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CN1395511A - 涂敷金属基底表面的方法 - Google Patents

涂敷金属基底表面的方法 Download PDF

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CN1395511A CN01803877A CN01803877A CN1395511A CN 1395511 A CN1395511 A CN 1395511A CN 01803877 A CN01803877 A CN 01803877A CN 01803877 A CN01803877 A CN 01803877A CN 1395511 A CN1395511 A CN 1395511A
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O·蒂勒
F·齐默曼
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EI Du Pont de Nemours and Co
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Abstract

金属表面用高能NIR辐射预处理、然后涂敷以一种粉末或液体涂料组合物、接着再使该涂料混合物固化或干燥。如此处理的金属表面呈现出较好的涂层附着力以及改善的外观与性能。此法的成本效果甚佳。

Description

涂敷金属基底表面的方法
                     发明背景
本发明涉及一种以粉末涂料或液体涂料涂敷金属基底的方法，包括对该基底表面的预处理。
本方法由于经济效益高，以及从环保的观点看又普遍接受，因此在金属的涂敷中，已广泛采用粉末涂料来提供装饰性或功能性的表面涂层。大批的粉末涂料组合物已被开发出来以供不同的用途。以粉末涂料涂敷的已知方法要求：待涂敷的金属表面必须经受一个成本很大、一般要含水的预处理过程。没有这样的预处理，粉末涂料层的附着力及至其防腐蚀的效果是不充分的。对涂敷含水或含溶剂的液体涂料，金属表面也需要这样昂贵的预处理。
在涂敷后，可以借助具有近红外(NIR)区波长的辐射，使粉末和液体涂料固化或干燥与固化。在粉末涂料方面，NIR技术能使粉末涂料的熔化与固化以单一的过程步骤完成，见K.Br，JOT 2/98，26-29页和WO 99/41323。可实现对整个涂敷层的均匀加热。这样的NIR固化过程也要求昂贵的预处理方法，以供在涂敷前对基底表面进行处理。
对钢或铝的预处理，一般包含至少几个处理步骤。首先，例如采用碱浸洗或喷洗方法去除油脂或其它杂质。然后间歇漂洗。接着通常再利用湿化学法在其表面上淀积上无机防腐蚀层(例如，对于钢为磷酸盐处理，对于铝为铬酸盐处理)。漂洗操作使用淡水或去矿化水，为了完全除去附着的反应化学制品，这一操作不可或缺。湿金属表面必须完全干燥后才涂敷粉末或液体涂料层，以避免涂层缺陷。对于涂敷粉末涂料金属表面的典型预处理方法的描述，见，例如，T.Molz，德国研究委员会粉末涂料会议录1966.9.23-24，201-207页。
以粉末或液体涂料涂敷前，对金属基底或金属部件的这种预处理，要求大的浸涂槽或喷涂室，涉及可观的投资和运行成本。在不同反应区所用的化学制品必须严格地保持分开，而用过的预处理溶液必须以高成本加以处理。如果在预处理中出现缺陷，那么在随后的涂敷中出现缺陷就不可避免。
                     发明概述
本发明的目的是，适当地提供一种以粉末或液体涂料组合物涂敷金属表面的方法。该方法免去在涂敷前对基底表面的昂贵的预处理。
利用一种如下方法可达此目的，这就是，用高强度NIR区辐射辐照金属表面，随后将此辐照过的金属表面涂敷以粉末及/或液体涂料组合物，再后对粉末或液体涂料层进行干燥及/或固化。
此方法的特征还在于，粉末涂料层或液体涂料层的干燥及/或固化，优选地是借助NIR或UV辐射来实现，更优选地是借助NIR辐射来实现。
                         发明详述
根据本发明，以高强度NIR辐射辐照未按通常方式作预处理的金属表面，此NIR辐射的波长一般为730-1200nm(近红外)。辐照可以以比如大于1W/cm2的强度进行，最好是大于100W/cm2，辐照的时间优选地为1-60秒，更优选地为1-10秒。总之，NIR预处理的持续时间可为0.5-300秒。
根据本发明以NIR对金属表面作预处理后，接着可以粉末或液体涂料组合物进行涂敷，这里做一层或多层涂敷要视情况适当而定。随后的涂敷层的干燥或固化，可利用涂敷行业中已知的方法照常进行。优选地，干燥或固化过程可借助NIR辐射或UV辐射来完成，更优选地可借助NIR辐射来完成。
根据本发明，对待处理金属表面不必做预处理，即不要求传统的预处理方法，诸如去油脂和钝化(例如磷酸盐处理、铬酸盐处理)。
根据本发明，在NIR预处理前，清除待处理金属表面上的机械杂质是有益的，如磨屑、镗屑、铣屑、毛边锈或灰尘。为除去这些杂质，可利用已知的机械方法，例如除去颗粒较大杂质和毛边锈的刷、真空或压缩空气洁净、“扫”以及喷砂。
根据本发明，由于用高能NIR辐射辐照，结果金属表面便会发生加热。这样的加热对于随后的粉末涂敷过程或对于液体涂料层的涂敷，没有负面的影响，而实际上却令人惊奇地导致涂敷操作的改善。
例如卤素灯，尤其是高性能的卤素灯，对根据本发明的方法中的预处理步骤是适合的，能用来作为NIR源。那些具有发射谱最大波长为730-1200nm的辐射发射器均都适合。
最好是在对金属表面作NIR预处理后，立即涂敷以热交联及UV固化的粉末涂料组合物，或基于水或含溶剂的液体涂料组合物。如另有要求，也可及时将根据本发明的预处理同随后的涂敷分开。
从根本上讲，所有方法都适合于粉末涂料组合物和液体涂料组合物的涂敷。关于粉末组合物，静电喷涂法，如同已知在电晕或磨擦过程(corona or tribo processes)中所用的，是特别优选的方法。也可以使用其它已知的粉末涂敷方法，例如以含水悬浮液或“粉末浆”的形式涂敷。液体涂料组合物可利用众所周知的浸涂或喷涂法涂敷到基底上。
已知惯用的热交联粉末可用作粉末涂料组合物。在这种情况下，热固化方法可用于对粉末涂料随后的固化处理，例如借助热对流炉或中等波长红外辐射来加热。
根据本发明作了预处理后，也可以涂敷能以UV辐射进行固化处理的粉末涂料组合物。对这些粉末涂料的描述见欧洲专利申请EP739922、EP 702067或EP 636660。在NIR预处理后，即可将一UV固化粉末涂料涂敷于基底表面，UV辐射可在几秒钟内使之固化。NIR预处理的残留热足以熔化该UV粉末涂料，并得到该涂料层的塑变流，而不需要再输入热量。根据本发明的这一可供选择的方法，可能开了能耗极低的粉末涂敷法的先河。
适合于借助NIR辐射来固化的粉末涂料组合物也可以利用。例如在WO 99/41323中就对这些粉末涂料作了描述。当使用这些粉末涂料时，最好是在其涂敷后，立即通过以NIR辐射辐照该粉末涂料层而使之固化。根据本发明，这种情况下，在极短的时间内粉末最初熔化而后固化，并且与惯用的预处理相比，粉末涂料固化的时间可以达到显著的缩短。
优选地可以使用适合于借助NIR辐射或UV辐射来固化的粉末涂料组合物，更优选地则借助NIR辐射来固化。
可采用的液化涂料为，例如，水可溶的或含溶剂的涂料组合物，它们是通用的并且为该领域中那些有经验者所了解，它们可以，例如，作为基底的单层或多层，有色或无色的涂料，用于汽车工业或涂敷行业领域中的填隙、底涂、外涂或亮涂。涂敷后，涂料可在室温下用众所周知方法干燥一段较长的时间，或者闪蒸后于适当处，使之在较高温度下干燥或固化。此外，还可借助高能辐射，如UV辐射，来做固化处理。通过例如暴露于NIR辐射也可进行闪蒸、干燥或固化。
利用根据本发明的方法所得到的涂层，尤其是粉末涂层，具有极佳的附着力，好的耐蚀性和优良的塑变流。诸如凹坑、鱼眼、或附着力不足等在未经处理金属表面涂层中一般会出现的涂层缺陷，使用本发明的方法却可避免。
根据本发明以NIR辐射预处理金属表面的方法，容许投资、能源、运行成本，废水和废物处理有相当可观的节省。表面上一般存在的有机杂技，诸如残留油脂或其它杂质，如指纹印，可用根据本发明的方法除去。因而作这样的预处理的所需时间从通常的预处理方法的10-30分钟，缩短至使用此法的几秒钟。特别是，结合借助NIR辐射对涂层作固化处理，则涂敷的产率可以非常之高，尤其对于粉末涂敷而言。
                         实例
用下列实例来说明本发明：
实例1：NIR预处理钢表面，接着再涂敷以NIR固化粉末涂料。
使一根在其生产过程和毛边防锈处理中沾有油脂的圆筒形钢管旋转，并从6cm的距离处以一种传统的NIR辐射发射器(功率1000W)对它辐照10秒钟，借此钢管表面便受热，达到100℃-120℃的温度。将一NIR-粉末涂料DURO-THERM RAY-TEC NIR-9216(DuPontPulverlack GmbH & Co.KG的商用产品)涂敷于已被用这种方法做过预处理的该钢管的表面上，并令其在该预热过的表面上熔化。接着用另一个NIR-辐射发射器，使粉末涂料层在8秒钏内完全固化。可得到均质的塑变流表面，没有气孔和砂眼，对其基底有极好的附着力，并且还具有以下的性能：
附着力测试(DIN 53131)     交叉影线0
腐蚀测试(DIN 50021) 500小时后内表面锈蚀＜1mm，无砂眼
恒久的雾化水氛围测试(DIN 50017)  500小时后，内表面锈蚀＜1mm，无砂眼
比较例2：以NIR固化粉末涂料涂敷未经处理的钢表面
一根沾有类似实例1的油脂的钢管，未做根据本发明的预处理，便涂敷以一种NIR粉末涂料DUROTHERM RAY-TEC NIR-9216。接着，边使之旋转，边从6cm距离处用一功率为1000W的NIR辐射发射器对它辐照18秒钟。在此期间，粉末涂层发生熔化和固化。熔化过程中，该表面显现出砂眼，形成了凹抗，这是由于润湿不充分并且一些区仍有大面积未被润湿所致。对涂层性能的测试提供了以下结果：
附着力测试(DIN 53131)     交叉影线2
腐蚀测试(DIN 50021) 500小时后，内表面锈蚀＜4mm，砂眼等级为m2g2
恒定雾化水氛围测试(DIN 50017) 500小时后，内表面锈蚀＜1mm，砂眼等级为m1g1
实例3：NIR预处理钢表面，随后涂敷以粉末漆并进行热对流固化处理。
使用在其生产过程和毛边防锈处理中沾有油脂的钢板。以一传统的NIR辐射发射器(1000W)从8cm距离处辐照该钢板12秒钟。钢板表面因此被热激化，并可从外部加热到130℃的温度。随后，钢板涂敷以一种惯用的热反应粉末涂料，其主体为聚酯/三缩水甘油聚异氰树脂/系统硬化剂。最后置于200℃的热对流炉内15分钟，使粉末涂料层固化。对所获得的涂层的分析给出了下列结果：
附着力测试(DIN 53131)     交叉影线0
腐蚀测试(DIN 50021) 500小时后，内表面锈蚀＜1mm，无砂眼
恒久的雾化水氛围测试(DIN 50017) 500小时后，内表面锈蚀＜1mm，无砂眼
实例4：NIR预处理铝表面，接着涂敷以一种水涂料。
以一功率1500W的NIR辐射发射器对制窗行业所用的铝型材条进行辐照。辐照发射器置于速度为8m/min的传动带上，距型材条5cm。经过4m的冷却距离后，用一种传统的含水涂料涂敷该型材条，接着，从10cm距离处以一功率为500W的NIR辐射发射器使含水涂料干燥。可获得无气孔的附着力好的涂层，其性能同该涂料于一种按常规预处理支撑上的涂层相当。
实例5：NIR预处理并接着涂敷以UV-固化粉末涂料。
以一功率为1500W的NIR辐射发射器，从5cm距离处对厚约12cm的灰铸铁板辐照10秒钟。从外部再加热铸铁板至130℃温度。随后，以一种常用的UV-固化粉末涂料(UV-TEC UP-023-9490-0，可从杜邦粉末涂料Gmb H & Co.KG购得)，涂敷该灰铸铁板，以常用的IR辐射发射器使之熔化并以常用的UV辐射发射器使之固化。所获得的涂层无表面瑕疵，而且还呈现出极好的对其支撑的附着力。

Claims (8)

1.涂敷金属表面的方法，包括步骤：
(a)以高能NIR辐射预处理金属表面；及
(b)将一种涂料组合物涂敷于该金属表面，此涂料组合物选自粉末组合物和液体组合物。
2.根据权利要求1的方法，还包括用NIR辐射或UV辐射辐照涂料组合物，以完成干燥和固化。
3.根据权利要求1的方法，其中涂料组合物为粉末组合物。
4.根据权利要求1的方法，其中预处理步骤(a)包括，以波长为730-1200nm，且强度大于1W/cm2的NIR辐射辐照金属表面。
5.根据权利要求1的方法，其中预处理步骤(a)的持续时间为1-60秒钟。
6.根据权利要求1的方法，其中步骤(b)紧接着步骤(a)。
7.权利要求1的方法，其中(a)是施加于金属表面的唯一的预处理作业。
8.按以下方法制备的带涂层的金属表面，该方法中先以高能NIR辐射对金属表面做预处理；然后涂敷一种涂料组合物于该金属表面，其中涂料组合物选自粉末组合物和液体组合物。
CN01803877A 2000-01-18 2001-01-16 涂敷金属基底表面的方法 Pending CN1395511A (zh)

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