CN102159329B - 用于制备导电性聚合物表面的组合物和方法 - Google Patents
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Abstract
一种静电喷涂聚合物表面的方法,其包括氧化所述表面,并且用多胺和电导率改性剂处理该氧化的表面,该电导率改性剂包含具有1-12个碳原子的一元羧酸。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于静电涂覆的组合物和方法,例如聚合物表面的静电粉末涂覆和用于提高静电施涂的涂层的粘合性,例如粉末涂料对聚合物基底的粘合性。
背景技术
粉末涂覆是提供极高固体涂覆效率的方法。归因于这种属性,粉末涂料具有避免目前使用的湿涂漆方法(在这里存在着高达70%的油漆损失,这取决于涂漆组分的复杂性)中所产生的固体废物和挥发性有机载体(VOC)废物的可能性。
粉末涂料被广泛用于金属涂层中,这归因于它们固有的电导率,这对于产生粉末或者湿涂料在表面上的静电沉积所需的条件来说是必需的,并且高温容易施涂到任何的金属部件上,而没有高焙烤温度(典型的超过180℃)的不利作用的危险。带静电的粉末树脂能够通过使用施加到金属基底和涂料粒子上的相反电荷,而容易的沉积到金属表面上。作为上述的结果,在金属表面上形成了平坦的合适的涂层。
粉末涂覆工艺也被用来为木基产品例如颗粒板或者MDF板提供期望的表面保护和装饰修整。可用程度的表面电导率典型的是如下来实现的:通过快速预热木基基底,导致表面层水分浓度升高(和因此电导率升高)来控制表面含水量而实现,或者作为另外一种选择,通过在板配方中的导电添加剂(例如盐)来实现。木基板对于较高焙烤温度(典型的接近140℃)相对高的容忍度也有利于将粉末涂覆工艺用于这类材料。
这里存在着几个技术上的挑战,其构成了将粉末涂覆工艺应用于聚合物,特别是应用于化学惰性聚合物(该聚合物是市售的塑料部件的基础,特别是由聚烯烃基共混物制成的这些部件的基础)上的主要障碍。
聚合物材料,特别是非极性聚合物材料例如聚烯烃通常是优异的绝缘体,这归因于它们的表面电阻率(典型的高于1016Ω/平方的聚合物)和它们不添加导电填料的共混配制。因此,它们不适于静电涂覆例如粉末涂覆,其中带电的树脂粉末需要导电性或者半导电性基底来便于产生带有相反电荷的表面,这对于将粉末树脂静电转移和沉积到导电基底上来说是重要的。
还需要一种粉末涂覆方法,其可以使用对于涂覆聚烯烃基塑料来说可在110-140℃、小于20-40分钟的时间内固化的低焙烤温度℃树脂,这归因于这组聚合物较低的热变形温度。低于110℃的较低的固化温度要求聚合物表现出低于110℃的热变形温度,例如ABS和其他聚合物。这归因于这样的事实,即,许多聚烯烃例如聚丙烯具有低的热稳定性,并且当其暴露于对完成树脂固化而言所必需的较高的焙烤温度和较长时间(>20分钟)时,遇到热变形问题。
但是,对粉末涂料固化温度的这种限制可以通过使用另外的物理场例如UV或者电子束(EB)来缓解,这样固化温度能够降低,同时还能够保持涂层性质和性能。这样的涂料被称作可UV固化的或者可EB固化的粉末状涂料。
使用湿漆或者涂料的静电涂漆也需要导电性表面来使得带电的湿漆滴沉积到接地的导电性表面上。同样该方法还包括了使用有机溶剂,并且不能完成消除VOC的排放,该静电涂漆方法明显提高了沉积效率,带来了漆或者涂料的用量降低和不可再循环的废漆的减少。
包括在本说明书中的对于文献、行为、材料、装置、制品等的讨论仅仅是出于提供本发明上下文的目的。并没有暗示或者表示因为它存在于该申请的每个权利要求的优选权日之前,因此任何或者全部的这些事物构成了现有技术基础的一部分或者是本发明相关领域的公知常识。
发明内容
在一方面,本发明提供了一种静电涂覆,优选静电粉末涂覆聚合物表面的方法,其包括:
(i)对至少部分的该聚合物表面进行氧化;
(ii)将该氧化的聚合物表面用(a)多胺化合物和(b)与该多胺起反应的电导率改性剂进行处理,来提高该聚合物表面的电导率,该电导率改性剂选自包含1-12个碳原子(优选1-8个碳原子)的单羧酸;和
(iii)将涂料,优选粉末涂料静电施涂到该处理过的聚合物表面上,来将该涂料组合物粘合到其上。
在另一方面,本发明提供一种提高根据本发明静电沉积到聚合物表面上的粉末涂料的粘合性的方法。
在另一方面,本发明还提供一种由多胺和电导率改性剂组成的组合物,用于提高聚合物的表面电导率。
在另一方面,本发明提供一种提高聚合物表面电导率的方法,用于使用湿漆或者涂料进行静电涂漆。
具体实施方式
本发明涉及静电涂覆聚合物表面。特别优选的涂料是粉末涂料。粉末涂层指的是通过将粉末施涂到基底上而形成的保护性和/或装饰性涂层。常规的液体漆与粉末涂料之间的主要区别是粉末涂料不需要溶剂来将粘合剂和填料部分保持为液体悬浮液的形式。该涂料进行静电施涂,然后加热固化来使其流动和形成“皮层”。该粉末可以是热塑性或者热固性聚合物。它通常用于产生硬末道漆,该硬末道漆通常比常规的漆更硬。所述涂料通常是可热固化树脂,但是也可以施加UV,电子束(EB)或者其他物理场来帮助涂层在较低温度下固化。通常将涂料加热到熔点,并施加UV或者EB来加速涂层固化。
本发明的静电涂覆聚合物的方法包括对至少部分的聚合物材料表面进行氧化。氧化技术包括在氧化气氛存在下的电晕放电、火焰处理、非沉积等离子体处理、常压空气等离子体、化学氧化、UV照射和/或受激准分子激光器处理,该氧化气氛例如是但不限于:空气、氧气(O2)、臭氧(O3)、二氧化碳(CO2)、氦(He)、氩(Ar)和/或这些气体的混合物。但是,对于本发明的方法来说,放电技术例如电晕放电,火焰处理,常压空气等离子体和/或铬酸处理是优选的。
合适的电晕放电能量范围是0.1-5000mJ/mm2,但是更优选10-80mJ/mm2。电晕放电处理可以在下面的气氛存在下进行:空气、氧气(O2)、臭氧(O3)、二氧化碳(CO2)、氦(He)、氩(Ar)和/或这些气体的混合物。合适的处理时间和放电能量可以使用下面的等式计算:
其中
E=Pn/lv1
或者
E=Pn/lv2
t=在电极下单次处理的处理时间
d=电极直径
E=放电能量
P=功率能量
n=处理的基底在电极下移动的周期数
l=处理电极的长度
v1 =处理台的速度
v2 =传送带的速度(即,连续处理)
当使用非沉积等离子体辉光放电处理时,合适的能量范围是5-5000W,并且进行0.1 秒-30分钟,但是更优选20-60 W,并且进行1-60秒。
或者,可以使用火焰处理来初始氧化至少部分的聚合物或者聚合物基材料的表面。用于火焰处理的合适的参数范围如下:燃烧后可测出的氧气比率(%)是0.5%-5%,优选0.8%-2%;处理速度是1m/min-800m/min,优选10m/min-100m/min;处理距离是2mm-500mm,优选5mm-100mm。许多气体适于火焰处理。它们包括但不限于:天然气,纯净的可燃气体例如甲烷、乙烷、丙烷、氢气等等或者不同的可燃气体的混合物。该燃烧混合物还包括空气、任何纯净的氧气或者含氧气体。
含多胺的化合物通常与聚合物表面的官能团起反应,其是通过氧化引入的,并且通常包含至少四个胺基,其中包括选自伯胺和仲胺基的至少两个胺基。合适的多胺化合物的实例描述在我们的US专利5922161中。该多胺可以是聚合的或者非聚合的,并且其优选的分子量为200-2000000。
合适的多胺化合物可以是含有胺官能度的有机官能偶合剂,其是作为部分交联而形成的多胺化合物低聚物存在的,或者是作为小分子存在的,该小分子在溶液中或者所述表面上水解和交联之后形成多胺聚合物。
该多胺优选是选自均聚物或者共聚物的聚合物,该均聚物含有单体,乙烯亚胺、烯丙基胺、乙烯基胺、4-氨基苯乙烯、氨化的丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯,和由这些单体的组合所制成的共聚物,所述共聚物含有这些单体中的至少一种与任何其他合适的单体例如乙烯、丙烯、丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯和环氧乙烷。本发明一种优选的实施方案使用聚乙烯亚胺 PEI化合物,其可以是线性的或者支化的,并且其分子量范围为200-2000000,其实例是Lupasol FC(MW=800),Lupasol G35(MW=2000),Lupasol G100(MW=5000),Lupasol WF(MW=25000)或者Lupasol PS(MW=750000)和Lupasol SK(MW=2000000)(全部来自BASF)。
优选的非聚合的多胺化合物包括线性和碳环的多胺化合物。这些化合物具有4个或者更多个胺基,并且这些胺基中的至少两个是伯胺或者仲胺。这样的化合物的实例是三亚乙基四胺、三(2-氨乙基)胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺、苯四胺。
该多胺化合物可以作为单个多胺组分或者作为两种或多种上述的多胺化合物的组合来使用。该多胺化合物的浓度典型的是0.01-50重量%,优选0.1-5重量%,并且最有用的浓度范围是0.1-2重量%。
电导率改性剂改变了多胺在聚合物表面上的键合,来提供用于提高电子转移的条件。该电导率改性剂也可以称作掺杂剂,因为它与多胺相互作用来提供用于电子在聚合物表面上转移的官能团。电导率改性剂是含有1-12个、优选1-8个碳原子的单羧酸。该羧酸可以包含其他的官能团例如羟基官能团。该羧酸是单羧酸;即,它们包含单个羧酸基团,而非两个或者多个这样的基团。
单羧酸通常是脂肪族的,并且可以是饱和的或者不饱和的。优选该羧酸包含饱和的脂肪族基团或者含有不多于一个双键的脂肪族基团。
优选的单羧酸选自甲酸和(C1-C7烷基)羧酸。该烷基可以是直链的或者支化的烷基。
电导率改性剂的实例包括至少一种具有1-8个碳原子的单羧酸例如选自下面的至少一种:甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、丙烯酸、甲基丙烯酸和乳酸。
更优选的C1-C8单羧酸具体的实例包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和己酸。
单不饱和的C1-C8羧酸的实例包括丙烯酸和甲基丙烯酸。
取代的C1-C8 脂肪族单羧酸具体的实例包括羟基取代的C1-C8 脂肪族羧酸例如乳酸。
最优选的电导率改性剂是挥发性有机酸,其与多胺化合物之间形成了离子键,并且提高了所处理的聚合物表面的表面电导率。在粉末涂料或者漆转移到所述表面之后和在粉末涂料树脂或者漆在高温固化的过程中,大部分的有机酸被从聚合物表面上除去。
落入该组中的合适的有机酸的实例包括但不限于具有短烃链的单羧酸例如乙酸、丙酸和丁酸。加入其他非挥发性有机酸将提高表面电导率,但是在表面/界面上存在着胺盐可能对经历高延长湿度或者暴露于湿气的涂层的粘合性产生不利的影响,并且将不能应用于外部使用或者虽然在内部应用,但是暴露于热水解的条件。在一种特别优选的实施方案中,该羧酸选自乙酸,丙酸和丁酸。
无机酸在理论上与多胺形成了强的离子键,并且提高了在溶液中的电导率,但是这样的组合物在表面上的成膜性能通常是差的,产生了相对小的表面电导率的提高。在表面/界面上存在强胺盐还使得该表面/界面在高湿和暴露于湿气条件下是非常亲水的和相当弱的,这将它们的应用仅仅限制于干燥条件下。
更优选的电导率改性剂是选自 乙酸、丙酸及其混合物的羧酸。
该电导率改性剂可以在用多胺处理之前,或者更优选在用多胺处理过程中或者之后,在单独的步骤中施用到聚合物表面上。但是最优选的是将聚合物表面用(a)本发明的多胺或者有机官能化的偶联剂或者硅烷和(b)电导率改性剂的混合物进行处理。
该电导率改性剂通常在处理组合物中是以0.05-10的摩尔比(酸/胺)存在的,并且优选是以0.1%-5和最优选0.5-2的浓度存在的。
多胺优选是作为在合适的溶剂中的溶液来施涂的。合适的溶剂的实例包括水,醇及其混合物。可以加入少量的润湿剂和/或非离子表面活性剂来提高该溶液在聚合物表面上的成膜性能,这取决于聚合物的性质和所需的氧化程度。
多胺和电导率改性剂的施涂比率取决于所期望的结果。典型的,优选的是全部多胺的施涂比率是小于5g每平方米表面积,更优选小于2g每平方米表面积以及还更优选0.05-2g每平方米。通常该处理组合物的干厚度将小于3微米。
本发明的方法包括为聚合物表面提供表面官能团的步骤。
该聚合物表面可以包含均聚物,共聚物,合成橡胶和它们与其他材料例如无机填料的共混物和合金,和基质复合材料。这些聚合物材料可以作为它们本身的材料来使用,或者作为另外一种选择,作为多层层合的夹层的整合且其最上面的部分来使用,该夹层包含任何材料例如聚合物、金属、陶瓷或者在任何类型基底材料上的有机涂层。术语“聚合物”包括热固性和热塑性聚合物及其混合物。实例是聚烯烃和聚烯烃基塑料、尼龙、聚碳酸酯、PVC、聚苯乙烯、聚酯、ABS、丙烯酸聚合物、环氧、蜜胺等等。
能够用于本发明方法中的聚烯烃的实例包括:
1.单烯烃和二烯烃的聚合物,例如聚丙烯,聚异丁烯,聚丁-1-烯,聚-4-甲基戊-1-烯,聚乙烯基环己烷,聚异戊二烯或者聚丁二烯,以及环烯烃例如环戊烯或者降冰片烯的聚合物,聚乙烯(其任选可以是交联的),例如高密度聚乙烯(HDPE),高密度和高分子量聚乙烯(HDPE-HMW),高密度和超高分子量聚乙烯(HDPE-UHMW),中密度聚乙烯(MDPE),低密度聚乙烯(LDPE),线性低密度聚乙烯(LLDPE),(VLDPE)和(ULDPE)。
2.在1)中所提到的聚合物的混合物,例如聚丙烯与聚异丁烯,聚丙烯与聚乙烯的混合物(例如 PP/HDPE,PP/LDPE)和不同类型的聚乙烯的混合物(例如 LDPE/HDPE)。
3.单烯烃和二烯烃彼此或者与其他乙烯基单体的共聚物,例如乙烯/丙烯共聚物、线性低密度聚乙烯(LLDPE)及其与低密度聚乙烯(LDPE)的混合物、丙烯/丁-1-烯共聚物、丙烯/异丁烯共聚物、乙烯/丁-1-烯共聚物、乙烯/己烯共聚物、乙烯/甲基戊烯共聚物、乙烯/庚烯共聚物、乙烯/辛烯共聚物、乙烯/乙烯基环己烷共聚物、乙烯/环烯烃共聚物(例如乙烯/降冰片烯例如COC)、乙烯/1-烯烃共聚物,其中该1-烯烃是原位产生的;丙烯/丁二烯共聚物、异丁烯/异戊二烯共聚物、乙烯/乙烯基环己烯共聚物、乙烯/ 丙烯酸烷基酯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸烷基酯共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物或者乙烯/丙烯酸共聚物和它们的盐(离聚物)以及乙烯与丙烯和二烯例如己二烯、二环戊二烯或者亚乙基-降冰片烯的三元共聚物;和这样的共聚物彼此和与上面的1)中提到的聚合物的混合物,例如聚丙烯/乙烯-丙烯共聚物、LDPE/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、LDPE/乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、LLDPE/EVA、LLDPE/EAA和交替的或者无规的聚亚烷基/一氧化碳共聚物及其与其他聚合物(例如聚酰胺)的混合物。
4.前述的共混物可以是前述的一种或多种与其他聚合物的共混物,其中优选至少50重量%是聚烯烃或者两种或多种该聚合物的共混物。本领域技术人员将理解该聚烯烃组合物可以包含本领域所用类型的加工助剂和添加剂。
待处理的聚合物材料可以是平片、薄膜、复杂形状制品,微粒或者粉末,机织的或者非机织的织物,单独的纤维及其混合物。它们可以是固体聚合物单料,层合产品或者杂化材料。
对于聚烯烃基塑料来说,该粉末涂料优选是在聚合物表面上,在小于180℃的温度,更优选在110℃-140℃的温度热固化的。合适的粉末涂料还包括UV或者电子束可固化的粉末涂料。用于此用途的合适的涂料组合物是本领域已知的。优选的涂料的实例可以选自聚酯、环氧、丙烯酸酯及其混合物。
本发明还提供一种提高粉末涂料与改性的聚合物表面的粘合性的方法。多胺充当了粘合性促进剂,并且增强了涂层对于氧化的聚合物基底的粘合性。
本发明还提供一种提高聚合物的表面电导率的方法,用于静电涂漆加工,这里使用湿漆和涂料来代替粉末。
根据另一方面,本发明提供一种组合物,用于改变聚合物表面的电导率,该组合物包含:
(a).多胺或者氨基有机官能化的偶合剂,和
(b).电导率改性剂。
组合物中的优选的多胺,优选的电导率改性剂和化合物(a)和(b)优选浓度在上面进行了详述。
该含有多官能胺的化合物可以在表面氧化方法过程中或者在氧化后,与基底表面接触。
本发明的组合物除了组分(a)和(b)之外,还包含另外的组分,用于提高多胺的反应性或者交联。交联剂的实例描述在我们的共同未决国际申请PCT/AU00/01272中,其内容在此引入作为参考。
本发明现在将参考下面的实施例进行描述。应当理解该实施例是为了说明本发明而提供的,并且它们绝非限制本发明的范围。
实施例
材料:
聚丙烯基汽车级塑料共混物Corton PDR 1024/5和Epalex PDR 7369(Corton和Epalex是商标名)购自Polypacific Australia。将粒料注射成型为3mm厚的板,随后切割成75x100mm样品。作为注射成型的聚丙烯基部件而制作的实际尺寸的汽车发动机组罩(通用汽车V-8和V-6发动机组罩)获自汽车OEM供应商。将该发动机组罩切成大约60x90mm的小板,用于试产线处理,或者作为另外一种选择作为实际尺寸的部件,使用工业规模的机器人***进行处理。在表面处理之前,将全部样品用异丙醇清洁,并且干燥。
市售粉末涂料Customcoat QP,Blue Gross(20分钟130℃)和Customcoat QP Silver Matt(20分钟140℃)是由Dulux Powder Coatings-Orica Australia提供的(Customcoat和Dulux是商标名)。
火焰处理:
火焰处理是使用配备有8”燃烧器的Aerogen实验室火焰处理装置(用天然气作为燃料),在传送带上以60m/min的恒定速度(双通道)来进行的。将样品表面到燃烧器表面的距离恒定保持在20mm,空气流速保持在220L/min。将火焰中氧气浓度的过量含量保持在0.4%。
施用化学品:
已经在传送带线上进行了接枝化学品的施用。将火焰处理过的聚合物板排列在传送带表面上,随后以特定的速度(通常是2-25m/min)在喷嘴下通过。将接枝化学品配制成水溶液的形式,使用市售的喷嘴将其喷涂到样品上。将样品到喷嘴的距离恒定保持在150mm,雾化空气的压力保持在1.5 bar。在喷涂之后,将样品使用红外灯,或者在实验室环境条件下干燥。
静电粉末涂料
将表面改性的聚合物样品在CSIRO实验室中,使用机器人粉末涂覆设备进行粉末涂覆,该设备包括:(1)用户定制的喷涂橱,(2)X-Y移动亚马哈机器人,和(3)ITW Gema静电粉末枪,其具有电子控制单元。该粉末喷枪固定在机器人手上,并且通过机器人而以精确受控的线性速度进行移动。
使用由Orica提供的低温固化粉末来对样品进行多次的静电粉末涂覆。涂层的一致性是通过使用预定的工艺参数(即:恒定的样品到喷枪喷嘴的距离,和线性速度)来实现的。典型的将金属板用作内反射材料来保证该静电粉末涂覆装置保持在良好的运行条件。将成功涂覆的样品在固化炉中,在Orica规定的每个粉末的固化条件下进行焙烤。固化的样品随后在环境条件下冷却,并且存储用于另外的测试和表征。粉末涂层的密度(g/m2)是由涂层固化后样品重量增加来计算的。
表面电导率测量:
表面电导率和电阻率使用了带有电阻率测试夹具8009附件的Keithley Electrometer 6517A来测量。这个静电计使用了预先编程的交变极性直流电压测试序列(该装置所携带的自动测试程序)。该方法能够通过在使本底电流衰减的同时进行测量,来可再现的表征高的电阻率表面,并且通过使用四点移动平均值来确定材料的真实表面电阻率。在这个程序中,在15 秒的测试时间过程中施加500 V的测试电压。进行了六个电导率测量(弃用初始的两个测量值,因为电流达到了恒稳态)来测量每个样品的真实电导率。对每组处理条件和化学品配方,进行了多次重复测试。
监控测量条件(例如:相对湿度和环境温度),并且在全部的电导率测量过程中保持恒定。
粘合性评价:
将根据 ASTM D3359-95A测试方法B的交叉排线粘合性测试用于干燥的和湿的粘合性测试二者。根据这种方法使用下面的方案:(1)六个垂直切割线的格子图案[参见表1]是用锋利的剃刀片在基底表面的涂膜中制作的:(2)将强粘性压敏胶带(3M VHB898)牢固的施加到该格子上,(3)将该胶带从测试样品上以180度的角度快速除去,和(4)涂层粘合性的品质是通过与表1所提供的标准的定量说明和解释比较来评价的。如表1所示,将交叉排线格子中的油漆0%的除去率分类为等级(5B)。小于5%的涂层除去率也分类为等级(4B)。任何高于5%的涂层百分除去率按照下面的类别进行减小分类:5-15%的涂层损失率(3B);15-35%(2B),和35-65%(1B),和大于65%(0B)。
表1.“ASTM D3359-95A测试方法 B”的剥离粘合性测试结果的分类。
对于湿粘合性测试来说,将样品进行交叉排线切割,然后暴露于受控的湿度环境,或者作为另外一种选择浸入室温或者热水中。
使用下面的两个“湿暴露”条件来测量粘合性的品质:
1.暴露于100%湿度:将涂覆的样品在高于水位的水浴包封中放置72小时,其处于38℃和偏离正常表面15度,和
2.浸入热水中:将涂覆的样品在38℃水浴中浸泡3天。
在暴露于上面任何一个的暴露条件之后,将样品用薄纱触干,然后在进行胶带剥离测试之前,在环境空气中干燥15分钟。
实施例1.
将汽车级聚丙烯板(Corton PDR1024/5)通过火焰进行表面处理,然后以8m/min的传送带速度,用1%的聚乙烯亚胺(PEI)水溶液喷涂两次,或者作为另外一种选择用含有1%的聚乙烯亚胺和1%乙酸的水基溶液(详细参见表2所用的组合物)喷涂两次,喷涂流量是28ml/min。在环境空气干燥1小时之后,测量该处理的样品的表面电阻率。静电粉末喷涂是使用Dulux-Orica Customcoat QP Blue涂料来进行的。表2中还列出了施涂到聚丙烯(Corton PDR1024/5)上的每种类型的表面处理所达到的粉末涂层的密度。
表2.根据本发明改性的聚丙烯表面(Corton PDR1024/5)上的基底表面电阻率和粉末涂层密度
上表2中所列的多胺的分子量是800(Lupasol FC];2000(Lupasol G35);5000(Lupasol G100);25000(Lupasol WF)。
从表2所提供的数据可以注意到下面:
1.单独的火焰处理没有提高聚合物表面电导率,因此该静电粉末涂覆在未处理的或者火焰处理的样品上是不成功的。
2.将PEI单独施涂到表面氧化的聚合物上导致了表面电导率的提高。但是,所产生的电导率提高对于适当的粉末涂层是不足的,其厚度不均匀,有空隙,因此没有表现出可接受的涂层外观和品质。
3.与用单独的PEI处理的表面相比,将乙酸形式的电导率促进剂加入到PEI溶液中明显提高了聚合物的表面电导率(表面电导率有大约3-4个数量级的提高)。因此,成功实现了在用本发明的溶液(PEI和乙酸)处理的表面上进行的静电粉末涂覆,这是通过高的涂层密度和沿着整个样品表面的颜色均匀性来显示的。
实施例2.
将另外一种类型的汽车级聚丙烯板(Epalex PDR7369)如实施例1的规定进行表面处理,所获得的结果列于表3中。在根据本发明处理的Epalex基底上实现了成功的静电粉末涂覆,这可以通过表3提供的数据来证实。
表3.根据本发明改性的聚丙烯表面(Epalex)的基底表面电阻率和粉末涂层密度。
实施例3.
实际尺寸的发动机组罩(GM V-6发动机)是根据本发明,使用机器人应用***来进行表面处理。该处理包括火焰处理,和用含有1%PEI(WF:MW=25000)+1%乙酸的水基溶液喷涂。在根据本发明2处理的发动机罩上成功的实现了粉末涂覆。
实施例4.
将从实际尺寸的发动机组罩上切出的汽车级聚丙烯板(Corton和Epalex)和测试板根据本发明进行表面处理,随后用两种类型的粉末涂料进行粉末涂覆:Dulux-Orica粉末涂料:QP Blue Gross,和Customcoat QP Silver Matt。
将粉末涂覆的样品进行十字切割,随后根据 ASTM D3359-95A测试方法 B,使用3M VHB高粘性压敏胶带来评价涂层粘合性的品质。
为了对比,还将仅仅用火焰处理的样品用粉尘化的粉末树脂进行了涂覆(借助于筛网进行施涂),其然后在与本发明处理的这些基底所用的相同条件下进行固化。
已经发现经历了根据 ASTM D3359-95A测试方法B的剥离测试后,该仅仅用火焰处理的样品表现出100%的涂层损失,而使用下面的表面处理溶液,根据本发明处理的样品没有测出粉末涂层损失:(a)1%的FG [MW =800]+1%乙酸;(b)1%的G35 [MW =2000] +1%乙酸:(c)1%的G100 [MW =5000] +1%乙酸,和(4)1%的WF [MW=25000] +1%乙酸。
上面的数据进一步证实了根据本发明的表面处理不仅提高了表面电导率和粉末涂料转移效率(如表2和3中的数据已经说明的那样),而且还提高了涂层对根据本发明处理的聚合物基底的粘合性。
实施例5:
将从聚丙烯基模制的发动机组罩(GM V-8发动机)上切出的测试板,根据本发明,使用火焰处理,随后用含有1%PEI(WF:MW =25000)+1%乙酸的溶液喷涂来进行表面处理。表面处理的板随后用Customcoat QP Silver Matt进行静电粉末涂覆。全部的涂覆样品然后暴露于下面的湿暴露条件:
1.在100%湿度和38℃进行72小时,
2.在38℃的热水中浸泡72小时,
3.在100%湿度和38℃进行72小时,加上水喷射测试,
4.在38℃的热水中浸泡72小时加上水喷射测试。
对暴露于上面条件的样品进行根据ASTM D3359-95A测试方法B的交叉排线粘合性测试。结果提供在表4中。
表4.在涂覆样品湿暴露之后,粉末涂层粘合性(交叉排线测试:参见表1的粘合性品质分级)。
湿暴露条件 | 粘合性分级 |
1.在100%湿度和38℃进行72小时 | 5B |
2.热水浸泡(38℃) | 5B |
3.在100%湿度和38℃进行72小时,加上水喷射测试 | 5B |
4.热水浸泡(38℃)72小时加上水喷射测试 | 5B |
从表4提供的数据可以看出按照本发明的表面处理,实现了粉末涂料对聚丙烯基底的优异的粘合性。
实施例6:
将汽车级聚丙烯板(Epalex)通过火焰进行表面处理,然后用1%的聚乙烯亚胺(PEI)水溶液喷涂,或者作为另外一种选择用含有1%的聚乙烯亚胺和1%有机羧酸的水基溶液(详细参见表2所用的组合物)喷涂。在环境空气干燥1小时之后,测量该处理的样品的表面电阻率。静电粉末喷涂是使用Dulux-Orica Customcoat QP Blue涂料来进行的。表5中列出了每种处理所获得的表面电阻率和粉末涂层密度的结果。
表5:根据本发明改性的聚丙烯(Epalex)的表面电阻率和粉末涂层密度。
所获得的结果进一步证实了羧酸的加入提高了表面电导率并改进了静电粉末涂覆。
实施例7:
将汽车级聚丙烯板(Epalex)通过火焰进行表面处理,然后用1%的聚乙烯亚胺(PEI)水溶液喷涂,或者作为另外一种选择用含有1%的聚乙烯亚胺和1%无机酸(盐酸或者磷酸或者硫酸)的水基溶液喷涂。在环境空气干燥1小时之后,测量该处理的样品的表面电阻率。静电粉末喷涂是使用Dulux-Orica Customcoat QP Blue涂料来进行的。表6中列出了每种处理所获得的表面电阻率和粉末涂层密度的结果。
表6:根据本发明改性的聚丙烯(Epalex)的表面电阻率和粉末涂层密度。
所获得的结果证实了加入无机酸没有改进静电粉末涂覆,因为涂层密度类似于或者小于仅仅用PEI的表面处理和涂层。所获得的电导率提高对于适当的粉末涂层是不足的,其厚度不均匀,有空隙,因此没有表现出可接受的涂层外观和品质。如前面讨论的,虽然加入无机酸能够提高PEI分子的离子电导率,但是与酸反应的PEI的更高亲水性,将可能产生PEI在聚合物表面上更差的成膜性能并抵消任何所获得的电导率。
Claims (19)
1.一种静电涂覆聚合物表面的方法,其包括:
(i)对至少部分的该聚合物表面进行氧化;
(ii)将该氧化的聚合物表面用(a)多胺化合物和(b)与该多胺起反应的电导率改性剂进行处理,来提高该聚合物表面的电导率,该电导率改性剂选自包含1-8个碳原子的脂肪族一元羧酸;和
(iii)将涂料静电施涂到该处理过的聚合物表面上,并且固化该涂层来将该涂料组合物粘合到其上。
2.根据权利要求1的方法,其中该包含1-8个碳原子的一元羧酸选自甲酸和C1-C7烷基羧酸。
3.根据权利要求1的方法,其中该1-8个碳原子的一元羧酸包含选自下面的至少一种:甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、丙烯酸和甲基丙烯酸。
4.根据权利要求1的方法,其中该一元羧酸选自乙酸、丙酸及其混合物。
5.根据权利要求1的方法,其中该涂料是静电施涂的粉末涂料。
6.根据权利要求1的方法,其中将至少部分的该聚合物表面进行氧化的步骤包括火焰处理。
7.根据权利要求1的方法,其中该多胺是分子量为200-2,000,000的聚合胺。
8.根据权利要求1的方法,其中该多胺是分子量为800-25,000的聚乙烯亚胺。
9.根据权利要求1的方法,其中该多胺化合物是在液体组合物中施涂到聚合物表面上的,该液体组合物中的多胺的浓度是0.01-10重量%。
10.根据权利要求1的方法,其中该电导率改性剂是从溶液中施涂的,该溶液所包含的电导率改性剂的浓度为与胺的摩尔比是0.1-10。
11.根据权利要求1的方法,其中该多胺是作为在溶剂中的溶液来施涂的,该溶剂选自水、醇及其混合物。
12.根据权利要求1的方法,其中该聚合物选自热固性和热塑性聚合物及其混合物。
13.根据权利要求1的方法,其中所述聚合物包含聚烯烃,该聚烯烃选自低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE);及其与其他聚合物或者橡胶的共混物。
14.根据权利要求1的方法,其中静电施涂所述处理过的聚合物表面的步骤使用粉末涂料树脂,该粉末涂料树脂的熔点不高于所涂覆聚合物的热变形温度。
15.根据权利要求14的方法,其中所述聚合物表面包含聚丙烯,该粉末涂料经历了110-140℃的温度来固化该聚合物表面上的涂层。
16.一种组合物,其用于改变聚合物表面的电导率,该组合物包含:
(a)多胺;和
(b)电导率改性剂,其包含1-8个碳原子的挥发性脂肪族一元羧酸,
其中,一元羧酸与多胺的摩尔比为0.05~10。
17.根据权利要求16的组合物,其中该多胺和电导率改性剂是作为在溶剂中的溶液来施涂的,该溶剂选自水、醇及其混合物,该多胺是分子量为200-2,000,000的聚合胺。
18.根据权利要求16的组合物,其中该组合物是溶液,并且多胺的浓度是0.01-10重量%。
19.根据权利要求16的组合物,其中该电导率改性剂选自乙酸、丙酸及其混合物。
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