专利名称：制备带静电颗粒的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备带静电颗粒的方法，特别涉及制备高电阻的预带静电的粉末，例如粉末油漆，家用洗涤颗粒和生物医学用的带电颗粒。
静电涂覆技术在商品应用中日益广泛，它要求耐久的、高质量的涂层。静电涂覆技术涉及在底衬上，一般是但不仅是金属底衬，通常通过喷涂，涂敷带静电的颗粒，优选地是被加了颜色的颗粒，接着烘烤形成均匀的附着涂层。含有颜料的油漆颗粒的电荷引起颗粒在底衬上附着，并且直到热处理前，都保持在原来位置上。
静电涂覆技术几乎独占家用白色商品市场，并且日益应用于汽车工业。所知略少的应用领域包括家具工业和瓶子涂覆的应用。
已知有两种关于使油漆颗粒带静电的方法，它们或是通过电晕带电，或通过摩擦或由摩擦产生的效应带电。已知这两种技术效率低，并且非常难以预料。使粉末带电的重要过程是最终使用者的职责，一般是通过在商业上可买到的设备来完成。
电晕带电方法依赖于建立一种高电荷密度的单极离子云，接着，离子云的离子附着在预定的颗粒外表面，这些颗粒分散到空中的云中。典型地，只有大约全部带电离子的0.5％附着在空中颗粒上，余下的95.5％作为自由离子保留，它们极有损于涂敷应用中的涂层质量。
颗粒的摩擦或由摩擦引起的带电是很难预计的，而且带电方法对一些参数敏感，它包括使用的材料性质、相对湿度、接触时间、相对介电常数、表面条件、接触类型和可能的电阻。
因此，现有技术方法具有缺点，颗粒的带电取决于表面机理，而且带电过程一般是处在最终使用者的控制下。对沉积在单个颗粒上的电荷水平控制极有限的。
现在我们开发了一种为粉末颗粒带电的比较能重复的方法，它克服了现有技术的缺点。
因此，本发明提供一种制备高电阻材料的带静电颗粒的方法，它包括在等于或高于其玻璃相变温度，或高于其熔点温度时，把一种单极电荷加到材料中，该单极电荷被加到材料本体中，并接着将带电材料粉碎，或者在生成其颗粒的同时，将电荷加到材料中。
正如本领域技术人员所知，术语玻璃相变温度被定义为这样的温度，在该温度下，非结晶材料，例如聚合物或玻璃，从脆性状态变成塑性状态。
本发明的方法是在等于或高于其玻璃相变温度，或高于其熔点温度时，或者通过单极电荷的注入，或者通过单极电荷的感应将单极电荷加入到材料中来实施的。单极电荷可能加到材料本体中，并紧接着通过粉碎，例如通过研磨的方式形成其颗粒。在粉碎过程中，材料将保持它的电荷，它被有力地固定在材料上。或者反过来，在产生其颗粒时，可以将单极电荷加到材料中，例如经过预定小孔的喷嘴喷出。按照本发明产生的颗粒可以任意地带以正电荷或负电荷。
按照本发明的方法，能被带电的材料的实例是聚合材料，例如聚乙烯或环氧树脂/聚酯；或石蜡，如合成石蜡或天然石蜡，例如Camauba石蜡。
按照本发明方法生产的带电颗粒的粒径优选地为10-300μm，较优选地为10-40μm。
本发明的方法可用于生产复合的聚合材料的带静电颗粒，以作为粉末油漆的涂覆应用，合成的聚合材料一般在其中加入一种或多种颜料。本发明的带电颗粒的其他应用是用作家庭洗涤颗粒、生物医学目的的带电颗粒，以及以昆虫控制为目的的带电颗粒。
本发明在它的范围内也包括聚合材料或石蜡的带静电颗粒，其中单极电荷被加到颗粒本体内。
本发明的带电颗粒与可能采用的现有技术相比，具有更多的能再现的电荷水平。尤其，这些优点是电荷被置于颗粒的本体内，而且在制造阶段就把颗粒预带电了，而不是使用前立刻带电。这些导致这种电荷的保持时间要比表面带电颗粒的时间长，而且提供的颗粒比表面带电颗粒有更好的雾化特性。
本发明将参阅附图进行叙述，其中
图1是表示电荷处于现有技术的颗粒表面的示意图；图2是表示电荷处于本发明的预带电的油漆颗粒内部的示意图；图3是装置按照本发明的方法使颗粒感应带电的示意图；图4是装置按照本发明的方法使颗粒电晕注入带电的示意图。
参考这些附图，图1表示油漆颗粒1，其表面具有一个负电荷2。在1a处表示的是颗粒的本体；通过颗粒的断面观察，它是不带电的。图2表示按照本发明生产的预带电颗粒。颗粒3在其表面不具有任何电荷。颗粒内部的断面被表示在4，此处清楚地表示了颗粒的本体被充以负电。
虽然颗粒1和颗粒3分别表示表面带负电荷或整体带负电荷，但应该理解这两种颗粒也许同样能带有正的单极电荷。
注入单极电荷，或是正电荷或是负电荷，都是在颗粒形成时实现的。参阅图3，该图示意地表示颗粒，例如油漆，在它们形成时用于感应带电的设备。在5处示意地表示了一个喷嘴，通过这个喷嘴使聚合物受压。当材料通过喷嘴受压后，生成了颗粒11。颗粒穿过感应环6，要求它建立合适的电场，这个电场是由应用发生器7的电压产生的。当颗粒11穿过充了电的环6时，材料接受一种单极电荷，并且由于紧接着颗粒11的硬化，在颗粒的本体内电荷有效地固定了。
图4表示产生单极电荷2的颗粒的另一种方法，在图4中加以说明，其中示意地表示了喷嘴，熔化的材料经喷嘴挤出。这种材料经过喷嘴8挤出，而且在这个过程中生成颗粒11。高压电极9被装在喷嘴中，并且在形成材料的小球11时，向熔化的材料本体中提供一种单极电荷的注射。通过发生器10向电极9提供高压。
电荷的注入或是通过高电场注射，或是通过感应实现，也可能通过在常规的挤出机中在靠近最终冷却滚筒系统中加入类似的电极来实现。通常，材料是以片状生产，接着被磨成细小的粉末。
本发明将用以下实例阐明。
实例1单极电荷注入到一种环氧树脂/聚酯复合聚合物的熔融样中，是采用一种类似图4中所示的电极来完成的。这种聚合物样品的直径为4.5cm，厚0.6cm。温度大致维持在100℃，在这种温度下，样品处于其玻璃相变温度之上。当在这个温度时，在尖端电极处保持在-3KV电压时保持一段时间，在这段时间里，样品被再固化。样品中测到的初始电荷量为-0.1×10-9。第二天的电荷值保持相同，并且接着仍稳定在这个值左右。然后紧接着将环氧树脂/聚酯组成的聚合物粉碎。
实例2单极电荷注入Carnauba石蜡的熔融样品中是采用类似图4所示的电极安排来实现的。石蜡样品的直径是4.5cm，厚0.6cm。温度大致维持在130℃，在这个温度下石蜡是熔融的。当熔融时，在尖端电极上大约在40V的电压下维持一段对应于石蜡再固化所需的时间。在样品中测出的最初电荷量为-0.3×10-9库仑。第二天该值降至-0.19×10-9库仑。该值能保持数周。接着将石蜡样品粉碎。
权利要求
1.一种制备带静电的高电阻材料颗粒的方法，包括在等于或高于其玻璃相变温度，或高于其熔点温度时，把一种单极电荷加到材料中，该单极电荷可加到材料本体中，并接着将带电材料粉碎，或者在生成其颗粒的同时，将电荷加到材料中。
2.权利要求1的方法，其中单极电荷的加入是将单极离子注入该材料中。
3.权利要求1的方法，其中单极电荷的加入是将单极离子感应到材料中。
4.上述任一权利要求中的方法，其中单极电荷是在用挤压的方法形成该颗粒时被加到上述颗粒中的。
5.上述任一权利要求中的方法，其中的材料是聚合材料或石蜡。
6.上述任一权利要求中的方法，其中的聚合材料是聚合物油漆。
7.权利要求5中的方法，其中的石蜡是人工合成石蜡或天然石蜡。
8.上述任一权利要求中的方法，其中带静电颗粒的平均粒径为10 300μm。
9.一种材料的带静电颗粒，其中单极电荷被加到颗粒的本体中。
10.权利要求9中的带静电颗粒，其中的材料是聚合材料或石蜡。
11.权利要求10中的带静电颗粒，其中的聚合材料是聚合物油漆。
12.权利要求9中的带静电颗粒，其中石蜡是人工合成石蜡或天然石蜡。
13.权利要求9至12中的任何一种带静电颗粒的平均粒径为10-300μm。
14.一种粉末油漆，它包括权利要求10至13的任一项的一种带静电颗粒。
全文摘要
一种制备带静电的高电阻材料颗粒的方法，包括在等于或高于其玻璃相变温度，或高于其熔点温度时，把一种单极电荷加到材料中，该单极电荷加到材料本体中，并接着将带电材料粉碎，或者在生成其颗粒的同时，将电荷加到材料中。
文档编号B01J2/00GK1156466SQ9519473
公开日1997年8月6日 申请日期1995年6月13日 优先权日1994年7月1日
发明者J·F·休斯 申请人:南安普敦大学