JP2002530183A - 粉末ラッカーを硬化する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
非金属の基材上の粉末ラッカーを硬化することに関する。
的コーティングは、工程の効率が高く、また環境保護の点からの評価が良好であ
るので、広範な応用分野を獲得している。様々な分野での用途のために多数の粉
末ラッカー処方物が開発されている。これまで利用可能な粉末ラッカーの硬化方
法では、粉末ラッカー処方物のガラス転移温度および/または融点を越える温度
に加熱することにより、基材に付着している粉末が最初に融解されることが必要
である。熱源としては、例えば対流オーブン、赤外放射線またはこれら双方の組
み合わせが使用される。熱で硬化する系の場合、粉末コーティングは、コートす
べき対象全体を140〜200℃の温度に約10〜30分間にわたって加熱する
ことにより典型的に硬化される。
は紫外放射線によって数秒以内で硬化される。粉末ラッカーは、ラジカル反応機
構または陽イオン反応機構に従う二重結合または環状エーテルの重合によって通
常硬化される。
0〜30分にわたって高い温度が必要になり、一方、この高い温度は、木材また
はプラスチックのような温度感受性を有する表面のコーティングを可能にせず、
他方この高温は金属成分に対してはかなりの大きさのエネルギーを必要とする。
UV硬化性の粉末ラッカーを使用すると、まず最初に粉末が加熱によって融解さ
れ、次いで第2段階でUV放射線で硬化されねばならないので、2つのプロセス
段階が必要になる。さらに、色彩を付与する成分によってUV放射線が吸収され
、またこれによってコーティングの完全な硬化が一層困難になるので、コーティ
ング厚さがより大きい、顔料の添加された粉末ラッカーを硬化するのは困難であ
る。
大きい放射線を発生する最近開発された技術は、ラッカー組成物を硬化する一層
の可能性を提供する。しかしながら、分析化学またはプロセス制御の分野で用い
られるNIR放射線強度は、基材を加熱しまたはラッカーの架橋のような化学反
応を開始するのに十分でない。
r in seconds")(Kai Baer, JOT 2/98)という文献には、粉末ラッカーは、基
材を実質的に加熱することなく強度の大きなNIR放射線によって硬化されるこ
とができると述べられている。NIR技術は、慣用の熱硬化および/または上記
のUV硬化の欠点をともなわずに、単一なプロセス段階で粉末ラッカーが融解さ
れかつ硬化されることを可能にする。ラッカーコート全体の均一な加熱および放
射線の金属表面上の反射が達成される。この硬化方法にとって特に好適である粉
末ラッカー、そして特に、NIR放射線による硬化のための特別誂えの粉末ラッ
カーを開発できる方法は記載されていない。
するのに特に好適である粉末ラッカーバインダーが記載されている。このバイン
ダーによってつくられる粉末ラッカーの吸収性、および硬化特性およびコーティ
ングの特性に対する吸収性の影響については記載が無い。
た粉末ラッカーは、NIR硬化において吸収性にかなりの差異を示すであろう。
放射線強度および照射時間が同一である条件の下で、ラッカーフィルムの加熱速
度が異なり硬化速度が異なるのが認められる。例えば、先行技術に相当する市販
の慣用の白い粉末ラッカー(Durotherm AL93-9010、Herberts Pulverlack GmbH
)は、慣用される市販のNIR放射線源(Messrs Industrie SerVisから得るこ
とができる)で照射される時、30秒で完全に硬化するが、先行技術に相当する
、バインダーの基材が同一である市販の慣用の黒い粉末ラッカー(Durotherm AL
93-9017、Herberts Pulverlack GmbH)は同一の照射条件で5秒の硬化時間を達
成する。
他のラッカー成分に関わりなくNIR放射線の助けをかりて、事実上同一の硬化
時間および基材の表面温度で粉末ラッカーを硬化することを可能にする、粉末ラ
ッカーを硬化する方法を提供することである。さらに、例えばフィルム厚さまた
はコートすべき基材のような所望の施用条件に吸収特性を適合させることができ
るように粉末ラッカーのNIR範囲の吸収条件を調整することが可能であるべき
である。
めに、組成物の硫酸バリウムおよび/または酸化アルミニウムおよび/またはカ
ーボンブラックの含有率を変更することにより変化されそして/あるいは適合さ
れうることが示されている。
末ラッカーの吸収性を調整するために、特に硬化時間および/または粉末ラッカ
ーでコートされた基材の表面温度を制御するために、硫酸バリウム、酸化アルミ
ニウムおよび/またはカーボンブラックを使用することを提案する。
線(NIR放射線)によって照射して粉末ラッカーを硬化する方法を提供し、こ
の方法は、粉末ラッカーでコートされた基材の硬化時間および/または、ある硬
化時間にわたって放射線で得ることができる表面温度が、粉末ラッカーの硫酸バ
リウムおよび/または酸化アルミニウムの含有率を粉末ラッカー組成物全体に対
して1〜50重量%に設定し、そして/あるいは粉末ラッカーのカーボンブラッ
クの含有率を粉末ラッカー組成物全体に対して0.1〜5重量%に設定すること
により制御されることを特徴とする。
全体の含有率が50重量%を越えず、もしカーボンブラックが追加的に存在する
ならば、硫酸バリウムおよび/または酸化アルミニウムのカーボンブラックを含
めた全体の含有率が55重量%を越えない。
クの含有率は、粉末ラッカーの全組成物の吸収性に決定的な影響を与え、特定の
目的にあわせてNIR硬化特性を設定することを可能にする。例えば、硫酸バリ
ウムおよび/または酸化アルミニウムおよび/またはカーボンブラックの含有率
を増大させることにより、NIRの波長範囲内の放射線に対する粉末ラッカー組
成物の吸収能力は著しく増大し、また放射線が一定という条件で、より高い表面
温度およびより短い硬化時間が達せられるであろう。
ることができる。基材の加熱を最少化するために、基材に応じて、例えばラッカ
ーフィルム中での放射線の吸収を増加させるのが好ましいであろう。これらの場
合、硫酸バリウムおよび/または酸化アルミニウムおよび/またはカーボンブラ
ックの含有率が、上記した量の範囲の例えば上方(重量%)に増大されている処
方物が好ましい。
しそして硬化することを確実にするために、NIR吸収を減少させることが必要
であろう。NIR吸収が大き過ぎる場合、すべての放射線がラッカーフィルムの
表面に吸収され、これは劣悪な流れを生じまた基材表面上のコーティングの不完
全な硬化につながる。
クの含有率が、上記した量の範囲の例えば下方(重量%)に減少されている粉末
ラッカー組成物は、このような応用にとって好適である。
にするために、粉末ラッカー組成物の高NIR吸収が好ましいであろう。このた
め、硫酸バリウムおよび/または酸化アルミニウムおよび/またはカーボンブラ
ックの増大された含有率が用いられる。
5〜35重量%の含有率の硫酸バリウムおよび/または酸化アルミニウム、およ
び/または0.1〜5重量%の含有率のカーボンブラックを使用することは、粉
末ラッカーの組成を本発明に従って設定するのに好適である。
クは、これらへの変更、粒子の寸法そしてさらに構造上および構成上場合によっ
てある差異と関わりなく使用できることが示されている。 例えば、樹脂、顔料および添加剤のような粉末ラッカーの残りの成分もまた、
組成物全体のNIR吸収性に寄与する。ただし、この寄与は、本発明に従う硫酸
バリウムおよび/または酸化アルミニウムおよび/またはカーボンブラックの含
有率より断然小さい。
を既に含有する粉末ラッカーであるならば、粉末ラッカー組成物中の硫酸バリウ
ムおよび/または酸化アルミニウムおよび/またはカーボンブラックの含有率の
変化は、他の顔料および/または充填剤によっても埋め合わされることができる
。例えば硬化時間を延長するために硫酸バリウムおよび/または酸化アルミニウ
ムの含有物は、NIR放射線の極めて低い吸収を示す他の充填剤によって部分的
に置き換えられうる。このような顔料および/または充填剤は、例えば炭酸カル
シウム、二酸化チタン、水酸化アルミニウム、ドロマイトおよびタルクであって
よい。
彩の僅かな変化を補償するために顔料を適合させることも場合によっては必要で
あろう。カーボンブラックの含有率の変化は色彩のかなり大きな変化をもたらす
であろう。
化剤系、例えば低分子量のエポキシまたはヒドロキシアルキルアミド硬化剤を含
むポリエステル樹脂、エポキシ/ポリエステルハイブリッド系、ジシアノジアミ
ド硬化剤、カルボン酸硬化剤あるいはフェノール硬化剤を含むエポキシ樹脂、あ
るいはやはりカルボン酸硬化剤またはカルボン酸無水物硬化剤を含むエポキシ官
能化されたアクリレート樹脂、そして慣用の顔料および/または充填剤そして例
えば流動制御剤、脱ガス補助物質、テクスチャー付与剤のような慣用の添加剤で
ある。慣用の有機または無機顔料を使用して本発明の粉末ラッカー処方物に顔料
添加することができる。
ことができ、硫酸バリウム、酸化アルミニウムおよび/またはカーボンブラック
の添加物は残余の粉末成分と慣用の方法で混合されてよくあるいは例えばバイン
ダーおよび/または硬化剤のように粉末成分中に含められてよい。 粉末はコートすべき基材に、例えば Corona または Tribo 噴霧ガンの助けに
よって既知の静電噴霧法によってあるいは粉末を施すための他の好適な方法によ
って施されてよい。
面温度が2000〜3000Kである慣用の高エネルギーのNIRラジエータに
よって照射されてよく、発光スペクトルが750〜1200nmに最大値を有する
ラジエータが例えば好適であり、出力は例えば1W/cm2より大きく、好ましく
は10W/cm2より大きく、照射時間は例えば1〜300秒である。照射に際し
て、粉末は最初に融解し次いで例えば1〜300秒の期間で硬化する。
うな慣用の熱源との組み合わせを使用することもできる。必要なら、NIR放射
線用の反射器の助けをかりて3次元物体の均一な照射を達成することも可能であ
る。
い硬化速度が必要であるコーティング作業のために、温度感受性の基材をコート
するのに特に好適である。温度感受性物質の例は、天然の木材のまたは木材をベ
ースとする材料の表面、プラスチックの表面または、液体または潤滑剤のような
感熱性成分をさらに含む金属部分である。慣用の金属基材もまたコートされるこ
とができる。
ティングそして鉄鋼構造物、橋梁、船舶のようにオーブン内で加熱されることが
できない大きな表面積を有する部材上のコーティングもまた行われる。 本発明に従う方法はコーティング速度が>100m/分であるコイルコーティ
ング法のために使用されることもできる。
硬化の様態を制御可能にし、コートされた基材の表面温度を制御可能にすること
ができる。異なる色彩またはバインダー系を有する粉末ラッカーは、同一の条件
でNIR放射線によって硬化されることができ、この方法によって、コーティン
グ設備で異なる粉末ラッカーを使用する時に粉末ラッカーを処理する者に対して
かなりの利益が与えられる。従って、例えば硬化時間または放射線源の強度のよ
うな設備パラメーターを色彩に合致するように複雑に適合させる必要なしに、粉
末の処理に際して色彩を迅速に変更することができる。
カーボンブラックによって変性される粉末ラッカーは、NIR放射線による硬化
方法のために有利に使用されることができ、質の優れたコーティングが生まれる
。
そして粉砕することによる粉末ラッカーの製造にとって慣用の方法によってコー
ティング用の粉末に転換した。粉末は、Corona 噴霧ガンを使用してアルミニウ
ムの試験シートに同一のフィルム厚さで静電的に施した。硬化は、Messrs Indus
trie SerVisによって供される、最大出力が400kw/m2であるNIRラジエー
タを装備したコイルライン上で行った。放射強度およびラジエータと基材表面と
の距離は一定に保持した。照射時間はコイルの速度を変化させることにより変え
た。表にはコーティングが完全に硬化されるコイル速度に対応する照射時間(硬
化時間)を記載する。硬化の基準として機械的特性および耐溶媒性を測定し、循
環空気オーブン内で慣用の方法で高温で加熱された同じ処方物の試料と比較した
。表に示す硬化時間は、参照試料の特性が得られたコイル速度に対応する。
要な成分の濃度を一定に保つように処方中で二酸化チタンと交換することにより
、硫酸バリウム、酸化アルミニウムおよびカーボンブラックの含有率の変更を行
った。すべての量を重量%で示す。
c.』で表す。この場合、過度に長い照射時間で流動の問題または膨れが生じ、フ
ィルムは硬化しない。
耐候性粉末ラッカー 全処方物は、57%のポリエステル樹脂、5.2%のAraldit PT 910硬化剤お
よび4.5%の流動制御および脱ガスの薬剤を含有する。赤色の粉末ラッカーに
は無機の赤色顔料を1%添加し、黄色の粉末ラッカーには無機の黄色顔料を2%
添加した。
び1.4%の脱ガスおよび流動制御の薬剤を含有する。
の流動制御および脱ガスの薬剤および3%の青色の有機色素を含有する。
Claims (6)
- 【請求項1】 基材を粉末ラッカーでコートしそして近赤外線の範囲の放射
線(NIR放射線)によって照射して粉末ラッカーを硬化する方法であって、粉
末ラッカーでコートされる基材の硬化時間および/またはある硬化時間にわたっ
て放射線で得ることができる表面温度が、粉末ラッカーの硫酸バリウムおよび/
または酸化アルミニウムの含有率を粉末ラッカー組成物全体に対して1〜50重
量%に設定し、そして/あるいは粉末ラッカーのカーボンブラックの含有率を粉
末ラッカー組成物全体に対して0.1〜5重量%に設定することにより制御され
ることを特徴とする硬化方法。 - 【請求項2】 5〜35重量%の硫酸バリウムおよび/または酸化アルミニ
ウムが使用されることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 強度分布の最大値が750〜1200nmの波長範囲にあるN
IR放射線が使用されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。 - 【請求項4】 照射および硬化がそれぞれ1〜300秒の時間にわたって実
施されることを特徴とする請求項1〜3に記載の方法。 - 【請求項5】 近赤外線範囲の放射線(NIR放射線)によって照射するこ
とにより硬化する時に、粉末ラッカーの吸収性を制御するための硫酸バリウム、
酸化アルミニウムおよび/またはカーボンブラックの使用。 - 【請求項6】 近赤外線範囲の放射線(NIR放射線)によって照射するこ
とにより基材を硬化する時に、粉末ラッカーでコートされる基材の硬化時間およ
び/または表面温度を制御するための硫酸バリウム、酸化アルミニウムおよび/
またはカーボンブラックの使用。
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