DE60038049T2

DE60038049T2 - Antistatische pulverlack-zusammensetzung und ihre verwendung

Info

Publication number: DE60038049T2
Application number: DE60038049T
Authority: DE
Inventors: Peter Pierre Fonds GOTTSCHLING; Zbigniew Spring STACHYRA; Maria Strid
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1999-12-04
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2020-12-02
Also published as: KR20020060252A; DE60038049D1; US6743379B2; HUP0203727A2; CN1234781C; ATE386088T1; AU773372B2; AU3005301A; NO20022466D0; NO20022466L; RU2228939C2; CZ20021918A3; ES2301496T3; CN1402766A; US20030116754A1; EP1248822B1; EP1248822A1; RU2002117911A; JP2003515652A; DK1248822T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Pulver-Beschichtungs-Zusammensetzung, ihre Verwendung für die Herstellung von beschichteten Oberflächen mit antistatischen Eigenschaften und die beschichteten Substrate.
Wärmehärtende Pulver-Beschichtungen werden als Schutz- oder Dekorfinish in einer Vielzahl an Anwendungen verwendet, Die einfache Applikation, geringe Emissionen und die geringfügige Entstehung von Abfallmaterialien sind die wesentlichen Vorteile von Pulver-Beschichtungen. Pulver-Beschichtungen werden üblicherweise durch elektrostatische Sprühverfahren appliziert. Das Pulver wird durch Reibung oder eine Korona-Entladung aufgeladen und dann auf das Substrat appliziert, wo es durch elektrostatische Kräfte haftet. Das Substrat wird erwärmt auf Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes der Pulverbeschichtung. Die Pulverbeschichtung schmilzt dann und bildet einen kontinuierlichen Film auf dem Substrat. Durch weitere Erwärmen wird die Vernetzungsreaktion der Beschichtungs-Zusammensetzung initiiert. Nach dem Kühlen wird eine dauerhafte, flexible Beschichtung erhalten.
In einigen Anwendungen ist es wünschenswert, dass beschichtete Oberflächen einen geringen elektrischen Oberflächenwiderstand aufweisen, um antistatische oder gar elektrisch leitende Eigenschaften bereitzustellen, Beispiele sind Einrichtungsgegenstände, welche in Bereitstellungsräumen für elektronische Geräte verwendet werden, Einrichtungsgegenstände oder Ausstattungsgegenstände, welche in explosionsgeschützten Bereichen verwendet werden, Behälter oder Gefäße für elektronische Einrichtungen etc. Standards für den Oberflächenwiderstand von Materialien, welche in Bereichen verwendet werden, in denen Gerätschaften verwendet werden, welche empfindlich gegen eine elektrostatischen Entladung sind, können zum Beispiel in dem europäischen Standard EN 100 015-1 oder dem schwedischen Standard SP-Method 2472 gefunden werden.
Üblicherweise werden die antistatischen oder elektrisch leitenden Eigenschaften erhalten durch Applikation einer flüssigen Farbe, welche eine hohe Menge an leitenden Additiven wie Ruß (Kohlenstoffschwarz), insbesondere beschichteten Pigmenten oder metallischen Pulvern, enthalten.
Viele Versuche wurden durchgeführt, um die elektrische Leitfähigkeit von Pulverbeschichtungen zu erhöhen, um die Verwendung von Pulverbeschichtungen in den zuvor erwähnten Bereichen zu ermöglichen. Zum Beispiel beschreibt die Patentanmeldung CN 1099779 die Zugabe von leitenden Mikropartikeln wie Graphit, Acetylenschwarz oder Zinkoxid in relativ hohen Konzentrationen zu Pulver-Beschichtungs-Formulierungen. Diese Verfahrensweise hat den Nachteil, dass die Beschichtungen, enthaltend Graphit oder Acetylenschwarz, im Allgemeinen es nicht ermöglichen, hell gefärbte Beschichtungen zu formulieren. Andererseits ergeben große Mengen an hell gefärbten Füllstoffen, wie Zinkoxid; Beschichtungen mit einer geringen Reproduzierbarkeit der elektrischen Leitfähigkeit (siehe „N. G. Schibrya et al. „Antistatic decorative coatings based an coating powders „Electron", Russia Lakokras, Mater. Ikh Primen. (1996) (12), Seiten 19 bis 20 und darin zitierte Referenzen). In dieser Referenz werden leitfähige Beschichtungen mit sehr hohen Beladungen an metallischen Pulvern offenbart. Solche Pulver-Beschichtungs-Zusammensetzungen weisen eine sehr große spezifische relative Dichte auf und sind daher schwierig auf ein Substrat zu applizieren. Darüber hinaus führt die Verwendung von feinen metallischen Pulvern zu Sicherheitsrisiken während der Pulver-Herstellung und -Anwendung.
Die deutsche Patentanmeldung DE-A-198 09 838 beansprucht die Zugabe von leitfähigen polymeren Materialien, um die elektrische Leitfähigkeit von mit Pulver beschichteten Oberflächen zu erhöhen. Diese Polymere weisen wiederum eine schwarze oder dunkle Farbe auf und führen zu dunkel gefärbten Pulver-Beschichtungen.
In dem US-Patent US 4,027,366 ist die Applikation von Mischungen von Pulvern, welche Unterschiede in den dielektrischen Konstanten aufweisen, beschrieben, wobei ein Pulver-Material ein leitfähiges Metall oder ein Nichtmetall ist. Die Aufgabe der US 4,027,366 ist darin zu sehen, eine Mehrschichtbeschichtung in einem Schritt durchzuführen. Die Herstellung von Beschichtungen mit antistatischen Eigenschaften oder einem geringen elektrischen Oberflächenwiderstand der beschichteten Oberfläche wird nicht erwähnt.
Dem gemäß ist es die Aufgabe der Erfindung, Pulver-Beschichtungen bereitzustellen, welche einen niedrigen und reproduzierbaren elektrischen Oberflächenwiderstand der beschichteten Substratoberfläche aufweisen, welche in verschiedenen Farben hergestellt werden können und selbst mit Variationen der Beschichtungsfilmdicke appliziert werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Mischung von herkömmlichen, gegebenenfalls eingefärbten, nicht-leitenden wärmehärtenden Pulver-Beschichtungs-Zusammensetzungen mit ausgeprägt leitenden wärmehärtenden Pulver-Beschichtungs-Zusammensetzungen. Das Verhältnis der leitenden zu der nicht-leitenden Pulver-Beschichtungs-Zusammensetzung in der erfindungsgemäßen Mischung liegt zwischen 2,5 bis 95 und 95 bis 2,5. Das Verhältnis kann eingestellt werden, um die Anforderungen an den elektrischen Oberflächenwiderstand in einer spezifischen Anwendung zu erfüllen. Im Allgemeinen führt ein höherer Anteil des leitenden Bestandteils zu einem geringeren Oberflächenwiderstand der Endbeschichtung. Die Mischung gemäß der vorliegenden Erfindung führt zu gefärbten Beschichtungen, welche einen elektrischen Oberflächenwiderstand von weniger als 10¹⁰ Ω (Ohm), vorzugsweise weniger als 10⁸ Ω (Ohm), aufweisen. Dieser Oberflächenwiderstand ist ausreichend gering für eine Vielzahl an Anwendungen, welche antistatische Eigenschaften einer Oberfläche erfordern.
Die nicht-leitende wärmehärtende Pulver-Beschichtungs-Zusammensetzung in der erfindungsgemäßen Mischung kann jede wärmehärtende Pulver-Beschichtungs-Zusammensetzung sein. Das Pulver kann gefärbt oder transparent, zum Beispiel eine klare Beschichtung, sein.
Die Pulver-Zusammensetzungen, welche zum Beispiel verwendet werden können, sind diejenigen, welche auf Polyesterharzen, Epoxyharzen, Polyester/Epoxy-Hybridharz-Systemen, (Meth)acrylharzen und Polyurethanharzen basieren. Geeignete Vernetzungsharze für das System Bindemittel/Härter sind zum Beispiel di- und/oder polyfunktionelle Epoxide, Carbonsäuren, Dicyandiamid, Phenolharze und/oder Aminoharze in den üblichen Mengen. Die Zusammensetzungen können Bestandteile enthalten, welche in der Pulver- Beschichtungs-Technologie üblich sind, wie Pigmente und/oder Füllstoffe und weitere Additive.
Geeignete Pulver-Beschichtungs-Formulierungen sind zum Beispiel beschrieben in D. A. Bates „The Science of Powder Coatings" Band 1, Sita Technology, London, 1990. Oberflächen, welche beschichtet sind mit solchen Pulver-Beschichtungs-Materialien weisen im Allgemeinen einen elektrischen Oberflächenwiderstand von mehr als 10¹⁰ Ω (Ohm) auf.
Die leitfähige wärmehärtende Pulver-Beschichtungs-Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Mischung enthält hohe Konzentrationen an anorganischen oder organischen leitenden Füllstoffen und/oder Pigmenten. Solche Füllstoffe und/oder Pigmente können zum Beispiel Ruß, leitfähige polymere Materialien oder hell eingefärbte anorganische Pigmente sein. Wenn Ruß oder leitfähige polymere Materialien verwendet werden, sind die leitfähigen Pulver-Beschichtungs-Zusammensetzungen im Allgemeinen schwarz oder dunkel eingefärbt. Beispiele für leitfähige polymere Zusammensetzungen sind Polyanilin, Polypyrol oder Polythiophen oder deren Derivate. Für hell eingefärbte leitfähige Pulver-Beschichtungen können Metalloxide, Nichtmetalloxide, leitfähig beschichtetes Bariumsulfat oder Kaliumtitanat, dotiertes Zinndioxid, dotiertes Zinkoxid (dotiert zum Beispiel mit Aluminium, Gallium, Antimon, Bismuth) oder spezielle anorganische Pigmente verwendet werden. Beispiele von solchen speziellen anorganischen Pigmenten sind mit Metalloxiden beschichtete Glimmerplättchen wie mit Zinkoxid beschichtetes Glimmer, Glimmer, welches mit Antimon dotiertes Zinnoxid beschichtet ist, und welche in R. Vogt et. al. „Bright conductive Pigments with layer substrate structure", European Coatings Journal, Seite 706, 1997 beschrieben sind. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es bevorzugt, Ruß als leitfähigen Füllstoff zu verwenden. Das leitfähige Pulver-Beschichtungs-Material, welches für die erfindungsgemäßen Mischungen verwendet wird, enthält zwischen 1 und 20 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 2 und 10 Gew.-%, an leitfähigen Füllstoffen und/oder Pigmenten. Es ist darüber hinaus möglich, Mischungen von verschiedenen leitfähigen Füllstoffen und/oder Pigmenten zu verwenden, um die leitfähige Pulver-Beschichtungs-Zusammensetzung zu formulieren. Im Allgemeinen sollten Beschichtungen, welche ausgehend von der leitfähigen Pulver-Beschichtung ohne die Zugabe an nicht leitenden Pulvern hergestellt werden, einen elektrischen Oberflächenwiderstand von weniger als 10⁶ Ω (Ohm) oder zumindest eine um einen Faktor 10 niedrigeren Oberflächenwiderstand aufweisen als der gewünschte Oberflächenwiderstand der Oberflächen, auf welche die Mischung gemäß der Erfindung appliziert wurde. Das bedeutet, dass der leitfähige Bestandteil zum Beispiel einen elektrischen Oberflächenwiderstand von weniger als 10⁷ Ω (Ohm) haben muss, wenn die Mischung mit dem nicht leitenden Pulver einen Oberflächenwiderstand von weniger als 10⁸ Ω (OHm) aufweisen soll.
Das System Bindemittel/Härter der leitenden Pulver-Beschichtungs-Zusammensetzung kann dasselbe sein wie dasjenige für die nicht leitende Pulver-Beschichtungs-Zusammensetzung in der erfindungsgemäßen Mischung oder sie kann verschieden sein. Für einen ebenen Finish ist es bevorzugt, dasselbe System Bindemittel/Härter in der leitfähigen und der nicht leitfähigen Pulver-Beschichtungs-Zusammensetzung der Mischung zu verwenden.
Es ist möglich, die Farbe des nicht leitenden Materials der Pulver-Mischung und des leitenden Pulvers einzustellen, wenn hell gefärbte leitfähige Pigmente oder Füllstoffe verwendet werden, um eine gleichförmige Beschichtungsfarbe zu ergeben. Allerdings ist es darüber hinaus auch möglich und bevorzugt, ein schwarzes leitfähiges Pulver in Kombination mit nicht leitfähigen Pulvern, welche ein verschiedene Farbe, zum Beispiel weiß, grau, rot oder gelb aufweisen, zu benutzen. Solche Mischungen werden eine Beschichtung mit einem Sprüheffekt erzeugen, da die individuellen Farben der Pulver mehr oder weniger von dem menschlichen Auge sichtbar sind. Solche Beschichtungen führen zu attraktiven Finishen, welche für eine Vielzahl an Anwendungen geeignet sind.
Die leitenden und die nicht leitenden wärmehärtenden Pulver-Beschichtungs-Material, welche für die Mischung gemäß der Erfindung erforderlich sind, können durch bekannte Technologien zur Herstellung von Pulver-Beschichtungen erhalten werden wie beispielsweise durch bekannte Extrusions-/Mahltechniken, durch Sprühverfahren, zum Beispiel aus überkritischen Lösungen oder durch Schmelzatomisation oder durch Suspensions-/Dispersionsverfahren, wie zum Beispiel einem nicht-wässrigen Dispersionsprozess.
Die Pulver-Materialien, welche für die Mischung gemäß der Erfindung verwendbar sind, haben zum Beispiel eine mittlere Partikelgröße von 10 bis 100 μm, vorzugsweise von 15 bis 50 μm. Die leitfähigen und die nicht leitfähigen Pulver-Materialien können dieselbe Partikelgröße und dieselbe Partikelgrößenverteilung aufweisen. Es ist darüber hinaus möglich, Pulver- Materialien zu mischen, welche verschiedene mittlere Partikelgrößen oder verschiedene Partikelgrößenverteilungen aufweisen. Eine identische Partikelgrößenverteilung für alle Bestandteile der erfindungsgemäßen Mischung ist bevorzugt. Es ist darüber hinaus bevorzugt, Pulver-Materialien auszuwählen für die Mischung, welche eine ähnliche spezifische relative Dichte aufweisen, Die Mischung gemäß der Erfindung kann hergestellt werden durch Standardmischungsvorrichtungen, welche homogene Mischungen von Pulvern ergeben wie zum Beispiel Trommelmischer, rotierende Flügelmischer mit hoher Scherrate oder kontinuierliche Mischer. Es ist darüber hinaus möglich, spezielle Mischer möglicherweise bei erhöhten Temperaturen zu verwenden, welche üblicherweise verwendet werden, um Pigmente in Pulverbeschichtungen einzuarbeiten. Wenn solche Mischer verwendet werden, werden die unterschiedlichen Pulver-Materialien zumindest teilweise miteinander verbunden, welches für einige Anwendungen bevorzugt sein kann.
Die erfindungsgemäße Mischung kann auf verschiedene Substrate wie Metalle, Kunststoffe, Holz oder Holzverbundstoffe durch bekannte Pulver-Applikations-Technologien aufgebracht werden, zum Beispiel durch elektrostatische Sprühverfahren unter Verwendung von Korona oder Tribo-Ladung. Es ist darüber hinaus möglich, die Pulver-Mischung in der Form einer wässrigen Dispersion oder einer pulverförmigen Aufschlämmung zu verwenden.
Das Substrat wird dann durch geeignete Vorrichtungen auf Temperaturen erwärmt, welche es erlauben, dass die Pulver-Beschichtung ausfließt und härtet. Die Temperatur und die Zeit, welche für das Schmelzen und Härten erforderlich ist, hängt von dem System Bindemittel/Härter, welches in der Pulver-Beschichtungs-Formulierung verwendet wird, ab. Übliche Bedingungen sind zum Beispiel Temperaturen von 160°C für 20 Minuten, wenn Konvektionsöfen verwendet werden, um die Substrate aufzuwärmen, Signifikant kürzere Zeiträume können erreicht werden, wenn Infrarot- oder Nahe-Infrarot(NIR)-Strahlung verwendet wird, um die Pulver-Beschichtungen zu schmelzen und zu härten. Es ist darüber hinaus möglich, Pulver-Beschichtungen zu formulieren, welche durch UV-Strahlung gehärtet werden können. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass sowohl das leitfähige und das nicht leitfähige Material der Pulver-Mischung durch UV-Strahlung gehärtet werden kann.
Übliche Filmdicken der Beschichtung nach dem Härten sind zum Beispiel zwischen 20 und 150 μm. Es ist ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass der Oberflächenwiderstand der Beschichtung nicht von der Filmdicke abhängt, welche in vielen Anwendungen kritisch ist, in welchen Unterschiede in der Filmdicke nicht verhindert werden können. Im Allgemeinen ist eine Beschichtungsdicke zwischen 50 und 100 μm bevorzugt.
Die erfindungsgemäßen Pulver-Beschichtungen erzeugen Oberflächen in verschiedenen Farben mit einem attraktiven ebenen Finish und einem niedrigen und reproduzierbaren Oberflächenwiderstand, wodurch sie für die Verwendung als antistatische Beschichtung geeignet sind. Der Grad an Glanz kann durch herkömmliche Pulver-Beschichtungs-Technologie eingestellt werden.
Die folgenden Beispiele verdeutlichen weiter die Erfindung:
Der elektrische Oberflächenwiderstand der Beschichtungen wurde gemessen mit dem „Test Kit for Static Control Surfaces", hergestellt durch 3M, welcher den Erfordernissen des Standards EOS/ESD-S4.1-1990 erfüllt.
Herstellung einer leitfähigen Pulver-Beschichtung
Beispiel 1
Eine Mischung, bestehend aus 16 Gew.-% Epoxyharz, 42 Gew.-% Polyesterharz, 37 Gew.-% Bariumsulfat, 3,5 Gew.-% Ruß und 1,5 Gew.-% an Fließ- und Entgasungsmitteln, wird innig miteinander vermischt und bei einer Temperatur zwischen 110 und 140°C extrudiert. Das Extrudat wird in ein feines schwarzes Pulver mit einer mittleren Partikelgröße von 38 μm gemahlen.
Das Pulver-Material wird einer elektrostatischen Sprühapplikation auf einem Stahlpaneel zugeführt und wird dann für 10 Minuten bei 200°C gehärtet. Die erhaltene Beschichtung weist einen elektrischen Oberflächenwiderstand von 10⁴ bis 10⁵ Ω (Ohm) gemessen bei 110 V und einer Beschichtungsdicke von 90 μm auf.
Erfindungsgemäße Mischungen
Beispiel 2
Das leitfähige Pulvermaterial aus Beispiel 1 wird innig in einem Trommelmischer mit einem herkömmlichen blauen Polyester/Epoxy-Hybrid-Pulver in einem Verhältnis von 20/80 (gewichtsbezogen) gemischt. Die resultierende Mischung wird durch eine elektrostatische Sprühapplikation auf ein Stahlpaneel appliziert und dann für 10 Minuten bei 200°C gehärtet. Ein blauer ebener Finish mit schwarzen Spritzern wird erhalten, welcher einen Oberflächenwiderstand von 10⁵ bis 10⁶ Ω (Ohm) aufweist, wenn dieser bei 100 V und einer Beschichtungsdicke von 90 μm gemessen wird.
Beispiel 3
Das leitfähige Pulvermaterial aus Beispiel 1 wird innig in einem Trommelmischer mit einem herkömmlichen roten Polyester/Epoxy-Hybrid-Pulver in einem Verhältnis von 30/70 (gewichtsbezogen) gemischt. Die resultierende Mischung wird durch eine elektrostatische Sprühapplikation auf ein Stahlpaneel appliziert und dann für 10 Minuten bei 200°C gehärtet, Ein roter ebener Finish mit schwarzen Spritzern wird erhalten, welcher einen Oberflächenwiderstand von 10⁵ bis 10⁶ Ω (Ohm) aufweist, wenn dieser bei 100 V und einer Beschichtungsdicke von 60 μm und 100 μm gemessen wird.

Claims

Mischung einer Pulver-Beschichtungszusammensetzung, umfassend – eine oder mehrere nicht-leitende wärmehärtende Pulver-Beschichtungs-Zusammensetzungen, und – eine oder mehrere leitende wärmehärtende Pulver-Beschichtungszusammensetzungen in einem Verhältnis zwischen 2,5 bis 95 und 95 bis 2,5.
Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung einen elektrischen Oberflächenwiderstand des beschichteten Substrats von weniger als 10¹⁰ Ohm bewirkt.
Mischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-leitende wärmehärtende Pulver-Beschichtungszusammensetzung einen elektrischen Oberflächenwiderstand des beschichteten Substrats von mehr als 10¹⁰ Ohm bewirkt.
Mischung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende wärmehärtende Pulver-Beschichtungszusammensetzung 1 bis 20 Gew.-% von leitenden Füllstoffen und/oder Pigmenten enthält.
Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende wärmehärtende Pulver-Beschichtungszusammensetzung als leitende Füllstoffe und/oder Pigmente Ruß, leitende polymere Materialien und/oder leitende helle anorganische Pigmente enthält.
Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende wärmehärtende Pulver-Beschichtungszusammensetzung einen elektrischen Oberflächenwiderstand des beschichteten Substrats von weniger als 10⁶ Ohm bewirkt.
Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch Strahlung von nahem Infrarot (NIR) oder durch UV-Strahlung härtbar ist.
Verwendung der Mischungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 für die Herstellung von Beschichtungen mit antistatischen Eigenschaften.
Beschichtetes Substrat, worin die Beschichtung ausgehend von einer Mischung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 erhalten wird.
Ein Verfahren für die Herstellung einer Pulver-Beschichtungszusammensetzung, umfassend den Schritt des Mischens von bis zu 95 Gew.-% einer oder mehrerer nicht-leitender wärmehärtenden Pulver-Beschichtungszusammensetzungen mit bis zu 95 Gew.-% einer oder mehrerer leitender wärmehärtenden Pulver-Beschichtungszusammensetzungen.