JP2008530302A - 粉末コーティング組成物の結合 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フレーク様の色効果顔料を含有する粉末コーティング組成物を製造する方法、およびこの方法によって調製されるコーティング組成物に関する。
自動車の仕上げ剤または産業用塗料において使用される、溶媒ベースのコーティング組成物は、代表的に、ポリマー樹脂基剤を含有し、この基剤中に、フレーク様の顔料(例えば、金属フレーク)が分散しており、これらの顔料が、このコーティング組成物において、色効果(例えば、金属光沢、または角度による色の変化(goniochromism))を生じる。これらの金属フレークは、コーティングされる基材の表面に対して平行に整列する傾向があり、これによって、平坦な反射性の表面を提供し、このことは、この塗料が乾燥または焼成される場合に、このコーティングの望ましい外観を与える。
上記必要性は、フレーク様の色効果顔料粒子およびポリマー結合剤を含有する粉末コーティング組成物を製造する、本発明の方法によって、満たされる。この顔料組成物は、微粒子を含む初期粒度分布を有する。この顔料組成物は、混合され、そして微粒子を実質的に含まない第二の粒度分布を達成するための温度まで加熱される。この顔料組成物は、冷却されて、粉末コーティング組成物を製造する。この加熱する工程において、この顔料組成物の温度は、ポリマー結合剤のTGより2°Fを超えて高い温度まで、上昇される。この上昇した温度は、ポリマー結合剤のTGより1%〜15%高くあり得る。1つの実施形態において、この初期粒度分布において、微粒子は、5ミクロンまでのサイズであり、これらの微粒子は、この顔料組成物中に、この顔料組成物の全体積に基づいて、2体積%〜20体積%、または4体積%〜8体積%の量で存在する。
本発明は、樹脂粉末コーティング中のフレーク様の色効果顔料の外観および金属的な効果の均一性を改善するための方法に関する。これらの樹脂粉末コーティングは、伝統的に、粉末コーティングのフィルムにおけるフレーク様の顔料の不適切な配向、ならびに非剥離性顔料および他の顔料の、コーティング全体にわたる不均一な分布を生じていた。具体的には、フレーク様の色効果顔料(代表的に金属である)と樹脂粒子とでは、密度と導電性との両方が異なる。密度および導電性のこれらの差は、従来の粉末コーティング中のそれぞれの粒子の不均一な分布に寄与する。粒子の分離が、基材に塗布される粉末コーティングの不均一な外観をもたらすのみでなく、フレーク様の顔料(一般に、金属)の個々の不連続な粒子の存在は、コーティングされるべき基材上に粉末を静電噴霧する間に、粉末組成物が電荷(すなわち、スパーク)を生じる機会を提供する。フレーク様の顔料をポリマー結合剤に結合させて、得られるコーティングの均一性を改善しようとする、以前の試みは、フレーク様の顔料の一体性および外観の均一性を補助および維持したが、これらのプロセスは、必ずしも、粉末コーティング組成物の成分(金属粒子と樹脂粒子との両方)の粒度分布を制御しない。本発明は、粒度分布(特に、5ミクロン以下のサイズの微粒子の存在)が制御される、粉末コーティング組成物を製造する方法に関する。
カルボン酸基含有ポリエステルとヒドロキシアルキルアミドとの反応生成物を含有するポリマー結合剤は、DSCによって、109°Fの開始TGを有することを決定した。従来の実施によれば、109°Fの開始TGを有するこのポリマーの結合は、111°Fにおいて実施され、そしてフレーク様の顔料は、このポリマーと、この温度で、実験的に決定された長さの時間にわたって混合される。しかし、本発明において、ベース材料の粒度分布は、ポリマー結合剤の開始TG、および開始TGより高い温度(例えば、TGより15%まで高い温度)において決定される。
フレーク様の色効果顔料の初期粒度分布は、本発明による粉末コーティング組成物を製造する際に重要な要因であり得る。フレーク様の色効果顔料は、12ミクロンという非常に小さい中央値から、80ミクロンという非常に大きい中央値までの、様々なサイズで市販されている。図3は、種々のフレーク様の色効果顔料の粒度分布である。代表的に、より薄いフレーク様の顔料は、加工に対する復元力が高く、そしてより微細な粒度のフレーク様の顔料は、同様に、加工に対する復元力が高い。フレーク様の色効果顔料が、混合および加熱のデバイス中での結合プロセスに耐える能力は、この結合プロセスを最大限に活用するために重要である。フレーク様の色効果顔料が破れやすい場合、微細な粒子をより大きい粒子に付着させるか、またはより大きい粒子を作製することによって、ベース樹脂およびフレーク様の色効果顔料から十分な微細物質を除去することを可能にする目的で、より短く、かつより高温での結合サイクルが実施されるべきである。他方で、フレーク様の色効果顔料が、結合機内での混合条件に対して比較的復元力が高い場合、望ましい結果を得るために、より長い結合サイクルが、より低い温度で実施され得る。以下の実施例は、Silberline Manufacturing Co.,Inc.(Tamaqua,PA)製の、Tufflakeというアルミニウム製のフレーク様の色効果顔料を利用する。この顔料は、(図3に示されるように)約19の粒子分布の中央値、および加工に対する高い復元力を有する。
実施例1のポリマー結合剤を、ポリマーとアルミニウムとの全組成物に基づいて8重量%のアルミニウムの量で、実施例2のアルミニウム製のフレーク様の色効果顔料と混合した。図1のデータは、このポリマーが119°Fまで加熱され得ることを示すが、このポリマー混合物にアルミニウム顔料を組み込むと、得られる顔料組成物の温度の上限は、さらに高くなり、この顔料組成物中のフレーク様の色効果顔料の濃度に依存して、5°F〜7°F高くなる。この場合、123°Fの結合温度が適切であることがわかった。図4に示されるように、60秒の時点で、微粒子の多くが減少したことにより示されるように、わずかな結合が起こり、そして480秒以上の時点で、粒度分布のピークの狭小化により示されるように、かなりの結合が起こった。この実施例は、フレーク様の色効果顔料を含有する顔料組成物についての結合温度が、開始TGより2°Fをかなり超えて高いことを実証する。
実施例1および実施例2を、DSCによって決定される場合に118°Fの開始TGを有するアクリル−ウレタンポリマー結合剤を使用して、繰り返した。フレーク様の色効果アルミニウム顔料を、顔料組成物全体に基づいて3.5重量%で、ポリマー組成物に添加した。図6は、ポリマー結合剤単独での粒度分布の体積研究を表す。温度が上昇するにつれての、このポリマー結合剤の双峰の性質および微細物質の減少が明らかである。このデータは、微細物質の結合が、開始TGより約25%高い温度で起こることを示す。5ミクロン未満の微細物質を16%より多く含有させることは、これらの微細物質の結合を達成するために必要とされる高い温度に寄与する。完全な結合は、156°Fにおいて起こると考えられる。
ヒドロキシ基含有ポリエステルとイソホロンジイソシアネートとから生成されたポリウレタンを含有する、既存の産業用粉末コーティング組成物を、さらなる熱処理に供して、この製品中に残っているあらゆる微細物質を再結合させた。この産業用粉末コーティングの再結合前の集団粒度分布分析が、1つのモードを有するとして、図9に示される。産業用粉末コーティング組成物を、実施例1においてと同様に、Plasmec機械ミキサー内で加熱した。開始TGを決定し、次いで、この組成物を、この開始TGより高温に、2°Fの増分で、微細物質が充分に除去されるまで加熱した。図9は、既存の産業用粉末コーティング組成物中に残っていた微細物質が、再結合後に除去されたことを示す。
Claims (20)
- 粉末コーティング組成物を製造する方法であって、該方法は、
(i)フレーク様の色効果顔料粒子およびポリマー結合剤を含有する顔料組成物を提供する工程であって、該顔料組成物は、微粒子を含む初期粒度分布を有する、工程;
(ii)該顔料組成物を混合し、そして微粒子を実質的に含まない第二の粒度分布を達成する温度まで、該顔料組成物を加熱する工程;ならびに
(iii)工程(ii)から得られた顔料組成物を冷却して、該粉末コーティング組成物を製造する工程、
を包含する、方法。 - 前記温度が、前記顔料組成物のTGより2°Fを超えて高い、請求項1に記載の方法。
- 前記温度が、前記顔料組成物のTGよりも1%〜15%高い、請求項1に記載の方法。
- 前記微粒子が、5μmまでのサイズである、請求項1に記載の方法。
- 粒度分布が、粒子計数の関数として決定され、前記初期粒度分布は、1つのモードを有し、そして前記第二の粒度分布は、2つのモードを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記初期粒度分布のモードは、5μmと20μmとの間に位置し、そして前記第二の粒度分布の2つのモードは、10μmと50μmとの間に位置する、請求項5に記載の方法。
- 前記フレーク様の色効果顔料粒子が、金属フレークを含有する、請求項1に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法に従って製造された、粉末コーティング組成物。
- 粉末コーティング組成物を製造するためのプロセスであって、該プロセスは、
(i) 非剥離性顔料粒子およびポリマー結合剤を含有する、ベース組成物を提供する工程;
(ii) 該ベース組成物を高温で混合する工程;
(iii) フレーク様の色効果顔料粒子を該ベース組成物に添加して、顔料組成物を製造する工程であって、該顔料組成物は、微粒子を含む初期粒度分布を有する、工程;
(iv) 該顔料組成物を、微粒子を実質的に含まない第二の粒度分布に達するための温度まで加熱する工程;
(v) 工程(iv)において製造された該顔料組成物を、該温度で、所定の時間にわたって混合する工程;ならびに
(vi) 工程(v)から得られた該顔料組成物を冷却して、該粉末コーティング組成物を製造する工程、
を包含する、プロセス。 - 前記温度が、前記顔料組成物のTG より2°Fを超えて高い、請求項9に記載のプロセス。
- 前記温度が、前記顔料組成物のTGよりも1%〜15%高い、請求項9に記載のプロセス。
- 前記微粒子が、5μmまでのサイズである、請求項9に記載のプロセス。
- 前記粒度分布が、粒子計数の関数として決定され、前記初期粒度分布が、1つのモードを有し、そして前記第二の粒度分布が、2つのモードを有する、請求項9に記載のプロセス。
- 前記初期粒度分布のモードが、5μmと20μmとの間に位置し、そして前記第二の粒度分布の2つのモードが、10μmと50μmとの間に位置する、請求項13に記載のプロセス。
- 前記フレーク様の色効果顔料粒子が、金属フレークを含有する、請求項9に記載のプロセス。
- 粉末コーティング組成物であって、該粉末コーティング組成物は、
非剥離性の顔料粒子;
フレーク様の色効果顔料粒子;および
ポリマー結合剤、
を含有し、該粉末コーティング組成物は、粒子計数の関数として決定される、2つの計数モードを有する粒度分布を有する、粉末コーティング組成物。 - 前記2つの計数モードが、10μmと50μmとの間に位置する、請求項16に記載の粉末コーティング組成物。
- 前記非剥離性の顔料粒子が、有機着色顔料または無機充填剤顔料、あるいはこれらの両方を含有する、請求項16に記載の粉末コーティング組成物。
- 請求項16に記載の粉末コーティング組成物でコーティングされた基材を備える物品。
- 前記基材が金属である、請求項19に記載の物品。
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