专利名称：树脂或(共)聚物与薄片材料的功率受控的粘结的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造粘性粉末的方法和制造含添加剂或两种或更多种粉末材料的粉末的方法，更具体地，涉及制造含金属或云母颜料的涂料粉末。
背景技术：
由于粉末涂料能提供优良颜料控制的耐用涂层，一直销售增加了金属或非金属薄片含量的粉末涂料，以提供高反射的金属外观的涂层，或提供闪光面涂层。在装饰涂层中，通过含金属涂层达到闪光效果。高反射涂层能提供辨认和容易识别物体。含金属涂层可用于降低容器温度，提供日光反射等。同样，在粉末涂料中宜加入非金属薄片如云母，产生特有的外观效果。然而，当涂料粉末中的金属薄片和树脂或聚合物颗粒不能粘附或“粘结”在一起时，含金属薄片的涂料粉末难以施涂。
含未结合或结合不充分的金属薄片或颜料的涂料粉末提供涂层不协调的杂色外观。而且，在静电涂装应用中，一方面由于树脂粉末或树脂粘结的金属薄片或颜料粉末与未粘结的金属材料之间的密度和电荷控制的差别，另一方面，随时间推移，未粘结的金属材料从在粉末混合物的回收(reclaimed)部分的涂料粉末中分离。结果，更多的含再生金属材料的粉末由于粉末混合物被回收时金属材料浓度的变化而不能再生。
不幸的是，含粘结的金属颜料或薄片粉末组合物已证实很难始终如一地以合理规模制造。因此，一直采用在熔融混合组分之前，混合金属薄片与树脂，流动控制剂，固化剂，颜料，填料等，将金属薄片加入到涂料粉末中。然而，在研磨熔融混料的组合物，制造涂料粉末时，薄片很容易破碎，由这样的涂料粉末得到的面涂层的外观是阴暗灰色的。同样，通过如在球磨机中研磨将铝薄片埋入粉末的涂料粉末包含明显破碎的薄片，由此制得的涂层不能达到能和溶剂基金属漆相当的光泽。但是，刷光方法不能以任何工业规模制造涂料粉末。
美国专利5,187,220(Richart等)提供将金属和非金属如云母薄片粘结到热固性树脂的聚合物涂料粉末颗粒上，其中树脂涂料粉末颗粒和薄片在流化条件，高于树脂软化点但远低于树脂熔融的温度下，在中高速混合机中混合，混合机的叶梢速度至少为3m/s，混合时间能使至少约75％薄片充分粘附到热固性树脂涂料粉末颗粒上。由于薄片粘结到树脂颗粒上，组合物在回收并再引入过喷涂料粉末的应用过程中不会随时间推移明显变化。然而，特定粉末粘性的粘结取决于许多难以控制的因素，包括具体混合温度，混合时间，剪切力等，这些因素随具体热固性树脂涂料粉末的组成，颗粒和薄片尺寸，以及混合设备的规格如桨叶速度而变化。
在Richart等的粘结涂料粉末和金属薄片材料的方法中，相对软化点来控制温度；粉末必须加热到足以为粘性，否则粉末和金属薄片不会粘结。同时，粉末颗粒必须保持充分冷却使它们在粘结混合器中不粘结在一起成固体块，这种块必须用人工除去并以废物处置。许多树脂或(共)聚合物的软化点例如与玻璃化转变温度(Tg)相关。但是，Tg只是关键性树脂或(共)聚合物粉末性质的一个替代，软化点是粉末变得粘性时的温度，或“粘性点”。而且树脂或(共)聚合物的Tg和软化点在测定Tg时间和在粘结过程中使用树脂或(共)聚合物时间之间明显变化。当加热树脂或(共)聚合物时，Tg和软化点可以改变并且在这个加热整个过程中可以变化，并且各批之间也不同，对每次粘结操作都需要新的测定。而且，如果对任一特定批不能正确估计Tg或软化点，或如果该批加热过度，粉末和薄片粘结在一起形成固体废物块，必须从粘结混合器中铲除。
根据本发明，本发明人发现的方法在将树脂或(共)聚合物粉末粘附到薄片或其他干燥材料上而不损坏这些材料或毁坏该粉末方面能免除重复，并省去批料相关因素的关键测定的时间。而且，本发明人还发现在每一次操作中能确保薄片或其他干燥材料有效粘结到树脂或(共)聚合物上，不需要新的或不同的粘结混合器的简便方法。
发明内容
根据本发明，制造粘性粉末的方法包括在一个或多个混合设备中混合一种或多种树脂或(共)聚合物粉末，而使粉末不团聚，同时测定由混合设备产生的功率或扭矩，直到产生的功率或扭矩的测定表明粉末变得粘性为止。而且，制造粘性粉末的方法包括通过在一种或多种树脂或(共)聚合物粉末中加入一种或多种干燥材料并混合，使一种或多种树脂或(共)聚合物粉末与一种或多种干燥材料粘结，使得干燥材料粘附到所述粘性粉末上，而使粉末不团聚，同时测定混合设备产生的功率。在一种实施方式中，干燥材料可以在混合的任何时间加入。本文中，词语“干燥材料”包括任何细微的或粉末的材料，而不是用于制造粘性粉末的(共)聚合物或树脂，干燥材料在形成粘性粉末条件下不会软化或变得粘性。
在一种实施方式中，所述方法包括混合(i)粉末，以形成粘性粉末，或(ii)粉末和干燥材料的混合物，以形成粘性粉末混合物，随后减慢或停止混合或者在混合粘性粉末或一旦形成粘性粉末混合物的同时进行冷却，然后，在粘性粉末(i)的情况，加入干燥材料以形成粘性粉末混合物，并进一步混合(i)，或，如果需要进一步混合(ii)，将粘性粉末和干燥材料粘结在一起。所述方法可包括测定和记录混合设备产生的功率或扭矩与混合时间，并且还可以包括记录粘结特定混合物所需的混合和加热时间。或者，所述方法可以包括测定和记录混合设备产生的扭矩与混合时间，并且还可以包括记录粘结特定混合物所需的混合和加热时间。混合制造粘性粉末的时间周期可以在30秒至120分钟范围。此外，对间歇式或连续式加工，本发明方法都可以完全自动化。
较好地，一种或多种干燥材料包含薄片材料如金属薄片材料。在一个实施方式中，所述方法包括混合非漂浮型的薄片材料，如非漂浮型的铝薄片与粘性粉末(i)混合。在另一个实施方式中，所述方法包括混合(ii)粉末与漂浮型薄片材料如漂浮型铝薄片的混合物，或漂浮型和非漂浮型薄片材料的混合物，以形成粘结的粘性粉末。其他合适的干燥材料包括下列各种材料中的一种或多种层状颜料，如干涉色颜料，层状粘土，层状催化剂，杀菌剂，低温处理(cyroprocessed)或冷冻干燥材料，树脂或(共)聚合物粉末，以及包胶或分散在脆性材料中的任何材料，如包胶或分散在脱水蔗糖中的包胶的液体催化剂或味道或气味释放剂。
此外，本发明提供用于粘结一种或多种粉末与一种或多种干燥材料的设备。该设备包括一种或多个混合设备如混合器，每个混合器包括一个或多个内有一个或多个混合部件如螺旋桨或叶轮的混合室，和连接到混合器的功率输入的一个或多个功率测定装置如功率计或扭矩计。一种合适的设备包括一个或多个立式混合器，各自有测定混合时由混合部件产生的功率的功率计。较好地，所述设备还包括连接到一个或多个自动化过程控制器，如控制回路如可编程序逻辑控制器(PLC)或神经系统网络反馈回路，以始终如一地制造粘结的金属或薄片粉末组合物。因此，该方法可包括自动化控制整个加工过程，或其任何部分，在加工过程开始和加工中，包括混合和任何加入材料步骤，减慢或停止混合冷却，任何加入材料步骤和进一步混合的任何步骤。
发明详细描述本发明方法利用了这样的发现，即任何混合器的混合部件产生的功率可直接用于测定该混合器中混合的树脂或(共)聚合物粉末的粘性。此外，直接测定任一混合部件产生的功率的直接测定与每一混合器中粉末运动的难度直接相关。说明，以瓦测定功率，并功率等于电压(伏)×电流(安培)。进一步说明，扭矩以焦耳测定，并扭矩等于功率/(2π×叶轮旋转速度)，通常，旋转速度以转/分钟给出。
用包括功率计的设备进行混合和加热期间，混合部件产生的功率上升，然后略下降如5％，然后因为在粉末变成粘性时开始第二次上升。如果使粉末过热，并因此开始形成大的固体块时，产生的功率呈指数上升，作为温度变得太高的指示。因此，制造粘性粉末的方法包括测定在混合一种或多种粉末，任选含有一种或多种干燥材料时由一个或多个混合设备产生的功率，当混合器产生的功率达到初始稳定值，从这一初始值略下降，然后在初始值以上增加所需的百分数，例如1％或更大，或2％或更大，或5％或更大，到最多为50％，或最多25％，或最多10％。这种方法还包括减慢或减慢并停止混合设备，以停止加热粉末或粉末与干燥材料的混合物，然后进一步混合，将干燥材料分散到粘性粉末中，并粘附到粘性粉末上，冷却该混合物，直到混合物不再粘性，然后停止混合。
可以购得一些测定功率的设备。功率计(如来自Load Controls Inc ofSturbridge MA)直接测定功率，并且在马达传送功率的整个范围都是精确的。也可以使用扭矩计(如在混合器的叶轮轴上的应变仪)来测定粉末粘性。必须注意使应变仪的范围与预期的最大扭矩匹配，同时保持良好的测定分辨率，例如，使该计量器读数准确。从Lebow Products，Inc.of Troy Michigan可购得各种扭矩计，它们覆盖各种最大扭矩。
根据本发明，改善外观和性能的任何添加剂可加入到树脂或(共)聚合物粉末。较好地，本发明方法可用于将干添加剂放入涂料或模模塑粉末中。
可以在任何时间加入干燥材料，除了非常脆性的干燥材料，如非漂浮型金属薄片，宜加入到粘性粉末中。然而，在减慢或停止混合设备之前，没有加入干燥材料或仅加入少量干燥材料时，该方法包括在减慢或停止混合设备后加入任何或全部干燥材料或薄片材料，进一步混合，使粘性粉末和干燥材料粘附，然后停止混合。
本发明不需要测定玻璃化温度(Tg)，以使粉末粘性并将它们粘结到干燥材料上，并提供粉末与干燥材料的可靠粘结。同时，由含金属薄片的涂料粉末形成的面涂层和由含金属薄片材料的成膜粉末形成的薄膜具有与溶剂基含金属薄片材料的油漆和成膜组合物的涂层类似的光泽性能。因此，本发明方法简化了粉末粘结方法，同时提高了对粉末粘结工艺的控制，从而能极大降低产品不合格率，提高产品质量，并对脆性或薄片材料的损害最小。
在此列出的所有范围都是包含首末在内的，并可合并。例如，如果一种组分的量为4重量％或更大，或10重量％或更大，到最大为25重量％范围，则组分的量可以是4-10重量％，4-25重量％或10-25重量％。
除非另有指出，所提到的所有方法和所有实施例都在标准温度和压力(STP)条件下进行。
所有包含括号的词语指包含括号内容和无括号内容中任一种或两者。例如，词语“(共)聚合物”以看看选择的方式包括，聚合物，共聚物和它们的混合物；同样，术语“混合器”可选择地指一个混合器或两个或多个混合器。
本文中，术语“平均粒度”指颗粒直径或颗粒分布中颗粒最大尺寸，采用激光散射测定，使用Malvern Mastersize2000(Malvern Instruments Inc.ofSouthboro，MA的产品)，按生产厂商推荐的步骤。
本文中，术语“丙烯酸类”包括丙烯酸和甲基丙烯酸，术语“丙烯酸酯”包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
本文中，词语“涂料粉末”指粉末涂料组合物，词语“粉末涂料”指由粉末涂料组合物形成的涂料。
本文中，术语“(共)聚合物”指一种或多种聚合物，一种或多种共聚物，或它们的混合物。
本文中，术语“细微”指一种或多种平均粒度为4mm或更小的材料。
本文中，任何树脂或(共)聚合物的玻璃化温度(Tg)可按照Fox在Bull.Amer.Physics.Soc.，1，3，123页(1956)中所述进行计算。Tg还可以实验测定，使用差示扫描量热计(加热速度为20℃/分钟，Tg取为拐折的中点)。除非另外指出，本文中所指的Tg指计算的Tg。
本文中，除非另外指出，词语“每100份”树脂或“phr”指对组合物包含的每100重量份总量的树脂，反应物单体和聚合物，包括交联树脂和固化剂，一种组分以重量计的量。
本文中，术语“颜料”包括颜料，着色剂和染料。
本文中，术语“聚合物”包括聚合物，共聚物和三元共聚物，嵌段共聚物和三元共聚物。
本文中，术语“粘性粉末”指一种或多种树脂或(共)聚合物的粉末，其颗粒在大气压力下足够粘性，能粘附到脆性或薄片材料或干燥添加剂。
本文中，术语“wt％”指“重量％”。
对制造粘性粉末有用的组合物可包含一种或多种细微颗粒形式的(共)聚合物或树脂，例如，平均粒度为500微米或更小，或200微米或更小，或100微米或更小，或1微米或更大，或5微米或更大，或10微米或更大的颗粒。涂料或成膜粉末可包含一种或多种热塑性(共)聚合物，一种或多种热固性(共)聚合物或树脂，任选还有一种或多种交联剂和/或一种或多种固化催化剂；一种或多种流动控制剂，以及任选的组分如填料，另外的颜料和着色剂。模模塑粉末末组合物可包含涂料粉末中的任何组分，但是填料或无机颜料的含量最多为如300phr。
适合制造本发明粘性粉末的树脂或(共)聚合物可包括一种或多种在150℃的粘度为100-3000厘泊，较好200-2000厘泊的环氧树脂，聚酯树脂，聚氨酯树脂，环氧/聚酯杂混树脂，丙烯酸类树脂，以及紫外线(UV)固化的不饱和聚酯，如富马酸和/或马来酸与一种或多种多元醇的反应产物，和不饱和官能丙烯酸酯预聚物，如用于涂料的线型脂族聚酯二(甲基)丙烯酸酯。
合适的热塑性塑料可包括下列的一种或多种丙烯酸类聚合物，聚酰胺如尼龙，聚酯如聚邻苯二甲酸二乙醇酯(PET)，氟塑料如聚(偏二氟乙烯)(pVdF)，丙烯酸和pVdF的共混物，以及它们的相容混合物。对食品或医学应用，热塑性塑料可包含脂族聚酯，聚酰胺，聚碳酸酯和聚内酰胺，例如聚(乙烯基吡咯烷酮)(PVP)，聚(ε-己内酯)(PCL)、聚(碳酸丙二酯)、聚(环氧乙烷)，藻酸盐聚合物，硫酸软骨素，羟乙基纤维素(HEC)，糖胶树胶和其它可生物降解的聚合物和共混物，其接枝物和共聚物。
用于制造粘性粉末的热固性树脂或(共)聚合物还可以包含一种或多种固化剂或交联剂。对粘结有用的树脂或(共)聚合物的Tg为30℃或更高，或35℃或更高，较好45℃或更高，到最多为100℃，或最多为80℃，较好最多为70℃。为热固性的树脂或(共)聚合物的熔融温度应足够低，使它们能在远低于其自固化或与交联剂和/或固化催化剂反应的温度下熔融混料。而且，树脂或(共)聚合物应具有比Tg足够高的熔融温度，使得它们不熔融就能粘结到干燥材料上。因此，在一种或多种聚合物或树脂中可包含结晶树脂或聚合物，如线型羧酸官能聚酯或四甲基双酚环氧树脂，其含量小于40phr，或小于30phr，或小于20phr。
在加工树脂或(共)聚合物的混合物时，可加入下面所述量的一种或多种树脂或(共)聚合物作为干燥材料，这些树脂或(共)聚合物的Tg能使它们在加工期间不软化或变粘性，如Tg为100℃或更高。
一种或多种交联剂和/或固化催化剂可适当包含远高于树脂熔点，高出如10℃或更高，较好20℃或更高的温度下基本上固化的任何物质。环氧树脂可通过例如一种或多种的改性和取代的双氰胺，改性或取代的咪唑，多胺如己二胺，酐和其环氧树脂加合物来固化。较好地，环氧固化剂包括环氧固化剂的非结晶环氧加合物如双酚A环氧咪唑，如双酚A环氧苯基咪唑。羟基官能聚酯树脂可用例如多元羧酸，酸官能聚酯，环氧树脂或封端多官能异氰酸酯(如己二异氰酸酯的己内酰胺封端异氰脲酸酯)固化。酸官能聚酯树脂可用环氧树脂，三缩水甘油基异氰脲酸酯(TGIC)或β-羟基烷基酰胺固化。环氧-聚酯杂混物可通过它们的互相反应固化。羟基官能丙烯酸类树脂可用例如封端多官能异氰酸酯，多元羧酸和酸官能聚酯固化。UV可固化树脂可用一种或多种有两个乙烯基醚基的结晶或非结晶聚(乙烯基醚)交联树脂固化。优选的聚(乙烯基醚)交联剂包括二乙烯基醚氨基甲酸酯，它们是2摩尔当量己二异氰酸酯(HMDI)，1摩尔当量二醇如新戊二醇和2摩尔当量羟基烷基乙烯基醚的结晶反应产物，或是2摩尔当量异佛尔酮二异氰酸酯在(IPDI)，1摩尔当量二醇如新戊二醇和2摩尔当量羟基烷基乙烯基醚的非结晶反应产物。
一种或多种固化剂的用量应能足以进行固化，范围如从2phr或更大，或5phr或更大，到最大为50phr，或最大为40phr，或最大为20phr，取决于具体的化学性质和化学计量。一般，一种或多种聚合物或树脂可以和一种或多种固化剂混合，使一种或多种固化剂与各聚合物或树脂的化学计量比在0.66∶1.0至1.5∶1.0范围。在热塑性涂料粉末中，在自固化树脂或(共)聚合物涂料粉末和在催化的树脂或(共)聚合物涂料粉末中，可以根本不存在固化剂。
以涂料粉末组合物总重量为基准，一种或多种树脂或(共)聚合物的总量可高达99.99重量％，或高达99重量％，或高达70重量％，或高达50重量％，以涂料粉末组合物的总重量为基准，成膜量为30重量％或更大，或40重量％或更大，60重量％或更大，或80重量％或更大，或90重量％或更大，或96重量％或更大。
涂料粉末组合物可含有流动控制添加剂，包括但不限于低分子量聚丙烯酸酯和硅氧烷。流动控制添加剂加入量范围为0.1phr或更大，或0.5phr或更大，或1.0phr或更大，到最大为4phr，或最大为2.5phr，或最大为1.5phr。
在制造粉末如模塑粉末或涂料粉末的熔体混合物中可加入其它组分。如果使用，可使用10-120phr的一种或多种填料如陶土，重晶石，另外颜料，或一种或多种薄片外的其它着色剂，如二氧化钛，炭黑，有机酞菁和颜料，空心球颜料或不透明聚合物。可以加入较大尺寸的填料，如平均粒度大于25微米的那些，如硅藻土，硅灰石或碳酸钙，以形成无光面漆或罩面漆(capstock)。为形成无光面漆，可加入量从1phr或更大，或2phr或更大，到最大为50phr，或最大为20phr，最大为10phr的蜡，PTFE，亲有机粘土和酸官能丙烯酸酯(共)聚合物。可加入量为从0.1phr或更大，或1phr或更大，到最大为10phr，或最大为5phr，或最大为2phr的熔体流动助剂，如(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物和脱模剂。还可以加入0.3-4phr的流平剂如苯偶姻和苯偶姻的烷基醚和酯，以及光稳定剂如位阻胺和位阻酚。此外，可加入0.3phr或更大，或2.0phr或更大，或5.0phr或更大，至最大为40phr，或最大为20phr，或最大为15phr的抗腐蚀剂，如磷酸锌和其它金属磷酸盐。可加入0.1-1phr的抗氧化剂，如苯并三唑。
在涂料粉末中可加入从0.1phr或更大，或0.5phr或更大，到最大为1.5phr，或最大为1.0phr的干流动助剂，如热解法二氧化硅和氧化铝，用烷氧基硅氧烷处理的热解法二氧化硅。干流动助剂应通过简单混合后混入产物粉末。为制造涂料粉末，在粘结过程的混合和冷却周期的最后结束时可加入一种或多种干流动添加剂。
需制成粘性粉末，并与一种或多种干燥材料粘结的树脂或聚合物粉末可通过混合树脂，固化剂，催化剂，填料，除干燥材料和干流动助剂外的所有添加剂，然后在高于树脂熔点温度加热短时间如30-120秒，进行熔融混料或挤出来制造，而不发生明显固化。挤出熔融混合物，之后，组合物快速冷却。然后，研磨该组合物，颗粒根据粒度分类，制备适合粘结的粉末。或者，树脂或(共)聚合物粉末，尤其是热塑性塑料粉末可通过喷雾干燥含所需添加剂，但不含脆性或薄片添加剂的树脂或(共)聚合物的任选加热的水分散液或悬浮液来形成。如果热塑性塑料足够硬，含该热塑性塑料的水性混合物可以简单地冷却，脱水和磨碎来制造粉末。否则，树脂或(共)聚合物粉末可以如在挤出机中用超临界流体处理，然后喷雾干燥形成粉末。
干燥材料可以适当包含下列各种材料中的一种或多种薄片颜料，如金属薄片颜料，云母，涂敷金属氧化物的云母如涂敷钴氧化物的云母，以及干涉色颜料；层状硅酸盐，如蒙脱石和页硅酸盐；催化剂，如在形成粘性粉末条件下为惰性的任何催化剂；脆性冷冻干燥材料，如天然调味剂；包胶或分散在脆性材料中的材料，如包胶的液体催化剂；调味剂，气味释放剂，包胶或分散在脆性易碎材料如脱水蔗糖中的药剂或药物，以及在加工中不软化的树脂或(共)聚合物。脆性材料较好与制成的粘性粉末混合。
合适的金属薄片包括铝薄片，也称作铝青铜，可以是很薄的“漂浮型”种类或较厚的应防止漂浮型的非漂浮型种类。还可以使用的其它金属包括镍，青铜，锌，不锈钢，铜，黄铜，合金，以及它们的混合物。合适的非金属薄片可包括云母，尤其是涂敷金属氧化物的云母和干涉色颜料，例如，CHROMAFLAIRTM光干涉色颜料(Flex Products，Inc.，Scanta Rosa，CA)。较好的干燥材料是金属薄片，更好是漂浮型或非漂浮型铝。
其它干燥材料可包含一种或多种与一种或多种粘性粉末加工时保持非粘性的树脂或(共)聚合物。例如，用于形成低光泽面涂层的粉末涂料可包含不饱和聚酯的粘结混合物，该混合物可以制成粘性粉末并粘结到环氧当量重量为700或更大的芳族环氧树脂或(甲基)丙烯酸缩水甘油酯的干燥材料上。
除非另外指出，干燥材料如云母颜料的比例最大达120phr，或最大达60phr，或最大达20phr，并且用量为0.05phr或更大，或0.02phr或更大。一种或多种金属薄片材料量应最多为20phr或更小，或13.33phr或更小，以限制含这些材料的涂料粉末的爆炸危险，同时这些薄片材料用量为0.05phr或更大，或0.02phr或更大，或1phr或更大。金属薄片外的一种或多种杀菌剂，催化剂干燥材料的任何一种的用量应最多25phr，或最多10phr，或最多5phr，并可低至0.001phr或更大，或0.01phr或更大，或0.1phr或更大，或0.5phr或更大，或1phr或更大。
脆性干燥材料和薄片干燥材料在其熔化到涂料粉末颗粒上时可能稍有碎裂。但是，通过最佳控制该粘结加工，使对最后的面涂层的不利影响最小。例如，具有非漂浮型铝的面涂层主要用于闪光效果，其光泽由于铝薄片的碎裂稍微减小。具有漂浮型铝的面漆用于形成镜面状的面涂层，在薄片粘结到含树脂或(共)聚合物粉末加工中，某些情况下面涂层的光泽由薄片的一些碎裂而增强。
本发明方法可以包括下面步骤，在任何能在粉末颗粒间产生摩擦的混合设备中进行混合，使粉末颗粒受热形成粘性粉末，同时测定混合设备的运动部件即混合部件产生的功率或扭矩。在混合的任何时间，可加入一种或多种脆性较小的干燥材料，如层状硅酸盐和漂浮型铝薄片。已减慢或停止混合加热粉末，或减慢到足以防止进一步的粉末受热后，在粘性粉末中可加入一种或多种更脆性干燥材料，如包胶或分散在脆性材料中的添加剂，脆性冷冻干燥材料和非漂浮型铝薄片。在任何情况下，可以减慢混合，或在形成粘性粉末后就减慢和停止混合，然后，较好在较慢速度下，继续或再开始分散粉末和干燥材料，并将它们粘结在一起，但不会进一步加热粘性粉末。实际上，进一步减慢混合应持续到混合物达到55℃或更低温度，较好45℃或更低温度，更好30℃或更低温度，或直到混合物的温度达到比混合物中存在的树脂或(共)聚合物的最低计算Tg至少低10℃，较好低20℃。
特别在使用金属薄片材料时，本发明方法应在惰性气氛如氮气下进行，以使爆炸的危险性最小。
粉末一旦冷却，在涂料粉末组合物中，可以在连续混合下混合一种或多种干流动助剂，连续混合应足够慢，以防止进一步加热粉末。
如果需要减小产品粉末组合物的粒度以供使用，如可以在空气分级磨机或气流粉碎机中将这样的粉末组合物干研磨至所需的平均粒度。涂料粉末的平均粒度范围为从10微米或更大，较好15微米或更大，到最大150微米，或最大70微米，或最大40微米，较好最大25微米。平均粒度较大的涂料粉末对流化床涂装操作是有用的。
合适类型的混合设备可包括能提供将薄片粘结到软化的涂料粉末颗粒所需的剪切并同时防止涂料粉末颗粒团聚的任何混合设备。这样的合适混合设备可包括具有一个或多个旋转混合部件如桨叶的任何形状或类型的混合器，所述旋转混合部件具有足够的功率，将固体材料分散成粘性粉末。合适的混合设备包括具有一个或多个叶梢速度为1m/s或更大的混合部件。混合部件可包括叶轮，混合桨叶，螺旋桨，或它们的组合。例如，任何具有在加热期间使粉末运动的叶轮的混合器都适用于本发明方法。在一个实施方式中，混合设备可包括一个或多个内有一个或多个提供剪切的混合部件的任何形状的混合室。适合的是卧式混合室，但是，立式混合室如锥或鼓形混合室能减少或取代在颗粒间或颗粒和薄片间形成摩擦的加热。合适混合设备的例子包括一个或多个，较好2个或3个安装在立式圆筒或锥形室中的桨叶，它们绕筒体的轴旋转并刮擦室的内壁，使进行混合的全部粉末围绕并沿筒体连续运动。桨叶可以是犁铧头形状，以改善粉末沿筒体长度的混合。
较好地，混合设备包括立式锥体，圆柱体或鼓形混合器，具有一个或多个叶轮或打孔的桨叶混合部件。更好地，混合部件的路径在所有时间都保持在混合室内壁的短距离内，在混合部件通过时刮或扫过混合室的底部或下部表面。将混合部件的路径与混合室内表面分开的合适间隙范围在最大至2cm或更小，或1.5cm或更小，或10mm或更小，或7mm或更小，或5mm或更小。在较大混合设备中这样的合适间隙可以较宽。
举例的立式混合器可从Plasmec Lonate Pozzolo，Italy购得，这类混合器包括液体冷却的混合桨叶；其他的混合器包括从Mixaco(Neuenrade，Germany)，Hosokawa Cyclomix(Osaka，Japan)，Littleford(Florence，Kentucky，USA)购得的那些以及名称为Henschel的那些。
将涂料粉末颗粒和干燥材料颗粒粘结所需的热能可全部由混合剪切产生的摩擦热量来提供；但是，优选混合设备有夹套，以提供外部加热和/或冷却，保持合适的粘结温度。较好的，提供外部加热和/冷却夹套，加热的或冷却的叶轮或桨叶。或者，加热的混合设备配备有一个或多个强制热空气循环进口，在任一个或多个混合部件内或在混合室的壁或底部的加热元件或感应线圈，或通过通入循环或不循环的热空气。在混合器中通过一个或多个强制空气循环进口通入冷空气进行冷却。合适的进口可用于低至中等速率气流，如冷空气或热空气，确保粉末循环通过桨叶。也可通过一个或多个充有冷却液体的冷却混合部件进行冷却。
为测定加工中的混合设备产生的功率或扭矩，将功率计，瓦特计或扭矩计用电子仪器，和任选物理方法连接至混合设备上。合适的仪器可以表示产生的功率，瓦特或扭矩。只要仪器进行适当校正并有适当分辨率来测定功率，瓦特，功或扭矩，该仪器表示的功率，瓦特，功或扭矩的单位和比例如何并不重要。较好地，混合设备配备有自动控制系统的功率计，瓦特计或扭矩计，如包括自动控制回路的过程控制器，电子控制器件，或能使仪器在所需功率，瓦特或扭矩水平切断过程的反馈逻辑器件。例如，根据功率计的输出，自动控制系统改变混合器速度，打开或关闭将任一组分，或液体或气体通入混合设备的阀。具有集成处理控制能力的合适的功率计包括从Load Controls Inc.，Sturbridge，MA购得的瓦特计。
为形成连续或间歇加工的自动化方法，本发明提供具有自动化控制系统的粘结设备，该自动化系统能自由地进行加工中调节控制以及再现该粘结方法。例如，可以将混合和功率测定器件连接在过程控制器上。每个过程控制器可包括一个或多个自动化处理器件，处理每一使用的所需原料。合适的自动化原料处理器件包括气动控制或电子控制的输送，称量和计量装置，如计量空气流化阀或计量粉末加料或空气流化料斗和从储存一直到粘结结束的装有原料的所有管道。任一加工控制器宜包括一个或多个逻辑器件，控制粘结加工，如一个或多个可编程序逻辑控制器(PLC)，包括单回路反馈控制器和多回路反馈控制器，或几个PLC作为分布控制系统(DCS)的部分。或者，连接到粘结设备上的一个或多个电子开关器件能使一个操作者手动监测和控制粘结加工，如通过读取适当的功率或扭矩计和切断或减慢相应的粘结混合设备。
控制粘结设备和设备的所有器件和部件的合适逻辑器件可适当包括装在连接到该设备的计算机或其他数据处理器上一个或多个软件程序和/或连接该设备的线路。较好地，连接到粘结设备的逻辑器件包括一个或多个自动化控制回路。因此，本发明的自动化方法可以在能在加工中和需要保证制造所需产物时，调节工艺参数如原料输入量的设备中进行。更好地，装在或连接到一个或多个数据处理器件如一个或多个计算机上的逻辑器件如通过连接到计算机或数据处理器的线路或无线地，能够远程电子控制粘结方法。
本发明方法中使用的所有信息都可以储存在数据处理器中并进行管理。可以使用任何合适的数据处理器，所述处理器包括具有足够容量的记忆和储存器，储存信息和管理制造几千种粉末组合物的方法。这些数据处理器和逻辑器件可用于管理任何或所有过程控制，如开关和控制器，用于运转各混合器，仪器，其他器件，或粘结加工中使用的任何部件。
操作中，合适的自动化控制系统可进行记录，编目和管理，其中包括制造任何粉末如涂料粉末或组合物所需的原料比例；各组分的平均粒度和每一组合物的粘结产物；混合器速度，混合器类型，制造粘性粉末的混合加工时间，加工温度，压力，相对湿度，以及制造用于特定混合物和混合条件的粘性粉末所需的或过去所用的产生的功率。因此，对给定的粉末产物，过程控制器可以选择组分，计算使用的各组分重量并设定所有工艺参数，然后通过对各混合器或仪器和其所有部件的电子控制，和在加工中通过每一反馈控制回路来自动化管理该加工。
对任何间歇式方法，控制系统可以只使粘结方法自动化，或使粉末形成和粘结方法自动化，如对小批量操作。在连续过程中，控制系统可在延长时间使粉末形成和粘结方法自动化。在典型的粉末形成系统，原料进料和进料控制引到一个或多个挤出机中，挤出机各自引导到冷却装置如水冷却的冷辊上，然后是研磨机，而研磨机引导到进行粘结的混合设备。
本发明的粉末组合物可用于形成涂料，填料，膜层压材料以及成形制品。这样的组合物可以粉末或浆料形式用作粉末涂料，有色成型，有色面漆，如罩面漆和模内涂层的组合物；用作建筑，包装，标签和胶带用的粘合剂，医学用途；用作食品，药品和化妆品用的可成形或成膜组合物，如口香糖，清凉薄荷糖，洁齿剂，假牙粘合剂，透片贴剂，药物递送器件，剂型或赋形剂，外科植入物和缝合用线。
可以将涂料和成膜组合物施涂在金属底材如钢，黄铜，铜，铁和铝，圬工底材如混凝土，含沥青底材如路面，以及热敏木材，胶合板，纤维板如中密度纤维板(MDF)，纸，薄纸板，以及塑料底材上。涂料可用于各种工业产品，如钢卷材，金属管和金属构件，如门和窗的五金件，结构部件，机器部件或面板如标牌；可用于外部可耐候应用，如农业和建筑材料底材如嵌板，或用于马路划线漆；可用于装饰应用，如家具，浴室和厨房设备以及细木家具，或用具。
一个例子中，为在涂层或成型罩面漆或模内面涂层中产生闪光效果，所述方法包括将树脂或(共)聚合物粉末与非漂浮型铝薄片混合在一起制造粘性粉末混合物，同时将它们混合分散在一起，使得由混合设备产生的功率比由混合器产生的最初稳定状态的功率增加5％。另一个例子中，所述方法包括混合树脂或(共)聚合物粉末制造粘性粉末，同时监测功率由所产生的最初稳定状态的功率增加5％，停止或减慢混合，加入漂浮型铝薄片，并通过减慢在一个或多个有水冷却夹套的混合器中的搅拌，冷却下来。
实施例1和2下面的实施例代表本发明的可能用途，但实际上没有实施。
实施例1将4磅含10phr(每100份树脂)β-羟基烷基酰胺固化剂的酸官能聚酯涂料粉末放入5升用于塑料的Plasmec涡轮式混合器，型号TRM-5中。该混合器桨叶转速为1600rpm。显示该混合器产生的功率并输出给可编程序逻辑控制器(PLC)。功率最初增加到6.5瓦，+/-0.2瓦。随粉末达到其Tg，功率在30秒下降到约6.0瓦特，然后功率开始稳定上升到6.5瓦以上。如果混合器继续运行，粉末会凝结成大块，功率瓦特增加到超过该混合器的能力，迫使混合器停止。取而代之的是，当功率达到7.2瓦(比最初产生的稳态功率高10％)时PLC干预。当功率达到7.2瓦时，混合桨减慢到1000rpm，在混合器中加入0.16磅铝薄片颜料。混合器以1000rpm继续2分钟。这一周期结束时，粉末和铝薄片粘结在一起。
实施例2将4磅含10phr双酚A环氧苯基咪唑固化剂的环氧涂料粉末放入5升用于塑料的型号TRM-5的Plasmec涡轮式混合器中。该混合器桨叶转速为1600rpm。显示该混合器产生的功率并输出给PLC。功率最初增加到8瓦，+/-0.2瓦。随粉末接近其Tg，功率在30秒下降到约7.6瓦，然后稳定上升到8瓦以上。如果混合器继续运行，粉末会凝结成大块，功率瓦特增加到超过该混合器的能力，迫使混合器停止。取而代之的是，当功率达到8.8瓦(比最初产生的稳态功率高10％)时PLC干预。当功率达到8.8瓦时，混合桨减慢到1000rpm，在混合器中加入0.16磅铝薄片颜料。混合器以1000rpm继续2分钟。这一周期结束时，粉末和铝薄片粘结在一起。
权利要求
1.一种制造粘性粉末的方法，该方法包括在一个或多个混合设备中混合一种或多种树脂或(共)聚合物粉末，而使所述粉末不团聚，并同时测定由所述混合设备产生的功率或扭矩，所述混合持续到所述测定的产生的功率或扭矩的测定表明所述粉末成为粘性为止。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合还包括在所述粉末中加入一种或多种干燥材料，并混合形成粘性粉末混合物，使所述干燥材料粘附到所述粘性粉末上。
3.如权利要求1所述的方法，该方法还包括在混合所述粘性粉末时，在形成所述粘性粉末之后，减慢或停止所述混合或冷却，加入一种或多种干燥材料，形成粘性粉末混合物，并进一步混合，使所述粘性粉末和所述干燥材料粘结在一起。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述一种或多种干燥材料包含一种或多种(共)聚合物或树脂。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一种或多种干燥材料包含下列材料中的一种或多种薄片材料，层状颜料，层状粘土，催化剂，杀菌剂，低温处理材料，或冷冻干燥材料，以及包胶或分散在脆性材料中的任何材料。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述一种或多种干燥材料包含下列材料中的一种或多种薄片材料，层状颜料，层状粘土，催化剂，杀菌剂，低温处理材料，或冷冻干燥材料，以及包胶或分散在脆性材料中的任何材料。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述一种或多种干燥材料包含一种或多种漂浮型金属材料，一种或多种非漂浮型金属薄片材料，或它们的混合物。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述一种或多种金属薄片材料包含非漂浮型铝薄片，漂浮型铝薄片材料，或它们的混合物。
9.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，对间歇式或连续式加工，所述方法能完全自动化。
10.任权利要求9所述的方法，其特征在于，对加工中控制所述方法，所述方法能完全自动化。
全文摘要
本发明提供制造粘性粉末的方法，包括在一个或多个混合设备中混合一种或多种树脂或(共)聚合物粉末，而使所述粉末不团聚，并同时测定由所述混合设备产生的功率，功或扭矩，所述混合持续到所述产生的功率或扭矩的测定表明所述粉末成为粘性为止。所述混合还包括在粉末中加入一种或多种干燥材料并进行混合，使干燥材料粘附或“粘结”到粘性粉末上。或者，所述方法还包括在混合期间形成粘性粉末时减慢或停止混合，加入一种或多种干燥材料，形成粘性粉末混合物，并进一步混合，使粘性粉末与干燥材料粘结在一起。
文档编号C08J3/12GK1749330SQ20051010992
公开日2006年3月22日 申请日期2005年9月15日 优先权日2004年9月15日
发明者J·C·奥尼尔, A·萨拉弗纳斯, S·M·斯尼德 申请人:罗门哈斯公司