Спосіб затвердіння порошкових лаків

1 Спосіб затвердіння порошкових лаків шляхом опромінення променями близького інфрачервоного діапазону (NIR-випромшювання) покритих порошковими лаками субстратів, який відрізняється тим, що час затвердіння та/або температуру, якої досягають за допомогою опромінювання протягом певного часу, на поверхні субстратів, що покривають порошковими лаками, регулюють шляхом встановлення вмісту сульфату барію та/або оксиду алюмінію у порошкових лаках від 1 до 50% мас та/або встановлення вмісту сажі у порошкових лаках від 0,1 до 5% мас , причому відсотки за масою у всіх випадках стосуються всієї композиції порошкового лаку 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що застосовують від 5 до 35% мас сульфату барію та/або оксиду алюмінію 3 Спосіб за пп 1 або 2, який відрізняється тим, що застосовують NIR-випромшювання з максимальною інтенсивністю у діапазоні довжин хвиль від 750 до 1200 нм 4 Спосіб за будь-яким з пп 1-3, який відрізняється тим, що опромінення та затвердіння у всіх випадках триває від 1 до 300 секунд О Винахід стосується затвердіння порошкових лаків на металевих та неметалевих субстратах шляхом опромінення променями близького інфрачервоного діапазону (NIR-випромшювання) У покритті металів декоративне або функціональне покриття поверхонь порошковими лаками набуло широкого застосування завдяки високій ефективності процесу та схвальній ОЦІНЦІ З ТОЧКИ зору захисту навколишнього середовища Було розроблено численні композиції порошкових лаків для різних галузей застосування Наявні до цього часу способи затвердіння порошкових лаків вимагають, щоб порошок, нанесений на субстрат, спочатку розплавлявся шляхом нагрівання до температури вище точки склування та/або точки правлення композиції порошкового лаку Наприклад, як джерела теплоти застосовують конвекційні печі, інфрачервоні випромінювачі або їх поєднання У системах затвердіння нагріванням порошкове покриття, як правило, затверджують шляхом нагрівання всього об'єкта, який покривають, до температури від 140 до 200°С протягом періоду прибли зно від 10 до ЗО хвилин При ультрафіолетовому затвердінні композицій порошкових лаків порошкове покриття, розплавлене традиційним способом, затверджують протягом кількох секунд за допомогою ультрафіолетового випромінювання Порошкові лаки зазвичай затверджуються через полімеризацію подвійних зв'язків або циклічних етерів згідно з механізмом радикальної або катіонної реакції Обидва способи мають значні недоліки Для затвердіння порошкових лаків нагріванням вимагаються високі температури протягом періоду приблизно від 20 до ЗО хвилин, з одного боку, ці високі температури не дозволяють покривати чутливі до температури поверхні, наприклад, дерев'яні або пластмасові, а з іншого боку, вони вимагають значної КІЛЬКОСТІ енергії для металевих деталей Застосування ультрафіолетового затвердіння порошкових лаків вимагає двох етапів процесу, оскільки, по-перше, порошок має бути розплавлений шляхом нагрівання, а потім, на другому етапі, затверднений ультрафіолетовим випромінюванням (О ю 57624 субстрату Крім того, має бути можливим регулювання режиму поглинання порошкових лаків у NIRдіапазоні для можливості пристосування характеристик поглинання до потрібних умов нанесення, таких, як товщина плівки або субстрат, який піддають покриттю У контексті винаходу було продемонстровано, що режим поглинання композиції порошкового лаку можна змінювати і/або пристосовувати до потрібних умов, змінюючи вміст сульфату барію та/або оксиду алюмінію, та/або сажі Таким чином, винахід пропонує застосування сульфату барію, оксиду алюмінію та/або сажі для регулювання режиму поглинання порошкових лаків при затвердінні шляхом опромінення променями ближнього інфрачервоного діапазону (NIRвипромшювання), зокрема, регулювання часу затвердіння та/або температури поверхні субстратів, які покривають порошковими лаками Винахід також пропонує спосіб затвердіння порошкових лаків шляхом покриття субстратів порошковими лаками та опромінення променями ближнього інфрачервоного діапазону (NIRвипромшювання), який характеризується тим, що час затвердіння та/або температуру, якої досягають за допомогою випромінювання протягом певного часу затвердіння, на поверхні субстратів, що покривають порошковими лаками, регулюють шляхом встановлення вмісту сульфату барію та/або оксиду алюмінію у порошкових лаках від 1 до 50мас % та/або встановлення вмісту сажі у порошкових лаках від 0,1 до 5мас %, причому відсотки за масою у кожному разі стосуються всієї комУ німецькій патентній заявці 198 06 445 4 опипозиції порошкового лаку сано в'яжучі речовини порошкових лаків, які є особливо придатними для затвердження порошкових Процедура згідно з винаходом є такою, що залаків за допомогою NIR-випромшювання Режим гальний вміст сульфату барію та оксиду алюмінію поглинання порошкових лаків, виготовлених з циу порошкових лаках не перевищує 50мас %, а якми в'яжучими речовинами, і вплив режиму поглищо додатково присутня сажа, то загальний вміст нання на характеристики затвердіння та властивосульфату барію та/або оксиду алюмінію разом із сті покриття у цій роботі не згадуються сажею не перевищує 55мас % Зокрема, пігментовані порошкові лаки з однаВміст сульфату барію та/або оксиду алюмінію ковою в'яжучою системою, але різним складом та/або сажі докорінно впливає на режим поглинанрешти складових, можуть виявляти значні розбіжня всієї композиції порошкового лаку та дозволяє ності у режимі поглинання при NIR-затвердшні За задавати NIR-характеристики затвердіння залежно однакових умов інтенсивності випромінювання та від конкретної мети Завдяки підвищеному ВМІСТОВІ часу опромінення спостерігали різну швидкість сульфату барію та/або оксиду алюмінію та/або нагрівання лакової плівки та різну швидкість засажі, наприклад, поглинальна здатність композиції твердіння Наприклад, традиційний білий порошпорошкового лаку для випромінювання NIRковий лак серійного виробництва (Durotherm AL93діапазону довжин хвиль може бути значно підви9010, Herberts Pulverlack GmbH), який відповідає щена, і за незмінних умов випромінювання можна існуючому рівневі техніки, повністю твердне за ЗО досягти підвищення температури поверхні та скосекунд при опроміненні за допомогою традиційнорочення часу затвердіння го джерела NIR-випромшювання промислового Крім того, режим поглинання композицій повиробництва (від Messrs Industrie SerVis), тоді як рошкових лаків може бути пристосований до конктрадиційний чорний порошковий лак промислового ретного випадку застосування порошкового лаку виробництва на основі тієї самої в'яжучої речовини Залежно від субстрату, може, наприклад, виникати (Durotherm AL93-9017, Herberts Pulverlack GmbH), потреба у підвищенні поглинання променів лакоякий відповідає існуючому рівневі техніки, твердне вою плівкою з метою зведення до мінімуму нагріза 5 секунд за тих самих умов опромінення вання субстрату У цих випадках перевагу віддають композиціям, вміст сульфату барію та/або Задача винаходу, таким чином, полягає у заоксиду алюмінію та/або сажі у яких є підвищеним, безпеченні способу затвердіння порошкових лаків, наприклад, до верхніх значень діапазону вищезаякий дозволяє затверджувати порошкові лаки за значених кількостей (мас %) допомогою NIR-випромшювання, незалежно від застосовуваних кольору або в'яжучої системи, а Для дуже товстих шарів покриття порошковим також інших компонентів лаку з фактично однаколаком може виникати необхідність у зниженні NIRвими часом затвердіння та температурою поверхні поглинання для гарантії затвердіння й розплавКрім того, важко затверджувати пігментовані порошкові лаки при великій товщині покриття, оскільки ультрафіолетове випромінювання поглинається компонентами, які надають кольору, а це утруднює повне затвердіння покриття Розроблена останнім часом технологія створення високоштенсивного випромінювання у близькому інфрачервоному діапазоні (NIR), діапазоні довжин хвилі від 750 до 1200нм, забезпечує ще одну можливість затвердіння композицій лаків Однак інтенсивність NIR-випромшювання, яка застосовується в аналітичній хімії або при керуванні технологічними процесами, не є достатньою для нагрівання субстрату або започаткування ХІМІЧНИХ реакцій, таких, як структурування лаку У статті "Sekundenschnelle Aushartung von Pulverlack" ("Затвердіння порошкового лаку за секунди") (Каї Bar, JOT 2/98) описується, що порошкові лаки можна затверджувати за допомогою високоштенсивного NIR- випромінювання без значного нагрівання субстрату NIR-технолопя дозволяє розплавляти й затверджувати порошкові лаки за один етап, уникаючи недоліків традиційного термічного затвердіння та/або ультрафіолетового затвердіння, описаних вище Досягається рівномірне нагрівання всього лакового покриття та відбиття випромінювання від металевої поверхні Порошкові лаки є особливо придатними для цього способу затвердження, зокрема, можливий спосіб розробки нестандартних порошкових лаків для затвердіння за допомогою NIR-випромшювання, не описано лення більш глибоких шарів порошкового покриття Якщо NIR-поглинання є надто високим, усі промені поглинаються поверхнею лакової плівки, що призводить до поганого розтікання та неповного затвердіння покриття на поверхні субстрату Для таких випадків придатними є композиції порошкових лаків, вміст сульфату барію та/або оксиду алюмінію та/або сажі у яких є зниженим, наприклад, до нижніх значень діапазону вищезазначених кількостей (мас %) Для тонких покриттів може вимагатися високий рівень NIR-поглинання композиції порошкового лаку для можливості досягнення максимально можливої швидкості нагрівання та затвердіння, і тому застосовують підвищений вміст сульфату барію та/або оксиду алюмінію та/або сажі Згідно З винаходом, застосування сульфату барію та/або оксиду алюмінію при ВМІСТІ від 1 до 50мас %, зокрема, від 5 до 35мас%, та/або сажі вуглецю при ВМІСТІ від 0,1 до 5мас % відносно маси усієї композиції порошкового лаку у кожному разі є підходящим для складення композиції порошкового лаку згідно з винаходом Було продемонстровано, що сульфат барію та/або оксид алюмінію та/або сажу можна застосовувати незалежно від їх різновидів, розміру частинок та інших необов'язково наявних відмінностей у структурі та складі Решта складових порошкових лаків, таких, як смоли, пігменти та домішки, також впливає на режим NIR-поглинання композиції в цілому, хоча цей вплив є значно нижчим, ніж вплив вмісту сульфату барію та/або оксиду алюмінію та/або сажі згідно з винаходом Якщо за вихідну точку брати порошкові лаки, які вже містять сульфат барію, оксид алюмінію та/або сажу, то зміна вмісту сульфату барію та/або оксиду алюмінію та/або сажі у композиціях порошкових лаків також може бути компенсована іншими пігментами та/або наповнювачами Для подовження часу затвердіння, наприклад, сульфат барію та/або оксид алюмінію можуть бути частково заміщені іншими наповнювачами, які мають дуже низький рівень поглинання NIR-випромшювання Такими пігментами та/або наповнювачами можуть бути, наприклад, карбонат кальцію, дюксид титану, гідроксид алюмінію, доломіт та тальк Якщо змінюють вміст сульфату барію та/або оксиду алюмінію, може бути необхідним регулювання пігментів для компенсації певних зсувів кольору Зміна вмісту сажі може призвести до досить значних змін кольору Іншими складовими, які можуть містити порошкові лаки згідно з винаходом, є традиційні системи в'яжучих речовин/отверджувачів, наприклад такі, як поліефірні смоли з низькомолекулярними епоксидними або пдроксіалкіламідними отверджувачами, епоксидні/поліефірні гібридні системи, епоксидні смоли з диціанодіамідними отверджувачами, карбоновокислотними отверджувачами або фенольними отверджувачами, або також епоксидні функцюналізовані акрилатні смоли з карбоновокислотними або з карбоновоанпдридними отверджувачами, а також традиційні пігменти та/або наповнювачі та традиційні домішки, такі, як регулятори плинності, дегазуючі ДОПОМІЖНІ речовини, 57624 агенти текстурування Для забарвлення композицій порошкових лаків згідно з винаходом можна застосовувати традиційні органічні або неорганічні пігменти Порошкові лаки, застосовувані згідно з винаходом, можуть бути вироблені традиційним способом, домішки сульфату барію, оксиду алюмінію та/або сажі змішують з рештою складових порошку традиційним способом або включають у складові порошку, такі, як в'яжучі речовини та/або отверджувачі Порошок наносять на субстрат, який піддають покриттю, відомими способами електростатичного розпилення за допомогою пульверизаторів, наприклад, Corona або Tnbo, або іншими придатними способами нанесення порошку Для затвердіння нанесені композиції порошкового лаку опромінюють, наприклад, за допомогою традиційного потужного NIR-випромшювача, наприклад, випромінювача з поверхневою температурою обмоток розжарення від 2000 до 3000К, придатними є, наприклад, випромінювачі, емісійний спектр яких має максимум від 750 до 1200нм, вихідна потужність становить більше 1Вт/см2, краще - більше 10Вт/см2, час опромінення - від 1 до 300 секунд Після опромінення порошок спочатку розплавляється, а потім твердне, наприклад, за період від 1 до 300 секунд Для затвердіння також можна застосовувати поєднання NIR-випромшювачів та традиційних джерел теплоти, таких, як конвекційні печі або інфрачервоні випромінювачі Якщо потрібно, також можна досягти рівномірного опромінення об'ємних об'єктів за допомогою рефлекторів NIRвипромінювання Спосіб згідно з винаходом є особливо придатним для покриття чутливих до температури субстратів для покривання великих твердотільних компонентів конструкцій або для покривання, для якого вимагається висока швидкість затвердіння Прикладами чутливих до температури субстратів є натуральне дерево або поверхні з матеріалу на дерев'яній основі, пластмасові поверхні або металеві деталі, які містять ІНШІ чутливі до температури компоненти, такі, як рідини або мастила Можна покривати також традиційні металеві субстрати Також можуть мати місце, зокрема, функціональні покриття на трубах, металевих компонентах для арматури бетону або компонентах конструкцій, а також покриття на компонентах з великою площею поверхні, які не можуть бути нагрітими у печі, таких, як сталеві конструкції, мости, кораблі Спосіб згідно з винаходом також може бути застосований для процесу покриття рулонного або котушкового матеріалу зі швидкістю > 100м/хв Спосіб згідно з винаходом дозволяє регулювати режим поглинання порошкових лаків, а отже, досягати, зокрема, регульованого режиму затвердіння у порошкових лаках та регульованої температури поверхні субстратів, які піддають покриванню Порошкові лаки з різними барвниками або в'яжучими системами можуть бути затверд нені NIR-випромшюванням за однакових умов, завдяки чому досягають значних переваг на підприємствах при застосуванні для покриття різних порошкових 57624 8 лаків Таким чином, можна, наприклад, швидко та опірність розчинника вимірювали як критерій змінювати колір під час технологічного процесу затвердіння і порівнювали зі зразками такого сабез необхідності у складному варіюванні виробнимого складу, висушеними традиційним способом у чих параметрів, таких, як час затвердіння або інпечі з циркулюючим повітрям при високій температенсивність випромінювання, що відповідає тому турі Наведені у таблиці показники часу затвердінчи іншому кольорові ня відповідають швидкості конвеєра, при якій досягали властивостей еталонного зразка Порошкові лаки, модифіковані сульфатом барію, оксидом алюмінію та/або сажею, застосовуУ межах окремої системи в'яжучих речовин ваними у способі згідно з винаходом, можна вигідскладові композицій були майже незмінними Рено застосовувати у процесі затвердіння за допомогулювання вмісту сульфату барію, оксиду алюмігою NIR-випромшювання й забезпечувати покритнію та сажі здійснювали шляхом заміни дюксиду тя відмінної якості титану у композиції таким чином, щоб концентрація решти основних компонентів могла залишатиНижчеподані приклади пояснюють винахід ся незмінною Всі значення КІЛЬКОСТІ виражено у Композиції порошкових лаків, наведені у табмас % лицях, перетворювали на порошки для покриття способами, традиційними для виробництва пороКомпозиції, які не відповідають даному винашкових лаків, шляхом інтенсивного змішування ходові, позначено зірочкою Експеримент, у яких компонентів, екструдування та перемелювання не було досягнуто затвердіння, позначено "н з " У Порошки електростатично наносили з однаковою таких випадках при надто довгому часі опромінентовщиною плівки для випробування листів алюміня виникали проблеми з плинністю або здутини нію, застосовуючи порошковий пульверизатор без затвердіння плівки Corona Затвердіння відбувалося на конвеєрі, обПРИКЛАД 1 ладнаному NIR-випромшювачем Messrs Industrie СТІЙКІ ДО ПОГОДНИХ умов порошкові лаки на осSerVis з максимальною вихідною потужністю нові поліефіру з Araldit РТ 910 (Ciba Chemicals) 400кВт/м2 Інтенсивність випромінювання та відУсі КОМПОЗИЦІЇ МІСТЯТЬ 57% поліефірних смол, стань між випромінювачем та поверхнею субстра5,2% отверджувача Araldit РТ 910 та 4,5% регуляту тримали незмінними Час опромінення регулюторів плинності та дегазуючих агентів Червоні вали, змінюючи швидкість конвеєра У таблицях порошкові лаки були забарвлені 1% неорганічного наводиться час опромінення, який відповідає червоного пігменту, жовті порошкові лаки - 2% швидкості конвеєра, при якій покриття повністю неорганічного жовтого пігменту твердне (час затвердіння) Механічні властивості Таблиця до Прикладу 1 № 1 1* 12 13 14 1 5* 16 17 18 19 Колір жовтий жовтий жовтий жовтий червоний червоний червоний червоний жовтий Вміст сульфату барію (мас %) Вміст оксиду алюмінію (мас %) Вміст дюксиду титану (мас %) 0 13 26 31 0 16 24 0 0 0 0 0 0 0 0 20 31 18 5 0 33,2 0 Час затвердіння [сек] нз 12 9 8 33,2 17,2 Н3 9,2 0 9 8 11,3 12 10 ПРИКЛАД 2 Порошкові лаки на основі епоксидної смоли Усі КОМПОЗИЦІЇ МІСТЯТЬ 60% епоксидної смоли, 3,3% диціанодіамідного отверджувача та 1,4% дегазуючого агента та регулятора плинності Таблиця до Прикладу 2 № Колір 21* 22 23 24 25 26 27 білий білий білий сірий сірий сірий сірий Вміст сульфату барію (мас %) 0 20 35,3 35 25 15 0 Вміст дюксиду титану (мас %) 35,3 15,3 0 0,2 10,2 20,2 34,3 Вміст сажі (мас %) 0 0 0 0,1 0,1 0,1 1 Час затвердіння [сек] нз 13 10 3,5 3,7 4 5 9 57624 10 Таблиця до Прикладу З ПРИКЛАД 3 Порошкові лаки на основі поліефірноі/епоксидної гібридної в'яжучої речовини Усі КОМПОЗИЦІЇ МІСТЯТЬ 40,4% поліефірної смо ли, 18% епоксидної смоли, 1,6% регуляторів плинності та дегазуючих агентів і 3% органічного синього пігменту Комп'ютерна верстка Е Гапоненко № Колір 31* 32 33 СИНІЙ СИНІЙ СИНІЙ Вміст сульфату барію (мас %) 0 15 35 Час засиду тита- твердіння ну (мас %) [сек] 37 нз 22 9 2 7 Вміст ДІОК Підписано до друку 05 07 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна