PL168458B1 - Sposób wytwarzania termoutwardzalnej kompozycji powloki proszkowej PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania termoutwardzalnej kompozycji powloki proszkowej, znamienny tym, ze tworzy sie stopiona mieszanine polimeru blonotwórczego, zawierajacego reaktywne grupy funkcyjne, srodka sieciujacego dla wspomnianego polimeru i ewentualnie jednego lub wiekszej liczby srodków barwiacych, przy czym resztkowa zawartosc rozpuszczalnika pochodzacego z wytwarzania któregokolwiek skladnika wynosi co najwyzej 1,0% wagowy, rozpyla sie uzyskany stop do postaci kropelek, a temperatura stopionej mieszaniny bezposrednio przed rozpyleniem miesci sie w zakresie 100-300°C, i powoduje sie lub umozliwia ochlodzenie rozpylonych kropelek z utworzeniem stalych czastek proszku, zas warunki reguluje sie tak, aby uniknac znacznego sieciowania termicznego kompozycji podczas procesu. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania termoutwardzalnej kompozycji powłoki proszkowej.

Powłoki proszkowe stanowią rozwijający się gwałtownie sektor rynku powłok. Powłokowe kompozycje proszkowe są stałymi kompozycjami, które generalnie nanosi się stosując proces natryskiwania elektrostatycznego, w którym cząstki powłokowe kompozycji proszkowej są naładowane elektrostatycznie za pomocą pistoletu natryskowego, a podłoże jest uziemione lub naładowane z przeciwnym znakiem. Następnie kompozycję ogrzewa się w celu stopienia i zlania cząstek oraz usieciowania powłoki. Cząstki powłoki proszkowej, które nie przywrą do podłoża, mogą być odzyskane do ponownego zużytkowania, tak więc powłoki proszkowe są ekonomiczne jeżeli chodzi o wykorzystanie składników. Generalnie powłoki proszkowe nie zawierają również dodawanych rozpuszczalników, a w szczególności nie wykorzystuje się w nich rozpuszczalników organicznych, w związku z czym nie zanieczyszczają środowiska.

Powłoki proszkowe generalnie zawierają stałą żywicę błonotwórczą, zwykle z jednym lub więcej środków barwiących, takich jak pigmenty. Zwykle są one termoutwardzalne, zawierając, na przykład, polimer błonotwórczy i odpowiadający czynnik sieciujący (którym może być inny polimer błonotwórczy). Powłokowe kompozycje proszkowe generalnie wytwarza się przez dokładne zmieszanie składników, na przykład w wytłaczarce, w temperaturze powyżej punktu mięknienia polimeru(ów) błonotwórczych lecz poniżej temperatury, w której mogłaby zachodzić w znaczącym stopniu pre-reakcja. Wytłoczony materiał zwykle walcuje się na płaski arkusz i proszkuje, na przykład przez mielenie, do żądanej wielkości cząstek. Rozkład wielkości cząstek, wymagany w większości elektrycznych urządzeń natryskowych zawarty jest w zakresie między 10 a 120 mikronów, przy średniej wielkości cząstek zawartej w zakresie od 15 do 75 mikronów.

Jakkolwiek znane sposoby wytwarzania powłokowych kompozycji proszkowych są pod pewnymi względami zadowalające, to mimo to istnieje pole dla ulepszeń i jest ogólnie celem tego wynalazku uproszczenie produkcji takich kompozycji, jak również zwiększenie opłacalności takiej produkcji.

Sposób wytwarzania termoutwardzalnej powłokowej kompozycji proszkowej, polega na tym, że tworzy się stopioną mieszaninę polimeru błonotwórczego, zawierającego reaktywne grupy funkcyjne, środka sieciującego dla wspomnianego polimeru i ewentualnie jednego lub większej liczby środków barwiących, przy czym resztkowa zawartość rozpuszczalnika pochodzącego z wytworzenia któregokolwiek składnika wynosi co najmniej 1,0% wagowych, rozpyla się uzyskany stop do postaci kropelek, a temperatura stopionej mieszaniny bezpośrednio przed rozpyleniem mieści się w zakresie 100-300°C i powoduje się lub umożliwia ochłodzenie rozpylonych kropelek z utworzeniem stałych cząstek proszku, zaś warunki reguluje się tak, aby uniknąć znacznego sieciowania termicznego kompozycji podczas procesu.

Celem sposobu według wynalazku jest w szczególności wytworzenie, bez proszkowania, kompozycji nadającej się do stosowania jako powłoka proszkowa, i zostanie uwzględnione, że osiągnięcie tego celu zależy od zapobieżenia znaczącemu sieciowaniu termicznemu kompozycji w trakcie procesu. Na podstawie obecnego stanu wiedzy nie można oczekiwać, że konieczne kryteria eksploatacyjne kompozycji powłoki proszkowej mogłyby być uzyskane jakimkolwiek sposobem, obejmującym rozpylanie stopionego materiału termoutwardzalnego i żaden taki sposób nie był brany pod uwagę na podstawie poprzedniej wiedzy lub propozycji. A zatem oczekiwano, że przeciwnie, warunki temperaturowe niezbędne do przeprowadzenia kompozycji w formę, w której mogłaby ona być rozpylona, w sposób nieunikniony spowodują znaczące usieciowanie kompozycji; inaczej mówiąc, oczekiwano, że sieciowanie termiczne będzie przebiegać w stopniu, który wywrze na produkt niedopuszczalnie szkodliwy wpływ.

Dzięki uniknięciu etapu proszkowania sposób według niniejszego wynalazku pozwala na osiągnięcie generalnego celu uproszczenia wytwarzania kompozycji powłok proszkowych. Jednocześnie sposób według wynalazku pozwala na uniknięcie pewnych niekorzystnych cech, dotyczących rozkładu wielkości i kształtu cząstek wytwarzanych poprzednio proponowanymi sposobami z

168 458 proszkowaniem. W odniesieniu do wielkości cząstek sposób według niniejszego wynalazku może być regulowany tak, aby miał znacznie węższą zmienność w porównaniu z produktami otrzymywanymi przez proszkowanie, a wynalazek może być również wykorzystany do zmniejszenia proporcji niepożądanych cząstek podwymiarowych.

W odniesieniu do kształtu, przy stosowaniu sposobu według wynalazku istnieje tendencja do wytwarzania cząstek, które są zaokrąglone i przybliżają się bardziej do kształtu sferycznego, w odróżnieniu od bardziej kanciastych (na przykład iglastych) cząstek wytwarzanych tradycyjnymi technikami proszkowania. Fakt, że cząstki produktu mają bardziej zaokrąglony kształt, uważany jest za zaletę jeśli chodzi o retencję ładunku elektrostatycznego w procesach nanoszenia powłok proszkowych. A zatem należałoby oczekiwać, że odpływ ładunku z cząstek iglastych lub innych cząstek kanciastych będzie znacznie większy.

Uważa się, że możliwa do uzyskania sposobem według wynalazku większa regularność kształtu, w połączeniu z węższym rozkładem wielkości cząstek, daje produkt, który łatwiej ulega fluidyzacji, zwłaszcza przy mniejszych wielkościach cząstek, niż produkty otrzymywane przez proszkowanie.

W odniesieniu do współczynnika kształtu należy zauważyć, że współczynnik kształtu cząstek produktu będzie generalnie bardziej zbliżony do postaci sferycznej w porównaniu z cząstkami wytworzonymi w procesach proszkowania, i generalnie co najmniej 70% cząstek będzie mieć współczynnik kształtu (długość do najmniejszej średnicy), wyznaczony w mikroskopie optycznym, niższy niż 2:1.

Następna korzystna cecha sposobu według wynalazku polega na tym, że wytwarzane cząstki powłoki proszkowej mają generalnie powierzchnię składającą się prawie całkowicie z polimeru błonotwórczego. Środki barwiące i inne dodatki są otoczone wewnątrz cząstki. Pozwala to na szybsze i dokładne stopienie przy utwardzaniu powłoki proszkowej na podłożu.

‘ Zaobserwowano również, że co najmniej w niektórych przypadkach, część cząstek powłoki proszkowej, wytwarzanych sposobem według wynalazku, może posiadać pusty rdzeń. Stosowanie takich pustych cząstek umożliwia wytwarzanie cieńszych błon powlekających niż błony wytwarzane z cząstek stałych o podobnych wymiarach przy nanoszeniu w podobnych warunkach.

Polimer błonotwórczy, stosowany do wytwarzania termoutwardzalnej kompozycji powłoki proszkowej według wynalazku jest korzystnie inny niż żywica fenolowo-formaldehydowa i może to być jeden lub więcej polimerów wybranych z żywic poliestrowych z karboksylowymi grupami funkcyjnymi, żywic poliestrowych z hydroksylo wymi grupami funkcyjnymi, żywic epoksydowych i żywic akrylowanych z grupami funkcyjnymi.

Jak już zauważono, w kompozycjach powłok proszkowych nie stosuje się rozpuszczalników organicznych i ważną cechą sposobu według wynalazku jest to, 'że na żadnym z etapów do kompozycji w zasadzie nie dodaje się rozpuszczalnika, a ponadto że zawartość resztkowych rozpuszczalników, pochodzących z procesu wytwarzania każdego ze składników powinna być możliwie najniższa. A zatem zawartość resztkowego rozpuszczalnika w kompozycji przed rozpylaniem powinna korzystnie wynosić nie więcej niż 1,0% wagowy, bardziej korzystnie nie więcej niż 0,5% wagowego, zwłaszcza nie więcej niż 0,3% wagowego.

Kompozycja powłoki proszkowej może być na przykład oparta na stałym polimerycznym układzie wiążącym, zawierającym poliestrową żywicę błonotwórczą z karboksylowymi grupami funkcyjnymi, stosowaną z poliepoksydowym środkiem sieciującym. Takie układy poliestrowe z karboksylowymi grupami funkcyjnymi są obecnie najszerzej stosowanymi materiałami powłok proszkowych. Liczba kwasowa poliestru jest generalnie zawarta w zakresie 10-100, średni liczbowy ciężar cząsteczkowy Mn od 1500 do 10000, a temperatura zeszklenia Tg od 30°C do 85°C, korzystnie co najmniej 40°C. Jako poliepoksyd może być na przykład zastosowany niskocząsteczkowy trójfunkcyjny związek epoksydowy taki jak izocyjanuranian triglicydylu (TGIC) lub żywica epoksydowa, taka jak produkt kondensacji eteru glicydylowego z bisfenolem A. Taka poliestrowa żywica błonotwórczą z karboksylowymi grupami funkcyjnymi może być alternatywnie stosowana z bis(betahydroksyalkiloamidowym) środkiem sieciującym, takim jak tetrakis(2-hydroksyetylo)amid kwasu adypinowego.

Alternatywnie może być stosowany poliester z hydroksylowymi grupami funkcyjnymi z zablokowanym środkiem sieciującym z izocyjanianowymi grupami funkcyjnymi lub kondensat

168 458 aminowoformaldehydowy, taki jak na przykład żywica melaminowa, żywica mocznikowoformaldehydowa lub żywica glikolowo-uralowa, na przykład materiał „Powderlink 1174“, dostarczany przez Cyanamid Company, lub heksahydroksymetylomelamina. Zablokowany izocyjanianowy środek sieciujący może być na przykład zablokowany wewnętrznie, tak jak środek typu uretodionu, lub może być to środek zablokowany typu kaprolaktami, na przykład diizocyjanian izoferonu.

Jako następna możliwość może być stosowana żywica epoksydowa ze środkiem sieciującym z aminowymi grupami funkcyjnymi, takim jak na przykład dicyjandiamid. Dla żywicy epoksydowej zamiast aminowego środka sieciującego może być zastosowany materiał fenolowy, korzystnie materiał utworzony w reakcji epichlorohydryny z nadmiarem bisfenolu A (to jest polifenol otrzymany w wyniku addycji bisfenolu A i żywicy epoksydowej). Może być stosowana funkcyjna żywica akrylowa, na przykład żywica karboksy-, hydroksy- lub epoksyfunkcyjna z odpowiednim środkiem sieciującym. Mogą być stosowane mieszaniny środków wiążących, na przykład może być stosowany poliester z kwasowymi grupami funkcyjnymi z żywicą akrylową z karboksylowymi grupami funkcyjnymi i ze środkiem sieciującym takim jak bis(betahydroksyalkiloamid), który służy do sieciowania obu polimerów. Jako następne możliwości mieszanych układów wiążących mogą być stosowane karboksy-, hydroksy- lub epoksyfunkcyjna żywica akrylowa z żywicą epoksydową lub żywicą poliestrową (karboksy- lub hydroksyfunkcyjną). Mogą być wybrane takie kombinacje żywic, które są wzajemnie sieciujące, na przykład karboksyfunkcyjna żywica akrylowa sieciowana razem z żywicą epoksydową, lub karboksyfunkcyjny poliester sieciowany razem z glicydylofunkcyjną żywicą akrylową. Częściej jednakże są sporządzane takie mieszane układy wiążące, aby mogły być sieciowane jednym środkiem sieciującym (na przykład zastosowanie zablokowanego izocyjanianu do sieciowania hydroksyfunkcyjnej żywicy akrylowej i hydroksyfunkcyjnego poliestru). W innym korzystnym preparacie stosuje się różne środki sieciujące dla każdego ze środków wiążących w mieszaninie dwóch polimerycznych środków wiążących (na przykład sieciowana aminą żywica epoksydowa, stosowana w połączeniu z hydroksyfunkcyjną żywicą akrylową sieciowaną zablokowanym izocyjanianem).

Kompozycja powłoki proszkowej wytwarzana sposobem według wynalazku może nie zawierać dodanych środków barwiących, ale zazwyczaj zawiera jeden lub więcej takich środków (pigmentów lub barwników) oraz może zawierać dodatki takie jak środek poprawiający sypkość, plastyfikator, stabilizator, na przykład stabilizator zapobiegający degradacji przez UV, środek przeciwko wydzielaniu gazu, taki jak benzoina, wypełniacz, lub też kompozycja proszkowa może zawierać dwa lub trzy takie dodatki. Przykładami pigmentów, które mogą być stosowane, są pigmenty nieorganiczne, takie jak dwutlenek tytanu, czerwony i żółty tlenek żelaza, pigmenty chromowe i sadza oraz pigmenty organiczne, takie jak na przykład pigmenty ftalocyjaninowe, azowe, antrachinonowe, tioindygowe, izodibenzantronowe, trifendioksanowe i chinakrydonowe, pigmenty barwników kadziowych oraz laki barwników kwasowych, zasadowych i zapra wo wych. Barwniki mogą być stosowane zamiast pigmentów lub razem z pigmentami.

Może być stosowana zawartość pigmentu wynosząca <40% wagowych. Zwykle stosuje się zawartość pigmentu wynoszącą 25-30%, chociaż w przypadku kolorów ciemnych krycie można uzyskać przy zawartości pigmentu <10% wagowych. Tam gdzie to możliwe, w celu poprawienia krycia przy minimalizacji kosztów można stosować wypełniacz.

W wielu przypadkach zalecane będzie, aby kompozycja powłoki proszkowej wytwarzana sposobem według wynalazku zawierała małą ilość katalizatora reakcji sieciowania. Jednakże w celu zapobieżenia lub co najmniej zredukowania niepożądanych pre-reakcji korzystne jest niewprowadzanie katalizatora do kompozycji przed lub podczas etapu mieszania w stopie. W zamian korzystne jest wprowadzanie katalizatora, korzystnie w formie ciekłej, bezpośrednio przed wejściem stopu do rozpylacza, lub wtryskiwanie go bezpośrednio do samego rozpylacza, tak aby został wymieszany ze stopionym polimerem błonotwórczym przed rozpoczęciem tworzenia kropelek. Niektóre z materiałów nadających się do stosowania jako katalizatory są ciekłe w temperaturze pokojowej; inne dla uczynienia ich ciekłymi będą wymagać stopienia. Do przykładów odpowiednich katalizatorów należą kaprylan cynawy, laurynian dibutylocyny, trifenylofosfina, imidazole takie jak imidazol sprzedawany pod nazwą handlową „Curezol“, fenyloimidazolina, aminy trzeciorzędowe takie jak na przykład benzylodimetyloamina, bromek tetrabutyloamoniowy oraz aminy

168 458 zablokowane trichlorkiem boru (na przykład materiał znany jako DY 9577, dostarczany przez Ciba-Geigy AG). Należy również wymienić sole fosfoniowe, w szczególności halogenki fosfoniowe, na przykład chlorek benzylotrietylofosfoniowy lub bromek trifenyloetylofosfoniowy. Należy wziąć pod uwagę, że niektóre z materiałów, wyliczonych powyżej jako katalizatory, może w przypadku niektórych polimerów, zwłaszcza polimerów oksiranowych, służyć jako środki sieciujące.

W pewnych przypadkach możliwe i korzystne może być wprowadzanie katalizatora w formie przedmieszki, zawierającej polimer i katalizator. Zatem na przykład katalizator może być rozproszony w polimerze (na przykład w poliestrze) z którym nie reaguje, a otrzymana przedmieszka może być przed wprowadzeniem do reszty kompozycji termoutwardzalnej ogrzewana tworząc stop bezpośrednio przed rozpyleniem.

W typowym sposobie według wynalazku środek sieciujący dla polimeru błonotwórczego będzie wprowadzany w operacji stapiania-mieszania przed dojściem stopu do rozpylacza. W zasadzie jednakże, tak jak w przypadku opisywanego powyżej katalizatora, co najmniej część środka sieciującego może być wprowadzona bezpośrednio przed dojściem płynącego stopu do rozpylacza, lub może być wstrzykiwana bezpośrednio do samego rozpylacza, tak aby została wymieszana ze stopionym polimerem błonotwórczym przed rozpoczęciem tworzenia kropelek.

Tworzenie stopionej mieszanki kompozycji można przeprowadzić w dowolnym odpowiednim aparacie do mieszania w stopie, na przykład w młynie trójwalcowym, mieszalniku typu Banbury lub mieszalniku z płytą Z. Korzystne jednakże jest przeprowadzanie mieszania w wytłaczarce, co ma tę zaletę, że mieszanie stopu jest procesem ciągłym i służy również do transportu stopu do następnego etapu procesu. W razie potrzeby (co zazwyczaj ma miejsce na przykład gdy wytłaczarkę stosuje się jako urządzenie stapiająco-mieszające) składniki kompozycji powłoki proszkowej mogą być wstępnie mieszane w temperaturze pokojowej przed doprowadzeniem do urządzenia stapiająco-mieszającego.

W jednej z postaci sposobu według wynalazku stopiona mieszanina kompozycji może być wytworzona w mieszalniku ustawionym bezpośrednio przed rozpylaczem. Przykładami mieszalników, które można stosować w takim sposobie są wysokoefektywne mieszalniki takie jak mieszalnik statyczny i mieszalnik z przesuwem pęcherzy kawitacyjnych. Poszczególne składniki kompozycji (lub mieszanki składników) mogą być na przykład doprowadzane do mieszalnika za pomocą odpowiedniej ilości oddzielnych urządzeń zasilających. Każdym z takich urządzeń zasilających może dogodnie być wytłaczarka. Zaletą takiego sposobu jest zapobieganie lub zmniejszanie niepożądanego kontaktu między reagującymi ze sobą składnikami kompozycji.

W następnej postaci sposobu istnieje wspólne zasilanie stopioną kompozycją wielu rozpylaczy. Inną możliwością jest dostarczanie kompozycji do wielu rozpylaczy odpowiednio wieloma urządzeniami zasilającymi, przy czym kompozycja dostarczana do każdego z rozpylaczy może być ta sama lub inna. W przeciwieństwie do tego, można doprowadzać oddzielnie dwie różne kompozycje termoutwardzalne do jednego rozpylacza.

Inna możliwość polega na jednoczesnym rozpylaniu dwóch pojedynczych kompozycji do komory, w której rozpylone kompozycje są mieszane i chłodzone.

Etap rozpylania w sposobie według wynalazku może być na przykład przeprowadzany przez rozpylanie obrotowe, w którym stopiona kompozycja powłoki proszkowej uderza o powierzchnię elementu obrotowego, na przykład tarczy lub kielicha, a rozpylanie dokonuje się dzięki przyspieszaniu filmu cieczy przez energię odśrodkową. Elementem obrotowym może być na przykład płaska ostrobrzeżna tarcza, płytka odwrócona czasza, tarcza z łopatkami lub kielich bez zwężającego się zakończenia przy otwartym końcu. Obracająca się tarcza może posiadać wiele otworów (na przykład w formie rowków) lub może mieć formę porowatej bariery lub siatki, przez którą przechodzi ciecz, lub może mieć brzeg ukształtowany w karby dla ułatwienia tworzenia się wiązadeł, które przerywają się, tworząc rozpylone kropelki, wytwarzające cząstki o żądanym kształcie. Obracający się kielich może być zamontowany skośnie, na przykład pod kątem 15-45 stopni do poziomu. Korzystnym kielichem obrotowym jest generalnie kielich o kształcie stożkowym, który daje, jak stwierdzono, lepszy rozkład wielkości cząstek w produkcie w porównaniu z produktami wytworzonymi tradycyjnymi sposobami proszkowania w związku z tym, że sposób rozpylania według niniejszego wynalazku może być prowadzony tak, aby znacznie ograniczyć

168 458 zawartość cząstek o wielkości poza zakresem od 10 do 120 mikronów, generalnie wymaganym przy elektrostatycznym natryskiwaniu kompozycji powłok proszkowych, unikając dzięki temu konieczności prowadzenia późniejszych operacji klasyfikacji wielkości.

W korzystnej postaci sposobu rozpylanie obrotowe prowadzi się za pomocą obracającego się kielicha lub czaszy, a stopioną mieszaninę wprowadza się do kielicha lub czaszy poprzez dyszę, kończącą się w miejscu poniżej poziomu jej górnego brzegu w celu zapewnienia stałego doprowadzania cieczy do środka kielicha lub czaszy. Stwierdzono, że takie ustawienie daje lepsze wyniki w odniesieniu do rozkładu wielkości cząstek w stałym produkcie końcowym i w odniesieniu do zwiększenia stosunku cząstek sferycznych do niesferycznych.

Rozpylaniu obrotowemu według wynalazku może towarzyszyć nadmuch gazu, (normalnie doprowadzanego w kierunku równoległym do osi obrotu elementu obrotowego) lub działanie sił elektrostatycznych.

Proces rozpylania według wynalazku może być alternatywnie prowadzony przez tak zwane rozpylanie dwucieczowe, w którym strumień gazu o wysokiej prędkości uderza o płynącą stopioną kompozycję powłoki proszkowej, powodując powstawanie nietrwałego rozbieżnego filmu kompozycji i skutkiem tego rozpylanie. Strumieniem gazu o wysokiej prędkości jest zwykle powietrze, ale pod warunkiem, że kompozycja jest wystarczająco trwała może to być para, dostarczająca dodatkowego efektu grzejnego. Przy stosowaniu powietrza lub innego gazu efekt chłodzący ekspansji gazu przy opuszczaniu z wysoką prędkością dyszy będzie normalnie kompensowany przez pewne dodatkowe ogrzewanie powietrza lub gazu. Stopiona kompozycja powłoki proszkowej może wchodzić do strumienia gazu o wysokiej prędkości w formie strumienia z otworu lub stopiona kompozycja może przed uderzeniem o nią gazu płynąć po powierzchni w postaci filmu. Kierunek przepływu gazu może być w znacznym stopniu liniowy, co generalnie powoduje powstawanie płaskiej strugi rozpylonych kropelek, albo gaz może poruszać się ruchem wirowym, co powoduje powstawanie stożkowej strugi rozpylonych kropelek.

Przykłady rozpylaczy dwucieczowych są przedstawione na figurach 1g do 11 w artykule A. K. Jasuja „Effects of Airblast Atomiser Design upon Spray Quality“ (artykuł AGARD CP-353). Jak wskazano powyżej, rozpylanie obrotowe może być połączone z rozpylaniem dwucieczowym, na przykład stopiona kompozycja polimeryczna może uderzać o obracającą się tarczę, przy jednoczesnym uderzaniu powietrza o wysokiej prędkości o stopiony film na brzegu tarczy, lub też może być stosowany aparat opisany w niemieckim zgłoszeniu patentowym DE-A-3326831.

W następnej postaci sposobu według wynalazku rozpylanie jest ultradźwiękowe. W rozpylaniu ultradźwiękowym stosuje się wibracje lub dźwięk o częstotliwości co najmniej 18 kHz, na przykład 20 do 80 lub 100 kHz, w szczególności 20-50 kHz. Można na przykład wywołać płynięcie stopionej kompozycji powłoki proszkowej po powierzchni tuby przetwornika ultradźwiękowego. Alternatywnie może być stosowane rozpylanie za pomocą ultradźwiękowej fali stojącej, w którym wywołuje się płynięcie stopionej kompozycji powłoki proszkowej do wypełnionej powietrzem lub gazem przerwy rezonansowej albo między wibrującą tubą przetwornika ultradźwiękowego a odbłyśnikiem, albo między dwoma przeciwległymi wibrującymi przetwornikami ultradźwiękowymi. Stop korzystnie dostarcza się do przeciwwęzła fali stojącej. Rozpylacze ultradźwiękowe są opisane w referacie „New Developments of Ultrasonic Atomisers“, przedstawionym przez L. Bendiga na 4 Międzynarodowej Konferencji Systemów Rozpylania i Rozpryskiwania Cieczy w Sendai w Japonii w sierpniu 1988 (strony 133 do 137 materiałów Konferencji).

W szczególności rozpylacz z falą stojącą jest opisany na stronach 136 do 137 w odniesieniu do figur 11 i 11a. Rozpylacze z falą stojącą są opisane również w niemieckich opisach patentowych DE-C-2656330, DE-C-2842232 i europejskim zgłoszeniu patentowym EP-A-308600 i takie rozpylacze mogą być również stosowane w sposobie według wynalazku. W rozpylaczu gwizdkowym Hartmanna lub dwucieczowym rozpylaczu ultradźwiękowym stosuje się strumień powietrza o dużej prędkości, uderzający o otwarty brzeg małej wnęki. W przestrzeni między wnęką a dyszą wytwarzającą strumień powietrza wytrzarzają się silne oscylujące fale uderzeniowe; do tej przestrzeni dostarcza jest stopiona kompozycja powłoki proszkowej.

W odniesieniu do wielkości cząstek produktu, stosowane parametry będą zależeć generalnie od zastosowanej metody rozpylania. A zatem na przykład w przypadku rozpylania obrotowego wytwarzaniu cząstek o mniejszej wielkości będzie generalnie sprzyjać zwiększanie szybkości obro8

168 458 tów elementu obrotowego, zmniejszanie szybkości spływania stopionej kompozycji na rozpylacz oraz zwiększanie średnicy elementu obrotowego.

W przypadku rozpylania ultradźwiękowego do odpowiednich parametrów wpływających na wielkość cząstek należą szybkość płynięcia stopionej kompozycji, gęstość i napięcie powierzchniowe stopionej kompozycji oraz użyta częstotliwość akustyczna.

Generalnie należy uwzględnić, że proste rozpylanie ciśnieniowe (na przykład przy użyciu rozpylacza wirowego) nie nadaje się do stosowania ze stopionymi materiałami termoutwardzalnymi według wynalazku, a etap rozpylania sposobu według wynalazku korzystnie prowadzi się innymi metodami rozpylania. Wyniki to z tego, że działanie takich konwencjonalnych rozpylaczy polega przede wszystkim na wytwarzaniu strumienia subtelnie rozpylonej cieczy przez przepuszczenie cieczy z dużą prędkością przez małą szczelinę. Takie małe szczeliny dysz są podatne na uszkodzenie przez erozję oraz na zablokowanie, i należy oczekiwać, że te niekorzystne cechy będą szczególnie ważne w przypadku stopionej kompozycji termoutwardzalnej powłoki proszkowej.

Po stopieniu i wymieszaniu kompozycji powinna ona być utrzymywana ciągle w stanie stopionym aż do zakończenia rozpylania na kropelki i korzystnie jest nie przerywać tego chłodzeniem. Również generalnie do przygotowania stopionej kompozycji do rozpylania będzie konieczne poddanie jej dodatkowemu ogrzewaniu w celu podwyższeniajej temperatury powyżej temperatury, w której kompozycja opuszcza aparat do topienia z mieszaniem. Takie dodatkowe ogrzewanie generalnie przeprowadza się w sposób szybki i głęboki, na przykład poprzez doprowadzenie energii o częstości radiowej, mikrofalowej lub wibracyjnej. Przy bardziej konwencjonalnym ogrzewaniu za pomocą urządzeń przewodzących specjaliści uwzględnią zaletę, polegającą na zwiększeniu efektywności transferu ciepła przez zwiększanie tam gdzie to możliwe powierzchni kontaktu wymiennika ciepła albo turbulencji przepływu cieczy albo obu tych czynników jednocześnie na przykład przez użycie statycznych elementów mieszających. Zalecane jest stosowanie tego procesu ogrzewania stopionej kompozycji bezpośrednio przed rozpyleniem lub dodatkowo albo alternatywnie wewnątrz urządzenia do rozpylania, na przykład przez ogrzewanie kielicha rozpylacza obrotowego gorącym powietrzem, indukcyjnie, podczerwienią albo więcej niż jednym z tych środków. Celem dodatkowego ogrzewania jest zmniejszenie lepkości stopu w celu ułatwienia lub umożliwienia rozpylenia bez jednoczesnego powodowania niedopuszczalnej prereakcji kompozycji.

Lepkość termoutwardzalnej kompozycji powłoki proszkowej w normalnej temperaturze wytłaczania może być wysoka aż do 5000 puazów i przed rozpylaniem konieczne będzie spowodowanie znacznego zmniejszenia lepkości. Typowo lepkość stopionej mieszanki bezpośrednio przed rozpyleniem może być zawarta w zakresie od 2 do 120 puazów, korzystnie od 5 do 100 puazów, bardziej korzystnie od 4 do 50 puazów, a zwłaszcza od 5 do 30 puazów·'.

Napięcie powierzchniowe stopionej mieszanki bezpośrednio przed rozpyleniem może leżeć w zakresie od 20 do 75 dyn · cm, na przykład 30 do 40 dyn · cm. Generalnie, wewnątrz wskazanego zakresu większe napięcie powierzchniowe będzie faworyzować wytwarzanie cząstek sferycznych i prawie sferycznych, natomiast niższe napięcie powierzchniowe będzie ułatwiać sam proces rozpylania. Zgodnie z powyższym w praktyce będzie istnieć równowaga między tymi przeciwstawnymi czynnikami.

Typowo w celu ograniczenia niepożądanej pre-reakcji zmieszana kompozycja będzie opuszczać urządzenie do topienia z mieszaniem, takie jak wytłaczarka, w temperaturze nie przekraczającej 160°C, na przykład w zakresie od 90 do 150°C, chociaż w przypadku niektórych kompozycji, na przykład nie zawierających katalizatora, temperatura może wynosić nawet 180°C. Generalnie stopiona mieszanka powinna być bezpośrednio przed rozpyleniem ogrzana do temperatury w zakresie od 100 do 300°C, korzystnie od 140 do 250°C, w szczególności od 160 do 240°C. W zasadzie wewnątrz wskazanych zakresów temperatur pożądane jest osiągnięcie przez stopioną mieszankę bezpośrednio przed mieszaniem możliwie najwyższej temperatury. Jednocześnie jednak zasadnicze znaczenie ma unikanie niedopuszczalnej pre-reakcji kompozycji termoutwardzalnej i w związku z tym istnieje równowaga między możliwym do osiągnięcia wzrostem temperatury a maksymalnym wkładem ciepła, który może być w praktyce tolerowany przed rozpyleniem.

Należy uwzględnić, że profil temperatury stosowany w każdym specyficznym przypadku będzie zależał przede wszystkim od rodzaju kompozycji termoutwardzalnej.

168 458 9

Czas, w którym zachodzi znaczące sieciowanie termiczne kompozycji jest funkcją procesu ogrzewania i zmienia się również wraz ze zmianą składu chemicznego polimeru termoutwardzalnego i środka sieciującego (utwardzającego) oraz także zależnie od tego, czy jakikolwiek katalizator jest użyty. Dla zilustrowania, w przypadku polimeru z karboksylowymi grupami funkcyjnymi stosowanego z epoksydowym środkiem sieciującym, znaczące sieciowanie w 160°C przebiega po około 20 sekundach, a w 200°C po około 5 do 10 sekundach. Jak wezmą pod uwagę specjaliści, jeśli sieciowanie zaszłoby w jakimkolwiek znaczącym stopniu, czas żelowania wytworzonej kompozycji byłby znacznie zmniejszony, czego konsekwencją byłoby szkodliwe działanie na rozlewność i poziomowanie, i ogólne pogorszenie wyglądu powłoki utworzonej z kompozycji w procesie nanoszenia powłoki proszkowej. Przy zwiększaniu usieciowania wpływ na czas żelowania byłby ostatecznie taki, że wytworzona kompozycja nie mogłaby być uważana za nadającą się do stosowania w procesach nanoszenia powłok proszkowych. Jako wskazówka co do tego, co można uważać za znaczące sieciowanie, można oczekiwać, że pewne pogorszenie wyglądu wizualnego powłoki byłoby widoczne, jeśliby czas żelowania spadł o 20%, pewne pogorszenie właściwości mechanicznych powłoki byłoby ewidentne jeśliby czas żelowania spadł o 40% oraz, że materiał o czasie żelowania zmniejszonym o 50% (w każdym przypadku w porównaniu z czasem żelowania proszku wytworzonego z tej samej kompozycji początkowej za pomocą konwencjonalnych sposobów nie wykorzystujących rozpylania stopu) z powodów praktycznych nie nadawałby się do stosowania jako powłoka proszkowa.

W sposobie według wynalazku powoduje się lub umożliwia ochłodzenie rozpylonych cząstek z utworzeniem stałych cząstek proszku. Korzystnie, w celu zminimalizowania przylegania cząstek do wszelkich powierzchni aparatu, temperaturę rozpylonych cząstek zmniejsza się do temperatury poniżej temperatury mięknienia kompozycji polimerycznej (typowo 50°C lub niżej) zanim cząstki zetkną się z dowolną taką powierzchnią.

Przykładowo szybkość chłodzenia może być taka, aby umożliwiała ochłodzenie rozpylonych cząstek do temperatury pokojowej w ciągu około 0,5 sekundy po utworzeniu. Chociaż stosunkowo wysoka szybkość chłodzenia jest korzystna z tego powodu, że umożliwia używanie mniejszych naczyń zbiorczych, ważne jest również, aby chłodzenie nie było zbyt szybkie, gdyż w przeciwnym razie rosłaby tendencja do wytwarzania rozpylonych cząstek w postaci iglastej zamiast sferycznej. Z tego powodu korzystna może być ekspozycja materiału poddawanego rozpylaniu na działanie strefy gorącego powietrza lub innego gazu, w celu zapewnienia okresu relaksacji, w którym kompozycja, chociaż chłodzona, jest ciągle utrzymywana w postaci stopionej. Temperatura wprowadzenia takiego gazu do naczynia do rozpylania może być zawarta w zakresie od 150°C do 350°C, na przykład 200 do 250°C.

Szybkość wprowadzania takiego gorącego gazu do naczynia do rozpylania powinna być korzystnie dobrana tak, aby była generalnie zbliżona do szybkości wylotu rozpylonych cząstek, w celu wyłapywania cząstek przy jednoczesnym zminimalizowaniu efektów zgarniania cząstek, co mogłoby niekorzystnie wpłynąć na wielkość cząstek produktu. Zatem przykładowo szybkość gazu może być zawarta w zakresie od 5 do 10 metrów/sekudnę przy początku tworzenia kropelek (to jest na obwodzie elementu obrotowego w przypadku rozpylania obrotowego), zmniejszając się do około 1 metra/sekundę przy końcu strefy relaksacji.

Strefa relaksacji taka jak opisano powyżej może być wytworzona przez wprowadzenie gorącego gazu w ten sposób, aby uderzał o zdezintegrowany materiał, wytworzony przez rozpylacz, wzdłuż kierunku wylotu kropelek. Zatem przykładowo, w przypadku rozpylacza obrotowego, gorące powietrze jest dostarczane korzystnie spod jak również sponad płaszczyzny rozpylacza, tak że uzyskany przepływ gorącego gazu jest generalnie skierowany wzdłuż wspomnianego kierunku.

W sposobach rozpylania z użyciem strumienia gorącego powietrza lub gazu o wysokiej prędkości, którego gwałtowne rozprężenie powoduje efekt chłodzenia, może być konieczne zastosowanie dodatkowego ogrzewania w celu regulowania szybkości chłodzenia wytwarzanych kropelek. W innym sposobie rozpylania prąd płynu chłodzącego może stykać się z rozpylonymi kropelkami przed ich zebraniem. Płyn chłodzący może być gazowy lub ciekły (na przykład woda), ale dogodnie jest to powietrze. Utworzone cząstki mogą być na przykład zbierane na ruchomym pasie lub mogą spadać do odbieralnika. Odbieralnikiem tym może być opakowanie, w którym powłoka proszkowa będzie sprzedawana. Alternatywnie, cząstki powłoki proszkowej mogą być wytwarzane

168 458 w postaci strumienia fluidalnego w powietrzu, który jest przepuszczany do separatora jakiego jak cyklon lub do układu filtracyjnego, takiego jak na przykład tak zwana „stacja filtrów workowych¹*, w celu oddzielenia produktu.

Obecnie jako przykład zostanie opisanych kilka postaci sposobu w odniesieniu do załączonych rysunków, na których: fig. 1 jest schematycznym przekrojem poprzecznym aparatury do prowadzania procesu według wynalazku; fig. 2 jest przekrojem poprzecznym jednej z postaci kielichowego rozpylacza obrotowego nadającego się do stosowania w aparaturze z fig. 1; fig. 3 jest przekrojem poprzecznym alternatywnej postaci kielichowego rozpylacza obrotowego nadającego się do stosowania w aparaturze z fig. 1; i fig. 4 jest przekrojem poprzecznym, częściowo w postaci schematycznej, aparatury zawierającej zmodyfikowaną postać rozpylacza, zaopatrzonego w dodatkowy wlot gorącego powietrza.

Aparatura z figury 1 składa się ogólnie z wytłaczarki 1, zasilającej rozpylacz 2, zamocowany w komorze do rozpylania 3.

Składniki kompozycji powłoki proszkowej, to jest polimer termoutwardzalny, środek sieciujący i wszystkie pigmenty i inne dodatki są wstępnie mieszane i załadowywane do zasobnika 11. Zasobnik 11 zasila wytłaczarkę 1, która posiada ślimak 12, napędzany silnikiem 13. Wytłaczarka posiada płaszcz grzejny 14 do regulacji temperatury kompozycji polimerycznej w wytłaczarce do temperatury, w której polimer mięknie ale nie ulega sieciowaniu, typowo temperatury w zakresie 90-180°C, zależnie- od kompozycji. Kompozycja polimeryczna jest dokładnie mieszana przez ślimak 12 i jest wytłaczana przez dyszę 15 do rury zasilającej 16, prowadzącej do rozpylacza 2.

Rura zasilająca 16 przechodzi przez grzejnik 17, w którym kompozycja polimeryczna jest gwałtowanie ogrzewana, na przykład przez cyrkulujące gorące powietrze albo za pomocą ogrzewania częstotliwością radiową lub mikrofalową. Temperatura kompozycji polimerycznej przy wyjściu z grzejnika 17 może być na przykład zawarta w zakresie 160-250°C.

Rozpylacz 2 jest zamontowany wewnątrz komory 3. Rozpylacz 2, może być na przykład obrotowym rozpylaczem kielichowym, takim jak na fig. 2 lub takim jak na fig. 3 lub może być na przykład rozpylaczem ultradźwiękowym z falą stojącą, takim jak opisany w niemieckim opisie patentowym DE-C-2842232 lub europejskim zgłoszeniu patentowym EP-A-308600 lub rozpylaczem dwucieczowym, zasilanym gorącym powietrzem. Rura zasilająca 16 kończy się w dyszy lub zestawie dysz odpowiednim do używanego rozpylacza. Gorące powietrze jest dostarczane przez wlot 21 do środkowej części komory 3, tak że przewód zasilający 16 jest otoczony gorącym powietrzem wchodzącym do komory 3 dla uniknięcia przedwczesnego ochłodzenia kompozycji polimerycznej zarówno przed jak i po rozpyleniu. Zimne powietrze jest dostarczane przez wlot 23 do obwodowej części 24 komory 3. W poprzek komory 3 powyżej poziomu rozpylacza 2 umieszczone jest sito 25 w celu równomiernego rozłożenia gorącego powietrza w środkowej części 22 komory 3 i równomiernego rozłożenia zimnego powietrza wokół obwodowej części 24 komory 3. Umiejscowiona obwodowo przegroda 26 zapobiega uderzaniu strumienia zimnego powietrza z wlotu 23 bezpośrednio o przewód zasilający 16 lub rozpylacz 2.

Stopiona kompozycja polimeryczna jest rozpylana przez rozpylacz 2. Jeśli stosuje się obrotowy rozpylacz kielichowy, uzyskane rozpylone kropelki są wyrzucane na zewnątrz do komory 3. Po początkowym okresie relaksacji temperaturowej, w którym kropelki pozostają pod wpływem ściany gorącego powietrza ze środkowej części 22, kropelki zestalają się gwałtowanie w cząstki kompozycji powłoki proszkowej po zetknięciu się zimnym powietrzem, wchodzącym do części obwodowej 24 komory 3. Cząstki są prowadzone w dół w strumieniu powietrza do wylotu 27 przy podstawie komory 3.

Jeśli stosuje się rozpylacz ultradźwiękowy z falą stojącą, jest on generalnie ustawiony tak, że pole ultradźwiękowe jest w znacznym stopniu poziome. Rozpylone cząstki są wyrzucane we wszystkich kierunkach prostopadłych do pola ultradźwiękowego, w tym w górę. Powietrze jest korzystne przedmuchiwane w dół w regionie stojącej fali ultradźwiękowej w celu przeprowadzenia rozpylonych kropelek w dół w stronę wylotu 27 komory 3.

Jeśli stosuje się rozpylacz dwucieczowy z powietrzem jako cieczą rozpylającą, to do chłodzenia kropelek i transportu produktu do wylotu 27 komory rozpylacza 3 korzystnie stosuje się dodatkowe powietrze. Jeśli jako ciecz rozpylającą w rozpylaczu dwucieczowym stosuje się parę, to wokół części obwodowej 24 komory 3 musi być rozpryskiwana woda. Alternatywnie, lub w połączeniu z

168 458 11 takim rozpryskiwaniem wody, można pozwolić na spadanie wody w postaci filmu na wewnętrzną powierzchnię komory 3, tak aby zbierać i transportować cząstki produktu do wylotu 27.

Wylot 27 komory 3 prowadzi przez przewód 31 do separatora 32, na przykład stożkowego separatora cyklonowego. W separatorze 32 cząstki kompozycji powłoki proszkowej są oddzielane od strumienia powietrza. Cząstki kompozycji powłoki proszkowej przechodzą w dół do wylotu 33, regulowanego zaworem 34 przy wierzchołku separatora 32. Wylot 33 może bezpośrednio zasilać opakowania kompozycji powłoki proszkowej w strefie zbierania produktu 35 lub może zasilać zasobnik do późniejszego pakowania produktu. Powietrze przechodzi w górę do wylotu górnego 36 separatora 32. Przepływ powietrza z separatora może być wspomagany przez wentylator 37. Wylot z wentylatora 37 prowadzi do filtra workowego 38, który usuwa wszelkie cząstki kompozycji powłoki proszkowej, naniesione przez strumień powietrza poprzez wylot 36. Powietrze przechodzi przez filtr workowy 38 do otaczającej atmosfery.

W przypadkach gdy stosuje się parę i wodę jak opisano powyżej, produkt z komory 3 będzie miał postać zawiesiny, a cząstki produktu będą oddzielane za pomocą odstojników, hydrocyklonów, filtracji i/lub suszone w razie potrzeby.

Rozpylacz z figury 2 składa się z kielicha 41, zamontowanego na trzpieniu obrotowym 42. Kielich 41 ma płaską podstawę 43, na przykład o średnicy około 18 mm, i wklęsłą ścianę boczną o wysokości około 25 mm z górną krawędzią 45 o średnicy na przykład około 30 mm. Rura zasilająca 16, prowadząca od wytłaczarki 1 (figura 1) kończy się w dyszy 46, mającej generalnie kształt stożka spłaszczonego przy wierzchołku 47 i posiadającego otwór wylotowy 48. Dysza 46 jest zamocowana tak, aby jej otwór 48 znajdował się poniżej krawędzi 45 kielicha 41, ale z prześwitem na przykład 15 mm między wierzchołkiem dyszy 46 a podstawą 43 kielicha 41.

Rozpylacz z figury 3 składa się z kielicha 51, zamocowanego na trzpieniu obrotowym 42. Kielich 51 ma kształt stożka, przykładowo o wewnętrznej głębokości około 20 mm i średnicy przy wierzchołku 52 około 35 mm. Dysza 54 na końcu rury zasilającej 16 stosowanej razem z kielichem 51 ma kształt stożka o kącie rozwarcia podobnym jak w kielichu 51, tak że powierzchnia czołowa dyszy 54 jest w znacznym stopniu równoległa do ścian bocznych kielicha 51. Otwór wyjściowy 56 dyszy 51 jest umiejscowiony poniżej wierzchołka 52 kielicha 51. Wierzchołek dyszy 54 może być odległy od końcówki kielicha 51 przykładowo o około 7 mm.

Szybkość obrotów kielicha 41 lub 51 w aparatach z fig. 2 lub fig. 3 może być przykładowo zawarte w zakresie 5000 do 30000 obrotów na minutę.

Aparat z figury 4 załączonego rysunku jest obrotowym rozpylaczem kielichowym 441, zamocowanym wewnątrz komory 442, zaopatrzonej w pokrywę izolującą 443 i okienko obserwacyjne 444.

Komora 442 posiada górny wlot gorącego powietrza 445, dolny wlot gorącego powietrza 446 oraz rozciągający się obwodowo wlot zimnego powietrza 447.

Obrotowy rozpylacz kielichowy 441 ma postać odwróconego stożka i jest obracany silnikiem 448, napędzanym sprężonym powietrzem. Rozpylacz i silnik są zamocowane na suwnicy 449, która również podtrzymuje pierścieniową płytę 450, utworzoną z materiału termoizolacyjnego i posiadającą umiejscowioną centralnie stożkowo ściętą część 451.

W trakcie eksploatacji stopiona kompozycja termoutwardzalnej powłoki proszkowej (otrzymana na przykład w wytłaczarce) jest przesuwana wzdłuż rury zasilającej 452 do dyszy 453. Rura zasilająca może być zaopatrzona w grzejnik (nie pokazany), na przykład grzejnik taśmowy i posiada dodatkowe urządzenia grzewcze (nie pokazane), rozmieszczone tak, aby działać bezpośrednio za dyszą 453 od strony dopływu.

Górny wlot gorącego powietrza 445 przechodzi w rurę odgałęźną, otaczającą dyszę 453. Wprowadzone w ten sposób gorące powietrze służy do ogrzewania kielicha rozpylacza, jak również do zapewnienia strefy relaksacji temperaturowej, opisanej powyżej.

Dolny wlot gorącego powietrza 446 otwiera się w stożkowo ściętą część 451, otaczającą stożkowy kielich obrotowy 441. Wprowadzone w ten sposób gorące powietrze służy do ogrzewania kielicha rozpylacza jak również zapewnienia opisanej powyżej strefy relaksacji temperaturowej.

W trakcie eksploatacji ma miejsce rozpylanie kompozycji powłoki przez energię odśrodkową bezpośrednio za obwodem obracającego się kielicha 441. Utworzone w ten sposób rozpylone kropelki są wyrzucane na zewnątrz w poprzek płyty pierścieniowej 450 i są natychmiast wystawione

168 458 na przepływ gorącego powietrza z dolnego wlotu gorącego powietrza 446. W rezultacie w poprzek płyty pierścieniowej 450 tworzy się strefa relaksacji temperaturowej, ograniczając dzięki temu szybkość chłodzenia rozpylonych kropelek przed ich zetknięciem z zimnym powietrzem z wlotu 447. Istnienie strefy relaksacji wpływa na zwiększenie charakteru sferycznego wytwarzanych cząstek.

Cząstki produktu są ochłodzone do temperatury poniżej temperatury mięknienia przed ich zetknięciem ze ścianą komory 442 i opuszczają komorę przez wylot 454 do dalszej obróbki jak opisano powyżej w odniesieniu do figury 1.

Poniższe serie eksperymentów ilustrują zasadę sposobu według wynalazku:

Serie eksperymentów przeprowadzano rozpylając pigmentowany poliester z kwasowymi grupami funkcyjnymi o temperaturze topnienia około 120°C i Tg 60°C, przy użyciu aparatu z figur 1 do 3. Kompozycję poliestrową wytłaczano przy temperaturze wylotowej 150°C. Komorę 17, otaczającą rurę zasilającą 16, ogrzewano powietrzem o temperaturze 250°C. Temperatura kompozycji poliestrowej po wyjściu z komory grzejnej 17 wynosiła około 200°C. Wyniki przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1

Rodzaj zastosowanego kielicha

Rodzaj zastosowanej dyszy

Obroty kielicha (obr/min)

Szybkość przepływu kompozycji polimerycznej (g/min) % cząstek sferycznych (współczynnik kształtu niższy niż 2:1)

Średnia średnica cząstek (mikrony) Maksymalna średnica cząstek (mikrony) Minimalna średnica cząstek (mikrony)

fig. 2	fig. 2	fig. 3	fig. 3
fig. 3	fig. 2	fig. 3	fig. 3
10000	10000	10000	10000
6,5	6,5	6,5	2,6
70	85	65	>95
85	75	85	75
150	130	190	125
45	25	25	30

Poniższe przykłady ilustrują sposób według wynalazku. Użyto poniższych preparatów, przy czym wszystkie zawartości procentowe są wagowe:

Preparat A (AM D-3 i AM D-5)-mieszanka poliestrowo-epoksydowa

Dwutlenek tytanu (pigment) 20,6%

Biel barytowa (wypełniacz) 18,22%

Microicarb 40* 2,0%

Żywica poliestrowa z kwasami grupami funkcyjnymi (liczba kwasowa 33-35) 42,3%

Żywica epoksydowa DER 671** 11,3%

Wosk 0,3%

Benzoina (środek odgazowujący) 0,3% * MICROCARB 40 jest wypełniaczem - węglanem wapnia ** DER 671 jest żywicą epoksydową bisfenol-A/epichlorohydryna Preparat B (AM D-6) - epoksyd

Dwutlenek tytanu (pigment) 33,0%

Żywica epoksydowa DOW DER 642U* 61,2%

Środek poprawiający rozlewność BYK 360P - (kopolimer kwasu akrylowego i akrylanu n-butylu 0,4% zaabsorbowany na dwutlenku krzemu)

Środek sieciujący DEH 40** 3,1%

Benzoina (środek odgazowujący) 0,3% * DER 642U jest żywicą epoksydową bisfenol-A/nowolak ** DEH 40 jest dicyjanodiimidowym epoksydowym środkiem sieciującym Preparat C (AM D-7) - poliester/izocyjanian

Dwutlenek tytanu (pigment) 33,0%

Poliester z hydroksylowymi grupami funkcyjnymi 55,1% (liczba hydroksylowa: 38-45)

168 458

Vestagen B 1530 (środek sieciujący)*	13,3%
BYK 630P (środek poprawiający rozlewność)	0,4%
Benzoina (środek odgazowujący)	0,2%
*VESTAGEN B 1530 jest izocyjanianowym zablokowanym środkiem sie-
ciującym typu kaprolaktamowego
Preparat D (AM D-8) - poliester/primid Poliester z karboksylowymi grupami funkcyjnymi (liczba kwasowa 35-37)		93,5%
Primid XL 552* (środek sieciujący)		5,27c
Modaflow (kopolimer akrylanu etylu i akryknu u^-^-^tt^yl^l^e^l^s^^lu) (środek poprawiający rozlewność)		1,0%
Benzoina (środek odgazowujący)		0,3%

*PRIMID XL 552 jest hydroksyalkiloamidowym środkiem sieciującym.

II. Procedura eksperymentalna.

W każdym z eksperymentów składniki odpowiadającego preparatu mieszano wstępnie w blenderze i odmierzano do jednoślimakowej wytłaczarki pracującej w zakresie między 70° a 130° w celu wytworzenia stałego wypływu kompozycji w formie stopionej. Stopiony materiał przesyłano do aparatu przedstawionego na figurze 4 za pomocą rury zasilającej 452.

Dyszę 453 urządzenia do rozpylania utrzymywano w temperaturze 350°C do 400°C, w' wyniku czego stopiony materiał opuszczając dyszę miał temperaturę zasilania pokazaną w tabeli 2. Szybkość obrotów kielicha rozpylającego 441 zawarta była w zakresie 10000 do 15000, jak pokazano w tabeli 1. Gorące powietrze wprowadzano przez górny wlot powietrza 445 i dolny wlot powietrza 446 w temperaturze pokazanych w tabeli 2.

Produkt analizowano standartowymi technikami, a wyniki przedstawiono poniżej w tabeli 2.

Tabela 2

Nr eksperymentu	Preparat	Temp. powietrza	_ Obroty kielicha Χ1000	Szybkość zasilania Kg/h	Temperatura zasilania °C
górne °C	dolne °C
1.1	A	200	200	12	1.0	200
1.2	A	250	250	12	1.0	210
2.1	A	250	180	15	1.0	230
2.2	A	250	230	15	3.0	210
3.1	B	205	202	15.5	2.0	160
3.2	B	190	190	15	3.0	160
4.1	C	190	125	14.7	3.0	210
4.2	C	235	235	14.8	3.0	210
5.1	D	214	210	15	2.0	190
5.2	D	230	238	15	3.0	210

W celu zapewnienia podstawy do porównań, tabela 3 przedstawia również wyniki (oznaczone „S“) tych samych analiz, przeprowadzonych na kompozycjach powłok proszkowych, odpowiadających preparatom A do D, ale otrzymanych za pomocą konwencjonalnych procedur proszkowania.

168 458

Tabela 3

Nr eksperymentu	Preparat	Średnia wielkość cząstek mikrony	Początek Tg	Czas żelowania sekundy	Płynięcie peletek mm	Połysk (60°) %
1s	A	38.1	49.1	156	66	85
1.1	A	64.6	51.3	162	44	87
1.2	A	66.3	51.1	143	47	84
2s.	A	38.1	49.1	156	66	85
2.1	A	64.1	45.2	148	47	88
2.2	A	70.0	44.1	151	57	87
3s	B	34.3	49.2	11	55	86
3.1	B	70.5	55.4	2	9	48
3.2	B	73.0	53.4	13	53	87
4s	C	35.8	43.5	133	77	80
4.1	C	83.0	50.7	142	73	79
4.2	C	73.2	42.5	138	68	75
5s	D	37.2	61.7	88	103	82
5.1	D	63.8	60.2	83	61	52
5.2	D	55.5	61.7	80	102	90

III. Techniki analityczne.

(a) Wielkość cząstek.

Dane o wielkości cząstek są oparte na obserwacjach, dokonanych za pomocą analizatora wielkości cząstek Galai Cis-1 przy użyciu środka powierzchniowo czynnego i ultradźwięków do zdyspergowania próbki w wodzie.

(b) Tg.

Dane o Tg są oparte na pomiarach, dokonanych za pomocą różnicowego kalorymetru skaningowego Du Pont 910 z analizatorem termicznym Du Pont 2000.

(c) Czas żelowania.

Czas żelowania jest to czas, po którym produkt zaczyna stawać się elastyczną substancją stałą przy ogrzewaniu do 200°C.

(d) Płynięcie peletek.

Do celów tego testu z kompozycji produktu wykonano peletki o objętości 0,47 ml i prasowano je na płytce metalowej, pochylonej pod kątem 60°C. Następnie płytkę z peletką ogrzewano w piecu w 150°C przez 30 minut oraz mierzono odległość w mm, na którą kompozycja spłynęła w tym czasie w dół.

(e) Połysk przy 60°.

Dane o połysku przy 60° oparte są na pomiarach przy użyciu reflektometru laboratoryjnego.

IV. Dyskusja.

W odniesieniu do różnych istotnych parametrów, a zwłaszcza czasu żelowania, wyniki przedstawione w tabeli 2 pokazują, z wyjątkiem eksperymentu 3.2, że kompozycje produktów otrzymanych sposobem rozpylania stopu według wynalazku są dopuszczalne do stosowania w procesach nanoszenia powłok proszkowych.

W następstwie niezadowalającego wyniku otrzymanego w eksperymencie 3.1, w eksperymencie 3.2 zmieniono parametry procesu obniżając temperaturę powietrza i zwiększając szybkość zasilania urządzenia do rozpylania stopionym materiałem, zmniejszając dzięki temu zarówno średni czas przebywania materiału w urządzeniu jak i sumę ciepła, wprowadzanego do materiału podczas procesu. W rezultacie podjęcia tych środków zgodnie z podaną powyżej ogólną informacją dotyczącą praktycznej realizacji niniejszego wynalazku, otrzymano następnie zadowalający produkt przy użyciu tej samej kompozycji preparatu co w eksperymencie 3.1.

V. Badania ciężaru cząsteczkowego - Chromatografia żelowa.

Tabela 4 przedstawia średni liczbowo ciężar cząsteczkowy [Mn], średni wagowo ciężar cząsteczkowy [Mw], średni objętościowo ciężar cząsteczkowy [M_z] i stopień polidyspersji [stosunek Mw:Mn], wyznaczone za pomocą chromatografii żelowej dla produktów z eksperymentów 2.1 i 2.2 opisanych powyżej, łącznie z odpowiadającymi danymi dla standartowego materiału porównawczego (oznaczone „S“) tego samego preparatu.

168 458

Tabela 4

Nr eksperymentu	M„	M„	Mz	Stopień polidyspersji
2s	1483	7753	18614	5.3
2.1	1283	7773	18130	6.1
2.2	1446	7881	20120	5.5

Można zauważyć, że w granicach błędu eksperymentalnego, liczby podane w tabeli 4 nie wykazują żadnych istotnych różnic ciężarów cząsteczkowych pomiędzy standartowym produktem porównawczym a odpowiadającymi produktami otrzymanymi sposobem rozpylania stopu według wynalazku.

VI. Ocena kształtu cząstek.

Na figurach 5 i 6 załączonego rysunku przedstawiono reprodukcje mikrografów elektronowych próbki odpowiednio produktu z eksperymentu 1.1 według wynalazku oraz odpowiadającego standartowego materiału porównawczego (oznaczone „S“).

Z mikrografów elektronowych widoczne jest, że produkt otrzymany sposobem według wynalazku (eksperyment 1.1, figura 5) wykazuje znacznie zmniejszoną zawartość cząstek drobnych i ogólnie węższy rozrzut wielkości w porównaniu z produktem standartowym, otrzymanym w konwencjonalnym procesie proszkowania i zawiera również większą zawartość cząstek o kształcie zaokrąglonym. ρου-ίό

Fig.2.

Fig. 5

Fig. 6.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims (18)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania termoutwardzalnej kompozycji powłoki proszkowej, znamienny tym, że tworzy się stopioną mieszaninę polimeru błonotwórczego, zawierającego reaktywne grupy funkcyjne, środka sieciującego dla wspomnianego polimeru i ewentualnie jednego lub większej liczby środków barwiących, przy czym resztkowa zawartość rozpuszczalnika pochodzącego z wytwarzania któregokolwiek składnika wynosi co najwyżej 1,0% wagowy, rozpyla się uzyskany stop do postaci kropelek, a temperatura stopionej mieszaniny bezpośrednio przed rozpyleniem mieści się w zakresie 100-300°C, i powoduje się lub umożliwia ochłodzenie rozpylonych kropelek z utworzeniem stałych cząstek proszku, zaś warunki reguluje się tak, aby uniknąć znacznego sieciowania termicznego kompozycji podczas procesu.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stop rozpyla się przez rozpylanie obrotowe.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że rozpylanie obrotowe przeprowadza się przy użyciu kielicha obrotowego o generalnie stożkowej formie.
4. 4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że rozpylanie obrotowe przeprowadza się za pomocą obrotowej misy lub czaszy, zaś stopioną mieszaninę wprowadza się do misy lub czaszy przez dyszę, której koniec znajduje się poniżej poziomu górnej krawędzi.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stop rozpyla się przez rozpylanie dwucieczowe.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stop rozpyla się przez rozpylanie ultradźwiękowe, korzystnie przez rozpylanie ultradźwiękowe z falą stojącą.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał poddawany rozpylaniu wystawia się na działanie prądu gorącego gazu, korzystnie powietrza.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jeden lub więcej prądów gorącego gazu, korzystnie powietrze, uderza o materiał poddawany rozpylaniu wzdłuż kierunku wypływu kropelek.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po zmieszaniu w stopie kompozycję utrzymuje się w sposób ciągły w stanie stopionym aż do zakończenia rozpylania do formy kropelek.
10. 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stopioną kompozycję poddaje się dodatkowemu ogrzewaniu bezpośrednio przed rozpyleniem.
11. 11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że wspomnianego dodatkowego ogrzewania dokonuje się przez doprowadzenie energii częstotliwości radiowej, mikrofalowej lub wibracyjnej.
12. 12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperatura stopionej kompozycji bezpośrednio przed rozpyleniem jest zawarta w zakresie od 140 do 250°C, korzystnie od 160 do 240°C.
13. 13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kompozycję miesza się w stanie stopionym w wytłaczarce.
14. 14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utrzymuje się temperaturę stopionej kompozycji opuszczającej urządzenie do mieszania w stanie stopionym nie przewyższającą 160°C.
15. 15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że katalizator reakcji sieciowania wstrzykuje się bezpośrednio do rozpylacza, tak aby został wymieszany ze stopionym polimerem błonotwórczym przed rozpoczęciem tworzenia kropelek.
16. 16. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej część środka sieciującego wstrzykuje się bezpośrednio do rozpylacza, tak aby został wymieszany ze stopionym polimerem błonotwórczym przed rozpoczęciem tworzenia kropelek.
17. 17. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako polimer błonotwórczy stosuje się jeden lub więcej polimerów, wybranych z grupy składającej się z żywic poliestrowych z karboksylowymi grupami funkcyjnymi, żywic poliestrowych z hydroksylowymi grupami funkcyjnymi, żywic epoksydowych i żywic akrylowych z grupami funkcyjnymi.
18. 18. Sposób według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, albo 11,albo 12,albo 13,albo 14,albo 15,albo 16,albo 17, znamienny tym, że jako środek sieciujący stosuje się sam materiał polimeryczny.

    168 458