal
caso se consigue una cobertura altamente uniforme.
Dado que puede haber casos en los que sea
deseable algún engrosamiento del revestimiento a lo largo de los
bordes del substrato y otros en los que no es deseable el
engrosamiento, existe la posibilidad de aparatos que incluyen
cámaras de fluidización conductoras o aislantes.
Se pueden construir electrodos de composite de
electrodos descritos en los anteriores Ejemplos.
Una disposición de electrodo de composite
incluye una pluralidad de electrodos de panel separados entre sí
por material aislante, que permiten la aplicación de diferentes
voltajes a los electrodos respectivos. Los voltajes aplicados a los
electrodos de panel pueden variar desde muy bajos voltajes hasta
varios kilovoltios, según los resultados deseados. El material
aislante se dispone para prevenir cualquier carga o condiciones de
corona de los bordes de los electrodos de panel cuyos bordes se
pueden cubrir con cinta aislante según sea necesario para asegurar
de que no hay carga o condiciones de corona. Uno o más, pero no
todos, de los electrodos de panel del electrodo de composite pueden
estar conectados a tierra.
Una disposición de electrodo de composite
alternativa es una pluralidad de electrodos de panel cuyos bordes
se solapan entre sí sin que los electrodos de panel se toquen de
hecho entre sí. Se puede incluir material aislante para cubrir los
bordes de los electrodos de panel para asegurar que no hay carga o
condiciones de corona y, además, para protegerse contra el contacto
eléctrico incluso si hay contacto mecánico entre los electrodos de
panel. Se pueden aplicar voltajes que varían desde unos pocos
voltios hasta varios kilovoltios a los electrodos de panel según
los resultados deseados. Uno o más, pero no todos, de los electrodos
de panel del electrodo de composite pueden estar conectados a
tierra.
Los electrodos de composite serían útiles en
circunstancias en las que se deseara que el revestimiento sobre el
substrato se debería ajustar de algún modo, por ejemplo, para
obtener un revestimiento con grosor reducido en el borde del
substrato.
El electrodo de varilla descrito en los Ejemplos
1A y 1B se puede usar para revestir un substrato plano o un
substrato ligeramente curvado pero, como en el caso del Ejemplo 8B,
es especialmente apropiado para revestir un hueco en un substrato
cuando se inserta en el hueco. El hueco puede ser, por supuesto, un
hueco que está abierto en un lado o cerrado en todos los lados.
Los electrodos descritos en los Ejemplos
anteriores se pueden modificar para formar una envoltura para el
substrato, especialmente un substrato que no es una placa,
acomodando la envoltura parcial o completamente al substrato.
El desarrollo de un electrodo o electrodos para
formar una envoltura para un substrato se puede conseguir
incrementando el número de electrodos, que incluye unir una
pluralidad de electrodos de varilla conjuntamente para formar una
malla, por ejemplo, o, alternativamente, extender un electrodo de
placa o una pluralidad de electrodos de placa para confrontar el
substrato por todos los lados.
Refiriéndonos a la Fig. 4 de los dibujos
adjuntos, como en la Fig. 1, el aparato de revestimiento en polvo
triboeléctrico de lecho fluidizado incluye una cámara 1 de
fluidización que tiene una entrada 2 de aire en su base y una
membrana 3 porosa de distribución de aire dispuesta transversalmente
para dividir la cámara en una cámara 4 impelente inferior y un
compartimento 5 de fluidización superior. Se establece un lecho
fluidizado de una composición de revestimiento en polvo en el
compartimento 5 de fluidización superior por medio de una corriente
de aire que fluye ascendentemente introducido desde la cámara 4
impelente inferior a través de la membrana 3 porosa. Las partículas
de la composición de revestimiento en polvo se cargan eléctricamente
como resultado de la acción triboeléctrica entre las
partículas.
En el funcionamiento del aparato, un substrato 6
suspendido de un soporte 7 aislante, preferentemente un soporte
rígido, se sumerge en el lecho fluidizado.
El aparato incluye un electrodo 59 conductor de
la electricidad que no tiene forma específica, que envuelve al
substrato 6 y, durante por lo menos una parte del periodo de
inmersión, se aplica un voltaje continuo al electrodo 59 por medio
de una fuente 8 de voltaje, que puede ser una fuente de voltaje
variable. Como se muestra, el substrato 6 no tiene conexión
eléctrica (eléctricamente "flotante") pero en su lugar puede
estar conectado a tierra por medio de una conexión eléctrica
apropiada.
Refiriéndonos a la Fig. 5 de los dibujos
adjuntos, el aparato que incluye un electrodo para revestir un
substrato 6 rectangular, incluye una envoltura rectangular que
tiene primera y segunda porción 21a y 21b. La envoltura se ajusta
muy bien al substrato 6 rectangular sin cubrir la parte superior,
como se ve en la figura, del substrato 6. Aunque no es evidente en
la figura, la envoltura no cubre el fondo del substrato. La
envoltura tiene cuatro superficies internas que dan a las cuatro
caras laterales, como se ve, del substrato. La primera porción 21a
de la envoltura está conectada a una primera fuente 8 de
alimentación y la segunda porción 21b de la envoltura está
conectada a una segunda 22 fuente de alimentación. Hay una
separación entre las porciones 21a y 21b de la envoltura que, como
resultado de la separación, están eléctricamente aisladas entre sí.
El substrato 6 está eléctricamente aislado.
Refiriéndonos a la Fig. 6 de los dibujos
adjuntos, la envoltura rectangular se muestra en perspectiva y, en
este caso, está construida de un conjunto de varillas, incluyendo la
envoltura una primera porción 121a y una segunda porción 121b entre
las cuales hay una separación.
Refiriéndonos a la Fig. 7 de los dibujos
adjuntos, la envoltura rectangular, mostrada de nuevo en
perspectiva, está en este caso construida de un conjunto de
varillas e incluye una primera porción 221a y una segunda porción
221b entre las cuales hay una separación.
Refiriéndonos a la Fig. 8 de los dibujos
adjuntos, el aparato incluye una envoltura ovalada que envuelve al
substrato 6 rectangular. La envoltura ovalada incluye una primera
porción 321a y una segunda porción 321b y envuelve al substrato 6
sin cubrir la parte superior, como se ve en la figura, del substrato
6. Aunque no es evidente en la figura, la envoltura no cubre el
fondo del substrato 6. La primera porción de la envoltura 321a está
conectada a una primera fuente 8 de alimentación y la segunda
porción 321b de la envoltura está conectada a una segunda fuente 22
de alimentación. Hay una separación entre las porciones 321a y 321b
de la envoltura y las porciones de la envoltura, como resultado de
la separación, están aisladas eléctricamente entre sí.
Refiriéndonos a la Fig. 9 de los dibujos
adjuntos, la envoltura oval se muestra en perspectiva y, en este
caso, está construida de material de lámina, incluyendo la envoltura
una primera porción 421a y una segunda porción 421b entre las
cuales hay una separación.
Refiriéndonos a la Fig. 10 de los dibujos
adjuntos, una forma alternativa de la envoltura ovalada se muestra
en perspectiva y, en este caso, está construida de un conjunto de
varillas, incluyendo la envoltura una sola porción
521.
521.
Refiriéndonos a la Fig. 11 de los dibujos
adjuntos, se muestra en perspectiva otra forma alternativa de la
envoltura ovalada y, en este caso, es una sola pieza de material que
incluye un área principal 621a de material de lámina y un área 621b
formado por un conjunto de varillas.
Refiriéndonos a la Fig. 12 de los dibujos
adjuntos, el aparato incluye una envoltura rectangular, que incluye
una primera porción 721a y una segunda porción 721b, que rodea al
substrato 6 que incluye cubrir la parte superior, como se ve en la
figura, del substrato 6. El substrato 6 es rectangular. Aunque no es
evidente en la figura, la envoltura también cubre el fondo del
substrato 6. La primera porción 721a de la envoltura está conectada
a una primera fuente 8 de alimentación y la segunda porción 721b de
la envoltura está conectada a una segunda fuente 22 de
alimentación. Hay una separación entre las porciones 721a y 721b de
la envoltura y las porciones de la envoltura, como resultado de la
separación, están eléctricamente aisladas entre sí.
Refiriéndonos a la Fig. 13 de los dibujos
adjuntos, el substrato 6 está conectado a tierra, estando provisto
de la envoltura que consiste en las porciones 721a y 721b que cubren
la parte superior y el fondo, como se ve, del substrato 6.
Refiriéndonos a la Fig. 14 de los dibujos
adjuntos, una forma alternativa de la envoltura rectangular se
muestra en perspectiva y, en este caso, está construida de un
conjunto de varillas, incluyendo la envoltura una primera porción
821a y una segunda porción 821b que, en uso, cubren la parte
superior y el fondo del substrato.
La cámara 1 de fluidización puede ser parcial o
totalmente conductora de la electricidad, en tal caso se puede
aplicar también un potencial eléctrico a la cámara de
fluidización.
La envoltura no necesita ser de ninguna forma
geométrica específica. La envoltura incluye una cavidad en la que,
en funcionamiento, el substrato está parcial o totalmente contenido.
Los límites de la cavidad pueden seguir, pero no necesitan seguir,
los contornos del substrato.
Se apreciará que hay un espacio entre el
electrodo, o los electrodos, y el substrato en todas las
disposiciones anteriores.
Claims (48)
1. Un aparato para realizar un procedimiento
para formar un revestimiento sobre un substrato, que incluye:
- una cámara de fluidización para establecer un lecho fluidizado de una composición de revestimiento en polvo, efectuando por ello una carga tribostática de la composición de revestimiento en polvo,
- medios para sumergir el substrato total o parcialmente en el lecho fuidizado, por lo que las partículas tribostáticamente cargadas de la composición de revestimiento en polvo se adhieren al substrato,
- un electrodo conductor de la electricidad, al que se aplica un voltaje, colocado para influir hasta qué punto las partículas cargadas se adhieren a una región del substrato,
- medios para aplicar el voltaje al electrodo,
- medios para retirar el substrato del lecho fluidizado y
- medios para formar con las partículas adherentes un revestimiento continuo sobre por lo menos parte del substrato,
estando el aparato dispuesto para funcionar sin
ionización o efectos de corona en el lecho fluidizado,
caracterizado porque el substrato está eléctricamente
aislado o conectado a tierra.
2. Un aparato según la reivindicación 1, que
incluye un segundo electrodo al que se aplica un voltaje que es de
polaridad opuesta al primer voltaje identificado, estando el primer
electrodo identificado y el segundo electrodo en lados opuestos del
substrato y estando el segundo electrodo colocado para influir en
hasta qué punto las partículas se adhieren a una región del
substrato, y medios para aplicar el voltaje de polaridad opuesta al
segundo electrodo.
3. Un aparato según la reivindicación 1, que
incluye por lo menos un electrodo adicional adyacente al primer
electrodo identificado, estando el electrodo o electrodos
adicionales colocados para influir en hasta qué punto las
partículas cargadas se adhieren a una región respectiva del
substrato o a regiones respectivas del substrato, y medios para
aplicar un voltaje de la misma polaridad que el primer voltaje
identificado al electrodo o electrodos adicionales.
4. Un aparato según la reivindicación 3, que
incluye una pluralidad de electrodos adicionales, en el que los
electrodos adicionales rodean al substrato.
5. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que el primer electrodo identificado
está en la forma de una varilla.
6. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que el primer electrodo identificado
está en la forma de una placa.
7. Un aparato según la reivindicación 2 o la
reivindicación 3, en el que los electrodos están en la forma de
placas.
8. Un aparato según la reivindicación 4, en el
que el primer electrodo identificado y la pluralidad de electrodos
adicionales son elementos de una envoltura que rodea al
substrato.
9. Un aparato según la reivindicación 1, en el
que el electrodo forma una envoltura para el substrato.
10. Un aparato según la reivindicación 9, en el
que la envoltura incluye material de lámina.
11. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 10, en el que por lo menos parte de la
envoltura consiste en un conjunto de varillas.
12. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 11, en el que la envoltura es de forma
tubular.
13. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 11, en el que la envoltura es de forma tubular
e incluye en un extremo un miembro de cierre del extremo.
14. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 11, en el que la envoltura es de forma tubular
e incluye en ambos extremos miembros de cierre del extremo.
15. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 14, en el que la envoltura es cilíndrica.
16. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 14, en el que la envoltura tiene una sección
transversal circular.
17. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 14, en el que la envoltura tiene una sección
transversal ovalada.
18. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 14, en el que la envoltura tiene una sección
transversal rectangular.
19. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 18, en el que la envoltura tiene una pluralidad
de porciones eléctricamente aisladas y en el que el aparato incluye
medios para aplicar los respectivos voltajes a las porciones
separadas.
20. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 19, en el que por lo menos una parte de la
cámara de fluidización es conductora de la electricidad y en el que
el aparato incluye medios para aplicar un voltaje a la parte
conductora de la cámara de fluidización.
21. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 19, en el que las paredes de la cámara de
fluidización no son conductoras de la electricidad.
22. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 20, en el que, en funcionamiento, el gradiente
de potencial entre el electrodo o electrodos y el substrato es del
orden de entre 0,1 kV/cm y 5 kV/cm, incluidos ambos límites.
23. Un aparato según la reivindicación 21, en el
que, en funcionamiento, el gradiente de potencial es del orden de
entre 0,1 kV/cm y 0,5 kV/cm, incluidos ambos límites.
24. Un aparato según la reivindicación 22, en el
que, en funcionamiento, el gradiente de potencial es del orden de
entre 0,2 kV/cm y 1 kV/cm, incluidos ambos límites.
25. Un procedimiento para formar un
revestimiento sobre un substrato, que incluye las etapas de:
- establecer un lecho fluidizado de una composición de revestimiento en polvo, efectuando por ello una carga tribostática de la composición de revestimiento en polvo,
- sumergir el substrato total o parcialmente en el lecho fuidizado, por lo que las partículas tribostáticamente cargadas de la composición de revestimiento en polvo se adhieren al substrato, estando el substrato eléctricamente aislado o conectado a tierra,
- proporcionar un electrodo conductor de la electricidad en el lecho fluidizado,
- aplicar un voltaje al electrodo conductor de la electricidad, estando colocado el electrodo, con relación al substrato, donde el punto hasta el que las partículas cargadas se adhieren a regiones del substrato está influenciado por el electrodo,
- retirar el substrato del lecho fluidizado y formar con las partículas adheridas un revestimiento continuo sobre por lo menos parte del substrato,
siendo efectuado el procedimiento sin ionización
o efectos de corona en el lecho fluidizado.
26. Un procedimiento según la reivindicación 25,
que incluye la inserción de un segundo electrodo sobre el lado
opuesto del substrato con relación al primer electrodo identificado,
estando colocado el segundo electrodo para influir en hasta qué
punto las partículas cargadas se adhieren a una región del
substrato, y aplicando al segundo electrodo un voltaje que es de
polaridad opuesta al primer voltaje identificado.
27. Un procedimiento según la reivindicación 25,
que incluye la inserción de por lo menos un electrodo adicional
adyacente al primer electrodo identificado, estando el electrodo o
electrodos adicionales colocados para influir en hasta qué punto
las partículas cargadas se adhieren a una región respectiva del
substrato o a regiones respectivas del substrato, y aplicando al
electrodo o electrodos adicionales un voltaje de la misma polaridad
que el primer voltaje identificado.
28. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 27, en el que el substrato es no conductor o
poco conductor de la electricidad.
29. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 28, en el que el substrato comprende un
tablero de fibra de densidad media (MDF).
30. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 29, en el que el substrato comprende
madera.
\newpage
31. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 29, en el que el substrato comprende un
producto de madera.
32. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 28, en el que el substrato comprende un
material plástico.
33. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 28 o la reivindicación 32, en el que el
substrato comprende un material plástico que incluye un aditivo
conductor de la electricidad.
34. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 28, 32 o 33, en el que el material plástico
comprende poliamida.
35. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 28, o la reivindicación 32, en el que el
substrato comprende un material plástico muy aislante.
36. Un procedimiento según la reivindicación 35,
en el que el material plástico comprende policarbonato.
37. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 36, en el que la resistencia superficial del
substrato es del orden de por lo menos 10^{8} ohms/cuadrado
38. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 37, en el que la resistencia superficial del
substrato es del orden de 10^{3} a 10^{5} ohms/cuadrado
39. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 37, en el que la resistencia superficial del
substrato es del orden de por lo menos 10^{5} ohms/cuadrado
40. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 37 o la reivindicación 39, en el que la
resistencia superficial del substrato es del orden de 10^{5} a
10^{11} ohms/cuadrado
41. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 37, en el que la resistencia superficial del
substrato es del orden de por lo menos 10^{11} ohms/cuadrado
42. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 27, en el que el substrato es un substrato
conductor de la electricidad.
43. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 32 a 36, que incluye la etapa de calentar el
material plástico hasta una temperatura por debajo de su punto de
fusión y por debajo del punto de transición de la composición de
revestimiento en polvo antes de sumergir el substrato en el lecho
fluidizado.
44. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 32 a 36 o la reivindicación 43, que incluye la
etapa de pre-cargar el substrato antes de sumergirlo
en el lecho fluidizado.
45. Un procedimiento según la reivindicación 44,
que incluye la etapa de distribuir uniformemente la carga sobre el
substrato antes de sumergir el substrato en el lecho fluidizado.
46. Un procedimiento según la reivindicación 45,
que incluye la etapa de calentar el substrato a una temperatura por
debajo de su punto de fusión para distribuir uniformemente la
carga.
47. Un procedimiento según la reivindicación 45,
que incluye la etapa de humedecer la superficie del substrato para
distribuir uniformemente la carga.
48. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 27 o la reivindicación 42, en el que no hay
precalentamiento del substrato previamente a la inmersión en el
lecho fluidizado.
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