DE602005000936T2

DE602005000936T2 - Verfahren zum Beschichten einer leitfähigen Oberfläche mit einem Kunststoff-Pulver, das durch ein Emulsion-Aggregation-Verfahren hergestellt ist.

Info

Publication number: DE602005000936T2
Application number: DE602005000936T
Authority: DE
Inventors: Guerino G. Oakville Ontario Sacripante; Hadi K. Mississauga Ontario Mahabadi; Patricia A. Milton Ontario Burns; Dan A. Fairport Hays; Kip L. Bloomfield Jugle
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2025-01-21
Also published as: US7501150B2; EP1561517A1; CA2494597C; JP2005211900A; JP4851097B2; CA2494597A1; EP1561517B1; US20050165133A1; DE602005000936D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer Pulverbeschichtungszusammensetzung, und insbesondere ein Emulsionsaggregations- und Verschmelzungsverfahren zur Herstellung von Pulverbeschichtungszusammensetzungen.
Pulverbeschichtungen bilden einen schnell wachsenden Bereich auf dem Gebiet der Beschichtungen. Pulverbeschichtungen werden entweder für dekorative Zwecke oder für Schutzzwecke oder für beides eingesetzt. Für dekorative Zwecke sind die Farbe, der Glanz und das Erscheinungsbild die primären Attribute. Die meisten dekorativen Beschichtungen sind dünne Beschichtungen, die hauptsächlich wärmehärtende Beschichtungen einsetzen. Für Schutzzwecke sollten die Beschichtungen eine lange Lebensdauer, Korrosionsbeständigkeit, Stoßbeständigkeitseigenschaften aufweisen und als Isolation dienen. Für die letztere Aufgabe sollten die Beschichtungen dick sein und in Pulverform aufgebracht werden können.
Pulverbeschichtungszusammensetzungen, die durch herkömmliche Verfahren gebildet werden, erzeugen Beschichtungen die unnotwendiger Weise dick sein können, aufgrund der Größe der Partikel der Pulverbeschichtungszusammensetzungen. Zusätzlich kann die Dicke dieser Beschichtungen ungleichmäßig sein, aufgrund des weiten Bereichs der Partikelgrößen und der unregelmäßigen Formen der Partikel der Pulverbeschichtungszusammensetzungen.
Daher besteht ein Bedarf nach Verfahren, um Pulverbeschichtungszusammensetzungen herzustellen, welche sehr kleine, regelmäßig geformte Partikel mit einer engen Größenverteilung umfassen. Es besteht weiterhin ein Bedarf nach Verfahren, um eine dünne Filmbeschichtung mit gleichförmiger Dicke durch eine Pulverbeschichtungszusammensetzung auf einem Substrat bereitzustellen. Es besteht weiterhin ein Bedarf nach einem Verfahren, um Pulverbeschichtungszusammensetzungspartikel mit einer kleinen Größe und engen Größenverteilung herzustellen, mit einer verbesserten wirtschaftlichen Durchführbarkeit. Es besteht weiterhin ein Bedarf nach Pulverzusammensetzungen, die chemisch in situ gebildet werden und welche keine bekannten Pulverisier- und/oder Klassifizierverfahren erfordern.
US-A-3,864,322 offenbart eine Perfluorokohlenstoffpolymerbeschichtungszusammensetzung bestehend im Wesentlichen aus kugeligen Pulverpartikeln mit einem Durchmesser von 1 bis 75 μm aus einem Agglomerat aus Submikrometerpartikeln aus Perfluorokohlenstoffpolymer, wobei das Perfluorokohlenstoffpolymer ein Copolymer aus Tetrafluoroethylen und einem anderen copolymerisierbaren fluorinierten Monomer ist, und wobei das Pulver zwischen 0,15 bis 15 Gew.-% eines nichtionischen oberflächenaktiven Mittels enthält.
GB-A-1474596 betrifft ein elektrostatisches Sprühbeschichtungsverfahren und eine Pulverfarbzusammensetzung, welche für dieses Verfahren geeignet ist. Pigmentpartikel werden im Wesentlichen gleichmäßig in Farbpartikeln dispergiert, welche im Wesentlichen kugelige Form aufweisen. Das kugelige Polymerpartikel weist eine Partikelgröße in dem Bereich von 30 bis 250 μm auf.
EP-A-939143 betrifft ein thermisches Sprühpulver, umfassend ein oxidiertes Polyarylensulfid. Das Verbundpulver kann Verbundpartikel umfassen, bei welchen es sich um relativ große Partikel aus dem Polymer handelt, welche mit relativ feinen Partikel eines Zusatzmaterials beschichtet sind. Die beschichteten relativ großen Partikel weisen eine Größe von zwischen 20 und 150 μm auf.
US-A-5,928,830 betrifft im Allgemeinen Latexverfahren, und das Aggregieren und Koaleszieren oder Verschmelzen des erzeugten Latex, wobei das Latex einen Kern und eine Hülse darüber umfasst.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Pulverbeschichtung bereit, umfassend das Aufbringen eines Pulvers auf eine leitfähige Oberfläche oder auf eine Schicht auf der Oberfläche, um eine Beschichtung auf der Oberfläche oder der Schicht zu bilden, wobei das Pulver durch Aggregieren und Verschmelzen von Partikel in einer flüssigen Dispersion gebildet wird, wobei die Partikel Harzpartikel umfassen, wobei die leitfähige Oberfläche eine Metalloberfläche ist, und wobei das Pulver einen durchschnittlichen Volumendurchmesser von 3 bis 10 μm aufweist und wobei das Pulver eine geometrische Größenverteilung von 1,1 bis 1,25 aufweist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Pulverbeschichtungsapplikators, enthaltend Pulver für die Verwendung zur Pulverbeschichtung, umfasst:

a) Aggregieren von Partikeln in einer wässrigen Dispersion, beinhaltend mindestens Harzpartikel, um aggregierte Partikel zu bilden;
b) Verschmelzen der aggregierten Partikel, um zusammengeschmolzene Partikel zu bilden;
c) Entfernen der zusammengeschmolzenen Partikel aus der wässrigen Dispersion, um ein Pulver zu bilden; und
d) Beladen des Pulvers in den Applikator für die Verwendung zur Pulverbeschichtung, wobei das Pulver einen durchschnittlichen Volumendurchmesser von 3 bis 10 μm aufweist, und eine geometrische Größenverteilung von zwischen 1,10 bis 1,25 aufweist.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angeführt.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Pulvern, welche durch die Emulsionsaggregation gebildet sind, in Pulverbeschichtungsverfahren. Die vorliegende Erfindung umfasst Verfahren zur Herstellung von Pulver durch Emulsionsaggregation, Pulver hergestellt durch Emulsionsaggregation und Verfahren zur Verwendung von Pulvern, welche durch Emulsionsaggregation hergestellt wurden, bei Pulverbeschichtungsverfahren. Obwohl die vorliegende Erfindung insbesondere auf die Verwendung von Pulvern bei Pulverbeschichtungsverfahren gerichtet ist, kann es möglich sein, die Pulver, welche gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, auch für andere Zwecke zu verwenden. Insbesondere wurden die Pulver, welche durch Emulsionsaggregationsverfahren hergestellt wurden, als Toner in Fotokopiervorrichtungen verwendet.
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Pulverbeschichtungszusammensetzungsverfahren und insbesondere Aggregationsverfahren zur Herstellung von Pulverbeschichtungszusammensetzungen. Insbesondere betrifft die Erfindung das Aggregations/Verschmelzverfahren zur Herstellung von Pulverpartikeln, durch welches eine enge Partikelgrößenverteilung erzielt werden kann, ohne dass Klassifizierung notwendig wäre. Bei diesem Verfahren wird das Harz als eine Dispersion auf Wasserbasis aus im Allgemeinen Submikrometer großen Polymerpartikel (Polymerlatex) hergestellt, welche anschließend aggregiert werden, optional mit Dispersionen an Färbungsmitteln und/oder anderen Zusatzstoffen, welche auch in der Form von sub-mikrometergroßen Partikel vorliegen können, auf die gewünschte Größe und welche anschließend verschmolzen werden, um die Pulverpartikel herzustellen. In den Ausführungsformen ist die vorliegen de Erfindung auf die wirtschaftliche chemische in situ Herstellung von Pulverbeschichtungszusammensetzungen gerichtet, ohne die Verwendung bekannter Pulverisier- und/oder Klassifizierverfahren, und wobei in Ausführungsformen, die Pulverzusammensetzungen erhalten werden können, wobei die Partikel dieser einen durchschnittlichen Volumendurchmesser von 3 bis 10 μm (3 bis 10 Mikron) aufweisen und eine enge GSD (geometrische Größenverteilung) von zwischen 1,10 bis 1,25, vorzugsweise zwischen 1,19 bis 1,23, gemessen durch ein Partikelgrößenbestimmungsgerät, welches das Coulter Prinzip verwendet, wie einen COUNTER COUNTER.
Insbesondere betreffen verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Pulverpartikeln indem eine Latexemulsion aus Harz bereitgestellt wird, gegebenenfalls Vermischen der Latexemulsion aus Harz mit Dispersionen aus Färbungsmitteln und/oder anderen Zusatzstoffen, Bilden von aggregierten Partikel durch Aggregation, gegebenenfalls Einsetzen eines Aggregathilfsmittels und/oder Rühren und/oder Wärme, und Verschmelzen der aggregierten Partikel, um zusammengeschmolzene Partikel zu bilden, bei einer Temperatur oberhalb einer Glasübergangstemperatur des Harzes. Die Pulverpartikel können nachfolgend auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur des Harzes abgekühlt werden, gegebenenfalls gewaschen, isoliert, getrocknet und gesammelt werden. Die Pulverpartikel können anschließend in einen geeigneten Behälter eingefüllt werden und/oder in einem Pulverbeschichtungsverfahren verwendet werden.
Pulverbeschichtungszusammensetzungen umfassen im Allgemeinen ein einen festen Film bildendes Harz, gegebenenfalls mit einem oder mehreren Färbungsmitteln, wie Pigmente, und gegebenenfalls auch enthaltend ein oder mehrere Zusatzstoffe, wie Magnetite, Füllstoffe, Flockungsmittel, Vernetzungsmittel, Einebnungsmittel, Lademittel, den Fluss unterstützende Mittel, den Fluss steuernde Mittel, Weichmacher, Stabilisatoren, Entgasungsmittel, Antioxidationsmittel, UV Absorptionsmittel, Lichtstabilisatoren und Wachse.
Die große Menge der Harze, welche in den Pulverbeschichtungen verwendet werden, sind wärmehärtende Harze. Diese Harze reagieren normalerweise chemisch während des Brennens, um ein Polymernetzwerk zu bilden, das im Allgemeinen nicht erneut schmilzt. Wärmehärtende Pulverbeschichtungen für Materialien oder Gegenstände aus Metall sind bekannt. Materialien, die in wärmehärtenden Pulverbeschichtungen eingesetzt werden, umfassen Epoxidharze, Polyesterharze und Acrylharze.
Thermoplastische Harze sind auch für einige Pulverbeschichtungsanwendungen geeignet und weisen im Allgemeinen ein höheres Molekulargewicht auf und erfordern relativ hohe Temperaturen, um das Schmelzen und den Fluss während der Beschichtung zu erzielen. Das Molekulargewicht und die Schmelzviskosität bleiben jedoch während des Beschichtungsverfahrens konstant, so dass das Polymer einfach erneut aufgeschmolzen werden kann, um eine einfache Reparatur oder Ausbesserung zu ermöglichen. Thermoplastische Beschichtungspolymere umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf, Polyamide, Polyolefine, plastifiziertes PVC, Polyester und Poly(vinylidenfluorid), Ionomere, Styrole, Copolymere, umfassend Styrol und ein Acrylester, und dergleichen.
Vernetzbare Harze können in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden. Nicht begrenzende Beispiele geeigneter vernetzbarer Harze umfassen Epoxidharze, polyfunktionelle Epoxidharze, Polyesterharze, Carboxy-funktionelle Polyesterharze, Hydroxy-funktionelle Polyesterharze, Polyolharze, Polycarbonsäureharze und Poly(vinylidenfluorid) Harze.
Daher wird in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen, das Harz aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus wärmehärtenden Harzen, vernetzbaren Harzen und thermoplastischen Harzen. Insbesondere ist das ausgewählte Harz wenigstens ein Harz, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharzen, Polyesterharzen, Carboxy-funktionellen Polyesterharzen, Hydroxy-funktionellen Polyesterharzen, Acrylharzen, funktionellen Acrylharzen, Polyamidharzen, Polyolefinharzen, plastifiziertes PVC, Polyester und Poly(vinylidenfluorid) und Ionomeren und Mischungen dieser.
In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung, werden Pulverbeschichtungszusammensetzungen hergestellt, unter Verwendung geeigneter wärmehärtender Polymerharze. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden geeignete wärmehärtende Pulverzusammensetzungen von Systemen verwendet, wie zum Beispiel carboxylterminierte verzweigte Polyester in Kombination mit multifunktionellen Epoxidharzen; Carboxyl-funktionalisierte Acrylharze verbunden mit multifunktionellen Epoxidharzen; Epoxidharze oder Epoxid-funktionalisierte Acrylharze in Kombination mit latenten polyfunktionellen Aminkatalysatoren; blockierte Isocyanate in Kombination mit Hydroxyl-funktionalisierten Polyestern oder Acrylen; Epoxid-funktionalisierte Harze in Kombination mit Polycarbonsäurevernetzungsmitteln; makrozyklische Ester, Carbonate, Amide oder Imide, mit offenem Ring und polymerisiert in der Anwesenheit von polyfunktionellen Epoxidharzen; Mischungen dieser und dergleichen.
In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden thermisch vernetzte Harze, wie Carboxyl- und Hydroxyl-funktionalisierte Polyester und Acrylharze, Epoxidharze und Epoxid-funktionalisierte Acrylharze, blockierte Isocyanate, Hydroxyl-funktionalisierte Polyester und Acryle, Polycarbonsäurevernetzungsmittel, makrozyklische Ester, Carbonate, Amide oder Imide und polyfunktionelle Epoxidharze, welche kommerziell erhältlich sind, verwendet. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden kommerziell erhältliche polyfunktionelle Aminokatalysatoren verwendet.
Die Zusammensetzung kann zum Beispiel auf einem festen Polymerbindemittelsystem basieren, umfassend ein Carboxy-funktionelles Polyester-filmbildendes Harz verwendet mit einem Polyepoxidhärtungsmittel. Solche Carboxy-funktionellen Polyestersysteme werden zur Zeit am Häufigsten für Pulverbeschichtungsmaterialien verwendet. Das Polyester weist im Allgemeinen einen Säurewert in dem Bereich von 10–100 auf, ein zahlengemitteltes Molekulargewicht Mn von 1.500 bis 10.000 und eine Glasübergangstemperatur Tg von 30°C bis 85°C, vorzugsweise von wenigstens 40°C. Solch ein Carboxy-funktionelles Polyester-filmbildendes Harz kann alternativ mit einem bis-(beta-Hydroxyalkylamid) Härtemittel wie Tetrakis(2-hydroxyethyl)adipamid verwendet werden.
In Ausführungsformen ist das Harz ein Polyester, besonders bevorzugt ein sulfoniertes Polyester, welches aus jeder geeigneten Säure und Alkohol gebildet werden kann. Vorzugsweise wird das Polyester aus einem oder mehreren Terephthalaten und einen oder mehreren Glykolen abgeleitet. Zum Beispiel kann das Polyester aus einer Reaktion abgeleitet werden, welches zum Beispiel drei Glykolbestandteile umfasst. In einer hier bevorzugtesten Ausführungsform ist das Polyester ein sulfoniertes Polyester, abgeleitet aus einer Reaktion von Dimethyltherephthalat, Natriumdimethyl 5-sulfoisophthalat, Proplandiol, Diethylenglykol und Dipropylenglykol.
Als eine weitere Möglichkeit kann ein Epoxidharz mit einem Amin-funktionellen Vernetzungsmittel verwendet werden, wie zum Beispiel Dicyandiamid. Anstelle eines Amin-funktionellen Vernetzungsmittels für ein Epoxidharz kann ein Phenolmaterial verwendet werden, zum Beispiel ein Material gebildet durch die Reaktion von Epichlorohydrin mit einem Überschuss an Bisphenol A. Ein funktionelles Acrylharz, zum Beispiel ein Carboxy-, Hydroxy- oder Epoxid-funktionelles Harz kann mit einem geeigneten Härtemittel verwendet werden. Mischungen von Bindemittel können verwendet werden, zum Beispiel kann ein Carboxy-funktionelles Polyester mit einem Carboxy-funktionellen Acrylharz ver wendet werden, und ein Vernetzungsmittel wie ein bis-(beta-Hydroxyalkylamid), welches zur Vernetzung beider Polymere dient. Als weitere Möglichkeiten für gemischte Bindemittelsysteme, können ein Carboxy-, Hydroxy- oder Epoxid-funktionelles Acrylharz mit einem Epoxidharz oder einem Polyesterharz (Carboxy- oder Hydroxy-funktionell) verwendet werden. Solche Harzkombinationen können ausgewählt werden, um co-härtend zu sein, zum Beispiel, ein Carboxy-funktionelles Acrylharz co-vernetzt mit einem Epoxidharz, oder ein Carboxy-funktionelles Polyester co-vernetzt mit einem Glycidyl-funktionellem Acrylharz. Häufiger werden jedoch solche gemischte Bindemittelsysteme zusammengesetzt, um so mit einem einzigen Vernetzungsmittel vernetzt zu werden (zum Beispiel Verwendung eines blockierten Isocyanats um ein Hydroxy-funktionelles Acrylharz und ein Hydroxy-funktionelles Polyester zu vernetzen). Eine andere bevorzugte Zusammensetzung umfasst die Verwendung eines anderen Vernetzungsmittels für jedes Bindemittel aus einer Mischung aus zwei polymeren Bindemitteln (zum Beispiel ein Amin-vernetztes Epoxidharz verwendet in Verbindung mit einem blockierten Isocyanatvernetzten Hydroxy-funktionellen Acrylharz).
Andere filmbildende wärmehärtende Polymere, welche genannt werden können, umfassen funktionelle Fluoropolymere, funktionelle Fluorochloropolymere und funktionelle Fluoroacrylpolymere, welche jeweils Hydroxy-funktionell oder Carboxy-funktionell sein können, und welche als einziges filmbildendes Polymer oder zusammen mit einem oder mehreren funktionellen Acryl-, Polyester- und/oder Epoxidharzen verwendet werden können.
In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen kann wenigstens ein geeignetes thermoplastisches Harz verwendet werden. Illustrative Beispiele solcher geeigneter Harze umfassen zum Beispiel thermoplastische Harze, wie im Allgemeinen Vinylharze oder insbesondere Styrolharze, und Polyester. Beispiele geeigneter thermoplastischer Harze umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf, Styrolmethaycrylat; Polyolefine; Styrolacrylate; Polyester; Styrolbutadien; vernetzte Styrolpolymere; Epoxide; Polyurethane; Vinylharze, einschließlich Homopolymere oder Copolymere von zwei oder mehreren Vinylmonomeren; und polymerische Veresterungserzeugnisse von Dicarbonsäure und einem Diol umfassend ein Diphenol. Andere geeignete Vinylmonomere umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf Styrol; p-Chlorostyrol; ungesättigte Mono-Olefine; gesättigte Mono-Olefine; Vinylester; Acrylonitrile, Methacrylonitril und Acrylamid; Mischungen dieser; und dergleichen. Zusätzlich können vernetzte Harze, einschließlich Polymere, Copolymere und Homopolymere von Styrolpolymeren ausgewählt werden. Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „ Styrol" Styrol per se, wie auch styrolhaltige Modifikationen, wie a-Methylstyrol, 3-Chlorostyrol, 2,5-Dichlorostyrol, 4-Bromostyrol, 4-Tert-Butylstyrol, 4-Methoxystyrol, Vinylnaphthalen, Vinyltoluol und Divinylbenzol.
Copolymere in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen können auch eine kleine Menge von einem oder mehreren zusätzlichen Monomeren enthalten. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen enthält das Copolymer wenigstens 90 Gew.-% Styrol- oder Acryl- oder Methacrylmonomere gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Copolymer kann auch bis zu 10 Gew.-% anderer Monomere enthalten. Geeignete Monomere umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf, Vinylester von aliphatischen Säuren, ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren und bekannte Vernetzungsmitteln.
Pulverpartikel, die aus einem der obigen Harze oder Kombinationen von Harzen in den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung gebildet wurden, können vernetzt oder unvernetzt sein. Jedes geeignete Vernetzungsmittel kann verwendet werden. Geeignete Vernetzungsmittel umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf, Amine, Anhydride, Isocyanate, Divenylbenzol, Divenyltoluol, Diacrylate, Dimethacrylate und dergleichen.
Die Latexemulsion von Harz kann gebildet werden, indem ein Latex aus wenigstens einem Harz gebildet wird, gewählt aus den oben beschriebenen, in Wasser. Das Harz kann in einem Schüttgutpolymerisations- oder durch ein Polykondensationsverfahren hergestellt werden, und wobei das Harz durch Einführung von alkalisulfonierten Monomeren hydrophil gehalten wird und wobei das ausgewählte Harz vorzugsweise funktionelle Gruppen enthält, die dieses dissipatisch machen; das heißt, sie bilden spontane Emulsionen in Wasser ohne die Verwendung von organischen Lösungsmitteln, insbesondere oberhalb der Glasübergangstemperatur, Tg, des Harzes. In anderen Ausführungsformen kann das ausgewählte Harz die Verwendung von organischen Lösungsmitteln notwendig machen, die mit Wasser mischbar sind, gefolgt von dem Emulgierverfahren in Wasser und anschließend gefolgt von dem Strippen des Lösungsmittels aus dem Wasser, um eine wässrige Harzdispersion zu bilden. Das Latex der suspendierten Harzpartikeln kann aus Partikeln bestehen, mit einer mittleren Größe von zum Beispiel 5 bis 500 nm und noch bevorzugter 10 bis 250 nm im durchschnittlichen Volumendurchmesser, gemessen durch jede geeignete Vorrichtung wie zum Beispiel einen NiCOMP^®-Sizer. Die Partikel umfassen vorzugsweise zum Beispiel 5 bis 40 Gew.-% der Latexemulsion.
Alternativ kann das Latex durch Emulsionspolymerisation gebildet werden.
Synthetisierte Acryl- und Methacrylsäurehaltige Acrylemulsionen, Glycidylmethacrylat funktionelle Acrylemulsionen, Karbonsäure-terminierte dissipatible Polyesteremulsionen und kommerzielle Epoxiddharzemulsionen stellen Materialien zur Verfügung, die auch verwendet werden können.
In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen dieser Erfindung können zusätzliche Zusatzstoffe, wahlweise in der Form von Dispersionen, zu der Latexemulsion des Harzes von der Aggregation eingeführt werden. Zusatzstoffe können zugegeben werden, in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen, aus jedem verschiedener Gründe, umfassend, jedoch nicht begrenzt auf, Bereitstellen von Farbe, Verbesserung der Ladungseigenschaften und verbesserte Fließeigenschaften. Zum Beispiel umfassen die Zusatzstoffe, sind jedoch nicht begrenzt auf, Färbungsmittel; Magnetite; Füllstoffe; Flockungsmittel; Vernetzungsmittel; Einebnungsmittel; Lademittel; den Fluss unterstützende Mittel; den Fluss steuernde Mittel; Weichmacher: Stabilisatoren; Entgasungs- und Antigasmittel; oberflächenaktive Mittel; Antioxidationsmittel; UV Absorptionsmittel; Lichtstabilisatoren und Wachse können enthalten sein. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen kann, wenn ein hoher Glanz gefordert wird, die Pulverbeschichtungszusammensetzung ohne Pigment gebildet werden.
Vernetzungsmittel die zur Verwendung gemäß verschiedener beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung genannt werden können, umfassen Epoxidphenolnovolace und Epoxidcresolnovolace; Isocyanatvernetzungsmittel blockiert mit Oximen; Lichtstabile Epoxidharze; alicyclische Polyepoxide; polyfunktionelle Amine; Dicyanodiamid; Bisphenol A; Bisphenol S; hydriertes Bisphenol; Polyphenole; Imidazole; Betahydroxy-Alkylamid; Uretdion; und polyfunktionelle Isocyanate; wie auch andere bekannte oder später entwickelte Härtemittel und Initiatoren.
Farbmittel, die in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung eingeführt werden, umfassen Pigmente, Farbstoffe und Mischungen aus Pigmenten mit Farbstoffen und dergleichen. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden Cyan-, Magenta- oder Gelbpigmente oder Farbstoffe oder Mischungen dieser verwendet. Das Pigment oder die Pigmente können als Wasserbasispigmentdispersionen in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden.
In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung kann ein Farbmittel in bekannten Mengen eingeführt sein, um eine gewünschte Farbstärke zu erzielen. Zum Beispiel wird in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung wenigstens eines der oben beschriebenen Farbstoffe und/oder Pigmente, und/oder andere Farbmittel, in eine Pulverbeschichtungszusammensetzung in einer geeigneten Menge eingeführt. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen wird wenigstens eines der oben beschriebenen Farbstoffe und/oder Pigmente und/oder anderer Färbungsmittel in einer Menge von 1 bis 20 Gew.-% der Pulverbeschichtungszusammensetzung eingeführt. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen wird das Farbmittel in einer Menge von 2 bis 10 Gew.-% der Pulverbeschichtungszusammensetzung eingeführt.
Eine Farbmitteldispersion enthaltend zum Beispiel 5 bis 50 Gew.-% vordispergierten Färbungsmittel in Wasser wird zu der Latexemulsion des Bindemittels zugefügt, unter gesteuertem Rühren/Mischen. Ein Pigmentgehalt von < 40 Gew.-% der gesamten Zusammensetzung (ohne die trocken gemischten Zusatzstoffe) kann verwendet werden. Im Allgemeinen wird ein Pigmentgehalt von 25–30 % verwendet, obwohl in dem Fall von dunklen Farben eine Opazität mit < 10 Gew.-% des Pigments erhalten werden kann. Wenn geeignet, kann ein Füllstoff verwendet werden, um die Opazität zu unterstützen, um so die Kosten zu minimieren.
In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden Magnetite eingeführt, entweder aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften, oder wegen der Farbmitteleigenschaften oder aus beiden Gründen. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ist ein Magnetit in einer Pulverbeschichtungszusammensetzung in einer wirksamen Menge enthalten. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen ist Magnetit in einer Menge von 10 Gew.-% bis 75 Gew.-% der Pulverbeschichtungszusammensetzung enthalten. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen ist das Magnetit in einer Menge von 30 Gew.-% bis 55 Gew.-% der Pulverbeschichtungszusammensetzung enthalten.
Die Pulverzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können auch Füllstoffe umfassen; Aluminosilikate; Corundum; keramische Füllstoffe; Glas; Carbonate; anorganische Fasern und dergleichen; Kalziumsulfat; Bariumsulfat; Magnesiumsulfat; und andere bekannte oder später entwickelte Füllstoffmaterialien, und diese sind in Mengen eingeführt, die geeignet sind um die rheologischen Eigenschaften der Pulverzusammensetzung einzustellen.
In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden Flockungsmittel eingeführt, um die Partikel zu aggregieren. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen sind die Flockungsmittel in einer Menge von 0,01 % bis 10 Gew.-% der Pulverbeschichtungszusammensetzung enthalten.
In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung kann ein Lademittel in geeigneten wirksamen Mengen verwendet werden. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen wird das Lademittel in Mengen von 0,1 bis 15 Gew.-% der Pulverbeschichtungszusammensetzung verwendet. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung wird das Ladesmittel in Mengen von 0,1 bis 15 Gew.-% der Pulverbeschichtungszusammensetzung verwendet. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung wird das Lademittel in Mengen von 1 bis 15 Gew.-% der Pulverbeschichtungszusammensetzung verwendet. Geeignete Lademittel in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf, Alkylpyridinhalogenide, Bisulfate, die negative Ladung erhöhende Zusatzstoffe und andere Ladezusatzstoffe, die im Stand der Technik bekannt sind oder später entwickelt oder entdeckt werden.
Des Weiteren können die Pulverzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung auch Freigabe- oder Einebnungsmittel umfassen, wie Silikone oder geeignete Wachse, mit ihrer bekannten Wirkung. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung kann ein Wachs in einer Pulverbeschichtungszusammensetzung in einer Menge von 1 Gew.-% bis 15 Gew.-% vorhanden sein, bezogen auf das Gewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen ist das Wachs in der Pulverbeschichtungszusammensetzung in einer Menge von 2 Gew.-% bis 10 Gew.-% vorhanden, basierend auf dem Gewicht der Pulverbeschichtungszusammensetzung aufgrund der bekannten Wirkung des Wachses.
Zusätzlich können verschiedene beispielhafte Ausführungsformen einer Pulverbeschichtungszusammensetzung, welche in dem Verfahren der Erfindung verwendet wird, gemäß der normalen Ausübung zusammengesetzt sein, und insbesondere ist es möglich Zusammensetzungen zu verwenden, die insbesondere für Koronaladungsanwendungen zusammengesetzt sind, wie auch Zusammensetzungen, die insbesondere für Triboladungsanwendungen zusammengesetzt wurden (zum Beispiel, für das Letztere, durch die Verwendung von geeigneten Polymeren, von denen die sogenannten „Tribo-Safe" Grade ein Beispiel sind oder durch die Verwendung von Zusatzstoffen).
Die Latexemulsion der Harze, zusammen mit jeden Zusatzstoff, werden einem Aggregationsverfahren unterworfen, wobei die Latexemulsion des Harzes und optionale Zusatzstoffe aggregieren können, um aggregierte Partikel zu bilden. Die Latexemulsion des Harzes und optionale Zusatzstoffe können durch jedes geeignete Verfahren vermischt werden, einschließlich jedoch nicht begrenzt auf Rühren. Die Latexemulsion der Mischung aus Harz und optionalen Zusatzstoffen kann erwärmt werden, vorzugsweise auf eine Temperatur auf oder unter der Glasübergangstemperatur von wenigstens einem Harz, um die Partikel zu aggregieren. Das Aggregieren kann jedoch ohne das Erwärmen der Zusammensetzung erzielt werden.
Es kann notwendig sein, ein Aggregationsmittel zu der Mischung zuzuführen, um das Aggregieren zu bewirken. Wenn notwendig liegt die gesamte Menge des Aggregationsmittels, die für das Aggregieren notwendig ist, zum Beispiel zwischen 5 bis 20 Gew.-% des Harzes in der Emulsion. Das Aggregationsmittel wird vorzugsweise als eine Lösung in Wasser zugegeben, wobei die Lösung in der Größenordnung von zum Beispiel 1 % bis 20 Gew.-% des Aggregationsmittels enthält.
In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden verdünnte Lösungen des Aggregationsmittels verwendet, um die Partikelaggregationsdauer zu optimieren, wobei so wenig faulende und grobe Partikelbildung wie möglich auftritt. Zum Beispiel kann das Faulen < 0,1 % verringert werden, wenn eine 1 % bis 10 %, vorzugsweise 3 bis 5%ige Zinkacetatlösung als Aggregationsmittellösung verwendet wird. Daher umfasst die Aggregationsmittellösung vorzugsweise 5 Gew.-% oder weniger Aggregationsmittel, vorzugsweise 3 Gew.-% oder weniger. Des Weiteren kann es möglich sein, ein Tauchrohr in den Behälter einzuführen, um die Schaumbildung zu reduzieren und um das Aggregationsmittel mit den Harzpartikeln besser zu vermischen, und so das Faulen zu eliminieren.
Jedes Aggregationsmittel, welches in der Lage ist, die Komplexierung zu bewirken, kann geeignet eingesetzt werden. Sowohl Erdalkalimetall oder Übergangsmetallsalze können als Aggregationsmittel eingesetzt werden. Bevorzugte Aggregiermittel sind Zinkacetat und Polyaluminiumchloride.
Nach der Zugabe des Aggregationsmittels in den Behälter kann die Bedingung des Aggregationsschrittes über einen Zeitraum fortgesetzt werden, bis die Partikel der Pulverbeschichtungszusammensetzung mit der gewünschten Größe und Größenverteilung erhalten werden. Die Größe kann aufgezeichnet werden, indem Proben aus dem Behäl ter entnommen werden und die Größe der Partikel der Pulverbeschichtungszusammensetzung bestimmt wird, zum Beispiel mit einer Partikelgrößengrößenbestimmungsvorrichtung.
Wenn die aggregierten Partikel die gewünschte Größe erreicht haben, wird die resultierende Suspension verschmolzen. Dies kann erzielt werden, indem sie auf eine Temperatur auf oder oberhalb der Glasübergangstemperatur des Harzes erwärmt wird.
Diese Partikel können aus der Suspension entfernt werden, zum Beispiel durch Filtration, und einem Waschen/Spülen unterworfen werden, zum Beispiel mit Wasser, um restliches Aggregationsmittel zu entfernen und getrocknet werden, wodurch Partikel der Pulverbeschichtungszusammensetzung erhalten werden, bestehend aus Harz und gegebenenfalls Zusatzstoffen. Zusätzlich können die Partikel der Pulverbeschichtungszusammensetzung einem Screenen und/oder Filtrationsschritt unterworfen werden, um unerwünscht grobe Partikel aus der Pulverbeschichtungszusammensetzung zu entfernen.
Auf diese Weise kann ein Pulver gebildet werden. Harz ist im Allgemeinen in dem Pulver in jeder ausreichenden, jedoch wirksamen Menge vorhanden. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ist das Harz in einer Menge von 50 bis 100 Gew.-% einer Pulverbeschichtungszusammensetzung vorhanden. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ist das Harz in einer Menge von 70 bis 90 Gew.-% der Pulverbeschichtungszusammensetzung vorhanden.
In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung kann die Pulverbeschichtungszusammensetzung zum Beispiel das Trockenmischen eines oder mehrerer Zusatzstoffe einsetzen, wie die Fluidität unterstützende Zusatzstoffe und insbesondere die bevorzugte Zusatzstoffkombination, die in der WO 94/11446 offenbart ist, umfassend Aluminiumoxid und Aluminiumhydroxid. Andere trocken vermischte Zusatzstoffe und oberflächenaktive Zusatzstoffe, die genannt werden können, umfassen Vernetzungsmittel; Füllstoffe, wie Aluminiumoxid und Siliziumdioxid, entweder einzeln oder in Kombination; den Fluss unterstützenden und Fluss steuernde Mittel, Lademittel, wie die oben beschriebenen. Zusätzlich können andere Zusatzmittel enthalten sein.
Die Pulverzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können auch gegebenenfalls mit den Fluss unterstützenden und den Fluss steuernden Mitteln vermischt werden, wie externen Zusatzstoffpartikeln, welche normalerweise auf der Oberfläche der Pulverzusammensetzung vorhanden sind. Diese den Fluss unterstützenden Mittel sind im All gemeinen in Mengen von 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-% vorhanden, und vorzugsweise in Mengen von 0,1 Gew.-% bis 1 Gew.-%.
Die gesamte Menge des wenigstens einen trocken gemischten Zusatzstoffs, die in die Pulverbeschichtungszusammensetzung eingeführt wird, liegt im Allgemeinen in dem Bereich von 0,01 % bis 10 Gew.-%, vorzugsweise wenigstens 0,1 Gew.-% und überschreitet 1,0 Gew.-% nicht (bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung ohne des wenigstens einen Zusatzstoffs).
Oberflächenaktive Zusatzstoffe können zu den Partikeln der Pulverbeschichtungszusammensetzung nach der Isolation durch, zum Beispiel, Filtration, zugegeben werden und anschließend optional von Waschen und Trocknen gefolgt werden. Geeignete externe oberflächenaktive Zusatzstoffe umfassen zum Beispiel Metallsalze, Metallsalze von Fettsäuren, kolloidale Siliziumdioxide, Titanoxide, und Mischungen dieser und dergleichen. Diese Zusatzstoffe können in Mengen von zum Beispiel 0,1 bis 2 % ausgewählt werden, und die Zusatzstoffe können während der Aggregation zugegeben werden, oder in die gebildete Pulverbeschichtungszusammensetzung gemischt werden. Die Pulverbeschichtungszusammensetzung kann auch bekannte Lademittel in wirksamen Mengen umfassen, zum Beispiel von 0,1 bis 5 Gew.-%, wie Alkylpyrdiniumhalogenide, Bisulfate, die negative Ladung erhöhende Zusatzstoffe, wie Aluminiumkomplexe und dergleichen. Andere bekannte die positive und die negative Ladung steigernde Zusatzstoffe können auch ausgewählt werden.
Die Pulverbeschichtungszusammensetzungen, die durch verschiedene Ausführungsformen der Erfindung hergestellt werden können, können für bekannte Pulverbeschichtungsverfahren eingesetzt werden. Die Pulverbeschichtungszusammensetzungen werden insbesondere für Pulverbeschichtungszusammensetzungen erhalten, wie zum Beispiel für elektrostatische Sprühverfahren und Wirbelbettverfahren, welche oben beschrieben sind, wie auch für andere Pulverbeschichtungsverfahren, die zur Zeit bekannt und später entdeckt oder entwickelt werden.
Das Substrat kann Metall umfassen (zum Beispiel Aluminium oder Stahl) oder ein anderes leitfähiges Material, und kann im Prinzip jede gewünschte Form und Größe aufweisen. Vorteilhafterweise wird das Substrat chemisch oder mechanisch gereinigt, bevor die Zusammensetzung aufgebracht wird, und in dem Fall von Metallsubstraten, werden diese vorzugsweise einer chemischen Vorbehandlung unterworfen, zum Beispiel mit Eisenphosphat, Zinkphosphat oder Chromat.
Wenn die Pulverbeschichtungszusammensetzung auf das Substrat in Pulverform durch jedes bekannte oder später entwickeltes Verfahren der Pulverbeschichtung aufgebracht wurde, kann die Pulverbeschichtungszusammensetzung, welche durch die Verfahren der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung gebildet wurde, durch jedes geeignete Verfahren vernetzt werden, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf Aussetzen des beschichteten Substrats gegen Wärme, ultravioletter Strahlung und Licht.
Die Erfindung stellt demzufolge ein Verfahren zur Beschichtung von Teilen von Kraftfahrzeugen zur Verfügung, wobei eine erste Beschichtung abgeleitet aus einer Pulverbeschichtungszusammensetzung mittels des Verfahrens der Erfindung, wie hier definiert, aufgebracht wird und anschließend eine Überschicht über die Pulverbeschichtung aufgebracht wird. Es sollten auch Anwendungen des Verfahrens der Erfindung in der Raumfahrindustrie genannt werden, wobei es insbesondere vorteilhaft ist, in der Lage zu sein, gleichförmige Beschichtungen mit minimalen Filmgewichten auf Substrate aufzubringen (insbesondere auf Aluminium- oder Aluminiumlegierungssubstrate) über einen weiten Bereich von geometrischen Konfigurationen in einer mit der Umwelt konformen Weise.
Das Verfahren der Erfindung ist in der Lage, mit Gegenständen fertig zu werden, wie Drahtbehälter und Gefrierregalen, welche Schweißnähte und Vorsprünge umfassen, und eine gleichförmige Beschichtung des Pulvers auf den Schweißnähten und Vorsprüngen bereitzustellen, wie auch auf dem Rest der Gegenstände. Alternative Beschichtungsverfahren werden im Gegensatz dazu nicht gleichförmige Beschichtungen auf Gegenständen, wie Drahtbehältern und Gefrierschrankregalen, bereitstellen, da bei den alternativen Beschichtungsverfahren eine geeignete Beschichtung der Schweißnähte häufig nur durch eine Überbeschichtung der Vorsprünge erzielt wird.
BEISPIELE
Beispiel 1
Pulverpartikel umfassend 89 % Harz auf Styrolacrylatbasis und 11 % Cyanpigment Blue 15,3 Pigment (erhältlich von Sun Chemicals) wurden wie folgt hergestellt:

(i) Eine Latexemulsion bestehend aus Polymerpartikeln, erzeugt aus der Emulsionspolymerisation von Styrol, Butylacrylat und Betacarboxylethylacrylat wurde wie folgt hergestellt: eine Lösung aus einem oberflächenaktiven Mittel aus 1,59 kg DOFAX2A1^TM (anionischer Emulgierer) und 430 kg entionisiertes Wasser wurde hergestellt, indem diese Bestandteile für 10 Minuten in einem rostfreien Stahlbehälter vermischt wurden. Der Behälter wurde anschließend für 5 Minuten mit Stickstoff gespült, bevor die Mischung in einen Reaktor eingeführt wurde. Der Reaktor wurde anschließend kontinuierlich mit Stickstoff gespült, während die Mischung mit 100 UpM (Umdrehungen je Minute) gerührt wurde. Der Reaktor wurde anschließend auf 80°C erwärmt. Getrennt davon wurden 6,8 kg Ammoniumpersulfatinitiator in 33,55 kg entionisierten Wasser aufgelöst. Getrennt davon wurde eine Monomeremulsion auf die folgende Weise hergestellt: 366 kg Styrol, 86 kg Butylacrylat und 14 kg β-CEA, 6 kg 1-Dodecanthiol, 3 kg Dodecandioldiacrylat (ADOD), 8,05 kg DOWFAX^TM (anionisches oberflächenaktives Mittel) und 216 kg entionisiertes Wasser wurden vermischt, um eine Emulsion zu bilden. 5 % der obigen Latexemulsion wurde anschließend langsam in den Reaktor eingeführt, welcher die wässrige oberflächenaktive Phase bei 80°C enthielt, um „Keime" zu bilden, während der Reaktor mit Stickstoff gespült wurde. Die Initiatorlösung wurde langsam in den Reaktor eingeführt und nach 10 Minuten wurde der Rest der Emulsion kontinuierlich in den Reaktor unter Verwendung von Dosierpumpen eingeführt. Nachdem die ganze Monomeremulsion in den Hauptreaktor eingeführt war, wurde die Temperatur für zusätzliche 2 Stunden auf 80°C gehalten, um die Reaktion zu vervollständigen. Das vollständige Abkühlen wurde anschließend eingesetzt und die Reaktortemperatur wurde auf 35°C reduziert. Das Erzeugnis wurde in einem Haltetank gesammelt. Nach dem Trocknen wies das Latexharz folgende molekulare Eigenschaften auf: M_w = 60.000, M_n = 11.800 und der Anfangs-Tg betrug 58,6°C. Das Latex umfasste 40 % Harz, 58,5 Wasser und 1,5 % anionisches oberflächenaktives Mittel.
(ii) Herstellung der Cyanpulverzusammensetzung 344,5 g der oben hergestellten Latexemulsion und 150 g einer wässrigen Cyanpigmentdispersion enthaltend 49,8 g blaues Pigment Pigment Blue 15,3 (erfältlich von Sun Chemicals) mit fester Beladung von 35,5 %, wurden gleichzeitig in 540 ml Wasser bei Raumtemperatur, ungefähr 25°C, eingeführt, während es mit einer Schergeschwindigkeit von 5.000 UpM mittels eines Polytrons gemischt wurde. Zu dieser Mischung wurden 26 g Polyaluminumchlorid (PAC) Lösung über einen Zeitraum von 2 Minuten zugegeben, enthaltend 2,6 g 10 % Feststoffe und 23,4 g 0,2 molare Salpetersäure, und mit einer Geschwindigkeit von 5.000 UpM über einen Zeitraum von 2 Minuten vermischt. Die resultie rende Mischung, welche einen pH-Wert von 2,7 aufwies, wurde anschließend in einen Reaktionsbehälter mit 2 Litern überführt und auf eine Temperatur von 58°C für 60 Minuten erwärmt, was zu Aggregaten in einer Größe von 6,5 führte und die GSD betrug 1,19. 1,6 g sulfoniertes 8-Hydroxychinolin wurde zu der resultierten Mischung zugegeben, gefolgt von dem Einstellen des pH-Wertes von 2,7 auf 7,9 und mit der wässrigen Basenlösung von 4 % Natriumhydroxid, und diese Mischung wurde für zusätzliche 15 Minuten gerührt. Anschließend wurde die resultierende Mischung auf 90°C erwärmt und auf dieser Temperatur für einen Zeitraum von 1 Stunde gehalten. Der pH-Wert der resultierenden Mischung wurde anschließend von ungefähr 7,6 auf ungefähr 2,6 mit 5 % Salpetersäure verringert. Nach 7 Stunden (insgesamt) bei einer Temperatur von 95°C, wiesen die Partikel die Form von Kugeln auf, wenn sie in einem optischen Mikroskop beobachtet wurden, und besaßen eine Größe von 6,5 μm mit einem GSD von 1,18. Der Reaktor wurde anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt und die Partikel wurden 4 mal gewaschen, wobei das erste Waschen bei einem pH-Wert von 11 durchgeführt wurde, gefolgt von 2 Waschungen mit entionsierten Wasser, und einem letzten Waschen, welches bei einem pH-Wert von 2 durchgeführt wurde. Die Partikel wurden in einem Gefriertrockner getrocknet. Die Verbundpartikel umfassten 89 % Harz des Latex (A) und 11 % des obigen Cyanpigment Blue 15,3 Pigment.

Beispiel 2
Eine Pulverzusammensetzung umfassend 95 % Polyesterharz und 6 % Pigment Blue 15:3 Farbmittel wurde wie folgt hergestellt:

(i) Ein Polyesterharz umfassend 0,465 mol% Terephthalat, 0,035 mol% Natriumsulfo-isophthalat, 0,475 mol% 1,2 Propandiol und 0,025 mol% Diethylenglykol wurde wie folgt hergestellt: In einem 5-Gallonen Parr Reaktor, welcher mit einem unterem Abflussventil, einem Doppelturbinenrührer und einem Destillationsempfänger mit einem Kaltwasserkondensator ausgerüstet war, wurden 3,98 kg Dimethylterephthalat, 451 g Natriumdimethylsulfoisophthalat, 3,104 kg 1,2-Propandiol (1 mol Überschuss an Glykol), 351 g Diethylenglykol (1 mol Überschuss Glykol) und 8 g Butylinhydroxidkatalysator eingeführt. Der Reaktor wurde anschließend 165°C erwärmt und für 3 Stunden gerührt, wobei 1,33 kg Destillat in dem Destillationsempfänger gesammelt wurden, und wobei das Destillat ungefähr 98 Vol.-% Methanol und 2 Vol.-% 1,2 Propandiol umfasste, gemessen durch den ABBE Refraktometer (erhältlich von American Optical Corporation). Die Reaktormischung wurde anschließend auf 190°C über einen Zeitraum von 1 Stunde erwärmt, worauf der Druck langsam von Atmosphärendruck auf ungefähr 260 Torr in einem Zeitraum von einer Stunde reduziert wurde, und anschließend auf 5 Torr über einen Zeitraum von 2 Stunden reduziert wurde, wobei ungefähr 470 g Destillat in dem Destillationsempfänger gesammelt wurden, und wobei das Destillat aus ungefähr 97 Vol.-%, 1,2-Propandiol und 3 Vol.-% Methanol bestand, gemessen durch den ABBE Refraktometer. Der Druck wurde anschließend weiter auf ungefähr 1 Torr über einen Zeitraum von 30 Minuten reduziert, wodurch zusätzliche 530 g 1,2-Propandiol gesammelt wurden. Der Reaktor wurde anschließend mit Stickstoff auf Atmosphärendruck gespült, und das Polymerprodukt, welches durch den Boden abgelassen wurde, floss in einen Behälter, welcher mit Trockeneis gekühlt wurde, um zu 5,60 kg 3,5 mol% sulfonierten Polyesterharz, Natriumsalz von (1,2-Propylen-Dipropylen-5-Sulfoisophthalat)-Copoly (1,2-Propylen-Dipropylen-terephthalat) zu führen. Die Gasübergangstemperatur des sulfonierten Polyesterharzes wurde auf 56,6°C (am Beginn) gemessen. Unter Verwendung des Differential Scanning Kalorimeters (erhältlich von E.I. DuPont), welches mit einer Erwärmungsrate von 10°C je Minute betrieben wurde. Das zahlengemittelte Molekulargewicht wurde mit 3,250 g je Mol bestimmt, und das gewichtsgemittelte Molekulargewicht wurde mit 5,290 g je Mol unter Verwendung von Tetrahydrofuran als Lösungsmittel gemessen. Eine 15%ige Festkörperkonzentration an kolloidalem Sulfonatpolyesterharz, welches in einem wässrigen Medium verteilt war, wurde hergestellt, indem zunächst ungefähr 2 Liter entionisiertes Wasser auf ungefähr 85°C unter Rühren erwärmt wurde, und anschließend 300 g des sulfonisierten Polyesterharzes, welches oben erhalten wurde, zugegeben wurde, gefolgt von dem kontinuierlichen Erwärmen auf ungefähr 85°C, und Rühren der Mischung über eine Dauer von ungefähr einer bis ungefähr zwei Stunden, gefolgt von dem Kühlen auf ungefähr Raumtemperatur, ungefähr 25°C. Die kolloidale Lösung aus Natrium-sulfonierten Esterharzpartikeln besaß eine charakteristische blaue Färbung und Partikelgrößen in dem Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 150 nm, typischerweise in dem Bereich von 20 bis 40 Nanometer, gemessen durch den NiCOMP^® Partikelsizer.
(ii) Herstellung von Cyanpulverbeschichtung Eine 2 Liter kolloidale Lösung enthaltend 15 Gew.-% des obigen Natrium sulfonierten Polyesterharzes wurde in einen 4 Liter Kessel eingefüllt, welcher mit einem mechani schen Rührer ausgestattet war. Hierzu wurden 42 g einer Cyanpigmentdispersion zugegeben, enthaltend 30 Gew.-% Pigment Blue 15:3 (erhältlich von Sun Chemicals), und die resultierende Mischung wurde auf 56°C erwärmt, unter Rühren mit ungefähr 180 bis 200 Umdrehungen je Minute. Zu dieser erwärmten Mischung wurde anschließend tropfenweise 760 g einer wässrigen Lösung zugegeben, enthaltend 5 Gew.-% Zinkacetatdehydrate. Die tropfenweise Zugabe von Zinkacetatdehydratlösung wurde unter Verwendung einer peristaltischen Pumpe durchgeführt, wobei eine Zugaberate ungefähr 2,5 Milliliter je Minute betrug. Nachdem die Zugabe vollständig war (ungefähr 5 Stunden), wurde die Mischung für zusätzliche 3 Stunden gerührt. Eine Probe (ungefähr 1 Gramm) der Reaktionsmischung wurde anschließend aus dem Kessel entnommen, und eine Partikelgröße von 4,9 μm mit einem GSD von 1,18 wurde durch einen COULTER COUNTER bestimmt. Die Mischung wurde anschließend auf Raumtemperatur, ungefähr 25°C, abgekühlt und das Produkt wurde durch ein 3 μm hydrophobes Membrangewebe gefiltert und gefriergetrocknet, um das Pulvermaterial zu erzeugen.

Beispiel 3
Eine vernetzbare Pulverzusammensetzung umfassend 85 % Epoxidharz, 5 % Diacidimidvernetzungsmittel und 10 % Titaniumoxid wurde wie folgt hergestellt:
Zu einem 4-Liter Kessel, welcher mit einem Heizmantel, mechanischem Rührer und Destillationsvorrichtung ausgestattet war, wurden 3 Liter Wasser und 3 g Dodecylbenzolsulfonat zugegeben. Die Mischung wurde auf 65°C erwärmt, und zu dieser wurde eine Lösung umfassend 425 g Epoxidharz 664 D (erhältlich von Dow Chemicals), welche in 1,5 Liter Aceton aufgelöst war, tropfenweise zugeben. Das Aceton wurde in dem Destillationsempfänger gesammelt, und die Mischung für zusätzliche 3 Stunden erwärmt, um jedes restliche Aceton zu entfernen, um zu einer Dispersion von Epoxidharz in Wasser mit einer mittleren Partikelgröße von 150 nm zu führen. Zu dieser Harzdispersion wurden anschließend 200 g Titaniumoxiddispersion (40 % Feststoff) erhältlich von Sun Chemicals) zugegeben und eine wässrige Dispersion aus Dicyandiamid wurde durch Kugelmahlen von 4 g Dicyandiamid in 100 g Wasser enthaltend 1 Gew.-% Dodecylbenzolsulfonat für drei Stunden hergestellt. Der mechanische Rührer wurde aus dem Kessel entfernt, und durch einen Brinkmann Homogenisator ersetzt. Zu der Mischung wurden 12 g einer Polyaluminiumchlorid (PAC) Lösung, enthaltend 2,6 g 10 % Feststoffe und 23,4 g 0,2 molarer Salpetersäure über einen Zeitraum von 2 Minuten zugegeben, und unter Einsatz des Homogenisators mit einer Geschwindigkeit von 5.000 UpM über einen Zeitraum von 2 Minuten vermischt. Die resultierende Mischung zeigte anschließend einen pH-Wert von 2,5 bis 3,0. Der Homogenisator wurde durch den mechanischen Agitator ersetzt und die Mischung bei 250 UpM gerührt. Die Mischung wurde anschließend auf eine Temperatur von 58°C für 60 Minuten erwärmt, was zu Aggregaten mit einer Größe von 6,5 μm und einem GSD von 1,24 führt. 1,5 g sulfoniertes 8-Hydroxychinolin wird anschließend zu der resultierenden Mischung zugegeben, gefolgt von einem Einstellen des pH-Wertes auf ungefähr 7,5 mit einer wässrigen Basenlösung aus 4 % Natriumhydroxid, und diese Mischung wurde für zusätzliche 15 Minuten gerührt. Nachfolgend wurde die resultierende Mischung auf 80°C erwärmt und dort über einen Zeitraum von einer Stunde gehalten. Es zeigte sich, dass die verschmolzenen Partikel in der Form von Kugeln vorlagen, wenn sie unter einem optischen Mikroskop beobachtet wurden, und eine Größe von ungefähr 7 μm mit einem GSD von 1,2 aufwiesen. Der Reaktor wurde anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt und die Partikel wurden dreimal gewaschen, wobei die erste Waschung bei einem pH-Wert von 11 durchgeführt wurde, gefolgt von 2 Waschungen mit entionisierten Wasser, und einer letzten Waschung welche bei einem pH-Wert von 2 durchgeführt wurde. Die Partikel wurden anschließend in einem Gefriertrockner getrocknet, um zu dem Pulverbeschichtungsmaterial zu führen.

Claims

Ein Verfahren zur Pulverbeschichtung, umfassend das Auftragen eines Pulvers auf eine leitfähige Metalloberfläche oder auf eine Schicht auf der Metalloberfläche, um eine Beschichtung auf der Oberfläche oder der Schicht zu bilden, worin das Pulver gebildet wird durch Aggregieren von verschmelzenden Partikeln in eine wässrige Dispersion, wobei die Partikel Harzpartikel beinhalten, dadurch charakterisiert, dass das Pulver einen durchschnittlichen Volumendurchmesser von 3 bis 10 μm hat, und eine geometrische Größenverteilung von 1,1 bis 1,25.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Pulver erhitzt wird, um das Pulver auf der leitfähigen Oberfläche oder der Schicht zu schmelzen, wobei sich die Beschichtung bildet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Pulver vernetzt wird, um die Beschichtung zu bilden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Hartpartikel während der Aggregation mit einem Färbemittel aggregieren, um Pulverpartikel zu bilden, welche mindestens ein Harz und mindestens ein Färbemittel umfassen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Hartpartikel während der Aggregation mit mindestens einem aus Füllstoffen und Einebnungsmitteln aggregieren, um Pulverpartikel zu bilden, welche mindestens ein Harz und mindestens eins aus Füllstoffen und Einebnungsmitteln umfassen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Harzpartikel mindestens ein Harz ausgewählt aus der Gruppe aus Epoxyharzen, Polyesterharzen, Acrylharzen, Polyamidharzen, Polyolefinharzen, plastifiziertem PVC, Polyester und Poly(vinytidenfluorid), und Ionomeren, und Copolymere und Mischungen davon umfassen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend: a) Bilden eines Pulvers durch: i) Aggregieren von Partikeln in einer wässrigen Dispersion, welche mindestens Harzpartikel enthalten, um aggregierte Partikel zu bilden; ii) Verschmelzen der aggregierten Partikel, um zusammengeschmolzene Partikel zu bilden; und iii) Entfernen der zusammengeschmolzenen Partikel aus der wässrigen Dispersion, um das Pulver zu bilden.
Ein Verfahren zur Bildung eines Pulverbeschichtungsapplikators, enthaltend Pulver für die Verwendung zur Pulverbeschichtung, umfassend: a) Aggregieren von Partikeln in einer wässrigen Dispersion, beinhaltend mindestens Harzpartikel, um aggregierte Partikel zu bilden; b) Verschmelzen der aggregierten Partikel, um zusammengeschmolzene Partikel zu bilden; c) Entfernen der zusammengeschmolzenen Partikel aus der wässrigen Dispersion, um ein Pulver zu bilden; und d) Beladen des Pulvers in den Applikator für die Verwendung zur Pulverbeschichtung, dadurch charakterisiert, dass das Pulver einen durchschnittlichen Volumendurchmesser von 3 bis 10 μm und eine geometrische Größenverteilung von 1,10 bis 1,25 hat.
Das Verfahren gemäß Anspruch 8, worin die Harzpartikel während der Aggregation mit mindestens einem Färbemittel aggregiert werden.