Смесь для антистатического порошкового покрытия и покрытие на ее основе

 

Смесь для порошкового покрытия, применяемая для получения антистатических покрытий, которая включает от 5 до 95 мас.% одного или нескольких непроводящих термически отверждаемых порошкообразных материалов и от 95 до 5 мас.% одного или нескольких проводящих термически отверждаемых порошкообразных покрывающих материалов, содержащая от 1 до 20 мас.% проводящих наполнителей и/или пигментов, а данная смесь выполнена с возможностью отверждения излучением в ближнем ИК-диапазоне или УФ-излучением. 2 с. и 5 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к смеси для порошкового покрытия и полученным с ее применением покрытым поверхностям с антистатическими свойствами.

Термически отверждаемые порошковые покрытия используются в качестве защитных или декоративных отделок во многих областях техники. Легкость нанесения, низкий уровень выбросов и отходов являются главными преимуществами порошковых покрытий при их применении. Обычно порошковые покрытия наносят с использованием процессов электростатического распыления. Порошок заряжается посредством трения или коронного разряда и затем наносится на субстрат, на котором он закрепляется за счет электростатических сил. Субстрат нагревается до температуры выше точки размягчения порошкового покрытия. Затем порошковое покрытие плавится и образует непрерывную пленку на субстрате. При последующем нагреве начинаются реакции сшивки покрывающей композиции. После охлаждения получается долговечное гибкое покрытие.

В некоторых областях применения желательно, чтобы покрытые поверхности имели низкое электрическое сопротивление поверхности, чтобы обеспечить антистатические или даже электропроводящие свойства. Примером является фурнитура, используемая в областях сборки электронного оборудования, обкладочный материал или оборудование, используемое в области взрывозащиты, контейнеры или корпуса для электронного оборудования и др. Технические стандарты на проводимость поверхности материалов, применяемых в отраслях, где эксплуатируются устройства, чувствительные к электростатическому разряду, можно найти, например, в Европейском стандарте EN 100 015-1 или в Шведском стандарте SP-Method 2472.

Традиционно, антистатические или электропроводящие свойства достигаются за счет нанесения жидкой краски, которая содержит значительное количество проводящей добавки, такой как сажа, специально покрытые пигменты или порошки металлов.

Были предприняты значительные усилия, чтобы увеличить электропроводность порошковых покрытий, чтобы обеспечить применение порошковых покрытий в указанных выше областях. Например, в патентном документе CN 1099779 описана рецептура с добавлением в порошковое покрытие проводящих микрочастиц, подобных графиту, ацетиленовой саже или оксиду цинка, в относительно высоких концентрациях. Этот способ обладает тем недостатком, что с покрытиями, содержащими графит или ацетиленовую сажу, обычно не удается получить слой светлого цвета. С другой стороны, при высоком содержании наполнителей светлого цвета, подобных оксиду цинка, получаются покрытия, имеющие плохую воспроизводимость электропроводности (см. публикацию Н.Г. Щибря и др. Антистатические декоративные покрытия на основе порошкового покрытия (Электрон, Россия)// Лакокрасочные материалы и их применение, 1996, №12, с.19-20, и цитированные в ней ссылки). В этой публикации описаны проводящие покрытия с весьма высоким содержанием металлических порошков. Такие композиции порошкового покрытия имеют очень высокий удельный вес, и поэтому их трудно нанести на субстрат. Кроме того, при применении дисперсных металлических порошков возникает проблема безопасности в процессе производства и нанесения порошков.

В заявке на патент Германии DE-A-19809838 описана добавка проводящих полимерных материалов, для того чтобы повысить электропроводность поверхности, покрытой порошком. В этом случае, эти полимеры имеют черный или темный цвет, что приводит к порошковым покрытиям темного цвета.

В патенте США № 4027366 описано нанесение смесей порошков, которые имеют различные величины диэлектрической постоянной, в результате чего один порошкообразный материал является проводящим металлом или неметаллом. Целью изобретения по этому патенту было получение многослойного покрытия в одну стадию. Не упоминается получение покрытий с антистатическими свойствами или с низким электросопротивлением поверхности.

В основу настоящего изобретения положена задача разработать порошковое покрытие, которое бы обладало низким и воспроизводимым электрическим сопротивлением поверхности покрытого им субстрата, и обеспечивало бы возможность получения различного цвета и легко наносилось бы даже при изменении толщины пленки покрытия.

Задача решается за счет того, что в рамках изобретения предложены смеси традиционных, возможно окрашенных, непроводящих термически отверждаемых материалов порошкового покрытия с термически отверждаемыми материалами порошкового покрытия с высокой проводимостью. Соотношение материалов порошкового покрытия с проводимостью и без проводимости в смеси изобретения может находиться между 5:95 и 95:5. Это соотношение можно регулировать, для того чтобы удовлетворить требованиям электрического сопротивления поверхности в конкретной области применения. Вообще, повышенное содержание проводящего компонента в смеси дает пониженное электрическое сопротивление покрытой ею поверхности. Смесь согласно изобретению позволяет получить окрашенные покрытия, поверхность которых имеет электрическое сопротивление меньше чем 10¹⁰ Ом, предпочтительно меньше 10⁸ Ом. Это электрическое сопротивление поверхности является достаточно низким, что позволяет его использовать для многих областей применения, в которых требуются антистатические свойства поверхности.

В качестве непроводящего термически отверждаемого материала порошкового покрытия в смеси согласно изобретению может быть использована любая термически отверждаемая композиция порошкового покрытия. Этот порошок может быть окрашенным или прозрачным. Получаемое покрытие может быть, например, бесцветным покрытием.

Порошковые композиции, которые могут быть использованы согласно изобретению представляют собой композиции, например, на основе полиэфирных смол, эпоксидных смол, гибридных полиэфир/эпоксидных смолистых систем, (мет)акриловых смол, полиуретановых смол. Подходящие сшивающие смолы для системы связующий/отверждающий агент представляют собой, например, ди- и/или полифункциональные эпоксиды, карбоновые кислоты, дицианамид, фенольные смолы и/или аминные смолы, в обычных количествах. Эти композиции могут содержать компоненты, традиционные для технологии порошковых покрытий, такие как пигменты и/или наполнители и другие добавки.

Подходящие рецептуры порошковых покрытий описаны, например, в книге D.A. Bates. The science of powder coatings, v. 1, Sita Technology, London, 1990. Поверхности, которые покрыты такими порошковыми покрывающими материалами, обычно имеют электрическое сопротивление поверхности больше чем 10¹⁰ Ом.

Проводящая термически отверждаемая композиция смеси согласно изобретению содержит значительные количества неорганических или органических проводящих наполнителей и/или пигментов. Такими наполнителями и/или пигментами могут быть, например, сажа, проводящие полимерные материалы, или неорганические пигменты светлого цвета. Если используется сажа или проводящие полимерные материалы, тогда проводящие полимерные материалы обычно имеют черный или темный цвет. Примерами проводящих полимерных материалов являются полианилин, полипиррол или политиофен и их производные. Для проводящих порошковых покрытий светлого цвета могут использоваться оксиды металлов, оксиды неметаллов, сульфат бария или титанат калия с проводящим покрытием, легированный диоксид олова, легированный оксид цинка (например, легированный алюминием, галлием, сурьмой, висмутом), или могут использоваться специальные неорганические пигменты. Примерами таких специальных неорганических пигментов являются пластинки слюды, покрытые оксидом металла, например слюда, покрытая оксидом цинка, слюда, покрытая диоксидом олова, легированным сурьмой, и те, что приведены в статье R. Vogt et. al. Bright conductive pigments with layer substrate structure, Europ. Coating J., p. 706, 1997. Из экономических соображений в качестве проводящего наполнителя предпочтительно использовать сажу. Материал проводящего порошкового покрытия, пригодный для смесей согласно изобретению, содержит между 1 и 20 вес.%, предпочтительно между 2 и 10 вес.%, проводящих наполнителей и/или пигментов. Также возможно использование смеси различных проводящих наполнителей и/или пигментов, чтобы разработать рецептуру материала, проводящего порошкового покрытия. В целом покрытия, полученные из проводящего порошкового покрытия, без добавления непроводящих порошков, должны иметь электрическое сопротивление поверхности меньше чем 10⁶ Ом, или, по меньшей мере, в 10 раз ниже, чем желательное поверхностное сопротивление поверхности, на которую наносится смесь согласно изобретению. Это означает, что проводящий компонент должен иметь электрическое сопротивление поверхности, например, меньше чем 10⁷ Ом, если смесь с непроводящими порошками должна иметь электросопротивление поверхности меньше чем 10⁸ Ом.

В смеси согласно изобретению система связующий/отверждающий агент проводящего порошкового материала может быть той же самой, что и для непроводящего порошкового материала, или может быть другой. Для гладкой отделки предпочтительно используют одну и ту же систему связующий/отверждающий агент в проводящем и непроводящем порошковом материале смеси.

Возможно согласование цвета непроводящего материала порошковой смеси и проводящего порошка, когда для создания равномерного цвета покрытия используются проводящие пигменты или наполнители светлого цвета. Однако также возможно и предпочтительно использовать черный проводящий порошок в сочетании с непроводящим порошком, который имеет другой цвет, например белый, серый, красный или желтый. Из таких смесей будет получаться покрытие, производящее эффект нанесенного "с брызгами", поскольку индивидуальный цвет порошков будет более или менее видимым глазом человека. Такие покрытия обеспечивают эстетически привлекательную отделку, которая подходит для многих областей применения.

Проводящие и непроводящие материалы термически отверждаемых порошковых покрытий, которые требуются для смеси согласно изобретению, могут быть получены по известным технологиям производства порошковых покрытий, например, с использованием известных способов экструзии/измельчения, по способу распыления, например, из закритических растворов, или путем распыления расплава, или с использованием суспензионно/дисперсионных способов, например способа неводного диспергирования.

Порошкообразные материалы, применяемые для смеси согласно изобретению, имеют средний размер частиц, например от 10 до 100 мкм, предпочтительно от 15 до 50 мкм. Проводящие и непроводящие порошкообразные материалы могут иметь одинаковый средний размер частиц и то же самое распределение частиц по размеру. Кроме того, можно смешивать порошкообразные материалы, которые имеют различный средний размер частиц или различное распределение частиц по размеру. Предпочтительным является близкое распределение частиц по размеру для всех компонентов смеси согласно изобретению. Предпочтительно также выбирать для смеси порошкообразные материалы, которые имеют близкое значение удельного веса.

Смесь согласно изобретению может быть получена с использованием стандартного оборудования для смешения, такого как смеситель с опрокидыванием, вращающийся лопастный смеситель с высоким сдвигом или непрерывные смесители, в которые поступает гомогенная смесь порошков. Также возможно использование специальных смесителей при незначительно повышенной температуре, которая обычно применяется для связывания пигментов с порошковыми покрытиями. Если применяются такие смесители, то различные порошкообразные материалы, по меньшей мере, частично связываются между собой, что может быть выгодным для некоторых областей применения.

Смесь согласно изобретению может наноситься на различные субстраты, такие как металлы, пластические массы, древесина или деревянные композиции, с использованием известной технологии нанесения порошка, например, способом электростатического распыления с применением коронного или трибоэлектрического разряда. Кроме того, можно наносить порошкообразную смесь в виде водной дисперсии или порошкообразной суспензии.

Затем субстрат нагревают в соответствующем устройстве до температуры, при которой порошковое покрытие может растекаться и отверждаться. Выбор значений температуры и времени, необходимых для плавления и отверждения, будет зависеть от системы связующего/отверждающего агента, применяемой в рецептуре порошкового покрытия. Типичными условиями являются, например, температура 160°С в течение 20 мин, если для нагревания субстрата используется конвекционная печь. При использовании излучения в ИК- или ближнем ИК-диапазоне для плавления и отверждения порошкового покрытия потребуется значительно меньше времени. Кроме того, возможна разработка рецептуры порошкового покрытия, которая может быть отверждена УФ-излучением. В этом случае, предпочтительно, чтобы оба материала порошкообразной смеси, проводящего и непроводящего, могли быть отверждены УФ-излучением.

Типичная толщина пленки покрытия после отверждения составляет, например, от 20 до 150 мкм. Особым преимуществом настоящего изобретения является то, что поверхностное сопротивление покрытия не зависит от толщины пленки. Это является весьма существенным для многих областей применения, в которых нельзя избежать изменений толщины пленки. Обычно предпочтительная толщина пленки находится между 50 и 100 мкм.

Порошковые покрытия согласно изобретению придают поверхности различный цвет с привлекательной гладкой отделкой, низким и легко воспроизводимым значением сопротивления поверхности, что обеспечивает его использование в качестве антистатического покрытия. Степень блеска поверхности можно регулировать, используя известные технологии порошкового покрытия.

Изобретение дополнительно иллюстрируют следующие ниже примеры. Поверхностное электросопротивление покрытия измеряют с использованием “Набора для статического контроля поверхности”, поставляемого на рынок фирмой ЗМ, который соответствует требованиям стандарта EOS/ESD-S4.1-1990.

Для лучшего понимания признаков и преимуществ настоящего изобретения ниже приведены конкретные неограничивающие примеры его осуществления.

Пример 1

Получение проводящего порошкового покрытия осуществляют следующим образом.

Интенсивно перемешивают смесь, состоящую из 16 вес.% эпоксидной смолы, 42 вес.% полиэфирной смолы, 37 вес.% сульфата бария, 3,5 вес.% сажи и 1,5 вес.% бензоиновой смолы, и подвергают экструзии при температуре между 110 и 140°С. Продукт экструзии измельчают в дисперсный черный порошок со средним размером частиц 38 мкм.

Порошкообразный материал наносят аппликатором электростатического распыления на стальную панель и затем отверждают в течение 10 мин при температуре 200°С. Полученное покрытие имеет поверхностное электрическое сопротивление от 10⁴ до 10⁵ Ом, которое измерено при напряжении 100 В и толщине покрытия 90 мкм.

Пример 2

Смеси согласно изобретению получают следующим образом.

Проводящий порошкообразный материал из примера 1 интенсивно смешивают в барабанном смесителе с порошком, состоящим из полиэфира "Urulac P 5122" (представлен на рынке фирмой DSM) и эпоксидной смолы "Epicote 3003" (представлена на рынке фирмой Shell) в весовом соотношении 20/80. Полученную смесь наносят аппликатором электростатического распыления на стальную панель и затем отверждают в течение 10 мин при температуре 200°С. Получают гладкое синее отделочное покрытие с черными вкраплениями, которое имеет поверхностное электросопротивление от 10⁵ до 10⁶ Ом при измерении под напряжением 100 В при толщине покрытия 90 мкм.

Пример 3

Проводящий порошкообразный материал из примера 1 интенсивно смешивают в барабанном смесителе с красным порошком, состоящим из полиэфира "Uralac P 3560" (представлен на рынке фирмой DSM) и эпоксидной смолы "Epicote 3003" (представлена на рынке фирмой Shell) в весовом соотношении 30/70. Полученную смесь наносят аппликатором электростатического распыления на стальную панель и затем отверждают в течение 10 мин при температуре 200°С. Получают гладкое красное отделочное покрытие с черными вкраплениями, которое имеет поверхностное электрическое сопротивление от 10⁵ до 10⁶ Ом при измерении под напряжением 100 В и толщину покрытия 60 и 100 мкм.

Формула изобретения

1. Смесь для порошкового покрытия, которая включает от 5 до 95 вес.%, по меньшей мере, одной непроводящей термически отверждаемой порошкообразной покрывающей композиции и от 95 до 5 вес.%, по меньшей мере, одной проводящей термически отверждаемой порошкообразной покрывающей композиции, содержащей от 1 до 20 вес.% проводящих наполнителей и/или пигментов, причем данная смесь выполнена с возможностью отверждения излучением в ближнем ИК-диапазоне или УФ-излучением.

2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что содержит в качестве проводящих наполнителей и/или пигментов сажу, проводящие полимерные материалы и/или проводящие неорганические пигменты светлого цвета.

3. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что при нанесении на поверхность субстрата она обеспечивает электрическое сопротивление поверхности покрытого субстрата меньше, чем 10¹⁰ Ом.

4. Смесь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что при нанесении на поверхность субстрата входящая в ее состав непроводящая термически отверждаемая порошкообразная покрывающая композиция обеспечивает электрическое сопротивление поверхности покрытого субстрата больше, чем 10¹⁰ Ом.

5. Смесь по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что при нанесении на поверхность субстрата входящая в ее состав проводящая термически отверждаемая порошкообразная покрывающая композиция обеспечивает электросопротивление поверхности покрытого субстрата меньше, чем 10⁶ Ом.

6. Смесь по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью при нанесении на поверхность образовывать покрытие, имеющее антистатические свойства.

7. Покрытие субстрата, полученное нанесением на субстрат смеси по любому из пп.1-6.