DE2419330A1 - PROCESS FOR THE MANUFACTURING OF FLOWABLE COATING POWDERS OF FINE PARTICLE SIZE - Google Patents
PROCESS FOR THE MANUFACTURING OF FLOWABLE COATING POWDERS OF FINE PARTICLE SIZEInfo
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Dlpl.-Ing. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK Dlpl.-lng.G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDELDlpl.-Ing. P. WIRTH Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK Dlpl.-lng.G. DANNENBERG Dr. P. WEINHOLD Dr. D. GUDEL
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Verfahren zur Herstellung von fließbaren Überzugspulvem feiner TeilchengrößeProcess for the production of flowable coating powders fine particle size
Die Überzugsindustrie muß ihre Ansichten aufgrund ökologischer Probleme in Verbindung mit der Verwendung der üblichen Überzugspräparate auf Lösungsmitteibasis gründlich ändern. In der Vergangenheit waren die üblichsten Überzüge Präparate pigmentierter oder unpigmentierter Träger, die zur leichteren Aufbringung mit Lösungsmitteln verdünnt waren. Nach Aufbringung auf die' Oberfläche wurde das Lösungsmittel, oft an die Atmosphäre, abdampfen gelassen und hinterließ einen trockenen, einheitlichen Überzug. Mit der Zeit führte die Entwicklung zu Organosolen, Piastisolen, Emulsionen, Dispersionen, 100-^igen reaktionsfähigen Feststoffüberzügen, wassergetragenen Überzügen, wobei sich in den beiden letzten Jahrzehnten wesentliche Anstrengungen auf die Herstellung und Auforing'ing von Pulverüberzügen richteten, deren Hauptanstoß durch die Erfindung der Wirbelbettechnologie gegeben wurde. Die anfänglichen Anstrengungen auf dem Gebiet der-Pulverüberzüge erfolgten durch Eintauchen eines vor>-erhitzten Gegenstandes inThe coating industry must profoundly change its minds because of the environmental problems associated with the use of conventional solvent-based coating preparations. In the past The most common coatings were preparations of pigmented or unpigmented carriers, which for easier application with Solvents were diluted. After application to the 'surface the solvent was allowed to evaporate, often to the atmosphere, leaving a dry, uniform coating. Over time, the development led to organosols, plastisols, Emulsions, dispersions, 100% reactive solid coatings, waterborne coatings, with significant efforts being made in the past two decades and on ringing of powder coatings, the main impetus of which was given by the invention of fluidized bed technology. the initial powder coatings efforts were done by immersing a preheated object in
ein Bett der Pulverteilchen, die gewöhnlich eine Größe von 50-150 ~r- 409845/0999. a bed of powder particles, which are usually 50-150 ~ r - 409845/0999.
Hicron hatten und durch einen Gasstrom veruiirbelt wurden. Beim Eintauchen in das Wirbelbett haften die Pulverteilchen auf der Oberfläche des Gegenstandes und laufen auf dieser zusammen, wodurch sich ein einheitlicher Überzug, gewöhnlich mit einer Dicke von mehr als 0,125. mm und oft bis zu 2,5 mm ergibt. Die für das Wirbelbet't-ÜbarzugsvBrfahren erforderlichen, relativ großen Teilchen schließen die Bildung dünner Überzüge von 0,005 bis 0,05-0,075 mm Dicke aus, die oft wünschenswert sind. Es wurden viele Versuche zur Aufbringung solch dünner Überzüge unternommen, u/ob ei sich die neuesten Anstrengungen- auf das elektrostatische Sprühüberziehen von-Teilchen auf den zu überziehenden, geerdeten Gegenstand und das anschließende Erhitzen zum Schmelzen der Teilchen und zur Bildung eines einheitlichen Überzuges richteten. Dieses Verfahren hat aufgrund vieler Vorteile eine weite Verwendung gefunden und bringt z.B. verbesserte Filmeigenschaften, die Abwesenheit flüchtiger Lösungsmittel, die Eliminierung von Wasserverschmutzungsproblemen, die Eliminierung eines Vorerhitzens des Substrates, eine praktisch 100-^ige Ausnutzung des "Materials, verringerte Kapitalausgaben und die Leichtigkeit von Umstellungen mit sich. Bei der Herstellung der Pulver für eine solche Verwendung traten jedoch viele Schwierigkeiten auf, da die üblichen, bisher angewendeten Vermähl- und Sprühtrocknungsverfahren keine Pulver mit den gewünschten physikalischen Eigenschaften liefern konnten, die die Erzielung dünner Filme durch elektrostatische Sprühübarzugsverfahren zuließen. In der Vergangenheit traten Schmierigkeiten bei der Herstellung von Teilchen mit der richtigen. Form, der gewünschten feinen Teilchengröße und der gewünschtenHicron and were swirled by a gas stream. At the When immersed in the fluidized bed, the powder particles adhere to the surface of the object and converge on it, as a result of which a uniform coating, usually of a thickness greater than 0.125. mm and often up to 2.5 mm. The relatively large particles preclude the formation of thin coatings from 0.005 to 0.05-0.075 mm thick, which are often desirable. There were many attempts have been made to apply such thin coatings, and / or recent efforts - on the electrostatic Spray coating of particles on the earthed to be coated Object and subsequent heating to melt the particles and form a uniform coating. This method is widely used because of many advantages found and brings e.g. improved film properties, the absence of volatile solvents, the elimination of Water pollution problems, the elimination of preheating of the substrate, a practically 100% utilization of the "material, decreased capital expenditures and the ease of changeovers with it. In making the powder for such use however, many difficulties arose because the conventional milling and spray-drying methods used so far did not Powders with the desired physical properties could result in the achievement of thin films by electrostatic Allow spray draw process. Occurred in the past Lubricities in the production of particles with the correct. Shape, the desired fine particle size and the desired
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Teilchengrößenverteilung auf, die.zur Erzielung der gewünschten Filmdicken notwendig waren. Bekannte Verfahren umfassen das Trockenmischen, die Schmelzbehandlung, Naßbehandlung, Sprühtrocknung und Kombinationen und Modifikationen dieser Verfahren.Particle size distribution on the. To achieve the desired Film thicknesses were necessary. Known methods include dry blending, melt treatment, wet treatment, spray drying and combinations and modifications of these methods.
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Pulverüberzügen durch Sprühausfällung einer Lösung des Polymerisates in ein Ausfällungsmittel für das Harz und anschlieBende Gewinnung der her-' gestellten feinen Pulverteilchen gefunden. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung von Pulvern mit Teilchen eines Durchmessers zwischen 3-20 Micron und kugelförmiger Form, die durch elektrostatische Sprühverfahren auf ein Substrat aufgebracht und darin zu einem kontiniuerlichen, glatten, glänzenden Überzug einer Dicke von 0,005 mm ausgehärtet werden können; dickere Überzüge sind durch stärkere Aufbringung des Pulvers erhältlich.There has now been a method of making powder coatings by spray precipitation of a solution of the polymer in a precipitating agent for the resin and subsequent recovery of the found fine powder particles. This process enables the production of powders with particles of one diameter between 3-20 microns and spherical shape, which is applied to a substrate by electrostatic spraying processes and therein to a continuous, smooth, shiny coating can be cured to a thickness of 0.005 mm; thicker coatings can be obtained by applying the powder more heavily.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Lösung des Harzes als Nebel feiner Tröpfchen versprüht, und diese werden mit einem Antilösungs- oder Ausfällungsmittel in Berührung gebracht, worauf die Harzteilchen in feiner Teilchengröße ausfallen. Die Harzlösung kann jeden in Pulverüberzügen üblichen Zusatz enthalten, wie Pigmente oder Farbstoffe (z.B. Titandioxid, Cadmiumrot. Ruß, Phthalocyariainblau, Toluidinrot, Eisenoxid, Calciumcarbonat, Bariumsulfat), Stabilisatoren,( z.B. Dibutylzinndilaurat, Äthylenoxid, alkylierte Phenole und Bisphenole, Barium-Cadmium-Pulver, Epoxyharze), Weichmacher (wie Dioctylphthalat, 2-Äthylhexylphthalat, Diisobutyladipat, Diisooctylazelat), Dispergierungsmittel, Fließregelungsmittel (wie das 75/25 Mischpolymerisat aus 2-Äthylhexyl-.acrylat und Ä'thylacrylat und dasIn the process according to the invention, a solution of the resin is used as Mist of fine droplets is sprayed and these are brought into contact with an anti-solvent or precipitating agent, whereupon the resin particles precipitate in fine particle size. The resin solution can contain any additive customary in powder coatings, such as pigments or dyes (e.g. titanium dioxide, cadmium red. Soot, phthalocyanine blue, toluidine red, iron oxide, calcium carbonate, barium sulfate), stabilizers (e.g. dibutyltin dilaurate, Ethylene oxide, alkylated phenols and bisphenols, barium cadmium powder, Epoxy resins), plasticizers (such as dioctyl phthalate, 2-ethylhexyl phthalate, diisobutyl adipate, diisooctyl azelate), dispersants, Flow regulators (such as the 75/25 copolymer of 2-ethylhexyl acrylate and ethyl acrylate and the
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77,5/22,5 Mischpolymerisat aus n-Hexylacrylat und Isodecylacrylat), Vernetzungsmittel, (wie Polyole, Polycarbonsäuren, Hydroxycarbonsäuren, Polyamine, Hydroxylamine und andere aktive Wasserstoffverbindungen) usw. Diese können in der Harzlösung löslich oder unlöslich sein; dem Fachmann sind die Arten der Zusätze sowie ihre üblicherweise Verwendeten Mengen geläufig.77.5 / 22.5 mixed polymer of n-hexyl acrylate and isodecyl acrylate), Crosslinking agents (such as polyols, polycarboxylic acids, hydroxycarboxylic acids, Polyamines, hydroxylamines and other active hydrogen compounds) etc. These can be soluble or in the resin solution to be insoluble; those skilled in the art are the types of additives as well as theirs Commonly used quantities.
Die Harzlösung kann 3-50 Gb\u.-% Harz enthalten; sie enthält vorzugsweise 5-30 Geuf.-Jb und insbesondere 5-20 Gew.-/£. Gegebenenfalls können Konzentrationen über 50 Gew.-% verwendet werden, in diesem Fall erhält man jedoch größere Teilchengrößen. Wie festgestellt wurde, werden kleinere und stärker kugelförmige Pulvertailchen gewöhnlich durch Verminderung der Harzkonzentration in der Lösung erhalten. "-. - ~The resin solution can contain 3-50 Gb% resin; it preferably contains 5-30 Geuf.-Jb and in particular 5-20 wt .- / £. Optionally, concentrations above 50 wt -.% Are used, but in this case we obtain larger particle sizes. It has been found that smaller and more spherical powder particles are usually obtained by reducing the concentration of resin in the solution. "-. - ~
Das Verfahren kann Pulver mit feiner Teilchangröße aus jedem ther-r moplastischen oder wärmegehärteten Harz bilden, das in einem Lösungsmittel zur Bildung einer praktisch klaren Lösung gelöst und durch ein Antilösungsmittel ausgefällt werden kann. Solche Harze sind z*B* die Vinylhalogenidpolymerisate, wie Polyvinylchlorid, Mischpolymerisate aus Vinylchlorid mit Vinylacetat, Äthyl-i acrylat, Äthylmethacrylat, Acrylsäure, 2-Hydroxyäthylacrylat, Maleinsäure, Vinylalkohol, Glycidylmethacrylat, Styrol, Hydroxyprop-ylacrylat und -methacrylat, Vinylidenchlorid, Acrylnitril,." Vinylathylketon, Äthylen, Methacrylsäure usw. Ebenfalls verwendbar sind die Polymerisate und Mischpolymerisate aller äthylenisch ungesättigten Monomeren mit der polymerisierbaren ^ C=C^ Gruppe; als Beispiele derselben sind die Polymerisate und Mischpolymerisate-der obigen Monomeren zu .nennen. Diese Liste.ist nicht vollständig, und de_£ Fachmann ist mit vielen anderen geeigneten, """" 409845/0999 The process can form fine particle size powders from any thermoplastic or thermoset resin that can be dissolved in a solvent to form a virtually clear solution and precipitated by an anti-solvent. Such resins are, for example, vinyl halide polymers such as polyvinyl chloride, copolymers of vinyl chloride with vinyl acetate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, acrylic acid, 2-hydroxyethyl acrylate, maleic acid, vinyl alcohol, glycidyl methacrylate, styrene, hydroxypropyl acrylate, acrylate and vinyl methacrylate ,. "Vinyl ethyl ketone, ethylene, methacrylic acid, etc. The polymers and copolymers of all ethylenically unsaturated monomers with the polymerizable ^ C = C ^ group can also be used; examples of these are the polymers and copolymers of the above monomers. This list. is not exhaustive, and those skilled in the art are familiar with many others as appropriate, """" 409845/0999
äthylenisch ungesättigten Monomeren vertraut. Weiterhin können die bekannten Polyester, Polyamide, Epoxyharze, Polyurethane usw. in diesem Verfahren verwendet werden. Gegebenenfalls kann man auch Mischungen aus zwei oder mehreren Harzen in der Lösung vertuenden. Die bevorzugten Harze haben eine Glasübergangstemperatur oberhalb etwa 450C, da die daraus hergestellten Pulver gewöhnlich bessere Lagerungseigenschaften und eine geringere Tendenz zum Blockieren zeigen. Es können auch Harze mit niedrigeren Glasübergangstemperaturen verwendet werden, jedoch müssen die Pulver im allgemeinen unter entsprechender Kühlung gelagert werden. Die Harze sollten auch im Antilösungs- oder Ausfällungsmittelmediurn ■ unlöslich sein, damit durch das erfindungsgemäße Verfahren Pulver hergestellt werden können.' ·Ethylenically unsaturated monomers familiar. Furthermore, the known polyesters, polyamides, epoxy resins, polyurethanes, etc. can be used in this method. If necessary, mixtures of two or more resins in the solution can also be used. The preferred resins have a glass transition temperature above about 45 ° C., since the powders produced from them usually have better storage properties and a lower tendency to block. Resins with lower glass transition temperatures can also be used, but the powders generally have to be stored with appropriate cooling. The resins should also be insoluble in the anti-solvent or precipitant medium so that powders can be made by the process of the invention. ·
Zur Bildung der Harzlösungen können die üblichen bekanntan Lösungsmittel verwandet werden, die das besondere, in Pulverform umzu- . wandelnde Harz lösenj das Lösen kann bei Zimmertemperatur oder' erhöhter Temperatur erfolgen. Geeignete Lösungsmittel sind z.3.For the formation of the resin solutions, the usual known solvents can be used be used, which convert the special, in powder form. The dissolving resin can be dissolved at room temperature or at an elevated temperature. Suitable solvents are e.g.
Aceton, Methoxyäthylacetat, Diäthyläther von Diäthylenglykol, Diacetonalkohol und alle anderen Lösungsmittel für das besonders verwendete Harz. Das besondere Harzlösungsmittel oder die Lösungsmittelmischung, die verwendet wird, hängt notwendigerweise vom besonderen, zu lösenden Harz ab; dieses Lösungsmittel ist eben- * ; falls im Antilösungsmittel praktisch vollständig löslicfh. Man kann auch in der Harzlösung etwas Antilösungs- oder Ausfällungsmittel mitverwenden, wie im folgenden noch beschrieben. Dessen '■'■ Menge variiert irr Abhänigigkeit vom besonderen' Harzlösungsmittel, der Harzkonzentration in der Harzlösurrg und dem Ausfällungsmittel·Acetone, methoxyethyl acetate, diethyl ether of diethylene glycol, diacetone alcohol and all other solvents for the particular resin used. The particular resin solvent or solvent mixture used will necessarily depend on the particular resin to be dissolved; this solvent is just- *; if practically completely soluble in the anti-solvent. You can also use some anti-solvent or precipitating agent in the resin solution, as will be described below. Meanwhile, '■' ■ amount varies irr Abhänigigkeit from special 'resin solvent, the resin concentration in the Harzlösurrg and the precipitating ·
"*" A09845/0999 ."*" A09845 / 0999.
Gewöhnlich kann jede Menge bis zu derjenigen, die die AusfällungUsually it can be any amount up to the one causing the precipitation
des Harzes in der Harzlösung bewirkt, verwendet werden. Dadurch der ...of the resin in the resin solution can be used. Through this the ...
kann in/Pulver bildenden Reaktion eine geringere Ausfällungsmittel— menge verwendet werden. Die auf diese Weise zu verwendende Menge kann leicht durch einfache Tests in kleinem Maßstab bestimmt werden. · . . -may have a lower precipitant in / powder-forming reaction— amount to be used. The amount to be used in this manner can be easily determined by simple small-scale tests will. ·. . -
Das Antilösungs- oder Äusfällungsmittel ist jedes mit dem Harz- ' lösungsmittel lösliche Lösungsmittel, in welchem das Harz selbst praktisch unlöslich ist. Dieses Phänomen ist bekannt, wobei eben-" falls bekannt ist, daß man einen Feststoff aus einer Lösung desselben durch Zugabe eines Antilösungsmittals zur Lösung ausfällen kann. Das Ausfällungsmittel kann ein einziges Antilösungsmittel oder eine Mischung derselben ..sein, dessen zu verwendende Menge mit dem besonderen Harzlösungsmittel und Ausfällungsmittel variiert. Gewöhnlich kann das Verhältnis von Ausfällungsmittel zu Harzlösung zwischen 0,5:t bis "50:} oder mehr variieren. Das besondere Uer- . hältnis in einem bestimmten Fall hängt vom Harz, dem Lösungsmittel und den Ausfällungsmittel sowie von Konzentration und Temperatur ab. Als Ausfällungsmittel -geeignete Verbindungen sind z.B. Wasser, Isopropanol, Äthanol, Methano.l, Butanol, Heptan, Decan, Benzol usw.:. . ... .,-_ . . -.--. ' :: . - . -.'.""..-The anti-solvent or precipitating agent is any solvent soluble with the resin solvent in which the resin itself is practically insoluble. This phenomenon is known, and it is also known that a solid can be precipitated from a solution thereof by adding an anti-solvent to the solution. The precipitating agent may be a single anti-solvent or a mixture thereof The particular resin solvent and precipitant will vary. Usually, the ratio of precipitant to resin solution can vary from 0.5: t to "50:} or more. The special Uer-. ratio in a given case depends on the resin, solvent and precipitating agent, as well as concentration and temperature. Compounds suitable as precipitating agents are, for example, water, isopropanol, ethanol, methanol, butanol, heptane, decane, benzene, etc .:. . ...., -_. . -.--. '::. -. -. '. "" ..-
Die folgende Tabelle zeigt Beispiels von Kombinationen aus Harzlösungsmittel und Äusfällungsmittel für verschiedene Harzarten:The following table shows examples of resin solvent combinations and precipitants for different types of resin:
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Tabelle 1 ' ' \ · · . Table 1 '' \ · ·.
Diese Liste ist eine Veransobaulichung und soll keine vollständige Aufzahlung der erfinduhgs-gemäß geeigneten Mischungen sein. ■ ... v ■This list is an illustration and is not intended to be a complete listing of the mixtures that are suitable according to the invention. ■ ... v ■
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten feinen Teilchen können eine Größe van nur 3 Micron oder weniger haben.* Gewöhnlich sind die Pulver Mischungen aus Teilchen einer Größe zu/Ischen 1-20 Micron. Nach oem erfindungsgemäßen Verfahren können gegebenenfalls auch.größere Teilchen durch Verwendung von Sprühöffnungen geeigneter Größe hergestellt werden» wobei diese Teilchen dann eine Größe bis zu. 400 Micron oder mehr haben. Obgleich Teilchen mit größerer Größe zufriedenstellend bei Aufbringungen durch Wirbelbettverfahren oder elektrostatisches Aufsprühen verwendet werden können, haben die kleineren Teilchen den Vorteil, die Bildung von Filmüberzügen von nur 0,0075 mm zu ermöglichen. So sind die bevorzugten Pulver für dünne Filmüberzüge durch elektrostisches Aufsprühen solche mit Teilchen einer Größe zwischen /3-2Q Micron. In der vorliegenden Ahmeldung bedeutet die Bezeichnung "dünner Filmlr einen kontinuierlichen, glatten Überzug von " etwa 0,0050-0,075 mm Dicke. 'The fine particles made by the process of the present invention can be as small as 3 microns or less. Usually the powders are mixtures of particles as large as 1-20 microns. According to the method according to the invention, larger particles can optionally also be produced by using spray orifices of suitable size, these particles then having a size of up to. 400 microns or more. Although larger sized particles can be used satisfactorily in fluidized bed or electrostatic spray applications, the smaller particles have the advantage of allowing the formation of film coatings as small as 0.0075 mm. Thus, the preferred powders for thin film coatings by electrostatic spraying are those having particles between 3/4 microns in size. In the present Ahmeldung the term means "thin film lr a continuous, smooth coating of" about 0.0050 to 0.075 mm thickness. '
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Dia Pulverteilchen sind gewöhnlich kugelförmig; dies bedeutet, daS sie abgerundet sind und keine scharfen Ecken oder Kanten haben* Die Kugelform wird aus vielen Gründen bevorzugt, und zwar hauptsächlich u/egsn der geringeren Neigung zur Ladungsableitung beim elektrostataischeh Sprühverfahren. Die Erfahrung hat gezeigt," daß die durch übliche Vermahlverfahren gebildeten schärfen Ecken und Katen eine schnelle Ableitung der einem Teilchen verliehenen .elektrostatischen Ladung bewirken^ u/as zu einer vermindertem Wirksamkeit im elektrostatischen Sprühverfahren führt.The powder particles are usually spherical; this means that they are rounded and have no sharp corners or edges * The spherical shape is preferred for many reasons, namely mainly due to the lower tendency towards charge dissipation in the electrostatic spray process. Experience has shown " that the sharp corners formed by conventional grinding processes and catalysts cause rapid dissipation of the electrostatic charge imparted to a particle to a reduced effectiveness in the electrostatic spray process.
- Die Sprühausfällung kann bei jeder Temperatur von etma -3O0C. bis 150 C, durchgeführt werden, wobei Zimmertemperaturen gewöhnlich bevorzugt werden. Die besondere Temperatur hängt selbstverständlieh wesentlich von den Siedepunkten des verwendeten Lcsungs- ■ .und Ausfällungsmittels ab. In manchen Fällen kann es daher ange-.zeigt sein, die Harzlösung und/oder das Ausfällungsmittel ent- \ weder zu kühlen oder zu erhitzen. Es kann unter-, über- oder atmosphärischer Druck angewendet werden. Beim.erfindungsgemäßen Sprühausfällungsverfahren sind weder Temperatur noch Druck entscheidende Faktoren. .- The Sprühausfällung can at any temperature from etma -3O 0 C to 150 C, are performed, whereby room temperature are usually preferred. The particular temperature depends, of course, essentially on the boiling points of the solvent and precipitant used. In some cases it may therefore be advisable to either cool or heat the resin solution and / or the precipitating agent. Under, over or atmospheric pressure can be used. In the spray precipitation process according to the invention, neither temperature nor pressure are decisive factors. .
Das Versprühen der Harzlösung kann luftlos oder mit jedem-Gas oder gasförmigen Medium erfolgen. So können Luft, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf, Acetondämpfe, Isopropanoldämpfe, Fluorkohlenstoffdämpe oder Jedes andere gasförmige Medium verwendet werden, das die Sprühausfällung nicht stört. Derartige gasförmigo Medien sind bekannt.The spraying of the resin solution can be airless or with any gas or gaseous medium. Air, nitrogen, carbon dioxide, water vapor, acetone vapors, isopropanol vapors, Fluorocarbon barrier or any other gaseous medium used that does not interfere with the spray precipitation. Such gaseous media are known.
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Zu den die Teilchengröße beeinflussenden Faktoren gehören die Art oder,Natur des Harzes, die Viskosität der Harzlösung, die Konzentration des Harzes in der Harzlösung, die Oberflächenspannung der Harzlösung, die besondere Kombination des verwendeten Harzlösungs- und Aüsfällungsmittels, die ÜffnungsgcöQe der' Sprüh- oder Verdampfungsvorrichtung, der Gasdruck bei der Durchführung des Versprühens und die Innigkeit des Kontaktes der Harzlösungströpfchen mit dem Ausfällungsmittel. Diese ,können leicht zur Erzielung der besten gewünschten Teilchengröße vom Fachmann in jedem besonderen Fall eingestellt werden»The factors influencing the particle size include the type or nature of the resin, the viscosity of the resin solution, the Concentration of the resin in the resin solution, the surface tension the resin solution, the special combination of the resin solvent and precipitating agent used, the opening capacity the 'spraying or evaporation device, the gas pressure when carrying out the spraying and the intimacy of the contact Resin solution droplets with the precipitating agent. These can can easily be adjusted by a person skilled in the art in each particular case to achieve the best desired particle size »
Die zur Bildung des Sprühgutes verwendete Vorrichtung kann jede bekannte Nebel- oder' Sprühgut bildende Vorrichtung sein. Viele derselben sind im Handel erhältlich und.umfassen Farbenspritzpistolen und Spinnbandatomisierungsvorrichtungen» In manchen Fällen kann es gewünscht werden, dem Harzlösungssprühgut eine elektrostatische Ladung zu verleihen; dies kann mittels einer bekannten elektrostatischen Sprühvorrichtung erfolgen..The device used to form the spray can be any known fog or 'spray material forming device. Many of these are commercially available and include paint spray guns and sliver atomizers »In some In some cases it may be desired to spray the resin solution to impart electrostatic charge; this can be done by means of a known electrostatic spray device.
Der Reaktor, in welchen die Sprühausfällung erfolgt, kann viele verschiedene Formen haben. Das wesentliche Merkmal in diesem Teil des Verfahrens ist ein Reaktor, in welchem das Harzlösungssprühgut mit dem Ausfällungsmittel in innigen Kontakt gebracht werden kann, so ;da8 der Niederschlag des Harzes aus dem Harzlösungssprühgut in feiner TailchengröSa vorliegt. Dia Bezeichnung "Sprühausfällung11 oder Varianten derselben baziaht sich auf ein Verfahren, durch welches ein Sprühmaterial einer Harzlösung mit einem Ausfällungsmittel in Berührung gebrach-t wird, soThe reactor in which the spray precipitation occurs can take many different forms. The essential feature in this part of the process is a reactor in which the resin solution spray material can be brought into intimate contact with the precipitating agent, see above ; that the precipitation of the resin from the resin solution spray is present in a fine size. The term "spray precipitation 11 or variants thereof" refers to a method by which a spray material of a resin solution is brought into contact with a precipitating agent, see above
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daß das Harz ausgefällt und ein Pulver feiner Teilchen gebildet u/ird. . ·that the resin is precipitated and a fine particle powder is formed u / ird. . ·
Eine einfache Waise zur Durchführung des 'erfindungsgetnäßen Verfahxens besteht im Versprühen der Harzlösung mittels einer Spritzpistole in das in einem Reaktor enthaltene Ausfällungslösungsmittel. Während dieses Verfahrens wird das Ausfällungslösungsmittel gründlich gerührt. In einer Modifikation uiird die" Harzlösung' in den Reaktor gesprüht, mährend das Ausfällungsmittel aus fallender flüssiger Film auf den inneren Reaktoroberflachen eingeführt u/ird; bei dieser Modifikation können-auch ßöden, Fasern, Rohre oder Stäbe im Reaktor anwesend sein, deren Oberflächen ebenfalls mit dem fallenden flüssigen Film des Ausfällungsmittels bedeckt sind. Eine weitere Modifikation erfolgt durch-Einführung eines Teils oder"des gesamten Ausfäliungsmittels in den Reaktor in Form .eines Sprühmaterials' unter Verwendung von einer oder mehreren Sprühdüsen zum Atomisieren oder Versprühen des Ausfällungsmittels zusätzlich zu der oder den Sprühdüsen für die Harzlösung. Besonders vorteilhaft ist ein System, in welchem dem Harzlösungssprührnaterial eine elektrostatische Ladung und dem Ausfällungssprühmaterial die entgegengesetzte Ladung verliehen wird; in diesen Fällen u/erden Tröpfchen des " einen Materials durch die Tröpfchen ^les anderen angezogen und die Sprühausfällung erfolgt weitgehend im Fluge. Dem Fachmann sind auch Kombinationen der obigen Verfahren sowie andere Maßnahmen vertraut. . ■ " ' A simple orphan to carry out the process according to the invention consists in spraying the resin solution with a spray gun into the precipitation solvent contained in a reactor. During this process the precipitation solvent is stirred thoroughly. In a modification the " Resin solution 'sprayed into the reactor while the precipitant from falling liquid film on the inner reactor surfaces and introduced; with this modification can-also soil, Fibers, tubes or rods be present in the reactor, their surfaces are also covered with the falling liquid film of the precipitant. Another modification is made by introducing part or "all of the precipitant into the reactor in the form of "a spray material" using one or more spray nozzles for atomizing or spraying the precipitant in addition to the spray nozzle (s) for the resin solution. Particularly advantageous is a system in which the resin solution spray material is electrostatic Charge and imparting the opposite charge to the precipitation spray material; in these cases, droplets of the " one material attracted by the droplets ^ the other and the spray precipitation takes place largely on the fly. The expert combinations of the above procedures and other measures are also familiar. . ■ "'
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Nach baendgter Sprühausfällung kann die erhaltene Mischung ausgefällt und dann zur Entfernung der größeren, unerwünschten Teilchen zur Rückführung gesiebt werden.. Dann u/erden die feinen Teilchen in üblicher Weise, z.B. durch Filtrieren oder Zentrifugieren, gewonnen, worauf das Pulver nach üblichen bekannten Verfahren getrocknet und geflockt werden kann.After extensive spray precipitation, the mixture obtained can be precipitated and then sieved to remove the larger, unwanted particles for recycle. Then the fine ones are grounded Particles in the usual way, e.g. by filtering or centrifuging, obtained, whereupon the powder can be dried and flaked by conventionally known methods.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Pulverüberzüge können in üblichen Pulverüberzugsverfahren zur Herstellung dünner, glänzender Überzüge verwendet werden. So können sie in Wirbelbettsystemen oder elektrostatischen Sprühsystemen verwendet werden. Die nach den erfindungsgemäßen Verfahren herge- * stellten Pulverüberzüge mit feiner Teilchengröße sind außeror- ' dentlich geeignet zur Verwendung in elektrostatischen Pulversprühüberzugsverfahren. Dabei wird das Pulver mittels einer elektrostatischen Sprühvorrichtung auf ein Substrat abgeschieden und dann bei erhöhter Temperatur zu einem einheitlichen, glatten, glänzenden, dünnen Überzug geschmolzen oder ausgehärtet, der ■ oft nur eine Dicke von' 0,005G mm hat. Durch stärkere Aufbringung oder ein mehrfaches Überziehen des Substrates mit dem Pulver . können auch dickere Überzüge erhalten werden. ..-"-■The powder coatings produced by the process according to the invention can be used in conventional powder coating processes to produce thin, glossy coatings. So they can used in fluid bed systems or electrostatic spray systems will. The produced by the method according to the invention * Powder coatings with a fine particle size are extremely Mostly suitable for use in electrostatic powder spray coating processes. The powder is deposited onto a substrate by means of an electrostatic spray device and then melted or cured at an elevated temperature to form a uniform, smooth, shiny, thin coating which ■ often only has a thickness of 0.005G mm. Through stronger application or multiple coating of the substrate with the powder. thicker coatings can also be obtained. ..- "- ■
Die folgenden Beispiele veranschaulichen.die vorliegende Erfindung, ohne sie-zu beschränken. · . Beispiel 1 The following examples illustrate the present invention without limiting it. ·. example 1
Es wurde ein pigmentiertes Harzpräparat aus 2100 g Aceton, 900 g eines Mischpolymerisates aus Vinylchlorid und .Vinylacetat mit einer Viskosität bei 25QC. von 23 es (20 fa Mischpolymerisat inThere was a pigmented resin preparation from 2100 g acetone, 900 g of a copolymer of vinyl chloride and .Vinylacetat having a viscosity at 25 Q C. of 23 to (20 fa copolymer in
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MethylÄthylketon) , das 14 % polymerisiertes Vinylacetat enthielt, 454 g Titandioxid, 3,78 g "Nuodex NA" als Pigmentnetz- und -dispergierungsmittel, 151,32 g Dioctylphthalat, 3,78 g "Carstab T-17" "als Wärme- und Lichtstabilisator hergestellt und mit einer Spritzpistole in eine 75:25 Wasser-Isopropanolauafällungsmittel-Mischung in einem Reaktor eingesprüht; während der Sprühausfällung wurde die Mischung im Reaktor gründlich und heftig gerührt. .Der erhaltene Niederschlag wurde durch eine Reihe von Sieben . zur Entfernung' großer Teilchen geleitet, und der aus dem 200 mesh Sieb gewonnene Ausfluß wurde schließlich filtriert und die Pulverteilchen bei Zimmertemperatur luftgetrocknet. Der getrocknete Kuchen wurde in einem Waring-Mischer zu einer feinen, pulverigen, .flockigen Masse zerkleinert. Die Pulverausbeute betrug etuia 20 %$ die Teilchen hatten eine Größe zwischen etwa 5-50 Micron und waren im allgemeinen kugelförmig mit abgerundeten Kanten. -_ ■ ■ -- . .Methyl ethyl ketone), which contained 14 % polymerized vinyl acetate, 454 g titanium dioxide, 3.78 g "Nuodex NA" as pigment wetting and dispersing agent, 151.32 g dioctyl phthalate, 3.78 g "Carstab T-17""as heat and Light stabilizer was prepared and sprayed with a spray gun into a 75:25 water-isopropanol precipitant mixture in a reactor; during the spray precipitation the mixture in the reactor was stirred thoroughly and vigorously. The resulting precipitate was passed through a series of sieves to remove large particles The effluent recovered from the 200 mesh sieve was finally filtered and the powder particles air-dried at room temperature. The dried cake was crushed in a Waring blender to a fine, powdery, flaky mass. The powder yield was about 20 % of the particles were between about 5-50 microns in size and were generally spherical in shape with rounded edges.
Nach diesem Verfahren wurden u/eitere Mengen Pulver-überzüg mit feiner Teilchengröße hergestellt; die Pulver wurden kombiniert und zum Überziehen von Stahlplatten mittels eiener elektrostatischen Ransburg Spritzpistole bei 90 000 Volt (-) und 18,1 kg Luftdruck verwendet. Die überzogenen Platten wurden 3 Minuten in einem Ofen auf 23O0C. erhitzt und bildentsn glatte, glänzende Farbüberzüge.This process was used to produce additional quantities of powder coatings with a fine particle size; the powders were combined and used to coat steel panels using a Ransburg electrostatic spray gun at 90,000 volts (-) and 18.1 kg air pressure. The coated plates were heated for 3 minutes in an oven at 23O 0 C. and bildentsn smooth, glossy color coatings.
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Gemäß Beispiel 1 u/urde ein pigmentiertes Harzpräparat hergestellt und dann mit 9000 g Aceton verdünnt. Das Präparat wurde uiia oben durch Versprühen ausgefällt und lieferte -eine Ausbeute von etwa 20 % eines trockenen PulverUberzugsmaterials mit einer Teilchengröße zwischen 5-30 Micron." Dieee Teilchen waren einheitlicher kugelförmig, als diejenigen von Beispiel 1. 9 e- i s ρ i s 1 ' 3 A pigmented resin preparation was produced according to Example 1 and then diluted with 9000 g of acetone. The preparation was precipitated by spraying as above and provided a yield of about 20 % of a dry powder coating material with a particle size between 5-30 microns. "The particles were more uniformly spherical than those of Example 1. 9 e- is ρ is 1 ' 3
Gemäß Beispiel 1 u/urde ein pigmentiertes Harzpräparat hergestellt und mit 1.8000 g Aceton verdünnt*. Das Präparat wurde wie oben durch Versprühen ausgefällt und lieferte eine Ausbeute von etwa ' 30 % eines trockenen.Pulverüberzugsmaterial» mit einer Teilchengröße zwischen etwa 3-25 Micron, das stärker kugelförmig als die Materialien der vorhergehenden Beispiele war. .. , , ....;,, Beispiel 4 . - . ; - · 'A pigmented resin preparation was produced according to Example 1 and diluted with 1,8000 g of acetone *. The preparation was spray precipitated as above and provided about 30 % yield of a dry powder coating material having a particle size between about 3-25 microns which was more spherical than the materials of the previous examples. ..,, ....; ,, Example 4 . -. ; - · '
Gemäß Beispiel 1 wurde ein Harzpräparat, jedoch- ohne Titandioxid, hergestellt und dann mit 9000 g Aceton verdünnt· Dieses wurde in obiger Weise durch Versprühen ausgefällt und lieferte eine Ausbeute von etwa 30 % eines trockenen PulverUberzugsmateriale mit einer Teilchengröße zwischen 3-20 Kicronj die Teilchen hatten eine einheitliche Kugelform.A resin preparation was produced according to Example 1, but without titanium dioxide, and then diluted with 9000 g of acetone.This was precipitated in the above manner by spraying and provided a yield of about 30 % of a dry powder coating material with a particle size between 3-20 Kicronj the particles had a uniform spherical shape.
B β i 3 Q L B 1 ' 5'" " ■" ''..".;/' In diesem Beispiel wurden die Konzentrationen der Lösungsmittel« komponenten in der Wasser/lsopropanol-Hischung variiert, um die -Wirkung auf das hergestellte Pulver festzustellen· Das Harzpräparat wurde wie in Beispiel 1, jedoch ohne Pigment, hergestellt, mit 9000 g Aceton verdünnt und wie in Beispiel 1.durch Versprühen in die Lösungsmittelmischung ausgefällt. Das Verhältnis von ' B β i 3 QL B 1 ' 5'"" ■ "" ... ".; / ' In this example, the concentrations of the solvent components in the water / isopropanol mixture were varied in order to have the effect on the powder produced The resin preparation was prepared as in Example 1, but without pigment, diluted with 9000 g of acetone and precipitated as in Example 1 by spraying into the solvent mixture. The ratio of '
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Wasser zu Isopropanol-in der Ausfällungsmittellösung wurde von reinem Wasser zu reinem Isopropanol variiert, wobei die folgenden Verhältnisse verwendet wurden: 100:0,,80:20, 70:30, 50:50, 30:70, 20:80 und 0:100. In allen Fällen hatten die Pulverteilchen eine Größe zwischen 3-25 Micron und waren im allgemeinen kugelförmig.Water to isopropanol in the precipitant solution was from pure water to pure isopropanol varied using the following ratios: 100: 0,, 80: 20, 70:30, 50:50, 30:70, 20:80 and 0: 100. In all cases the powder particles were between 3-25 microns in size and were generally spherical.
Bei Verwendung von Isopropanol und hohen Isopropanolkonzentra-* tionen dm Ausfällungslösungsmittel blieben, wie festgestellt wurde, die feinen Harzpulverteilchen im Ausfällungslösungsmittel in Suspension. Mit erhöhter Wasserkonzentration und mit Wasser allein zeigten die feinen Harzpulverteilchen eine erhöhte Neigung, zur Oberfläche"zu schwimmen, trotz der Tatsache, daß die Dichte des Harzes größer war als die Dichte des Ausfällungslösungsmittels. Vermutlich war dies ein Ergebnis der eingeschlossenen Luft auf der Oberfläche der festen feilchen und der größeren Affinität der Luft zum "Benetzen" der Teilchen als des Ausfällungsmittsls.When using isopropanol and high isopropanol concentrations * Functions of the precipitation solvent remained as determined the fine resin powder particles in suspension in the precipitation solvent. With increased water concentration and with water alone, the fine resin powder particles showed an increased tendency to "float to the surface" in spite of the fact that the The density of the resin was greater than the density of the precipitation solvent. Presumably this was a result of the trapped air on the surface of the solid particles and the greater affinity of the air for "wetting" the particles than the precipitation agent.
200 Teile eines Vinylchlarid/Vinylacetat/Glycidylmethacrylat-Terpolymerisates (11 es Viskosität bei 250C. it/einer 20-5&igen Lösung in Methyläthylketon), 2 Teile Adipinsäure, 0,6 Teile . eines 75/25 2-Äthylhexylacrylat/Äthylacrylat-Mischpolymerisates als Fließkontrollzusatz, 550 Teile Aceton und 400 Teile Heptan wurden zu einer Lösung gerührt. Das Präparat wurde wie in Beispiel 1 in etwa 19 ι einer 9:1 Heptan/lsoprcpanol-Hischung aJs Ausfällungslösungsmittel durch Versprühen ausgefällt. So erhielt man etws 150 g feine Pulverteilchen einer Größe zwischen 3-50 Micron mit einheitlicher Kugelform.200 parts of a vinyl chloride / vinyl acetate / glycidyl methacrylate terpolymer (11 % viscosity at 25 ° C. / a 20-5% solution in methyl ethyl ketone), 2 parts of adipic acid, 0.6 parts. of a 75/25 2-ethylhexyl acrylate / ethyl acrylate copolymer as a flow control additive, 550 parts of acetone and 400 parts of heptane were stirred to form a solution. As in Example 1, the preparation was precipitated by spraying in about 19 ι of a 9: 1 heptane / isoprcpanol mixture as a precipitation solvent. This gave about 150 g of fine powder particles between 3 and 50 microns in size with a uniform spherical shape.
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Wie in Beispiel 1 wurde eine Acetonlösung eines handelsüblichen. Vinylchlorid/Vinylacetat-Mischpolymerisates hergestellt und unter Verwendung von Isopropanol als Ausfällungslösungsmittsl durch Versprühen ausgefällt. Der Reaktor für die Versprühausfällung bestand aus einem Behälter von etwa 0,6 mm Durchmesser und etuja 0,9 m Höhe, der zweckmäßig an die Atmosphäre entlüftet urird jedoch praktisch vollständig geschlossen ist· BeiAs in Example 1, an acetone solution of a commercially available. Vinyl chloride / vinyl acetate copolymers produced and using isopropanol as the precipitation solvent precipitated by spraying. The spray precipitation reactor consisted of a container about 0.6 mm in diameter and about 0.9 m high, which is expediently vented to the atmosphere, but is practically completely closed
eineone
Beginn der Sprühausfällung war/geringe Henge an Ausfüllungsmittsl anwesend, die ausreichte, den Reaktorboden zu bedecken» Während der Sprühausfällung wurde das Ausfällungslösungsmittel durch Öffnungen in einem ringförmigen Rohr eingeführt, das um den Reaktorkopf herumgeführt war, so daß «ich ein fallender oder absteigender flüssiger Film des Ausfällungslösungsmittel· auf den inneren Reaktoruiänden bildete. Während das Ausfällungslösungsmittel die Wände herunterfloß wurde das Harzpräparat durch eine geeignete Öffnung im Reaktor eingesprüht} bei Beruh» »The beginning of the spray precipitation was / small amount of filling agents present that was sufficient to cover the reactor floor »During the spray precipitation the precipitation solvent was through Openings were introduced in an annular tube which was led around the reactor head, so that «I a falling or A descending liquid film of the precipitation solvent formed on the inner reactor walls. As the precipitation solvent flowed down the walls, the resin preparation became sprayed through a suitable opening in the reactor} at Beruh »»
ftft
rung der Harzpräparattröpfchen mit dem Ausfällüngemittel fiel das Harz ein .Pulverform mit feiner Teilchengröße aus. Nsch beendeten Versprühen wurde das Pulver gesammelt und wie in Bsisiel 1 -getrocknet; die Ausbeute betrug 75 % d.Th. Die Pulverteilchen hatten eine Größe von 5-30 Micron und »aren einheitlich kugelförmig.After the resin preparation droplets with the precipitant, the resin fell into a powder form with a fine particle size. After the spraying, the powder was collected and dried as in Example 1; the yield was 75 % of theory The powder particles had a size of 5-30 microns and were uniformly spherical.
Gemäß Beispiel 4 wurde ein pigmentiertes Harzpräparat hergestellt und gemäß Verfah ren und Vorrichtung von Beispiel 7 durch Versprühen ausgefällt. Dabei wurde jedoch zum zusätzlichen Einsprühen von Ausfällungslösungsmittel in den Reaktor sins z»sitsAccording to Example 4, a pigmented resin preparation was produced and precipitated by spraying according to the method and apparatus of Example 7. In doing so, however, precipitation solvent was additionally sprayed into the reactor
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Spritzpistole verwendet. So erfolgte die Ausfällung im Flug, u/ann immer die Harzpräparattröpfchen und die Ausfällungsmitteltröpfchen mit einander in Berührung kamen; alles nicht in dieser Weise ausfallende Harz fiel bei Berührung mit dem Ausfällungsmittel auf den Wänden'oder dem Reaktorboden aus. Man erhielt ein kugelförmiges Pulverüberzugsmaterial mit ähnlicher Teilchengröße und Größenverteilung wie das durch Beispiel 7 erhaltene Material; die Ausbeute betrug etuia 70 % d.Th.Spray gun used. Thus, the precipitation took place in flight, whenever the resin preparation droplets and the precipitant droplets came into contact with one another; Any resin that did not precipitate in this way precipitated on contact with the precipitating agent on the walls or the bottom of the reactor. A spherical powder coating material having a particle size and size distribution similar to that of the material obtained by Example 7 was obtained; the yield was about 70 % of theory.
Beispiel 8 wurde unter Weglassung des fallenden flüssigen Filmes aus Ausfällungsmittel auf den Reaktorwänden wiederholt. Man erhielt ein kugelförmiges feines Pulver ähnlich wie in Beispiel 8 in einer Ausbeute von etum 70 % d.Th.Example 8 was repeated with the omission of the falling liquid film of precipitant on the reactor walls. A spherical fine powder similar to that in Example 8 was obtained in a yield of around 70 % of theory.
Als Epoxidharz wurde das Reaktionsprodukt aus Epichlorhydrin und Bisphenol-A mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 1400 zur Bildung einer i5-/oigen Lösung in Aceton gelöst, und wie in Beispiel 7 durch Versprühen in Wasser ausgefällt. Man erhielt ein feines kugelförmiges Pulver mit einer Teilchengröße zwischen etwa 3-20 Micron Durchmesser in einer Ausbeute von etwa 70 % d.Th.As the epoxy resin, the reaction product of epichlorohydrin and bisphenol-A with an average molecular weight of about 1400 was dissolved in acetone to form a 15% solution and precipitated as in Example 7 by spraying in water. A fine spherical powder with a particle size between about 3-20 microns in diameter was obtained in a yield of about 70 % of theory.
Alle in den obigen Beispielen hergestellten Pulver konnten in zufriedenstellender Weise durch elektrostatische Sprüh- oder Wirbelbettverfahren aufgebracht werden.All powders produced in the above examples could be used in can be satisfactorily applied by electrostatic spray or fluidized bed processes.
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Es wurde eine 5-/oige Lösung aus Polyäthylen in oC-Chlornaphthalin bsi 11O0C. hergestellt. Diese uiurde durch Versprühen in Isopropanol bei Zimmertemperatur aus der heißen Lösung bei 110 C. unter Verwendung won Luft als Atomisierungsgas ausgefällt. Das ausgefällte, pulverige Polyäthylen wurde abfiltriert, gewonnen und durch dreimaliges aufeinanderfolgendes Aufschlämmen und FiI-tieren zur Entfernung des gesamten OQ-Chlornaphthalins extrahiert. Man erhielt ein kugelförmiges, feines Pulver mit etums größerer Teilchengröße als in den vorhergehenden Beispielen in einer Ausbeute von etwa 60 %. Dieses Pulver konnte leicht und zufriedenstellend durch elektrostatische Sprühüberzugsverfahren aufgebracht werden.There was a 5 / o solution prepared 11O 0 C. Polyethylene in oC-chloronaphthalene bsi. This was precipitated by spraying in isopropanol at room temperature from the hot solution at 110 ° C. using air as the atomizing gas. The precipitated, powdery polyethylene was filtered off, recovered and extracted by slurrying and filtering three times in succession to remove all of the OQ-chloronaphthalene. A spherical, fine powder with a somewhat larger particle size than in the preceding examples was obtained in a yield of about 60 %. This powder could be easily and satisfactorily applied by electrostatic spray coating methods.
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