FI85715B

FI85715B - Pulverformigt lack, dess framstaellning och anvaendning.

Info

Publication number: FI85715B
Application number: FI873080A
Authority: FI
Inventors: Joern-Volker Weiss
Original assignee: Huels Chemische Werke Ag
Priority date: 1986-07-17
Filing date: 1987-07-13
Publication date: 1992-02-14
Also published as: NO873003L; FI85715C; CA1317399C; FI873080A0; DE3784396D1; BR8703719A; KR880001777A; FI873080A; DE3624177A1; JPS6323977A; US4788076A; KR950006070B1; EP0253101B1; EP0253101A3; AU588203B2; NO873003D0; EP0253101A2; AU7573987A

Description

8571 5

Jauhemainen lakka, sen valmistus ja käyttö -Pulverformigt lack, dess framställning och användning

Keksinnön kohteena ovat jauhemaiset lakat, jotka perustuvat aineseokseen, joka sisältää epoksidiyhdisteitä ja mahdollisesti polyestereitä ja kovettimena käytettyjä, epäorgaanisten happojen ja primaaristen diamiinien kanssa muodostettuja suoloja.

Teollisuudessa esiintyy suuri tarve kaikentyyppisistä jauhemaisista lakoista. Tämä johtuu ennen kaikkea siitä, että käytettäessä niitä ei tarvita mitään liuottimia ja esiintyy vain pieniä hävikkejä. Jauhemaiset lakat ovat edullisia ja ympäristöystävällisiä.

Useimmat tunnetut lakat tuottavat kiiltäviä pintoja. Viime aikoina on oltu kiinnostuneita ennen kaikkea mattapinnois-ta, koska näitä ei tarvitse puhdistaa niin paljon kuin kiiltäviä pintoja. Turvallisuusteknisestä on monin kerroin edullisempaa valmistaa mattapintoja.

Yksinkertaisin periaate mattapinnan valmistamiseksi on sekoittaa jauhemaiseen lakkaan halutun mattavaikutuksen mukaisesti pienempiä tai suurempia määriä täyteaineita, kuten liitua, hienojakoista piidioksidia, bariumsulfaattia . - tai yhteensopimattomia lisäaineita, kuten vahaa, selluloo- : sajohdannaisia. Nämä lisäaineet kuitenkin huonontavat lak- kateknisiä kalvo-ominaisuuksia.

Julkaisussa DE-PS 23 24 696 esitetään menetelmä mattapin-taisten päällysteiden valmistamiseksi, missä menetelmässä käytetään erikoiskovetinta, syklisten amidiinien määrättyjen polykarboksyylihappojen kanssa muodostettua suolaa. Todellakin vain tämä menetelmä on päässyt markkinoille erinomaisten lakkateknisten ominaisuuksiensa ansiosta. Menetelmää on tällä välin parannettu monta kertaa [vrt. DE-OS 30 26 455, 30 26 456 ja saksalainen patenttihakemus P

2 85715 35 11 998.5, 2.4.1985 "Härter för pulveriörmige Uberzugs-mittel auf der Basis von Epoxiharzen".

Menetelmässä on kuitenkin muutamia periaatteellisia haittoja. Tarvittavat amidiinit ovat kalliita eikä niitä ole aina saatavilla tarvittavissa määrissä. Olisi toivottavaa, jos voitaisiin käyttää helpommin saatavia emäksisiä yhdisteitä, mahdollisesti suoraan nestemäisiä diamiineja sopivassa muodossa epoksidihartsien kovettimena. Näiden amiinien tavanomaisten happojen kanssa muodostetut suolat ovat kuitenkin päinvastoin kuin amidiinisuolat niin kestäviä, että jauhelakkateollisuudessa tavanomaisissa poltto-olosuhteissa ei saada aikaan epoksidihartsien riittävää kovettumista.

Julkaisussa EP-PS 0 082 196 esitetään vesipitoinen pääl-lystysjärjeste!mä, joka saadaan aikaan saattamalla polyol ipo]yeetteri epoksidi reagoimaan fosforihappoanhydridin kanssa. Tällainen vesipitoinen järjestelmä ei kuitenkaan kiinnosta jauhemaisia lakkoja valmistavaa alan ammatti-miestä hänen etsiessään mattapinnan tuottavia lakkajärjes-telmiä.

Tämän keksinnön kohteena on saada aikaan varastoinnin kestäviä jauhemaisia lakkoja, jotka täyttävät seuraavat vaatimukset: 1. Kovettimia tulee voida käyttää sekä epoksidihartseihin että niin kutsuttuihin hybridijärjestelmiin, s.o. epoksidi-ja polyesterihartsien sekajärjestelmiin.

2. Kovettimina tulee käyttää aineita, jotka ovat helposti saatavilla ja valmistettavissa ja käytännössä mielivaltaisina määrinä käytettävissä.

3. Kovettamisen tulisi saada aikaan mieluummin mattapinto-ja.

3 85715

Nyt on keksitty jauhemaisia lakkoja, jotka täyttävät nämä vaatimukset. Niiden raekoko on alle 100 μιπ ja ne sisältävät seuraavia aineosia: - epoksidiyhdistettä, joka sisältää keskimäärin useamman kuin yhden epoksidiryhmän molekyyliä kohden ja jonka sulamispiste on yli 70 °C, - mahdollisesti korkeintaan 45 % polyesteriä suhteessa epoksidiyhdisteiden painoon, - fosfori- ja/tai rikkihapon primaaristen diamiinien, nimittäin sykloheksyyliamiinin johdannaisten ja mahdollisesti alkyylisubstituoitujen heksametyleenidiamiinien kanssa muodostettuja suoloja, - 1,4-diatsabisyklo[2.2.2]oktaania - sekä tavanomaisia lisäaineita.

Tämän keksinnön kohteena on edelleen menetelmä patenttivaatimuksen 4 mukaisten mattapäällysteiden valmistamiseksi.

... Keksinnön mukaisten jauhemaisten lakkojen etuna on ennen kaikkea se, että ei tarvitse käyttää erityisiä N-pitoisia ; - yhdisteitä eikä additiotuotteita, jotka on mahdollisesti ·- ensin syntetisoitava, vaan voidaan käyttää kaikkia käyttö- : kelpoisia yhdisteitä, jotka ovat kaupallisesti saatavissa.

Käytetyissä epoksidihartseissa on keskimäärin useampi kuin yksi epoksidiryhmä molekyyliä kohden. Niiden sulamispiste on yli 40 °C. Epoksidihartsit voivat olla tyydyttyneitä tai tyydyttymättömiä, alifaattisia, sykloalifaattisia, aralifaattisia tai heterosyklisiä. Etenkin ne ovat . . - useamman kerran tyydyttymättömien hiilivetyjen, kuten esim. vinyylisyklohekseenin, disyklopentadieenin, syklo-·'' heksadieeni-(1, 3 ) :n ja -(1,4) :n, syklododekadieenin ja -trieenin, isopreenin, heksadieeni-(1,5):n, butadieenin, polybutadieenin, divinyylibentseenin ja vastaavien epoksi-deja, 4 85715 - moniarvoisten alkoholien, kuten esim. etyleeni-, propy-leeni- ja butyleeniglykolin, glyserolin, pentaerytriitin, sorbiitin, polyvinyylialkoholien ja tiodiglykolien epoksi-eettereitä, - moniarvoisten fenolien, kuten resorsiinin, hydrokinonin, bis(4-hydroksifenoli)-metaanin, bis-(4-hydroksi-3,5-dikloo-rifenyyli)-metaanin, 1,1-bis-(4-hydroksifenyyli)-etäänin, 2,2-bis-(4-hydroksifenyyli)-propaanin, 2,2-bis-(4-hydroksi- 3-metyylifenyyli)-propaanin, 2,2-bis-(4-hydroksi-3,5,5-tri-k 1oorifenyyli ) propaanin, bis-(4-hydroksifenyyli)-fenyyli-metaanin, bis-(4-hydroksifenyyli)-difenyylimetaanin, bis-(4-hydroksifenyyli)-sykloheksyylimetaanin, 4,4'-dihydroksi-difenyylin, 2,2'-dihydroksidifenyylin epoksieettereitä.

- N-pitoisia epoksideja, kuten N,N-diglysidyylianiliiniä, N,N'-dimetyylidiglysidyyli-4,4'-diaminodifenyylimetaania, triglysidyyli-isosyanuraattia.

Erittäin sopivia ovat epoksidit, jotka perustuvat bisfeno-li A:han ja joiden epoksidi-ekvivalentti on 500 - 2000 ja sulamispiste 70 - 140 °C.

Sopivia polyestereitä, joita voidaan lisätä korkeintaan 45 % suhteessa epoksidiyhdisteiden painoon, ovat (syklo)-alifaattisten tai aromaattisten polykarboksyylihappojen oligomeerit, jotka on muodostettu (syklo)alifaattisten diolien kanssa, jolloin kummassakin komponentissa on 4 -18 C-atomia.

Oligoestereiden valmistamiseksi voidaan käyttää toisaalta alifaattisia, sykloalifaattisia tai aromaattisia di- tai polykarboksyylihappoja ja toisaalta alifaattisia tai sykloalifaattisia dioleja. Karboksyylihapot vast, diolit sisältävät 4-18 hiiliatomia. Dioleita käytettäessä yksittäisiä hiiliatomeja voidaan korvata mahdollisesti myös 5 85715 happiatomeilla. Edellytyksenä tähän on se, että tällainen happiatomi on erotettu vähintään 2 hiiliatomilla ketjun hydroksyyliryhmästä ja/tai toisesta happiatomista.

Dikarboksyylihappoina voidaan käyttää esim. meripihkahap-poa, glutaarihappoa, adipiinihappoa, trimetyyliadipiini-happoa, atselaiinihappoa, sebatsiinihappoa, dekaanidihap-poa, dodekaanidihappoa, fumaarihappoa, maleiinihappoa ja isoftaalihappoa. Polykarboksyylihappoina voidaan käyttää esim. bentseeni-1,3,5-trikarboksyylihappoa, bentseeni- 1,2,4-trikarboksyylihappoa, bentseeni-1,2,3-trikarboksyy-lihappoa, naftaliinil,5-dikarboksyylihappoa, bentsofenoni-4,4'-dikarboksyylihappoa, butaanitetrakarboksyylihappoa, syklopentatetrakarboksyylihappoa, pyromelliittihappoa, bentseeni-i,2,3,4-tetrakarboksyylihappoa, bentseeni-l,2,3,5-tetrakarboksyylihappoa ja 3,4-dikarboksi-l,2,3,4-tetrahyd-ronaftaliini-l-meripihkahappoa.

Dioleina tulevat kysymykseen esim. 1,3-, 1,4- tai 2,3-bu-taanidioli, 1,5-pentaanidioli, 2,2-dimetyyli-l,3-propaa-nidioli, 1,6- ja 2,5-heksaanidioli sekä 1,12-dodekaani-dioli.

Karboksyyliryhmiä sisältävien oligoestereiden happoluku on 245 - 265, etenkin 250 - 260. Pehmenemispisteet ovat yleensä 40 - 110 0C, mieluummin 60 - 90 °C. Tavallisesti niiden keskimääräinen moolimassa on alle 2 500.

Oligoestereiden valmistus on tunnettua (Sorensen ja Campbell - "Preparative Methods of Polymer Chemistry", Inter-' science Publishers Inc., New York, 1961, s. Ill - 127).

Yleensä valmistus tapahtuu korkeintaan 200 °C:n lämpötilassa kondensoimalla sulassa. Reaktionkulkua voidaan seurata tällöin titraamalla ylimääräiset karboksyyliryhmät, niin että reaktion päättyminen voidaan määrittää helposti.

6 85715

Epäorgaanisina happoina käytetään rikkihappoa tai fosfori-happoa sekä näiden seoksia. Mieluummin käytetään fosfori-happoa .

Sopivia primaarisia diamiineja ovat - sykloheksyyliamiinin johdannaiset, jotka sisältävät jonkin toisen alifaattisesti tai aromaattisesti sidotun ami-noryhmän, etenkin isoforonidiamiini (IPD), - alifaattiset diamiinit, joilla on heksametyleenidiamii-nin rakenne ja jotka voi olla substituoitu mahdollisesti useilla alempialkyyliryhmillä, etenkin 2,2,4- ja/tai 2.4.4- trimetyyliheksametyleenidiamiini (TMD).

Suolojen valmistus tapahtuu tarkoituksenmukaisesti saattamalla epäorgaaniset hapot reagoimaan esitettyjen diamii-nien kanssa vesipitoisessa liuoksessa n. 50 °C:n lämpötilassa. Hapon määrä säädetään niin, että aminoryhmää kohden tulee vähintään yksi, mieluummin korkeintaan 2 happoryhmää.

Keksinnön mukaiset jauhemaiset lakat sisältävät edelleen 1.4- diatsabisyklo[2.2.2]oktaania, mieluummin 0,5 - l % valmisteen koko painon suhteen.

Valmistettaessa jauhemaisia päällysteaineita voidaan käyttää edelleen tavanomaisia lisäaineita, kuten juoksutusai-neita, pigmenttejä, väriaineita, täyteaineita, katalysaattoreita, tioksotropia-aineita, UV- ja hapetusstabilisaat-toreita. Näiden lisäaineiden määrä voi vaihdella laajalti suhteessa sideaineen määrään.

Päällysteaineen valmistus tapahtuu esimerkiksi siten, että yksittäiset aineosat (epoksidihartsit, kovettimet ja mahdollisesti lisäaineet) jauhetaan, sekoitetaan ja suulake-puristetaan 90 - 110 °C:ssa. Suulakepuristuksen jälkeen jäähdytetään ja jauhetaan alle 100 pm:n raekokokoon.

7 85715

Levitys päällystettävälle alustalle voi tapahtua tunnettujen menetelmien mukaisesti, esim. sähköstaattisen jauhe-ruiskutuksen, pyörresintrauksen tai sähköstaattisen pyör-resintrauksen avulla. Tämän jälkeen levitetty päällyste kovetetaan 5-35 minuutin kuluessa 160 - 240 °C:ssa, etenkin 10 - 20 minuutin kuluessa 180 - 220 °C:ssa.

Keksinnön mukaisilla jauhemaisilla päällysteillä voidaan päällystää kaikkia alustoja, jotka kestävät esitettyjä ko-vettumislämpötiloja, esim. metalleja, lasia, keramiikkaa tai muovia.

Keksinnön mukaisten kovettimien avulla valmistetuissa päällysteissä on tasainen rakenne ja matta pinta. Gardnerin määritysmenetelmän (60°) mukaisesti saadaan aikaan kiilto-aste, joka on arvoltaan jopa 14. Odottomattomalla tavalla muut tekniset ominaisuudet pysyvät korkeina.

Lakkatekniset ominaisuudet määritettiin seuraavien koestus-menetelmien mukaisesti: - syventymä Erichsenin mukaisesti mm:nä (DIN 53 156), - kuulaiskukovuus Gardnerin mukaisesti (ASTM D 2794), - hilaleikkaustesti (DIN 53 151), - kiiltoaste Gardnerin mukaisesti 60°:ssa (ASTM D 523). Esimerkkej ä 200 g kovetinta valmistetaan 1 litran kolmikaulapullossa, joka on varustettu mekaanisella sekoittimella, jäähdytti-mellä, jauhesuppilolla ja kuumennussienellä.

Vesiliukoinen polyamiini (esim. IPD, TMD) laitetaan 400 ml:aan täysin suolatonta vettä (VE-vesi). Sekoittamalla lisätään sitten suola tipoittain. Tämän jälkeen reaktio-seosta sekoitetaan tunnin ajan 50 °C:ssa.

8 85715

Muodostunut suola eristetään uuttamalla liuotin kierto-haihduttimessa ja kiinteää jäännöstä kuivatetaan tämän jälkeen tyhjössä 5 tunnin ajan 100 °C:ssa.

Jauhemaisen lakan valmistus

Kovot.timena käytetyt suolat jauhetaan ensin roottori-pika-myllyssä erittäin hienoksi jauheeksi. Tämän jälkeen tämä jauhe sekoitetaan muiden lakkakomponenttien kanssa (epok-sidihartsi ja mahdollisesti polyesteri, titaanidioksidi, 1,4-diatsabisyklo[2.2.2]oktaani, juoksetusaine 10 %:sen masterbatch'in muodossa jne.) karkeasti esisekoittimessa ja suulakepuristetaan Buss-vaivauslaitteessa 100 °C:ssa. Jäähdytetty suulakepuriste jauhetaan hienoksi jauheeksi, jolloin yli 100 ym olevat karkeat osat erotetaan seulalla. Näin saatu jauhe levitetään sähköstaattisessa jauheenruis-kutuslaitteessa 60 kV:n jännitteessä teräslevyille ja poltetaan kiertoilmakuivatuskaapissa 180 - 220 °C:n lämpötilassa .

Käytetyt kovetinsuolat N:o Polyamiini/epäorgaaninen happo Moolisuhde ' 1 TMD/H3P04 1 : 1 2 TMD/H3P04 2 : 3 3 TMD/H3P04 3,5 : 1,7 4 IDP/H3P04 1 : 1 5 IDP/H3P04 2 : 3 6 IDP/H3P04 3 : 2 7 IDP/H3P04 3 : 2,1 8 TMD/IDP/H3P04 0,5 : 1,5 : 2,55 9 TMD/IDP/H3P04 1,5 : 1,5 : 1,7 10 IDP/H2S04 1,5 : 1

Jauhemaisten lakkojen valmistuksessa käytetään seuraavia epoksidihartseja ja seuraavia OH-ryhmiä sisältäviä polyes-tereitä: 9 85715

Epoksidihartsi 1 (EP 1) EP-ekvivaienttipaino 850 - 940 EP-arvo 0,10 - 0,11

pehmenemisalue 80 - 100 °C

Epoksidihartsi 2 (EP 2) EP-ekvivalenttipaino 730 - 840 EP-arvo 0,12 - 0,13

pehmenemisalue 94 - 106 °C

Polyesterihartsi (PE 1) happoluku 47 - 57

1 asittumislämpötila 58 °C

Epoksidihartsi 1 on Shell AG:n (Hampuri) tuote, jota saadaan nimellä Epikote® 1004. Epoksidihartsi 2 on Dow Chemical Co.:n tuote, jonka nimi on DER® 663.

Polyesterihartsi 1 on DSM Resins:in (Zwolle, Hollanti) tuote nimeltään URALAC® 2228.

85 71 5 10 α*> * Ο Ο ίΠ ^ I I o O o (Λ «f U“> Λ H in I I o o o LO »f lo «» < >-t CO VO I I O O o LO *ί·

00 CM LO LO

* * * *

CM —· CO I O LO O O O

r—< «t >H ^

00 CM LO LO

* · «k IL

«3- ro I O lO O O O

•—I kj k-H L?"

LO LO

«k « O O CO VO t I O O o H H ιΛ vi

LO LO

«k lk Οι σ\ ro >o I too o LO *3

LO LO

k «k oo oo n <t i i o o o LO O"

LO LO

* * r- en κο i too o lD ^ ii"> O’) * « vo vo ro vo t i o o o LO ^

LO LO

« m m lo vo ro vo t too o 3 vo «S- 2 ^ ·* en ^ vt ro vo i too o O vO «ί- Ο

·* LO LO

* «k C ro ro ro vo ι t O O o (0 LO O- λ;

*5 LO LO

'k λ Ib

CM CM ro LO I IOO O

e <0 lo <u e S » “I “Ϊ.

<0 O »—· «—ι ro vo I IOO O

E « lo CU Ui Λ »0 P to <0 EE O ·—t <N >-h ι ^ — ·· I (0 •H C Ph CU U ui U) ^ W W Oi p .pii x e e 4-> <a o r-, h

P -H Ή τ-t ·Η ·Η CU -H rH CM C

CU -P -P U) CO UI U) Ό ϋ . ®

E<U CU -P -P -P (N CU I >1 CM CO H> > PPMOOCM<cn · -P

cnooiococo Pp-H « ·η <m λ; M K ^ X X X E-t Ό (0 Ή JD k .o 11 8571 5 sö » C_> ΙΛΟ LO O O o o o ή o m cm «r >-4 *» CM t 50 « CO U"> o 3 0 0 OOf>» CM 00 m CM H (*1 <—« « ro Λ < m o O CM o o o o i—· o ir> ro cm h ro CM « « o «k CM «no O CM Γ··· o o o r-H l-V O CO 00 «-· ^ CM * o *

—t O O U0 CM <n OOiO

+j r-t 3 m 50 CM CM

0) CM « Ό v/^

2 O mo O CM 00 O O CM

f rl r-t O Ό » 00 ^ M· «CM *

•H

(0 *

c 9t m o IA (M CO O O O

·-< O lO » M N rt c CM · E Tj- o « co oo o m m· o o r·*

j_) r-t o VO 30 <-· H

® CM VO * « .

'H γν. m o O rO r» O O o C >-< O lO 00 CM M- 10 CM * (0 O' V *

”3 VO VAQ O CM m O O VO

5 <-· O vot oo cm ro E CM »

VO

(0 * •r—i vo vo o o m- ro o o «r f—V O LO VO f* r-t , . CM »

P vO

0) · <D K) O IA N ^ O O «0

4J H O SO 00 H H

Λ ** to · .. . 3

« ro mo Oror-OOIM

- · O »h o vo oo co (rt H CM · »

• O

cm mo o cm en o o m

•j »-«O m* 00 CM CM

E CM * 3 —· +J “ jj *h mo m cm C7v o o m

t, rH O M· « CO CM CM

® CM · > O ______________

M

C

.·· O) *J

V: o I, ·* W 4-1

— 3 C -H

Ό CJ (0 +j 0) +j

J —- O 4J 3 3 > M

I · ~ 0) 3 > >ί O) W+JC 4J Ό W H uj W0

•H H <1) H (0 0) 3 M (0 I 3 C -H O

jcEa)EHM3(o+JCAicoa>vo .g^.p^-H-HiQQtiacDnio-p

+JC Hcod« H^CO O) 4-i 3 O <0 n3 O <0 j3 (0 O »0 4J

• ' εα)«(0Ον«331-ι>υ-Η3>0^-ι r4 > O Λί ε Λί -H te o -h 3 W Λ! -h

(0θΗ·Ηϊ0α)ΕΦ3Μ3 H

Claims

12 £)5715

1. Varastointia kestävät jauhemaiset lakat, joiden raekoko on alle 100 ym ja jotka perustuvat aineseokseen, jossa on - epoksidiyhdisteitä, jotka sisältävät keskimäärin useamman kuin yhden epoksidiryhmän molekyyliä kohden ja joiden sulamispiste on yli 70 °C, - epäorgaanisten happojen N-pitoisten yhdisteiden kanssa muodostettuja suoloja, - seka tavanomaisia lisäaineita, tunnetut siitä, että happoina käytetään fosforihappoa ja/tai rikkihappoa ja N-pitoisina yhdisteinä primaarisia diamiineja, jotka ovat sykloheksyyliamiinin johdannaisia ja mahdollisesti alkyylisubstituoituja heksametyleenidiamiineja ja lisäksi 1,4-diatsabisyklo[2.2.2]oktaania.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukaiset jauhemaiset lakat, tunnetut siitä, että N-pitoisena yhdisteenä käytetään isoforon id i am.i i n ia .

3. Patenttivaatimuksen 1 mukaiset jauhemaiset lakat, t u n-n e t u t siitä, että N-pitoisena yhdisteenä käytetään trimetyyliheksametyleenidiamiinia.

4. Menetelmä mattapintojen valmistamiseksi, tunnetut siitä, että vähintään ekvimolaarinen määrä fosfori-happoa ja/tai rikkihappoa saatetaan reagoimaan patenttivaatimusten 1-3 mukaisen diamiinin kanssa ja saatu suola, epoksidihartsi, mahdollisesti muut tavanomaiset lisäaineet sekä l,4-diatsabisyklo-[2.2.2]oktaani kovetetaan 160 - 240 °C:n lämpötilassa 5-35 minuutin kuluessa, etenkin 180 - 220 °C:n lämpötilassa 10 - 20 minuutin kuluessa duroplastiseksi Lakaksi. 8 5 71 5