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DE19958485A1 - Antistatische Pulverlackzusammensetzungen und ihre Verwendung - Google Patents

Antistatische Pulverlackzusammensetzungen und ihre Verwendung

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DE19958485A1
DE19958485A1 DE19958485A DE19958485A DE19958485A1 DE 19958485 A1 DE19958485 A1 DE 19958485A1 DE 19958485 A DE19958485 A DE 19958485A DE 19958485 A DE19958485 A DE 19958485A DE 19958485 A1 DE19958485 A1 DE 19958485A1
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conductive
powder
powder coating
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mixture according
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Maria Strid
Peter Gottschling
Zbigniew Stachyra
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DuPont Performance Coatings GmbH and Co
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Abstract

Mischung von Pulverlackzusammensetzungen, die für die Herstellung von antistatischen Beschichtungen verwendbar sind, aufweisend: DOLLAR A 5 bis 95 Gewichtsprozent ein oder mehrere nichtleitfähige, warmhärtende Pulverlackmaterialien sowie DOLLAR A 95 bis 5 Gewichtsprozent ein oder mehrere leitfähige, warmhärtende Pulverlackmaterialien.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pulverlackzusammensetzung, deren Verwendung für die Herstellung von beschichteten Oberflächen mit antistatischen Eigenschaften sowie die beschichteten Substrate.
Warmhärtende Pulverlacke werden in einer Vielfalt von Anwendungen als schützende und dekorative Oberflächenlacke aufgetragen. Die Hauptvorteile von Pulverlackierungen sind leichte Aufbringung, geringe Schadstoffausstösse und geringe Erzeugung von Abprodukten. Pulverlacke werden normalerweise mit Hilfe elektrostatischer Spritzprozesse aufgetragen. Das Pulver wird durch Reibung oder durch Koronaentladung aufgeladen und dann auf das Substrat aufgetragen, wo es mit Hilfe elektrostatischer Kräfte haftet. Das Substrat wird auf Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes des Pulverlackes erhitzt. Der Pulverlack schmilzt sodann und bildet auf dem Substrat einen zusammenhängenden Film. Bei weiterem Erhitzen wird die Vernetzungsreaktion der Lackzusammensetzung eingeleitet. Nach dem Kühlen wird eine dauerhafte, flexible Beschichtung erhalten.
Bei bestimmten Anwendungen ist es wünschenswert, dass die beschichteten Oberflächen über einen geringen elektrischen Oberflächenwiderstand verfügen, um antistastische oder sogar elektrisch leitende Eigenschaften zu vermitteln. Beispiele sind Einrichtungen, die in Montagebereichen für elektronische Geräte verwendet werden; Einrichtungen oder Geräte, die in explosionssicheren Bereichen verwendet werden, Behälter oder Gehäuse für elektronische Geräte, usw. Standards für die Oberflächenleitfähigkeit von Materialien zur Verwendung in Bereichen, wo Geräte gehandhabt werden, die gegenüber elektrostatischer Entladung empfindlich sind, kann man beispielsweise in dem Europäischen Standard EN 100 015-1 oder dem Schwedischen Standard SP-Method 2472 finden.
Konventionell werden antistatische oder elektrisch leitende Eigenschaften durch Auftrag von Flüssiglack erhalten, der hohe Anteile von leitfähigen Additiven enthält, wie beispielsweise Russ, speziell beschichtete Pigmente oder metallische Pulver.
Es sind zahlreiche Versuche unternommen worden, die elektrische Leitfähigkeit von Pulverlacken zu erhöhen, um die Anwendung von Pulverlacken in den vorgenannten Bereichen zu ermöglichen. Beispielsweise beschreibt die Patentanmeldung CN 1099779 den Zusatz von leitfähigen Mikropartikeln wie Graphit, Acetylenschwarz oder Zinkoxid in relativ hohen Konzentrationen zu Pulverlackformulierungen. Dieses Vorgehen hat den Nachteil, dass Beschichtungen, die Graphit oder Acetylenschwarz enthalten, in der Regel keinen Ansatz von hellfarbigen Beschichtungen erlauben. Andererseits liefern hohe Anteile von hellfarbigen Füllstoffen wie Zinkoxid Beschichtungen mit schwacher Reproduzierbarkeit der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit (siehe N. G. Schibrya et. al. "Antistatic decorative coatings based on coating powders", Electron, Russia Lakokras. Mater. Ikh Primen. (1996) (12), S, 19-20 und die darin angegebenen Fundstellen). In dieser Fundstelle werden leitfähige Beschichtungen mit sehr hohen Füllstoffanteilen an metallischen Pulvern offenbart. Derartige Pulverlackformulierungen verfügen über eine sehr hohe volumenbezogene Masse und sind daher auf ein Substrat schwer aufzubringen. Darüber hinaus stellt die Verwendung feiner Metallpulver bei der Pulverherstellung und - aufbringung Sicherheitsrisiken dar.
Die Deutsche Patentanmeldung DE-A-198 09 838 beansprucht den Zusatz leitfähiger polymerer Materialien zur Erhöhung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit von pulverbeschichteten Oberflächen. Wiederum haben diese Polymere eine schwarze oder dunkle Farbe und liefern dunkelfarbige Pulverlacke.
In der US-Patentschrift US-P-4027366 wird die Aufbringung von Pulvermischungen beschrieben, die in der Dielektrizitätskonstante Unterschiede aufweisen, wonach das eine Pulvermaterial ein leitfähiges Metall oder Nichtmetall ist. Der Gegenstand der US-P- 4027366 ist die Herstellung von mehrlagigen Beschichtungen in einem Schritt. Die Herstellung von Beschichtungen mit antistatischen Eigenschaften oder geringem elektrischen Oberflächenwiderstand der beschichteten Oberfläche ist nicht erwähnt.
Die Aufgabe der Erfindung ist dementsprechend die Bereitstellung von Pulverlacken, die über einen reproduzierbaren elektrischen Oberflächenwiderstand der beschichteten Substratoberfläche verfügen, die in verschiedenen Farben hergestellt werden können und selbst mit unterschiedlicher Filmdicke der Beschichtung leicht aufzutragen sind.
Diese Aufgabe wird gelöst mit Hilfe einer Mischung von konventionellen, möglicherweise gefärbten, nichtleitfähigen, warmhärtenden Pulverlackmaterialien mit hoch leitfähigen warmhärtenden Pulverlackmaterialien. Das Verhältnis von leitfähigen zu nichtleitfähigen Pulverlackmaterialien kann in der erfindungsgemässen Mischung zwischen 5 bis 95 und 95 bis 5 betragen. Das Verhältnis kann so eingestellt sein, dass es den Anforderungen an den elektrischen Oberflächenwiderstand in einer speziellen Anwendung genügt. In der Regel liefert ein höherer Prozentanteil der leitfähigen Komponente in dem Gemisch einen niedrigeren elektrischen Oberflächenwiderstand der abschließenden Beschichtung. Die erfindungsgemässe Mischung liefert farbige Beschichtungen, die einen elektrischen Oberflächenwiderstand von weniger als 1010 Ω (Ohm) und vorzugsweise weniger als 108 Ω (Ohm) haben. Dieser Oberflächenwiderstand ist bei vielen Anwendungen, die antistatische Eigenschaften einer Oberfläche erfordern, ausreichend niedrig.
Das nichtleitfähige, warmhärtende Pulverlackmaterial in der erfindungsgemässen Mischung kann jede beliebige warmhärtende Pulverlackzusammensetzung sein. Das Pulver kann farbig oder transparent sein, z. B. Klarlack.
Die Pulverzusammensetzungen, die verwendet werden können, sind beispielsweise solche auf der Grundlage von Polyesterharzen, Epoxyharzen, Polyester/Epoxy- Hybridharzsystemen, (Meth)acrylharzen, Polyurethanharzen. Geeignete vernetzende Harze für das Bindemittel/Härter-System sind beispielsweise di- und/oder polyfunktionelle Epoxide, Carbonsäuren, Dicyandiamide, Phenolharze und/oder Aminoharze in der üblichen Menge. Die Zusammensetzungen können in der Pulverlack- Technologie übliche Bestandteile enthalten, wie beispielsweise Pigment und/oder Füllstoffe und weitere Additive.
Geeignete Pulverlackformulierungen werden beispielsweise beschrieben in D. A. Bates "The Science of Powder Coatings" Band 1, Sita Technology, London 1990. Oberflächen, die mit derartigen Pulverlackmaterialien beschichtet werden, haben in der Regel einen elektrischen Oberflächenwiderstand größer als 1010 Ω (Ohm).
Die leitfähige, warmhärtende Pulverlackzusammensetzung der erfindungsgemässen Mischung enthält hohe Konzentrationen an anorganischen oder organischen leitfähigen Füllstoffen und/oder Pigmenten. Derartige Füllstoffe und/oder Pigmente können beispielsweise Russ, leitfähige polymere Materialien oder hellfarbige anorganische Pigmente sein. Bei Verwendung von Russ oder leitfähigen polymeren Materialien sind die leitfähigen Pulvermaterialien in der Regel schwarz oder dunkelfarbig. Beispiele für polymere Materialien sind Polyanilin, Polypyrol oder Polythiophen oder deren Derivate. Für hellfarbige leitfähige Pulverbeschichtungen können verwendet werden Metalloxide, Nichtmetalloxide, leitfähig beschichtetes Bariumsulfat oder Kaliumtitantat, dotiertes Zinndioxid, dotiertes Zinkoxid (beispielsweise dotiert mit Aluminium, Gallium, Antimon, Bismut); oder es können spezielle anorganische Pigmente verwendet werden. Beispiele für derartige spezielle anorganische Pigmente sind mit Metalloxid beschichtete Glimmerplättchen, wie beispielsweise mit Zinkoxid beschichteter Glimmer, mit Antimon dotierter Zinnoxid-beschichteter Glimmer, die bei R. Vogt et. al "Bright conductive pigments with layer substrate structure", European Coatings Journal, S. 706, 1997 genannt werden. Aus wirtschaftlichen Gründen wird die Verwendung von Russ als leitfähiger Füllstoff bevorzugt. Das für die erfindungsgemässen Mischungen verwendbare Pulverlackmaterial enthält zwischen 1 und 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 2 und 10 Gewichtsprozent, leitfähige Füllstoffe und/oder Pigmente. Es ist ebenfalls möglich, andere leitfähige Füllstoffe und/oder Pigmente zu verwenden, um das leitfähige Pulverlackmaterial zu formulieren. In der Regel sollten Beschichtungen, die aus dem leitfähigen Pulverlack ohne den Zusatz nichtleitfähiger Pulver hergestellt werden, einen elektrischen Oberflächenwiderstand von weniger als 106 Ω (Ohm) haben oder einen mindestens um einen Faktor 10 kleineren als den angestrebten Oberflächenwiderstand der Oberflächen, wo die Mischung erfindungsgemäss aufgetragen wurde. Dieses bedeutet, dass die leitfähige Komponente beispielsweise einen Oberflächenwiderstand von weniger als 107 Ω (Ohm) haben muss, wenn die Mischung mit nichtleitfähigen Pulvern einen Oberflächenwiderstand von weniger als 108 Ω (Ohm) haben soll.
Das Bindemittel/Härter-System des leitfähigen Pulvermaterials kann das gleiche sein wie für das nichtleitfähige Pulvermaterial in der erfindungsgemässen Mischung, oder es kann verschieden sein. Bei glatten Oberflächenlacken wird in dem leitfähigen und dem nichtleitfähigen Pulvermaterial der Mischung vorzugsweise das gleiche Bindemittel/Härter-System verwendet.
Wenn hellfarbige, leitfähige Pigmente oder Füllstoffe verwendet werden, um eine gleichmäßige Farbe der Beschichtung zu erzeugen, ist es möglich, die Farbe des nichtleitfähigen Materials der Pulvermischung und des leitfähigen Pulvers abzustimmen. Es ist jedoch auch möglich und wird bevorzugt, ein schwarzes leitfähiges Pulver in Kombination mit nichtleitfähigen Pulvern zu verwenden, die eine unterschiedliche Farbe haben, beispielsweise weiß, grau, rot oder gelb. Derartige Mischungen erzeugen eine Beschichtung mit einem Sprenkel-Effekt, da die einzelnen Farben der Pulver für das menschliche Auge mehr oder weniger sichtbar sind. Derartige Beschichtungen liefern attraktive Oberflächenlacke, die für viele Anwendungen geeignet sind.
Die leitfähigen und nichtleitfähigen warmhärtenden Pulverlackmaterialien, die für die erfindungsgemässe Mischung benötigt werden, können mit Hilfe bekannter Technologien für die Herstellung von Pulverlacken hergestellt werden, beispielsweise mit Hilfe der bekannten Extrusion/Mahl-Methoden, mit Hilfe von Spritzprozessen, beispielsweise aus superkritischen Lösungen, oder durch Zerstäubung aus der Schmelze oder durch Suspensions/Dispersions-Prozesse, z. B. dem nichtwässrigen Dispersionsprozess.
Die für die erfindungsgemässe Mischung verwendbaren Pulvermaterialien haben beispielsweise eine mittlere Partikelgrösse von 10 bis 100 Mikrometer, vorzugsweise von 15 bis 50 Mikrometer. Die leitfähigen und nichtleitfähigen Pulvermaterialien können die gleiche mittlere Partikelgrösse und die gleiche Partikelgrössenverteilung haben. Es ist ebenfalls möglich, Pulvermaterialien zu mischen, die verschiedene mittlere Partikelgrössen oder verschiedene Partikelgrössenverteilungen haben. Eine ähnliche Partikelgrössenverteilung bei allen Komponenten der erfindungsgemässen Mischung wird bevorzugt. Es wird außerdem eine Auswahl von Pulvermaterialien für die Mischung bevorzugt, die ein ähnliches spezifisches Gewicht haben.
Die erfindungsgemässe Mischung kann mit Hilfe von Standard-Vorrichtungen zum Mischen hergestellt werden, die homogene Mischungen von Pulvern ergeben, wie beispielsweise Taumelmischer, Hochscherungs-Rotationsschaufelmischer und kontinuierliche Mischer. Es ist ebenfalls möglich, Spezialmischer zu verwenden, ggf. bei leicht erhöhten Temperaturen, die normalerweise angewendet werden, um die Pigmente mit den Pulverlacken zubinden. Wenn derartige Mischer verwendet werden, werden die verschiedenen Pulvermaterialien mindestens teilweise untereinander gebunden, was bei bestimmten Anwendungen von Vorteil sein kann.
Die erfindungsgemässe Mischung kann auf verschiedene Substrate wie Metalle, Kunststoffe, Holz oder Holzverbundstoffe mit bekannten Technologien für den Pulverauftrag aufgetragen werden, wie beispielsweise mit Hilfe elektrostatischer Spritzprozesse unter Anwendung von Korona- oder triboelektrischer Aufladung. Es ist ebenfalls möglich, die Pulvermischung in Form einer wässrigen Dispersion oder einer Pulveraufschlämmung aufzubringen.
Das Substrat wird sodann mit geeigneten Mitteln erhitzt, die der Pulvermischung ermöglichen, auseinander zu fließen und zu härten. Die zum Schmelzen und Härten erforderliche Zeit hängt von dem in der Pulverlackformulierung verwendeten Bindemittel/Härter-System ab. Typische Bedingungen sind beispielsweise Temperaturen von 160°C für 20 Minuten, wenn Konvektionsöfen verwendet werden, um das Substrat aufzuheizen. Wesentlich kürzere Zeiten können erzielt werden, wenn zum Schmelzen und Härten der Pulverlacke Infrarot- oder nahe Infrarotstrahlung verwendet werden. Es ist auch möglich, Pulverlacke zu formulieren, die mit Hilfe von UV-Strahlung gehärtet werden können. In diesem Fall werden sowohl das leitfähige Material als auch das nichtleitfähige Material der Pulvermischung durch UV-Strahlung gehärtet.
Typische Filmdicken nach dem Härten liegen beispielsweise zwischen 20 und 150 Mikrometer. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Oberflächerflächenwiderstand der Beschichtung gegenüber der Filmdicke nicht empfindlich ist, was in vielen Anwendungen entscheidend ist, wo Schwankungen der Filmdicke nicht vermieden werden können. In der Regel wird eine Beschichtungsdicke zwischen 50 und 100 Mikrometer bevorzugt.
Die Pulverlacke der vorliegenden Erfindung gewähren Oberflächen in verschiedenen Farben mit einer attraktiven glatten Oberflächenbeschaffenheit und einem niedrigen und reproduzierbaren Oberflächenwiderstand, der für die Verwendung als antistatische Beschichtung geeignet ist. Die Glanzzahl kann mit Hilfe der bekannten Technologie des Pulverlackierens eingestellt werden.
Die Erfindung wird mit den folgenden Beispielen weiter veranschaulicht:
Der elektrische Oberflächenwiderstand der Beschichtungen wurde mit dem "Test Kit for Static Control Surfaces" gemessen, der von 3M verfügbar ist und den Anforderungen des Standards EOS/ESD-S4.1-1990 genügt.
HERSTELLUNG EINES LEITFÄHIGEN PULVERLACKES BEISPIEL 1
Es wird eine Mischung aus 16 Gewichtsprozent Epoxyharz, 42 Gewichtsprozent Polyesterharz, 37 Gewichtsprozent Bariumsulfat, 3,5 Gewichtsprozent Russ und 1,5 Gewichtsprozent Fließmittel und Mittel zum Entgasen innig vermischt und bei einer Temperatur zwischen 110°C und 140°C extrudiert. Das Extrudat wird zu feinem schwarzen Pulver einer mittleren Partikelgröße von 38 Mikrometer gemahlen.
Das Pulvermaterial wird durch elektrostatischen Spritzauftrag auf ein Stahlblech aufgetragen und danach für 10 Minuten bei 200°C gehärtet. Die erhaltene Beschichtung hat einen Oberflächenwiderstand von 104 bis 105 Ω (Ohm), gemessen bei 100 V und einer Beschichtungsdicke von 90 Mikrometer.
MISCHUNGEN GEMÄß DER ERFINDUNG BEISPIEL 2
Das leitfähige Pulvermaterial aus Beispiel 1 wird innig gemischt in einem Taumelmischer mit einem kommerziellen blauen Polyester/Epoxid-Hybridpulver in einem Verhältnis von 20/80 (Gewicht/Gewicht). Die resultierende Mischung wird mit Hilfe eines elektrostatischen Spritzauftrag auf ein Stahlblech aufgetragen und danach für 10 Minuten bei 200°C gehärtet. Es wird ein blauer, glatter Oberflächenlack mit schwarzen Sprenkeln erhalten, der einen Oberflächenwiderstand von 105 bis 105 Ω (Ohm) hat, gemessen bei 100 V und einer Beschichtungsdicke von 90 Mikrometer.
BEISPIEL 3
Das leitfähige Pulvermaterial aus Beispiel 1 wird innig in einem Taumelmischer mit einem kommerziellen roten Polyester/Epoxid-Hybridpulver in einem Verhältnis von 34/70 (Gewicht/Gewicht) gemischt. Die resultierende Mischung wird mit Hilfe eines elektrostatischen Spritzauftrags auf ein Stahlblech aufgetragen und danach für 10 Minuten bei 200°C gehärtet. Es wird ein roter, glatter Oberflächenlack mit schwarzen Sprenkeln erhalten, der einen Oberflächenwiderstand von 105 bis 106 Ω (Ohm) hat, gemessen bei 100 V und einer Beschichtungsdicke von 60 Mikrometer und 100 Mikrometer.

Claims (9)

1. Mischung von Pulverlackzusammensetzungen, aufweisend:
5 bis 95 Gewichtsprozent ein oder mehrere nichtleitfähige, warmhärtende Pulverlackmaterialien und
95 bis 5 Gewichtsprozent ein oder mehrere leitfähige, warmhärtende Pulverlackmaterialien.
2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung einen elektrischen Oberflächenwiderstand des beschichteten Substrats von weniger als 1010 Ohm bewirkt.
3. Mischung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtleitfähige, warmhärtende Pulverlackmaterial einen elektrischen Oberflächenwiderstand des beschichteten Substrats von größer als 1010 Ohm bewirkt.
4. Mischung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige, warmhärtende Pulverlackmaterial 1 bis 20 Gewichtsprozent leitfähige Füllstoffe und/oder Pigmente enthält.
5. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige, warmhärtende Pulverlackmaterial als leitfähige Füllstoffe und/oder Pigmente Russ, leitfähige polymere Materialien und/oder leitfähige, hellfarbige anorganische Pigmente enthält.
6. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige, warmhärtende Pulverlackmaterial einen elektrischen Oberflächenwiderstand des beschichteten Substrats von weniger als 106 Ohm bewirkt.
7. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch nahe Infrarotstrahlung (MR) oder durch UV-Strahlung härtbar ist.
8. Verwendung der Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für die Herstellung von Beschichtungen, die antistatische Eigenschaften aufweisen.
9. Beschichtetes Substrat, wobei die Beschichtung aus einer Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 erhalten wird.
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