流动特性提高的近红外辐射固化粉末涂料组合物的制作方法

专利名称：流动特性提高的近红外辐射固化粉末涂料组合物的制作方法
技术领域：
本发明的目标是流动特性提高的可以用NIR(近红外辐射)固化的粉末涂料组合物。本发明的目标尤其是可以用NIR固化的深色环氧树脂基粉末涂料组合物。
背景技术：
粉末涂料已广泛用来涂布金属底物以使底物具有装饰性或功能性罩面涂层。如此广泛的应用很大程度上是因为粉末涂布法本身增长的经济生命力，同时也由于该涂布方法对环境的有利影响。已经为许多不同的应用开发了众多的粉末涂料配方和涂布方法。但是，迄今为固化粉末涂料发展的方法要求先熔化沉积在底物上的粉末涂料，方法是加热到粉末涂料配方的玻璃化转变温度或熔点以上。一般用来加热粉末涂料配方的传统热源包括，例如，对流烘箱、红外辐射源或它们的组合。
然后固化熔融的粉末涂料。在热交联体系的情况下，粉末涂料一般靠加热到140～200℃的温度下保持约10～30分钟而固化。粉末涂料一般是通过涉及，但不限于，环氧基、羧基或异氰酸酯基的加成反应而交联。此外，有些粉末涂料还能通过用自由基机理使双键聚合而交联。
用高温来热固化粉末涂料存在缺点；例如，用高温来固化就不允许使用温度-敏感表面，如木材或塑料，而且当使用金属表面时，需要高能输入。
US专利6,458,250提出用近红外辐射(NIR)来固化涂料以及US专利6,541,078提出用NIR辐射来固化涂布在非金属底物上的粉末涂料。术语“NIR辐射”，如本文所用，是指波长为760～1500nm的高强度辐照。但是，利用NIR辐照来固化黑粉末涂料组合物时带来一些缺点。常用于黑色或深色粉末涂料组合物中的炭黑吸收NIR辐射并使粉末涂料在能完全流过且湿润它所涂表面之前就达到了其固化温度。结果使罩面涂层具有，例如，过多的桔皮皱纹和/或不合格的平滑度和光泽度。
本发明的目标是新型粉末涂料组合物，这种组合物能用NIR辐射固化且能用于热敏底物上，并形成桔皮皱纹明显减少且具有优良平滑度和光泽度的罩面涂层。

发明内容
本发明包含粉末涂料组合物，它包含下列组分的均质混合物(a)至少一种成膜NIR辐射固化树脂；(b)至少一种占该粉末涂料组合物总重量1.0～20.0重量％的NIR反射颜料；和(c)至少一种其用量能有效地使所述粉末涂料组合物固化的固化剂；其中，组分(a)、(b)和(c)在混合在一起之前不反应。
具体实施例方式
通过阅读以下的详述，本领域的普通技术人员将更容易理解本发明的特点和优点。值得重视的是，为清楚起见在以上和以下各实施例内容中所述的本发明的这些特点，也可组合地体现在单个实施方案中。相反，为简明起见在单体实施方案中所述的本发明的多个特点也可以分别或以任何亚组合体现出来。此外，单数名词也可包括复数(例如“一个”，可以指一个，也可以指一个或多个)，除非文中特别说明。
本申请中所规定各种范围内的数值的用法，除非另有明确说明，都是指近似值，正如所述范围内的最小值和最大值前都有“约”字。因此，能用所述范围以上或以下的小变化来基本达到与范围内数值相同的结果。此外，公开的这些范围拟指包括最小值与最大值之间所有值的连续范围。
本文参考的所有专利、专利申请和出版物都全文引于此供参考。
意外的是，已经发现，由于NIR辐射和本发明中基于靠NIR辐射通过加成和缩合反应能自由基聚合和可交联的粘结剂体系的新型粉末涂料组合物的固化，获得的涂料具有更好的流动性并迅速而完全地固化成平滑和高光泽的罩面涂层。
按照本发明，所用的NIR辐射是波长范围为约760～约1500nm，优选760～约1200nm的红外辐射。NIR辐射的光源包括，例如，能作为平面、线或点源发射光的NIR辐射发射器。这种NIR辐射发射器有商品可购(例如，购自Adphos)。它们包括，例如，高性能卤光发射器，强度(单位面积的光输出)一般大于10kW/m2，例如，15kW/m2，优选100kW/m2～1000kW/m2。例如，光发射器的光发射器表面温度(灯丝温度)达到2000°K以上，优选2900°K以上，例如2000～3500°K的温度。适用的光发射器的发射光谱的最大值在760～1200nm之间。一般而言，组合物经受的总辐照时间是，例如，0.5～300s，优选1～30s。
该新型粉末涂料组合物含40～90重量％，优选60～90重量％至少一种成膜NIR辐射固化树脂，如环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、环氧聚酯树脂或聚硅氧烷树指；2～50重量％固化剂，优选1～50重量％；1～40重量％颜料和/或填料，优选1～20重量％；3～20重量％至少一种NIR反射颜料，优选5～15重量％；0.1～1重量％交联催化剂和任选地，其它辅助剂和添加剂。所有上述重量％均以新型粉末涂料组合物的总重量为基准计算。
上述NIR辐射固化树脂含有环氧、OH、COOH和RNH基作为成键功能基。一种特别适用的树脂包含表氯醇和双酚A的环氧树脂，其环氧当量为200～2500。另一种适用的树脂包含至少50重量％聚酯型树脂。能使用的合适交联树脂包括，但不限于，二-和/或多官能度羧酸、双氰胺、酚醛树脂、氨基树脂和/或异氰酸酯。
本发明的粉末涂料组合物含传统的粘结剂固化剂，如低分子量聚酯树脂、环氧和/或羟烷基酰胺固化剂，和/或二聚异氰酸酯、双氰胺固化剂、羧酸固化剂或酚醛固化剂，或含羧酸或羧酸酐固化剂的环氧官能化丙烯酸酯树脂。
按照本发明，环氧树脂固化剂的实例是含羧基的固化剂；含酰胺和/或胺基的固化剂，如双氰胺及其衍生物；羧酸以及酚醛树脂。
为了使组合物带色，本发明的新型粉末涂料组合物含1～50重量％颜料，它们可以是传统的有机或无机颜料，包括炭黑或染料以及金属和/或非金属特殊效果赋予剂在内。但是，为了提供均匀固化成平滑的带光泽罩面涂层，需要至少一种占粉末涂料组合物重量1～20重量％的NIR反射颜料。这类颜料反射1％～80％NIR辐射，取决于具体波长。颜料的NIR反射特性可从制造厂文件中查。
能用来形成本发明新型粉末涂料组合物的一般适用的NIR反射颜料如下“Artic”颜料-黑376、黑411和黑10C909，Shepherd ColorCompany，Cincinnati，Ohio制造，和“Eclipse”颜料-黑10201和黑10202，Ferro Corporation，Cleveland，Ohio制造。
“Artic”颜料-黑376、黑411和黑10C909是由无机材料的高温煅烧合成的颜料。
”Eclipse”颜料-黑10201和黑10202也是由无机材料的高温煅烧合成的颜料。
按照本发明的粉末涂料组合物可含有传统粉末涂料技术中常用的组分作为其它组分，如脱气助剂、流动控制剂、流平剂、结构改进剂和光稳定剂。粉末涂料组合物优选含有所述量的上述交联催化剂。添加剂的用量是，例如，粉末涂料组合物重量的0.01～10重量％。
按照本发明，可用的粉末涂料可以用传统方式生产，如用非挤出/研磨法，由超临界溶液喷雾生产粉末、NAD“非水分散体”法或超声驻波原子化法或已知的挤出/研磨法。
本发明的粉末涂料与底物表面有很好的粘结性，此外，还有更好的流动性和耐NIR辐射源引起的过热性。
粉末可以用已知的静电喷雾法，例如，用基于喷枪的电晕或摩擦原理或用其它合适的粉末涂布法，例如，以水分散体(粉末浆料)形式或宽带展涂法涂到要涂布的底物上。如果用水分散体法，则最好用NIR辐射除去分散体内的水份。
本发明的粉末涂料组合物特别适合于覆盖和涂布厚壁比例，如厚度为3mm或更大的金属底物。可用的底物是，例如，铝、钢之类的金属、玻璃、陶瓷以及木材或塑料表面。特别是，也可以用本发明的新型涂料组合物涂布厚壁三维物体。
按照本发明，可以直接覆盖或涂布金属底物表面，但也可以在覆盖或涂布之前，通过如磷化或铬化步骤，预涂布无机防腐层。
新型涂料组合物的固化可以间歇法或连续法进行。在连续操作的情况下可以，例如，让已涂布底物从一个或多个静止NIR辐射源下通过。但是NIR辐射源也可以是移动的。
为了强化辐照，NIR辐照可以与传统的热源如红外辐射或对流烘箱组合使用，任选地与另外的反射器系统和/或镜头系统一起使用。
更进一步，在管子、增强混凝土的金属部件或结构部件上也可以涂布功能化涂料，以及涂料可涂布到无法在烘箱内加热的大部件，如钢结构、桥梁或船舶上。
新型粉末涂料组合物也可用于把粉末涂料高速涂布到，例如，金属或薄膜上。实例是，例如，涂布速度＞50m/min的卷材料涂装法。
本发明的新型粉末涂料组合物在单一工艺步骤中熔化并以短固化时间固化，而且在熔化和固化过程中在底物上提供更均匀的涂层。由于处理NIR辐射源的简单性、粉末层的固化时间短和选择性加热以及涂层质量更好，使本发明的粉末涂料适用于因被涂布物体尺寸非常大迄今尚不可能应用粉末涂布法的构件，如钢结构(桥梁、摩天建筑、造船、工业设备等)。
实施例本发明还要在下列实施例中进一步定义。应该理解，这些实施例仅为说明而给出。从以上的讨论和下列实施例，本领域内的技术人员能把握本发明的基本特性，而且能对本发明作各种变更和修改，使之适应于各种应用和条件，而不偏离本发明的精神和范围。因此，本发明不受本文下面列举的说明性实施例限制，而由本文后面所含的权利要求定义。
实施例1制备下列粉末涂料组合物1～3，方法是将各组分装进挤出机并研磨和过筛所得组分的共混物以形成可喷雾粉末涂料组合物

Epon2002是带缩水甘油基功能基的双酚A基树脂，其环氧当量为675-760当量/g，由Resolution Performance Products，LLC，Houston，TX制造。Crylcoat340是酸值为71的羧基官能化聚酯基树脂，由UCB Chemical Corp.，Smyma，GA制造。Modaflow6000是提高流动性的添加剂，由Signet Chemical Corp.，Mumbai，India制造。Oxymelt A4是为促进薄膜脱气而设计的添加剂，由EstronChemical Inc.，Calvert City，KY制造。Castorwax是氢化蓖麻油衍生物，由Caschem Inc.，Bayonne，NJ制造。Raven 450是炭黑颜料，由Columbia Chemicals Company，Marietta，GA.生产。Bartex80是硫酸钡材料，由TOR Minerals International Inc.，Corpus Christi，TX生产。
在本实施例中所用的所有上述组合物1-3配方都由用来形成粉末涂料组合物的传统技术转化成了粉末涂料。即在操作转速为300rpm和各区段温度为60℃的ZSK双螺杆挤出机内剧烈混合各涂料配方的组分。在Bantam研磨机内研磨挤出物并用80目筛网过筛。所得粉末涂料组合物的颗粒尺寸范围为2μm～250μm，平均颗粒尺寸为75μm。然后用Corona粉末喷枪以静电法在1/4英寸×4英寸×4英寸钢板上以均匀膜厚涂布该粉末涂料。然后用NIR超燃发射器以50％功率将该板在NIR辐射(760nm～1200nm)中曝光50～70秒，由此产生的能量密度为450kW/m2。NIR发射器是钨丝灯，长25cm，功率为250W(“低燃”)～2000W(“超燃”)。为本试验，灯以阵列布置，升到钢板以上75mm处。NIR发射器和设备由Adphos Inc.，of Germany供应。
粉末涂料组合物1是用炭黑颜料配方的对比组合物。该粉末涂料在板上疙疙瘩瘩且未完全覆盖钢板，还具有不合格的外观。粉末涂料组合物2～3形成平滑而均匀的罩面涂层，且覆盖整个板面并具有合格的外观。
权利要求
1.一种粉末涂料组合物，它包含下列组分的均质混合物(a)至少一种成膜NIR辐射固化树脂；(b)至少一种占该粉末涂料组合物总重量1.0～20.0重量％的NIR反射颜料；和(c)至少一种其用量能有效地使所述粉末涂料组合物固化的固化剂；其中，组分(a)、(b)和(c)在混合在一起之前不反应。
2.权利要求1的粉末涂料组合物，其中NIR辐射固化树脂选自下列一组环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、环氧聚酯树脂，或聚硅氧烷树脂。
3.权利要求2的粉末涂料组合物，其中NIR辐射固化树脂包含环氧树脂。
4.权利要求3的粉末涂料组合物，其中NIR反射颜料包含一种能反射1％～80％NIR辐射的黑颜料。
5.权利要求4的粉末涂料组合物，其中环氧树脂包含表氯醇和双酚A，其环氧当量为200～2500。
6.权利要求5的粉末涂料组合物，其中环氧树脂的固化剂包含胺固化剂。
7.权利要求2的粉末涂料组合物，其中NIR辐射固化树脂体系包含至少50重量％聚酯型树脂。
8.权利要求1的粉末涂料组合物，它包含下列组分的均质混合物(a)表氯醇和双酚A的环氧树脂，其环氧当量为200～2500，(b)占该粉末涂料组合物重量1～20重量％的颜料，该颜料包含一种能反射1～80％NIR辐射的NIR反射颜料。
9.涂有权利要求1的组合物的固化层的底物。
10.在底物上涂布权利要求1的粉末涂料组合物并用NIR辐射使该组合物固化的方法。
全文摘要
本发明公开粉末涂料组合物，它包含下列组分的均质混合物(a)至少一种成膜NIR辐射固化树脂；(b)至少一种占粉末涂料组合物总重量1.0～20.0重量％的NIR反射颜料；和(c)至少一种其用量能有效地固化所述粉末涂料组合物的固化剂；其中，组分(a)、(b)和(c)在混合到一起之前不反应，以及粉末涂料组合物靠NIR辐射固化。
文档编号C08K3/00GK101068891SQ200580004551
公开日2007年11月7日 申请日期2005年2月9日 优先权日2004年2月11日
发明者O·H·德克, C·N·迈尔 申请人:纳幕尔杜邦公司