粉末涂料组合物的制备方法

专利名称：粉末涂料组合物的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种粉末涂料组合物的制备方法，所述粉末涂料组合物在不同的基材上具有所需要的光泽度。
背景技术：
可以通过紫外(UV)光固化的粉末涂料，已经发展多年。一般地，这些组合物含有具有烯键式不饱和基团的粘合剂树脂和专门引发光聚合的光引发剂。这使得上述组合物有可能在非常短的时间内固化，以低的操作和设备成本提高质量和生产率。
通过利用消光剂，诸如蜡、二氧化硅、玻璃珠和结晶的树脂，调整光泽度到所需要的水平，和通过利用化学上不相容的粉末的干混，或通过利用不同的工艺操作条件，如不同的固化条件，经常是难以控制或低效的，或经常导致涂料损失一些技术性能。
2004年6月15日提交的美国专利申请60/579,641(代理号FA1244)涉及一种制备具有所需要光泽度的粉末涂料的方法，其中施加后未固化的粉末涂料组合物，在熔融该粉末颗粒和固化该涂料之前用高能辐射辐照。

发明内容
本发明涉及一种粉末涂料组合物的制备方法，所述组合物提供了所得涂层的所需要的光泽度，该方法包括下列步骤a)提供数均粒度为1-300μm的粉末涂料组合物的颗粒；b)在接近周围环境温度下用高能辐射辐照该颗粒；和c)排出粉末涂料组合物的辐照过的颗粒。
根据本发明的方法，通过在步骤b)中变化粉末涂料颗粒的UV辐照的时间周期和强度，提供一种粉末涂料组合物，其产生了所得涂层的所需要的光泽度。不改变粉末涂料组合物，如添加专门的组分，如例如，光泽度控制剂，是为达到所需要的光泽度所必需的。从而，该固化涂层的技术性能，诸如，耐磨性、耐划痕性和耐擦伤性、流平性、室外稳定性、耐化学性和硬度，仍处于原来的水平。
具体实施例方式
通过阅读下列详细说明，本领域普通的技术人员将能更容易地了解本发明的特征和优点。应该理解，本发明的某些特征，为清楚起见，描述于上下文的各别的实施方案中，也可能结合提供在一个实施方案里。反之，也就是说本发明各个特征，为了简便起见，描述在单个实施方案的范围内，也可能以分开地或任何子组合的方式提供。另外，除非上下文另有特别地说明，涉及的单数可能也包括复数(例如，不定冠词“a”或者“an”(一种)可看成“一个”，或“一个或多个”)。
在本申请中所规定的各个范围中数值的使用，除非另有明确地指明，是以近似方式陈述的，就如在所述范围内的最小值和最大值都冠以词语“大约”。用这样的方式，超过和低于该所述范围的轻微的变化，可被使用以基本达到如同在该范围之内的值的同样的结果。此外，公开的这些范围，是意谓如同包括在最小值和最大值之间每个值的连续范围。
本文中所涉及的所有专利、专利申请和出版物均以其全部内容引入作为参考。
本发明是基于这样的方法，其中，粉末涂料的光泽度可以通过使用高能辐射辐照的粉末涂料颗粒来控制，所述高能辐射辐照是在接近周围环境温度下，在粉末涂料颗粒生产出以后并且在颗粒施加在基材表面上以前进行。
使用由变化粉末颗粒辐照条件而辐照的粉末涂料颗粒，可以达到光泽度的控制。
通过使用根据本发明制备的粉末颗粒获得的抛光面(finishes)的光泽度，按照DIN 67 530的方法在60°测定，并可以采用新方法在例如，5-90的范围内调整。一般地，消光抛光面的光泽度为1-20，高光泽抛光面的光泽度为60-95，半光泽或较低光泽抛光面的光泽度为20-40。
高能辐射可以采用UV(紫外)辐射或电子束辐射。优选是UV辐射。辐照可以连续地或间断地进行，后者是指周期性操作。
根据本发明如同步骤a)中提到的，提供粉末涂料组合物的颗粒。这可以通过几种工艺方法完成。辐照粉末涂料颗粒的方法重要的是选择一种技术，其中使粉末涂料组合物的单独颗粒能包含于本发明步骤b)的使用高能辐射的辐照中。
可应用于本发明方法的一般工艺设备原则上必须满足下列工艺功能粉末加料计量器(dosator)，能辐照粉末的UV辐照源和辐照过的粉末颗粒的收集器。此外，优选该粉末辐照工艺设备与热调节系统结合。
例如，粉末涂料颗粒可以在原则上由下列技术部件组成的工艺设备上暴露于辐照装备颗粒筛网的连续粉末加料计量器；带有UV光源的UV辐照室，该UV光源与粉末干流有固定的距离；为分离辐照过的颗粒的粉末颗粒收集器。根据本发明，单独的粉末颗粒，使用高能辐射来辐照，同时连续地或间断地通过在筛网计量器和收集器之间的辐照工作区。
适合于粉末颗粒辐照的其他原则性实例包括但不限于，UV流化床进料斗，带搅拌器的UV反应器或UV回路式反应器。
使用高能辐射的辐照步骤b)，是在接近周围环境温度下进行的，此意是温度低于该涂料组合物的玻璃化转变温度，例如，在0-60℃，优选15-30℃的范围内。
辐照可以是这样进行，例如，在装备有一个或多个UV辐射源的运输带装置上进行，或者其中一个或多个UV辐射源位于待辐照物体或待辐照区域的前面，和/或UV辐射源在辐照期间彼此相对移动。
原则上，辐照的持续时间、离物体的距离和/或UV辐射源的辐射输出可在UV辐射期间变化。优选的辐射源包括在180-420nm，特别是200-400nm波长范围内发射的UV辐射源。上述UV辐射源的实例是任选掺杂高、中和低压汞蒸汽的辐射源和气体放电管，如例如，低压氙气灯。除这些连续操作的UV辐射源外，然而，也可使用不连续的UV辐射源。这些优选是所谓的高能闪光装置(简称UV-闪光灯)。该UV闪光灯可以含有许多闪光管，例如充满惰性气体如氙的石英管。
根据本发明，UV辐射源和待辐照的粉末涂料颗粒间的距离可以是，例如，0.5-300cm。
使用UV辐射的辐照可以在一个或多个辐照周期中进行。换句话说，通过辐照施加的能量可以完全在单个辐照周期内提供，或分开在两个或多个辐照周期内提供。
对于步骤b)，使用UV辐射的辐照时间可以是例如，每个周期1毫秒-300秒，优选0.1-60秒，取决于所选择的闪光放电的数目。如果使用连续的UV辐射源；步骤b)的辐照时间可以是，例如0.5秒-约30分钟，优选少于1分钟。
UV剂量，其通常被称为辐照度的时间积分，是特别影响步骤b)中的辐照效率的一种重要的参数。为达到所要求的不同光泽度，UV剂量可以从低剂量到高剂量变化。以这种方式，原则上，步骤b)中UV剂量越高，得到的涂料的光泽度越低，反之，步骤b)的UV剂量越低，得到的涂料的光泽度越高。根据本发明的方法，用于步骤b)中的UV剂量，每一周期为20-1000mJ/cm2，优选50-800mJ/cm2。总UV剂量为20-5000mJ/cm2。
在步骤b)中高能辐照后，辐照过的粉末涂料颗粒在步骤c)中排出，它们适合于施加在基材上或储存起来。
对于施加到基材上，本发明的辐照过的粉末涂料颗粒可以通过静电喷涂、热或火焰喷涂或流化床涂覆方法施加，所有这些方法都是本领域技术人员公知的。该涂料可以施加到金属和/或非金属基材上，或者能够以多层薄膜结构中的涂层形式施加。
可以以干膜厚度为例如每涂层30-200微米(μm)，施加本发明的涂料。
本发明所施加的粉末涂料颗粒通过升高温度而熔化、熔融和流出(flow out)。这可以通过例如，IR-辐射、结合热空气对流的IR-辐射或热空气对流而实现。IR辐射也包括近红外辐射(NIR)。典型的IR辐射使用的波长为0.76μm-1mm，NIR辐射使用的波长为0.76-1.2μm。熔融温度，例如，可以是60-250℃，按基材表面温度计。
熔融的粉末涂料然后被固化。这可以使用UV剂量为100-5000mJ/cm2的高能辐射来实现。也能够将所施加的和熔融的粉末涂层暴露于热能。该涂层可以例如通过对流和/或辐射加热而暴露于约60-250℃，优选80-160℃的温度下，按基材表面温度计。在用高能辐射进行辐照之前、之中和/或之后，暴露于热能也是可能的。
适合的具有烯键式不饱和基团的粉末涂料粘合剂是，例如，为技术人员已知的、可以通过自由基聚合交联的任何粉末涂料粘合剂。这些粉末涂料粘合剂可以是预聚物，如每个分子含有一个或多个自由基可聚合的烯属双键的聚合物和低聚物。
通过自由基聚合可固化的粉末涂料粘合剂的实例包括以环氧树脂、聚酯、丙烯酸树脂和/或氨基甲酸乙酯树脂为基础的那些。上述可光聚合的树脂的实例包括不饱和聚酯、不饱和(甲基)丙烯酸酯、不饱和聚酯-氨基甲酸乙酯、不饱和(甲基)丙烯酸-氨基甲酸乙酯、环氧树脂、丙烯酸化环氧树脂、环氧树脂-聚酯、聚酯-丙烯酸树脂、环氧树脂-丙烯酸树脂。
“(甲基)丙烯酸(的)”意思是分别指“丙烯酸(的)”和/或“甲基丙烯酸(的)”。
除树脂之外，本发明的粉末涂料组合物可以含有通常用于粉末涂料组合物的添加剂。上述添加剂的实例包括填料、增量剂、流动添加剂、光引发剂、催化剂、硬化剂、染料和颜料。具有抗微生物活性的化合物也可能加到粉末涂料组合物中。
粉末涂料组合物可以含有光引发剂以引发自由基聚合。适合的光引发剂包括，例如，在190-600nm波长范围有吸收的那些。用于自由基固化体系的光引发剂的实例是，苯偶姻和其衍生物、苯乙酮和其衍生物、二苯甲酮和其衍生物、噻吨酮和其衍生物、蒽醌、有机磷化合物，如例如，酰基氧化膦。
光引发剂的用量为0.1-7wt％，相对于树脂固体和光引发剂的总量。光引发剂可以单独或联合使用。
粉末涂料组合物可以包括着色的或未着色的粉末涂料试剂，以生产任何单层涂层或多层涂层所需的涂层。组合物可以含有透明的、赋色的和/或赋予特殊效果的颜料和/或增量剂。适合的赋色颜料是任何传统的有机或无机性质的涂料颜料。无机或有机赋色颜料的实例是二氧化钛、微粒化二氧化钛、炭黑、偶氮颜料和酞菁颜料。赋予特殊效果颜料的实例是金属颜料，例如，由铝、铜或其它金属制得的，光干涉颜料，如金属氧化物涂覆的金属颜料和涂覆的云母。可用的增量剂的实例是二氧化硅、硅酸铝、硫酸钡和碳酸钙。
以本领域的技术人员所周知通常用量来使用添加剂。
如果需要，粉末涂料组合物也还可以含有其它粘合剂树脂，如热固性树脂，如用量为，例如，0-90wt％，相对于树脂固体总量，以产生双重固化的可能。上述树脂可以是，例如，环氧树脂、聚酯、(甲基)丙烯酸树脂和/或氨基甲酸乙酯树脂。
粉末涂料组合物是通过用于粉末涂料工业和技术人员所周知的传统生产技术制备的。例如，用于粉末涂料组合物的各种成分，可以混合在一起并加热到该混合物熔化的温度，然后将该混合物挤出。挤出的材料然后在冷滚筒上冷却，破碎并研磨成细粉，它们可以按需要的粒度分类。
平均粒度为1-300μm，优选为20-200μm。
在某些施加过程中，待涂覆的基材可以在粉末施加前预热，然后，施加粉末后再加热，或者不加热。例如，气体通常用于各种加热步骤，但是其他的方法，例如微波、IR或NIR也是已知的。也可以施加底漆，底漆密封表面并提供要求的导电性。可UV固化的底漆也是可行的。
可以考虑的基材是金属、木质基材、木质纤维材料、纸或塑料部件，例如，还有纤维再增强的塑料部件，例如，汽车和工业品的机体或机体部件。
根据本发明方法提供了涂层，其显微上具有粗糙的或有纹理的表面，这被视为低光泽度，然而对于肉眼来说，呈现出平滑性。
本发明在下面的实施例中将更进一步详细说明。应该理解，仅通过举例说明来给出这些实施例。从上述讨论和这些实施例，本领域的技术人员可以明确本发明的本质特征，在没有背离其精神和范围的情况下可以对本发明做各种各样变动和修改，以使它适应各种用途和条件。因此，本发明不受以下阐述的说明性的实施例的限制，而是通过以下所附的权利要求的限定。
以下实施例对本发明进行举例说明。所有的份数和百分比，除非另有说明，都是基于重量的。
实施例实施例1现有技术的UV粉末涂料组合物一种透明涂层组合物的配制方法将97wt％的Uvecoat1000(UCB Surface Specialties)，一种具有甲基丙烯酸酯基团的不饱和聚酯、2wt％作为光引发剂的Irgacure2959(Ciba)和1wt％作为流动添加剂的PowdermateEX-486(Troy化学公司)干混合。
各组分在混合器中混合后，涂料组合物进一步在双螺杆挤出机中挤出加工，挤出机设置的温度为110-120℃。挤出后，熔融的组合物在冷却带上冷却，得到的产品相应地压成小片。然后将小片碾磨和过筛，达到典型的静电喷涂适用的粒度分布10-120μm。
用静电喷涂枪，将粉末单独地喷洒在涂覆有黑色阳离子电沉积底漆的金属板上，至薄膜厚度为80μm。使用IR和对流加热的结合于120℃加热喷洒的粉末图案10分钟。然后，具有熔融的粉末涂料的热金属板借助于中压Hg灯(熔化240W/cm辐射源，最强操作波长区域为200-390nm)，进行UV固化。固化步骤的UV剂量应该调整以便涂料完全固化；典型地，UV剂量为约3000mJ/cm2。
实施例2现有技术的UV粉末涂料组合物一种透明涂层组合物的配制方法干混合88.5wt％的Uvecoat1000(UCB Surface Specialties)，一种具有甲基丙烯酸酯基团的不饱和聚酯，0.5wt％作为光引发剂的Irgacure2959(Ciba)，0.5wt％作为流动添加剂的PowdermateEX-486(Troy化学公司)，3.5wt％二氧化硅SyloidAl-1(Grace)和7wt％的PE/PA蜡Ceraflour 995(BYK)。
配方、制造、施加和固化步骤与上述的实施例1相同。
实施例3根据本发明的辐照过的UV粉末涂料组合物制备辐照过的粉末涂料，采用早先实施例1描述的同样粉末配方。将粉末涂料样品(100g)小心地装入装备有机械搅拌器的粉末筛网(150μm网孔)。搅拌器启动后，粉末开始间断地通过筛网流入位于地面上的塑料罐接收器。筛网和塑料罐之间的距离设置在100cm。为了辐照粉末，UV灯安装在粉末筛网和塑料罐之间，在筛网和罐的一半距离(50cm)处。UV灯和通过着的粉末的中心(从筛网的中心起计算)之间的距离固定在12cm。为了提供安全，粉末区用另外安装的石英板与UV灯隔离。全部完成粉末涂料装料(100g)需要的时间定为60秒。然后，将粉末收集在罐中。为了增加第一次辐照周期粉末颗粒累积的辐照剂量，可使所得粉末再一次通过辐照周期。然后，收集该粉末，并储放在阴凉避光处(＞10℃)备用。
具体的UV剂量的计算，是将60秒辐照周期内累积的UV辐照剂量除以100克，换句话说，即每一克粉末涂料的辐照剂量。两个辐照周期的计算总剂量是650mJ/cm2。
用静电喷涂枪，将所得粉末喷洒在涂覆有黑色阳离子电沉积底漆的金属板上，至薄膜厚度为80μm。使用IR和对流加热的结合于120℃加热喷洒的粉末图案10分钟。然后，具有熔融的粉末涂料的热金属板借助于中压Hg灯(熔化240W/cm辐射源，最强操作波长区域为200-390nm)，进行UV固化。固化步骤的UV剂量应该调整以便涂料完全固化；典型地，UV剂量为约3000mJ/cm2。
实施例4涂层的测试表1

(*)根据DIN 67 530的方法测定(**)根据DIN ES ISO 1520的方法测定(***)根据ASTM D 4752的方法测定如表1所示，根据实施例3得到的粉末组合物，涂层具有较低的60°光泽度，说明光泽度是可以采用本发明的方法控制的。涂层的技术性能，如柔韧性和硬度仍然保持。
权利要求
1.一种粉末涂料组合物的制备方法，所述粉末涂料组合物提供了所得涂层的所需要的光泽度，该方法包括下列步骤a)提供数均粒度为1-300μm的粉末涂料组合物的颗粒；b)在接近周围环境温度下用高能辐射辐照该颗粒；和c)排出粉末涂料组合物的辐照过的颗粒。
2.根据权利要求1的方法，其中在步骤b)中UV辐射用作高能辐射。
3.根据权利要求1的方法，其中辐照过的颗粒每一辐照周期用20-1000mJ/cm2的UV剂量进行了辐照。
4.根据权利要求1的方法，其中辐照过的颗粒用20-5000mJ/cm2的总UV剂量进行了辐照。
5.根据权利要求1的方法，其中辐照过的颗粒在一个或两个辐照周期中进行了辐照。
6.根据权利要求1的方法，其中该粉末涂料颗粒置于粉末加料计量器中，通过能辐照粉末颗粒的UV辐射源，并收集在粉末收集器中。
7.根据权利要求6的方法，其中该粉末涂料颗粒置于筛网计量器中，通过筛网后，当连续地或间断地流过在筛网计量器和用于辐照过的粉末颗粒的收集器之间的辐照工作区时，用UV源的高能辐射进行辐照。
8.根据权利要求6的方法，其中另外使用热调节系统。
9.一种用根据权利要求1的方法制备的粉末涂料组合物涂敷的基材表面。
全文摘要
本发明涉及一种粉末涂料组合物的制备方法，所述组合物提供了所得涂层的所需要的光泽度，该方法包括下列步骤a)提供数均粒度为1－300μm的粉末涂料组合物的颗粒；b)在接近周围环境温度下用高能辐射辐照该颗粒；和c)排出粉末涂料组合物的辐照过的颗粒；根据本发明的方法，通过在步骤b)中变化粉末涂料颗粒的UV辐照的时间周期和强度，提供一种粉末涂料组合物，其产生了所得涂层的所需要的光泽度。
文档编号C09D5/03GK101084281SQ200580043813
公开日2007年12月5日 申请日期2005年12月16日 优先权日2004年12月20日
发明者O·H·德克, M·乌尔夫, U·维尔肯赫纳 申请人:纳幕尔杜邦公司