СПОСОБ ОТВЕРЖДЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2009 года по МПК B05D3/02 

Предпосылки изобретения

Изобретение относится к способу отверждения порошковых покрытий, причем протекание процесса отверждения улучшено.

Порошковые покрытия после нанесения могут быть высушены и отверждены, используя излучение ближней инфракрасной области спектра (NIR). При покрытии порошками технология NIR позволяет порошковым покрытиям расплавиться и отвердеть на одном технологическом этапе, см., например, K. Bär, JOT 2/98, pp. 26-29, а также WO 99/41323. Может быть достигнуто однородное нагревание и отверждение всего покрытия.

Для облучения в диапазоне NIR применяются особые излучатели. Такими излучателями являются, в частности, высокоинтенсивные галогеновые лампы, которые могут, например, достигать температур излучения 3500K. Удовлетворительное и воспроизводимое качество отверждения и, следовательно, качество покрытия не всегда может быть гарантировано, в частности, если, например, NIR-излучатели не достигают соответствующей интенсивности и/или имеют недостатки эксплуатационных характеристик. Это может иметь существенное влияние на степень отверждения покрытия и свойства покрытия.

Суть изобретения

Данное изобретение направлено на способ отверждения порошковых покрытий после нанесения на поверхность основы, в соответствии с которым протекание отверждения поверхностей, покрытых порошковым покрытием, может быть эффективно и воспроизводимо зарегистрировано и проконтролировано, позволяя таким образом получить улучшенное, с точки зрения розлива, блеска и прочности, качество покрытия.

Способ согласно изобретению относится к способу, в котором порошковое покрытие наносят на поверхность основы и затем отверждают NIR-излучением в диапазоне длин волн от 760 до 1500 нм, причем протекание отверждения покрытия, нанесенного на поверхность основы, отслеживается путем регистрации теплового излучения, испускаемого покрытой основой во время отверждения.

Подробное описание изобретения

В соответствии со способом согласно изобретению порошковое покрытие наносят обычными методами на покрываемую основу и затем расплавляют и отверждают NIR-излучением. Расплавление и отверждение занимает обычно менее 300 секунд, в зависимости от соответствующего состава порошкового покрытия.

Одновременно на фазе отверждения записывается тепловое излучение, испускаемое покрытой основой, в результате чего возможны качественные и количественные суждения относительно отверждения. Испущенное тепловое излучение может также быть зарегистрировано после того, как проведено отверждение покрытой основы.

В соответствии со способом согласно изобретению тепловое излучение, испускаемое покрытой основой, сканируется с помощью специальной инфракрасной оптической системы и преобразуется в электрические сигналы. Эти электрические сигналы составляются в изображение, в котором отдельные пиксели представляют собой различные оттенки цвета в зависимости от уловленного теплового излучения.

По этим оттенкам цветов можно обнаружить различие в качестве отверждения, т.е. неполное отверждение покрытия или части покрытия. Оценка этих цветовых оттенков может быть проведена с помощью EDP (электронная обработка данных), например, путем опорных изотерм, что позволяет сделать качественное и количественное заключение о состоянии отверждения.

В соответствии со способом согласно изобретению стадия отверждения предпочтительно напрямую связана с измерением теплового излучения. С этой целью, помимо излучателей для отверждения с помощью NIR, в установку для нанесения порошковых покрытий помещают оборудование для измерения теплового излучения, например особую инфракрасную оптическую систему.

В этом случае инфракрасная оптическая система может быть установлена прямо в зоне NIR-излучателей.

Инфракрасная оптическая система может также быть помещена, непосредственно примыкая к зоне NIR-отверждения, в установке для нанесения порошковых покрытий. Благодаря этому возможно одновременное и/или последовательное отслеживание хода процесса отверждения.

После измерения теплового излучения может быть проведено новое отверждение покрытия, если требуемое качество отверждения не было достигнуто.

Это может быть осуществлено, например, путем дополнительной установки NIR-излучателей рядом с устройством для измерения теплового излучения, например, за зоной нагрева в установке для нанесения порошковых покрытий.

Можно также сразу после измерения теплового излучения использовать отдельные NIR-излучатели в зоне отверждения установки для нанесения порошковых покрытий для повторного отверждения покрытия или части покрытия. Для этой цели могут быть выбраны, например, необходимые NIR-излучатели, которые остаются в работе дольше, чем остальные NIR-излучатели.

Способ согласно изобретению не подлежит никаким ограничениям в отношении природы покрытий и/или покрывающих слоев и покрываемых основ.

Удивительно то, что на запись теплового излучения покрытой основы не влияет излучение, испущенное NIR-излучателями. Можно было бы ожидать, что по меньшей мере какая-то доля NIR-излучения будет одновременно зарегистрирована инфракрасной оптической системой и, следовательно, будет иметь отрицательное влияние на результаты измерения. Способ согласно изобретению позволяет проводить независимую запись теплового излучения от покрытых основ одновременно с отверждением покрытия посредством NIR-излучения.

В частности, способ согласно изобретению подходит для отверждения покрытий на основах, которые из-за их формы покрывают и отверждают при вращении и тепло от которых, например, невозможно измерить другими способами, такими как измерением температуры с помощью зондов. В частности, для вращающихся основ способ согласно изобретению дает возможность непрерывного измерения теплового излучения.

Более того, способ согласно изобретению особенно подходит также для высокоскоростных способов нанесения покрытий, в которых основа движется с высокой скоростью в одном направлении, а порошковое покрытие наносится на основу и затем отверждается, например способ покрытия рулонных материалов при скорости полосы, например >50 метров в минуту.

Основы, которые измеряют, могут иметь один или более слоев, которые получены с применением пигментированных и/или непигментированных красок. Примерами являются прозрачные лаки, окрашивающие и/или имеющие спецэффект нижние слои, верхние слои и наполнители. Порошковые покрытия, применяются, в частности, для получения слоев покрытия. Порошковые покрытия могут быть одно- или многокомпонентными покрытиями, которые в основном являются химически сшитыми.

В качестве порошковых покрытий можно использовать известные традиционные порошковые покрытия, которые могут быть отверждены с помощью NIR-излучения. Такие порошковые покрытия описаны, например, в заявке WO 99/41323. Если используются такие порошковые покрытия, порошковые покрывающие слои предпочтительно отверждают сразу после нанесения путем NIR-излучения. В этом случае порошок плавится и затвердевает за очень короткое время.

Например, можно применять составы для порошкового покрытия на основе полиэфирных смол, эпоксидных смол, (мет)акриловых смол и, опционально, смол сшивающих агентов. Смолы могут содержать, например, OH, COOH, RNH, NH₂ и/или SH в качестве функциональных групп.

Подходящими смолами - сшивающими агентами - являются, например, би- и/или полифункциональные карбоновые кислоты, дициандиамиды, фенолоальдегидные полимеры и/или аминопласты. Функциональные группы могут в этом случае быть связаны со связующим для сшивания и/или со смолой - сшивающим агентом (отвердителем). Соединения могут содержать, например, от 15 до 95 мас.% функционализованных смол, таких, например, как полиэфиры, эпоксидные смолы и/или (мет)акриловые смолы, а также от 0,1 до 50 мас.% функционализованных отвердителей.

В качестве дополнительных компонентов порошковые покрытия могут содержать обычные составляющие технологии порошковых покрытий, такие как пигменты и/или наполнители, а также добавки к покрытию.

Предпочтительно могут применяться порошковые покрытия на основе полиэфирных смол с гидроксильными и/или карбоксильными функциональными группами, которые могут использоваться с обычными сшивающими агентами, такими, например, как циклоалифатические, алифатические или ароматические полиизоцианаты, сшивающие агенты, содержащие эпоксидные группы, такие как триглицидил, изоцианурат, полиглицидиловый эфир на основе диэтиленгликоля, (мет)акриловые сополимеры с глицидиловыми функциональными группами, а также сшивающие агенты, содержащие амино-, амидо- или гидроксильные группы.

Применимы также (мет)акриловые смолы, а также модифицированные виниловые сополимеры, например, на основе мономеров, содержащих глицидиловые группы, и этиленненасыщенных мономеров или привитые сополимеры. (Мет)акриловые смолы могут отверждаться, например, твердыми дикарбоновыми кислотами, а также полимерами, функционализованными карбоксильными группами.

Кроме того, подходящими сшивающими агентами являются отвердители, содержащие гидроксильные, карбоксильные, амидные или аминогруппы, например аминосмолы, такие как дициандиамид и его производные, фенолоальдегидные полимеры, например, на основе фенолформальдегида, которые применимы в качестве сшивающих агентов для эпоксидных смол. Кроме того, применимы также би- и/или полифункциональные карбоновые кислоты и их производные, которые подходят, например, в качестве сшивающих агентов для эпоксиакриловых смол.

Пригодные сшивающие агенты содержатся, например, в обычных количествах, например, от 0,1 до 50 мас.% от состава порошкового покрытия. Гибридные эпоксиполиэфирные системы также применимы, например, при отношении эпоксида к полиэфиру 50:50 или 30:70.

Примерами обычных добавок к покрытию являются дегазаторы, регуляторы течения, матирующие добавки, текстурирующие агенты, светостабилизаторы. Подходящие пигменты и наполнители известны специалисту в данной области. Количество находится в диапазоне, известном специалисту в данной области. Например, композиции могут содержать от 0 до 50 мас.% пигментов и/или наполнителей. Количество добавок составляет, например, от примерно 0,01 до 10 мас.%.

Получение порошковых покрытий может быть осуществлено известным способом экструзии/затирания, или, например, распылением из сверхкритических растворов, или неводными дисперсионными способами.

Нанесение порошковых покрытий на покрываемую основу проводится с применением известных методов электростатического напыления, например, с помощью коронного или трибостатического пистолета-распылителя или с применением других подходящих методов нанесения при обычных для порошкового покрытия толщинах слоя. Можно также наносить порошок на основу в виде водной дисперсии как порошкообразную взвесь.

Способ согласно изобретению может также применяться для отверждения жидких покрытий, например отделочных покрытий. Для этой цели могут применяться обычные жидкие покрывающие композиции, известные специалисту в данной области.

Отверждение нанесенного порошкового покрытия осуществляется NIR-излучением, которое обычно имеет диапазон длин волн от 750 до 1500 нм, причем порошок плавится и затем твердеет в течение очень короткого времени. Эта операция может занимать от 2 до 300 секунд. В качестве источника NIR применяются, в частности, высокоинтенсивные галогеновые лампы с температурой излучения, например, 3500K.

Интенсивность NIR-излучения может лежать, например, в диапазоне от более 1 Вт/см² в расчете на единицу площади облученной поверхности, предпочтительно более 10 Вт/см².

NIR-излучение может также применяться в комбинации с обычными источниками тепла, такими как инфракрасное излучение или конвекционные печи, а также, опционально, с дополнительными отражательными системами или системами линз для усиления излучения.

Подходящими основами являются, в частности, метал, дерево, стекло, пластмасса, бумага и фольга. Способ согласно изобретению может применяться также, например, для процесса покрытия рулонного материала.

Способ согласно изобретению дает возможность получить эффективное и полное отверждение порошковых покрытий с необходимым качеством. Особенно значительным аспектом способа является то, что несмотря на дополнительное измерение теплового излучения во время процесса отверждения, использование специальной инфракрасной оптической системы не вызывает существенного замедления процесса отверждения. С помощью способа согласно изобретению получают удобное и эффективное средство для проверки процесса отверждения внутри установки для нанесения порошковых покрытий.

Кроме того, настоящее изобретение относится к устройству для отверждения порошковых покрытий внутри установки для нанесения порошковых покрытий, причем это устройство таково, что в зоне отверждения установки для нанесения порошковых покрытий или за зоной отверждения помимо NIR-излучателей размещена инфракрасная оптическая система и таково, что опционально вблизи инфракрасной оптической системы расположены дополнительные NIR-излучатели.

Приложенная фиг.1 показывает схему устройства согласно изобретению в типичной конструкции.

Порошковое покрытие (1), которое должно затвердеть на поверхности основы, облучают с помощью NIR-излучателей (2). Одновременно тепловое излучение (3), испускаемое покрытой основой (1), регистрируется инфракрасной оптической системой (4) в виде файла данных или изображения. Рядом с реальной зоной NIR за зоной нагрева расположены дополнительные NIR-излучатели (5), которые предназначены для случая, если недостаточно отвердевшие участки покрытия потребуют дополнительного отверждения.

Изобретение описано со ссылкой на следующий пример:

Величины в г (граммах) рассчитаны на 100 г состава для порошкового покрытия.

Пример

Нагретая и вращающаяся стеклянная бутылка покрывается гибридным эпоксиполиэфирным порошковым покрытием. Это покрытие содержит 54,45 г полиэфирной смолы Uralac P 3270 (DSM), 23,36 г эпоксидной смолы Epikote® 3003 (Shell Chemie), 19,40 г сульфата бария Mikro Baryt BB-5 (Scheruhn Ind.) в качестве наполнителя, 1,19 г активатора течения Resiflow PV5 (Worlee-Chemie), 0,6 г дегазатора Benzoin® и 1 г черного пигмента Printex 300 (Degussa). После нанесения из трибоэлектрического пистолета-распылителя покрытие отверждают NIR-излучателем Highburn компании Adphos. Получают блестящее черное покрытие.

Измерением путем DSC (дифференциальная сканирующая калориметрия) может быть установлено, что покрытие в некоторых областях отвердело не полностью. DSC измерение разрушает поверхность покрытия. Следовательно, последующий нагрев покрытия невозможен.

Другой общепринятый способ в промышленности нанесения покрытий - измерение блеска - не дает какого-либо результата, который показывал бы, насколько высокая температура (°C) необходима для достижения полного отверждения в зонах, которые были покрыты.

Дополнительную нагретую и вращающуюся стеклянную бутылку покрывали тем же слоем гибридного эпоксиполиэфирного порошка и отверждали в тех же условиях, но используя камеру для измерения теплового излучения, испускаемого покрытой основой, при отверждении NIR-излучением. Это камера NEC San-ei TH7102 MX/WX компании NEC. Результаты показаны картиной нагрева, полученной по компьютерной технологии, см. фиг.2.

Некоторые области покрытой бутылки не показывают температуру, которая необходима для полного отверждения покрытия. Поэтому эти области нагревают снова с помощью NIR-излучения для достижения нужной температуры. В результате получают однородный нагрев и полное и однородное отверждение покрытия.

Для отверждения порошкового покрытия (1) на поверхности основы применяют БИК-излучатели (2), работающие в диапазоне длин волн от 760 до 1500 нм. Протекание отверждения покрытия отслеживают путем регистрации теплового излучения (3), испускаемого покрытой основой во время отверждения. Тепловое излучение измеряют инфракрасной оптической системой (4), сканируют и преобразуют в электрические сигналы, эти сигналы составляют в изображение, и разные оттенки цветов ассоциируются с индивидуальными пикселями как функция воспринятого инфракрасного излучения. Обеспечивается эффективное, полное и качественное отверждение покрытия. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ отверждения порошкового покрытия после нанесения на поверхность основы, включающий этапы нанесения порошкового покрытия на поверхность основы, отверждения покрытия БИК-излучением в диапазоне длин волн от 760 до 1500 нм, причем протекание отверждения покрытия отслеживают путем регистрации теплового излучения, испускаемого покрытой основой во время отверждения, причем тепловое излучение измеряют инфракрасной оптической системой, сканируют и преобразуют в электрические сигналы, эти сигналы составляют в изображение, и разные оттенки цветов ассоциируются с индивидуальными пикселями как функция воспринятого инфракрасного излучения.2. Способ по п.1, в котором оценка измерения теплового излучения осуществляется с помощью измерений, обработанных с помощью электронной обработки данных.3. Способ по п.1, в котором повторное отверждение проводится с помощью дополнительных БИК-излучателей за зоной нагрева установки для нанесения порошковых покрытий.4. Способ по п.1, в котором повторное отверждение проводится с применением БИК-излучателей, расположенных в зоне отверждения установки для нанесения порошковых покрытий.5. Способ по п.1, в котором порошковое покрытие для отверждения БИК-излучением включает обычные порошковые покрытия на основе одной или более полиэфирных смол, эпоксидных смол и/или (мет)акриловых смол и опционально используются смолы - сшивающие агенты.6. Способ по п.5, в котором применяются порошковые покрытия на основе полиэфирных смол, функционализованных гидроксильными и/или карбоксильными группами, (мет)акриловых смол и/или гибридных эпоксиполиэфирных систем.7. Способ по п.1, в котором для отверждения применяется БИК-излучение интенсивностью более 1 Вт/см².8. Способ по п.1, в котором основа покрывается и отверждается при вращении.9. Способ по п.1, в котором основа покрывается и отверждается с применением способа покрытия рулонного материала.10. Аппарат для отверждения порошкового покрытия в соответствии со способом по п.1, в котором инфракрасная оптическая система расположена в зоне отверждения установки для нанесения порошковых покрытий дополнительно к БИК-излучателям или за зоной отверждения.11. Аппарат по п.10, в котором рядом с инфракрасной оптической системой расположены дополнительные БИК-излучатели.