PL188775B1 - Sposób wytwarzania reaktywnych preparatów farb proszkowych - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania reaktywnych preparatów, farb proszkowych na drodze rozpre- zenia zestawu, zawierajacego maloczasteczkowy zwiazek obojetny, z uwolnieniem tego malocza- steczkowego zwiazku obojetnego, znamienny tym, ze jedna lub wiele zywic podstawowych i jeden lub wiele utwardzaczy dla tych zywic podstawowych albo jedna lub wiele samoutwar- dzajacych sie zywic podstawowych, oraz ewen- tualnie dalsze zwykle skladniki lakiernicze, prze- prowadza sie razem lub oddzielnie na drodze ogrzewania w postac zdolna do plyniecia, przy- najmniej w jednym z zastosowanych skladników z zywicy podstawowej lub z utwardzacza malo- czasteczkowy zwiazek obojetny pod cisnieniem rozpuszcza sie albo przed zlaczeniem z pozosta- lymi skladnikami albo w juz wytworzonej mie- szance, cala te mieszanke ujednorodnia sie w ciagu od 0,1 sekundy do 5 minut i nastepnie te mieszanke wszystkich skladników rozpreza sie w warunkach chlodzenia. Fig. 1 PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania reaktywnych preparatów farb proszkowych z zastosowaniem małocząsteczkowego związku obojętnego jako substancji pomocniczej.

Z mnóstwa znanych sposobów wytwarzania farb proszkowych przede wszystkim znajdują zastosowanie te sposoby, w których na gotowo sporządzoną farbę proszkową wytłacza się w postaci pastowatego stopu i po ochłodzeniu tego stopu i zgrubnym rozdrobnieniu drogą drobnego mielenia i po dołączonym przesiewaniu doprowadza się do żądanego stopnia

188 775 zmielenia. W szczególności rozpowszechnione są w przypadku barwnych lakierów proszkowych następujące etapy postępowania:

1. Składniki farby proszkowej jako substancje stałe w potrzebnych stosunkach wagowych intensywnie miesza się wstępnie na sucho.

2. Mieszankę tę stapia się i poddaje intensywnemu przemieszaniu w wytłaczarce w możliwie niskiej temperaturze w celu uniknięcia przedwczesnego sieciowania. Przy tym spoiwo i utwardzacz uplastyczniają się i zwilżają pigmenty i wypełniacze.

3. Otrzymany, ewentualnie zabarwiony produkt z wytłaczania rozwalcowuje się na cienką warstwę, chłodzi i rozbija na zgrubny granulat.

4. Granulat ten w młynie miele się na gotową farbę proszkową. Z reguły część miałką < 10 pm, nie możliwą do uniknięcia w procesie mielenia, usuwa się w dołączonym następnie procesie przesiewania. Otrzymany proszek typowo ma średnią wielkość cząstki 40-70 (im. (Porównaj Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie, tom 15, strona 680, 1978, Verlag Chemie Weinheim, oraz monografię „The Science od powder coatings” tom 1 i 2 (wydawca D. A. Bate, Londyn 1990)). W sposobach tych może dojść do trudności bądź do kosztownych prac następczych, zwłaszcza w odniesieniu do procesu wytłaczania i procesu mielenia. W przypadku wysoce reaktywnych mieszanek spoiwowych proces wytłaczania może przebiegać zbyt wolno, tak że wystąpi częściowe tworzenie żelu, które uniemożliwia już zastosowanie do powlekania. Limitowanie czasu przebywania w wytłaczarce natomiast prowadzi do tego, że pigmenty nie dyspergują się optymalnie w spoiwie. To złe zdyspergowanie prowadzi w powlekaniu farbą proszkową do mniejszej siły krycia, którą musi się kompensować większym udziałem pigmentów. Etap wytłaczania także stanowi ograniczenie w odniesieniu do spoiwa, gdyż można prowadzić postępowanie tylko w określonym zakresie lepkości. Przykładowo opracowane ostatnio żywice krystaliczne, które powyżej temperatury topnienia wykazują bardzo niską lepkość w stanie stopionym i w wyniku dają znakomite farby proszkowe, nie mogą być przetwarzane w wytłaczarce. Także stosowanie mieszanek z żywic, które wykazują silnie różniące się lepkości, jest tylko ograniczenie możliwe w wytłaczarce z uwagi na złąjednorodność takich układów. Szeroki zakres uziamienia, tworzący się podczas mielenia, mieści się przykładowo w przedziale 0,1-500 (im i dla specjalnych celów stosowania wymaga dodatkowych procesów przesiewania i mielenia. Ponadto otrzymane ziarno miałkie jest niekorzystne z powodów zdrowotnych i przetwórczo-technicznych.

Nadto znane są sposoby wytwarzania farb proszkowych, w których rozpyla się stopioną farbę proszkową (DE-A-22 33 138, EP-A-0 537 233). Stapianie składników żywicy podstawowej i utwardzacza może prowadzić do termicznego obciążenia składu farby proszkowej. Zmniejszenie czasu zetknięcia żywicy podstawowej i utwardzacza w stanie stopionym jest możliwe tylko wobec wielkiego nakładu technicznego.

W celu wytworzenia proszków bądź farb proszkowych znane jest ponadto stosowanie jako substancji pomocniczej małocząsteczkowych związków obojętnych w postaci ściśliwych płynów. I tak według EP-A-0 157 827, WO 95/34 606 oraz EP-A-0 720 999 składniki zestawu proszkowego rozpuszcza się w nadkrytycznym płynie, a otrzymany roztwór rozpyla się w warunkach rozprężania. Chłodzenie, wywołane wskutek procesu rozprężania, powoduje tworzenie się cząstek proszku. Rozprężanie może następować spontanicznie lub zależnie od czasu, nieprzerwanie lub stopniowo. Dzięki zastosowaniu odpowiednich dysz można uzyskiwać wielkości cząstek 5-150 pm, ale też bardzo drobne cząstki w zakresie 1-5 pm.

Niekorzystnym w przypadku tych sposobów jest to, że odnośne składniki często są tylko słabo rozpuszczalne w nadkrytycznych płynach. Potrzebne są wysokie ciśnienia i wielkie ilości gazu, by substancję stałą rozpuścić w nadkrytycznym płynie.

eP-A-0 669 858 i EP-A-0 661 091 dotyczą sposobów wytwarzania farby proszkowej, w których stałe substancje wyjściowe nie powinny być rozpuszczalne w nadkrytycznym płynie w warunkach sposobu. Dzięki temu m.in. unika się strat wskutek transportu materiału wyjściowego ze zbiornika rozprężania. Według EP-A-0 669 858 jednorodnie miesza się stałe substancje wyjściowe w nadkrytycznym płynie i następnie mieszaninę tę rozprężą się, natomiast według EP-A-0 666 091 składniki proszkowe stąpią się i ten ciekły materiał dysperguje się w odpowiednim płynie.

188 775

W tego rodzaju sposobach mogą wystąpić problemy odnośnie jednorodności tych mieszanek.

Dalej znane są sposoby, w przypadku których wytwarzanie proszku z zestawów, zawierających rozpuszczalnik, wobec stosowania ściśliwych płynów następuje drogą rozprężenia roztworu i równoczesnego odparowania rozpuszczalnika, przykładowo EP-A-0 711 586, JP 8104 830. Stosowane rozpuszczalniki powinny być częściowo mieszające się ze składnikami substancji stałych i wykazywać wysoki stopień lotności.

Stosowanie rozpuszczalników organicznych i nakłady na odzyskiwanie tego rozpuszczalnika czynią ten sposób niekorzystnym.

Według WO 95/21 688 w celu uniknięcia wysokich ciśnień i wielkich ilości gazu oraz stosowania rozpuszczalnika organicznego i z nim związanych nakładów na jego odzyskanie opracowano sposób, w którym ściśliwy płyn rozpuszcza się pod ciśnieniem w obrabianej mieszance substancji i następnie roztwór ten rozpręża się. W tym celu składniki stałe stapia się, a odpowiedni płyn rozpuszcza się w nich pod ciśnieniem.

Sposób ten odnosi się do wytwarzania cząstek i proszków, przykładowo produktów wyjściowych dla wytwarzania emulgatorów i detergentów oraz farmaceutycznych substancji czynnych. Jeśli tym sposobem przetwarza się mieszanki różnych substancji, to najpierw wytwarza się te mieszanki i następnie wprowadza je do procesu. Wytwarzania reaktywnych farb proszkowych nie wspomina się. Zmieszanie różnych składników farby proszkowej z żywic podstawowych, utwardzaczy i pigmentów/wypełniaczy oraz dalszych dodatków lakierniczych może prowadzić do niepożądanych reakcji chemicznych między żywicą podstawową i utwardzaczem, które mogłyby wywrzeć negatywny wpływ na właściwości zestawu farby proszkowej.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu, który umożliwiłby wytwarzanie farb proszkowych nieprzerwanie lub okresowo na łatwej drodze z uniknięciem silnego obciążenia termicznego. Ponadto celem wynalazku jest wytwarzanie jednorodnych preparatów farb proszkowych na drodze rozpylania stopów zawierających gaz, jednakże bez tego, żeby zachodziła przedwczesna reakcja między składnikami farby proszkowej. Sposób ten miałby dostarczać jednorodne cząstki farby proszkowej o nastawialnym średnim uziamieniu w zakresie 10-80 nm i o wąskim podziale wielkości cząstek i miałby pozwalać na stosowanie surowców o szerokim zakresie lepkości. Ponadto powinno być możliwe przetwarzanie zestawów farb proszkowych o niskiej temperaturze sieciowania. Przy tym wyeliminowane powinno być w porównaniu z tradycyjnymi sposobami kosztowne usuwanie rozpuszczalników i stosowanie wysokich ciśnień.

Okazało się, że cel ten można osiągnąć dzięki stanowiącemu przedmiot wynalazku sposobowi wytwarzania reaktywnych preparatów farb (lakierów) proszkowych na drodze rozprężenia zestawu, zawierającego małocząsteczkowy związek obojętny, z uwolnieniem tego małocząsteczkowego związku obojętnego, znamiennemu tym, że jedną lub wiele żywic podstawowych i jeden lub wiele utwardzaczy dla tych żywic podstawowych albo jedną lub wiele samoutwardzających się żywic podstawowych, oraz ewentualnie dalsze zwykłe składniki lakiernicze, takie jak dodatki, a w przypadku zabarwionych lakierów proszkowych takie jak pigmenty, barwniki i ewentualnie wypełniacze, przeprowadzą się razem lub oddzielnie na drodze ogrzewania w postać zdolną do płynięcia, przynajmniej w jednym z zastosowanych składników z żywicy podstawowej lub z utwardzacza małocząsteczkowy związek obojętny pod ciśnieniem rozpuszcza się albo przed złączeniem z pozostałymi składnikami albo w już wytworzonej mieszance, całą tę mieszankę ujednorodnia się i następnie tę mieszankę wszystkich składników rozprężą się. Rozprężanie może przykładowo następować w warunkach chłodzenia i tworzenia się. proszku o średniej wielkości cząstki 10-200 pm i o wąskim podziale wielkości cząstki. Ujednorodnianie następuje przykładowo w ciągu od 0,1 sekundy do 5 minut.

W sposobie według wynalazku składniki, zwłaszcza żywicę podstawową i utwardzacz, oddzielnie od siebie można drogą ogrzewania doprowadzić do postaci zdolnej do płynięcia. Ta droga postępowania zapobiega przedwczesnej reakcji sieciowania. Można przy tym pigmenty, wypełniacze i dodatki w mieszaninie ze składnikiem z żywicy podstawowej albo składnikiem z utwardzacza przeprowadzić w zdolny do płynięcia stop. Celowo miesza się je ze spoiwem, gdyż w wielu przypadkach utwardzacz stosuje się w dość małych ilościach. Na188 775 turalnie też możliwe jest wstępne zmieszanie pigmentów, wypełniaczy i dodatków ze składnikiem z utwardzacza. Oddzielne upłynnianie żywicy podstawowej i utwardzacza prowadzi do bardzo krótkiego czasu zetknięcia w mieszarkowej części sposobu, co przyczynia się do znacznego zmniejszenia przedwczesnej reakcji sieciowania.

Doprowadzenie małocząsteczkowego związku obojętnego przed lub równocześnie z procesem mieszania składnika z utwardzacza i składnika z żywicy podstawowej następuje w takich warunkach, że związek ten przynajmniej częściowo rozpuszcza się w mieszance lub w co najmniej jednym ze składników mieszanki. Podczas następnego rozprężania uwalnia się małocząsteczkowy związek obojętny i schodzi się poniżej temperatury krzepnięcia preparatu farby proszkowej. Równoczesny przyrost objętości małocząsteczkowego związku (obojętnego prowadzi do tworzenia się zasadniczo kulistych cząstek o wąskim podziale wielkości cząstek, które następnie można wyodrębnić.

Sposób według wynalazku, zwłaszcza w przypadku wysoko reaktywnych substancji, możną zmieniać tak, że małocząsteczkowy związek obojętny doprowadzą się pod ciśnieniem już przed zmieszaniem poszczególnych składników albo przed i/lub podczas stapiania poszczególnych składników.

W szczególności w przypadku zestawów farby proszkowej, w których żywica podstawowa i składnik z utwardzacza wykazują silnie różniącą się lepkość, można małocząsteczkowy związek obojętny rozpuścić w jednym ze składników wyjściowych, takim jak żywica podstawowa, i następnie zmieszać z drugim składnikiem.

Ten wariant sposobu umożliwia po pierwsze obniżenie temperatury, potrzebnej do ogrzania tych składników, dzięki temu, że obniża się lepkość stopu i proces mieszania można przeprowadzić w niższej temperaturze. W przypadku układów chemicznie wysoko reaktywnych jest to zaleta. Po drugie możliwe na tej drodze jest obniżenie lepkości składników przed zmieszaniem. Ma to wielkie znaczenie zwłaszcza w przypadku układów farb proszkowych 0 silnie różniących się lepkościach żywicy podstawowej i składnika utwardzaczowego, gdyż w takich układach w konwencjonalnym procesie wytwarzania farb proszkowych trudne jest zmieszanie tych składników. W sposobie według wynalazku możliwe jest zrównanie lepkości obu składników tak, że w składniku o wyższej lepkości najpierw rozpuszcza się małocząsteczkowy składnik obojętny, i tym samym można lepkość dopasować przed zmieszaniem. Prowadzi to do lepszego ujednorodnienia w następnym procesie mieszania i daje w wyniku farbę proszkową o polepszonych właściwościach użytkowych.

Proces mieszania, potrzebny w sposobie według wynalazku, może przebiegać tak, że przykładowo składniki z żywicy podstawowej i z utwardzacza oraz ewentualnie dodatki, pigmenty i wypełniacze, tworzące zestaw farby proszkowej, miesza się w mieszarce statycznej w warunkach równoczesnego dodawania małocząsteczkowego związku obojętnego. Ponadto istnieje możliwość zmieszania składników z żywicy podstawowej i z utwardzacza ewentualnie wobec dodania dodatków w mieszarce statycznej dopiero po oddzielnym rozpuszczeniu związku obojętnego w danym składniku.

W wariancie sposobu możliwe jest też krótkotrwałe stopienie w wytłaczarce mieszanki farby proszkowej, składającej się z żywic(y) podstawowych(wej), utwardzaczy(cza), dodatków, ewentualnie pigmentów i wypełniaczy i następnie pod ciśnieniem rozpuszczenie w tej mieszance małocząsteczkowego związku obojętnego. Przy tym przykładowo można znów stosować mieszarkę statyczną, która pozwala na lepsze zdyspergowanie pigmentów w mieszance farby proszkowej. Korzystnie czas przebywania w wytłaczarce w tym wariancie w celu zapobieżenia przedwczesnej reakcji wynosi mniej niż 5 minut.

Dalszy wariant sposobu polega na doprowadzaniu udziału odpadów farby proszkowej, zwłaszcza mgławicy farby proszkowej z procesu natryskiwania, do składników z żywicy podstawowej i z utwardzacza oraz ewentualnie dodatków, pigmentów i/lub wypełniaczy przed lub podczas ich wzajemnego zmieszania i/lub wraz z małocząsteczkowym związkiem obojętnym, i na wspólnie z omówionymi składnikami przetworzeniu według wynalazku drogą rozprężania w warunkach ochłodzenia.

Według dalszej postaci wykonania wynalazku można składniki z żywicy podstawowej i z utwardzacza wprowadzać w postaci mgławicy farby proszkowej lub mieszanin mgławicy

188 775 farb proszkowych. Jako żywice podstawowe i utwardzacze mogą zatem znaleźć zastosowanie mgławice farb proszkowych lub mieszaniny mgławic farb proszkowych o różnym składzie.

Małocząsteczkowy związek, obojętny wobec składników z żywicy podstawowej i z utwardzacza, dodaje się do składników farby proszkowej przed lub po ich zmieszaniu, w warunkach ciśnienia i temperatury, które plasują się powyżej lub poniżej ciśnienia krytycznego i temperatury krytycznej małocząsteczkowego związku gazowego, tak żeby powstał znajdujący się pod ciśnieniem roztwór tego małocząsteczkowego związku w umieszczonej substancji bądź mieszaninie substancji. Przykładowo proces ten może obejmować średni czas trwania w zakresie od 0,1 sekundy do 5 minut, korzystnie od 1 sekundy do 1 minuty, szczególnie korzystnie poniżej 1 minuty, zwłaszcza poniżej 30 sekund.

Mieszanina, którą korzystnie nasycono związkiem małocząsteczkowym, szybko rozpręża się w odpowiednim urządzeniu rozprężającym.

Zgodnie z wynalazkiem ciśnienia i temperatury w mieszarce nastawia się tak, że związek obojętny uwalnia się podczas procesu rozprężania i że powoduje się ochłodzenie, które jest tak duże, iż można zejść poniżej temperatury krzepnięcia obrabianego preparatu farby proszkowej. Preparat farby proszkowej zestala się. Wskutek silnego przyrostu objętości podczas uwalniania związku obojętnego otrzymuje się zestalony preparat farby proszkowej w postaci drobnocząstkowego proszku. Po oddzieleniu tych cząstek można je ewentualnie frakcjonować.

Stosunek wagowy między związkiem małocząsteczkowym a preparatem farby proszkowej bądź poszczególnymi składnikami mieści się przy tym korzystnie w zakresie od 0,05:1 do 8:1, przykładowo w zakresie od 0,05:1 do 4:1, szczególnie korzystnie w zakresie od 0,1:1 do 2:1, a zwłaszcza w zakresie od 0,2:1 do 1:1.

Aby podczas rozprężania przynajmniej osiągnąć, a korzystnie zejść poniżej temperatury krzepnięcia mieszanki substancji, która zwykle plasuje się w zakresie 25-70°C, jest korzystne, gdy określone stosunki ciśnieniowe i temperaturowe występują przed procesem rozprężania.

Jako temperaturę krzepnięcia przyjmuje się temperaturę zeszklenia tej mieszanki pod ciśnieniem normalnym, którą można oznaczyć za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC Differential Scanning Calorimetry). Ponieważ temperatura zaszklenia obniża się wskutek zgodnego z wynalazkiem rozpuszczenia obojętnego związku małocząsteczkowego, możliwe jest też rozpylanie mieszanki poniżej temperatury krzepnięcia. Różnicową kalorymetrię skaningową (DSC) można przykładowo przeprowadzać tak, jak opisano w Schwarzl, Polymermechanik 1990, strona 273.

Korzystnym zakresem temperatury jest zakres do 20°C poniżej bądź do 100°C powyżej temperatury krzepnięcia pod ciśnieniem normalnym.

Dobór odpowiedniego związku obojętnego następuje celowo po określeniu temperatury krzepnięcia mieszanki substancji pod ciśnieniem normalnym i z niej wynikającego zakresu temperatur dla eksploatacji mieszarki. Jako związek obojętny wchodzą przy tym w rachubę przykładowo związki małocząsteczkowe, które są rozpuszczalne, w co najmniej jednym składniku preparatu farby proszkowej i które spośród zakresu temperaturowego dla eksploatacji mieszarki wykazują zredukowane temperatury rzędu 0,5-2, korzystnie rzędu 0,7-1,7. Zredukowaną temperaturą jest stosunek temperatury, w której eksploatuje się mieszarkę, do krytycznej temperatury obojętnego związku małocząsteczkowego w [K]. Ciśnienie, pod którym przeprowadza się proces mieszania, mieści się przy tym korzystnie w zakresie 0,5-60 MPa, szczególnie korzystnie w zakresie 0,1-35 MPa, zwłaszcza w zakresie 0,3-20 MPa.

Jako związek obojętny można zasadniczo stosować każdą obojętną substancję małocząsteczkową bądź każdą mieszaninę substancji, w szczególności gdy w roboczej temperaturze mieszarki spełnia ona poprzednio podane warunki odnośnie zredukowanej temperatury i ciśnienia absolutnego i jest rozpuszczalna w co najmniej jednym ze składników preparatu farby proszkowej.

Korzystnymi przykładami małocząsteczkowych związków, obojętnych względem składników z żywicy podstawowej i z utwardzacza, są dwutlenek węgla, podtlenek azotu, amoniak, gazy szlachetne, sześciofluorek siarki, chlorowcowane węglowodory, takie jak np. chlorotrójfluorometan, monofluorometan, trójfluoromonofluoroetan, trójfluorometan, alkany, takie jak np. metan, etan, propan, n-butan, izobutan, n-pentan, izopentan, alkeny, takie jak np.

188 775 eten, propen, buten, etery, takie jak np. eter dwumetylowy, eter dwuetylowy, aminy, takie jak np. dwumetyloamina, alkohole, takie jak metanol, etanol, izopropanol, ketony, takie jak aceton, metyloetyloketon, keton metylowoizopropylowy, estry, takie jak octan etylowy, oraz ich mieszaniny.

Szczególnie korzystnie stosuje się dwutlenek węgla.

Dla preparatu farby proszkowej o temperaturze krzepnięcia 45°C pod ciśnieniem normalnym można przykładowo w temperaturze mieszarki 80°C prowadzić postępowanie za pomocą dwutlenku węgla (krytyczna temperatura: 304,3 K, zredukowana temperatura w temperaturze mieszarki: 1,16). W przypadku preparatu farby proszkowej o temperaturze krzepnięcia 65°C pod ciśnieniem normalnym można w temperaturze mieszarki 150°C jako związek obojętny stosować metanol (krytyczna temperatura: 313,65 K, krytyczne ciśnienie: 7,89 MPa, zredukowana temperatura w temperaturze mieszarki: 0,82).

W celu zmieszania poszczególnych składników preparatu farby proszkowej i obojętnego składnika małocząsteczkowego korzystnie stosuje się mieszarką statyczną. Mieszarka ta korzystnie jest zdatna do termostatowania. Alternatywnie można osiągnąć wytworzenie jednorodnej mieszanki za pomocą urządzeń mieszających lub wstrząsających lub innego urządzenia służącego ujednorodnianiu, przykładowo za pomocą źródła ultradźwięków lub urządzenia wimik-stojan. Dalej można jednorodne mieszanki wytworzyć też drogą odpowiedniego prowadzenia przepływu, przykładowo drogą przepływów stycznych, przepływów strumieniowych według zasady strumieniowej pompki wodnej lub drogą przepływu udarowego. Działanie przemieszania można polepszyć przez nałożone pulsacje ciśnienia.

Kolejno dołączone rozprężenie, np. do ciśnienia normalnego, może następować różnymi drogami i sposobami. Przykładowo można mieszankę rozprężać spontanicznie, w bardzo małym okresie czasu, np. w dyszy, albo rozprężać wewnątrz zbiornika ciśnieniowego w zależności od czasu, przykładowo w okresie od sekund do wielu godzin. W razie potrzeby można roztwór ten przed rozprężeniem uwalniać od zanieczyszczeń mechanicznych na drodze filtracji, przykładowo od zanieczyszczeń, które pochodzą z mgławicy farby proszkowej, która się nie rozpuszcza w związku obojętnym. Filtracja ta może następować okresowo, przykładowo przez sita, tkaniny, włókna filtracyjne, płyty spiekane, albo korzystnie następować nieprzerwanie, przykładowo przez filtr ładunkowy szeregowy.

Samorzutne rozprężanie roztworu bądź mieszanki z preparatu farby proszkowej i związku obojętnego może przykładowo następować drogą rozpylania w otoczeniu wykazującym korzystnie ciśnienie atmosferyczne. Przy tym utworzone cząstki proszku powinny zostać schłodzone poniżej swej temperatury zeszklenia, temperatury krzepnięcia, co przykładowo może zachodzić w warunkach wykorzystania entalpii odparowania upłynnionego lub nadkrytycznego związku obojętnego.

Równie możliwe jest wybranie temperatury otoczenia poniżej temperatury zeszklenia zestawu farby proszkowej. Możną to osiągnąć przez pośrednie chłodzenie naczynia rozpylania lub przez bezpośrednie chłodzenie. W przypadku bezpośredniego chłodzenia można naczynie rozpylania chłodzić przez wprowadzanie dyszą gazów ciekłych lub gazów. Zasilanie czynnikiem chłodzącym może przy tym następować w obrębie urządzenia rozprężającego, w pokrywie, na dnie lub na ścianie bądź ściankach naczynia rozpylania.

Rozpylanie to może zachodzić za pomocą związanego ze zbiornikiem ciśnieniowym urządzenia rozpylającego, np. za pomocą dyszy wachlarzowej, dyszy całostożkowej, dyszy stożkowej wydrążonej, dyszy rozpyłowej pneumatycznej, zwężki, kapilary, ręcznie lub automatycznie uruchamianego zaworu, układu dysza-płyty odbojowe albo wirującej tarczy lub rotacyjnego dzwonu. Rozpylanie korzystnie następuje pionowo.

Oddzielenie utworzonych cząstek ze strumienia gazu następuje w znany sposób, przykładowo za pomocą cyklonu. Zgodnie z wynalazkiem otrzymane proszki możną już bez dalszej obróbki wykorzystać bezpośrednio jako farby proszkowe.

Ewentualnie można cząstki te drogą dołączonego przesiewania, np. poprzez tkaninę metalową, rozdzielać na klasy uziamienia odpowiednie dla specjalnego stosowania.

Przez odpowiedni dobór parametrów postępowania, takich jak np. temperatura, ciśnienie, szybkość przepływu, rodzaj dyszy, średnica dyszy, lepkość, stężenie roztworu znajdującego się pod ciśnieniem, można wywierać wpływ na wielkość cząstek farby proszkowej.

188 775

Cząstki te na ogół wykazują średnicę 1-150 pm. Korzystne są wielkości cząstek 1-100 pm, szczególnie korzystna jest średnia wielkość cząstki poniżej 50 pm.

Sposób według wynalazku można też przeprowadzać bezpośrednio w postaci sposobu powlekania proszkowego. Przy tym poprzednio omówione rozpylanie znajdującego się pod ciśnieniem roztworu następuje bezpośrednio w kierunku na powlekane podłoże. Po tym rozpyleniu utworzone cząstki farby proszkowej chłodzą się jeszcze przed wkroczeniem na powierzchnią podłoża do temperatury poniżej swej temperatury zeszklenia. Po tym powlekaniu cząstki farby proszkowej doprowadza się do stopienia, zlewania i ewentualnie sieciowania.

Sposobem według wynalazku można przetwarzać wszystkie utwardzalne lub też wszystkie termoplastyczne zestawy farb proszkowych, w których w odpowiednich warunkach ciśnienia i temperatury rozpuszczalne są wybrane, małocząsteczkowe związki obojętne.

Pod określeniem żywicy podstawowej należy rozumieć składnik błonotwórczy farby proszkowej. Odpowiednimi są zwykle dla farb proszkowych stosowane żywice podstawowe i ich mieszaniny, przykładowo żywice poliestrowe, kopolimery (met)akrylowe, żywice epoksydowe, żywice fenolowe, żywice poliuretanowe, żywice siloksanowe. Żywice podstawowe wykazują przykładowo temperaturę zeszklenia rzędu 30-120°C, korzystnie poniżej 80°C, i mają przykładowo liczbowo średnie masy cząsteczkowe (Mn) rzędu 500-20000, korzystnie poniżej 10000. Możliwe też jest stosowanie żywic nienasyconych, które są odpowiednie np. dla układów utwardzających się radiacyjnie. Przykładowo mogą także znaleźć zastosowanie polimery zdolne do krystalizacji i polimery semikrystaliczne.

Jako składniki utwardzaczowe można wprowadzać rozpowszechnione, specjaliście znane utwardzacze, przykładowo aminy, żywice fenolowe, multifunkcyjne oligomeryczne związki epoksydowe, małocząsteczkowe wielofunkcyjne związki epoksydowe, takie jak np. izocyjanuran trójglicydowy, i hydroksyalkiloatnidy. Dla układów utwardzających się radiacyjnie możliwe też jest stosowanie zwykłych inicjatorów.

Składniki utwardzaczowe przykładowo wykazują liczbowo średnie masy cząsteczkowe (Mn) rzędu 100-10000, korzystnie poniżej 2000.

Dobór żywic podstawowych i utwardzaczy zależy od wzajemnie reagujących grup funkcyjnych i jest znany specjaliście. Można przy tym mieszać ze sobą ewentualnie różne grupy reaktywne. Żywice podstawowe i utwardzacze mogą w tym środku zawierać co najmniej dwie grupy funkcyjne na cząsteczkę. Stosunek wagowy żywicy podstawowej do utwardzacza wynosi na ogół przykładowo od 98:2 do 50:50. Korzystnie może się on plasować w zakresie od 95:5 do 70:30. W mieszaninie może występować wiele żywic podstawowych i wiele utwardzaczy.

Jako dodatki można domieszywać zwykłe dodatki do farb proszkowych, przykładowo środki poprawiające rozlewność, środki odgazowujące, przeciwutleniacze, środki zabezpieczające przed działaniem światła, środki matujące, środki polepszające przyczepność, środki poślizgowe, katalizatory, środki sterujące reologią, dodatki do nastawienia powierzchniowej struktury powłoki.

Sposób według wynalazku jest odpowiedni zarówno do wytwarzania prześwitujących lakierów proszkowych jak i do zabarwionych lakierów (farb) proszkowych. Dla wytworzenia zabarwionych lakierów proszkowych można stosować wszystkie, specjaliście znane pigmenty i barwniki organiczne i nieorganiczne. Dodatkiem wypełniaczy, takich jak np. siarczan baru lub węglan wapnia można zwiększyć siłę krycia powłoki i można zmodyfikować właściwości mechaniczne i optyczne. Zgodne z wynalazkiem, dobre zdyspergowanie pigmentów i/lub wypełniaczy prowadzi do zabarwionych proszków o znakomitej sile krycia.

Wytworzone według wynalazku farby proszkowe można przykładowo stosować jako antykorozyjne środki powłokowe, jako dekoracyjne powłoki przemysłowe, np. w zakresie powłok fasadowych, mebli biurowych, narzędzi elektrycznych i akcesoriów samochodowych. Grubość warstwy powłoki może wynosić np. 15-200 pm. Zwłaszcza dla powłok o grubości < 50 pm, które za pomocą konwencjonalnych farb proszkowych są tylko z trudem realizowane, oferuje sposób według wynalazku poważne zalety, gdyż umożliwia on wytwarzanie proszków o średniej wielkości cząstki < 40 pm, które są potrzebne dla osiągnięcia tych małych grubości warstw i mogą być znakomicie przetwarzane metodami rozpowszechnionymi dla farb proszkowych. Wytworzone według wynalazku farby proszkowe nadają się również

188 775 jako wypełniacze porów lub jako warstwa zabezpieczająca przed uderzeniem kamieniem, oraz jako lakiery podstawowe lub lakiery nawierzchniowe. Tak samo wytworzone według wynalazku lakiery proszkowe stosuje się jako środki powłokowe z prześwitującego lakieru proszkowego, przykładowo w dziedzinie samochodów, przykładowo o grubościach warstwy rzędu 30-150 pm.

Aplikacja wytworzonej według wynalazku farby proszkowej następuje drogą zwykłych technik aplikacji farby proszkowej, przykładowo aplikacji natryskowej, sposobów spiekania (takich jak trybonatrysk, natrysk wspierany przez ESTA, spiekanie fluidyzacyjne wspierane przez ESTA, sposób powlekania taśmowego).

Sposób według wynalazku umożliwia wytwarzanie farb proszkowych na łatwej drodze. Można uniknąć wspólnego, temperaturowo obciążającego stapiania składników z żywicy podstawowej i z utwardzacza oraz uniknąć wytłaczania. Za pomocą sposobu według wynalazku można wytwarzać jednorodne i drobnocząstkowe mieszanki farb proszkowych bez kosztownego procesu mielenia. Osiąga się to dzięki uzyskiwanej sposobem według wynalazku jednorodności mieszanki składników farby proszkowej oraz dzięki uzyskiwanemu wąskiemu podziałowi uziamienia i prawie kulistej budowie wynikowych cząstek farby proszkowej.

Szczególna zaleta tego sposobu polega na tym, że małocząsteczkowy związek obojętny można doprowadzać już przed i/lub podczas stapiania poszczególnych składników. Na tej drodze dochodzi tylko do bardzo małego obciążenia temperaturowego składników z żywicy podstawowej i z utwardzacza. Sposób ten umożliwia pozą tym znaczne obniżenie czasu zetknięcia między składnikami z żywicy podstawowej i z utwardzacza podczas procesu mieszania, tak więc unika się przedwczesnego reagowania poszczególnych składników ze sobą, zwłaszcza w przypadku wysoko reaktywnych składników farby proszkowej.

Sposób ten pozwala na stosowanie surowców, które wykazują silnie różniącą się lepkość, oraz daje możliwość wstępnego zdyspergowania pigmentów i/lub napełniaczy w żywicy bez reakcji ubocznych.

Załączone figury pokazują przykładowe warianty wykonania sposobu według wynalazku.

Według przykładu, przedstawionego na fig. 1, w każdorazowo oddzielnym pojemniku zasilającym (1) oddzielnie stapia się i termostatuje składnik(i) ze spoiwa i składnik(i) z utwardzacza, ewentualnie wobec domieszania dodatków, pigmentów, wypełniaczy do jednego lub obu pojemników zasilających. Poprzez urządzenie pompujące (2) doprowadza się oddzielnie stopione składniki do stanowiska mieszania. Równocześnie do stanowiska mieszania doprowadza się związek obojętny, który z zasobnika (3) poprzez urządzenie sprężarkowe (4) spręża się i następnie doprowadza do stanowiska mieszania. Ponadto zainstalowany jest wymiennik ciepła (5) w celu regulowania temperatury związku obojętnego. Stanowiskiem mieszania korzystnie jest termostatowalna mieszarka (6), w której wytwarza się jednorodną mieszankę. Po przepłynięciu mieszarki (6) udaje się roztwór/mieszanka do rozpylania w urządzeniu rozprężającym (8), przykładowo w dyszy wysokociśnieniowej, zaworze, kapilarze, zwężce, które zintegrowane jest z głowicą wieży rozpylania (7). Aby zapobiec obniżeniu ciśnienia w mieszarce (6) podczas procesu rozpylania, nieprzerwanie wdozowuje się związek obojętny oraz poszczególne składniki preparatu farby proszkowej. Podczas rozprężania ulatnia się związek obojętny jako gaz, a sproszkowywany zestaw lakieru wytrącą się w postaci cząstek substancji stałej. Wieżą rozpylania (7) jest zwymiarowana tak, żeby na drodze sedymentacji korzystnie osadzały się cząstki o średnicy równoważnej > 100. Cząstki te wyłapuje się w pojemniku wyładowczym (10) lub mogą być one za pomocą odpowiedniego urządzenia wyładowywane nieprzerwanie. Strumień gazu, uwolniony od większych cząstek, opuszcza wieżę rozpylania (7) u górnego końca i zostaje odprowadzony do cyklonu (9). Cyklon ten jest zwymiarowany tak, żeby korzystnie osadzały się cząstki o wielkości powyżej 1 pm. Cząstki te wyłapuje się w pojemniku wyładowczym (10), zamocowanym u dolnego końca cyklonu, albo wyładowuje się z niego nieprzerwanie za pomocą odpowiedniego urządzenia (śluza, przenośnik ślimakowy, złoże fluidalne z przelewem itp.). Cząstki o wielkości poniżej 1 nm można ze strumienia gazu opuszczającego cyklon (9) odfiltrować za pomocą filtra wysokosprawnego, np. elektrofiltra. Związek obojętny można odzyskiwać i ponownie doprowadzać do pojemnika zasilającego (3).

188 775

Dalsza przykładowa postać wykonania sposobu jest przedstawiona na fig. 2. Ta postać wykonania od postaci wykonania, przedstawionej na fig. 1, różni się tym, że jeden z obu składników reaktywnych doprowadza się do zetknięcia w mieszarce (6) najpierw ze związkiem obojętnym z pojemnika zasilającego (3). Korzystnie ze związkiem obojętnym miesza się wstępnie składnik(i) preparatu farby proszkowej o wyższej lepkości. Roztwór/mieszanka ze związku obojętnego i odnośnego(ych) składnika(ów) farby proszkowej może wykazywać znacznie mniejszą lepkość niż dany(e) z czystych składników farby proszkowej. Następnie do tej/tego mieszanki/roztworu dodaje się dalszy(e) składnik(i) preparatu farby proszkowej, który (e) ewentualnie można też zadawać związkiem obojętnym, i poddaje się zmieszaniu w mieszarce (6). Zaletami tego wariantu są łatwiejsze zmieszanie oraz dalsze skrócenie czasu zetknięcia reaktywnych składników farby proszkowej podczas procesu mieszania bądź rozpuszczania. Poza tym możną tym samym uniknąć stapiania odnośnego(ych) składnika(ów) proszku. Dodawanie dalszych składników żadną miarą nie jest wykluczone. Rozprężanie, tworzenie cząstek, oddzielanie, frakcjonowanie według uziamienia i wyładowanie cząstek nie różnią się od postaci wykonania, przedstawionej na fig. 1.

Przykład 1. W instalacji, odpowiadającej fig. 1, 20 kg kopolimeru metakrylanu glicydylowego, rozpowszechnionego w wytwarzaniu farb proszkowych, umieszcza się w zasobniku w temperaturze 136°C w postaci stopu. W dalszym zasobniku umieszcza się 5 kg związku o nazwie Additol VXL 1381 (utwardzacz bezwodnikowy) jako składnika utwardzaczowego w temperaturze 100°C w postaci stopu. Oba te składniki za pomocą pomp dozujących doprowadza się do mieszarki statycznej (typ SMX, firmy Sulzer, długość 200 mm). Strumień wagowy spoiwa wynosi 10 kg/h, a strumień utwardzacza wynosi 2 kg/h. W statycznej mieszarce do preparatu farby proszkowej domieszywuje się dwutlenek węgla i przynajmniej częściowo rozpuszcza go. Temperaturę dwutlenku węgla dobiera się tak, żeby temperatura w statycznej mieszarce wynosiła 105°C. Z różnicowej analizy termicznej określa się temperaturę krzepnięcia mieszanki farby proszkowej na 87°C. Ciśnienie wynosi 11 MPa. Strumień wagowy dwutlenku węgla plasuje się przy 7 kg/h. Po przepłynięciu mieszarki statycznej następuje rozprężanie w dostępnej w handlu dyszy wysokociśnieniowej o średnicy wylotu 0,8 mm. Dysza ta jest zintegrowana z pokrywą wieży rozpylania. Temperatura w wieży rozpylania podczas procesu rozpylania plasuje się przy 39°C. Dwutlenek węgla, uwalniający się podczas rozprężania, wraz z miałką frakcją utworzonego proszku odsysa się dmuchawą i prowadzi przez cyklon. Gaz odessany z cyklonu prowadzi się przed przepłynięciem dmuchawy ssącej przez bardzo dokładny filtr papierowy.

Po upływie 45 minut rozpylania pobiera się łącznie 10 kg sproszkowanego preparatu farby proszkowej z wieży rozpylania (1 kg), cyklonu (8,95 kg) i z bardzo dokładnego filtra (około 50 g). Frakcja główna uzyskaną z cyklonu ma średnią wielkość cząstki równą 22 pm. Produkt ten w urządzeniu lakierującym nanosi się na blachę stalową sposobem-ESTA. Po utwardzeniu w temperaturze 130°C otrzymuje się silnie przyczepną, jednorodną powłokę o średniej grubości warstwy równej 35 pm.

Przykład 2. W instalacji, odpowiadającej fig. 2, 20 kg kopolimeru metakrylanu glicydylowego, rozpowszechnionego w wytwarzaniu farb proszkowych, umieszcza się w zasobniku w temperaturze 136°C w postaci stopu. W dalszym zasobniku umieszcza się 5 kg związku o nazwie Additol VXL 1381 (utwardzacz bezwodnikowy) jako składnika utwardzaczowego w temperaturze 100°C w postaci stopu. Spoiwo za pomocą pompy dozującej doprowadza się do pierwszej mieszarki statycznej (typ SMX, firmy Sulzer, długość 70 mm). Strumień wagowy spoiwa wynosi 10 kg/h, a strumień utwardzacza wynosi 2 kg/h. W pierwszej statycznej mieszarce do preparatu farby proszkowej domieszywuje się dwutlenek węgla i przynajmniej częściowo rozpuszcza go. Po przepłynięciu pierwszej mieszarki statycznej do teraz niskolepkiego/ej roztworu/mieszanki ze spoiwa i związku obojętnego dodaje się składnik utwardzaczowy w strumieniu wagowym równym 2 kg/h i poddaje zmieszaniu w drugiej mieszarce statycznej (typu SMX, firmy Sulzer, długość 200 mm). Temperatura w tej mieszarce plasuje się przy 123°C. Ciśnienie wynosi 10,5 MPa. Strumień wagowy dwutlenku węgla jest równy 8,2 kg/h. W wieży rozpylania panuje temperatura 44°C. Po upływie 30 minut rozpylania pobiera się z wieży rozpylania 0,75 kg, z cyklonu 5,23 kg i z bardzo dokładnego filtra 0,02 kg sproszkowanego preparatu farby proszkowej. Średnia wielkość cząstek frakcji głównej, uzyskanej

188 775 z cyklonu, wynosi 34 pm. Właściwości warstwy lakierowej, wytworzonej za pomocą tego produktu, nie różnią się od właściwości warstwy w przykładzie 1.

Fig.2

188 775

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania reaktywnych preparatów, farb proszkowych na drodze rozprężenia zestawu, zawierającego małocząsteczkowy związek obojętny, z uwolnieniem tego małocząsteczkowego związku obojętnego, znamienny tym, że jedną lub wiele żywic podstawowych i jeden lub wiele utwardzaczy dla tych żywic podstawowych albo jedną lub wiele samoutwardzających się żywic podstawowych, oraz ewentualnie dalsze zwykłe składniki lakiernicze, przeprowadza się razem lub oddzielnie na drodze ogrzewania w postać zdolną do płynięcia, przynajmniej w jednym z zastosowanych składników z żywicy podstawowej lub z utwardzacza małocząsteczkowy związek obojętny pod ciśnieniem rozpuszcza się albo przed złączeniem z pozostałymi składnikami albo w już wytworzonej mieszance, całą tę mieszankę ujednorodnia się w ciągu od 0,1 sekundy do 5 minut i następnie tę mieszankę wszystkich składników rozpręża się w warunkach chłodzenia.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek wagowy małocząsteczkowego związku do preparatu farby proszkowej wynosi od 0,05:1 do 8:1.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces mieszania preparatu farby proszkowej i obojętnego związku przeprowadza się pod ciśnieniem normalnym w zakresie temperatury do 20°C poniżej lub 100°C powyżej temperatury krzepnięcia preparatu farby proszkowej.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciśnienie, pod którym przeprowadza się proces mieszania, wynosi 0,5-60 MPa.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czas mieszania składników ze związkiem obojętnym wynosi poniżej 1 minuty.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że małocząsteczkowy związek obojętny przed mieszaniem rozpuszcza się w składniku powyższej lepkości.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako żywice podstawowe wprowadza się żywice poliestrowe, kopolimery (met)akrylowe, żywice epoksydowe, żywice fenolowe, żywice poliuretanowe i/lub żywice siloksanowe.
8. 8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że do stosowania wprowadza się zdolne do krystalizacji i/lub semikrystaliczne żywice podstawowe.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo do żywic podstawowych i utwardzaczy wprowadza się nadmiar mgławicowy farb proszkowych.
10. 10. Sposób według zastrz. 1 albo 8, znamienny tym, że żywice podstawowe i utwardzacze wprowadza się w postaci mgławicy farb proszkowych lub mieszanin z mgławicą farb proszkowych.
11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako małocząsteczkowy związek obojętny stosuje się dwutlenek węgla.
12. 12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przeprowadza się go w postaci sposobu powlekania proszkowego, przy czym rozprężanie następuje bezpośrednio w kierunku powlekanego podłoża.