新型粉末着色系统的制作方法

专利名称：新型粉末着色系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及粉末组合物及其制造和使用的方法。
背景粉末涂料可以替代传统基于液体的涂料及油漆。基于液体的系统非常易于染色(tint)及着色(color)从而产生所需颜色。但是，对基于粉末的系统来说，这不一定总是正确的，原因在于粉末的制造方法及应用方法。
通常用多步法制造粉末涂料。干混各种成分(可包括树脂、固化剂、颜料、添加剂及充填剂)而形成预混合料。然后把此预混合料送进挤出机中，通过热、压力及切应力的联合作用熔化并彻底混合各成分。由于在挤出期间各成分熔化混合，所以各种颜色的颜料可混合在一起而生成一种均匀的颜色。冷却挤出物且然后碾成粉末。根据所需涂料的最终用途，通常通过调节碾碎条件从而得到中值粒径(median particle size)为约25微米-150微米的粉末。
可通过多种方法包括使用流化床和喷雾涂布器将最终粉末应用到物品上。静电喷涂是最常用的方法，其中微粒带静电电荷且喷涂在涂过底层的物品上使粉末微粒吸附并黏着在物品上。涂布后，加热此微粒。此加热步骤导致粉末微粒熔化并共同流动而涂布到微粒。任选的，持续加热或另外加热可用来固化涂料。已经发现且可使用其他替代方法例如UV固化。
粉末涂料不同于液体涂料的特性和缺陷是如果两种不同颜色的粉末涂料混合在一起，最终生成物通常具有散斑外观而不是形成均匀的颜色。例如，如果白色粉末涂料与黑色粉末涂料混合，或被黑色涂料污染后应用，此最终涂层将具有黑色和白色散斑表面而不是具有最终均匀的灰色。
这种粉末涂料的特性与粉末涂料制造的经济性密切相关，即各种粉末组合物必须与其他粉末组合物分离。但是，从一种粉末涂料组合物迅速并便宜的转变为另一种是困难的。在所有制造阶段中改变组合物要求产品从一批着色粉末与下一批粉末完全分离。对于挤出机，通常需要彻底清洗设备且然后送进下一种组合物直至其稳定。而这会浪费时间及产生废品。对于研磨器，必须清洗整个碾磨系统。这就通常需要大拆大卸及清洗所有碾磨设备和有关管道系统，然后重新组装，这是一种耗时及高劳动强度的工作。不能完全清洗设备将导致第二种粉末着色组合物内具有第一种着色组合物的散斑。
为从生成一种颜色转换为另一种颜色的清洗过程在小批量专用颜料生产中特别繁重。小批量生产清洗过程比挤出和碾磨该批颜料耗费更多时间和劳力并不稀奇。
当客户要求一种定制的颜色粉末涂料时就产生一个相关问题。如果最初产生的颜料不能符合所要求的颜色，其必须添加颜料或材料再送进挤出机。这就要求重复整个过程包括清洗过程。或者，可丢弃此批且重新制得适当的颜色匹配的全新批次。
由于所有这些原因，生产少量的任何特定粉末涂布颜料是困难的、耗费时间的及昂贵的。生产大量的几乎没有变化的相同颜料是特别优选的。但是由于粉末涂料所有的优势，粉末涂料越来越被接受。应用范围的不断扩大进而导致需要更多种类的颜料。
发明概述在一个方面中，本发明迅速且费用合理的制备几乎所有种类的粉末涂料组合物。通过将颜料及其他所需添加剂混合进粉末中实现。一个进一步的益处是其使不同加工步骤的运行最有效率及最有效。另一个益处是可最大程度降低中间物质的数目同时最大限度得到最终产物的范围。本发明提供了一种将与库存和清洗有关费用降到最低的有效的制造方法。
在另一个方面中，提供了一种方法，包括提供至少一种基础粉末，提供至少一种稳定的着色剂分散体，且混合此基础粉末和着色剂分散体而形成一种着色混合物。在一个优选的实施方案中，处理此混合物产生自由流动的着色粉末。
本发明的又一个方面是一种方法，包括提供至少一种基础粉末，提供至少一种稳定的着色剂分散体，其中每种分散体包含至少一种颜料和染料、载体和分散助剂；或染料溶液，包括染料或载体，且混合此基础粉末和着色剂分散体而形成一种着色混合物。
本发明的另一个方面是一种方法，包括提供至少一种粉末，提供至少一种稳定的着色剂分散体，其中着色剂分散体包含载体中的至少一种颜料和染料，且混合此基础粉末和着色剂分散体而形成一种着色混合物，其中此混合物包括成膜聚合物。
本发明的另一个方面是一种粉末涂料的方法，包括提供至少一种基础粉末，提供至少一种稳定的着色剂分散体，混合此基础粉末和稳定的着色剂分散体而形成一种着色混合物，处理此混合物形成自由流动的着色粉末，此着色粉末应用到底材，且加热此着色粉末而在底材上形成粉末涂层。
本发明的又一个方面是一种组合物，包含核心颗粒和核心颗粒周围至少部分外壳(shell)，其中外壳包括染料或颜料微粒及分散助剂。
下文详细描述了一种或多种实施方案及发明的各方面。发明的其他特征、目的和优势随说明书和权利要求的展开而逐渐明朗。
发明详述在一个方面提供了一种方法，包括提供至少一种基础粉末，提供至少一种稳定的着色剂分散体，且混合基础粉末和着色剂分散体从而形成一种着色混合物。在一个优选的实施方案中，处理此混合物产生一种自由流动的着色粉末。
通常使用的适当的基础粉末包括至少一种聚合物粘合剂。它们也可任选包括一种或多种着色剂，并任选包括一种或多种其它添加剂。合并这些成分且在装入挤出机前混合。
适当的聚合物粘合剂通常包括成膜性树脂及任选的树脂的固化剂。粘合剂可选自任何树脂或提供所需成膜性质的树脂的组合。适当的聚合物粘合剂实例包括热固性和/或热塑性材料，且可用环氧树脂、聚脂、聚氨基甲酸酯、聚酰胺、丙烯酸树脂、聚氯乙烯、尼龙、氟化聚合物、硅树脂、其它树脂或它们的组合制备。优选的粘合剂实例包括下列用环氧化物官能化合物例如异氰脲酸三缩水甘油酯(TGIC)固化的羧基官能聚酯树脂，用聚合物环氧树脂固化的羧基官能聚酯树脂，用羟基烷基酰胺固化的羧基官能聚酯树脂，用嵌段异氰酸酯或尿丁酮固化的羟基官能聚酯树脂，用胺例如双氰胺固化的环氧树脂，用酚官能树脂固化的环氧树脂，用羧基官能固化剂固化的环氧树脂，用聚合的环氧树脂固化的羧基官能丙烯酸树脂，用嵌段异氰酸酯或尿丁酮固化的羟基官能丙烯酸树脂，通过游离自由基反应固化的不饱和树脂，及作为单独粘合剂使用或与有机树脂组合使用硅酮树脂。可通过热诱导或通过暴露于射线(例如UV、UV-Vis、可见光、IR、近IR及E-光线)诱导任选的固化反应。
此最终基础粉末可为澄清或着色，半透明或不透明。澄清基础粉末没有添加着色剂，且用于暗色及用于金属或珠光表面处理剂。染料和颜料都可用作着色剂。着色基础粉末含有足量的颜料或染料而诱导一定程度的不透明度，且用于其中所需颜料的基本部分已经包括在基础粉末中的色料。虽然许多种无水颜料可用于颜料基础粉末，但是最普遍和广泛使用的是二氧化钛白。
此基础粉末可任选包括其它添加剂。这些其它添加剂可改善粉末涂料的应用，涂料的熔化和/或固化，或最终涂料的性能或外观。可用在基础粉末的任选添加剂的实例包括固化催化剂、抗氧化剂、颜色稳定剂、润滑添加剂和mar添加剂、UV吸收剂、受阻胺光稳定剂、光引发剂、电导率添加剂、摩擦起电(tribocharging)添加剂、抗腐蚀添加剂、充填剂、惰性颜料、纹理剂(texture agents)、脱气添加剂、流量控制剂、触变胶及边缘覆盖(edge coverage)添加剂。
聚合物粘合剂和任何可选添加剂干混在一起，然后通常装入挤出机。然后研磨所得挤出物而形成粉末。也可使用其它方法。例如一种可选择方法是使用溶解在液态二氧化碳中的粘合剂。在该方法中，无水成分混合进液态二氧化碳且然后喷雾而形成基本粉末颗粒。
所得粉末大小通过应用方法可有效使用。实际上，小于10微米的颗粒使用常规静电喷雾方法非常难于有效应用。就光滑涂饰而言，优选粒径最高达到150微米，中值粒径为45微米。就织纹涂饰而言，优选粒径最高达到300微米，中值粒径为60微米。
可制备适当的基本粉末，或可自各个供应商包括Valspar、AkzoNobel、Rohm & Haas、Sherwin Williams和H.B.Fuller得到。
着色剂分散体包括颜料分散体、染料溶液及其组合。适当的着色剂分散体包括固体染料、染料溶液、含有分散助剂的染料溶液、固体形式分散助剂中颜料、载体中颜料及分散助剂，以及载体中颜料和染料和分散助剂。
在无水形式中，大多数颜料为高度聚结的，包括通过物理作用力结合的原始粒子的簇。为了制成稳定的颜料分散体，无水颜料通常与分散助剂和载体结合。然后为克服颜料聚结的结合力将机械能施加到混合物上。所得稳定的颜料分散体由封装于悬浮在载体介质中的分散助剂内的各个颜料颗粒组成。由于与原始无水颜料高度聚结状态相反，这些颜料颗粒理想地降到其初始粒径。
可使用多种有机颜料或无机颜料。适当的颜料包括二氧化钛、碳黑、氧化铁红、氧化铁黄、生赭土、酞菁蓝、酞菁绿、萘酚红、甲苯胺红、多种有机黄(organic yellows)、咔唑紫及喹吖啶酮。本质上以无水粉末形式使用的任何着色颜料也可考虑使用在着色剂分散体中。市售着色剂分散体中使用的颜料的代表性目录可在描述Degussa销售的CovonTM着色剂的产物文献中找到。
适当的颜料中值粒径是约0.01微米-约4.0微米，且优选约0.04微米-1.0微米。典型的有机颜料的中值粒径小于0.3微米。二氧化钛颜料中值粒径通常为0.3微米-0.5微米。通常氧化铁红颜料的中值粒径为0.2微米-0.6微米。碳黑的中值粒径约0.07微米，而通常酞菁蓝的中值粒径约0.05微米。
或者，着色剂分散体可在载体而非颜料分散体中包括染料。染料是一种能溶解在载体溶液中且因而溶解在载体中的着色剂。可从多个供应商包括Sandoz及Ciba Specialty Chemicals购买适当的染料。另外，着色剂分散体可包括一些颜料、染料及分散助剂的组合。
本发明中使用的适当的载体包括例如水、有机溶剂、或其组合。在一个优选的实施方案中选择载体以预防或最大程度减少基本粉末组分的不需要的熔化或软化。一些适当载体的实例包括水、脂肪族溶剂例如矿物精(Mineral spirits)、VM&P石脑油、己烷、庚烷和辛烷。优选的载体溶液包括水，且水是最优选的。优选的水溶性载体是容易处理的、可燃性降低的且对工人接触影响减少的，且对环境影响减小的载体。
适当的颜料分散体优选包括分散助剂。这种分散助剂可选自长时间维持分散体稳定性的任何原料。适当的分散助剂包括一种或多种树脂、聚合物、单体、低聚体或表面活性剂。典型的分散助剂是维持分散体稳定性的能溶解在载体中的表面活性剂或聚合物。一些有用的分散助剂包括月桂基硫酸钠、丙烯酸胺、丙烯酸羧酸酯、丙烯酸脂聚合物、烷基酚聚氧乙烯醚及烷基酚聚氧丙烯醚(alkylphenolpropoxylates)。染料溶液也可包括分散助剂。
在稳定的着色剂分散体中使用的着色剂可选自颜料、染料或其组合。着色剂分散体可为任何色调或颜色。其可为澄清、透明、半透明或不透明。虽然通常优选易于测定和处理的液体，但是分散体可为液体、膏剂、凝胶、糊剂或固体。可在与基本粉末混合前制备着色剂分散体，或可购自许多商品供应商。固体预分散形式的颜料可得自Sun Chemical商品名Surpass Specialty Paint FlushTM，CibaSpecialty Chemicals商品名Microlean-UATM及其它。固体预分散颜料也可与适当载体混合且用作液体着色剂分散体。适当的市售液体颜料分散体可得自多个供应商包括Valspar Corporation(通过其子公司EPS/CCA)商品名NovacolorTM，及得自DeGussa Corp商品名CovonTM或AquatrendTM。糊剂形式的着色剂分散体可得自Penn Color商品名AquacolorTM。
适当的液体着色剂分散体包括按重量约4％-80％的颜料，按重量3％-30％的分散助剂和其余的载体。优选的分散体包括按重量5％-70％的颜料，按重量5％-25％的分散助剂和其余的载体。更优选的分散体包括按重量5％-70％的颜料，按重量7％-22％的分散助剂和其余的载体。
因为颜料或染料均匀分散到各处，着色剂分散体本质上是稳定的。沉降发生的速度非常慢，所以分散体长时间保持均质，优选至少4小时，且更优选24小时或更长时间。着色剂分散体避免颜料颗粒结块，且超过长约6个月的时间无不可逆沉降或颗粒凝结，优选达到1年或更长时间。在长时间储存期之后，可轻轻混合、搅拌或轻微震荡而使着色剂分散体恢复均匀一致。
所得着色剂分散体的特征是可重现着色强度。这种稳定性使分散体按重量或体积预混合且分散。这个性质允许制备可靠且可重现的标准用于计算机化配色，及制成可预计的、始终如一地着色粉末组合物。通过使用可测量体积的着色剂分散体可将能预计量的颜料导入过程中。或者，可按重量，或按任何其它体系例如使用时间和流速，或任何其它静态(static)或过程测定体系测定分散体。
任选的，其它添加剂可使用在本发明中。如上述讨论的，这些任选添加剂可在挤出前加入且成为基础粉末的一部分，或在挤出后加入。在挤出后添加的适当的添加剂包括如果挤出前加入不易操作的原料，将导致挤出设备额外损耗的原料，或其它添加剂。另外，任选添加剂包括在挤出期间易于加入但是延迟加入更理想的原料。可单独加入或与其它添加剂组合加入添加剂而提供对粉末涂饰或粉末组合物的所需效果。这些其它添加剂可改善粉末的应用，熔化和/或固化，或最终性能或外观。可使用的任选添加剂的实例包括固化催化剂、抗氧化剂、颜料稳定剂、润滑添加剂和mar添加剂、UV吸收剂、受阻胺光稳定剂、光引发剂、电导率添加剂、摩擦起电(tribocharging)添加剂、抗腐蚀添加剂、充填剂、惰性颜料、纹理剂(texture agents)、脱气添加剂、流量调节剂、触变胶及边缘覆盖(edge coverage)添加剂。
在这个步骤合并的其它优选添加剂包括金属效果颜料，例如干铝片、珠光颜料、云母及青铜颜料。最优选经该方法加入的铝和青铜颜料的等级包括经高度表面处理的等级，其中包括特别设计的用于粉末涂料或水溶性液体涂料的等级。这些原料的一些供应商包括MD-Both和Eckart。
其它优选的添加剂包括性能添加剂例如橡胶化剂(rubberizers)、减阻剂及微胶囊。另外，添加剂可为研磨剂、催化剂、热敏感剂(heatsensitive)，或帮助生成多孔性最终涂料的试剂。同样可加入改善基础粉末湿度的添加剂。
混合一种或多种基础粉末，一种或多种着色剂分散体，及任何任选的添加剂。在混合期间也可加入任何适当类型的添加液体。如果使用，这种添加液体优选水。可通过任何可行的机械搅拌器或通过手动混合完成混合。可能的搅拌器的一些实例包括Henschel搅拌器、Mixaco搅拌器及水平轴搅拌器(horizontal shaft mixers)。优选的搅拌器包括最容易清洗的那些。最优选换罐式搅拌器，或在实际运输容器中混合。
混合步骤优选在低于40℃下进行，且更优选低于30℃，且在温和条件下进行。因为使用着色剂分散体，热及高切应力在混合中不必要也不需要。着色剂分散体、任何任选的添加剂和基础粉末混合在一起从而制得充分均匀混合物。通常，在搅拌器或Henschel搅拌器中将各组分搅拌在一起，持续时间小于1分钟而提供必要的混合。理想的，不管使用什么特定混合设备，应选择混合时间及rpm以使粒子大小仅有微小的改变。混合步骤目的是为了用着色剂涂布基础粉末颗粒，而不是为了引起粒径显著变化。所得混合物可具有多种外观。其可保留具有湿砂(wet sand)粘稠性的大部分固体形态，或可为粘稠浆状物，或甚至可为液体。混合时产物的物理形式大体上通过着色剂、载体、另外加入的液体及使用的基础粉末的比例测定。
混合后，载体可自粉末清除。所需终产物为自由流动粉末。载体的清除包括改变载体状态，反应载体，蒸发载体或其它方法。优选干燥粉末。类似于混合，干燥通常在温和条件下进行，且温度优选小于40℃，且甚至更优选小于30℃。在所有条件下，干燥应低于基础粉末软化点进行。基础粉末软化点是粉末颗粒加热到颗粒变为发粘及胶粘的温度点。
在一个实施方案中，可在开放容器中干燥原料。更优选的，原料平铺开，或以其它方式更全面暴露干燥。任选的，干燥空气或其它气体可吹过或穿过原料而加速干燥过程。或者，可使用一定水平真空加速干燥过程。在另一实施方案中，干燥通过流化床完成。可在分离方法容器中或在混合容器中使用流化空气加速干燥过程。在又一个实施方案中，可在一次性运输容器中完成混合及干燥步骤。通常，中间体混合物越潮湿干燥时间越长。由于原料无水，其变得更加自由流动。对于自由流动性的讨论和一般定义可在PowderCoating Institute Technical Brief#24中找到。
如果清除载体后出现结块，过筛、碾磨、球磨、鼓风机(airblowers)、振荡或其它方法可清除结块。优选使用过筛。根据所需粉末属性，使用的筛子具有所需目数或孔径。通常，对光滑涂饰来说，筛子筛目大小为约75微米-约150微米。更大的筛目大小例如高达300微米可用于制备一些织纹涂饰。
当使用筛时，无水原料将通过筛子，而任何原料结块不能通过筛到达最终产物上。这些可为原料的柔软不完全干燥结块，或颗粒的硬块。筛分使加工过程继续而不要求所有混合物均匀无水，且也帮助维持连贯的最终产物。筛分进一步从过程的总体上最优化干燥步骤。
本发明的一种示例方法是选择一种或多种基础粉末和一种或几种稳定的着色剂分散体。通过倾倒、喷雾或任何手动、机械或自动的方法向基础粉末加入此稳定的着色剂分散体。可加入其它任选添加剂。可通过倾倒、喷雾或任何手动、机械或自动的方法完成。添加着色剂分散体前或后可与基础粉末合并，或者可在添加着色剂分散体前与着色剂预混合。可加入另外的可与用作稳定着色剂分散体的液体相同或不同的液体。例如，可加入少量水以改善混合。可通过倾倒、喷雾或任何手动、机械或自动的方法完成。混合此附加任何添加剂的基础粉末或使其均匀分布。在某些实施方案中，混合可与任何添加同时进行，其可避免另外的或分离的混合且将为混合物提供所需均匀度水平。混合后，可干燥且可筛分原料。
在一个优选的实施方案中，稳定的着色剂分散体包括颜料及分散助剂。在这种分散体中分散助剂包围着颜料颗粒，其阻止颜料颗粒结合。在典型制剂中，稳定的着色剂分散体与基础粉末混合后，颜料颗粒比基础粉末颗粒更多。由于清除了载体，周围的颜料颗粒具有结合到基础粉末颗粒的趋势。由于许多颜料颗粒粘在每个基础粉末颗粒上，这就开始在核心颗粒的表面至少形成着色剂的部分层，更优选形成着色剂的基本上全层。这就形成部分或完全的似壳结构(虽然已经认识到“似壳结构”不一定是连续层，但可以是离散微粒不连续层或着色颗粒岛屿)。
虽然不希望局限于任何理论，但目前有效证据表明一旦向基础粉末加入着色剂分散体，着色剂分散体中着色剂即在基础粉末颗粒表面形成涂层。确信着色剂分散体中其它组分松散结合颜料颗粒和基础粉末。目前有效证据指明通常与每个核心基础颗粒结合的颜料颗粒的数量会根据基础粒径、颜料/染料粒径及使用的颜料/染料的量而发生变化。在下表中可看出这点，其使用直径32微米的基础粒径计算。

然后可使用常规方法包括喷雾、静电喷雾、流化床等将完成的粉末应用到底材上。应用粉末后，加热底材至温度足以使粉末颗粒熔化及流动。可使用各种加热源，包括对流加热、红外线加热、感应加热或它们的组合。任选的可将粉末应用到预先加热底材上。
然后任选固化涂料，且这种固化可经持续加热、后续加热(subsequent heating)或底材中余热进行。在本发明的另一个实施方案中，如果选择可放射固化粉末涂料基质，则可通过相对短或低温加热周期熔化粉末，且然后可暴露到放射线而启动固化过程。这种实施方案的一个实例是UV-能固化粉末。放射固化的其它实例包括使用UV-可见光、可见光、近-IR、IR及电子束(E-beam)。
优选的，涂层底材为均匀着色且具有所需物理和机械性质。最终成膜涂层厚度依赖于需要应用的底材和选定的添加剂。通常，最终成膜涂层厚度为25-200微米。
本发明的另一个特色是只需要较少的着色剂就可在最终成膜涂料中产生相同颜色。这一点根据使用的着色剂而不同，但是与这类在挤出机中发生的着色剂和成膜树脂完全混合相比通常约少用25％的着色剂。预计这种方法比在挤出机中混合可以更好分散着色剂。另外，在本发明中着色剂在颗粒的表面，而不是遍及粉末颗粒。这就使加入较少着色剂而在最终成膜涂层表面具相同量的着色剂。作为例证，如果切一个非常细的切口穿透最终成膜层且在显微镜下检查暴露的切口，着色剂看来似乎分布在聚结基础粉末的界面。
提供的下列实施例是帮助理解本发明而不应理解为限制其范围。除非另有说明，所有部分及百分数是按重量表示的。
实施例通过工业中普通试验评价在下列实施例中采用的几种材料。这些试验结果得自制造商文献。环氧化物当量重量(Epoxide EquivalentWeight)用每环氧基的分子量衡量。酸值用每克树脂反应的氢氧化钾毫克数衡量。
实施例1混合白色基础粉末的制备

组合上述成分且在Reos搅拌器中无水混合20秒钟，然后通过Werner-Pfleiderer ZSK-30挤出机挤出。用按重量占0.2％的DegussaAluminum Oxide C无水流动剂结合冷却的挤出物，然后在空气分级粉碎机(air classifying mill)(Powder Process Systems-laboratory model)上碾磨。加入氧化铝C有助于最终粉末的自由流动特性。所得粉末然后通过230-T目Sweco滤网筛选。在Malvern Mastersizer 2000激光粒径分析器上测定粉末粒径，且寻找中值粒径(d(0.5))为30.4微米的颗粒。静电喷雾及烘烤(190℃，20分钟)后，产物板材给出光泽度读数为96(在60度角)和74(在20度角)。
实施例2混合澄清基础粉末的制备

如实施例1中描述处理上述成分。发现生成物粉末的中值粒径为29.7微米。
实施例3热固性聚酯白色基础粉末的制备

如实施例1中描述处理上述成分。发现生成物粉末的中值粒径为32.8微米。190℃下静电喷雾及烘烤20分钟后，给出光泽度读数为96(60度角)和82(20度角)。
实施例4混合白色基础粉末的制备


组合上述成分且在Reos搅拌器中无水混合20秒钟，然后通过Werner-Pfleiderer ZSK-30挤出机挤出。用按重量占0.15％的DegussaAluminum Oxide C结合冷却的挤出物，然后在Micropul Bantam上碾磨，然后通过145-T目滤网筛选。发现生成物粉末的中值粒径为43微米。
实施例5灰色粉末将100.0g的混合白色粉末(实施例1)装入小型药用混合磨(mixer-mill)，型号DM-6中。这种设备包含不锈钢转鼓，直径约11.4cm且深度约5cm，带有带螺纹可移动的盖。将一个单个旋转混合刀片安装在接近于转鼓底部。刀片的旋转速度为4800RPM。
向分离的容器内加入2.0g的Degussa Covon白色着色剂分散体832-0001，1.5g的Degussa Covon黑色着色剂分散体832-9901，以及10.0g的蒸馏水。用手操纵小刮药勺预混合着色剂分散体混合物直至其成为均匀灰色。
向含有混合白色粉末的搅拌器中加入着色剂分散体混合物且混合两次，每次10秒钟。移去盖子后，明显有一些未混合白色产物残留在转鼓螺纹内及盖子表面。擦净盖子及螺纹，然后再混合产物20秒钟。生成肉眼看颜色均匀的产物，且是非自由流动的粘性粉末。产物在粘稠度上类似于新鲜红糖。
自搅拌器卸出产物且在室温下(21℃)在无盖容器内干燥过夜。然后通过170-目滤网筛分。生成物为自由流动粉末，在原料处理性质上类似于原始材料白色基础粉末。
产物静电喷雾到0.051cm(0.020英寸)厚冷轧钢底材上。产物显示良好的喷雾性质。204℃下固化10分钟后，板材(panel)光泽度为88(60度角)和48(20度角)。肉眼看颜色不均匀，且有白色斑点及黑色斑点。
实施例6灰色粉末将75.0g的混合白色粉末(实施例1)装入实施例5所述的搅拌器中。
向分离的容器内加入4.0g的Degussa Covon白色着色剂分散体832-0001，0.3g的Degussa Covon黑色着色剂分散体832-9901，以及10.0g的蒸馏水。用手操纵小刮药勺预混合着色剂分散体混合物直至其成为均匀灰色。
向含有混合白色粉末的混和器中加入着色剂分散体混合物且混合20秒钟。移去盖子后，盖子和螺纹刮有游离未混合产物，然后重复混合20秒钟。迅速冷却产物，且然后再混合2次，每次10秒钟。生成肉眼看颜色均匀的产物，且是潮湿的粘性粉末，在粘稠度上类似于红糖。
自搅拌器卸出产物且在室温下(21℃)在无盖容器内干燥3天。干燥后，通过170-目滤网筛分。生成物为自由流动粉末，在原料处理性质上类似于原始材料白色基础粉末。
喷雾及固化后，肉眼看呈非常均匀的规定的颜色。光泽度为69(60度角)和22(20度角)。
实施例7灰色着色粉末除了混合时间为4次，每次10秒钟，及筛分前干燥时间为过夜(在21℃下)外，实施例7按照实施例6中所述常规步骤进行。在下表中，VG＝优，G＝良，F＝中，P＝差。使用的量(按重量份)列于下表

如果着色剂有耐腐蚀作用，则为了测定着色剂耐腐蚀性效果，将混合白色基质的样品(实施例1)及灰色着色粉末(实施例7试验5)应用到Bonderite 1000板材且进行盐喷雾试验(ASTM B 117，试验时间1000小时)及湿度试验(ASTM D2247，试验时间1000小时)，按照ASTM D714和ASTM D1654评价结果。
盐喷雾1000小时后实施例1等级评定起泡＝10，锈＝10，及材料蠕变＝1.5mm。
实施例7试验5等级评定起泡＝8(很少)，锈＝9，及材料蠕变＝1.7mm。
湿度1000小时后实施例1等级评定起泡＝10，及锈＝10。
实施例7试验5等级评定起泡＝10，及锈＝10。
这些耐腐蚀性试验结果指明添加着色剂对涂料的耐腐蚀性仅有微小的影响。
实施例8灰色粉末(低强度搅拌)将75.0g的混合白色基础粉末(实施例1)装入1升聚乙烯实验室烧杯中，该烧杯安装到装配有6.35cm直径三叶片式搅拌器的4554-10型Cole-Parmer电子实验室搅拌器上。
向分离的容器内加入4.0g的Degussa Covon白色着色剂分散体832-0001，0.3g的Degussa Covon黑色着色剂分散体832-9901，以及4.0g的蒸馏水。搅拌着色剂混合物直至成为均匀灰色。
在搅拌器速度为250RPM下搅拌白色基础粉末，且在搅拌下加入着色剂分散体。着色剂似乎首先沉淀到容器底部，注意到在搅拌的相对弱的容器边缘有一些死角。周期性地用手操纵小刮药勺搅动这些死角。搅拌大约5分钟后，产物颜色在视觉上为均匀灰色。此时产物的无水流动性质比较差。该产物为潮湿、中等粘性固体。
在室温下(21℃)在开放烧杯中干燥产物大约4小时。此时粉末的流动性已有改善。然后转移产物到流化床且用干空气通气大约5分钟，然后通过170-目滤网筛分，静电喷雾到0.051cm(0.020英寸)冷轧钢上，且在190℃下烘烤20分钟。
板材颜色均匀度等级为良。用肉眼看无显而易见的色斑。使用手提式放大镜在暗色基质内可见较轻度的斑。光泽度为71(60度角)和21(20度角)。
这些结果显示低强度混合物是混合着色剂的适用技术。
实施例9灰色粉末(减少搅拌周期时间)将75.0克的白色混合基础粉末(实施例1)装入实施例5所述的搅拌器中。加入含有4.0g的Degussa Covon白色着色剂分散体832-0001，0.4g的Degussa Covon黑色着色剂分散体832-9901，以及4.0g的蒸馏水的预混合着色剂分散体。混合前用光学高温计测量粉末表面温度为21℃。启动搅拌器5秒钟，然后移去盖子且再次测内含物温度。混合时间5秒钟后，内含物表面温度保持在21℃。
自搅拌器卸出产物且在开放容器中干燥过夜。筛分(170目)后，喷雾且在190℃下固化产物20分钟。所得板材具有良好的颜色均匀度，用肉眼没有检测到色斑。表面光泽度为70(60度角)和21(20度角)。
实施例10搅拌周期时间及温度效应使用10秒钟的混合时间按实施例9所述重复测定温度，则混合后测定温度自21℃起始表面温度升至24℃。使用20秒钟的混合时间重复测定，则混合后测定温度自20℃起始表面温度升至32℃。
制成此实施例的粉末以耐受35℃或更高储存温度数天而不发生显著结块。结果是，确信粉末暴露到相对低温度及在这些混合周期内的短时间不会引起显著的不可逆结块效应。
实施例11备择着色剂分散体评价在这个实施例中，评价了备择水溶性着色剂分散体。使用相同搅拌器及如实施例5所述通用技术，混合5秒钟，擦净盖子和螺纹然后再混合7秒钟，从而制备下列样品。在20℃-23℃间干燥所得混合物过夜。制备下列粉末(所有重量按克计)


这个资料表明EPS/CCA着色剂分散体能够在中等剂量水平给出相当高的光泽度，但是当在纯黑色中使用相对高剂量水平时光泽度会产生显著降低。
另外，在实施例2、实施例11-4及实施例11-5上进行丸流动试验。丸流动是测定粉末在加热/熔化阶段流出的能力，且如ASTMD4242-02标准试验方法所述进行热固性涂料粉末倾斜板流动试验。比较结果显示实施例11-4丸流动提高，超过了基础粉末，同时实施例11-5丸流动降低。具体结果是实施例2(混合澄清基质)＝25mm实施例11-4＝42mm实施例11-5＝16mm实施例12黑色粉末为比较实施例11-4和实施例11-5，使用实施例11类似技术制备采用Degussa Covon黑色着色剂分散体的样品。此原料量如下混合澄清基质(实施例2)75.0g，Degussa Covon黑色着色剂分散体832-99015.6g，蒸馏水10.0g。生成物光泽度读数是41(60度角)和7(20度角)。丸流动是16mm。
通过将实施例1和实施例12的样品放在40℃烤箱中3天测定着色剂对于产物抗烧结性(sintering resistance)的影响。暴露在试验条件后实施例1和实施例12均为自由流动粉末且无可见成块、结块或烧结。
比较实施例2、实施例11及实施例12的结果表明Degussa CovonBlack和EPS/CCA Black着色剂分散体均导致粉末熔化流动降低，如相对于未处理基质的丸流动值降低所指明。相反，添加Penncolor分散体提高了丸流动，但是当加入到白色基质中也导致某些颜色均匀度较差。
实施例13各种附加着色粉末使用实施例11所述相同混合条件制备下列附加粉末。

实施例14各种附加着色粉末使用实施例11所述相同混合条件制备下列附加粉末。


用刮药勺将实施例14试验1的样品铺开在180℃加热凝胶板上的冷轧钢板材上。用刮药勺搅拌熔化的聚块，然后冷却板材。观察到自搅拌产物得到的颜色比自板材静电喷雾及烘箱中固化得到的颜色更轻。结果表明通过向粉末表面加入着色剂的着色颜料用量比着色剂如果与树脂基质完全熔化混合所需用量少，并且同样可以得到给定的色调。
实施例15使用澄清基质的附加颜色使用实施例11所述混合条件生产下列颜色。在表15中，为纯色调(straight-shade)(非金属)涂饰的外观等级指颜色均匀度，且金属漆及珠光涂饰的外观等级通常指整体美学外观。


实施例16使用染料的着色粉末将100g的蒸馏水加热到80℃且边磁力搅拌边加入1.6g的Transfast黑色水溶性染料#3280(Homestead Finishing Products，Cleveland，Ohio销售)。搅拌溶液直至染料在视觉上溶解。
冷却到21℃后，使用与实施例11相同的搅拌器和程序向基础粉末中加入染料溶液。使用的原料的量如下(所有重量按克计)。

实施例17固体颜料分散体的用途向45.0g的VM&P石脑油和5.0g异丙醇的混合物中加入2.0gSun颜料s 649GP49颜料分散体。Sun颜料s 649GP49是指包含60％酞蓝颜料和40％Laropal A81聚醛树脂的预分散固体颜料浓缩物。搅拌此混合物直至视觉上成为游离的不溶解固体。向100g的白色粉末(实施例4)中加入11.7g的这种混合物。在通风橱中使用装配有螺旋桨式搅拌器的试验室搅拌发动机搅拌所得混合物。在通风橱中产物干燥过夜。
干燥后，观察到产物含有许多用手操纵刮药勺搅拌有些难以粉碎硬结块。产物经筛分(170目)、喷雾且在190℃下烘烤20分钟。所得板材的外观等级为中，肉眼看有斑的痕迹。
实施例18备择水性颜料分散体的评价在实施例18中，比较两种市售水性颜料分散体(Degussa 870系列和Degussa 895系列)及Covon S32系列分散体(前面实施例中所用)。使用TGIC聚酯基础粉末(实施例3)进行此比较。使用实施例5所述混合设备处理下列样品。混合时间为5秒钟，然后擦净盖子和螺纹，然后再混合5秒钟。干燥时间是20℃下过夜。干燥产物经筛分(170目)、喷雾且在190℃下烘烤20分钟。成分的量如下(所有重量按克计)


特别值得注意的是870和895分散体得到的20度角光泽度结果比832系列提高了。尤其值得注意的是光泽度的提高并没有牺牲颜色均匀度。
将实施例3、实施例18-1、实施例18-2及实施例18-3的样品粉末进行如实施例12所述抗烧结性试验。在40℃下3天后，实施例18-1和实施例18-2均严重烧结为不易粉碎的单个结块，但是实施例3和实施例18-3均是无成团或结块的自由流动粉末。这些实施例18-1和实施例18-2的抗烧结性结果显示这些粉末在运输及储存中可需要其它保护措施。进一步的，这些结果综合在一起显示着色剂分散体混合物在获得粉末最佳性质中也可能是最有效的。预期着色剂分散体混合物会提供良好光泽度结果也提供良好烧结结果。
实施例19混合过程改善的用途具变速驱动能力的Reos搅拌器能够用于将着色剂分散体和粉末基质(bases)混合。Reos混合器包含手提式且可互换的配有电机驱动搅拌叶轮设备的混合容器。在搅拌叶轮与容器底部和周边的间隙足够密封从而提供良好混合的固体。各批间手提式容器和混合搅拌叶轮清洗相当容易。变速控制也使选定的搅拌叶轮旋转速度最适合于该过程。
用与实施例1所述的相同技术和装置制备第二批混合白色基础粉末。虽然在各种其它已知方面与实施例1所述第一批粉末相同，但是发现第二批具有的中值粒径(d(0.5))为28.4微米。
合并且用刮药勺搅拌53.3g的Degussa Covon白色着色剂分散体832-0001，5.3g的DegussaCovon黑色着色剂分散体832-9901，及67.0g的蒸馏水直至获得视觉上均匀颜色。向在Reos混合容器中1000g的混合白色基础粉末(实施例1配方的第二批，如前所述)加入着色剂分散体。混合物的起始表面温度是20℃(通过光学高温计测定)。使用800RPM的搅拌叶轮速度搅拌混合物20秒钟。混合后立即测定产物的表面温度为23℃。用刮药勺刮净搅拌叶轮下和混合容器周边的产物。将混合容器及内含物转移到搅拌器中，发现表面温度为21℃。在800RPM下再搅拌混合后产物20秒钟。混合后产物表面温度为23℃。
在开放混合容器中干燥产物过夜。筛分(170目)后，发现产物中值粒径(d(0.5))为31.0微米。然后将粉末喷雾且在190℃下烘烤20分钟。所得板材的外观均匀度为优，肉眼看没有可见色斑，且手持放大镜仅可见微小斑。板材光泽度为73(60度角)和23(20度角)。
实施例20在一次性运输容器中处理将1000.0g的白色基础粉末(实施例3)装入Grief Brothers制造的一次性纤维板滚筒中。
合并且预混合15.0g的Degussa Covon白色颜料分散体832-0001，1.6g的Degussa Covon黑色颜料分散体832-9901，及50.0g的蒸馏水。向上述粉末中加入着色剂分散体且在实施例19所述Reos搅拌器上混合所得组分混合物。在800RPM搅拌速度下混合20秒钟后，用手操纵小刮药勺刮净容器壁及底部，且然后在800RPM搅拌速度下再次混合20秒钟。再刮净容器壁及底部，且再次在800RPM搅拌速度下混合20秒钟。
所得产物在20℃下在无盖一次性(disposable)运输容器中干燥过夜，且储存备用。
实施例21
消光颜料分散体的用途使用装配有75mm直径搅拌刀片的实验室气动搅拌器搅拌15.0g的Modaflow AQ-3025(得自UCB Surface Specialties)及185.0g的蒸馏水。然后边搅拌边加入500g的Minex 4颜料(得自Indusmin)。以最大速度搅拌混合物直至得到亥格曼规(Hegman gauge)读数为#4-#5。将Modaflow-Minex混合物倒入塑料可密封容器备以后使用。
合并且预混合2.5克的Degussa Covon Red Calcium 2B着色剂分散体832-0501，0.1g的Degussa Covon Carbazole紫色着色剂分散体832-8801，2.0g的Powdall 3400铝片(得自MD Both)，及3.0g的蒸馏水直至形态均匀。将预混合的着色剂分散体加入到搅拌器中75.0g的混合澄清基质(得自实施例5)内。经实施例11所述步骤后，所得板材具有良好金属外观且光泽度为65(60度角)和20(20度角)。
自2.5g的Degussa Covon Red calcium 2B着色剂分散体832-0501，0.1g的Degussa Covon Carbazole紫色着色剂分散体832-8801，2.0g的Powdall 3400铝片(得自MD Both)，5.0g的本实施例前面所述的Modaflow-Minex混合物，及5.0g的蒸馏水制备第二种着色剂预混合料。经前面所述步骤后，所得板材光泽度为55(60度角)和15(20度角)。金属外观良好，但是在表面起有显著颗粒。
用刮药勺搅拌上述的Modaflow-Minex混合物，且注意到在容器底部出现许多颜料沉淀。这些沉淀显示这种颜料分散体的稳定性不足，且需要适当的分散助剂。
实施例22备择水溶性颜料分散体的评价采用实施例18中描述的混合设备及混合时间，自Sun ChemicalCorporation供应的水性颜料分散体制备两种另外的样品。干燥时间为20℃下3天。干燥后的产物筛选(170目)，喷雾且在190℃下烘烤20分钟。下列为各成分的量(所有重量按克计)


如前面实施例18所述将粉末涂料样品进行烧结耐受试验(sintering resistance test)。在40℃下3天后，实施例22-1及实施例22-2均为没有结块或黏结的自由流动粉末。
根据所述的本发明优选实施方案，本领域技术人员将容易理解本文所述技术也可应用到文中所附的权利要求范围内的其它实施方案中。所有专利、专利文献及出版物的全部公开内容通过引用结合到本文中。
权利要求
1.一种方法，包括提供至少一种基础粉末；提供至少一种稳定的着色剂分散体；并混合所述基础粉末和所述稳定的着色剂分散体而形成着色混合物。
2.权利要求1的方法，其中所述稳定的着色剂分散体在载体中包含至少一种颜料和染料。
3.权利要求2的方法，进一步包括清除或改变足量载体的状态而形成自由流动粉末。
4.权利要求1的方法，进一步包括处理着色混合物而形成自由流动粉末。
5.权利要求1的方法，其中在低于约40℃的温度下混合基础粉末和着色剂分散体。
6.权利要求1的方法，其中基础粉末和着色剂分散体混合约1分钟。
7.权利要求2的方法，其中所述载体包含水、有机溶剂或其组合。
8.权利要求7的方法，其中所述载体为水。
9.权利要求1的方法，其中所述稳定的着色剂分散体包含选自表面活性剂、单体、聚合物及低聚物的分散助剂。
10.权利要求9的方法，其中所述分散助剂能溶于载体。
11.权利要求1的方法，其中基础粉末包含聚合物粘合剂。
12.权利要求11的方法，其中基础粉末进一步包含至少一种固化剂及着色剂。
13.权利要求1的方法，其中所述稳定的着色剂分散体包含中值粒径以直径表示为约0.01微米-约4微米的颜料。
14.权利要求13的方法，其中所述稳定的着色剂分散体包含中值粒径以直径表示为约0.05微米-约1.0微米的颜料。
15.权利要求1的方法，其中所述基础粉末包含中值粒径约2微米-约100微米直径的颗粒。
16.权利要求15的方法，其中所述基础粉末包含中值粒径以直径表示为约10微米-约60微米的颗粒。
17.一种方法，包括提供至少一种基础粉末；提供至少一种着色剂分散体，其中每种分散体包含一种(a)至少一种颜料和染料；载体；和分散助剂；或(b)染料溶液，包含染料和载体；并混合所述基础粉末和所述着色剂分散体而形成着色混合物。
18.权利要求17的方法，进一步包括处理此着色混合物而形成自由流动粉末。
19.权利要求17的方法，其中在低于约40℃的温度下混合基础粉末和着色剂分散体。
20.权利要求17的方法，其中所述载体包含水、有机溶剂或其组合。
21.权利要求17的方法，其中所述分散助剂能溶于载体中且选自表面活性剂、单体、聚合物及低聚物。
22.一种方法，包括提供至少一种粉末；提供至少一种稳定的着色剂分散体，其中着色剂分散体在载体中包含至少一种颜料和染料；并混合所述基础粉末和所述着色剂分散体而形成着色混合物，其中所述混合物包含成膜聚合物。
23.权利要求22的方法，进一步包括处理此着色混合物而形成自由流动粉末。
24.权利要求22的方法，其中在低于约40℃的温度下混合粉末和着色剂分散体。
25.权利要求22的方法，其中所述载体包含水、有机溶剂或其组合。
26.权利要求22的方法，其中所述稳定的着色剂分散体进一步包含能溶于载体中且选自表面活性剂、单体、聚合物及低聚物的分散助剂。
27.一种粉末涂料的方法，包括提供至少一种基础粉末；提供至少一种稳定的着色剂分散体；混合此基础粉末和稳定的着色剂分散体而形成着色混合物；处理此着色混合物形成自由流动的着色粉末；将此着色粉末应用到底材；并加热此着色粉末而在底材上形成粉末涂料。
28.权利要求27的方法，其中基础粉末包含聚合物粘合剂。
29.权利要求27的方法，其中所述稳定的着色剂分散体在载体中包含至少一种颜料和染料，且其中载体包含水。
30.权利要求27的方法，其中在低于约40℃的温度下混合所述基础粉末和所述稳定的着色剂分散体。
31.权利要求27的方法，其中所述稳定的着色剂分散体进一步包含能溶于载体中且选自表面活性剂、单体、聚合物及低聚体的分散助剂。
32.一种组合物，包含核心颗粒；和核心颗粒周围至少部分外壳，其中外壳包含一种(a)染料；或(b)颜料微粒及分散助剂。
33.权利要求32的组合物，其中所述分散助剂选自表面活性剂、单体、聚合物、低聚物及其组合。
34.权利要求32的组合物，其中所述颜料颗粒的中值粒径以直径表示为约0.04微米-约1.0微米。
35.权利要求32的组合物，其中所述核心颗粒的粒径以直径表示为至少为10微米。
36.权利要求32的组合物，其中组合物为自由流动粉末的形式。
全文摘要
本发明一方面提供了一种着色粉末的方法。此方法包括混合基础粉末和稳定的着色剂分散体。另一方面，提供了具有核心颗粒及核心颗粒周围至少部分外壳的着色粉末组合物。
文档编号C09D5/03GK1942533SQ200580011937
公开日2007年4月4日 申请日期2005年2月11日 优先权日2004年2月13日
发明者W·G·奥德尔, S·D·约翰逊, L·B·布兰登伯格 申请人:瓦尔斯帕供应公司