JP2008530352A - 粉末溶射組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】1回の溶射で表面を塗布できる粉末溶射組成物である、暗闇で表面を発光する発光性粉末溶射組成物、塗布面上の微生物の生育を抑制する抗菌性粉末溶射組成物及び腐食を防止し、迅速に塗増できる鋼を調製するための亜鉛樹脂組成物を提供すること。
【解決手段】本発明の粉末溶射組成物は、表面へ溶射する前に特別な下塗剤及び/又は接着剤を必要とせず、1回の溶射できれいな未塗布面に塗布できるので、材料費だけでなく、人件費を軽減する。さらに、組成物が粉末状であるので、高揮発性有機化合物を発生せず、換気量を増やす必要がない。また、本発明の粉末溶射組成物は、表面の微生物の生育を抑制する抗菌性組成物及び/又は基材を暗がりで輝かせる発光性物質を含有できる。亜鉛樹脂溶射組成物を含有させた場合には、例えば鋼に密着させることでその腐食を防止できる。
【選択図】なし

Description

本発明は、溶射組成物、特に、きれいな未塗布面を塗布できる粉末溶射組成物に関する。
溶射組成物は粉体形状であり、溶射によって表面を塗布できる。“溶射”という用語は、被覆材料(溶射組成物)を加熱し、基材表面上に個々の液滴又は粒子を高速で吹き付ける方法を指す。被覆材料を、可燃性ガス、プラズマ、又は電気温風を用いて、アプリケータ(例えば、溶射ガン)によって加熱して、プラスチック粒子を液滴となるまで溶融させ、圧縮ガスによって溶射ガンの外に噴出する。塗料粒子は、基材に当たるときに平らになって、流れて、隣接粒子に溶着して連続被膜を形成する。この塗膜が表面を覆う。
今日、様々な表面(例えば、金属、紙、木、プラスチック、コンクリートなど)を塗布するために使用できる種々の溶射組成物を市場で入手できることが、当該技術においてとても重宝されている。しかしながら、これらの組成物は、多くの場合、表面を溶射する前に生地を特別な下塗剤で下塗りする、及び/又は、接着剤を塗布することが必要である。これらの下塗剤/被覆剤は、多くの場合、液状であって、未塗布の基材上に該材料を単純に塗って使用する。この余分な工程は、コストを増加させるだけでなく、多くの場合、被覆しようとする表面の現場での溶射が妨げられる。換言すれば、本発明の場合のように1回の工程で被覆しようとする表面を溶射するのとは異なり、複数の工程を必要とする。これは、材料費だけでなく人件費も増加させる。溶射の効果が下塗剤及び/又は接着剤をいかに良好に被覆されているかに直接関係するので、場合によっては、被覆される表面/対象を事前に下塗剤及び/又は接着剤を被覆するために作業場に戻す必要がある。
さらに、市販の多くの下塗剤及び/又は接着剤は、液状か乳液状である。これらの液体の組成中には、一旦、塗布すると皮膜から徐々に蒸発する溶剤が含まれる。下塗剤及び/又は接着剤が完全に硬化する前に塗布面を溶射すると、溶剤が蒸発し、最終的には皮膜に小さい穴が生じることがしばしば生じる。これらの小さい穴(通所、ピッチングという)により、溶射の均一性を損なわれる。さらに、これら液体の下塗剤/接着剤を用いることにより、高揮発性有機化合物(HVOC)が生成し、換気を増やす必要が生じる場合がしばしばある。一方、液体の下塗剤を必要としない粉末溶射組成物は、蒸発する溶剤を含まないため、高揮発性有機化合物が生じず、及び/又は、表面にピッチングが生じない。
ゆえに、上記を考慮すると、1回の溶射で表面を塗布できる粉末溶射組成物に対する市場ニーズが今日存在する。換言すれば、下塗剤及び/又は接着剤が最初に表面に存在しなくても、効果的に表面に溶射できる粉末溶射組成物である。かかる溶射組成物は、上記の特質のすべてを有する必要があり、それにより現場での塗布が可能となり、特別な下塗剤及び/又は接着剤を塗布するために作業場に戻す必要もなくなる。
本発明の1つの課題は、1回の溶射で表面を塗布できる粉末溶射組成物を提供することである。換言すれば、きれいな未塗布面を塗布できる粉末溶射である。
本発明の別の課題は、1回の溶射で表面を塗布できて、暗闇で表面を発光させる、発光性粉末溶射組成物を提供することである。
本発明のさらに別の課題は、1回の溶射で表面を塗布できて、塗布面上の微生物の生育を抑制する、抗菌性粉末溶射組成物を提供することである。
本発明のさらに別の課題は、鋼表面に塗布することにより、腐食を防止し、より簡便に塗増できる鋼を調製するための、亜鉛樹脂組成物を提供することである。該亜鉛樹脂溶射組成物は、現場で迅速に、かつ比較的簡便に塗布できる。
本発明は、上記の、及びにその他の特性を有し、上記の従来技術の短所を克服する。本発明を下記の節で詳述する。
本発明は、少なくとも1つの熱硬化性樹脂及び少なくとも1つの熱可塑性樹脂を含んでなる粉末溶射組成物に関する。上記粉末溶射組成物により、1回の溶射できれいな未塗布面を塗布できる。
本発明はまた、少なくとも1つの発光組成物を含んでなる粉末式溶射組成物であって、きれいな未塗布面を塗布すると暗闇で発光するものに関する。本発明はまた、抗菌性添加剤をさらに含んでなり、塗布面上での菌の成長を抑制する、本発明の溶射組成物に関する。
最後に、本発明は、腐食を防止し、更なる被覆材料の塗布が可能な鋼面を調製するための、鋼の被覆に使用できる粉末溶射亜鉛樹脂組成物に関する。
上記したように、市販の溶射と比較した、本発明の粉末溶射組成物の1つの顕著な長所は、本発明の溶射組成物により、きれいな未塗布面を直接塗布でき、その結果人件費及び材料費を削減できる点である。さらに、組成物は粉末状であるため、高揮発性有機化合物を生成しない。
本発明の実施形態を、以下の本発明の詳細な説明の節でさらに述べる。
本発明は、改良された特性(例えば、良好な耐衝撃性、非常に高い接着性、高い柔軟性、ひび割れを伴わない塗布厚の増加、室温での硬化が可能、紫外線により劣化しないこと、水の不浸透、塩水噴霧耐性が低下しないこと、下塗剤を用いない建築塗装が可能)を有する粉末の熱硬化性/熱可塑性組成物に関する。
本発明の1つの実施形態は、少なくとも1つの熱硬化性樹脂及び少なくとも1つの熱可塑性樹脂を含んでなる、粉末溶射組成物に関する。熱硬化性樹脂は50質量%以下であってもよいし、熱可塑性物質は90質量%以下あってもよい。得られる粉末溶射組成物は、予想以上に、熱硬化性樹脂及び/又は熱可塑性樹脂を個々に塗布した場合よりも良好な物性を有していた。
本発明の粉末溶射に用いる熱硬化性樹脂は、本質的にトリグリシジルイソシアヌル酸(TGIC)ポリエステル、エポキシ、ウレタンポリエステル、ポリエステル合金及びそれらの混合物からなる群から選択できる。本発明の粉末溶射の熱可塑性樹脂は、ナイロン6、ナイロン66及びナイロン12を種々の割合で含むコポリアミド、ならびにアミン及びアミドからなる群から選択できる。最も好ましい熱可塑性樹脂としては、Platamid(登録商標)H2513TAコポリアミド(Arkema、Inc.Philadelphia、PAから入手可能)が、最も好ましいポリエーテルアミドとしては、Pebax(登録商標)MX1205 BLACK ES(Arkema、Inc.Philadelphia、PAから入手可能)が用いられる。
本発明の1つの実施形態では、粉末溶射組成物は、約90質量%以下のTGICポリエステル及び約50質量%以下のコポリアミドを含んでなり、好ましくはPlatamid(登録商標)H2513TAコポリアミドであり、平均粒子径は約200μm未満であり、好ましくは約100μm未満である。
上記のように、本発明の熱可塑性組成物は、本質的にナイロン6、ナイロン66、ナイロン12、アミン及びアミドからなる群から選択される少なくとも2つのポリマーのコポリアミドであってもよい。あるいは、前記した化合物と同じ又は同様の特性を有する単一のポリアミドを使用してもよい。これらのポリアミド化合物を種々の質量%及び様々な組合せで用い、特定の溶射組成物をカスタマイズしてもよく、またこれらのバリエーションも本発明に包含されると考えられる。修飾されたポリアミドと熱硬化性樹脂とを含んでなる本発明の溶射組成物は、多面性を有する溶射組成物であって、ほとんどの面に容易に接着する。換言すれば、上記溶射組成物は、溶射組成物が流動して表面を濡らすことで滑らかで均一な膜を形成するときに表面欠陥中に深く浸透して、アルミニウム、ガラス繊維、石、プラスチック及び木に容易に接着する。
この溶射組成物は、1工程による被覆法として有用であり、屋内用途と長期間外気に暴露される場所での用途の基材の両方に直接塗布できる。上記のように、下塗剤又は接着剤は必要ではない。しかしながら、長期間外気に曝露される鋼表面の塗布に用いる場合には、本発明の溶射組成物を塗布する前に鋼の被覆を行い、溶射膜の寿命を長くすべきである。好ましくは、後述する本発明の亜鉛樹脂組成物を用いて、本発明の溶射組成物を塗布する前に鋼を被覆すべきである。鋼の被覆により追加費用が発生するものの、鋼の腐食を防止する下塗剤の効果は、その追加費用を補うに余る。
全ての本発明の粉末溶射は、それが溶射されると表面欠陥中に深く浸透するため、粉末溶射される表面の欠陥を増加すると溶射皮膜の接着力が高まる。これらの表面欠陥を増加する1つの方法として、最初にグリットブラストによって仕上げた表面の油分を除去することである。油分の除去により、本発明の溶射組成物の化学結合を妨げ得るあらゆる逆作用を呈する化学物質を除去すると同時に、これらの欠陥から油分を含んだ付着物を取り除くことで、既存の表面欠陥を接着に有効利用できる。一方では、グリットブラストにより、機能する表面欠陥が増加し、それにより溶射組成物が表面欠陥中に深く接着することが可能となる。ファインスチール及び/又はアルミナグリット(0.2〜0.5mm)を用いる0.3Mpa(40psi)のグリットブラストが推奨される。あるいは、他の表面荒研削法を使用してもよい。
本発明の他の実施形態は、エポキシをベースとする粉末溶射組成物に関する。エポキシ又はエポキシ系化合物を溶射組成物中の熱硬化性樹脂として含む本発明の実施形態においても、溶射組成物が流動して表面を濡らすことで滑らかで均一な塗膜を形成するときに表面欠陥中に深く浸透することにより、アルミニウム、ガラス繊維、石、プラスチック、紙及び木のような表面にも接着できる。この溶射皮膜は、非常に高い耐湿性を有しており、浸液用途に適している。この組成物の化学作用により、今日市販されている主な熱可塑性及び熱硬化性プラスチック群の全てとまではいかないまでも、大部分によりなされる溶射による上塗との化学結合が可能である。
エポキシをベースとする本発明の溶射組成物は、機能性皮膜をさらに施す前の表面処理に現在用いられている融着結合エポキシ、2成分液体エポキシ、液体ウレタン及び他の液体下塗剤の代替品となる。換言すれば、エポキシをベースとする本発明の組成物は、それを主な皮膜として使用してもよく、あるいは下塗剤を使用しなければ通常接着しない表面に機能的な上塗をさらに施すための基材として、きれいな未塗布面(下塗剤のない面)に使用してもよい。
上記の本発明の他の実施形態と同様に、表面欠陥を増やすために表面の油を除去し、表面をグリットブラストして、溶射の接着を強化する。さらに、表面を約38℃(100°F)〜約93℃(200°F)で加熱し、基材の温度をその予熱温度に維持しつつ、衝撃を与えてプラスチックの融溶(例えば表面を濡らすこと)を効果的に生じさせてもよい。塗布の対象がかなり小さい場合、塗布前と塗布の間、対象物全体を加熱してもよい。大きな表面を被覆する場合、被覆する表面部分だけを一定時間加熱することが必要である。電気、熱風又は火炎を用いて被覆表面を予熱し、その温度を維持してもよい。
本発明の他の実施形態では、該溶射組成物は、少なくとも1つのタイプの発光性粒子をさらに含んでなる。換言すれば、少なくとも1つのタイプの発光性粒子は、少なくとも1つの熱硬化性樹脂と、少なくとも1つの熱可塑性樹脂とを含むベースの溶射組成物に添加してもよい。発光緑色色素を含む溶射組成物を、夜光タイプの製品及び/又は塗料の製造に使用してもよい。上記の溶射組成物と同様に、それは大部分の種類の表面に容易に接着して、屋内と屋外の両方の塗布用途に使用できる。下塗剤又は接着剤は、必要とされない。0.254ミリ(0.010インチ)未満の薄い被覆とする場合は、最初に白色の被覆を施して夜光性の溶射組成物の特性を発揮させてもよい。油分除去、予熱、及び表面のグリットブラストにより、塗布される表面及び/又は製品上の欠陥への溶射組成物の接着が強化される。厚幅にもよるが、夜光特質は、一旦光によって励起されると最大約12時間持続する。
本発明の発光性溶射組成物は、本発明の基本的な溶射組成物の特性と、発光性化合物に起因する夜光特性とを兼ね備える。本発明の発光性溶射組成物には多くの用途が考えられるが、具体的には階段や他の通路を溶射組成物で被覆することが主な目的である。発光性溶射組成物によってこれらのような区域を被覆することにより、摩耗から表面を保護し、さらに摩擦力を与えるのみならず、停電の場合に階段及び/又は通路を照らす安全機能も与える。換言すれば、ビルからの避難や建物の停電の際にオフィスビルの階段を使用しなければならない緊急事態に、被覆された階段の発光により、避難者の安全な建物からの避難が可能となる。
本発明はまた、被覆が困難な表面(例えば鋼)を前処理して被覆可能とするための亜鉛含有可塑性溶射組成物に関する。上記したように、鋼に溶射する場合、特に長期間屋外条件にさらされる場合を除き、本発明の溶射では、通常、下塗剤及び/又は接着剤で表面を被覆する必要がない。これらの状況下では、鋼外面を本発明の亜鉛樹脂溶射組成物で被覆した後で、鋼表面に追加的な被覆を塗布することが望ましい。
本発明の亜鉛樹脂溶射組成物は、約20質量%〜約50質量%の亜鉛エポキシ粉末と、約1μm〜約60μmの平均粒径を有する約30質量%〜約50質量%の亜鉛粉末と、約10質量%〜約30質量%のポリエーテルアミドとを含んでなる。溶射に使用するプラスチックは、エポキシ系の溶射組成物であってもよい。使用するエポキシドは、本発明の溶射以外に使用される上記したエポキシドと同じであってもよい。エポキシドに加えて、ポリエーテルアミドを使用してもよい。
本発明の好ましい実施形態では、亜鉛樹脂溶射組成物は、約20質量%〜約50質量%の亜鉛エポキシ粉末と、約1μm〜約60μmの平均粒径を有する約30質量%〜約50質量%の亜鉛粉末を含んでなり、また使用されるコポリアミドとして約10質量%〜約30質量%のPebax(登録商標)を含んでなる。
紫外線フィルター、防腐剤、色素、抗菌性化合物などのような添加剤を溶射組成物にしてもよく、それらは本願発明の一部をなすと考えられる。特に、Agion(登録商標、Agion、Inc.Rhode Islandから入手可能)、銀イオン粉末、tricylostranes及び/又はMicrobane(登録商標、Microbane、Inc.located in North Carolinaから入手可能)を本発明の溶射組成物に添加して組成物を基材上に溶射し、基材上に抗菌特性を与えてもよい。
様々なタイプの溶射ガンを使用して本発明の溶射組成物を塗布してもよい。溶射ガンは、典型的には、溶融し、用意した基材に個々の液滴を加速するための熱媒体として、酸素―燃料ガス、空気―燃料ガス、空気―液体燃料、酸素―液体燃料の混合物、及びプラズマ及び/又は電熱処理した空気を使用する。溶射手段は、通常以下の方式に大別される:(1)ワイヤー燃焼、(2)粉末燃焼、(3)プラズマ―粉末、(4)高速酸素―燃料ガス―粉末、(5)高速酸素―燃料ガス―ワイヤー、(6)高速空気―液体燃料―粉末、(7)高速酸素―液体燃料―粉末、(8)起爆火薬及び(9)高圧放水砲プラズマ。一般に、溶射手段は、ワイヤー燃焼、粉末燃焼、プラズマ燃焼又はアーク燃焼方式を採用する。
ワイヤー燃焼方式では、燃焼による熱源を導入し、加熱媒体にワイヤー又は棒型に原料を送り込み、圧縮空気を原料の送り込み軸方向に送り込んで熱源を集中し、それにより自動的に溶融が進行し、基材上にそれが吹き付けられて皮膜が形成される。
粉末燃焼方式では、燃焼による熱源を導入し、粉末状の原料を炎に対して軸方向に又は接線方向に送り込む。原料粉末は、粉体供給器又はガンを搭載したホッパーを用いて供給する。
プラズマ方式では、電位差を有する電極とノズルによって形成される隙間に不活性ガスを流すことにより熱源が生成する。高電圧、高周波、低アンペア数のアークを発生させ、電極とノズルの間の隙間に存在させる。この低アンペア数のアークにより、不活性ガスが部分的にイオン化し、低電圧、高アンペア数の電位差の導電経路が生じ、回路が形成される。それにより完全に解離した不活性ガスが膨張し、高速度でノズル孔部から射出される。解離したガスの再結合の間に、熱が発生し、それを利用してプラズマフレームの接線方向に送り込む原料粉末を溶融させる。フレームの加速により、基材上に原料粉末が吹き付けられる。
上記の溶射方式のいずれも、本発明の溶射組成物の塗布に技術的に使用可能であるが、好ましくは粉末燃焼溶射方式である。特に、援用によって本明細書の一部をなす同時係属中の米国特許出願番号第10/909,115号に記載されている溶射方式を用いた粉末燃焼溶射方式が最も好ましい。本発明の溶射組成物は、クラッド法などの標準的なブレンディング技術を用いて生成できる。公知のクラッド法では、2つ以上の粉末材料をかたまりにし、それらが溶射の間に分離しないために、接着剤を用いる。
上記したように、本発明の粉末溶射をきれいな未塗布基材に塗布することにより、予想外の好ましい物性が得られる。例えば、約66質量%のTGICポリエステルと、約34質量%のPlatamid(登録商標)2513TAコポリアミド(Arkema、Inc.Philadelphia、PAから入手可能)とを含んでなる、本発明の粉末溶射組成物であるXT600の物性を下記の表1に列記する。米国材料試験協会(ASTM)の標準検査及び測定方法を用い、民間試験所で溶射組成物の試験を行った。各カテゴリーにおける標準検査及び測定方法をASTM番号によって表1の第2列に記載する。これらの手順は表1に記載した番号により、米国材料試験協会で確認、入手でき、またそれらは援用によって本願明細書の一部をなす。
粘着テープ試験、耐衝撃試験、平板回転磨耗試験、鉛筆硬度試験及びマンドレル屈曲試験の結果、いずれも下塗剤及び/又は接着剤のいずれかにより表面に塗布した市販の溶射組成物の商業的許容値と同等かもしくは上回っていた。表面を最初に被覆することなくXT600値が得られた(下塗剤の有無における、鋼上での粘着テープ試験)という事実は、更なる利点であって、本発明の自明でない一態様である。以下に表1を示す。
Figure 2008530352
上記説明は多くの具体例を含むが、これらの具体例はその好ましい実施形態の例証にすぎず、本発明の範囲を限定するものとして解釈すべきでない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載の本発明の技術的範囲及び技術的思想に属する他の多くの実施形態を想起するであろう。

Claims (22)

  1. 約90質量%以下の少なくとも1つの熱硬化性樹脂と、約50質量%以下の少なくとも1つの熱可塑性樹脂とを含んでなる粉末溶射組成物。
  2. 前記熱硬化性樹脂は、本質的にトリグリシジルイソシアヌレート(TGIC)ポリエステル、エポキシド、ウレタンポリエステル、ポリエステルアロイ及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項1に記載の溶射組成物。
  3. 前記熱可塑性樹脂は、コポリアミドである、請求項2に記載の溶射組成物。
  4. 前記コポリアミド組成物は、本質的にナイロン6、ナイロン66、ナイロン12、アミン及びアミドからなる群から選択される2以上のポリマーを含んでなる、請求項3に記載の溶射組成物。
  5. 約90質量%以下のTGICと、約50質量%以下のコポリアミドとを含んでなる、請求項2に記載の溶射組成物。
  6. 平均粒径は、約200μm未満である、請求項5に記載の溶射組成物。
  7. 平均粒径は、約100μm未満である、請求項6に記載の溶射組成物。
  8. 少なくとも1つのタイプの発光性物質と、少なくとも1つの熱可塑性樹脂と、少なくとも1つの熱硬化性樹脂とを含んでなる発光性組成物。
  9. 少なくとも1つの前記熱可塑性樹脂は、コポリアミドである、請求項8に記載の発光組成物。
  10. 前記コポリアミド組成物は、本質的にナイロン6、ナイロン66、ナイロン12、アミン及びアミドからなる群から選択される2以上の化合物を含んでなる、請求項9に記載の発光組成物。
  11. 前記コポリアミドは、ポリエーテルアミドである、請求項8に記載の発光組成物。
  12. 前記熱硬化性樹脂は、本質的にトリグリシジルイソシアヌレート(TGIC)ポリエステル、エポキシ、ウレタンポリエステル及びポリエステルアロイからなる群から選択される、請求項8に記載の発光組成物。
  13. 約90質量%以下の発光性物質と、約70質量%以下のTGICポリエステルと、約30質量%以下のコポリアミドとを含んでなる、請求項12に記載の発光性組成物。
  14. 約55μm未満の平均粒径を有する約50質量%以下の発光物質を含んでなる、請求項13に記載の発光組成物。
  15. 約65質量%以下のエポキシと、約50質量%以下のポリエーテルアミドとを含んでなる、請求項2に記載の溶射組成物。
  16. 約10質量%〜約70質量%のポリエーテルアミドを含んでなる、請求項2に記載の溶射組成物。
  17. 平均粒径は、約200μm未満である、請求項15に記載の溶射組成物。
  18. 平均粒径は、約100μm未満である、請求項17に記載の溶射組成物。
  19. 約20質量%〜約50質量%の亜鉛エポキシ粉末と、約1μm〜約60μmの平均粒径を有する約30質量%〜約50質量%の亜鉛粉末と、約10質量%〜約30質量%のコポリアミドとを含んでなる溶射亜鉛下塗剤組成物。
  20. 約20質量%〜約50質量%の亜鉛エポキシ粉末と、約1μm〜約60μmの平均粒径を有する約30質量%〜約50質量%の亜鉛粉末と、約10質量%〜約30質量%のポリエーテルアミドとを含んでなる溶射亜鉛下塗剤組成物。
  21. 少なくとも1つの抗菌性添加剤をさらに含んでなる、請求項1に記載の溶射組成物。
  22. 前記抗菌性添加剤は、銀イオン粉末、tricyclostranes、又はそれらの混合物を含んでなる、請求項21に記載の溶射組成物。
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