DE69715082T2

DE69715082T2 - Verfahren zur Herstellung von Epoxidpulverbeschichtungsmassen für Textureffekt-Lackierung zur Beschichtung von wärmeempfindlichen Substraten

Info

Publication number: DE69715082T2
Application number: DE69715082T
Authority: DE
Inventors: Glenn D. Correll; Andrew T. Daly; Richard P. Haley; Paul R. Horinka; Joseph J. Kozlowski; Jeno Muthiah
Original assignee: Morton International LLC
Current assignee: Morton International LLC
Priority date: 1996-05-06
Filing date: 1997-05-01
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2017-05-02
Also published as: EP0806459B2; CA2202335C; US5721052A; DE69715082T3; DE69715082D1; EP0806459A2; ES2183086T5; EP0806459A3; ES2183086T3; EP0806459B1; MX9703116A; CA2202335A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Zusammensetzungen, die als duroplastische Pulverbeschichtungen für wärmeempfindliche Materialien wie Holzsubstrate nützlich sind. Diese Beschichtungen werden auf die Oberflächen von Holzsubstraten in Partikelform aufgebracht und dann bei relativ niedrigeren Temperaturen und/oder relativ höheren Vulkanisationsgeschwindigkeiten geschweißt und vulkanisiert, um kontinuierliche Trockenfilmbeschichtungen ohne physikalische oder chemische Verschlechterung des Substrats zu bilden. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Pulverbeschichtungszusammensetzungen auf Epoxidbasis für Holzsubstrate, die zunächst durch elektrostatisches Sprühen aufgebracht und dann bei relativ niedrigeren Temperaturen und/oder relativ höheren Geschwindigkeiten wärmegehärtet werden, so dass haltbare, körnig texturierte Oberflächen entstehen, ohne dass das Holz beschädigt wird.
Pulverbeschichtungszusammensetzungen sind beim Lackieren von Artikeln äußerst wünschenswert, da sie praktisch frei von flüchtigen organischen Lösungsmitteln sind, die herkömmlicherweise in flüssigen Lacksystemen eingesetzt werden. Somit geben Pulverbeschichtungen wenig, wenn überhaupt flüchtiges Material an die Umgebung ab, wenn sie wärmegehärtet werden. Dadurch werden zahlreiche Probleme in Verbindung mit Luftverschmutzung und Gefahren für die Gesundheit des Personals ausgeschlossen, das für Lackierarbeiten herangezogen wird.
Es wurden lösungsmittelfreie Schmelzbeschichtungsverfahren zum Aufbringen solcher Pulverbeschichtungen auf Substrate entwickelt, bei denen die trockenen, fein verteilten, frei fließenden, wärmeschmelzbaren Pulver auf das Substrat aufgebracht und dann unter externem Erhitzen zu einem kontinuierlichen Schutz- oder Zierfilm geschmolzen und vulkanisiert werden.
Beispiele für solche Beschichtungsprozesse sind unter anderem elektrostatisches Sprühen, Wirbelbettschichten und elektrostatische Wirbelbettschichttechniken, wobei heute in der Industrie hauptsächlich mit elektrostatischem Sprühen gearbeitet wird.
Die elektrostatische Sprühbeschichtung ist jedoch zum Beschichten von wärmeempfindlichen Materialien wie Holz-, Papier-, Pappe- und Plastiksubstrate problematisch, weil die Vulkanisation bei recht hohen Temperaturen von typischerweise mehr als 177ºC (350ºF) bei normalen Ofenverweilzeiten stattfindet, was durch die hohen Vulkanisationstemperaturen der Lackpulver bedingt ist, und diese hohen Temperaturen müssen für eine Dauer gehalten werden, die ausreicht, um die gewünschte Vulkanisation zu erzielen. Wärmeempfindliche Materialien können solche hohen Temperaturen jedoch nicht kontinuierlich für eine Zeit aushalten, die für Pulverbeschichtungen notwendig ist. So haben beispielsweise die harzigen Bindemittel und die Feuchtigkeit, die Holzprodukte wie Spanplatten oder Faserplatten intakt halten, die Neigung abzunehmen und sich bei den Temperaturen, die zum Vulkanisieren von Pulverbeschichtungen mit akzeptablen Geschwindigkeiten nötig sind, zu verflüchtigen. Dies hat zur Folge, dass sich Holzplatten im Hinblick auf ihre physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften verschlechtern, was unakzeptabel ist.
Das US-Patent 5,387,442 (Kroeger et al) offenbart ein Verfahren zum elektrostatischen Sprühbeschichten von wärmeempfindlichen Materialien wie Kunststoffmaterialien, Holz, Papier, Pappe, Leder und Textilien mit duroplastischen Pulverlackzusammensetzungen, und dieses Verfahren basiert auf kurzen wiederholten Infrarot- Heizzyklen hoher Intensität, die von Kühlzyklen unterbrochen werden. Es wird behauptet, dass auf diese Weise die Wärme, die zum Schmelzen, Filmbilden und nachfolgenden Vulkanisieren der Pulverdeckschicht notwendig ist, nicht genügend Zeit hat, um das wärmeempfindliche Material des Substrats auf eine schädigende oder beeinträchtigende Weise anzugreifen, da die Wärme während der Kühlintervalle rasch abgeführt wird. Das Verfahren enthält jedoch keine Lehre darüber, wie eine Verwendung von Duroplast-Pulverbeschichtungen, für die höhere Vulkanisationstemperaturen und/oder niedrigere Vulkanisationsgeschwindigkeiten erforderlich sind, beim Beschichten wärmeempfindlicher Materialien vollkommen vermieden werden kann. Kroeger et al zeigen, dass das Substrat weiterhin Temperaturen von durchschnittlich etwa 199ºC (390ºF) für etwa 20 Minuten ausgesetzt wird, um die Pulverbeschichtungen zu vulkanisieren.
Duroplast-Pulverbeschichtungen auf der Basis von Epoxidharzen sind in der Technik bekannt. Beispiele für Epoxidpulverbeschichtungen für nicht wärmeempfindliche Metallsubstrate, bei denen die Substrate vor dem elektrostatischen Sprühen der Pulver auf etwa 232ºC (450ºF) erhitzt wurden, befinden sich in den US-Patenten Nr. 4,568,606 (Hart et al), Nr. 4,855,358 (Hart) und in Nr. 4,857,362 (Hart). Epoxidpulverbeschichtungen, die körnig texturierte oder faltige Oberflächen für gewöhnlich wärmebeständige Metallsubstrate erzeugen, um Unvollkommenheiten und Kratzer auf den Substratoberflächen zu verbergen, sind ebenfalls in der Technik bekannt. Ein Beispiel für eine Epoxidpulverbeschichtung mit faltiger Oberfläche befindet sich im US-Patent Nr. 4,341,819 (Schreffler et al). Im US-Patent Nr. 5,212,263 (Schreffler) wird eine Pulverbeschichtung zur Bildung einer texturierten Oberfläche offenbart, die einen Epoxidharz, ein Vulkanisationsmittel auf der Basis von Methylen- Disalicylsäure für das Epoxid und ein Addukt von Imidazol und Epoxidharz des Typs Bisphenol A als Vulkanisationskatalysator enthält. Allgemein gesagt, die beiden letzteren Patente zeigen, dass die jeweiligen Epoxidpulverbeschichtungsformulierungen zum Schmelzen und Vulkanisieren bei Spitzensubstrattemperaturen von mehr als etwa 191ºC (375ºF) für etwa 10 Minuten verwendet werden.
Die EP-A-0503865 offenbart Pulverbeschichtungszusammensetzungen, umfassend einen Epoxidharz, ein Copolymer aus (Meth)acrylsäure und wenigstens ein C&sub1;-C&sub1;&sub8; Alkyl(meth)acrylat, zusammen mit einem Vulkanisationsmittel für den Epoxidharz wie z. B. Dicyandiamid. Die Zusammensetzung kann auch geringfügige Mengen, relativ zum Vulkanisationsmittel, eines Vulkanisationsbeschleunigers wie Methylimidazol enthalten. Die Zusammensetzungen können auf Kunststoffmaterialien aufgebracht werden und ergeben eine glatte matte Oberfläche. Eine typische Vulkanisationstemperatur ist 180ºC. Zusammensetzungen dieses Typs sind in der EP-A- 0503864 offenbart, worin 8 Teile 2-Methylimidazol zur Vulkanisationsbeschleunigung mit 290 Teilen eines Phenol- Novolak-Härtungsmittels verwendet werden. Diese Zusammensetzungen enthalten auch ein Texturiermittel. Die exemplifizierten Pulver werden auf Stahlsubstrate aufgebracht und bei 180ºC vulkanisiert.
Die GB-A-1475034 offenbart die Verwendung von Imidazol oder Imidazolinverbindungen zum Vulkanisieren von Epoxidharzen bei Temperaturen von etwa 290ºC zum Beschichten von Metallrohren. Die Zusammensetzungen enthalten auch ein Verlaufmittel und ein Thixotropiermittel.
Pulverbeschichtungen mit niedriger Vulkanisationstemperatur und/oder hoher Vulkanisationsgeschwindigkeit zur Erzeugung glatter Oberflächen beim elektrostatischen Aufsprühen auf Holzprodukte wie z. B. TV-Ständer aus mittelschwerer Faserplatte wurden beispielsweise in der US-A-4637954 vorgeschlagen. Solche glatten Formulierungen enthielten einen Epoxidharz und ein Imidazoladdukt und ein Epoxidharz als Vulkanisationsmittel für das Epoxid, enthielten jedoch keine Texturiermittel. Diese Pulverbeschichtungen hatten zwar wünschenswerte Vulkanisationseigenschaften für wärmeempfindliche Substrate, sie erwiesen sich jedoch als nicht zufriedenstellend für ein elektrostatisches Sprühbeschichten auf Holzartikel, weil sie Oberflächenimperfektionen unzureichend verbargen und die Ränder nur unzureichend deckten. Darüber hinaus waren im fertigen Überzug aufgrund von flüchtigen Stoffen, die durch teilgehärtete Filme entwichen, winzige Nadelstiche sichtbar. Dies ergab einen diskontinuierlichen Film, der das Substrat freilegte und es ungeschützt ließ.
Es besteht Bedarf an einer Pulverbeschichtungszusammensetzung, die bei niedrigeren Temperaturen und/oder höheren Vulkanisationsgeschwindigkeiten auf wärmeempfindliche Materialien, besonders Holzprodukte, aufgebracht werden kann, insbesondere durch elektrostatisches Sprühen, so dass kontinuierliche, körnig texturierte Oberflächen entstehen, die Oberflächenimperfektionen ausreichend verbergen, ohne die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des damit beschichteten Substrats zu beschädigen oder zu beeinträchtigen.
Die vorliegende Erfindung besteht in einem Verfahren zum Beschichten eines wärmeempfindlichen Substrats zur Erzielung einer körnig texturierten Filmoberfläche, ohne das genannte Substrat zu beschädigen, umfassend die folgenden Schritte:
Aufbringen auf das Substrat einer duroplastischen Pulverbeschichtungszusammensetzung, die Folgendes umfasst:
a) ein Epoxidharz;
b) wenigstens eine Vulkanisationskomponente;
c) ein Texturiermittel; und
d) ein Verlaufmittel, und
Erhitzen des pulverbeschichteten Substrats, um die genannte Pulverbeschichtung zu schmelzen, verlaufen und zu einem körnig texturierten trockenen Film auf dem Substrat vulkanisieren zu lassen,
dadurch gekennzeichnet, dass das Vulkanisationsmittel (b) wenigstens eine der folgenden Komponenten umfasst:
i) 1 bis 8 Teile pro hundert Harzteile (phr) eines katalytischen Vulkanisationsmittels, umfassend ein Imidazol, ein Addukt eines Imidazols mit einem Expoxidharz oder ein Gemisch davon; und
ii) 5 bis 40 phr eines Tieftemperaturvulkanisationsmittels, umfassend ein Addukt eines Polyamins und ein Epoxidharz,
und dadurch, dass die Beschichtung bei einer Spitzensubstrattemperatur von maximal 177ºC (350ºF) vulkanisiert wird, wobei das genannte Imidazol, Imidazoladdukt und/oder Aminaddukt die Doppelfunktion eines Vulkanisationsmittels und eines Vulkanisationsbeschleunigers hat.
Mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden die Pulverbeschichtungszusammensetzungen vorzugsweise durch elektrostatisches Sprühen aufgebracht.
Die Pulverbeschichtungszusammensetzungen auf Epoxidbasis erlauben ein Fließen, eine Filmbildung und ein nachfolgendes Vulkanisieren des Pulvers bei erheblich niedrigeren Temperaturen und/oder erheblich höheren Geschwindigkeiten, um ein elektrostatisches Sprühbeschichten auf wärmeempfindlichen Holzsubstrate zu ermöglichen, ohne dass das Holz beschädigt wird. Die resultierenden Pulverbeschichtungen ergeben körnig texturierte Oberflächen mit einer erhöhten Deckleistung und besserer Deckung an den Rändern auf elektrostatisch sprühbeschichteten Holzsubstraten, was eine kontinuierliche Beschichtung ergibt, die ästhetisch akzeptabel ist, ohne visuelle Anzeichen von Entgasung, Blasenbildung oder Nadelstichbildung.
Der Epoxidharz wird vorzugsweise aus Epoxidharzen des Typs Bisphenol A mit Expoxidäquivalenzmassen von 600 bis 750 und Gemischen aus solchen Epoxidharzen ausgewählt. Das katalytische Vulkanisationsmittel wird vorzugsweise aus einem substituierten Imidazol oder einem Imidazoladdukt oder einem substituierten Imidazol und einem Epoxidharz des Typs Bisphenol A ausgewählt. Das Texturiermittel wird vorzugsweise aus organophilem Ton, Gummipartikeln und Thermoplast-Polymerpartikeln ausgewählt. Das Verlaufmittel wird vorzugsweise aus einem Acrylharz und Benzoin ausgewählt. Die Zusammensetzung kann auch Streckmittel beinhalten, die vorzugsweise aus Calciumcarbonat und Pigmenten ausgewählt werden. Die Pulverbeschichtungszusammensetzung kann auf wärmeempfindlichen Holzsubstraten unter Zeit- und Temperaturbedingungen vulkanisiert werden, die die Intaktheit des Holzes nicht herabsetzen. Die Zusammensetzung hat vorzugsweise einen Vulkanisationszeit- /-temperaturbereich von etwa 30 Sekunden bei 177ºC (350ºF) Spitzensubstrattemperatur bis hinab auf etwa 20 Minuten bei 107ºC (225ºF) Spitzensubstrattemperatur.
Das Tieftemperatur- und/oder Vulkanisationsmittel b(ii), das ein Polyaminaddukt und Epoxidharz umfasst, kann mit einem optionalen sekundären Vulkanisationsmittel kombiniert werden, das Dicyandiamid umfasst, und/oder einem optionalen katalytischen Vulkanisationsmittel, das ein Imidazol oder ein Imidazoladdukt und Epoxidharz umfasst, sowie das Texturiermittel und das Verlaufmittel. Dieses Vulkanisationsmittel wird vorzugsweise aus einem Addukt eines primären oder sekundären Polyamins und einem Epoxidharz des Typs Bisphenol A ausgewählt. Die übrigen aufgeführten Ingredienten sind dieselben wie oben erwähnt. Diese alternative Zusammensetzung hat auch vorzugsweise einen Vulkanisationszeit-/-temperaturbereich von etwa 30 Sekunden bei 177ºC (350ºF) Spitzensubstrattemperatur bis etwa 20 Minuten bei 107ºC (225ºF) Spitzensubstrattemperatur.
Die Holzsubstrate können - nicht ausschließlich - Hartholz, Spanplatte, elektrisch leitende Spanplatte und mittelschwere Faserplatte beinhalten.
Die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendeten Duroplast-Pulverbeschichtungszusammensetzungen enthalten als eine Komponente einen Epoxidharz. Die in den duroplastischen Pulverbeschichtungen der vorliegenden Erfindung nützlichen Epoxidharze sind feste Harze oder Mischungen aus festen und geringen Mengen an flüssigen Harzen von bis zu etwa 10 Gew.-%, und diese Harze sind die Reaktionsprodukte aus einem Diol und einem Halohydrin. In der Umsetzung der vorliegenden Erfindung nützliche, geeignete Epoxidharze sind beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Reaktionsprodukte aus Bisphenol A und Epichlorhydrin. Im Allgemeinen sind die hierin verwendeten Epoxide des Typs Bisphenol A von der Form Typ 1 bis Typ 9, wobei Niederviskositäts-Epoxidharze des Typs 3 oder weniger am meisten bevorzugt werden. Die nützlichen Epoxidharze des Typs Bisphenol A haben eine Epoxidäquivalenzmasse im Bereich von etwa 400 bis 2250, vorzugsweise eine Epoxidäquivalenzmasse zwischen etwa 550 und 1100, wobei eine Epoxidäquivalenzmasse zwischen etwa 600 und 750 am meisten bevorzugt wird. Bevorzugte Epoxidharze sind unter anderem solche, die von Ciba-Geigy Corporation unter dem Handelsnamen Araldite GT 7013 (Typ 3) und Araldite GT 7072 (Typ 2) vermarktet werden, die beide Epoxidharze des Typs 4,4'-Isopropyliden-diphenol-epichlorhydrin sind.
Die Duroplast-Pulverbeschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung enthalten als weitere Komponente ein katalytisches Vulkanisationsmittel. In der vorliegenden Erfindung hat das katalytische Vulkanisationsmittel die Doppelfunktion eines Vulkanisationsmittels und eines Vulkanisationsbeschleunigers. Es brauchen keine weiteren Vulkanisationsmittel in den Pulverbeschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung vorhanden zu sein. Der Vorteil dieser katalytischen Vulkanisationsmittelkomponente besteht darin, dass sie alleine eine Vulkanisation der Pulverbeschichtungen der vorliegenden Erfindung bei weitaus niedrigeren Vulkanisationstemperaturen oder bei ultrahohen Vulkanisationsgeschwindigkeiten erlaubt, als dies bei texturierten Pulverbeschichtungen je für möglich gehalten wurde, so dass solche Zusammensetzungen auf wärmeempfindliche Materialien, besonders auf Holzsubstrate, aufgebracht werden können, ohne die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des Substrats zu beeinträchtigen.
Die katalytischen Vulkanisationsmittel, die in den duroplastischen Pulverbeschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, sind ein Imidazol, ein substituiertes Imidazol, oder Addukte von Imidazol oder substituiertem Imidazol und ein Epoxidharz oder quaternäre Ammoniumsalze davon sowie Gemische aus beliebigen der oben genannten Materialien. Am meisten bevorzugt wird die Verwendung eines substituierten Imidazols aus 2-Methylimidazol. Ein weiteres geeignetes substituiertes Imidazol ist 2-Phenylimidazol.
Das Imidazol oder seine Derivate, d. h. substituierte Imidazole, die zu Epoxidharzen adduziert werden, werden vorzugsweise zu Epoxidharzen des Typs Bisphenol A adduziert. Die Imidazole oder zu Epoxidharz adduzierte Imidazole sowie deren Derivate haben die allgemeine Formel:
wobei R¹, R², R³ und R&sup4; H oder eine beliebige Substitution sind, die mit dem Expoxidharz nicht reagiert, wobei die Rs, wenn nicht H, dann typischerweise Alkyl sind, z. B. Methyl, Aryl, z. B. Phenyl- oder Alkarylgruppen, und wobei R², R³ und R&sup4; vorzugsweise H-Gruppen sind und R¹ vorzugsweise eine Methylgruppe ist, d. h. 2-Methylimidazol.
Ein bevorzugtes Imidazol- und Epoxidharzaddukt wird von Shell Chemical Company unter dem Handelsnamen Epon Curing Agent P-101 vermarktet. Ein weiteres bevorzugtes Imidazoladdukt eines Epoxidharzes des Typs Bisphenol A wird von Ciba-Geigy Corporation unter dem Handelsnamen HT 3261 vermarktet. Der Imidazol- oder substituierte Imidazolrest, z. B. ein 2-Methylimidazolrest, umfasst typischerweise etwa 5 bis 50 Gew.-% der Imidazol/Epoxidharz-Addukt- Zusammensetzung, vorzugsweise etwa 30 bis 40 Gew.-%, wobei etwa 33 Gew.-% am meisten bevorzugt werden.
Man ist der Ansicht, dass die Epoxidkomponente des Imidazoladdukts den Einbau der ansonsten unlöslichen Imidazole in das Epoxidharzkomponentensystem erleichtert. Man ist ebenso der Ansicht, dass die Bildung des Addukts den Schmelzpunkt des Imidazols reduziert und dadurch die Vulkanisationsreaktionstemperatur zwischen den Epoxidgruppen und dem Addukt senkt. Man glaubt ferner, dass das Addukt, wenn es alleine ohne andere Vulkanisierungsmittel verwendet wird, die Vulkanisation der Epoxidharzkomponente bei weitaus niedrigeren Temperaturen oder mit weitaus höheren Geschwindigkeiten zulässt. So können diese Pulverbeschichtungen auf wärmeempfindlichen Holzsubstraten verwendet werden, ohne dass das Substrat zu großer Wärme ausgesetzt wird, die dazu neigt, die Intaktheit des Holzes zu beeinträchtigen.
Allgemein glaubt man, dass es zur Vulkanisation kommt, wenn das Imidazol oder das Imidazol-adduzierte Epoxid oder das quaternäre Ammoniumsalz davon den Epoxidring der Epoxidharzkomponente öffnet. Dies führt zu einer Bindung zwischen der Epoxidgruppe der Epoxidharzkomponente und der C=N Bindung des Imidazolrings und zur Bildung eines quaternären Ammoniumsalzes mit einem äußerst reaktionsfähigen, negativ geladenen Sauerstoffatom, das für weitere Ringöffnungen zur Verfügung steht. Das Imidazol oder adduzierte Imidazol wirkt als Katalysator, der von Epoxidgruppe zu Epoxidgruppe geht, dabei wächst und weitere Epoxidgruppenringöffnungs- und Epoxidvulkanisationsreaktionen fördert.
Von dem katalytischen Vulkanisationsmittel werden 1 bis 8 Teile pro 100 Teile Harz (phr) und am bevorzugsten 1 bis 4 phr verwendet.
In einer anderen Ausgestaltung enthält die Pulverbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung ein Tieftemperaturvulkanisationsmittel, entweder als das einzige Vulkanisationsmittel anstelle des oben genannten katalytischen Vulkanisationsmittels oder in Kombination mit dem oben genannten katalytischen Vulkanisationsmittel. Das Tieftemperaturvulkanisationsmittel kann aus kommerziell erhältlichen Vulkanisationsmitteln ausgewählt werden, die Addukte von Polyaminen und Epoxidharzen sind, vorzugsweise Addukte eines aliphatischen primären oder sekundären Polyamins und eines Epoxidharzes des Typs Bisphenol A.
Ein Beispiel für ein geeignetes Tieftemperaturvulkanisationsmittel, das ein Epoxidaddukt eines aliphatischen Polyamins ist, wird von Ciba-Geigy Corporation unter dem Handelsnamen PF LMB 5218 Hardener vermarktet. Ein weiteres bevorzugtes Tieftemperaturvulkanisationsmittel umfasst ein Addukt eines sekundären aliphatischen Polyamins und ein Epoxidharz des Typs Bisphenol A, das von Air Products & Chemicals unter dem Handelsnamen Ancamine 2014AS vermarktet wird.
Das Tieftemperaturvulkanisationsmittel wird ggf. in einer Menge eingesetzt, die zwischen 5 und 40 phr und vorzugsweise zwischen 20 und 30 phr liegt.
Bei Verwendung in Kombination mit dem oben genannten katalytischen Vulkanisationsmittel, z. B. einem Bisphenol A Epoxidaddukt von 2-Methylimidazol, wird das katalytische Vulkanisationsmittel vorzugsweise in einer Menge von bis zu 6 phr und vorzugsweise zwischen 2 und 4 phr eingesetzt.
Ein weiteres Vulkanisationsmittel, das in Kombination mit dem Tieftemperaturvulkanisationsmittel verwendet werden kann, um die Vulkanisationseigenschaften zu verbessern, ist Dicyandiamid. Ein geeignetes Dicyandiamid- Vulkanisationsmittel wird von SKW Chemicals unter dem Handelsnamen Dyhard 100S vertrieben.
Das Dicyandiamid-Vulkanisationsmittel wird ggf. in der Pulverbeschichtungszusammensetzung in einer Menge von bis zu 8 phr, vorzugsweise zwischen 2 und 8 phr verwendet, am meisten bevorzugt wird eine Menge zwischen 4 und 6 phr.
Die Pulverbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung beinhaltet keine Methylen- Disalicylsäure als Vulkanisationsmittel.
Zusätzlich zu den obigen Komponenten beinhalten die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzten duroplastischen Pulverzusammensetzungen als weitere Komponente ein Texturiermittel zum Erzielen des gewünschten körnig texturierten Oberflächeneffekts. Die Texturiermittel, die in den duroplastischen Pulverbeschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, sind beispielsweise, aber nicht ausschließlich, organophile Tone wie z. B. ein organophiler Ton, der von NL Chemicals unter dem Handelsnamen Bentone 27 und Bentone 38 vertrieben wird, die jeweils Trialkylarylammoniumhektorit - und Tetraalkylammoniumsmektit-Gummipartikel sind, wie z. B. Acrylonitril-Butadien-Copolymere, einschließlich solcher, die von Zeon Chemicals unter dem Handelsnamen Nipol 1422 und 1411 vertrieben werden, und thermoplastische Polymere wie z. B. Polypropylen. Die verwendete Menge an Texturiermittel bestimmt die Grobheit oder Feinheit der Textur. Das Texturiermittel wird im Allgemeinen in einer Menge von bis zu 30 phr, vorzugsweise zwischen 1 und 20 phr eingesetzt, am meisten bevorzugt werden 2 bis 10 phr. Wenn Gummipartikel als Texturiermittel verwendet werden, dann wird allgemein bevorzugt, diese in einer Menge zwischen 5 und 30 phr, bevorzugter zwischen 10 und 20 phr in die Pulverbeschichtungszusammensetzung zu geben. Man glaubt, dass das Texturiermittel zur hohen Viskosität und zum niedrigen Schmelzfluss der Pulverbeschichtungszusammensetzung beiträgt, was zu der texturierten Oberfläche und somit zu einer besseren Randdeckung und zu einem besseren Verbergen von Oberflächenimperfektionen von Holzsubstraten führt.
Die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzten Duroplast-Pulverbeschichtungen beinhalten als weitere Komponente ein Verlaufmittel. Beispiele für Verlaufmittel, die in den duroplastischen Pulverbeschichtungszusammensetzungen eingesetzt werden können, sind, aber nicht ausschließlich, Acrylharze. Diese Acrylharze sind im Allgemeinen Flüssigkeiten, die durch Absorption auf Silica-artige Materialien in Pulverform umgewandelt wurden. Ein bevorzugtes Verlaufmittel wird von Estron Chemical Inc. unter dem Handelsnamen Resiflow P-67 Acrylharz vertrieben, einem 2-Propenoinsäure-ethylester- Polymer. Ein weiteres bevorzugtes Verlaufmittel wird von DSM, Inc unter dem Handelsnamen Benzoin verkauft. Hierbei handelt es sich um einen kristallinen 2-Hydroxy-1,2- diphenylethanon-Feststoff, von dem man glaubt, dass er die geschmolzene Beschichtung für eine Zeit offen hält, die geeignet ist, um ein Entgasen zuzulassen, bevor sich der Film erhärtet. Das Verlaufmittel wird im Allgemeinen im Bereich zwischen 1 und 5 phr, vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,5 phr eingesetzt.
Abgerauchte Silica und Aluminiumoxid können ebenfalls als pulverförmiger Trockenflusszusatz eingesetzt werden. Ein Beispiel für abgerauchte Silica wird unter dem Handelsnamen Cab-O-Sil von Cabot Corporation vermarktet. Ein Beispiel für Aluminiumoxid wird unter dem Handelsnamen Aluminium Oxide C von der Degussa Corporation vertrieben.
Darüber hinaus können die duroplastischen Pulverbeschichtungszusammensetzungen als weitere Komponente Pigmente enthalten. Es können beliebige der gewöhnlichen Pigmente in der erfindungsgemäßen duroplastischen Pulverbeschichtung eingesetzt werden, um die gewünschte Farbe und Opazität zu erhalten. Beispiele für nützliche Pigmente für die schwarzen texturierten Pulverbeschichtungen sind, aber nicht ausschließlich, Carbon Black und schwarzes Eisenoxid. Ein bevorzugtes Carbon Black Pigment wird von der Columbian Chemical Company unter den Handelsnamen Raven 22 und Raven 1255 vertrieben. Ein Beispiel für ein nützliches Pigment für weiße texturierte Pulverbeschichtungen ist, aber nicht ausschließlich, Titandioxid. Das Pigment wird in einer Menge von bis zu etwa 100 phr, bevorzugter zwischen etwa 1 und 4 phr für eine schwarze texturierte Oberfläche und zwischen etwa 15 und 80 phr für eine weiße texturierte Oberfläche eingesetzt.
Die Duroplast-Pulverbeschichtungszusammensetzungen können als weitere Komponente Streckmittel oder Füllmittel beinhalten. Da eine texturierte Oberfläche gewünscht wird, kann der Streckmittelanteil recht hoch sein, um den Schmelzfluss der Pulverbeschichtung zu senken und die geschmolzene Beschichtung vulkanisieren zu lassen, während ein Teil der Oberfläche der Pulverpartikel wie aufgebracht gehalten wird. Über den Streckmittelanteil kann auch die Grobheit oder Feinheit der Oberfläche geregelt werden. Als Streckmittel für die erfindungsgemäßen duroplastischen Pulverbeschichtungszusammensetzungen können z. B., aber nicht ausschließlich, Calciumcarbonat, Bariumsulfat, Wollastonit und Mica verwendet werden. Das Streckmittel wird im Allgemeinen in einer Menge von bis zu 120 phr, bevorzugterweise zwischen 10 und 80 phr eingesetzt.
Über die obigen Komponenten hinaus können die erfindungsgemäßen duroplastischen Pulverbeschichtungszusammensetzungen auch die für Pulverbeschichtungen üblichen gewöhnlichen Zusätze enthalten. Zu diesen Zusätzen gehören u. a., aber nicht ausschließlich, Glanzkontrollwachse wie Polyethylen, Gleitzusätze wie Teflon® (Polytetrafluorethylen) sowie Siloxane und dergleichen.
Die Duroplast-Pulverbeschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung werden mit konventionellen in der Pulverbeschichtungstechnik angewendeten Methoden hergestellt. Die Komponenten der Pulverbeschichtung werden typischerweise sorgfältig miteinander vermischt und dann in einem Extruder schmelzgemischt. Die Schmelzmischung erfolgt im Allgemeinen im Temperaturbereich von 60 bis 82ºC (140 bis 180ºF) unter sorgfältiger Regelung der Extrudertemperatur, um jede Vulkanisation und Gelbildung im Extruder minimal zu halten. Die oben genannten Extrudertemperaturen sind niedriger als die gewöhnlichen Vulkanisierungstemperaturen der Pulverbeschichtungszusammensetzung, bei denen ein anfängliches Vulkanisieren bei Temperaturen beginnend bei. 93ºC (200ºF) beginnen kann. Die gewöhnlich in Plattenform vorliegende extrudierte Zusammensetzung wird nach dem Kühlen in einer Mühle wie beispielsweise einer Brinkman- Mühle oder einer Bantam-Hammermühle gemahlen, um die gewünschte Partikelgröße zu erhalten. Die Partikelgröße bestimmt auch die Grobheit oder Feinheit der Textur der erzeugten verfestigten Filmbeschichtung. Die Partikelgröße liegt im Allgemeinen zwischen 250 um oder 60 Mesh (grob) und 74 um oder 200 Mesh (fein), je nach der gewünschten Textur.
Die erfindungsgemäßen duroplastischen Pulverbeschichtungszusammensetzungen haben sehr niedrige Vulkanisationstemperaturen oder sehr hohe Vulkanisationsgeschwindigkeiten. Diese Eigenschaften ergeben eine Pulverbeschichtungszusammensetzung, die sich leicht, besonders durch elektrostatisches Sprühen, auf wärmeempfindliche Materialien, besonders Holzprodukte, aufbringen lässt und dabei die Wärmebelastung des Substrats begrenzt, so dass das Substrat nicht beschädigt wird. Der Vulkanisationszeit-/-temperaturbereich der erfindungsgemäßen Duroplast-Pulverbeschichtungen liegt zwischen etwa 30 Sekunden bei 177ºC (350ºF) Spitzensubstrattemperatur und etwa 20 Minuten bei 107ºC (225ºF) Spitzensubstrattemperatur. Vulkanisationszeiten zwischen etwa ein paar Sekunden und etwa 30 Minuten können als normale oder akzeptable Ofenverweilzeiten für elektrostatische Sprühstraßen angesehen werden.
Ferner ist unter diesen Vulkanisationsbedingungen kein erhebliches Entgasen von dem Holzsubstrat feststellbar, das die Intaktheit des Substrats beeinträchtigen und große merkliche Krater oder Abplatzdefekte in der kontinuierlichen harten vulkanisierten texturierten Oberfläche bilden könnten. Diese Filmkontinuität ist besonders deshalb überraschend, weil Nadelstiche weitaus größer sind als die Variationen des Oberflächenprofils der texturierten Beschichtung. Es ist ebenfalls überraschend, dass eine glatte feine Textur auf nicht vorgestrichenen Oberflächen wie Spanholzplatten entstehen kann, ohne jegliche Anzeichen von Entgasung. Ferner erlaubt der äußerst viskose und tiefe Schmelzfluss dieser Zusammensetzungen, die zum Texturieren vorgesehen werden, dass die vulkanisierte Pulverbeschichtung nicht nur die Oberfläche des Holzsubstrats, sondern auch unerwarteterweise die Ränder von Holzsubstraten, die äußerst porös sind und sich daher in einem elektrostatischen Sprühbeschichtungsprozess nur sehr schwer beschichten lassen, gleichförmig bedeckt und verbirgt.
Das zum Aufbringen der duroplastischen Tieftemperaturvulkanisations- Pulverbeschichtungszusammensetzungen auf die wärmeempfindlichen Substrate bevorzugt angewendete Verfahren ist elektrostatisches Sprühen. Die bevorzugten zu beschichtenden wärmeempfindlichen Substrate sind Holzsubstrate. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird demgemäß nachfolgend mit. Bezug auf elektrostatische Sprühverfahren auf Holzsubstrate beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass auch andere Schmelzbeschichtungsverfahren angewendet und andere wärmeempfindliche Substrate wie Kunststoff, Papier und Pappe sowie Composite und Komponenten mit wärmeempfindlichen Aspekten mit den Pulverbeschichtungen der vorliegenden Erfindung beschichtet werden können. Ebenso können wärmebeständige Substrate mit den Pulverbeschichtungen der vorliegenden Erfindung beschichtet werden, wie z. B. Metall, Stahl und andere Legierungen, einschließlich Bauplatten, gerippte Bewehrungsstäbe, Pipelines, kalte Spiralfedern und Stahlband, Glas, Keramik, einschließlich Keramikfliesen, Kohlenstoff und Graphit.
Elektrostatisches Sprühen von Pulverbeschichtungen beruht auf dem Grundsatz der elektrostatischen Ladung. Beim elektrostatischen Sprühen erhalten die Pulverpartikel Ladungen mit einer der beiden folgenden Methoden. In der Corona-Methode werden die Pulverbeschichtungspartikel in einem Trägergasstrom durch eine Corona-Entladung in einer Corona-Spritzpistole geleitet, und Ladung wird von den ioniszerten entladenen Luftmolekülen auf die Pulverpartikel übertragen, so dass die Pulverpartikel elektrostatisch geladen werden. In der triboelektrischen Methode wird das Prinzip der Reibungselektrizität genutzt. Die Pulverpartikel reiben gegen eine Friktionsfläche aus Polytetrafluorethylen, z. B. Teflon®, in der Tribo-Pistole, und erhalten eine elektrostatische Ladung, deren Polarität der Ladung der Friktionsfläche entgegengesetzt ist. Die US- A-4,747,546 (Talacko) enthält ein Beispiel für eine elektrostatische Spritzpistole, die beide Methoden der Pulverpartikelladung ausführen kann.
Nach dem Laden werden die Pulverpartikel als Wolke durch die Spritzpistolendüse aufgrund ihrer Ladung und ihres Ausgangsträgergasdruckes in die Umgebung eines geerdeten Zielsubstrats ausgestoßen. Die geladenen Sprühpartikel werden aufgrund der Differenz ihrer jeweiligen Ladungen auf das geerdete Substrat angezogen. Dies hat zur Folge, dass sich die Partikel als gleichförmige Beschichtung auf dem gewünschten Substrat ablagern, so dass das gesamte Substrat einschließlich der Flächen und Ränder bedeckt wird. Das geladene Pulver haftet am Substrat für eine Periode, die im Allgemeinen ausreicht, damit der beschichtete Artikel in einen Ofen befördert werden kann. Ein nachfolgender Trocknungs- oder Vulkanisationsprozess im Ofen transformiert das Pulver in eine einheitliche und kontinuierliche Beschichtung mit den gewünschten Eigenschaften auf dem Substrat.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein zu beschichtendes wärmeempfindliches Substrat, vorzugsweise ein Holzartikel, getragen und auf einem geerdeten Förderband bewegt, das durch eine Sprühstation einer elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung verläuft. Es können elektrostatische Flachstraßen- oder Vertikalstraßen-Sprühanlagen verwendet werden, obwohl eine Flachstraße bevorzugt wird. In einer Flachstraßenanlage kann das Förderband mit leitenden Metallbändern imprägniert oder vollkommen mit einem Metallblech bedeckt sein. Da das Holzsubstrat relativ nichtleitend ist und typischerweise nur etwa 3-10 Gew.-% freies Wasser für die Leitfähigkeit hat, zieht das leitende Metall hinter dem Artikel die geladenen Partikel leichter an und entlädt sie schnell auf Masse. Dies vermeidet einen merklichen Anstieg des Oberflächenpotentials des Holzes, so dass eine Rückionisierung verhindert wird und die Partikel eine gleichförmige und dicke Pulverbeschichtung auf dem Holz erzeugen können.
Elektrostatische Spritzpistolen, Corona- oder Tribo- Pistolen, sind über dem Holzsubstrat angeordnet, das zur Beschichtung durch die Sprühstation wandert. In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Tribo-Pistolen bevorzugt. Das Aufbringen der Pulverbeschichtung durch triboelektrische Pistolen wird besonders dort bevorzugt, wo das zu beschichtende Holzsubstrat Rillen und Rippen hat, da die durch die Reibung aufgenommene Ladung weitaus geringer ist als die, die durch die Corona-Entladung aufgenommen wird, wodurch der Faraday-Effekt reduziert wird. Mehrere Tribo-Pistolen befinden sich nebeneinander und in einer oder mehreren Etagen. Das Pulver wird unter einem Druck von etwa 276 kPa (40 psi) in die Pistolen gestoßen, und Luft wird mit einem Druck von etwa 138 kPa (20 psi) in die Pulverkanäle geleitet, unmittelbar bevor das Pulver in die Spritzdüsen gelangt. Während das Substrat in die Sprühstation wandert, werden die oben genannten Tieftemperaturvulkanisations-Duroplast- Pulverbeschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung elektrostatisch auf das Holz gesprüht. In einer Flachstraße werden die eine freiliegende Fläche des Holzes und die Ränder in einem einzigen Durchgang mit Pulver beschichtet. Zum Bedecken der anderen Fläche wird ein zweiter Durchgang nach der Vulkanisation benötigt. Die Straßengeschwindigkeit durch die Sprühstation in einer Flachstraße kann in einem Bereich von 1,52 bis 61 Meter (5 bis 200 Fuß) pro Minute, vorzugsweise von 6,1 bis 30,5 Meter (20 bis 100 Fuß) pro Minute liegen, am meisten bevorzugt werden 9,14 bis 15,24 Meter (30 bis 50 Fuß) pro Minute. Es kann eine von der Nordson Corporation erhältliche triboelektrostatische Flachstraßen-Sprühanlage verwendet werden. Zu Beispielen für elektrostatische Flachstraßen-Sprühanlagen wird auf die US-Patente 4,498,913; 4,590,884; 4,723,505 4,871,380 4,910,047 und 5,018,909 verwiesen, deren gemeinsame Zessionarin die Nordson Corporation ist.
Das Substrat kann auch über Umgebungstemperatur vorerhitzt werden oder vor dem elektrostatischen Auftrag unbeheizt bleiben. Bei einem kalt gesprühten Substrat wird eine sehr intensive Erhitzung benötigt, um die Beschichtung zu schmelzen und dann auf dem Holz zu vulkanisieren. Die kontinuierliche Exposition gegenüber hoch intensiver Hitze neigt dazu, das Substrat zu beeinträchtigen. Wenn das Substrat jedoch vorerhitzt und dann besprüht wird, dann erfolgt der Schmelz- und Vulkanisationsprozess schneller, so dass eine schnellere Vulkanisation im Trocknungszyklus ermöglicht wird. Dies eliminiert auch die kontinuierliche Exposition des Holzes gegenüber hochintensiver Hitze, da das Substrat in dem elektrostatischen Sprühschritt keiner Hitze ausgesetzt wird. Die Platte wird vorzugsweise auf Temperaturen im Bereich von 66 bis 149ºC (150 bis 300ºF), bevorzugter von 82 bis 121ºC (180 bis 250ºF) vorerhitzt.
Nach dem elektrostatischen Sprühbeschichten des Substrats wird dieses weiter befördert und trägt dabei das Pulver in einen Ofen zum Schmelzen, zur Filmbildung und zur Vulkanisation, um eine warmgehärtete, harte texturierte Oberfläche auf dem Holzartikel zu bilden. Die Pulverbeschichtungen der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise auf dem Holzartikel über den Vulkanisationszeit-/-temperaturbereich von etwa 30 Sekunden bei 177ºC (350ºF) Spitzensubstrattemperatur (Flachstraße) bis etwa 20 Minuten bei 107ºC (225ºF) Spitzensubstrattemperatur (vertikale Straße) vulkanisiert. Die eingesetzten Vulkanisationsöfen haben vorzugsweise mehrere Heizzonen, von denen einige durch Infrarotlampen, andere durch Wärmekonvektion und wieder andere durch eine Kombination aus diesen beiden erhitzt werden. Für diesen Zweck kann ein von Thermal Innovations Corporation unter dem Handelsnamen Triad Speedoven vertriebener Ofen verwendet werden. In einer Flachstraße, wo die Fördergeschwindigkeit wichtig ist und rasche Vulkanisationen gewünscht werden, ist die Ofenverweilzeit vorzugsweise geringer als 2 Minuten, um die gewünschte Vulkanisation zu erzielen. In einer vertikalen Straße, in der die Ofenverweilzeit variieren kann, da können die Pulverbeschichtungen gemäß dem gesamten Vulkanisationszeit- /-temperaturbereich vulkanisiert werden.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung liegt die Trockendicke des vulkanisierten, kontinuierlichen, körnig texturierten Films im Bereich von 25,4 bis 203 um (1 bis 8 Mil), vorzugsweise zwischen 50,8 und 152 um (2 bis 6 Mil).
Die wärmeempfindlichen Holzsubstrate, die in der vorliegenden Erfindung elektrostatisch sprühbeschichtet werden, sind unter anderem, aber nicht ausschließlich, Hartholz, Spanplatte, mittelschwere Faserplatte (MDF), elektrisch leitende Spanplatte (ECP) mit leitenden Carbon Black Partikeln, die in die Platte integriert sind, Holzfaserplatte oder beliebige andere Holzprodukte. ECP wird von Boise Cascade Corporation vermarktet. Holzsubstrate mit einem Feuchtigkeitsgehalt zwischen 3 und 10 Gew.-% sind für die vorliegende Erfindung geeignet. Die Holzsubstrate können auch mit leitenden Beschichtungen vorbehandelt werden, wie in der Technik bekannt ist, um die elektrostatische Besprühbarkeit zu verbessern. Die beschichteten Holzsubstrate werden im Allgemeinen für die Herstellung von Artikeln mit flachen oder profilierten Oberflächen wie z. B. für Computermöbel, Büromöbel, montagefertige Möbel, Küchenschränke oder andere Holzprodukte verwendet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand spezifischer Beispiele näher erläutert, die die Erfindung lediglich illustrieren sollen. Alle Teile- und Prozentangaben hierin sind, wenn nicht anders angegeben, nach Gewicht zu verstehen.

1. Beispiel

Schwarze, grob texturierte Epoxid- Pulverbeschichtungszusammensetzung

Eine schwarze, grobe, körnig texturierte Duroplast- Pulverbeschichtungszusammensetzung wurde gemäß der vorliegenden Erfindung durch anfängliches Vermischen der folgenden in Tabelle 1 aufgeführten Ingredienten hergestellt. Tabelle 1
Die Ingredienten wurden dann in einem Extruder bei Temperaturen unter 82ºC (180ºF) schmelzgemischt. Das extrudierte Material wurde mit 0,1 bis 0,3 Gew.-% auf der Basis des Gewichts des extrudierten Materials gemischt, besonders etwa 0,2% trockener Fließzusatz aus Aluminumoxid des Typs Aluminum Oxide C, und dann zu Pulver gemahlen. Die Pulverpartikel wurden mit einem 149 um (100 Mesh) Sieb gesiebt, die gröberen Partikel wurden entsorgt. Die Pulverpartikel wurden dann elektrostatisch mit einer Corona-Entladungspistole auf Metall- und Holzplatten aufgesprüht und in einem Ofen bei etwa 107ºC (225ºF) Spitzensubstrattemperatur etwa 20 Minuten lang vulkanisiert. Gelzeit und Heizplattenschmelzfluss wurden an der Pulverbeschichtung geprüft. Stifthärte bei Direktaufprall, Flexibilität, MEK-Beständigkeit und Glanz wurden auf den Metallplatten, die MEK-Beständigkeit auf den Holzplatten getestet. Die Beschichtungsdicke betrug 50,8 bis 30,5 um (2 bis 3 Mil). Die resultierenden Eigenschaften sind in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

Eigenschaft Ergebnis
Gelzeit bei 204ºC (400ºF) (sec) 15
Heizplattenschmelzfluss bei 191ºC (375ºF) (mm) 13
Direktaufprall Nm (in-lbs) 18 (160)
Umkehraufprall Nm (in-lbs) 18 (160)
Dornflexibilität Best. 4,8 mm (3/16")
MEK (50 Doppelreibungen) Geringer Abrieb
MEK (auf Holz) Geringer Abrieb
60º Glanz 0,8-1,5
Stifthärte (Hohleisen) H
Textur Grob

2. Beispiel

Schwarze, feine, texturierte Epoxidharz- Pulverbeschichtungszusammensetzung

Eine schwarze, feine, körnig texturierte Duroplast- Pulverbeschichtungszusammensetzung wurde gemäß der vorliegenden Erfindung durch anfängliches Mischen der in Tabelle 3 aufgeführten folgenden Ingredienten hergestellt. Tabelle 3
Die Ingredienten wurden dann in einem Extruder bei Temperaturen unter 82ºC (180ºF) schmelzgemischt. Das extrudierte Material wurde mit etwa 0,2% trockenem Fließzusatz aus einem Aluminumoxid des Typs Aluminum Oxide C gemischt und dann zu Pulver gemahlen. Die Pulverpartikel wurden mit einem 74 um (200 Mesh) Sieb gesiebt, die gröberen Partikel wurden entsorgt. Die Pulverpartikel wurden dann elektrostatisch mit einer Corona- Entladungspistole auf Metallplatten aufgesprüht und in einem Ofen bei etwa 107ºC (225ºF) Spitzensubstrattemperatur etwa 20 Minuten lang vulkanisiert. Gelzeit und Heizplattenschmelzfluss wurden an der Pulverbeschichtung getestet. Direktaufprall-Stifthärte, Flexibilität, MEK- Beständigkeit und Glanz wurden an den Metallplatten getestet. Die Beschichtungsdicke betrug 51 bis 76 um (2 bis 3 mil). Die resultierenden Eigenschaften sind in Tabelle 4 aufgeführt.

Tabelle 4

Eigenschaft Ergebnis
Gelzeit bei 204ºC (400ºF) (sec) 10
Heizplatten-Schmelzfluss bei 191ºC (375ºF) (mm) 13
Direktaufprall Nm (in-lbs) 18 (160)
Dornflexibilität Best. 3,175 mm (1/8")
MEK (50 Doppelreibungen) Kein Abrieb
60º Glanz 4,8
Stifthärte (Hohleisen) 2H
Textur Grob

3. Beispiel

Triboelektrisches Sprühen der schwarzen, feinen, texturierten Epoxid-Pulverbeschichtungszusammensetzung auf eine Spanholzplatte

Die schwarze feintexturierte Duroplast- Pulverbeschichtungszusammensetzung von Beispiel 2 wurde triboelektrisch mit Tribo-Pistolen auf ein Spanholzplattensubstrat mit einer elektrostatischen Flachstraßen-Sprühanlage von der Nordson Corporation gemäß der vorliegenden Erfindung unter den folgenden in Tabelle 5 aufgeführten Bedingungen aufgesprüht.

Tabelle 5

Elektrostatische Beschichtungsverarbeitungsbedingungen

Substrattyp Spanplatte
Substrattemperatur Raumtemperatur ( 24ºC/75ºF)
Straßentyp Flachstraße
Beschichtungsstraßengeschwindigkeit 9,14 m/min (30 ft/min)
Typ der elektrostatischen Ladung triboelektrisch
Luftstromdruck 276 kPa (40 psi)
Zerstäubungsdruck 138 kPa (20 psi)
Gemessene Pulverladung 2-3 uA
Vulkanisationsstraßengeschwindigkeit 1,524 m/min (5 ft/min)
Ofengröße 3,66 m (12 ft) lang (nur erste 1,83 m/6 ft oder 3 IR-Zonen)
Spitzensubstrattemperatur 177ºC (350ºF)
Maximale Zeit bei Spitzentemperatur 30 sec
Ofenaustrittssubstrattemperatur 99ºC (210ºF)
MEK (50 Doppelreibungen) Geringer bis mäßiger Abrieb

4. Beispiel

Triboelektrisches Aufsprühen einer schwarzen, feinen, texturierten Epoxid-Pulverbeschichtungszusammensetzung auf eine elektrisch leitende Spanholzplatte

Die schwarze, feine, texturierte Duroplast- Pulverbeschichtungszusammensetzung von Beispiel 2 wurde triboelektrisch mit Tribo-Pistolen auf ein elektrisch leitendes Spanholzplattensubstrat mit einer elektrostatischen Flachstraßen-Sprühanlage von der Nordson Corporation gemäß der vorliegenden Erfindung unter den folgenden in Tabelle 6 aufgeführten Bedingungen aufgesprüht.

Tabelle 6

Elektrostatische Beschichtungsverarbeitungsbedingungen

Substrattyp ECP-Platte
Substrattemperatur Vorerhitzt
Vorheizstraßengeschwindigkeit 1,524 m/min (5 ft/min)
Vorheizofenaustritt-Substrattemperatur 103ºC (218ºF)
Substrattemperatur vor dem Beschichten 77ºC (170ºF)
Straßentyp Flachstraße
Beschichtungsstraßengeschwindigkeit 30,5 m/min (100 ft/min)
Typ elektrostatischer Ladung Triboelektrisch
Luftstromdruck 276 kPa (40 si)
Zerstäubungsdruck 138 kPa (20 si)
Gemessene Pulverladung 2-3 uA
Vulkanisationsstraßengeschwindigkeit 305 cm/min (10 ft/min)
Ofengröße 305 cm (12 ft) lang (nur erste 152 cm/6 ft oder 3 IR-Zonen)
Ofenaustrittssubstrattemperatur 99ºC (210ºF)
MEK (50 Doppelreibungen) Mäßiger Abrieb

5. Beispiel

Corona-Entladungssprühen von schwarzer, feiner, texturierter Epoxid-Pulverbeschichtungszusammensetzung auf Spanholzplatte

Die schwarze, feine, texturierte Duroplast- Pulverbeschichtungszusammensetzung von Beispiel 2 wurde mit Corona-Pistolen auf ein Spanholzplattensubstrat mit einer elektrostatischen Vertikalstraßen-Sprühanlage gemäß der vorliegenden Erfindung unter den folgenden in Tabelle 7 aufgeführten Bedingungen elektrostatisch aufgesprüht.

Tabelle 7

Elektrostatische Beschichtungsverarbeitungsbedingungen

Substrattyp Spanplatte
Substrattemperatur Vorerhitzt
Vorheizofenaustritt-Substrattemperatur 99ºC (210ºF)
Substrattemperatur vor dem Beschichten 99ºC (210ºF)
Straßentyp Vertikale Straße
Typ elektrostatischer Ladung Corona-Entladung
Gemessene Pulverladung 60 KV
Vulkanisationstemperatur 107ºC (225ºF)
Vulkanisationszeit 20 Minuten
Spitzensubstrattemperatur 107ºC (225ºF)
Maximale Zeit bei Spitzentemperatur 20 Minuten
MEK (50 Doppelreibungen) Geringer Abrieb

6. Beispiel

Schwarze, grobe, texturierte Epoxidharz- Pulverbeschichtungszusammensetzung

Eine schwarze, grobe, körnig texturierte Duroplast- Pulverbeschichtungszusammensetzung wurde gemäß der vorliegenden Erfindung durch anfängliches Mischen der folgenden in Tabelle 8 aufgeführten Ingredienten hergestellt. Tabelle 8
Die Ingredienten wurden dann in einem Extruder bei Temperaturen unter 82ºC (180ºF) schmelzgemischt. Das extrudierte Material wurde mit etwa 0,2% trockenem Fließzusatz aus Aluminumoxid gemischt und dann zu Pulver gemahlen. Die Pulverpartikel wurden mit einem 74 um (200 Mesh) Sieb gesiebt, die gröberen Partikel wurden entsorgt.
Die Pulverpartikel wurden dann auf Metallplatten und mittelschwere Faserplatten tribogeladen. Die beschichteten Metallteile wurden in einem Ofen bei etwa 107ºC (225ºF) Spitzensubstrattemperatur etwa 20 Minuten lang vulkanisiert. Die beschichteten mittelschweren Faserplatten wurden in einem Infrarotofen etwa 2 Minuten lang vulkanisiert, um die Teilflächentemperatur auf etwa 149ºC (300ºF) zu heben. Die Beschichtungsdicke betrug 76 bis 102 um (3 bis 4 mil) auf Metall und 127 bis 152 um (5 bis 6 mil) auf Holz. Die resultierenden Eigenschaften sind in Tabelle 9 angegeben.

Tabelle 9

Eigenschaft Ergebnis
Gelzeit bei 204ºC (400ºF) (sec) 10
Heizplattenschmelzfluss bei 191ºC (375ºF) (mm) 12
Direktaufprall Nm (in-lbs) 18 (160)
MEK (50 Doppelreibungen) Geringer Abrieb
MEK (auf Holz) Geringer Abrieb
60º Glanz 4-6
Textur (auf Holz) Eng

Beispiele 7 bis 9

Weiße texturierte Epoxid- Pulverbeschichtungszusammensetzungen

Drei weiße körnig texturierte Duroplast- Pulverbeschichtungszusammensetzungen wurden gemäß der alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung durch anfängliches Vermischen der folgenden in Tabelle 10 aufgeführten Ingredienten hergestellt. Tabelle 10
Die oben genannten Ingredienten wurden in einem Extruder bei Temperaturen unter 82ºC (180ºF) schmelzgemischt. Das extrudierte Material wurde mit etwa 0,2% trockenem Fließzusatz aus einem Aluminumoxid des Typs Aluminum Oxide C gemischt und dann zu Pulver gemahlen. Die Pulverpartikel wurden mit einem 74 um (200 Mesh) Sieb gesiebt, die gröberen Partikel wurden entsorgt.
Die Pulverpartikel wurden mit einer Corona- Entladungspistole auf Metallplatten gesprüht und dann in einem Ofen bei etwa 107ºC (225ºF) Spitzensubstrattemperatur etwa 20 Minuten lang vulkanisiert. Gelzeit und Heizplattenschmelzfluss wurden auf den beschichteten Metallplatten getestet. Die Beschichtungsdicke betrug 51 bis 76 um (2 bis 3 Mil).
Die Pulverpartikel wurden ebenfalls mit Corona- Entladung auf vorerhitzte mittelschwere Faserplatten elektrostatisch aufgesprüht, die auf 121 bis 132ºC (250 bis 270ºF) Spitzensubstrattemperatur etwa 2 Minuten lang vorerhitzt und dann in einem Infrarotofen bei etwa 149ºC (300ºF) Spitzensubstrattemperatur etwa 40 Sekunden lang vulkanisiert. MEK-Beständigkeit und Textur wurden auf der beschichteten Holzplatte beurteilt. Die resultierenden Eigenschaften sind in Tabelle 11 angegeben. Tabelle 11

Claims

1. Verfahren zum Beschichten eines wärmeempfindlichen Substrats zur Erzielung einer körnig texturierten Filmoberfläche, ohne das genannte Substrat zu beschädigen, umfassend die folgenden Schritte:

Aufbringen auf das Substrat einer duroplastischen Pulverbeschichtungszusammensetzung, die folgendes umfasst:

a) ein Epoxidharz;

b) wenigstens eine Vulkanisationskomponente;

c) ein Texturiermittel; und

d) ein Verlaufmittel, und

Erhitzen des pulverbeschichteten Substrats, um die genannte Pulverbeschichtung zu schmelzen, verlaufen und zu einem körnig texturierten trockenen Film auf dem Substrat vulkanisieren zu lassen,

dadurch gekennzeichnet, dass das Vulkanisationsmittel (b) wenigstens eine der folgenden Komponenten umfasst:

i) 1 bis 8 Teile pro hundert Harzteile (phr) eines katalytischen Vulkanisationsmittels, umfassend ein Imidazol, ein Addukt eines Imidazols mit einem Expoxidharz oder ein Gemisch davon; und

ii) 5 bis 40 phr eines Tieftemperaturvulkanisationsmittels, umfassend ein Addukt eines Polyamins und ein Epoxidharz,

und dadurch, dass die Beschichtung bei einer Spitzensubstrattemperatur von maximal 177ºC (350ºF) vulkanisiert wird, wobei das genannte Imidazol, Imidazoladdukt und/oder Aminaddukt die Doppelfunktion eines Vulkanisationsmittels und eines Vulkanisationsbeschleunigers hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das genannte Epoxidharz a) ausgewählt wird aus Expoxidharzen des Typs Bisphenol A mit einer Epoxidäquivalenzmasse von 550 bis 1100 oder einem Gemisch davon.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das genannte katalytische Vulkanisationsmittel b(i) 2- methylimidazol umfasst.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das genannte katalytische Vulkanisationsmittel b(i) ein Imidazoladdukt eines Epoxidharzes ist, umfassend ein Addukt von 2-methylimidazol und ein Expoxidharz des Typs Bisphenol A.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Pulverbeschichtungszusammensetzung folgendes umfasst:

1 bis 30 phr des genannten Texturiermittels (c); und

1 bis 5 phr des genannten Verlaufmittels (d).

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Pulverbeschichtungszusammensetzung folgendes umfasst:

5 bis 40 phr des genannten Tieftemperaturvulkanisationsmittels b(ii); und

1 bis 6 phr des genannten katalytischen Vulkanisationsmittels b(i)

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Pulverbeschichtungszusammensetzung folgendes umfasst:

e) ein sekundäres Vulkanisationsmittel aus Dicyandiamid.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Pulverbeschichtungszusammensetzung 2 bis 8 phr Dicyandiamid umfasst.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das genannte Tieftemperaturvulkanisationsmittel b(ii) ein Addukt eines primären oder sekundären Polyamins und ein Epoxidharz des Typs Bisphenol A umfasst.

10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die genannte Vulkanisationskomponente (b) sowohl das genannte katalytische Vulkanisationsmittel (i) als auch das genannte Tieftemperaturvulkanisationsmittel (ii) umfasst.

11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Pulverbeschichtungszusammensetzung ferner folgendes umfasst:

f) bis zu 100 phr eines Pigments; und

g) bis zu 120 phr eines Streckmittels.

12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das genannte Texturiermittel (c) aus organophilen Tonen, vernetzten Gummipartikeln, thermoplastischen Polymerpartikeln oder einem Gemisch davon ausgewählt wird.

13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Vulkanisationszeit im Bereich zwischen etwa 30 Sekunden bei 177ºC (350ºF) Spitzensubstrattemperatur und etwa 20 Minuten bei 107ºC (225ºF) Spitzensubstrattemperatur liegt.

14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das genannte wärmeempfindliche Substrat aus Holz besteht.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das genannte Holzsubstrat aus Hartholz, Spanplatte, Holzfaserplatte, elektrisch leitender Spanplatte oder mittelschwerer Faserplatte ausgewählt wird.

16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die genannte Pulverbeschichtung in Schritt a) elektrostatisch aufgebracht wird.