專利名稱：涂敷金屬基底表面的方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種以粉末涂料或液體涂料涂敷金屬基底的方法，包括對(duì)該基底表面的預(yù)處理。
本方法由于經(jīng)濟(jì)效益高，以及從環(huán)保的觀點(diǎn)看又普遍接受，因此在金屬的涂敷中，已廣泛采用粉末涂料來(lái)提供裝飾性或功能性的表面涂層。大批的粉末涂料組合物已被開(kāi)發(fā)出來(lái)以供不同的用途。以粉末涂料涂敷的已知方法要求待涂敷的金屬表面必須經(jīng)受一個(gè)成本很大、一般要含水的預(yù)處理過(guò)程。沒(méi)有這樣的預(yù)處理，粉末涂料層的附著力及至其防腐蝕的效果是不充分的。對(duì)涂敷含水或含溶劑的液體涂料，金屬表面也需要這樣昂貴的預(yù)處理。
在涂敷后，可以借助具有近紅外(NIR)區(qū)波長(zhǎng)的輻射，使粉末和液體涂料固化或干燥與固化。在粉末涂料方面，NIR技術(shù)能使粉末涂料的熔化與固化以單一的過(guò)程步驟完成，見(jiàn)K.Br，JOT 2/98，26-29頁(yè)和WO 99/41323。可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)涂敷層的均勻加熱。這樣的NIR固化過(guò)程也要求昂貴的預(yù)處理方法，以供在涂敷前對(duì)基底表面進(jìn)行處理。
對(duì)鋼或鋁的預(yù)處理，一般包含至少幾個(gè)處理步驟。首先，例如采用堿浸洗或噴洗方法去除油脂或其它雜質(zhì)。然后間歇漂洗。接著通常再利用濕化學(xué)法在其表面上淀積上無(wú)機(jī)防腐蝕層(例如，對(duì)于鋼為磷酸鹽處理，對(duì)于鋁為鉻酸鹽處理)。漂洗操作使用淡水或去礦化水，為了完全除去附著的反應(yīng)化學(xué)制品，這一操作不可或缺。濕金屬表面必須完全干燥后才涂敷粉末或液體涂料層，以避免涂層缺陷。對(duì)于涂敷粉末涂料金屬表面的典型預(yù)處理方法的描述，見(jiàn)，例如，T.Molz，德國(guó)研究委員會(huì)粉末涂料會(huì)議錄1966.9.23-24，201-207頁(yè)。
以粉末或液體涂料涂敷前，對(duì)金屬基底或金屬部件的這種預(yù)處理，要求大的浸涂槽或噴涂室，涉及可觀的投資和運(yùn)行成本。在不同反應(yīng)區(qū)所用的化學(xué)制品必須嚴(yán)格地保持分開(kāi)，而用過(guò)的預(yù)處理溶液必須以高成本加以處理。如果在預(yù)處理中出現(xiàn)缺陷，那么在隨后的涂敷中出現(xiàn)缺陷就不可避免。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是，適當(dāng)?shù)靥峁┮环N以粉末或液體涂料組合物涂敷金屬表面的方法。該方法免去在涂敷前對(duì)基底表面的昂貴的預(yù)處理。
利用一種如下方法可達(dá)此目的，這就是，用高強(qiáng)度NIR區(qū)輻射輻照金屬表面，隨后將此輻照過(guò)的金屬表面涂敷以粉末及/或液體涂料組合物，再后對(duì)粉末或液體涂料層進(jìn)行干燥及/或固化。
此方法的特征還在于，粉末涂料層或液體涂料層的干燥及/或固化，優(yōu)選地是借助NIR或UV輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)，更優(yōu)選地是借助NIR輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)。
發(fā)明詳述根據(jù)本發(fā)明，以高強(qiáng)度NIR輻射輻照未按通常方式作預(yù)處理的金屬表面，此NIR輻射的波長(zhǎng)一般為730-1200nm(近紅外)。輻照可以以比如大于1W/cm2的強(qiáng)度進(jìn)行，最好是大于100W/cm2，輻照的時(shí)間優(yōu)選地為1-60秒，更優(yōu)選地為1-10秒?？傊?，NIR預(yù)處理的持續(xù)時(shí)間可為0.5-300秒。
根據(jù)本發(fā)明以NIR對(duì)金屬表面作預(yù)處理后，接著可以粉末或液體涂料組合物進(jìn)行涂敷，這里做一層或多層涂敷要視情況適當(dāng)而定。隨后的涂敷層的干燥或固化，可利用涂敷行業(yè)中已知的方法照常進(jìn)行。優(yōu)選地，干燥或固化過(guò)程可借助NIR輻射或UV輻射來(lái)完成，更優(yōu)選地可借助NIR輻射來(lái)完成。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)待處理金屬表面不必做預(yù)處理，即不要求傳統(tǒng)的預(yù)處理方法，諸如去油脂和鈍化(例如磷酸鹽處理、鉻酸鹽處理)。
根據(jù)本發(fā)明，在NIR預(yù)處理前，清除待處理金屬表面上的機(jī)械雜質(zhì)是有益的，如磨屑、鏜屑、銑屑、毛邊銹或灰塵。為除去這些雜質(zhì)，可利用已知的機(jī)械方法，例如除去顆粒較大雜質(zhì)和毛邊銹的刷、真空或壓縮空氣潔凈、“掃”以及噴砂。
根據(jù)本發(fā)明，由于用高能NIR輻射輻照，結(jié)果金屬表面便會(huì)發(fā)生加熱。這樣的加熱對(duì)于隨后的粉末涂敷過(guò)程或?qū)τ谝后w涂料層的涂敷，沒(méi)有負(fù)面的影響，而實(shí)際上卻令人驚奇地導(dǎo)致涂敷操作的改善。
例如鹵素?zé)?，尤其是高性能的鹵素?zé)?，?duì)根據(jù)本發(fā)明的方法中的預(yù)處理步驟是適合的，能用來(lái)作為NIR源。那些具有發(fā)射譜最大波長(zhǎng)為730-1200nm的輻射發(fā)射器均都適合。
最好是在對(duì)金屬表面作NIR預(yù)處理后，立即涂敷以熱交聯(lián)及UV固化的粉末涂料組合物，或基于水或含溶劑的液體涂料組合物。如另有要求，也可及時(shí)將根據(jù)本發(fā)明的預(yù)處理同隨后的涂敷分開(kāi)。
從根本上講，所有方法都適合于粉末涂料組合物和液體涂料組合物的涂敷。關(guān)于粉末組合物，靜電噴涂法，如同已知在電暈或磨擦過(guò)程(corona or tribo processes)中所用的，是特別優(yōu)選的方法。也可以使用其它已知的粉末涂敷方法，例如以含水懸浮液或“粉末漿”的形式涂敷。液體涂料組合物可利用眾所周知的浸涂或噴涂法涂敷到基底上。
已知慣用的熱交聯(lián)粉末可用作粉末涂料組合物。在這種情況下，熱固化方法可用于對(duì)粉末涂料隨后的固化處理，例如借助熱對(duì)流爐或中等波長(zhǎng)紅外輻射來(lái)加熱。
根據(jù)本發(fā)明作了預(yù)處理后，也可以涂敷能以UV輻射進(jìn)行固化處理的粉末涂料組合物。對(duì)這些粉末涂料的描述見(jiàn)歐洲專利申請(qǐng)EP739922、EP 702067或EP 636660。在NIR預(yù)處理后，即可將一UV固化粉末涂料涂敷于基底表面，UV輻射可在幾秒鐘內(nèi)使之固化。NIR預(yù)處理的殘留熱足以熔化該UV粉末涂料，并得到該涂料層的塑變流，而不需要再輸入熱量。根據(jù)本發(fā)明的這一可供選擇的方法，可能開(kāi)了能耗極低的粉末涂敷法的先河。
適合于借助NIR輻射來(lái)固化的粉末涂料組合物也可以利用。例如在WO 99/41323中就對(duì)這些粉末涂料作了描述。當(dāng)使用這些粉末涂料時(shí)，最好是在其涂敷后，立即通過(guò)以NIR輻射輻照該粉末涂料層而使之固化。根據(jù)本發(fā)明，這種情況下，在極短的時(shí)間內(nèi)粉末最初熔化而后固化，并且與慣用的預(yù)處理相比，粉末涂料固化的時(shí)間可以達(dá)到顯著的縮短。
優(yōu)選地可以使用適合于借助NIR輻射或UV輻射來(lái)固化的粉末涂料組合物，更優(yōu)選地則借助NIR輻射來(lái)固化。
可采用的液化涂料為，例如，水可溶的或含溶劑的涂料組合物，它們是通用的并且為該領(lǐng)域中那些有經(jīng)驗(yàn)者所了解，它們可以，例如，作為基底的單層或多層，有色或無(wú)色的涂料，用于汽車工業(yè)或涂敷行業(yè)領(lǐng)域中的填隙、底涂、外涂或亮涂。涂敷后，涂料可在室溫下用眾所周知方法干燥一段較長(zhǎng)的時(shí)間，或者閃蒸后于適當(dāng)處，使之在較高溫度下干燥或固化。此外，還可借助高能輻射，如UV輻射，來(lái)做固化處理。通過(guò)例如暴露于NIR輻射也可進(jìn)行閃蒸、干燥或固化。
利用根據(jù)本發(fā)明的方法所得到的涂層，尤其是粉末涂層，具有極佳的附著力，好的耐蝕性和優(yōu)良的塑變流。諸如凹坑、魚(yú)眼、或附著力不足等在未經(jīng)處理金屬表面涂層中一般會(huì)出現(xiàn)的涂層缺陷，使用本發(fā)明的方法卻可避免。
根據(jù)本發(fā)明以NIR輻射預(yù)處理金屬表面的方法，容許投資、能源、運(yùn)行成本，廢水和廢物處理有相當(dāng)可觀的節(jié)省。表面上一般存在的有機(jī)雜技，諸如殘留油脂或其它雜質(zhì)，如指紋印，可用根據(jù)本發(fā)明的方法除去。因而作這樣的預(yù)處理的所需時(shí)間從通常的預(yù)處理方法的10-30分鐘，縮短至使用此法的幾秒鐘。特別是，結(jié)合借助NIR輻射對(duì)涂層作固化處理，則涂敷的產(chǎn)率可以非常之高，尤其對(duì)于粉末涂敷而言。
實(shí)例用下列實(shí)例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)例1NIR預(yù)處理鋼表面，接著再涂敷以NIR固化粉末涂料。
使一根在其生產(chǎn)過(guò)程和毛邊防銹處理中沾有油脂的圓筒形鋼管旋轉(zhuǎn)，并從6cm的距離處以一種傳統(tǒng)的NIR輻射發(fā)射器(功率1000W)對(duì)它輻照10秒鐘，借此鋼管表面便受熱，達(dá)到100℃-120℃的溫度。將一NIR-粉末涂料DURO-THERM RAY-TEC NIR-9216(DuPontPulverlack GmbH & Co.KG的商用產(chǎn)品)涂敷于已被用這種方法做過(guò)預(yù)處理的該鋼管的表面上，并令其在該預(yù)熱過(guò)的表面上熔化。接著用另一個(gè)NIR-輻射發(fā)射器，使粉末涂料層在8秒釧內(nèi)完全固化。可得到均質(zhì)的塑變流表面，沒(méi)有氣孔和砂眼，對(duì)其基底有極好的附著力，并且還具有以下的性能
比較例2以NIR固化粉末涂料涂敷未經(jīng)處理的鋼表面一根沾有類似實(shí)例1的油脂的鋼管，未做根據(jù)本發(fā)明的預(yù)處理，便涂敷以一種NIR粉末涂料DUROTHERM RAY-TEC NIR-9216。接著，邊使之旋轉(zhuǎn)，邊從6cm距離處用一功率為1000W的NIR輻射發(fā)射器對(duì)它輻照18秒鐘。在此期間，粉末涂層發(fā)生熔化和固化。熔化過(guò)程中，該表面顯現(xiàn)出砂眼，形成了凹抗，這是由于潤(rùn)濕不充分并且一些區(qū)仍有大面積未被潤(rùn)濕所致。對(duì)涂層性能的測(cè)試提供了以下結(jié)果
實(shí)例3NIR預(yù)處理鋼表面，隨后涂敷以粉末漆并進(jìn)行熱對(duì)流固化處理。
使用在其生產(chǎn)過(guò)程和毛邊防銹處理中沾有油脂的鋼板。以一傳統(tǒng)的NIR輻射發(fā)射器(1000W)從8cm距離處輻照該鋼板12秒鐘。鋼板表面因此被熱激化，并可從外部加熱到130℃的溫度。隨后，鋼板涂敷以一種慣用的熱反應(yīng)粉末涂料，其主體為聚酯/三縮水甘油聚異氰樹(shù)脂/系統(tǒng)硬化劑。最后置于200℃的熱對(duì)流爐內(nèi)15分鐘，使粉末涂料層固化。對(duì)所獲得的涂層的分析給出了下列結(jié)果
實(shí)例4NIR預(yù)處理鋁表面，接著涂敷以一種水涂料。
以一功率1500W的NIR輻射發(fā)射器對(duì)制窗行業(yè)所用的鋁型材條進(jìn)行輻照。輻照發(fā)射器置于速度為8m/min的傳動(dòng)帶上，距型材條5cm。經(jīng)過(guò)4m的冷卻距離后，用一種傳統(tǒng)的含水涂料涂敷該型材條，接著，從10cm距離處以一功率為500W的NIR輻射發(fā)射器使含水涂料干燥?？色@得無(wú)氣孔的附著力好的涂層，其性能同該涂料于一種按常規(guī)預(yù)處理支撐上的涂層相當(dāng)。
實(shí)例5NIR預(yù)處理并接著涂敷以UV-固化粉末涂料。
以一功率為1500W的NIR輻射發(fā)射器，從5cm距離處對(duì)厚約12cm的灰鑄鐵板輻照10秒鐘。從外部再加熱鑄鐵板至130℃溫度。隨后，以一種常用的UV-固化粉末涂料(UV-TEC UP-023-9490-0，可從杜邦粉末涂料Gmb H & Co.KG購(gòu)得)，涂敷該灰鑄鐵板，以常用的IR輻射發(fā)射器使之熔化并以常用的UV輻射發(fā)射器使之固化。所獲得的涂層無(wú)表面瑕疵，而且還呈現(xiàn)出極好的對(duì)其支撐的附著力。
權(quán)利要求
1.涂敷金屬表面的方法，包括步驟(a)以高能NIR輻射預(yù)處理金屬表面；及(b)將一種涂料組合物涂敷于該金屬表面，此涂料組合物選自粉末組合物和液體組合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括用NIR輻射或UV輻射輻照涂料組合物，以完成干燥和固化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中涂料組合物為粉末組合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中預(yù)處理步驟(a)包括，以波長(zhǎng)為730-1200nm，且強(qiáng)度大于1W/cm2的NIR輻射輻照金屬表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中預(yù)處理步驟(a)的持續(xù)時(shí)間為1-60秒鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(b)緊接著步驟(a)。
7.權(quán)利要求1的方法，其中(a)是施加于金屬表面的唯一的預(yù)處理作業(yè)。
8.按以下方法制備的帶涂層的金屬表面，該方法中先以高能NIR輻射對(duì)金屬表面做預(yù)處理；然后涂敷一種涂料組合物于該金屬表面，其中涂料組合物選自粉末組合物和液體組合物。
全文摘要
金屬表面用高能NIR輻射預(yù)處理、然后涂敷以一種粉末或液體涂料組合物、接著再使該涂料混合物固化或干燥。如此處理的金屬表面呈現(xiàn)出較好的涂層附著力以及改善的外觀與性能。此法的成本效果甚佳。
文檔編號(hào)C08F2/46GK1395511SQ01803877
公開(kāi)日2003年2月5日 申請(qǐng)日期2001年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月18日
發(fā)明者O·蒂勒, F·齊默曼 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司