DE60225775T2

DE60225775T2 - Zweisystem-Lackpulverzusammensetzung

Info

Publication number: DE60225775T2
Application number: DE60225775T
Authority: DE
Inventors: Edward G. Reading Nicholl; Andrew T. Sinking Spring Daly; Carryll A. Reading Seelig
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2022-11-16
Also published as: US7041737B2; EP1316593A2; EP1316593A3; CA2412659A1; US20030100678A1; EP1316593B1; DE60225775D1; MXPA02011490A; CA2412659C

Description

Hintergrund
Diese Offenbarung bezieht sich auf Beschichtungspulverzusammensetzungen und insbesondere auf Beschichtungspulverzusammensetzungen, die UV-Licht-resistente Beschichtungen mit geringem Glanz bilden. Beschichtungspulver sind trockene, fein zerteilte Teilchenzusammensetzungen, die im allgemeinen durch elektrostatische Verfahren, in denen die Pulverteilchen elektrostatisch geladen sind und das Substrat geerdet ist, auf Substrate aufgetragen werden. Die aufgetragene Zusammensetzung wird dann zum Schmelzen und Verschmelzen der Teilchen und zum Härten der Beschichtung erhitzt. Die Teilchen, die nicht an dem Substrat haften, können zur Wiederverwendung rückgeführt werden, so daß Beschichtungspulver Inhaltsstoffe wirtschaftlich nutzen. Des weiteren sind Beschichtungspulverzusammensetzungen im allgemeinen frei von zusätzlichen Lösungsmitteln und verwenden insbesondere keine organischen Lösungsmittel und sind demzufolge umweltfreundlich.
Ein anderer Vorteil von Beschichtungspulverzusammensetzungen ist, daß sie so formuliert werden können, daß sie in der Beschichtung eine Vielzahl von Merkmalen bereitstellen, wie beispielsweise geringen oder hohen Glanz. Nichtsdestotrotz besteht in der Technik nach wie vor der Bedarf nach Zusammensetzungen, die eine Kombination bestimmter Merkmale liefern können, einschließlich geringen Glanz, eine feine Mikrotextur, eine konsistente Textur und Stabilität gegenüber ultraviolettem Licht (UV-Licht-Stabilität) sowie eine gute Lagerdauer und bessere Stabilität, wobei sich die Komponenten des Pulvers beim Aufbringen auf ein Substrat nicht abtrennen. Zudem sind Beschichtungspulver mit einer niedrigen Härtungstemperatur wünschenswert, so daß eine breitere Vielzahl wärmeempfindlicher Substrate mit der Pulverbeschichtung beschichtet werden kann.
Darlegung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung gestaltet sich in ihren verschiedenen Aspekten wie in den anhängenden Ansprüchen dargestellt.
Eine Beschichtungspulverzusammensetzung umfaßt ein erstes filmbildendes System und ein zweites filmbildendes System, wobei die Beschichtungspulverzusammensetzung bei einer Temperatur von weniger als 162,8°C (325°F) härtet und eine Beschichtung mit einem Glanz von weniger 50%, gemessen bei 60°, bildet. Die Beschichtungspulverzusammensetzung kann vorteilhafterweise durch Mahlen eines ersten filmbildenden Systems mit einem zweiten filmbildenden System unter Bildung von Teilchen gebildet werden. Solch eine Zusammensetzung kann bei einer niedrigen Temperatur (weniger als 162,8°C) gehärtet werden.
Ein Verfahren zur Beschichtung eines Gegenstandes, bevorzugt eines wärmeempfindlichen Gegenstandes, umfaßt das Auftragen einer Beschichtungspulverzusammensetzung, umfassend ein erstes filmbildendes System und ein zweites filmbildendes System, auf einen Gegenstand, bevorzugt einen wärmeempfindlichen Gegenstand; das Erwärmen des Gegenstandes zum Schmelzen und Verschmelzen der Teilchen unter Bildung einer Beschichtung und das Härten der Beschichtung. Die gehärtete Pulverbeschichtung, die aus der partikulären Beschichtungspulverzusammensetzung gebildet wurde, weist einen Glanz von weniger als 50%, bevorzugt weniger als 30% und am stärksten bevorzugt 10–20%, gemessen bei 60°, auf.
Ausführliche Beschreibung
Das Gewichtsverhältnis des ersten filmbildenden Systems zu dem zweiten filmbildenden System beträgt typischerweise 0,5:1 bis 1,25:1. Das erste filmbildende System ist eine bei niedriger Temperatur härtende Beschichtungspulverzusammensetzung, die eine glatte Beschichtung bildet, die sich durch hohen Glanz (einen Glanz von mehr als 80% bei 60°) auszeichnet. Das zweite filmbildende System ist eine bei niedriger Temperatur härtende Beschichtungspulverzusammensetzung, die eine glatte Beschichtung bildet, die sich durch ein mattes oder wenig glänzendes Aussehen (einen Glanz von weniger als 30% bei 60°) auszeichnet. Das zweite filmbildende System kann dieselben oder andere Elemente als das erste filmbildende System enthalten. Die Härtungstemperaturen der filmbildenden Systeme sind kleiner als oder gleich 162,8°C (325°F), bevorzugt kleiner als oder gleich 148,9°C (300°F) und stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 121,1°C (250°F).
Beschichtungspulverzusammensetzungen, die zur Verwendung als die erste und zweite filmbildende Zusammensetzung geeignet sind, umfassen polymere Harze wie epoxyfunktionelle acrylische Harze, Epoxidharze, Carboxy-funktionelle Polyesterharze, Hydroxy-funktionelle Polyesterharze, Carboxy-funktionelle acrylische Polymere, polyacrylische Harze und Gemische, die mindestens eines der vorstehenden Harze umfassen. Andere verwendbare Harze können funktionelle Fluorpolymere, funktionelle Fluorchlorpolymere und funktionelle fluoracrylische Polymere umfassen, von denen jedes Hydroxy-funktionell oder Carboxy-funktionell sein kann.
Epoxy-funktionelle acrylische Harze umfassen beispielsweise Glycidylester mehrwertiger Säuren wie beispielsweise Terephthalsäure, Isophthalsäure, Phthalsäure, Methylterephthalsäure, Trimellithsäure, Pyromellithsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Bernsteinsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Tetrahydrophthalsäure, Methyltetrahydrophthalsäure, Hexahydrophthalsäure und Methylhexahydrophthalsäure. Diese Monomere können mit anderen α,β-ethylenisch ungesättigten Monomeren copolymerisiert werden. Das gewichtsmittlere Molekulargewicht solcher Epoxy-funktionellen acrylischen Harze kann 200 bis 200.000 betragen; die Glasübergangstemperatur (Tg) kann 40°C bis 60°C betragen und der Erweichungspunkt kann 55°C bis 75°C betragen.
Ein bevorzugtes Epoxy-funktionelles acrylisches Harz ist ein Glycidylmethacrylatcopolymer („GMA-Harz") in Form eines Copolymers, das durch Copolymerisieren von 20 Gewichtsprozent (Gew.-%) bis 100 Gew.-% Glycidylacrylat oder Glycidylmethacrylat und 0 Gew.-% bis 80 Gew.-% anderer α,β-ethylenisch ungesättigter Monomere wie Methylmethacrylat, Butylmethacrylat und Styrol erzeugt werden kann. Die Epoxy-Äquivalentgewichte des GMA-Harzes betragen 200 bis 1.000 und stärker bevorzugt 200 bis 600. Das GMA-Harz hat typischerweise ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von 3.000 bis 200.000 und bevorzugt 3.000 bis 20.000, bestimmt durch Gelpermeationschromatographie. Die Viskosität von GMA beträgt bevorzugt 10 bis 500 Poise und am stärksten bevorzugt 30 bis 3.000 Poise bei 150°C, bestimmt durch ein ICI-Konus-Platte-Viskosimeter (ICI Cone and Plate Viscosimeter).
Das GMA-Harz kann unter Reaktionsbedingungen, die in der Technik bekannt sind, hergestellt werden. Beispielsweise können die Monomere einem organischen Lösungsmittel wie Xylol zugegeben und die Reaktion bei Rückfluß in Gegenwart eines Initiators wie Azobisisobutyronitril oder Benzoylperoxid durchgeführt werden. Eine beispielhafte Reaktion ist in US-Patent Nr. 5,407,706 zu finden. Überdies sind GMA-Harze unter dem Markennamen ALMATEX von der Anderson Development Company, Adrian, Michigan kommerziell erhältlich. Das GMA-Harz kann in dem ersten filmbildenden System in einer Menge im Bereich von 20 bis 100 Teilen pro hundert Teilen Harz (phr) vorliegen.
Carboxy-funktionelle Polyesterharze („Polyester") können linear oder verzweigt sein, wobei sie aus Polyolen und polyfunktionellen Carbonsäuren (oder Monomeren mit sowohl -OH- als auch -COOH-Funktionalität) gebildet werden. Carbon-Funktionalität steht gegenüber Hydroxyl-Funktionalität im Überschuß bereit, wobei die Polyesterketten Carboxyl-terminiert sind.
Beispiele für geeignete Polyole zur Bildung des Polyesterharzes umfassen 1,2-Ethandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, Diethylenglycol, 1,6-Hexandiol, Neopentylglycol, 1,10-Decandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, Trimethylolpropan, 2-Methyl-1,3-propandiol, hydriertes Eisphenol A [2,2-(Dicyclohexanol)propan], 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol, 3-Hydroxy-2,2-dimethylpropyl-3-hydroxy-2,2-dimethylpropanoat (CA. Reg. Nr. = 115-20-4) und 1,12-Dodecandiol, 2-Methyl-2-hydroxymethyl-1,3-propandiol und 2-Ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propandiol.
Beispiele für geeignete polyfunktionelle Carbonsäuren umfassen Bernsteinsäure, Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, 1,12-Dodecandisäure, Terephthalsäure, Isophthalsäure, Trimesinsäure, Tetrahydrophthalsäure, Hexahydrophthalsäure, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure, Trimellithsäure und Naphthalindicarbonsäure.
Die Carboxy-funktionellen Polyesterharze können aus Hydroxyl-terminierten Polyestern gebildet werden, die dann mit einer polyfunktionellen Carbonsäure endgruppengeschützt werden. Die Polyesterharze können eine Carbonsäure-Funktionalität von mindestens 1,5 bis 4 und bevorzugt mindestens 2, aufweisen. Ein lineares Hydroxyl-terminiertes Polyesterharz, endgruppengeschützt mit einer Dicarbonsäure, wird eine Funktionalität von 2 aufweisen. Ein lineares Hydroxyl-terminiertes Polyesterharz, endgruppengeschützt mit einer Tricarbonsäure wie Trimellithsäureanhydrid wird eine Funktionalität von 4 aufweisen. Die Einführung von Verzweigung in den Polyester, beispielsweise durch die Verwendung von Trimethylolpropan oder Trimellithsäureanhydrid als Monomere, wird zu noch höheren Carbonsäure-Funktionalitäten führen.
Verwendbare Polyesterharze haben typischerweise eine Tg von mindestens 40°C, bevorzugt mindestens 50°C und bis zu 65°C. Die Polyesterharze haben typischerweise gewichtsmittlere Molekulargewichte von 2.000 bis 5.000 und können irgendwas zwischen amorph und hochkristallin sein. Die Polyesterharze umfassen relativ kurze Ketten mit Säurezahlen von 15 bis 200 und bevorzugt 25–90. Die partikulären, filmbildenden, polymeren Harze können ein Gemisch aus Polyesterharzen umfassen.
Geeignete Carboxy-funktionelle acrylische Polymere („acrylische Polymere") haben Säurezahlen von 15 bis 200, wobei die hohe Säurezahl der acrylischen Polymere eine schnelle Vernetzung und dabei das Härten bei niedriger Temperatur fördern. Geeignete Carbonsäure-funktionelle acrylische Polymere haben gewichtsmittlere Molekulargewichte von 1.000 bis 20.000. Geeignete Tgs betragen 40°C bis 65°C, und die geeignete Erweichungstemperatur beträgt 60°C bis 80°C. Die partikulären filmbildenden polymeren Harze können Gemische aus acrylischen Polymeren umfassen.
Acrylische Polymere stammen typischerweise aus der Copolymerisation Säure-funktioneller Monomere mit Nicht-Säure-funktionellen Monomeren. Geeignete Säurefunktionelle Monomere umfassen Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumar säure und Citraconsäure. Zur Bildung des acrylischen Polymers können eines oder mehrere dieser Säure-funktionellen Monomere verwendet werden.
Nicht-Säure-funktionelle Monomere können Monoester, Diester, Triester oder Tetraester von Acryl- und Methacrylsäuren beispielsweise die Methyl-, 2-Ethylhexyl-, n-Butyl-, n-Hexyl-, Hydroxyethyl-, Octyl-, 2-Ethoxyethyl-, t-Butyl-, 1,5-Pentandiol-, N,N-Diethylaminoethyl-, Ethylenglycol-, 1,3-Propandiol-, Decamethylenglycol-, Decamethylenglycol-, 1,4-Cyclohexandiol-, 2,2-Propan-, Glycerol-, Tripropylenglycol-, 2,2-Di(p-hydroxyphenyl)-propan-, Triethylenglycol-, Polyoxyethyl-2,2-di(p-hydroxyphenyl)propan-, Polyoxypropyltrimethylolpropan-, Butylenglycol-, 1,2,4-Butantriol-, 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol-, Pentaerythritol-, Pentaerythritol-, 1,5-Pentandiol- und 1,4-Benzoldiolester umfassen. Auch Styrol und substituiertes Styrol wie 2-Methylstyrol und Vinyltoluol und Vinylesters wie Vinylacrylat und Vinylmethacrylat können zum Erhalt der gewünschten Säurezahlen mit den Säure-funktionellen Monomeren copolymerisiert werden.
Geeignete Beschichtungspulverzusammensetzungen können ferner ein Härtungsmittel (Vernetzungsmittel) und einen optionalen Katalysator umfassen. Verwendbare Härtungsmittel und Katalysatoren sind die, die bei weniger als oder gleich 162,8°C (325°F) aktiv sind. Bevorzugte Härtungsmittel sind difunktionelle Carbonsäuren. Die Funktionalitätszahl bezieht sich auf die Anzahl an -COOH-Einheiten an dem Molekül. Bevorzugte Dicarbonsäuren sind Sebacinsäure und Polyanhydride, die beide kommerziell erhältlich sind. Sebacinsäure kann in einer Menge von bis zu 22 Teilen pro hundert Teilen Harz (phr), bevorzugt 14 bis 22 phr, verwendet werden. Das Polyanhydrid wie 1,12-Dodecandisäurepolyanhydrid (z. B. VXL 1381 von Vianova) kann in einer Menge von bis zu 35 phr und bevorzugt 23 bis 29 phr vorliegen. Es können auch unterschiedliche Carbonsäure-Vernetzungsmittel gleichzeitig verwendet werden.
Obgleich einige der Harze selbsthärtend sind, kann die Zugabe eines Katalysators zur Erhöhung der Härtungsgeschwindigkeit auf einen kommerziell wünschenswerten Wert von Nutzen sein. Sofern vorhanden, kann der Katalysator in einer Menge von 0,1 bis 30 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des Harzes verwendet werden.
Geeignete Katalysatoren umfassen beispielsweise Imidazole, Organoboratsalze, Polyamine und Phenole.
Geeignete Imidazole weisen die Formel
auf, worin R¹–R⁴ unabhängig voneinander Wasserstoff, C₁-C₁₂-Alkyl, C₆-C₁₈-Aryl, C₇-C₁₈-Arylalkyl oder C₇-C₁₈-Alkylaryl sind. Beispiele für geeignete Imidazole umfassen Imidazol, 2-Methylimidazol und 2-Phenylimidazol (das von SKW Chemical Co. kommerziell erhältlich ist). Geeignete Addukte für solche Imidazole mit einem Bisphenol A-Epoxidharz sind beispielsweise als EPON^® P-101 von Resolution, und ARALDITE^® HT-3261 von Vantico kommerziell erhältlich. Gemische aus Imidazol-Addukten können verwendet werden.
Geeignete Organoboratsalze weisen die Formeln
auf, worin Z P, As oder N ist; jeder R⁵ unabhängig voneinander C₁-C₁₂-Alkyl, C₂-C₁₂-Alkenyl, C₆-C₁₈-Aryl, C₇-C₁₈-Arylalkyl oder C₇-C₁₈-Alkylaryl ist; jeder R⁶ unabhängig voneinander C₁-C₁₂-Alkyl, C₆-C₁₈-Aryl, C₇-C₁₈-Arylalkyl, C₇-C₁₈-Alkylaryl, Br, Cl, I oder F ist und jeder R⁷ unabhängig voneinander Wasserstoff, C₁-C₁₂-Alkyl, C₂-C₁₂-Alkenyl, C₆-C₁₈-Aryl, C₇-C₁₈-Arylalkyl, C₇-C₁₈-Alkylaryl, C₂-C₁₂-Acyl, Aldehyd, Carboxylat, Cyano oder Nitro ist. Spezielle Beispiele für diese Verbindungen und Verfahren zur ihrer Herstellung werden in US-Patent Nr. 3,859,379 von Kitamura et. al. bereitgestellt.
Geeignete Katalysatoren umfassen ferner Polyamin-Katalysatoren wie beispielsweise Ethylendiamin, Isophorondiamin, Cyclohexylendiamin und fluorierte Diamine wie 4,4'-Hexafluorisopropyliden-bis-anilin. In einer bevorzugten Ausführungsform können sie von ihrem üblicherweise flüssigen Zustand in einen zerreibbaren Feststoff, der pulverisiert werden kann, umgewandelt werden. Ein zerreibbarer, fester Niedrigtemperatur-Katalysator kann aus einem blockierten Polyamin wie einem Addukt eines Epoxidharzes mit einem Äquivalentgewicht von 400 bis 800 AMU und einem aliphatischen Polyamin mit einer primären, sekundären und/oder tertiären Aminogruppe ausgewählt sein. Der Epoxidharzteil des Adduktes kann aromatisch oder aliphatisch sein, wie exemplarisch durch die oben genannten Bisphenol-basierenden Harze bzw. ihre aliphatischen Analoga dargestellt. Das Cyclohexanolanalogon des Bisphenol A-basierenden Harzes ist unter dem Markennamen KUKDO 4100 erhältlich. Polyamine mit höherem Molekulargewicht sind bevorzugt, wenn Epoxidharze mit einem geringen Äquivalentgewicht eingesetzt werden. Geeignete Katalysatoren aus Polyaminen mit einer primären Aminogruppe sind unter dem Markennamen HT 835 von Ciba-Geigy und ANCAMINE^® 2337 XS von Air Products erhältlich. Ein Epoxidaddukt eines aliphatischen Polyamins mit einer sekundären Aminogruppe wie ANCAMINE^® 2014 AS von Air Products ist für weiße und hell-gefärbte Beschichtungen bevorzugt.
Geeignete phenolische Katalysatoren weisen mindestens zwei terminale Hydroxylgruppen auf und werden von phenolischen Katalysatoren wie dem Bisphenol A-endgruppengeschützten Diglycidylether von Bisphenol A verkörpert, der das Reaktionsprodukt des Diglycidylethers von Bisphenol A und Bisphenol A ist. Beispiele für bevorzugte phenolische Katalysatoren für die Epoxidharzkomponenten umfassen die, die von der Dow Chemical Company unter den Markennamen D.E.H.^® 87, D.E.H.^® 85 und D.E.H.^® 84, die alle für Bisphenol A-endgruppengeschützte Diglycidylether von Bisphenol A gehalten werden, verkauft werden. Andere phenolische Katalysatoren umfassen Phenol- und Kresol-Novolak-Katalysatoren, verkauft von Georgia Pacific, Reichhold Chemicals und Ciba-Geigy. Der Katalysator hat ein Hydroxy-Äquivalentgewicht (HEW) von 180 bis 1000 AMU. Innerhalb dieses Bereiches kann ein HEW von mindestens 200 AMU bevorzugt sein. Auch innerhalb dieses Bereiches kann ein HEW von bis zu 450 AMU bevorzugt sein.
Andere Katalysatoren, die zur Verbesserung der Härtungseigenschaften verwendet werden können, umfassen Dicyandiamid oder o-Tolylbiguanid. Ein geeigneter Dicyandiamid-Katalysator wird unter dem Markennamen DYHARD^® 100M von SKW Chemicals verkauft. Ein geeigneter o-Tolylbiguanid-Katalysator wird unter dem Markennamen CASAMINE^® OTB von Swan Chemical verkauft.
Es können auch Gemische von Katalysatoren verwendet werden. Beispielsweise kann ein phenolischer Katalysator in Kombination mit einem Imidazol wie 2-Methylimidazol oder 2-Phenylimidazol, vordispergiert bei 0,05 bis 5 Gewichtsprozent, basierend auf dem gesamten Katalysator, verwendet werden.
Die Zusammensetzung kann gegebenenfalls ein oder mehrere in der Technik bekannte Additive umfassen. Solche Additive umfassen beispielsweise Fließkontrollmittel, Trockenflußmittel, Antioxidationsmittel, Pigmente, optische Aufheller, Streckmittel, UV-Lichtstabilisatoren und Kombinationen, die mindestens eines der vorstehenden Additive umfassen.
Fließkontrollmittel, manchmal auch als Egalisierungshilfsmittel bezeichnet, sind für die Förderung der Bildung einer kontinuierlichen Beschichtung von Nutzen. Geeignete Fließkontrollmittel umfassen polyacrylische Ester, oberflächenaktive Mittel auf der Basis nicht-ionischer fluorierter Alkylester, nicht-ionische Alkylarylpolyetheralkohole, Silikone und Kombinationen, die mindestens eines der vorstehenden Fließkontrollmittel umfassen. Fließkontrollmittel sind im allgemeinen Flüssigkeiten, die durch Absorption auf Siliciumdioxid-Materialien in Pulverform umgewandelt worden sind. Ein bevorzugtes Fließkontrollmittel wird unter dem Markennamen RESIFLOW^® P-67-Acrylharz von Estron Chemical, Inc., das ein 2-Propensäure-Ethylesterpolymer ist, verkauft. Ein anderes bevorzugtes Fließkontrollmittel wird unter dem Markennamen Benzoin von DSM, Inc. verkauft, das ein kristalliner 2-Hydroxy-1,2-diphenylethanon-Feststoff ist, der die geschmolzene Beschichtung für einen geeigneten Zeitraum offen hält, damit vor der Bildung des harten Films eine Entgasung stattfinden kann. Andere Beispiele für die Fließkontrollmittel umfassen die MODAFLOW^®-Poly(alkylacrylat)produkte, erhältlich von Monsanto und die acetylenischen SURFYNOL^®-Diole (z. B. P200), erhältlich von Air Products, die Hydroxyl-, Carboxyl- oder andere funktionelle Gruppen enthalten. Die funktionalisierten Fließadditive fördern auch die Zwischenschichthaftung für den Fall, daß eine Ausbesserung oder Wiederherstellung der Pulverbeschichtung notwendig ist. Die Fließkontrollmittel können einzeln oder in Kombination verwendet werden. Sofern vorhanden, kann das Fließkontrollmittel in einer Menge von 1 Gewichtsteil bis 5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen Epoxidharz verwendet werden.
Geeignete Trockenfließmittel umfassen Quarzstaub (beispielsweise den unter dem Markennamen CAB-O-SIL^® von Cabot Corporation verkauten) und Aluminiumoxidstaub (beispielsweise den unter dem Markennamen Aluminum Oxide C von Degussa Corporation verkauften). Sofern vorhanden, kann das Trockenfließmittel in einer Menge von 0,05 Gewichtsprozent bis 0,5 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vorhanden sein.
Pigmente können zur Einstellung der Farbe und Trübung verwendet werden. Geeignete Pigmente umfassen beispielsweise Titaniumdioxid, Ruß, Phthalocyanin-Blau, Phthalocyanin-Grün, Chinacridon-Rot, Perylen-Rot, Isoindolon-Gelb, Dioxazin-Violett, Pigment Scarlet 3B, Red 188 Azo-Rot, Azopigment Yellow 83 und Eisenoxidpigmente. Sofern vorhanden, kann das Pigment in einer Menge von bis zu 100 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen Harz verwendet werden.
Geeignete Streckmittel/Füllstoffe umfassen Calciumcarbonat, Bariumsulfat, Dolomit, Wollastonit, Talk und Glimmer. Sofern vorhanden, kann das Streckmittel in einer Menge von bis zu 120 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Harz verwendet werden. Innerhalb dieses Bereiches ist eine Streckmittelmenge von mindestens 10 Gewichtsteilen bevorzugt. Auch innerhalb dieses Bereiches ist eine Streckmittelmenge von bis zu 80 Gewichtsteilen bevorzugt.
Geeignete Antioxidationsmittel, die die Verfärbung der Pulverbeschichtung verhindern können, umfassen beispielsweise Natriumhypophosphit, Tris-(2,4-di-t-butylphenyl)phosphit (erhältlich als IRGAFOS^® 168 von Ciba-Geigy) und Calcium-bis([monoethyl(3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl)phosphonat] (erhältlich als IRGANOX^®1425 von Ciba-Geigy). Gemische von Antioxidationsmitteln können auch verwendet werden. Sofern vorhanden, können die Antioxidationsmittel in einer Menge von 0,5 bis 2,0 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Harz verwendet werden.
Geeignete optische Aufheller umfassen beispielsweise 2,2'-(2,5-Thiophendiyl)bis(5-t-butylbenzoxazol), erhältlich als UVITEX^® OB von Ciba-Geigy. Sofern vorhanden, können die optischen Aufheller mit 0,1 bis 0,5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Harz vorliegen.
UV-Licht-Stabilisatoren umfassen Di[4(2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl)]sebacat, Benzotriazole wie 2(2'-Hydroxy-5'-methylphenyl)benzotriazol, 3-(2'-Hydroxy-3',5-di-t-butylphenyl)benzotriazol, 2-(3',5'-Di-tert-butyl-2'-hydroxyphenyl)-5-chlorbenzotriazol und Nickel-bis[O-ethyl(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)]phosphonat. Die UV-Licht-Stabilisatoren können in einer Menge von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent (Gew.-%) und bevorzugt 0,1 bis 3 Gew.-% der Pulverbeschichtung vorliegen.
Das wie oben offenbarte erste und zweite filmbildende System werden separat hergestellt. Es gibt keine besondere Einschränkung hinsichtlich des Verfahrens, das zur Bildung der separaten Systeme verwendet wird. Bevorzugte Verfahren umfassen das Schmelzmischen, wobei die trockenen Inhaltsstoffe in einen Chargenmixer abgewogen und mit einem horizontalen Pflugmixer mittlerer Intensität oder einem Trommelmixer geringer Intensität gemischt werden. Die Mischzeiten können zwischen 1 und 3 Minuten für die Mixer hoher Intensität und 30 bis 60 Minuten für die Trommelmixer liegen. Das Vorgemisch kann dann weiter gemischt und vermengt werden, wenn das Harz entweder in einem Einschnecken- oder Doppelschneckenextruder für 0,5 bis 1 Minute, im allgemeinen bei 60°C (140°F) bis 82,2°C (180°F) geschmolzen wird, wobei die Extrudertemperatur so kontrolliert wird, daß es in dem Extruder nicht zum Härten oder zur Gelierung kommt. Die eben erwähnten Extrudertemperaturen sind niedriger als die typischen Härtungstemperaturen der filmbildenden Systeme, die anfangs bei Temperaturen ab 93,3°C (200°F) beginnen zu härten.
Nach der Extrusion haben die separaten filmbildenden Systeme für gewöhnlich eine Chipform. Nach dem Abkühlen werden die beiden filmbildenden Systeme in einer Mühle wie einer Brinkman-Mühle oder einer Bantam-Hammermühle miteinander verrieben, um so die gewünschte Teilchengröße zu erreichen. Die Teilchengröße bestimmt die Rauheit oder Feinheit der Textur der Pulverbeschichtung, die auf das Substrat aufgebracht wurde. Im allgemeinen beträgt die Teilchengröße 203 μm (60 mesh) (für rauh) bis 74 μm (200 mesh) (für fein), was von der gewünschten Textur abhängt. Die durchschnittliche Teilchengröße beträgt für gewöhnlich 20 bis 80 Mikrometer. Absieben bei 136 μm (100 mesh) wird typischerweise zur Entfernung grober Teilchen durchgeführt. Typischerweise sind 10–15 Gew.-% der Teilchen kleiner als 11 Mikrometer und 0–4 Gew.-% der Teilchen größer als 88 Mikrometer.
Das Beschichtungspulver kann auf Substrate auf herkömmliche Weise, einschließlich durch elektrostatische Fließbetten, elektrostatische Sprühpistolen und triboelektrische Pistolen, wobei die Pulverbeschichtungsteilchen elektrostatisch geladen sind und das Substrat geerdet oder entgegengesetzt geladen ist, aufgetragen werden. Das Substrat wird erhitzt (und kann vor dem Auftragen gegebenenfalls vorerhitzt werden), um so daß Schmelzen, den Fluß und die Koaleszenz der Teilchen unter Bildung eines glatten, kontinuierlichen Films zu fördern. Die Beschichtungspulver werden im allgemeinen in einer Schichtdicke von 0,0245 Millimetern, „mm" (1,0 mil) 0,612 mm (25 mil), bevorzugt mindestens 0,038 bis 0,1 mm (1,5 bis 4 mil), aufgetragen. Für Dekorfinishs sollten Filmdicken von lediglich 20 Mikrometern genannt werden, nützlicher ist jedoch eine Filmdicke im Bereich von 25 bis 120 Mikrometern, wobei die üblichen Bereiche für einige Anwendungen zwischen 30 und 80 Mikrometern liegen und für andere Anwendungen zwischen 60 und 120 Mikrometern oder stärker bevorzugt 60 und 100 Mikrometern liegen, während Filmdicken von 80 bis 150 Mikrometer weniger üblich, aber nicht selten sind.
Der Beschichtungsfilm wird dann ausgehärtet, ohne das Substrat zu beschädigen. Das Erhitzen kann in Infrarot- oder Konvektionsöfen oder einer Kombination beider durchgeführt werden, obgleich Infrarotöfen bevorzugt sind. Die Zeit und die Temperatur des Endhärtens werden in Abhängigkeit der eingesetzten filmbildenden Systeme und der Verwendungsbedingungen variieren. Typische Zeiten und Temperaturen betragen 1 Minute bei 162,8°C (325°F) bis 20 Minuten bei 107,2°C (225°F). Härtungszeiten irgendwo zwischen wenigen Sekunden und 30 Minuten werden für gewöhnlich als normale oder akzeptable Ofen-Verweilzeiten für elektrostatische Sprühleitungen betrachtet. Ungeachtet der eingesetzten Härtungszeit und -temperaturen, werden unter der Voraussetzung, daß die Inhaltsstoffe des filmbildenden Systems vor dem Härten ausreichend geschmolzen worden sind, die Pulverbeschichtungen, die auf den Substraten erzeugt werden, ein visuell gleichmäßiges Aussehen haben.
Die Zusammensetzung ist insbesondere bei der Beschichtung wärmeempfindlicher Substrate wie Kunststoffe, Pappe und Holz von Nutzen. Holz wird hierin als irgendein Lignocellulosematerial definiert, ob es nun von Bäumen oder anderen Pflanzen stammt und in seinen natürlichen Formen, geformt in einer Sägemühle, getrennt in Bahnen und zu Sperrholz verarbeitet oder zerhackt und zu Spanplatten verarbeitet vorliegt oder ob seine Fasern getrennt, verfilzt oder komprimiert worden sind. Beispiele sind Bauholz, Panele, Leisten, Bretterverkleidungen, orientierte Faserbündelplatten, Hartfaserplatten und mitteldichte Faserplatten (MDF). Faserplatten mit einem Muster wie eine nachgebildete Holzmaserung, gedruckt auf die Oberfläche und nicht auf ein Papier, das auf die Oberfläche laminiert wird, und ein Beschichtungspulver dieser Erfindung über dem Muster sehen aus wie natürliches Holz. MDF ist ein besonders wertvolles Beschichtungssubstrat. Die Substrate können bevorzugt einen Feuchtigkeitsgehalt von 3 bis 10 Gew.-% haben. Das Substrat kann zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit behandelt werden. So kann auch ein poröses Substrat wie eine Spanplatte, vorbeschichtet mit einer leitfähigen flüssigen Beschichtungszusammensetzung und gehärtet, als ein Substrat für das Beschichtungspulver dienen. Das härtbare Beschichtungspulver ist auch zur Beschichtung von Innen- und Außenkunststoffteilen von Automobilen von Nutzen.
Ferner ist bei diesen Härtungsbedingungen kein signifikantes Entgasen beispielsweise aus dem Holzsubstrat zu beobachten, durch das die Substratintegrität verschlechtert wird sowie große erkennbare Risse und Kochbläschendefekte in dem kontinuierlichen ausgehärteten texturierten Finish gebildet werden. Diese Filmkontinuität ist besonders überraschend, da Poren viel größer sind als die Abweichungen im Oberflächenprofil der texturierten Beschichtung. Auch überraschend ist, daß eine glatte feine Textur auf ungrundierten Oberflächen wie Sperrholz gebildet werden kann, ohne daß es zum Entgasen kommt. Überdies ermöglichen die hohe Viskosität und der niedrige Schmelzfluß der Zusammensetzungen, die für die Texturierung bereitgestellt werden, daß die gehärtete Pulverbeschichtung nicht nur die Oberfläche des Holzsubstrats sondern unerwarteterweise auch die Ecken des Holzsubstrats, die sehr porös und daher in einem elektrostatischen Sprühbeschichtungsverfahren am schwersten gleichmäßig zu beschichten sind, gleichmäßig abdeckt und verbirgt.
Die Beschichtungspulverzusammensetzungen sind überraschend lagerstabil und trennen sich während der üblichen Pulverbeschichtungsapplikation nicht in einzelne Komponenten auf. Ferner härten sie gut bei niedrigen Temperaturen und liefern UV-Licht-resistente Beschichtungen.
Beispiel
Ein erstes filmbildendes System, umfassend 84 phr GMA-Acrylharz (Almatex PD 7690 von Anderson Developments, Michigan), 16 phr Sebacinsäure, 1 phr Acrylat-Fließkontrollmittel (RESIFLOW P67 oder MODAFLOW 2000), 0,5 phr 2-Phenolimidazol und 20 phr Titaniumoxid, wurde mit hoher Geschwindigkeit gemischt, in einem Extruder schmelzvermischt und zerhackt. Ein zweites filmbildendes System, umfassend 70 phr Carboxyl-terminiertes Polyesterharz (Rucote 911 von Vantico, Hicksville, N.Y.), 30 phr Acrylharz (EP 550 von Estron, Tennessee), 0,5 phr 2-Phenol-imidazol, 1 phr Acrylat-Fließkontrollmittel (RESIFLOW P67 oder MODAFLOW 2000) und 20 phr Titaniumoxid, wurde ebenso mit hoher Geschwindigkeit gemischt, in einem Extruder schmelzvermischt und zerhackt. Dann wurden das erste filmbildende Gemisch (52,5 Gew.-%) und das zweite filmbildende Gemisch (47,5 Gew.-%) mit 0,2% Aluminiumoxidstaub vereinigt, getrommelt und vermahlen, was eine Beschichtung mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 30–45 Mikrometern ergab. Eine MDF, mitteldichte Faserplatte, wurde 10 bis 15 Minuten bei 190°C (375°F) zum Erhalt einer Oberflächentemperatur von 60–107,2°C (140–225°F) erhitzt. Die Pulverbeschichtung wurde auf das heiße Faserplattensubstrat aufgebracht und bei 148,9°C (300°F) 4 bis 5 Minuten gehärtet. Die resultierende Beschichtung hatte eine Dicke von 0,1 bis 25 mm (4 bis 10 mil), ein fein-texturiertes Aussehen und einen Glanz von 10–20% bei 60°, gemessen durch ASTM D523.
Wie aus dem vorstehenden Beispiel ersichtlich ist, ist die oben beschriebene Pulverbeschichtungszusammensetzung zur Verwendung mit wärmeempfindlichen Materialien geeignet und bildet ein wenig glänzendes Finish mit einem fein-texturierten Aus sehen. Die oben beschriebene Zusammensetzung wird bei UV-Bestrahlung nicht verschlechtert.

Claims

Beschichtungspulverzusammensetzung, umfassend ein Gemisch von einem ersten filmbildenden System, umfassend ein Glycidylmethacrylat-(GMA)Harz, ein Härtungsmittel und einen Katalysator, und einem zweiten filmbildenden System, umfassend einen Carboxyl-terminierten Polyester, ein acrylisches Harz, und einen Katalysator.
Beschichtungspulverzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das erste filmbildende System eine Beschichtung bildet, welche einen Glanz von mehr als 80%, gemessen bei 60°, aufweist und das zweite filmbildende System eine Beschichtung bildet, welche einen Glanz von weniger als 50%, gemessen bei 60°, aufweist.
Beschichtungspulverzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei jeder der Katalysatoren aus Imidazolen, Organoboratsalzen, Polyaminen und Phenolen bzw. Phenolharzen ausgewählt ist.
Beschichtungspulverzusammensetzung, wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei der Carboxyl-terminierte Polyester das Reaktionsprodukt umfaßt, welches durch Capping eines Hydroxyl-terminierten Polyesters mit einer polyfunktionellen Carbonsäure erhalten wird.
Beschichtungspulverzusammensetzung, wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei das acrylische Harz ein Carboxyl-funktionelles acrylisches Polymer mit einer Säurezahl von 15 bis 200 umfasst.
Beschichtungspulverzusammensetzung, wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei das Härtungsmittel eine difunktionale Carbonsäure umfaßt.