CN101433892A - 形成复合粉末涂层的方法和其制品 - Google Patents

Abstract

一种形成复合粉末涂层的方法及其制品，所述方法包括沉积多层粉末涂料组合物到基底上，其中相邻层由不同的粉末涂料组合物形成，和在单一热固化步骤中固化所述多层的粉末涂料组合物。层可用于保护发电设备免于水溶液腐蚀、颗粒侵蚀、浆液侵蚀、摩擦腐蚀和污染。

Description

形成复合粉末涂层的方法和其制品

技术领域

[0001]本公开涉及形成复合粉末涂层的方法和其制品。

背景技术

[0002]在发电***中，可使用多层粉末涂层(即复合涂层)保护基底免于水溶液腐蚀、颗粒侵蚀、浆液侵蚀、摩擦腐蚀、污染等。一般需要多个层以获得全部所需性能。为了形成多个层，在施加下一个涂层之前固化每个层。这会是耗时的并且由于反复暴露于高固化温度而对基底或最初的涂层有害，这会导致对基底或涂层有益的性质的丧失，如但不限于降低的耐腐蚀性、差的粘合性和降低的延性。在发电***中，这些涂层提供功能益处；因此，层完整性对性能来说很重要。

[0003]较短的固化时间和总的较短高温暴露时间对于发电***中使用的复合粉末涂层是理想的。考虑这一目标，寻求一种更有效的产生复合粉末涂层的方法。

发明内容

[0004]因此，本公开的实施方案解决了对提高制造效率和最小化因暴露基底或粉末涂层到高固化温度引起的缺陷的复合粉末涂层的需要。

[0005]在一种实施方案中，形成复合粉末涂层的方法包括沉积多层粉末涂料组合物到基底上，其中相邻层由不同的粉末涂料组合物形成，和在单一热固化步骤中固化所述多层的粉末涂料组合物。层可用于保护发电设备免于水溶液腐蚀、颗粒侵蚀、浆液侵蚀、摩擦腐蚀和污染。

[0006]在另一种实施方案中，粉末涂层(powder coating)可包括各自在单一热固化步骤中固化的二个或多个复合粉末涂层，其中相邻的粉末涂覆的层(powder coated layer)包括不同组合物。因此，在基底上形成粉末涂层的方法包括：沉积包括多层的粉末涂料组合物的第一叠层到基底上，其中相邻层由不同粉末涂料组合物形成；在单一热固化步骤中固化第一叠层；沉积包括多层粉末涂料组合物的至少一个附加叠层到第一叠层上，其中相邻层由不同粉末涂料组合物形成；和固化所述至少一个附加叠层。

[0007]当实验下面的图和详细说明时，公开的粉末涂敷方法的其它特征和优点对于本领域技术人员来说将是或变得显而易见。旨在所有这类附加特征和优点都包括在本说明书内，在本公开的范围内，和被所附权利要求保护。

附图说明

[0008]参考下面的图可更好地理解本发明的许多方面。图中的部件不必按比例绘制，而是重点在于清楚说明本发明的原理上。此外，在图中，在整个数个视图中，类似的附图标记表示相应的部件。

[0009]图1(A-B)为说明在基底上形成复合粉末涂层的方法的示意图。

[0010]图2(A-D)为说明在基底上叠层二个复合粉末涂层的方法的示意图。

[0011]通过参考本公开各种特征以下详细描述和其中包括的实施例能更容易地理解本公开。

具体实施方式

[0012]本文公开了形成复合粉末涂层的方法，其具有比粉末涂层数量少的固化步骤。本文的复合粉末涂层指包括通过单一热固化步骤固化的至少二个粉末涂覆的层的多层式粉末涂层，其中相邻层包括不同粉末涂料组合物。另外还公开了包括通过所公开的方法产生的复合粉末涂层的制品，尤其是包括金属基底的发电***用制品如涡轮发动机转子上的叶片。

[0013]有利地，公开的涂敷方法使固化步骤次数最小化，同时仍保护制品免于水溶液腐蚀、颗粒侵蚀、浆液侵蚀、、摩擦腐蚀、污染等。通过在单一固化步骤中固化多个粉末涂覆的层，提高了生产效率。另外，基底和第一涂层经历了对潜在有害性的高固化温度的较短总暴露时间。

[0014]合适的基底可包括任何形状，包括材料平片材、具有粗糙表面或非平坦表面的材料、线和具有穿孔的材料。粉末涂料组合物被沉积到基底的全部或选择表面上，包括边缘或穿孔的内表面。基底可包括与固化条件相容的任何材料。尽管尤其考虑用于发电***的金属基底，但本文公开的方法也用在施加粉末涂料到其它基底包括非金属基底上，如玻璃、陶瓷、塑料、木材、纸、纸板、波纹原料、布和塑料薄膜。

[0015]金属基底包括磁性和非磁性金属基底。示例性金属基底包括铝和铝合金、铜和铜合金、镁和镁合金、镍和镍合金、铁和铁合金如各种钢合金、锡和锡合金、钛和钛合金、钨和钨合金、锌和锌合金，以及包括上述金属基底中至少一种的组合。

[0016]可用各种介质例如氧化铝砂粒首先对金属基底喷砂处理以粗糙化表面和促进粉末层的粘合。用于喷砂处理的空气源不含污染物如水、或油等，并可被预热。

[0017]本文形成复合粉末涂层的方法可进一步包括在基底和第一粉末涂层之间沉积粘合剂层或底漆层以促进第一粉末涂层到基底的粘合。粘合剂层不被视为本文中的粉末涂层，如果它需要单独的固化步骤，或如果它作为液体被施加。

[0018]任选的粘合剂层可包括未固化状态的树脂或其它液体或半液体材料。但是，针对粘合剂层考虑的更合适材料包括未固化状态的环氧树脂和酚醛树脂，以及各种单体。理想的粘合剂层在加热下硬化，但它们也可为在加热时不必硬化的材料。当用树脂层覆盖基底的所选表面时，可用溶剂处理表面层中的树脂以便形成粘合剂层。

[0019]通过本领域中已知的任何粉末涂敷方法依次沉积所述多个粉末涂覆的层。这些方法包括流化床、静电流化床、植绒涂覆、模制、磁刷、云室、静电喷涂(利用电晕放电和摩擦放电枪)和火焰喷涂(高速氧燃料(HVOF)、热喷涂等)和其它一些。

[0020]可在任何温度下沉积复合粉末涂层的层，但更典型地在环境温度下。对电压、流态化气流或雾化气流的调整随粉末涂料组合物和沉积方法变化。粉末涂覆的层在固化前具有约10至约250微米(0.4-10密耳)和更特别地约70至约130微米(3-5密耳)的厚度。复合粉末涂层中的相邻层包括不同组合物。对于发电中使用的基底，选择能有效抑制已知为涡轮发动机中转子上的叶片带来问题的水溶液腐蚀、颗粒侵蚀、浆液侵蚀、摩擦腐蚀和污染的组合物。

[0021]在固化步骤前沉积至少二个粉末涂覆的层。可在特定温度下固化粉末涂覆的层限定的时间，或遵循“固化曲线”，其中固化条件如温度、时间、压力等在固化过程中变化。固化温度和时间的最佳范围可使用针对本领域中已知组合物的方法确定或可通过筛选适当数量的不同固化条件来确定。

[0022]通过混合各种组分例如可包括粘合剂、树脂、颜料、填料和其它添加剂并通过例如加热和研磨处理这些组分和挤出混合的料块形成粉末涂料组合物。然后冷却料块，粉碎成小碎片或小块，然后磨碎成粉末，然后可沉积在基底上产生涂敷的基底。可按照公开方法使用的粉末颗粒、其组成和制造的示例性公开提供在Akzo Nobel的CompleteGuide to Powder Coatings(第1期-1999年11月)上。

[0023]粉末颗粒具有约5至150微米、更尤其是约5至约100微米和甚至更尤其是约5至约75微米的粒度，从而产生固化后具有较少或明显较少缺陷如针孔的涂覆的层。对于合适的基底保护，粉末涂覆的层厚度通常为25-100微米(大约1-4密耳)。对于较大的颗粒物，涂敷较厚的层以确保实现最小的覆盖率。较小的粒度(小于50微米)对于产生均匀涂层是更理想的。

[0024]粉末涂料组合物包括成膜树脂，更具体地是可固化热塑性和热固性聚合物。本文使用的“成膜”涉及当除去组合物中存在的任何溶剂或载体时或当在环境温度或升高的温度下固化时可以在表面上形成连续薄膜的树脂。

[0025]示例性的成膜树脂包括例如由具有至少一类反应性官能团的聚合物与具有和聚合物的官能团成反应性的官能团的固化剂反应形成的那些。本文使用的术语“聚合物”意思包括低聚物，并包括但不限制为均聚物和共聚物。聚合物可为例如丙烯酸类、聚酯、聚氨酯、聚醚、聚乙烯、纤维素、丙烯酸酯、硅基聚合物、它们的共聚物和它们的混合物，并可包含官能团如环氧、羧酸、羟基、异氰酸酯、酰胺、氨基甲酸酯和羧酸酯基团。

[0026]丙烯酸类聚合物包括丙烯酸或甲基丙烯酸、或丙烯酸或甲基丙烯酸的羟基烷基酯如甲基丙烯酸羟基乙酯或丙烯酸羟基丙酯与一种或多种其它可聚合烯键式不饱和单体如丙烯酸的烷基酯(包括甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸-2-乙基己酯)和乙烯基芳香化合物如苯乙烯、α-甲基苯乙烯和乙烯基甲苯的共聚物。选择反应物的比例和反应条件产生具有侧链羟基或羧酸官能团的丙烯酸聚合物。

[0027]粉末涂料组合物还可包括聚酯聚合物或低聚物，包括含有自由端羟基和/或羧基的那些。通过多元醇和多羧酸的缩合以已知方式制备这类聚合物。合适的多元醇包括乙二醇、新戊二醇、三羟甲基丙烷和季戊四醇。

[0028]示例性的多羧酸包括己二酸、1，4-环己二羧酸和六氢邻苯二甲酸。除了上述多羧酸外，可使用酸的功能等价物如酐或酸的低级烷基酯如甲酯。另外，可使用少量一羧酸如硬脂酸。

[0029]可通过使二羧酸的酐如六氢邻苯二甲酸酐与二醇如新戊二醇以1:2的摩尔比反应来制备含羟基聚酯低聚物。

[0030]在需要增强空气干燥时，可使用合适的干性油脂肪酸，包括从亚麻子油、豆油、妥尔油、脱水蓖麻油或桐油得到的那些。

[0031]粉末涂料组合物还可包括含有端异氰酸酯(NCO-封端)或端羟基(OH-封端)基团的聚氨酯聚合物。NCO-封端或OH-封端的聚氨酯包括通过使多元醇包括聚合多元醇与多异氰酸酯反应制备的那些。粉末涂料组合物还可包括通过使聚胺包括聚合聚胺与多异氰酸酯反应制备的含有端异氰酸酯或伯或叔胺基团的聚脲。调整羟基/异氰酸酯或胺/异氰酸酯当量比和选择反应条件以得到所需的端基。

[0032]粉末涂料组合物还可包括硅基聚合物。本文使用的“硅基聚合物”意思指在骨架中包括一个或多个-SiO-单元的聚合物。这类硅基聚合物可包括混合聚合物，如在骨架中包括具有一个或多个-SiO-单元的有机聚合物嵌段的那些。

[0033]粉末涂料组合物还可包括固化剂，包括多异氰酸酯、嵌段异氰酸酯、酐、环氧化物、聚环氧化物、多酸、多元醇、聚胺、胺树脂、酚和它们的组合。粉末涂料组合物可被配制成其中固化剂与其它组分混合的单组分组合物。单组分组合物可在配制状态下稳定储存。或者，这类粉末涂料组合物可被配制成双组分组合物，其中，例如，多异氰酸酯固化剂如上述那些可在将要施加前被加入到其它组合物组分的预先形成的混合物中。预先形成的混合物可包括固化剂如氨基树脂和/或嵌段异氰酸酯化合物，如上述那些。固化一般包括在约20℃至约370℃(约68℉至约700℉)的温度下加热复合粉末涂层约5到约60分钟，更具体地在约182℃至约227℃(约360℉至约440℉)下加热约20到约40分钟。通常，二个或三个层足以保护基底。

[0034]在一种实施方案中，粉末涂料组合物中通常存在数量大于约30wt％，更特别地大于约40wt％和少于90wt％的成膜树脂，wt％基于粉末涂料组合物的总重量。例如，树脂的wt％可在粉末涂料组合物的30和90wt％之间。当使用固化剂时，基于粉末涂料组合物的总重量，存在数量通常为至多70wt％，一般在10-70wt％之间。

[0035]粉末涂料组合物还可包括任选的添加剂，如配制表面涂料领域中众所周知的那些。这类任选的添加剂可包括例如表面活性剂、流动控制剂、触变剂、填料、抗气添加剂、有机辅助溶剂、催化剂、抗氧化剂、光稳定剂、颜料、UV吸收剂和它们的组合。基于粉末涂料组合物的总重量，任选成分的存在数量可低至0.01wt％和高至20.0wt％。通常，基于粉末涂料组合物的总重量，任选成分的总数量为0.01-25wt％。

[0036]因此，在一种实施方案中，形成复合粉末涂层的方法包括沉积多层的粉末涂料组合物到基底上，其中相邻层由不同粉末涂料组合物形成，和在单一热固化步骤中固化所述多层的粉末涂料组合物。图1A图示了总体用10指示的制品，其具有基底12和涂敷于其上的多个粉末涂覆的层14、16和18。层14、16和18被依次沉积在基底12上，然后进行单一热固化步骤形成如图1B所示固化的层14’、16’和18’，分别对应于未固化的层14、16和18。相邻粉末涂覆的层具有不同组成。因此，粉末涂覆的层18和16具有不同组成；粉末涂覆的层16和14具有不同组成。粉末涂覆的层18和14可具有相同或不同组成。可按这种方式沉积并固化更多或更少粉末涂覆的层。

[0037]在另一种实施方案中，粉末涂层可包括二个或更多个各自在单一热固化步骤中固化的复合粉末涂层，其中相邻的粉末涂覆的层包括不同组合物。因此，在基底上形成粉末涂层的方法包括：沉积包括多层粉末涂料组合物的第一叠层到基底上，其中相邻层由不同粉末涂料组合物形成；在单一热固化步骤中固化第一叠层；沉积包括多层粉末涂料组合物的至少一个附加叠层到第一叠层上，其中相邻层由不同粉末涂料组合物形成；和固化所述至少一个附加叠层。这种方法图示在图2A-2D中。在图2A中，制品30包括其上沉积有未固化的粉末涂覆的层34、36和38的基底32。然后热固化这些层形成固化的层34’、36’和38’，如图2B中所示。然后在最上面的固化层38’上面沉积三个附加的未固化的粉末涂覆的层40、42和44，如图2C所示。然后热固化未固化的层40、42和44形成固化的层40’、42’和44’，如图2D中所示，其中相邻层由不同粉末涂料组合物形成。

[0038]在另一种实施方案中，涂敷制品包括通过本文公开的方法形成的复合粉末涂层。制品可为涡轮发动机转子上的叶片、涡轮发动机的斗、水处理设备、电气和电子通讯设备的壳、灯具；照明器具；网络接口设备箱；变压器箱；涂敷刷漆制品，和汽车、航空、建筑、房屋、计算机和电子工业中使用的其它制品。

[0039]所述制备复合粉末涂层的方法有利地避免了象在典型多次固化循环中一样暴露基底和各个涂层到长期高温。因此提高了产品完整性。所述方法还提高了制造效率和缩短了制造周期时间，因此降低了成本。

[0040]术语“a”或“an”不代表数量的限制，而是表示存在至少一个所提到的项目。涉及相同特征或部件的所有范围的端点可独立地组合并包括所提到的端点。本文使用的所有数量、份数、比例和百分比都以重量计，除非另外指明。在附图中显示的全部几个视图中，类似的附图标记代表类型或相应的零件。还应认识到，术语如“顶”、“底”、“向外”、“向内”等为方便用语而不应被视为限制性术语。应注意到，本文使用的术语“第一”、“第二”等不代表任何顺序、数量或重要性，而是用于区分一个要素与另一个。与数量关联使用的修饰语“约”包括指明的值并具有上下文指示的含义(例如，包括与特定数量测量有关的误差程度)。

[0041]本说明书使用实施例公开发明，包括最佳实施方式，还使本领域任何技术人员能实施本发明，包括制造和使用任何设备或***和执行任何引入的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并可包括本领域那些技术人员能想到的其它实施例。这类其它实施例也打算在权利要求的范围内，如果它们具有与权利要求的书面语言相同的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等价结构元件。

零件列表

10　制品

12　基底

14　粉末涂覆的层

16　粉末涂覆的层

18　粉末涂覆的层

14’固化层

16’固化层

18’固化层

30　制品

32　基底

34　粉末涂覆的层

36　粉末涂覆的层

38　粉末涂覆的层

34’固化层

36’固化层

38’固化层

40　粉末涂覆的层

42　粉末涂覆的层

44　粉末涂覆的层

40’固化层

42’固化层

44’固化层

Claims (10)

1.形成复合粉末涂层(14’)、(16’)和(18’)的方法，包括：

在基底(12)的所选表面上沉积多个粉末涂覆的层(14)、(16)和(18)，和

在单一热固化步骤中固化所述多个粉末涂覆的层(14)、(16)和(18)；其中

所述复合粉末涂层(14’)、(16’)和(18’)的相邻粉末涂覆的层(14)、(16)和(18)包括不同的粉末涂料组合物。

2.根据前述权利要求的方法，其中所述基底(12)选自铝、铝合金、铜、铜合金、镁、镁合金、镍、镍合金、铁、铁合金、钢合金、锡、锡合金、钛、钛合金、钨、锌、锌合金和包括上述金属基底中至少一种的组合中的金属。

3.根据前述权利要求中任何一项的方法，其中所述基底(12)还包括包含环氧树脂或酚醛树脂的粘合剂层。

4.根据前述权利要求中任何一项的方法，其中沉积是借助流化床、静电流化床、植绒涂覆、模制、磁刷、云室、静电喷涂、火焰喷涂或它们的组合。

5.根据前述权利要求中任何一项的方法，其中所述固化的复合粉末涂层(14’)、(16’)和(18’)具有约10至250微米和更具体地约70至约130微米的厚度。

6.根据前述权利要求中任何一项的方法，其中所述粉末涂料组合物包括中值粒度为约5微米至150微米、更尤其小于100微米和甚至更尤其小于75微米的颗粒。

7.根据前述权利要求中任何一项的方法，其中所述粉末涂料组合物包括选自丙烯酸类、聚酯、聚氨酯、聚醚、聚乙烯、纤维素、丙烯酸酯、硅基聚合物、它们的共聚物和它们的组合中的聚合物。

8.根据前述权利要求中任何一项的方法，其中所述粉末涂料组合物包括选自表面活性剂、流动控制剂、触变剂、填料、抗气剂、有机辅助溶剂、催化剂、抗氧化剂、光稳定剂、颜料、UV吸收剂和包含至少一种上述添加剂的组合中的添加剂。

9.根据前述权利要求中任何一项的方法，其中固化包括在约20℃至约370℃的温度下加热所述粉末涂覆的层(14)、(16)和(18)。

10.根据前述权利要求中任何一项的方法，其中所述基底(12)为燃气轮机的压缩机叶片。

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