專利名稱：抗靜電粉末涂料組合物及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末涂料組合物，及其用于制備具有抗靜電性能的涂敷表面和制備涂敷基底(coated substrate)的應(yīng)用。
熱固性粉末涂料在各種各樣的應(yīng)用中用作保護(hù)性或裝飾面漆(finishes)。操作容易、發(fā)射低和廢物材料產(chǎn)生量低是粉末涂料的主要優(yōu)點(diǎn)。粉末涂料通常采用靜電噴涂法來涂敷。粉末通過摩擦或電暈放電而帶電，然后涂敷到基底上，并通過靜電力粘著在基底上。將基底加熱到粉末涂料軟化點(diǎn)以上的溫度。粉末涂料然后熔化并在基底上形成連續(xù)的膜。進(jìn)一步加熱后，就引發(fā)涂料組合物的交聯(lián)反應(yīng)。冷卻后，得到耐久的、撓性的涂層。
在某些應(yīng)用中，希望涂敷的表面具有低表面電阻來提供抗靜電性能，甚至是導(dǎo)電性能。其實(shí)例有用在電子設(shè)備裝配區(qū)中的設(shè)施、用在防爆區(qū)中的設(shè)施或設(shè)備、電子設(shè)備的集裝箱或外殼等。在對(duì)靜電放電敏感的設(shè)備進(jìn)行操作的區(qū)域中，所使用材料的表面導(dǎo)電率的標(biāo)準(zhǔn)，例如可見于歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN100 015-1或瑞典標(biāo)準(zhǔn)SP-Method2472。
按常規(guī)做法，抗靜電或?qū)щ娦阅芡ㄟ^使用含有大量導(dǎo)電性添加劑的液體漆來獲得，導(dǎo)電性添加劑如碳黑、特殊包核顏料(coatedpigment)或金屬粉末。
曾多方努力來提高粉末涂料的導(dǎo)電率，以允許在上述區(qū)域中使用粉末涂料。例如，專利申請(qǐng)CN1099779描述了將導(dǎo)電性微粒如石墨、乙炔黑或氧化鋅以較高的濃度加入到粉末涂料制劑中。這種方法的缺點(diǎn)是含有石墨或乙炔黑的涂料一般不能配制成淺顏色涂料。另一方面，大量淺顏色的填充物，如氧化鋅，引起涂料的導(dǎo)電率的再現(xiàn)性不好。(參見“N.G.Schibrya et.al.”Antistaticdecorative coatings based on coating powder“Electron”，RussiaLakokras.Mater.Ikh Primen.(1996)(12)，第19～20頁及其中引用的參考資料)。在這篇參考資料中，公開了具有大量金屬粉末的導(dǎo)電性涂料。這樣的粉末涂料組合物具有很大的比重，因此難于涂敷到基底上。另外，使用細(xì)金屬粉末在粉末制造和使用期間增加安全風(fēng)險(xiǎn)。
德國專利申請(qǐng)DE-A-19809838要求保護(hù)加入導(dǎo)電性聚合物材料來提高粉末涂敷表面的導(dǎo)電率。同樣，這些聚合物也具有黑色或深色，導(dǎo)致粉末涂料為深色。
在美國專利US4,027,366中，描述了具有不同介電常數(shù)的粉末混合物的應(yīng)用，其中一種粉末材料是導(dǎo)電性金屬或非金屬。US4,027,366的目的是一步制造出多層涂層。但其中未提及制備具有抗靜電性能或涂敷表面低表面電阻的涂料。
因此，本發(fā)明的目的在于，提供涂敷基底表面具有低和可再現(xiàn)的表面電阻的粉末涂料，它可以制成不同的顏色，并易于涂敷，即使在涂層膜厚度不同的情況下也易于涂敷。
該目的由常規(guī)的、可能為有色的、非導(dǎo)電熱固性粉末涂料材料與高導(dǎo)電熱固性粉末涂料材料的混合物而實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明混合物中，導(dǎo)電與非導(dǎo)電性粉末涂料材料的比例可以為2.5～95和95～2.5之間?？梢哉{(diào)整該比例以符合特殊應(yīng)用中表面電阻的要求。一般，在混合物中較高百分?jǐn)?shù)的導(dǎo)電性組分產(chǎn)生最后涂層較低的表面電阻。本發(fā)明的混合物產(chǎn)生具有小于1010Ω(歐姆)表面電阻的有色涂層，優(yōu)選小于108Ω(歐姆)。對(duì)于要求表面抗靜電性質(zhì)的許多應(yīng)用，這種表面電阻是足夠低的。
本發(fā)明混合物中的非導(dǎo)電熱固性粉末涂料材料可以為所有熱固性粉末涂料組合物。該粉末可以是有色的或透明的，例如透明涂層(clear coat)。
可以采用的這些粉末組合物，例如為那些基于聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酯/環(huán)氧混合樹脂體系、(甲基)丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂的粉末組合物。用于粘合劑/固化劑體系的適合的交聯(lián)樹脂，例如為二-和/或多官能環(huán)氧化物、羧酸、雙氰胺、酚醛樹脂和/或氨基樹脂，用量按平常用量。該組合物可以含有粉末涂料技術(shù)中的常規(guī)成分，如顏料和/或填充物和另外的添加劑。
合適的粉末涂料制劑，例如在D.A.Bates“The Science ofPowder Coating”Volume 1，Sita Technology，London，1990中有描述。用這樣的粉末涂料材料涂敷的表面一般具有大于1010Ω(歐姆)的表面電阻。
本發(fā)明混合物的導(dǎo)電熱固性粉末涂料組合物含有高濃度的無機(jī)或有機(jī)導(dǎo)電性填充物和/或顏料。這些填充物和/或顏料例如可以為碳黑、導(dǎo)電性聚合物材料或淺色無機(jī)顏料。如果采用碳黑或?qū)щ娦跃酆衔锊牧希瑢?dǎo)電性粉末材料一般為黑色或深色。導(dǎo)電性聚合物材料例如為聚苯胺(polyaniline)、聚吡咯(polypyrole)、聚噻吩或它們的衍生物。對(duì)于淺色導(dǎo)電性粉末涂料，可以用金屬氧化物、非金屬氧化物、帶導(dǎo)電性涂層的硫酸鋇或鈦酸鉀、摻雜二氧化錫、摻雜氧化鋅(例如用鋁、鎵、銻、鉍摻雜)或特殊無機(jī)顏料。這些特殊無機(jī)顏料的實(shí)例是金屬氧化物涂敷的云母片晶，如氧化鋅涂敷的云母、摻銻氧化錫涂敷的云母，在R.Vogt等的“Bright conductivepigments with layer substrate structure”(European CoatingsJournal，第706頁，1997)中舉出了這些實(shí)例。由于經(jīng)濟(jì)上的緣故，優(yōu)選采用碳黑作為導(dǎo)電性填充物?？捎糜诒景l(fā)明混合物的導(dǎo)電性粉末涂料材料含有1～20wt.％之間的導(dǎo)電性填充物和/或顏料，優(yōu)選含有2～10wt.％之間的導(dǎo)電性填充物和/或顏料。也可采用不同導(dǎo)電性填充物和/或顏料的混合物來配制導(dǎo)電性粉末涂料材料。一般而言，由導(dǎo)電性粉末涂料而不加入非導(dǎo)電性粉末所制備的涂層，應(yīng)該具有小于106Ω(歐姆)的表面電阻，或至少比本發(fā)明混合物涂敷的表面所希望的表面電阻小10倍。這意味著，如果與非導(dǎo)電性粉末的混合物具有小于108Ω的表面電阻，則導(dǎo)電性成分必須具有例如小于107Ω的表面電阻。
導(dǎo)電性粉末材料的粘合劑/固化劑體系可以與本發(fā)明混合物中非導(dǎo)電性粉末材料的粘合劑/固化劑體系相同或不同。對(duì)于光面面層(smooth finish)，優(yōu)選在混合物的導(dǎo)電性和非導(dǎo)電性粉末材料中使用相同的粘合劑/固化劑體系。
如果采用淺色導(dǎo)電性顏料或填充物來產(chǎn)生均一的涂料顏色，則可使粉末混合物的非導(dǎo)電性材料的顏色和導(dǎo)電性粉末的顏色相配。然而，也可能并優(yōu)選采用與具有不同顏色如白色、灰色、紅色或黃色的非導(dǎo)電性粉末結(jié)合的黑色導(dǎo)電性粉末。因?yàn)槿说娜庋蹖⒒蚨嗷蛏俚乜匆姼黝伾姆勰?，所以這樣的混合物將制成具有點(diǎn)綴效果(sprinkle effect)的涂料。這樣的涂料產(chǎn)生適宜許多應(yīng)用的有吸引力的面層(finishes)。
本發(fā)明混合物所需要的導(dǎo)電和非導(dǎo)電熱固性粉末涂料材料可以采用已知的粉末涂料制造技術(shù)來制備，例如已知的擠出/碾磨技術(shù)、噴涂法(spay processes)例如由超臨界溶液的噴涂法、熔體霧化法(melt atomisation)或懸浮/分散法例如非水分散法。
適用于本發(fā)明混合物的粉末材料具有例如10～100μm的平均粒度，優(yōu)選15～50μm的平均粒度。導(dǎo)電性和非導(dǎo)電性粉末材料可以具有相同的平均粒度和相同的粒度分布。也可混合具有不同平均粒度或不同粒度分布的粉末材料。對(duì)于本發(fā)明混合物的所有成分，優(yōu)選具有相似的粒度分布。對(duì)于該混合物，也優(yōu)選選擇具有相似比重的粉末材料。
本發(fā)明的混合物可以采用生產(chǎn)均相粉末混合物的標(biāo)準(zhǔn)混合設(shè)備來制備，如滾筒混合機(jī)、高剪切旋轉(zhuǎn)葉片混合機(jī)或連續(xù)混合機(jī)。也可在稍高溫度下采用特殊混合機(jī)，所述稍高溫度通常用來使顏料與粉末涂料粘合。如果采用這樣的混合機(jī)，不同的粉末材料至少是部分彼此粘合，這可能有利于某些應(yīng)用。
本發(fā)明的混合物可以采用已知的粉末涂敷技術(shù)，例如使用電暈或摩擦起電的靜電噴涂法，將其涂敷到不同的基底上，如金屬、塑料、木材或木材復(fù)合物上。也可能以水分散體或粉末漿料的形式來涂敷粉末混合物。
然后通過適宜的方法將基底加熱到使粉末涂料流平和固化的溫度。熔化和固化所要求的溫度和時(shí)間將依賴于粉末涂料制劑中使用的粘合劑/固化劑體系而定。典型的條件是，例如，如果采用對(duì)流加熱爐加熱基底，在160℃溫度下保持20分鐘。如果采用紅外或近紅外(NIR)輻射來使粉末涂料熔化和固化，在更加短的時(shí)間段完成粉末涂料熔化和固化。也可配制可以使用UV-輻射來固化的粉末涂料。在這種情況下，優(yōu)選粉末混合物的導(dǎo)電性和非導(dǎo)電性材料兩者都使用UV-輻射來固化。
固化后，涂層的典型膜厚度例如在20～150μm之間。本發(fā)明的特別優(yōu)點(diǎn)是，涂層的表面電阻對(duì)膜厚度不敏感，這一點(diǎn)在許多不能避免膜厚度變化的應(yīng)用中十分關(guān)鍵。一般而言，涂層厚度優(yōu)選在50～100μm之間。
本發(fā)明的粉末涂料提供不同顏色的表面，該表面具有有吸引力的光面面層和低的、可再現(xiàn)的表面電阻，適用作抗靜電涂層。光澤度可以通過已知的粉末涂料技術(shù)來調(diào)整。
下面實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明涂層的表面電阻采用由3M提供的“靜電控制表面試驗(yàn)設(shè)備”(“Test Kit for Static Control Surface”)來測定，該試驗(yàn)設(shè)備符合標(biāo)準(zhǔn)EOS/ESD-S4.1-1990的要求。
導(dǎo)電性粉末涂料的制備實(shí)施例1由16wt.-％環(huán)氧樹脂、42wt.-％聚酯樹脂、37wt.-％硫酸鋇、3.5wt.-％的碳黑和1.5wt.-％流動(dòng)劑和脫氣劑組成的混合物均勻混合，并在110和140℃之間的溫度下擠出。將擠出物碾磨成38μm平均粒度的黑色細(xì)粉。
采用靜電噴涂使粉末材料涂敷到鋼板上，然后在200℃下固化10分鐘。得到的涂層，在100V下測定其具有104～105Ω(歐姆)的表面電阻，并具有90μm的涂層厚度。
本發(fā)明的混合物實(shí)施例2來自實(shí)施例1的導(dǎo)電性粉末材料與商品藍(lán)色的聚酯/環(huán)氧混合粉末按20/80(重量比重量)的比例，在滾筒混合機(jī)中均勻混合。所得到的混合物采用靜電噴涂將其涂敷到鋼板上，然后在200℃下固化10分鐘。得到黑色點(diǎn)綴的藍(lán)色光面面層，當(dāng)在100V下測定時(shí)具有105～106Ω(歐姆)的表面電阻，并具有90μm的涂層厚度。
實(shí)施例3來自實(shí)施例1的導(dǎo)電性粉末材料與商品紅色的聚酯/環(huán)氧混合粉末按30/70(重量比重量)的比例，在滾筒混合機(jī)中均勻混合。所得到的混合物采用靜電噴涂將其涂敷到鋼板上，然后在200℃下固化10分鐘。得到黑色點(diǎn)綴的紅色光面面層，當(dāng)在100V下測定時(shí)具有105～106Ω(歐姆)的表面電阻，并具有60μm和100μm的涂層厚度。
權(quán)利要求
1.粉末涂料組合物的混合物，含有2.5～95wt.-％的一種或多種非導(dǎo)電的熱固性粉末材料，和95～2.5wt.-％的一種或多種導(dǎo)電的熱固性粉末涂料材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的混合物，其特征是，該混合物使涂敷基底的表面電阻小于1010歐姆。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2的混合物，其特征是，非導(dǎo)電的熱固性粉末涂料材料使涂敷基底的表面電阻大于1010歐姆。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的混合物，其特征是，導(dǎo)電的熱固性粉末涂料材料含有1～20wt.-％的導(dǎo)電性填充物和/或顏料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一權(quán)利要求的混合物，其特征是，導(dǎo)電的熱固性粉末涂料材料含有碳黑、導(dǎo)電性聚合物材料和/或?qū)щ娦詼\色無機(jī)顏料作為導(dǎo)電性填充物和/或顏料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一權(quán)利要求的混合物，其特征是，導(dǎo)電的熱固性粉末涂料材料使涂敷基底的表面電阻小于106歐姆。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任一權(quán)利要求的混合物，其特征是，所述混合物可采用近紅外(NIR)輻射或UV-輻射固化。
8.權(quán)利要求1～7中任何權(quán)利要求的混合物的應(yīng)用，用于制備具有抗靜電性能的涂料。
9.涂敷基底，其中涂層由權(quán)利要求1～8中任一權(quán)利要求的混合物制得。
全文摘要
可用于制備抗靜電涂層的粉末涂料組合物的混合物，其包括2.5～95wt.％的一種或多種非導(dǎo)電的熱固性粉末材料和95～2.5wt.％的一種或多種導(dǎo)電的熱固性粉末涂料材料。
文檔編號(hào)C09D167/00GK1402766SQ00816366
公開日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2000年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月4日
發(fā)明者P·戈特施林, Z·斯塔茨拉, M·斯特里德 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司