СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АТМОСФЕРОСТОЙКИХ ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2003 года по МПК C09D5/08 C09D5/03 C09D167/02 

Настоящее изобретение относится к способу создания наружных атмосферостойких порошковых покрытий на металлических и неметаллических подложках.

Декоративная или функциональная облицовка поверхностей с помощью порошковых покрытий находит широкое применение для покрытия металлов благодаря высокой экономической эффективности такого способа и благоприятному прогнозу с точки зрения защиты окружающей среды. Были разработаны многочисленные порошковые облицовочные составы для различных областей применения. Для покрытий, на которые воздействует УФ-излучение, например тех, которые подвергаются воздействию внешних условий (строительные краски, оконные профили, двери гаражей, металлические двери, садовое оборудование, элементы автомобилей и т. п. ), были разработаны устойчивые порошковые облицовочные композиции, например, на основе полиэфирных смол с концевыми карбоксильными группами. Такие полиэфирные смолы обычно подвергают отверждению с такими низкомолекулярными, высокофункциональными сшивающими агентами, как полифункциональные эпоксиды или гидроксиалкиламиды.

В течение некоторого времени применялись известные внешние атмосферостойкие порошковые полиэфирные покрытия на основе таких ароматических карбоновых кислот, как терефталевая кислота или изофталевая кислота. Порошковые покрытия на основе указанных полиэфирных смол обладают хорошими механическими свойствами и устойчивостью к внешним атмосферным воздействиям, благодаря которым они являются пригодными для ряда применений, особенно в районах с умеренным климатом. Эти покрытия могут быть получены экономически эффективными способами. Порошкообразные облицовочные составы такого типа подвергают отвердеванию на носителе традиционными известными способами.

Попытки повышения атмосферостойкости порошковых облицовочных составов оказались неудачными. Так, например, были предприняты попытки улучшения атмосферостойкости порошковых покрытий в результате использования полиэфирных смол, состоящих исключительно или в основном из алифатических и/или циклоалифатических компонентов. Такие полиэфирные смолы описаны, например, в US-PS 5486988 и в ЕР 0561102. Хотя порошковые покрытия, полученные из рассматриваемых смол, обладают улучшенной атмосферостойкостью, они имеют более низкие механические свойства и характеризуются более высокой стоимостью сырья, чем составы на основе упомянутых выше ароматических карбоновых кислот.

В связи с вышеизложенным, задача настоящего изобретения состоит в создании рентабельных с экономической точки зрения порошковых облицовочных покрытий, которые лишены указанных выше недостатков. Главным образом, такие порошковые покрытия должны удовлетворять требованиям повышенной атмосферостойкости с тем, чтобы их также можно было использовать без разрушения, например, в районах с экстремальными климатическими условиями.

Такая задача может быть решена с помощью способа, в котором порошковые облицовочные покрытия на основе полиэфирных смол, которые содержат ароматические дикарбоновые кислоты, их ангидриды и/или сложные эфиры в качестве основных компонентов и которые сшиты с помощью низкомолекулярных, полифункциональных эпоксидных смол, подвергают отвердеванию с использованием излучения в ближней инфракрасной области спектра (NIR).

Рассматриваемые порошковые облицовочные композиции могут содержать, например, 40-95 мас.% полиэфира и 1-20 мас.% низкомолекулярных, полифункциональных эпоксидных смол, причем в композиции могут присутствовать другие традиционно используемые компоненты в общепринятых количествах таким образом, чтобы общее количество всех компонентов составляло 100 мас.%.

Рассматриваемые полиэфиры имеют среднечисловую молекулярную массу Мn, например, в интервале 500-10000 и температуру стеклования, например, 30-80^oС.

Рассматриваемые полиэфиры могут содержать гидроксильную и/или карбоксильную группу, причем при наличии таких функциональных групп ОН-число может составлять, например, 10-200, а кислотное число - 10-200.

NIR излучение, используемое в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой коротковолновое инфракрасное излучение с максимальной интенсивностью в области длин волн 760-1500 нанометров, предпочтительно 780-1200 нанометров. Применение NIR излучения для сушки лаков является широко известным методом (, JOT 2/98). В соответствии с таким способом порошкообразные покрытия могут отвердевать в течение короткого времени под воздействием NIR излучения высокой интенсивности без существенного нагревания подложки.

Неожиданно было установлено, что покрытия на основе полиэфирных смол, которые содержат такие дикарбоновые кислоты, как терефталевая или изофталевая кислота, их анигидриды и/или сложные эфиры в качестве основных структурных блоков, совместно с низкомолекулярными полифункциональными эпоксидами в качестве сшивающих агентов при отвердевании под воздействием NIR излучения приобретают существенно более высокую атмосферостойкость, чем стойкость, обычно достигаемая в присутствии рассматриваемых смол, которые подвергают отвердеванию традиционным способом, например, в печи с циркулирующим воздушным потоком. Механические свойства, такие как, например, гибкость покрытия, по крайней мере, не уступают соответствующим свойствам, получаемым при традиционном отвердевании. Кроме этого, отвердевание под воздействием NIR позволяет существенно сократить время отвердевания по сравнению с традиционным отвердеванием в печи.

Порошковые облицовочные композиции, предназначенные для использования в способе согласно настоящему изобретению, содержат в качестве связывающей основы гидроксил- или карбоксилсодержащие полиэфиры, которые содержат в качестве единственного или основного компонента кислотных структурных блоков ароматические дикарбоновые кислоты, их ангидриды и/или сложные эфиры, например, такие как терефталевая кислота или изофталевая кислота, которые реагируют с такими традиционными алифатическими диолами, как, например, неопентилгликоль, этиленгликоль, бутиленгликоль, гександиол или диэтиленгликоль или циклогександиметанол. Примерами других ароматических дикарбоновых кислот могут служить нафталин-2,6-дикарбоновая кислота, нафталин-1,5-дикарбоновая кислота и фталевая кислота. Предпочтительными для использования являются карбоксилсодержащие полиэфиры на основе терефталевой кислоты и изофталевой кислоты или их ангидридов.

Кислотный компонент, содержащий более 50% ароматических дикарбоновых кислот, в расчете на фракцию дикарбоновых кислот в полиэфире, является предпочтительным, причем особое предпочтение отдается кислотному компоненту, содержащему более 50 мас. терефталевой кислоты, и/или изофталевой кислоты, или их ангидридов, и/или сложных эфиров.

Такие алифатические и/или циклоалифатические дикарбоновые кислоты, как адипиновая кислота или циклогександикарбоновая кислота, могут служить необязательными второстепенными компонентами, причем количество алифатических и/или циклоалифатических дикарбоновых кислот составляет не более 50% от фракции дикарбоновых кислот в полиэфире. В качестве других компонентов полиэфирные смолы могут содержать небольшие количества таких полифункциональных разветвленных агентов, как, например, глицерин или триметилолпропан, а также такие добавки, как, например, ускорители вулканизации. Возможно также использование смесей различных полиэфиров. Полиэфиры, предназначенные для использования в настоящем изобретении, могут быть получены традиционным способом по реакции дикарбоновых кислот, их ангидридов и/или сложных эфиров с диолами (см., например, D.A.Bates, "The science of powder coatings", т.1 и 2, Gardiner House, London, 1990").

Порошковые облицовочные композиции, подходящие для применения в способе согласно настоящему изобретению, содержат определенное количество низкомолекулярных полифункциональных эпоксидов в качестве сшивающих агентов, требуемых для отверждения. Такое количество обычно составляет 1-20 маc.% в расчете на систему полиэфир/эпоксид. В качестве сшивающих агентов могут использоваться, например, триглицидилизоцианурат (TGIC), полиглицидиловые эфиры на основе терефталевой кислоты/тримеллитовой кислоты (полученные, например, от Ciba Chemie под торговым названием Araldite^® PT 910), полифункциональные алифатические оксирановые производные, поставляемые, например, компанией DSM Resins под торговым названием Uranox^®, или глицидил-функционализованные (мет)акрилатные сополимеры.

Порошковые облицовочные композиции, содержащие полиэфир и эпоксидный сшивающий агент, могут необязательно содержать другие традиционные компоненты, например пигменты и/или наполнители, и такие необязательные присадки, как регуляторы расхода, дегазирующие агенты и/или ускорители отверждения. Указанные вещества добавляют в количествах, которые известны специалисту в данной области техники. Так, например, можно использовать 0-50 мас.% пигментов и/или наполнителей и 0,02-3 мас.% традиционных присадок.

Порошковые покрытия в соответствии с настоящим изобретением получают известными способами экструзии/измельчения, которые известны специалисту в данной области. Могут использоваться и другие способы, например приготовление порошков распылением сверхкритических растворов или способы с применением неводных дисперсий.

Согласно способу настоящего изобретения, описанные выше порошковые покрытия применяют на подложках, подлежащих облицовке известными способами применения порошковых материалов, например способом электростатического распыления, после чего их расплавляют и подвергают отвердеванию в результате воздействия NIR излучения с максимумом распределения интенсивностей, например, в области 800-1200 нм, в течение времени, например, 1-200 секунд, предпочтительно 1-30 секунд. Излучательные элементы, подходящие для способа нанесения покрытия согласно настоящему изобретению, представляют собой коммерчески доступные приборы, которые могут быть получены, например, от Industrie SerVis Co. ; так, например, для этой цели могут использоваться галогеновые лампы с температурой излучательного элемента 3500К. Может также применяться комбинация с традиционными источниками тепла (инфракрасные излучатели, конвекционные печи) и необязательно, с дополнительными системами рефлектор/линза.

Предпочтительно отвердевание осуществляют под воздействием NIR излучения без дополнительных комбинаций.

Покрытия, получаемые по способу согласно настоящему изобретению, обладают исключительными реологическими характеристиками, хорошими механическими свойствами и существенно улучшенной атмосферостойкостью по сравнению с порошковыми облицовочными покрытиями на основе тех же смол, полученных традиционными методами отверждения.

Требуемая степень глянцевания порошкового покрытия может регулироваться изменением состава порошковой облицовочной композиции. Могут быть получены покрытия с сильным блеском, а также серебристые или матовые покрытия.

Порошковые покрытия, полученные способом согласно настоящему изобретению, могут использоваться во всех применениях, где требование атмосферостойкости должно быть соблюдено. В качестве подложки могут применяться такие металлы, как алюминий, сталь, а также такие материалы на основе древесины, как фибровый картон средней плотности (MDF) или смеси различных материалов. Поскольку полученные покрытия обладают хорошими механическими свойствами, в особенности хорошей гибкостью, рассматриваемый способ особенно применим для облицовки змеевиков или предварительно покрытых металлов (РСМ).

Способ согласно настоящему изобретению позволяет осуществлять высокоэкономичное получение внешних атмосферостойких порошковых покрытий, обладающих исключительными свойствами в результате использования экономически выгодного сырья при значительном снижении времени отвердевания.

Следующие ниже примеры иллюстрируют настоящее изобретение.

Изготовление порошковых покрытий
Порошковые облицовочные композиции, перечисленные в приведенной табл.1, превращали в облицовочные порошки с помощью способов, традиционно используемых для приготовления порошковых покрытий, основанных на интенсивном перемешивании компонентов, экструзии и измельчении.

Полученные порошки применяли на испытуемых алюминиевых листах при электростатическом методе нанесения покрытия с одинаковой толщиной слоя, используя для этой цели пистолет-распылитель типа Corona.

Отвердевание с помощью способа настоящего изобретения осуществляли в ленточном устройстве с 500W NIR излучательным элементом от Industrie SerVis Co. , при значении мощности в расчете на единицу площади в 120 кВт/м². Время отвердевания составляло 5 секунд в примере 1, 12; 5 секунд в примере 2; 15 секунд в примере 3 и 8 секунд в примере 4. Операцию отвердевания осуществляли при расстоянии между излучательным элементом и подложкой в 50 мм.

В сравнительных примерах образцы подвергали отвердеванию в течение 10 минут при 200^oС в печи с циркулирующим воздушным потоком.

Все композиции содержали 4,2% коммерчески доступного регулятора расхода и 0,3% вспомогательного дегазирующего вещества (бензоин).

Все величины приведены в массовых процентах.

Испытание на устойчивость к атмосферным воздействиям
Испытание механических свойств до и после теста на атмосферные воздействия дало следующие результаты для всех образцов.

Динамическое испытание с использованием падающего шара (ASTM D 2794) 20 дюйм-фунтов.

Тест на пластичность (DIN EN ISO 1519) 4 мм
Тест Эриксена (DIN EN ISO 1520) 7 мм
Штриховка накрест (DIN EN ISO 2094) GtOA
Все образцы, подвергнутые тесту на активное атмосферное воздействие, имели остаточное QUV (В) 313 нм. В табл. 2 представлены значения времени, после которого остаточный глянец (измеренный при 60^oС) уменьшался до 50% от исходного значения, измеренного до атмосферного воздействия.

Изобретение относится к способу получения атмосферостойких порошковых покрытий на металлических или неметаллических поверхностях в результате нанесения порошковой облицовочной композиции с последующим ее плавлением и отвердеванием, в котором применяют порошковую облицовочную композицию, включающую гидроксил и/или карбоксил, содержащие полиэфирные смолы с кислотными структурными блоками исключительно или, главным образом, на основе ароматических дикарбоновых кислот, их ангидридов и/или сложных эфиров, а также полифункциональные низкомолекулярные эпоксиды в качестве сшивающих агентов, причем плавление и отвердевание осуществляют под воздействием NIR излучения в ближней инфракрасной области спектра 800-1200 нм в течение 1-200 с. 7 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения атмосферостойких порошковых покрытий на металлических или неметаллических поверхностях путем нанесения порошковой облицовочной композиции с последующим ее плавлением и отвердеванием, в котором применяют порошковую облицовочную композицию, содержащую 40-95 мас.% гидроксил и/или карбоксилсодержащих полиэфирных смол с кислотными структурными блоками исключительно, или, главным образом, на основе ароматических дикарбоновых кислот, их ангидридов и/или сложных эфиров, 1-20 мас.% полифункциональных низкомолекулярных эпоксидов в качестве сшивающих агентов, 0-50 мас.% пигментов и/или наполнителей и 0,02-4,5 мас.% традиционных добавок, причем плавление и отвердевание осуществляют под воздействием излучения в ближней инфракрасной области спектра с максимумом распределения интенсивностей в области 800-1200 нм в течение времени 1-200 с.2. Способ по п.1, в котором количество ароматических дикарбоновых кислот, их ангидридов и/или сложных эфиров составляет более 50 мас.% от количества кислотной фракции полиэфира.3. Способ по п.1 или 2, в котором используют порошковую облицовочную композицию, которая содержит 40-95 мас.% полиэфирной смолы.4. Способ по п.3, в котором полиэфир содержит карбоксильную группу.5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором используют полиэфирные смолы на основе терефталевой кислоты и/или изофталевой кислоты, их ангидридов и/или сложных эфиров.6. Способ по п.5, в котором в качестве кислотного компонента полиэфирной смолы используют более 50 мас.% терефталевой кислоты, и/или изофталевой кислоты, или их ангидридов, и/или сложных эфиров.7. Способ по любому из пп.1-6, в котором отвердевание проводят в течение времени в интервале 1-30 с.8. Способ по любому из пп.1-7, в котором используют элементы, излучающие в ближней инфракрасной области спектра с максимумом распределения интенсивностей в интервале 0,8-1,2 мкм.