低光澤粉末塗料的製作方法

2023-10-30 01:35:42 1

專利名稱：低光澤粉末塗料的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及粉末塗料和更具體地說涉及顯現向塗後製品提供低光澤外觀的粉末塗料。
對於某些應用，需要或最好的是粉末塗層表面外觀平滑，且光澤低或光亮弱。這些應用屬於那些審美需要低光澤的場合，或塗層表面光澤可對塗層製品安全或適當使用產生幹擾的場合，諸如槍炮、光學器械，軍事應用和機動車輛、飛機和其它車輛。已有技術試圖控制粉末塗層光澤，採取了利用填料、蠟和不均勻固化三種不同方法。
已知添加填料可減低粉末塗料的光澤。實際上，光澤減低是添加填料的一種不可避免且通常不理想的負效應。例如，3M公司銷售的商標名為ZeeospheresTM的陶瓷微球，用於粉末塗料以控制光澤。一般用於控制光澤的填料是矽灰石，其針形結晶由於降低了塗層微觀平滑性而對降低光澤非常有效。其它形狀的填料一般也用於降低光澤。用填料控制光澤的缺點是添加它們也降低了塗層流動性，通常增多了所謂「桔皮」波紋或網紋數量。
烴類蠟和碳氟蠟被用於降低粉末塗料光澤。當含蠟塗層被烘烤時，蠟會遷移至塗層/空氣界面，形成光澤降低的層。這種方法的缺點是，蠟軟化了塗層表面，降低了其耐擦傷、耐汙染和耐化學侵蝕性。
另一種對環氧樹脂和環氧樹脂/聚酯混雜塗料特別有效的減低光澤的方法，是摻入至少兩種固化劑或兩種不同結構或不同催化的樹脂。在不完全的分子混合後，如一般在粉末塗料擠壓機中遇到的情況，這些不同固化體系造成固化過程中塗層表面上不同收縮或不同表面張力區域的發展，產生顯現低光澤的顯微粗糙層。
這種方法的各種變異被廣泛應用。這種方法的缺點是塗層性能諸如耐受衝擊性、撓性或化學耐受性受損。
發明綜述一方面，本發明提供一種改進的粉末塗料組合物，其中這種改進包括在組合物中使用平均粒度大於10微米、優選大於15微米及最大粒徑約50微米的球形微粒。
在另一實施方案中，本發明提供了一種降低粉末塗料光澤的方法，這種方法包括在粉末塗料組合物中添加球形微粒，其中所述球形微粒平均粒度大於10微米，優選大於15微米，而且最大粒度為約50微米。
進一步閱悉本申請，本發明的這些及其它特徵都會變得很清楚。實施方案詳細說明本發明的這種粉末塗料為配製者提供了一種控制最終塗層光澤的機會，同時又使已有技術試圖控制光澤的負面影響，即塗層流動損失及產生「桔皮」表面的效應，減至最少或消除。重要的是，要注意本發明塗層微觀上具有粗糙或網紋的表面，但肉眼觀看似乎平滑。
本發明的這種粉末塗料組合物含一種或以上的熱固化或熱塑樹脂，這些樹脂常用於這類塗料中並且是本領域眾所周知的。這些樹脂包括基於環氧樹脂、聚酯樹脂、丙烯酸及/或聚氨基甲酸乙酯樹脂的那些樹脂。這些樹脂的實例包括飽和及不飽和聚酯類、丙烯酸類、丙烯酸酯類、聚酯-氨基甲酸乙酯類、丙烯酸-氨基甲酸乙酯類、環氧樹脂、環氧樹脂-聚酯、聚酯-丙烯酸類及環氧樹脂-丙烯酸類。例如，可用的熱塑樹脂可包括尼龍、聚氯乙烯、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯及聚丙烯。
本發明的粉末塗料組合物可以通過靜電噴塗、熱或火焰噴塗、或流化床塗方法塗布，所有這些均為本領域技術人員所已知的。這種塗料可以塗至金屬及/或非金屬底物上。在沉積粉末塗層達到所需厚度後，一般對塗後底物加熱，使該組合物熔化並引起其流動。在某些應用中，在塗布粉末之前可對待塗部分進行預熱，然後在塗布粉末之後對其加熱或不加熱。煤氣爐或電爐常用於各種加熱步驟，但其它方法(如微波)也是已知的。塗層固化(即交聯)可以通過加熱或光化學(例如紫外輻射、紅外輻射等)方法進行。固化可以採用熱傳導、對流、輻射或其任一組合的方法完成。
本發明粉末塗料組合物含有球形微粒。這裡所用術語「球形」意味著形狀一般呈球形。更具體地說，該術語意味著填料含有25％以下的含銳利或粗糙邊緣的微粒附聚物或碎裂微粒。該球形微粒應該是非活性的或惰性的，以便不幹擾組合物其他性質。適宜球形微粒的實例是玻璃微球、陶瓷微球、天然或合成的球形礦物如方石英、聚合物微球及金屬微球。
如上所述，這種球狀體微粒必須具有大於10微米、優選大於15微米的平均粒度。包括中間範圍。在平均粒徑減小時，單位重量的表面積增大。表面積增大會導致填料乾燥塗層、減低流動和引起塗層粗糙的趨勢。如操作實施例中所示，平均直徑10微米或以下的球形微粒對光澤控制僅產生勉強效果，而平均直徑大於10微米、尤其大於15的球形微粒產生良好效果。
球形微粒直徑的上限取決於最終塗層的預定厚度，因為其微粒直徑必須低於塗層厚度。大多數的粉末塗料，尤其是「裝飾」粉末塗料，是被設計用於以約50微米幹膜厚度塗覆的。因此，在大多數應用中，這種球形微粒最大直徑應該在約50微米以下，優選40微米。
在該組合物中這種球形微粒的含量，按粉末塗料組合物總重量計，可為5-60重量％。低於5重量％時，發現對光澤影響極小。60重量％以上時，則會產生不合格的塗層流動損失。顯然，這些都是一般原則，而球形微粒準確的重量百分比將取決於球形微粒的比重、所需光澤減少程度及粉末塗料組合物的其它組分。
除樹脂及球形微粒外，本發明粉末塗料組合物還可含有粉末塗料組合物中常用的其它添加劑。這些添加劑的實例包括填料、增量劑、流動添加劑、催化劑、硬化劑及顏料。也可添加具有抗微生物活性的化合物，如US6,093,407提出的，其公開內容整個在此引以參考。
製取本發明粉末塗料，可採用粉末塗料工業所用常規生產技術。例如，可將粉末塗料中所用的成分，包括球形微粒，混合一起，並加熱到一定的溫度使混合物熔化，然後加以擠壓。接著對擠壓後的材料在冷凍輥上進行冷卻、破碎，然後使其碾磨成細粉。
也可按所謂「粘結(bonding)」方法，使球形微粒與成型後的塗料粉末結合一起。在此方法中，將此塗料粉末與待與其「粘結」的材料混合一起，並進行加熱及衝擊熔合，以結合不同微粒。
表1球形光澤控制劑
表注1僅適用於厚度大於約50微米的塗層。實施例1-8下述實施例說明適宜填料粒度對於光澤控制及塗層平滑性的重要性。表3所列球形填料是用下表2所列組合物進行測試的。
表2TGIC-固化聚酯組合物
製取粉末塗料組合物採用方法是，合併及袋混合各組分，然後加以熔體擠出。擠出物在冷凍輥間被固化，然後被破碎及碾磨為粉末。篩下80網目(180微米)的粉末，除去粗粒。
塗層製備採用方法是，用一種靜電噴塗槍，將該粉末組合物噴塗到0.032英寸(0.081cm)厚的打磨後鋼板上，然後在400°F(204℃)下烘烤塗粉板10分鐘。該粉末塗層厚為約50微米。
冷卻後，評價該塗層光澤度及平滑度。這些結果見表3。
表3塗料組合物
表注(1)過篩微粒，脫出大於45微米的微粒。
(2)「phr」指每百份樹脂含幾份。
(3)PCI平滑度在標準對比，從1(重質桔皮)到10(平滑)。
(4)按硬度增大次序2B、B、HB、H、2H、3H等。
(5)用甲乙酮飽和藥棉來回50次揩擦後所觀察到的揩擦結果，1(揩透)-5(無影響)。
(6)用1/2英寸半球形重錘未造成碎裂的英寸-磅衝力結果討論實施例1此實施例(對照)表明未改性塗層的光澤度高。
實施例2及5。各實施例含有20phr(14.5重量％)的球形微粒，但粒度不同。此二實例光澤度減少至幾乎同等(74對75)水平。但是，實施例5中流動損失顯著大於實施例2中的，這歸因於實施例5中球形微粒中值粒徑為5微米，是可接受範圍的最低點。
實施例3及6。各實施例含40phr(25.3重量％)的球形微粒，但粒度不同。實施例3中球形微粒對減低光澤更有效(50對68)，而且對流動的負面影響也較小(67對54毫米)。這些結果是由於實施例6中所用球形微粒中值粒徑為5微米緣故，這在合格範圍以下。
實施例4、7及8。各實施例中球形微粒佔組合物的60phr(33.7重量％)。實施例4及8中的球形微粒對光澤減低大致同樣有效(分別為38及35)，並比實施例7中所用的微粒好得多(60)。數據也表明，玻璃微粒對流動負面影響低於粒徑近似相等的陶瓷微粒(實施例4對實施例8)。實施例7和8的對比再次表明，較細的微粒對流動減少具有較大影響。鉛筆硬度實施例2-7與實施例1(對照)的比較顯示，添加球形微粒並不減低鉛筆硬度，這是一種耐擦傷性的量度。MEK耐受性實施例2-7與實施例1(對照)的比較顯示，添加球形微粒並不減低MEK耐受性。耐衝擊性實施例2-4和8與實施例1(對照)的比較顯示，添加球形微粒對耐衝擊性沒有負面影響。實施例9-13按上述實施例的方法，用表4中所示球形微粒，製備、塗布和評價塗層。
表4塗料組合物
表注1該塗料呈現「粒泡(seeds)」是由於填料微粒大於塗層厚度。結果討論實施例1此實施例說明未改性(對照)塗層的光澤度高。
光澤度和中值粒度-實施例9-12。中值粒度從2增大到10時，微粒對減低光澤度變得更有效。光澤度從2微米時的66降到在10微米時的42。
流動和中值粒度-實施例9-12。中值粒度從2增大10時，微粒對流動的影響較小。流動從2微米時的21毫米上升到在10微米時的32毫米。
平滑度和中值粒度-實施例9-12，中值粒度從2增大到10時，塗層變得更平滑。平滑度從2微米時的粗糙1上升到在10微米時的不太粗糙3。
平滑度和最大粒徑-實施例13。此實施例表明由於存在大於塗層厚度(約50微米)的微粒引起的「粒泡」。
由這些實施例得出的結論是，用方石英球形微粒的最好結果是用提供最高中值粒度的樣品時獲得的，只要沒有比塗層厚度更厚的微粒。實施例14-19這些實施例表明，適當篩分後的球形填料可以使各種不同塗層類型的光澤度減低。表5-8列出了所製備的塗料的組分，以及光澤度、平滑度和流動結果。所得結果概括於下表9中。
表5酸酐固化的環氧塗料組合物
表6環氧/聚酯混雜塗料組合物
表7聚酯氨基甲酸乙酯樹脂塗料組合物
表9塗層考察概括
這些數據表明適當篩分的球形填料可以可靠地用於降低不同粉末塗料化學品的光澤度。
權利要求
1.一種低光澤粉末塗料組合物，包括至少一種熱固化或熱塑性樹脂和球形微粒，其中所述球形微粒佔該塗料組合物的5-50重量％並且其中所述球形微粒具有大於10微米的中值粒徑和約50微米的最大粒徑。
2.按照權利要求1的塗料組合物，其中該球形微粒中值粒徑大於15微米。
3.按照權利要求1的塗料組合物，其中球形微粒選自玻璃微球、陶瓷微球、球形礦物、聚合物微球及金屬微球。
4.按照權利要求1的塗料組合物，其中所述的至少一種熱固化或熱塑性樹脂選自飽和和不飽和聚酯類、丙烯酸類、丙烯酸酯類、聚酯-氨基甲酸乙酯類、丙烯酸-氨基甲酸乙酯類、環氧樹脂、環氧樹脂-聚酯、聚酯-丙烯酸類、環氧樹脂-丙烯酸類、尼龍、聚氯乙烯、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯和聚丙烯。
5.一種降低粉末塗層光澤度的方法，包括向粉末塗料組合物中添加按該組合物重量計為5-60重量％的球形微粒的步驟，該球形微粒中值粒徑大於10微米，且最大直徑為約50微米。
6.按照權利要求5的方法，其中球形微粒中值直徑大於10微米。
7.按照權利要求5的方法，其中球形微粒中值直徑大於15微米。
8.按照權利要求5的方法，其中球形微粒選自玻璃微球、陶瓷微球、球形礦物、聚合物微球和金屬微球。
9.按照權利要求5的方法，其中所述的至少一種熱固化或熱塑性樹脂選自飽和和不飽和聚酯類、丙烯酸類、丙烯酸酯類、聚酯-氨基甲酸乙酯類、丙烯酸-氨基甲酸乙酯類、環氧樹脂、環氧樹脂-聚酯、聚酯-丙烯酸類、環氧樹脂-丙烯酸類、尼龍、聚氯乙烯、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯和聚丙烯。
全文摘要
本發明涉及粉末塗料組合物，內含5－60重量％的球形或近球形微粒，其中值粒徑大於10微米，最優選大於15微米，呈現較低光澤而無不理想的負效應，諸如塗層流動損失及「桔皮」效應產生。
文檔編號C09D201/00GK1476472SQ01819234
公開日2004年2月18日 申請日期2001年11月16日 優先權日2000年11月21日
發明者O·H·德克, O H 德克, M·A·斯帕克斯, 斯帕克斯 申請人:納幕爾杜邦公司