КОМПЛЕКТ КОМПОНЕНТОВ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОРОШКОВОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2016 года по МПК B05D7/14 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

В данной заявке заявлен приоритет предварительной заявки США №61/712,110, поданной 10 октября 2012 г., предварительной заявки США №61/613,647, поданной 21 марта 2012 г. и предварительной заявки США №61/642,578, поданной 4 мая 2012 г.

Уровень техники

Порошковые покрытия являются свободными от растворителей, 100% твердыми системами покрытий, которые использовались как альтернативы с низким содержанием VOC и недорогие альтернативы для традиционных жидких покрытий и красок.

Порошковое покрытие металлических частей является обычной практикой. Сложно, однако, покрывать определенные части металлической основы, в том числе края и углы, например, для получения однородного покрытия, с использованием типичных способов нанесения порошкового покрытия, и краевая коррозия является общей проблемой. Как правило, когда порошковые покрытия наносят на металлические части, частицы порошка не затекают в углы, по краям или в другие углубления в связи с эффектом клетки Фарадея. Более того, когда композицию порошкового покрытия наносят на уже покрытую неотвержденным или неогеленным порошком поверхность, поверхностный заряд имеет тенденцию накапливаться на поверхности, что приводит к значительной обратной ионизации. Это может привести к нежелательному электростатическому смешиванию слоев в покрытии и, как следствие, снижению гладкости и глянца. Обычные системы, которые пытаются преодолеть эффект клетки Фарадея и проблемы обратной ионизации, обычно требуют линейных модификаций, модификаций устройства распыления или изменений физических характеристик порошковой композиции самой по себе. Однако такие способы, как правило, приводят к неэффективности процесса, повышенным затратам и задержкам.

Из вышесказанного следует, что существует потребность в эффективном порошковом покрытии металлических частей, где эффект клетки Фарадея и обратная ионизация устранены и где покрытие демонстрирует превосходные характеристики производительности, такие как превосходная защита от коррозии, в том числе по краям, и оптимальная гладкость и глянец поверхности, без существенных модификаций оборудования или линейных модификаций.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение, описанное в данной заявке, включает способы и системы для покрытия металлических основ с использованием одной или более порошковых композиций. В осуществлении способы включают стадии, на которых обеспечивают металлическую основу и наносят первое порошковое покрытие на основу. Второе порошковое покрытие затем наносят на первое порошковое покрытие, при этом второе порошковое покрытие содержит по меньшей мере одну полимерную связующую смолу и дополнительную упаковку. Два покрытия затем отверждают одновременно, чтобы получить покрытие с хорошей устойчивостью к коррозии, в том числе по углам, краям и другим углублениям, и оптимальную гладкость или глянец поверхности.

В другом осуществлении настоящее изобретение включает системы для покрытия металлической основы. Система содержит по меньшей мере одну порошковую композицию с добавкой для нанесения. Когда порошковая композиция электростатически нанесена на неогеленное порошковое покрытие на основе, полученное в результате покрытие имеет оптимальную стойкость к коррозии и гладкость или глянец поверхности.

В другом осуществлении настоящее изобретение включает способы покрытия металлической основы, при этом способы включают стадии, на которых обеспечивают по меньшей мере одну полимерную связующую смолу, добавляют комплект компонентов для нанесения с образованием смеси и экструдируют смесь. Способы дополнительно включают стадию, на которой распыляют смесь с образованием композиции порошкового покрытия.

В еще одном осуществлении настоящее изобретение включает способы и системы для покрытия металлической основы, при этом способы и системы включают обеспечение по меньшей мере первой порошковой композиции, которая содержит комплект компонентов для нанесения. Комплект компонентов для нанесения включает антистатический компонент и высокодисперсный компонент.

Подробное описание одного или более осуществлений и аспектов настоящего изобретения изложено ниже. Другие признаки, цели и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из описания и формулы настоящего изобретения.

Отдельные определения

Если не указано иное, следующие термины, как используют в данной заявке, имеют значения, которые приведены ниже.

Термин «на», когда используется в контексте покрытия, нанесенного на поверхность или основу, включает покрытия, нанесенные непосредственно или опосредованно на поверхность или основу. Таким образом, например, покрытие, нанесенное на слой грунтовки, покрывающий основу, составляет покрытие, нанесенное на основу. Дополнительно, термин «металлическая основа», как используют в данной заявке, относится к основам, которые не обработаны, не содержат грунтовки или очищены взрывом, а также к поверхностям, которые были загрунтованы или предварительно обработаны различными способами, известными специалистам в данной области техники.

Термин «гладкость», как используют в данной заявке, относится к зеркальному глянцу или светоотражению от покрытой порошком поверхности. Ее, как правило, получают путем сравнения зеркального отражения от образца с покрытием и зеркального отражения от стандарта черного стекла. Как используют в данной заявке, гладкость может быть выражена любым способом, известным специалистам в области порошкового покрытия, в том числе визуальными стандартами, разработанными Институтом порошкового покрытия. Согласно этому стандарту используется визуальная шкала из десяти панелей с порошковым покрытием, маркированная от 1 (высокая шероховатость/апельсиновая корка) до 10 (очень гладкая, высокоглянцевая поверхность). Чтобы определить относительную гладкость, образец с порошковым покрытием визуально сравнивают со стандартными панелями, и балл гладкости присваивают, чтобы судить, какая стандартная панель находится ближе к образцу. В альтернативе, гладкость поверхности может быть выражена как глянец под углом 20° или под углом 60°, оцениваемый с использованием ASTM Method D523. Дополнительно, гладкость может быть оценена с помощью других способов, известных в данной области техники, в том числе, например, мониторинга отчетливости изображения (DOI), где отражение образца с порошковым покрытием в каждой из 10 PCI тестовых панелей фотографируется и скорость луча света, отраженного от поверхности измеряется с помощью специального инструмента. Поверхности, которые отражают изображение, идеально имеют значение DOI 100, в то время как поверхности с небольшой или отсутствующей четкостью изображения имеют значение DOI 0. Способ, используемый для определения гладкости, будет, как правило, зависеть от конечного целевого использования основы с порошковым покрытием.

Термин «эффект клетки Фарадея», как используют в данной заявке, относится к явлению, наблюдаемому в ходе электростатического нанесения порошкового покрытия. В частности, клетка Фарадея представляет собой электростатический экран, полученный в результате картины силовых линий, образованных между электродом на устройстве распыления и заземленной основой. Различие в напряжении между двумя поверхностями вызывает сильное электрическое поле между устройством распыления и основой. Следовательно, заряженные частицы порошка следуют результирующим силовым линиям и не охватывают углы, края и другие углубления. Проникновение в клетки Фарадея относится к способности некоторых частиц порошка пройти через отверстия в электростатическом экране или клетке Фарадея, и покрыть основу.

Как используют в данной заявке, термин «обратная ионизация» относится к явлению, которое происходит, когда порошковое покрытие наносят на неогеленную поверхность, обычно первое порошковое покрытие, которое не было полностью отверждено. Когда наносят большее количество порошка, поверхность насыщается зарядом и частицы порошка отталкиваются от поверхности, с результирующим электростатическим смешиванием порошковых слоев, что приводит к неравномерному покрытию и толщине пленки.

Термин «эффективность переноса», как используют в данной заявке, относится к процентному содержанию частиц порошка или твердых частиц покрытия, покидающих устройство распыления, которое на самом деле осаждено на основе. Обратная ионизация и эффекты клетки Фарадея снижают общую эффективность переноса.

Если не указано иное, термин «полимер» включает как фотополимеры, так и сополимеры (т.е. полимеры двух или более различных мономеров).

Термин «содержит» и его вариации не имеют ограничивающего значения, где эти термины появляются в описании и в формуле изобретения.

Термины «предпочтительный» и «предпочтительно» относятся к осуществлениям настоящего изобретения, которые могут позволить определенные преимущества, при определенных обстоятельствах. Тем не менее, другие осуществления также могут быть предпочтительными при тех же или других обстоятельствах. Дополнительно, указание одного или более предпочтительных осуществлений не означает, что другие осуществления не являются полезными и не предназначены для исключения других осуществлений из объема изобретения.

Как используют в данной заявке, формы единственного числа, «по меньшей мере, один» и «один или более» используются взаимозаменяемо. Таким образом, например, композиция покрытия, которая содержит добавку, может быть истолковано как то, что композиция покрытия содержит «одну или более» добавок.

Также в данной заявке указания численных диапазонов по конечным точкам включают все числа, входящие в предел этого диапазона (например, от 1 до 5 включает 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4, 5 и т.д.). Дополнительно, раскрытие диапазона включает раскрытие всех поддиапазонов, включенных в более широкий диапазон (например, от 1 до 5 раскрывает от 1 до 4, от 1,5 до 4,5, от 1 до 2 и т.д.).

Подробное описание изобретения

Осуществления настоящего изобретения, описанные в данной заявке, включают способы и системы для порошкового покрытия металлической основы, в том числе по углам, краям и другим углублениям. Способы включают стадии для нанесения по меньшей мере одной порошковой композиции на основу, при этом использование комплекта компонентов для нанесения или добавок уменьшает эффект клетки Фарадея и обратную ионизацию и повышает эффективность переноса, когда порошковое покрытие наносят электростатически на неогеленную поверхность или порошок.

Соответственно, в некоторых осуществлениях настоящее изобретение относится к способам или системам для покрытия основы, в том числе по углам, краям или другим углублениям, с помощью способа, который использует нанесение добавки, чтобы увеличить проникновение в клетки Фарадея, ограничивая при этом обратную ионизацию. Способы, описанные в данной заявке, поэтому устраняют необходимость модификаций оборудования распыления или линий распыления в целях уменьшения эффектов клеток Фарадея или обратной ионизации. Дополнительно, способы, описанные в данной заявке, обеспечивают оптимальное покрытие для углов, краев и других углублений основ, альтернативные механические способы, чтобы покрыть углы или края перед нанесением порошкового покрытия, больше не требуются. Поэтому способы, описанные в данной заявке, уменьшают время, энергию и стоимость порошкового покрытия основы, в том числе по краям, не ставя под угрозу устойчивость к коррозии или гладкость поверхности покрытия.

В осуществлении способы, описанные в данной заявке, включают стадию, на которой наносят по меньшей мере первую порошковую композицию на основу. Порошковая композиция представляет собой легкоплавкий состав, который плавится на приложении тепла с образованием покрывающей пленки. Порошок наносят с использованием способов, известных специалистам в данной области техники, таких как, пример, электростатические способы распыления, при толщине пленки от приблизительно 25 до приблизительно 75 микрон, предпочтительно от 35 до 65 микрон. В одном аспекте порошковую композицию наносят либо на чистую (то есть, без грунтовки), либо на предварительно обработанную поверхность металлической основы, т.е. порошковая композиция может быть нанесена на металлическую поверхность без грунтовки, которая была очищена взрывом или путем электронного покрытия, или поверхность, которая была предварительно обработана различными способами, известными специалистам в данной области техники. В предпочтительном аспекте порошковую композицию наносят на первую порошковую композицию, которая не была отверждена или только частично отверждена, то есть неогеленное порошковое покрытие.

В осуществлении способ, описанный в данной заявке, включает стадию, на которой наносят по меньшей мере вторую порошковую композицию на основу после нанесения, по меньшей мере, первой порошковой композиции. В одном аспекте вторая порошковая композиция может иметь один и тот же химический состав, что и первая композиция, или же она может отличаться. Первая и вторая порошковые композиции могут быть совместимы или несовместимы. Вторую порошковую композицию наносят с использованием способов, известных специалистам в данной области техники, таких как, например, электростатические способы распыления. Вторая порошковая композиция может быть нанесена при пониженной толщине пленки, так как она предпочтительно нанесена на неогеленное, или неотвержденное, или частично отвержденное покрытие первой порошковой композиции, при толщине пленки от 20 до 40 микрон, предпочтительно от 25 до 100, более предпочтительно от 50 до 75 микрон. Оптимальная общая толщина пленки, образованной порошковой композицией, или первой и второй порошковыми композициями, может составлять от приблизительно 50 до 175, предпочтительно от 85 до 135 микрон (прибл. от 3,5 до 5,5 мил).

В осуществлении способы, описанные в данной заявке, включают стадию, на которой наносят по меньшей мере вторую порошковую композицию после нанесения по меньшей мере первой порошковой композиции на металлическую основу. Порошковые композиции, как правило, наносят электростатическими способами распыления, при этом частицы порошковой композиции заряжают и основу заземляют. Частицы порошка заряжают либо взаимодействием частиц с ионизированным воздухом (то есть корона-заряд), или за счет трения (т.е. трибо-заряд). Осложнения, связанные с нанесением, могут возникнуть во время электростатического распыления, и толщина пленки, и эффективность переноса зависят от электрических силовых линий между распылителем и основой, т.е. эффектов клетки Фарадея. Эти проблемы могут быть преодолены с помощью способов с псевдоожиженным слоем для нанесения покрытия на основу, но эти способы дают по существу более толстые покрытия и не представляются возможными для различных целевых использований.

Порошковая композиция, нанесенная или распыленная на поверхность, покрытую неогеленным порошком, вряд ли приведет к глянцу или гладкости поверхности, аналогичным или эквивалентным порошковой композиции, распыленной непосредственно на металлическую основу. Без ограничения теорией, полагают, что, когда вторую порошковую композицию наносят на первый неогеленный порошок, накапливание заряженных частиц порошка на поверхности приводит к обратной ионизации и частицы порошка начинают подниматься с поверхности, в результате получается неоднородная толщина пленки. Более того, образование клетки Фарадея является типичным и ингибирует покрытие по краям, углам или другим углублениям основы, что приводит к неравномерной пленке и/или пониженной гладкости поверхности. Без ограничения теорией, чтобы преодолеть эффекты клетки Фарадея, при электростатическом нанесении порошковых покрытий на поверхности с углами, краями, острыми поверхностями или другими углублениями или неплоскими геометриями, необходимо уменьшить образование клетки Фарадея или увеличить число частиц, которые могут проникнуть в клетку Фарадея.

Обычно эффекты клетки Фарадея уменьшают путем уменьшения выхода инструментов для нанесения, таких как распылитель, например, чтобы увеличить отверстия в клетке Фарадея, например, где большее количество частиц порошка проникает в клетку Фарадея и оседает. Однако такие способы требуют снижения линейной скорости и общего снижения эффективности переноса. Альтернативно, проникновение в клетку Фарадея может быть увеличено за счет изменения характеристик частиц порошка, как описано, например, в патенте США №6,130,281. В общем, более мелкие частицы имеют наилучшее проникновение, но демонстрируют более низкую эффективность переноса. Поэтому для того, чтобы покрыть изделие или основу оптимальной толщиной пленки и гладкостью, в том числе по краям, углам или другим углублениям, предпочтительно изменить характеристики нанесения композиции покрытия.

Соответственно, способы и системы, описанные в данной заявке, включают композицию порошкового покрытия и комплект компонентов для нанесения. Комплект компонентов для нанесения, описанный в данной заявке, помогает уменьшить эффект клетки Фарадея и обратную ионизацию без существенной модификации характеристик порошка или оборудования для нанесения. Комплект компонентов для нанесения, описанный в данной заявке, позволяет изделию или основе уже с покрытием неогеленной порошковой композицией, быть покрытым распылением или нанесением второй порошковой композиции при оптимальной толщине пленки и вопреки ожиданиям в промышленности обеспечивает гладкость поверхности или глянец, по меньшей мере, эквивалентные порошковым покрытиям, нанесенным непосредственно на металл.

В аспекте способы, описанные в данной заявке, обеспечивают оптимальную гладкость поверхности. Способы, описанные в данной заявке, обеспечивают гладкость поверхности по шкале PCI по меньшей мере 4, предпочтительно по меньшей мере 5. Измеряя как глянец под углом 20° или глянец под углом 60°, способы, описанные в данной заявке, обеспечивают относительную гладкость поверхности от приблизительно 25 до 90%, предпочтительно выше 60% и более предпочтительно выше 80%. Типично и предпочтительно гладкость поверхности будет определяться желаемым целевым использованием для металлической основы с порошковым покрытием.

В осуществлении порошковая композиция содержит по меньшей мере одно полимерное связующее вещество. Порошковая композиция может также необязательно содержать один или более пигментов, агентов, придающих непрозрачность, или другие добавки.

Приемлемые полимерные связующие вещества обычно включают пленкообразующую смолу и необязательно отверждающий агент для смолы. Связующее вещество может быть выбрано из любой смолы или комбинации смол, которые обеспечивают желаемые свойства пленки. Приемлемые примеры полимерных связующих веществ включают термореактивные и/или термопластичные материалы и могут быть получены из эпоксидной смолы, сложного полиэфира, полиуретана, полиамида, акриловой смолы, поливинилхлорида, нейлона, фторполимера, силикона, других смол или их комбинаций. Термореактивные материалы являются предпочтительными для использования в качестве полимерных связующих веществ в применениях порошковых покрытий, и эпоксидные смолы, сложные полиэфиры и акриловые смолы являются особенно предпочтительными. При желании эластомерные смолы могут быть использованы для определенных применений. В одном аспекте конкретные полимерные связующие вещества или смолы включены в порошковые композиции, описанные в данной заявке, в зависимости от желаемого целевого использования основы с порошковым покрытием. Например, определенные высокомолекулярные сложные полиэфиры показывают превосходную устойчивость к коррозии и приемлемы для использования на основах, используемых для внутреннего и внешнего применений. В предпочтительном аспекте полимерное связующее вещество является сложным полиэфиром, предпочтительно сложным полиэфиром на изофталевой основе, поперечно сшитым с триглицидилизоциануратом (TGIC).

Примеры предпочтительных связующих веществ включают следующее: карбоксил-функциональные сложнополиэфирные смолы, отвержденные эпоксид-функциональными соединениями (например, триглицидилизоцианурат), карбоксил-функциональные сложнополиэфирные смолы, отвержденные полимерными эпоксидными смолами, карбоксил-функциональные сложнополиэфирные смолы, отвержденные гидроксиалкиламидами, гидроксил-функциональные сложнополиэфирные смолы, отвержденные блокированными изоцианатами или уретдионами, эпоксидные смолы, отвержденные аминами (например, дициандиамид), эпоксидные смолы, отвержденные фенольными функциональными смолами, эпоксидные смолы, отвержденные карбоксильными функциональными отвердителями, карбоксил-функциональные акриловые смолы, отвержденные полимерными эпоксидными смолами, гидроксил-функциональные акриловые смолы, отвержденные блокированными изоцианатами или уретдионами, ненасыщенные смолы, отвержденные с помощью свободнорадикальных реакций и силиконовые смолы, используемые в качестве единственного связующего вещества или в комбинации с органическими смолами. Необязательная реакция отверждения может быть вызвана термически или в результате радиационного облучения (например, УФ, УФ-VIS, видимого света, ИК, ближнего ИК и электронно-лучевого излучения).

Способы и системы, описанные в данной заявке, включают по меньшей мере одну порошковую композицию с комплектом компонентов для нанесения. Приемлемые комплекты компонентов для нанесения включают комбинацию различных ингредиентов, в том числе предпочтительно антистатический компонент, высокодисперсный компонент и т.п. Антистатический компонент предпочтительно является экструдируемым компонентом, и высокодисперсный компонент предпочтительно является компонентом добавки после смешивания.

В осуществлении, антистатическая добавка является экструдируемым компонентом. Приемлемые экструдируемые антистатические компоненты включают, например, соли щелочных металлов, соли щелочноземельных металлов, соли четвертичного аммония, полимерные антистатические агенты, поверхностно-активные вещества и тому подобное. Приемлемые соли металлов для использования в качестве антистатического компонента включают соли С₁-С₂₀ монокарбоновых кислот или С₂-С₂₀ дикарбоновых кислот, соли С₁-С₂₀ сульфоновых кислот, соли органических кислот щелочных металлов или щелочноземельных металлов, соли галогенводородных кислот, соли неорганических кислот и тому подобное. Примеры включают, без ограничения, соли карбоновых кислот, таких как муравьиная кислота, уксусная кислота, пропионовая кислота, щавелевая кислота, янтарная кислота и т.д., соли сульфоновых кислот, таких как метансульфоновая кислота, п-толуолсульфоновая кислота и т.п., соли органических кислот, таких как тиоциановая кислота и т.п., соли галогенводородных кислот, таких как HCl, HBr и т.д., и соли неорганических кислот, таких как HClO₄, H₂SO₄, Н₃РО₄ и т.д. Галидные соли, ацетаты и перхлораты щелочных металлов являются предпочтительными.

Приемлемые соли четвертичного аммония для использования в качестве антистатического компонента включают неорганические и органические соли, то есть соли, образованные в результате реакции соединения третичного амина с неорганической или органической кислотой. Неорганические соли четвертичного аммония включают, например, соли четвертичного аммония HF, HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄, Н₃РО₄, Н₃ВО₃, HClO₄ и тому подобное, а также смеси или комплексы этих кислот. Органические соли четвертичного аммония включают, без ограничения, соединения, имеющие структуру N(R)₄ ⁺X^-, где каждый R представляет собой независимо замещенный или незамещенный C₁-C₁₈ алкил или арил, и X представляет собой анионный радикал. Предпочтительные органические соли четвертичного аммония включают алкил аммониевые или диалкиламмониевые соли, более предпочтительно метилэтиламмониевые или диметилэтиламмониевые соли органических кислот, наиболее предпочтительно метилэтиламмониевые или диметилэтиламмониевые соли лауриновой кислоты, миристиновой кислоты, стеариновой кислоты, олеиновой кислоты и тому подобное. Анионный радикал предпочтительно представляет собой C₁-С₁₀ алкилсульфаты, более предпочтительно этил, пропил или бутилсульфат, наиболее предпочтительно этилсульфат.

Приемлемые полимерные антистатические агенты включают термопластичные смолы с антистатическими группами или блоками, включенными в полимерную цепь, такие как, например, блок-сополимеры с полиолефинами, полиэфирные сложноэфирные амиды и тому подобное. Примеры блок-сополимеров, приемлемых для способов, описанных в данной заявке, включают, без ограничения, полимеры или сополимеры, полученные путем полимеризации одного или более олефинов с от 2 до 30 атомов углерода, предпочтительно от 2 до 10 атомов углерода и более предпочтительно пропиленовыми или этиленовыми атомами углерода. Примеры полиэфирных сложноэфирных амидов, приемлемых для способов, описанных в данной заявке, включают, без ограничения, полиэфирные сложноэфирные амиды, полученные из бисфенола А.

Приемлемые поверхностно-активные вещества для использования в способах, описанных в данной заявке, включают, например, неионные, анионные, катионные или цвиттерионные поверхностно-активные вещества. Примеры неионных поверхностно-активных веществ включают, без ограничения, поверхностно-активные вещества полиэтиленгликолевого типа, поверхностно-активные вещества типа многоатомных спиртов и тому подобное. Анионные поверхностно-активные вещества включают, например, карбонаты, соли сложных эфиров серной кислоты, сульфонаты, соли сложных эфиров фосфорной кислоты щелочных металлов, высшие спирты, эфиры высших алкилов, алкилбензол, парафин и тому подобное. Примеры катионных поверхностно-активных веществ включают соли четвертичного аммония, такие как соли алкилтриметиламмония и т.п., как описано выше. Цвиттерионные поверхностно-активные вещества включают, например, поверхностно-активные вещества амино кислотного типа, цвиттерионные поверхностно-активные вещества бетаинового типа и тому подобное. Поверхностно-активные вещества могут быть использованы отдельно или в комбинации с другими поверхностно-активными веществами или классами поверхностно-активных веществ. Предпочтительно, поверхностно-активное вещество представляет собой анионное поверхностно-активное вещество, более предпочтительно сульфонаты и наиболее предпочтительно алкилбензолсульфонаты, алкилсульфонаты, парафиновые сульфонаты и тому подобное.

Способы и системы, описанные в данной заявке, включают комплект компонентов для нанесения, который включает антистатический компонент и высокодисперсный компонент. В осуществлении, высокодисперсный компонент представляет собой компонент, добавляемый после смешивания. Термин «добавляемый после смешивания» относится к активному ингредиенту или компоненту, который добавляют к порошковой композиции после экструзии, но во время или перед стадией распыления. Приемлемые компоненты, добавляемые после смешивания, для использования в способах, описанных в данной заявке, включают, например, воски, оксиды металлов, гидроксиды металлов, их смеси и тому подобное. Примеры восков включают натуральные воски (карнаубский, ланолин, пчелиный воск и т.п.), полученные из нефти воски (парафин и т.п.), воски на основе полимеров (полиэтиленовый воск, воск PTFE, полиамид-модифицированный воск и т.п.) и углеводородный воск (с длинной цепью (то есть, по меньшей мере, C₁₆) жирной кислоты или воски на основе сложного эфира и т.п.). Примеры оксидов металлов включают гидрофобный кремнезем, гидрофильный кремнезем, оксид алюминия (т.е. окись алюминия) и тому подобное. Примеры гидроксидов металлов включают гидроксид алюминия и тому подобное. Смеси оксида металла и гидроксида металла являются приемлемыми компонентами, добавляемыми после смешивания, как и покрытые воском оксиды металлов и гидроксиды металлов. Предпочтительно компонент, добавляемый после смешивания, представляет собой высокодисперсный коллоидный оксид металла, более предпочтительно коллоидную окись алюминия. Предпочтительно компонент, добавляемый после смешивания, представляет собой высоко дисперсный коллоидный оксид металла с размером частиц D50 приблизительно от 6 до 60 микрон, предпочтительно приблизительно от 10 до 30 микрон или агломерация размеров частиц приблизительно от 1 до 100 нм, предпочтительно от 5 до 50 нм.

В предпочтительном осуществлении способы и системы, описанные в данной заявке, включают комплект компонентов для нанесения, содержащий антистатический компонент и высокодисперсный коллоидный оксид металла. Антистатический компонент представляет собой предпочтительно добавку перед экструзией, в то время как коллоидный оксид металла представляет собой предпочтительно компонент, добавляемый после смешивания. Антистатический агент предпочтительно присутствует в количестве от 0,1 до 3%, более предпочтительно от 0,05 до 2,5% и наиболее предпочтительно от 0,01 до 2%, исходя из общей массы порошковой композиции. Коллоидный оксид металла предпочтительно присутствует в количестве до приблизительно 2%, более предпочтительно от приблизительно 0,005 до 1,5% и наиболее предпочтительно от приблизительно 0,01 до 1%, исходя из общей массы порошковой композиции.

Порошковая композиция может необязательно включать другие добавки. Эти другие добавки могут улучшить нанесение порошкового покрытия, плавление и/или отверждение этого покрытия, или производительность, или внешний вид конечного покрытия. Примеры необязательных добавок, которые могут быть полезны в порошке, включают: катализаторы отвердждения, антиоксиданты, стабилизаторы цвета, добавки против скольжения и царапин, поглотители УФ-излучения, затрудненные аминные светостабилизаторы, фотоинициаторы, добавки проводимости, добавки трибозаряжания, антикоррозионные добавки, наполнители, текстурные агенты, добавки дегазации, агенты контроля потока, тиксотропные агенты и добавки покрытия краев.

В способах, описанных в данной заявке, полимерное связующее вещество и антистатический агент предпочтительно смешивают в сухом виде, вместе с любыми необязательными добавками, а затем, как правило, смешивают в расплаве при прохождении через экструдер. Полученный экструдат затвердевает при охлаждении, добавляют компонент, добавляемый после смешивания, и экструдат измельчают или распыляют с получением порошка. Также могут быть использованы другие способы. Например, один альтернативный способ использует связующее вещество, которое растворимо в жидкой двуокиси углерода. В этом способе сухие ингредиенты смешивают в жидкой двуокиси углерода, а затем распыляют с образованием частиц порошка. При желании порошки могут быть классифицированы или просеяны, чтобы получить желаемый размер частиц и/или распределение размеров частиц. В предпочтительном аспекте компонент, добавляемый после смешивания, добавляют во время стадии распыления.

Полученный порошок имеет размер, который можно эффективно использовать в способе нанесения. Практически, частицы менее, чем 10 микрон в размере трудно эффективно наносить, используя обычные электростатические способы распыления. Следовательно, порошки, имеющие медианный размер частиц менее, чем приблизительно 25 микрон, трудно электростатически распылять, потому что эти порошки обычно имеют большую долю мелких частиц. Предпочтительно измельчение регулируется (или производится просеивание или классификация), чтобы достичь медианный размер частиц порошка от приблизительно 25 до 150 микрон, более предпочтительно от 30 до 70 микрон, наиболее предпочтительно от 30 до 50 микрон.

Необязательно, другие добавки также могут быть использованы в способах и системах в соответствии с настоящим изобретением. Как обсуждалось выше, эти необязательные добавки могут быть добавлены перед экструзией и являются частью базового порошка или могут быть добавлены после экструзии и/или во время распыления. Приемлемые добавки для добавления после экструзии включают материалы, которые не имеют хорошей производительности, если они были добавлены до экструзии; материалы, которые могут привести к дополнительному износу экструзионного оборудования или другие добавки.

Дополнительно, необязательные добавки включают материалы, которые целесообразно добавить во время процесса экструзии, но также могут быть добавлены позже. Добавки могут быть добавлены отдельно или в сочетании с другими добавками, чтобы обеспечить желаемый эффект на порошковом покрытии или порошковой композиции. Эти другие добавки могут улучшить нанесение порошка, плавление, и/или отверждение, или конечную производительность, или внешний вид. Примеры необязательных добавок, которые могут быть использованы, включают: катализаторы отвердждения, антиоксиданты, стабилизаторы цвета, добавки против скольжения и царапин, поглотители УФ-излучения, затрудненные аминные светостабилизаторы, фотоинициаторы, добавки проводимости, добавки трибозаряжания, антикоррозионные добавки, наполнители, текстурные агенты, добавки дегазации, агенты контроля потока, тиксотропные агенты и добавки покрытия краев.

Другие предпочтительные добавки включают добавки производительности, такие как агенты прорезинивания, антифрикционные присадки, а также микрокапсулы. Дополнительно, добавка может быть абразивом, чувствительным к нагреванию катализатором, агентом, который помогает создать пористое конечное покрытие или улучшает смачивание порошка.

Методы получения порошковых композиций низкого и высокого потока известны специалистам в данной области техники. Смешивание может быть осуществлено с помощью любого доступного механического смесителя или ручным перемешиванием. Некоторые примеры возможных смесителей включают смесители Henschel (доступные, например, от Henschel Mixing Technology, Green Bay, WI), смесители Mixaco (доступные, например, от Triad Sales, Greer, SC or Dr. Herfeld GmbH, Neuenrade, Germany), смесители Marion (доступные, например, от Marion Mixers, Inc., 3575 3rd Avenue, Marion, IA), обратимые смесители, смесители Littleford (от Littleford Day, Inc.), горизонтальные осевые смесители и шаровые мельницы. Предпочтительные смесители будут включать те, которые наиболее легко чистить.

Покрытие необязательно отверждают, и такое отверждение может происходить с помощью непрерывного нагрева, последующего нагрева или остаточного тепла в основе. В другом осуществлении настоящего изобретения, если выбрано отверждаемое излучением базовое порошковое покрытие, порошок может быть расплавлен в относительно коротком или низкотемпературном цикле нагрева, а затем может подвергаться воздействию излучения, чтобы инициировать процесс отверждения. Один пример этого осуществления представляет собой УФ-отверждаемый порошок. Другие примеры отверждения излучением включают использование УФ-VIS, видимого света, ближнего ИК, ИК и электронно-лучевого излучения.

Композиции и способы, описанные в данной заявке, могут быть использованы с широким разнообразием основ. Типично и предпочтительно композиции порошкового покрытия, описанные в данной заявке, используют для покрытия металлических основ, в том числе, без ограничений, металла без грунтовок, металла очищенного взрывом и предварительно обработанного металла, в том числе гальванически покрытых основ и обработанных электронным покрытием металлических основ. Типичные виды предварительной обработки для металлических основ включают, например, обработку фосфатом железа, фосфатом цинка и тому подобное. Металлические основы могут быть очищены и предварительно обработаны с использованием различных стандартных способов, известных в данной отрасли. Примеры включают, без ограничения, фосфатирование железа, фосфатирование цинка, нанокерамическую обработку, предварительную обработку при различных температурах окружающей среды, предварительную обработку цирконием, травление кислотой или любой другой способ, известный в данной области техники, с получением чистой, свободной от загрязнений поверхности на основе.

Композиции покрытий и способы, описанные в данной заявке, не ограничиваются конверсионными покрытиями, то есть частями или поверхностями, обработанными конверсионными покрытиями. Дополнительно, композиции покрытий, описанные в данной заявке, могут быть нанесены на основы, ранее покрытые различными способами, известными специалистам в данной области техники, в том числе, например, способами электронного покрытия, гальваническими способами и тому подобное. Не ожидается, что основы, которые должны быть покрыты композициями, описанными в данной заявке, будут всегда непокрытыми или не содержащими грунтовки металлическими основами.

Предпочтительно, основа с покрытием имеет желательные физические и механические свойства, в том числе оптимальное краевое покрытие острых краев и гладкость поверхности. Типично, конечное пленочное покрытие будет иметь толщину от 25 до 200 микрон, предпочтительно от 50 до 150 микрон, более предпочтительно от 75 до 125 микрон.

Следующие примеры предлагаются, чтобы помочь в понимании настоящего изобретения и не должны быть истолкованы как ограничивающие его объем. Если не указано иное, все части и процентные содержания являются массовыми.

Полное раскрытие всех патентов, патентных заявок, и публикаций, и доступных в электронном виде материалов, приведенных в данной заявке, включено путем ссылки. Вышеприведенное подробное описание и примеры были приведены только для ясности понимания. Ненужных ограничений не следует понимать на их основе. Настоящее изобретение не ограничено точными деталями, показанными и описанными, вариации, очевидные специалисту в данной области техники, будут включены в объем настоящего изобретения, определенного формулой настоящего изобретения. Настоящее изобретение, иллюстративно описанное в данной заявке, соответствующим образом может быть осуществлено на практике, в некоторых осуществлениях, в отсутствие любого элемента, не описанного конкретно выше.

ПРИМЕРЫ

Если не указано иное, то следующие тестовые методы были использованы в указанном ниже Примере(ах).

Глянец

Глянец поверхности покрытия измеряли как глянец под углом 20° или глянец под углом 60° с использованием процедуры, описанной в ASTM D523 (стандартный тестовый метод для зеркального глянца).

Измерение толщины пленки

Толщину сухой пленки измеряли при помощи цифрового датчика толщины покрытия. На магнитных металлических поверхностях цифровой датчик функционирует посредством электромагнитной индукции и на цветных металлах, вихревые токи используют для измерения толщины пленки. Эти способы являются стандартными и хорошо известны специалистам в данной области техники.

Пример 1. Получение композиции покрытия

Контрольные композиции порошковой композиции получали с использованием сложных полиэфиров на изофталевой основе, поперечно сшитых с триглицидил изоциануратом (TGIC) с получением композиции с удельной плотностью 1,34. Модифицированные композиции А и В получали аналогично с приблизительно 0,5% антистатического агента, добавленного перед экструзией исходя из общей массы порошковой композиции. Приблизительно 0,2% коллоидной окиси алюминия добавляли в качестве ингредиента, добавляемого после смешивания, во время распыления контрольной композиции и модифицированной композиции А, но не модифицированной композиции В. Полученные порошковые композиции наносили на холоднокатаные стальные панели на существующее покрытие неогеленного порошка на поверхности панели. Гладкость, сообщенная как глянец под углом 20° и под углом 60°, приведена в Таблице 1. Повышенная гладкость поверхности предполагает уменьшенную обратную ионизацию и увеличенное проникновение в клетку Фарадея.

Пример 2

Толщина покрытия как функция проникновения в клетки Фарадея

Панели получали так, как описано в Примере 1, и измеряли толщину конечной отвержденной пленки внутри клетки Фарадея, и она приведена в Таблице 2. Увеличение толщины отвержденной пленки, в особенности по углам, предполагает увеличение проникновения в клетки Фарадея частицами порошка во время нанесения.

Изобретение относится к способам и системам для покрытия металлических основ с использованием одной или более порошковых композиций. В способе покрытия металлической основы обеспечивают металлическую основу. Затем наносят первую композицию порошкового покрытия. После этого наносят вторую композицию порошкового покрытия на неогеленную первую композицию покрытия. Вторая композиция содержит по меньшей мере одну полимерную связующую смолу и добавку для нанесения. Система для улучшения нанесения композиции порошкового покрытия содержит композицию порошкового покрытия и добавку для нанесения. Композиция порошкового покрытия нанесена электростатически на неогеленное порошковое покрытие. Техническим результатом изобретения является уменьшение обратной ионизации и эффект клетки Фарадея, что обеспечивает получение покрытий с оптимальной гладкостью поверхности и покрытием краев. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 табл., 2 пр.

1. Способ покрытия металлической основы, содержащий стадии, на которых:
обеспечивают металлическую основу;
наносят первую композицию порошкового покрытия;
наносят вторую композицию порошкового покрытия на неогеленную первую композицию покрытия, при этом вторая композиция содержит:
по меньшей мере одну полимерную связующую смолу; и
добавку для нанесения.

2. Система для улучшения нанесения композиции порошкового покрытия, содержащая:
композицию порошкового покрытия; и добавку для нанесения,
при этом композиция порошкового покрытия нанесена электростатически на неогеленное порошковое покрытие.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что добавка для нанесения содержит:
экструдируемый компонент; и
компонент, добавляемый после смешивания.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что добавка для нанесения содержит:
экструдируемый антистатический компонент; и
высокодисперсный компонент, добавляемый после смешивания.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что экструдируемый компонент представляет собой соль четвертичного аммония.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что компонент, добавляемый после смешивания, представляет собой коллоидный оксид металла.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что композиция порошкового покрытия содержит
от приблизительно 0,1 мас.% до 2 мас.% антистатического компонента от общей массы порошковой композиции; и
от приблизительно 0,01 мас.% до 1 мас.% высокодисперсного коллоидного оксида металла от общей массы порошковой композиции.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отвержденная пленка, образованная композицией порошкового покрытия, характеризуется улучшенным глянцем под углом 20⁰ относительно отвержденной пленки, образованной композицией порошкового покрытия, не содержащей добавку для нанесения.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отвержденная пленка, образованная композицией порошкового покрытия, характеризуется улучшенным глянцем под углом 60⁰ относительно отвержденной пленки, образованной композицией порошкового покрытия, не содержащей добавку для нанесения.

10. Система по п. 2, отличающаяся тем, что добавка для нанесения содержит экструдируемый компонент; и
компонент, добавляемый после смешивания.

11. Система по п. 2, отличающаяся тем, что добавка для нанесения содержит: экструдируемый антистатический компонент; и
высокодисперсный компонент, добавляемый после смешивания.

12. Система по п. 10, отличающаяся тем, что экструдируемый компонент представляет собой соль четвертичного аммония.

13. Система по п. 10, отличающаяся тем, что компонент, добавляемый после смешивания, представляет собой коллоидный оксид металла.

14. Система по п. 2, отличающаяся тем, что композиция порошкового покрытия содержит
от приблизительно 0,1 мас.% до 2 мас.% антистатического компонента от общей массы порошковой композиции; и
от приблизительно 0,01 мас.% до 1 мас.% высокодисперсного коллоидного оксида металла от общей массы порошковой композиции.

15. Система по п. 2, отличающаяся тем, что отвержденная пленка, образованная композицией порошкового покрытия, характеризуется улучшенным глянцем под углом 20⁰ относительно отвержденной пленки, образованной композицией порошкового покрытия, не содержащей добавку для нанесения.

16. Система по п. 2, отличающаяся тем, что отвержденная пленка, образованная композицией порошкового покрытия, характеризуется улучшенным глянцем под углом 60⁰ относительно отвержденной пленки, образованной композицией порошкового покрытия, не содержащей добавку для нанесения.