ES2336602T3 - Proceso de revestimiento electrostatico con lecho de polvo fluidizado. - Google Patents
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Abstract
Un producto para formar un revestimiento sobre un sustrato utilizando un proceso de lecho fluidizado electrostático con tribo-carga, caracterizado porque se utiliza un revestimiento de polvo que tiene una distribución de tamaños de partícula tal que a )d(v, 90) <=q 42,5 μm, y b) i) el porcentaje de partículas < 10 μm de tamaño es <=q 12% en volumen, y/o ii) ** ver fórmula** siendo d (s,90) mayor que 7 μm, y midiéndose d(s, 90) y d(s, 10) en micrómetros.
Description
Proceso de revestimiento electrostático con
lecho de polvo fluidizado.
Esta invención se refiere a un proceso para la
aplicación de materiales de revestimiento de polvo a sustratos.
Los materiales de revestimiento de polvo
comprenden generalmente una resina sólida formadora de película,
usualmente con uno o más agentes colorantes, tales como pigmentos, y
opcionalmente contienen también uno o más aditivos de
comportamiento. Los mismos son usualmente termoendurecibles,
incorporando, por ejemplo, un polímero formador de película y un
agente de curado correspondiente (que puede ser a su vez otro
polímero formador de película).
Los métodos de aplicación incluyen pulverización
electrostática y procesos de lecho fluidizado. Después de la
aplicación, el polvo se calienta para fundir y fusionar las
partículas y curar el revestimiento. Las partículas de
revestimiento de polvo que no se adhieren al sustrato pueden
recuperarse para reutilización a fin de que los revestimientos de
polvo sean económicos en el uso de ingredientes. Asimismo, los
materiales de revestimiento de polvo están generalmente exentos de
disolventes añadidos y, en particular, no utilizan disolventes
orgánicos y de acuerdo con ello son no contaminantes.
Los materiales de revestimiento de polvo se
preparan generalmente por mezcla íntima de los ingredientes, por
ejemplo en un extrusor, a una temperatura superior al punto de
reblandecimiento del o de los polímeros formadores de película,
pero por debajo de una temperatura a la cual pudiera tener lugar
cualquier pre-reacción significativa. El extrudato
se lamina usualmente en una hoja plana y se tritura, produciendo un
polvo con una gama de tamaños de partícula. Las partículas más
pequeñas, sin embargo, dan lugar a problemas en la manipulación y
aplicación, y tales problemas se hacen más acusados cuando la
proporción de partículas finas es alta. De acuerdo con ello, los
fabricantes de revestimientos de polvo llevan a cabo generalmente un
proceso de clasificación para reducir la fracción de "finos",
aunque los procesos de clasificación disponibles (que utilizan
clasificadores de aire) tienden a retirar también algunas
partículas más gruesas, y en la práctica tiene que alcanzarse un
compromiso entre la reducción del contenido de finos y la evitación
de pérdidas.
Mejoras adicionales en la manipulación y
aplicación se consiguen por adición de uno o más aditivos adyuvantes
de fluidez. Ejemplos incluyen alúmina o sílice. WO 94/11446
describe el uso de ciertos materiales inorgánicos tales como la
combinación de alúmina e hidróxido de aluminio como aditivos
adyuvantes de fluidez para materiales de revestimiento de polvo en
los cuales al menos 95% en volumen de las partículas son inferiores
a 50 \mum, y WO 00/01775 describe el uso de sílice revestida de
cera para propósitos similares y afines.
En general, los materiales de revestimiento de
polvo pueden aplicarse por procesos de pulverización electrostática
o por procesos de lecho fluidizado. Una ventaja de los procesos de
lecho fluidizado es que los mismos reducen el efecto de jaula de
Faraday, permitiendo con ello que porciones rebajadas en la pieza de
trabajo que constituye el sustrato sean revestidos, y son
atractivos en otros aspectos, pero adolecen de la desventaja bien
conocida de que los revestimientos aplicados son sustancialmente
más gruesos que los que pueden obtenerse por procesos de
revestimiento por pulverización electrostática.
En los procesos de lecho fluidizado
tradicionales el sustrato se precalienta (típicamente a 200ºC hasta
400ºC) y se sumerge en un lecho fluidizado de la composición de
revestimiento de polvo. Las partículas de polvo que entran en
contacto con el sustrato precalentado funden y se adhieren a la
superficie del sustrato. En tales procesos, el material de
revestimiento de polvo adquiere una carga exclusivamente por
fricción, es decir adquiere una carga tribostática. Sin embargo, en
los procesos de lecho fluidizados denominados electrostáticos, se
induce una carga en el sistema por la aplicación directa de energía
eléctrica. Esto puede hacerse de diversas maneras. En un método, el
aire de fluidización se ioniza por medio de electrodos de carga
dispuestos en la cámara de fluidización o, más usualmente, en la
cámara plenum por debajo de la membrana porosa de distribución del
aire. El aire ionizado carga las partículas de polvo (carga corona),
que adquieren un movimiento global ascendente como resultado de la
repulsión electrostática de las partículas con carga idéntica. El
efecto es que se forma una nube de partículas de polvo cargadas por
encima de la superficie del lecho fluidizado. La pieza de trabajo
sustrato (conectada a tierra) se introduce en la nube y las
partículas de polvo se depositan sobre la superficie del sustrato
por atracción electrostática. No se requiere precalentamiento alguno
de la pieza de trabajo sustrato. Tales procesos de lecho fluidizado
electrostáticos con carga corona son especialmente adecuados para
revestimiento de artículos pequeños, dado que la tasa de deposición
de las partículas de polvo se hace menor a medida que el artículo
se aleja de la superficie del lecho cargado. Asimismo, como en el
caso del proceso de lecho fluidizado tradicional, el polvo está
confinado en un recinto cerrado y por tanto no hay necesidad alguna
de proporcionar equipo para recirculación y remezcladura del exceso
de pulverización que no se deposita sobre el sustrato.
WO 99/30832 describe un proceso alternativo de
lecho fluidizado electrostático (pero sin carga corona) para
formación de un revestimiento sobre un sustrato conductor, que
comprende indicar un lecho fluidizado de una composición de
revestimiento de polvo, sumergir el sustrato total o parcialmente en
dicho lecho fluidizado, aplicar un voltaje al sustrato durante al
menos parte del periodo de inmersión, con lo cual partículas de la
composición de revestimiento de polvo se adhieren al sustrato,
retirar el sustrato del lecho fluidizado y conformar las partículas
adherentes en un revestimiento continuo sobre al menos parte del
sustrato.
Procesos adicionales de lecho fluidizado
electrostático (sin carga corona) se describen en WO 02/98577, WO
2004052557 y WO 2004052558. En todos ellos, el sustrato está o bien
aislado eléctricamente o conectado a tierra. En WO 02/98577 y WO
2004052557 se aplica un voltaje a la parte conductora de la cámara
de fluidización, siendo en WO 02/98577 el sustrato conductor y en
WO 2004052557 o bien eléctricamente conductor o deficientemente
conductor, y en WO 2004052558 un electrodo eléctricamente conductor,
al cual se aplica un voltaje, está posicionado de modo que influye
en la extensión en que las partículas cargadas se adhieren a una
región del sustrato.
Los procesos de WO 99/30838, WO 02/98577, WO
200452557 y WO 2004052558 están basados todos ellos en la carga
tribostática (fricción) del material de polvo, utilizándose la carga
aplicada al sustrato o los electrodos para proporcionar dirección a
las partículas por establecimiento de un campo electrostático. El
término procesos electrostáticos con tribo-carga
hará referencia a tales procesos (sin corona) en los que se
desarrolla en el polvo una carga tribostática y se aplica voltaje
al sistema, más especialmente a la parte a revestir o a
contraelectrodos.
Los procesos de lecho fluidizado electrostáticos
de carga corona y tribo-carga difieren de otros
procesos de lecho fluidizado en que se aplica deliberadamente al
sistema una carga eléctrica - en el caso de los procesos de carga
corona, al polvo, y en el caso de los sistemas con
tribo-carga mencionados en las memorias descriptivas
de patente anteriores, al sustrato o por ejemplo a contraelectrodos
dentro del lecho fluidizado que generan un campo eléctrico entre el
contraelectrodo y la pieza de trabajo conectada a tierra o conectada
opuestamente (o cargada diferentemente). En otros procesos de lecho
fluidizado, cualquier carga electrostática que surge en el sistema
no se aplica directamente, sino como resultado de la fricción que se
produce incidentalmente en el sistema. Esta fricción que surge
incidentalmente en el sistema sirve también, sin embargo,
\hbox{como la fuente de carga en el polvo en los procesos
electrostáticos con tribo-carga.}
Se ha encontrado que los materiales de
revestimiento de polvo que tienen distribuciones de tamaños de
partícula diferentes tienen grados diferentes de eficacia en los
procesos de aplicación de lecho fluidizado electrostáticos con
tribo-carga. Se ha encontrado ahora un medio por el
cual la distribución de tamaño de partícula de un material de
revestimiento de polvo puede adaptarse para hacerla especialmente
adecuada para uso en la aplicación de tales procesos de lecho
fluidizado. Se ha encontrado que el uso de un material de
revestimiento de polvo que tiene una distribución particular de
tamaños de partícula, cuya definición está basada en la superficie
de las partículas, es particularmente eficaz cuando se utiliza en
tales procesos, y se ha identificado también una distribución de
tamaños de partícula especialmente adecuada en términos de
volumen.
De acuerdo con ello, la presente invención
proporciona un proceso para formar un revestimiento sobre un
sustrato utilizando un proceso de lecho fluidizado electrostático
con tribo-carga, caracterizado porque el material
de revestimiento de polvo utilizado tiene una distribución de
tamaños de partícula tal que
- a)
- d(v, 90) \leq 42,5 \mum, y
- b) {}\hskip0,2cm i)
- el porcentaje de partículas < 10 \mum de tamaño es \leq 12% en volumen, y/o
- ii)
- \frac{[d(s, 90) \div d(s, 10)]^{2}}{[d(s, 90)\ -7]} \leq 3.5,
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- siendo d (s,90) mayor que 7 \mum, y midiéndose d(s, 90) y d(s, 10) en micrómetros.
WO 95/28435 describe un método para fabricar una
composición de revestimiento de polvo que puede aplicarse por lecho
fluidizado utilizando un sustrato calentado, por pulverización
electrostática, o por la vía de un lecho electrostático fluidizado.
El uso de un lecho fluidizado tribostático no se describe.
US 6.284.311 describe la aplicación de un
revestimiento de polvo por la vía de un proceso de lecho fluidizado
que utiliza un sustrato calentado, en donde se utiliza una
composición de revestimiento con una distribución de tamaños de
partícula tal que al menos un 80% en peso está comprendido entre 10
y 80 micrómetros. Es muy preferido que al menos 90% en peso de las
partículas esté comprendida entre 10 y 80 micrómetros. De nuevo,
no se describe el uso de un lecho fluidizado tribostático.
US 6.280.798 describe un proceso fluidizado
tribostático. La composición de revestimiento de polvo utilizada en
este proceso tiene una distribución de tamaños de partícula que
puede estar comprendida en el intervalo de 1-120
micrómetros, con un tamaño medio de partícula de
15-75 micrómetros, preferiblemente
25-50 micrómetros, y más preferiblemente
20-45 micrómetros. Los requerimientos siguientes se
mencionan también como preferidos: 95-100% vol
inferior a 50 micrómetros, 90-100% vol inferior a 40
micrómetros; 45-100% vol inferior a 20 micrómetros,
5-100% vol inferior a 10 micrómetros,
preferiblemente 10-70% vol inferior a 10
micrómetros, 1-80% vol inferior a 5 micrómetros,
preferiblemente 3-40% vol inferior a 5 micrómetros,
d(v50) de 1,3-32 micrómetros, y
preferiblemente 8-24 micrómetros. Los
requerimientos específicos de la presente invención no se describen
o sugieren.
EP 0 687 714 describe una composición de
revestimiento de polvo con un diámetro de partícula medio
volumétrico de 20-50 micrómetros y una desviación
estándar no mayor que 20 micrómetros. La composición de
revestimiento de polvo puede aplicarse por revestimiento mediante
pulverización electrostática, inmersión fluidizada, o cualquier
otro método de aplicación. No se describe el uso de un lecho
fluidizado tribostático.
US 4.689.241 describe una composición de
revestimiento de polvo en lecho fluidizado electrostático que
contiene no más de 10% en peso de partículas inferiores a 38
micrómetros.
Los tamaños de partícula pueden medirse por
técnicas de difracción láser, por ejemplo por medio del Malvern
Mastersizer X o Malvern Mastersizer 2000. A no ser que se indique
otra cosa, los tamaños de partícula por superficie se miden en esta
memoria por el Mastersizer 2000, y los tamaños de partícula en
volumen se miden por el Mastersizer X.
Como se comprenderá en la técnica, los
percentiles en volumen (d(v,x) indican para un tamaño de
partícula establecido (d) el porcentaje (x) del volumen total de
las partículas que está comprendido por debajo del tamaño de
partícula establecido; el porcentaje (100 -x) del volumen total se
encuentra en o por encima del tamaño establecido. Así, por ejemplo,
d(v, 50) sería el tamaño mediano de partícula de la muestra,
y en un gráfico de distribución de tamaños de partícula d(v,
90) es el punto de la curva leído a lo largo del eje de tamaños de
partícula en el que el área por debajo de la curva inferior a este
tamaño de partícula representa el 90% en volumen de las partículas.
Así pues, d(v, 90) = 42,5 \mum indica que el 90% de las
partículas (en volumen) son inferiores a 42,5 \mum y el 10% son
superiores a este tamaño.
Pueden hacerse medidas similares con relación al
porcentaje de partículas relacionado con la superficie. Así, los
percentiles de superficie (d(s,x) indican para un tamaño de
partícula establecido (d) el porcentaje (x) de la superficie total
de las partículas que está comprendido por debajo del tamaño de
partícula establecido; el porcentaje (100 -x) del área total se
encuentra en o por encima del tamaño establecido. Así, por ejemplo,
d(s, 50) sería el tamaño mediano de partícula de la muestra
(basado en superficie), y en un gráfico de distribución de tamaños
de partícula d(s, 90) es el punto de la curva leído a lo
largo del eje de tamaños de partícula en el que el área bajo la
curva inferior a este tamaño de partícula representa el 90% en
superficie de las partículas. Así, d(s, 90) = 7 \mum
indica que el 90% de las partículas (calculado el porcentaje sobre
superficie) son inferiores a 7 \mum y el 10% son superiores a
este tamaño.
Los polvos que cumplen con los requerimientos
arriba especificados exhiben una fluidez satisfactoria y tienen
penetración mejorada en las áreas rebajadas cuando se aplican por el
proceso de lecho fluidizado electrostático con
tribo-carga arriba indicado. Además, aquéllos
proporcionan revestimientos con escasa variación en espesor de
película y permiten una tasa de deposición más rápida del
revestimiento comparados con los polvos utilizados hasta ahora.
Más específicamente, la presente invención
proporciona un proceso para formar un revestimiento sobre un
sustrato, que comprende indicar un lecho fluidizado electrostático
con tribo-carga de un material de revestimiento de
polvo que utiliza un gas fluidizante; sumergir el sustrato total o
parcialmente en dicho lecho fluidizado; aplicar un voltaje durante
al menos parte del periodo de inmersión sea al sustrato o a la parte
conductora de la cámara de fluidización o a un electrodo
eléctricamente conductor posicionado para influir en la extensión
en la que las partículas cargadas se adhieren a una región del
sustrato, con lo cual las partículas de material de revestimiento
de polvo se adhieren al sustrato; retirar el sustrato del lecho
fluidizado; y conformar las partículas adherentes en un
revestimiento continuo sobre al menos parte del sustrato;
caracterizado porque el material de revestimiento de polvo tiene
una distribución de tamaños de partícula tal que
- a)
- d(v, 90) \leq 42,5 \mum, y
- b) {}\hskip0,2cm i)
- el porcentaje de partículas < 10 \mum en tamaño es \leq 12% en volumen, y/o
- ii)
- \frac{[d(s, 90) \div d(s, 10)]^{2}}{[d(s, 90)\ -7]} \leq 3.5,
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- siendo d (s,90) mayor que 7 \mum, y midiéndose d(s, 90) y d(s, 10) en micrómetros.
El polvo utilizado tiene d(v, 90) \leq
42,5 \mum, preferiblemente \leq 42 \mum, más preferiblemente
\leq 41,5 \mu, todavía más preferiblemente \leq 41 \mum, aún
más preferiblemente \leq 40,5 \mum, en particular \leq 40
\mum, ventajosamente \leq 39 \mum, especialmente \leq 38
\mum, más especialmente \leq 36 \mum, muy especialmente
\leq 35 \mum. Por ejemplo, el d(v, 90) puede ser
sustancialmente 34 \mum, y deben mencionarse también tamaños de
partícula inferiores a éste. Sin embargo, pueden utilizarse también
polvos que tienen d(v, 90) mayor que éste, por ejemplo mayor
que 35 \mum o mayor que 36 \mum,. El d(v, 90) es
generalmente al menos 20 \mu, preferiblemente al menos 25 \mum,
más preferiblemente al menos 28 \mum, más específicamente al
menos 30 \mum, y todavía más específicamente al menos 33
\mum.
El porcentaje de partículas \leq 10 \mum de
tamaño es \leq 12% en volumen, preferiblemente \leq 11% en
volumen, más preferiblemente \leq 10%, ventajosamente \leq 9%,
especialmente \leq 8%, en particular \leq 7,5% y más en
particular \leq 7%, todos ellos en volumen. Se ha encontrado que
la disminución en la fracción de la fracción inferior a 10 \mum,
especialmente inferior a 10%, conduce a un aumento correspondiente
en la velocidad de revestimiento para un espesor de revestimiento
dado y una mejora en la uniformidad del revestimiento. El límite
inferior para este intervalo es evidentemente 0.
La distribución de tamaños de partícula del
producto utilizado en el proceso de acuerdo con la invención es
generalmente tal que el porcentaje de partículas inferiores a 20
\mum es al menos 10% en volumen, preferiblemente al menos 15% en
volumen, más preferiblemente al menos 20% en volumen. Si existe
menos de 10% de volumen de partículas en este intervalo, la
distribución de tamaños de partícula será muy abrupta si deben
cumplirse los requerimientos ulteriores para el tamaño de
partícula. El porcentaje de partículas inferiores a 20 \mum es
generalmente como máximo 90% en volumen, de modo más particular como
máximo 80%, de modo todavía más particular como máximo 75%. Un
polvo con un porcentaje de partículas menores que 20 \mum que es
mayor que 90% sería muy difícil de fluidizar. Un polvo con un
porcentaje de partículas inferiores a 20 \mum que es menor que
10% tendría un bajo rendimiento de fabricación.
En una realización preferida del proceso de
acuerdo con la invención, el material de revestimiento de polvo
tiene d(s, 90) mayor que 10 \mum, más preferiblemente mayor
que 15 \mum. El d(s, 90) es preferiblemente \leq 36
\mum, más preferiblemente \leq 33 \mum, todavía más
preferiblemente \leq 32 \mum, aún más preferiblemente \leq 31
\mum, y especialmente \leq 30 \mum.
En una realización preferida, el material de
revestimiento de polvo tiene d(v, 90) \leq 36 \mum,
preferiblemente \leq 35 \mum, y el contenido de partículas
inferiores a 10 \mum es \leq 10% en volumen. De modo más
preferible, el material de revestimiento de polvo tiene d(v,
90) de sustancialmente 34 \mum y un contenido de partículas
inferiores a 10 \mum \leq 8% en volumen. Los intervalos
preferidos especificados arriba son también aplicables en este
caso.
Se prefiere que el material de revestimiento de
polvo tenga un contenido de partículas inferiores a 5 \mum \leq
2,5% en volumen, un d(v, 50) \leq 25 \mum y un
d(v, 99) \leq 50 \mum. En general, se prefiere que el
material de revestimiento de polvo tenga un d(v, 99) \leq
50 \mum. Más preferiblemente, el d(v, 99) es inferior a 48
\mum, todavía más preferiblemente inferior a 45 \mum. El
d(v, 99) es preferiblemente al menos 35 \mum, y más
preferiblemente al menos 40 \mum.
Por regla general se prefiere que el material de
revestimiento de polvo tenga un d(v, 50) de cómo máximo 25
\mum, más específicamente como máximo 24 \mum, todavía más
específicamente como máximo 23 \mum. Generalmente se prefiere que
el d(v, 50) sea al menos 15 \mum, más específicamente al
menos 18 \mum.
Como ya se ha indicado, a no ser que se indique
otra cosa, las cifras de tamaño de partícula en volumen a que se
hace referencia en esta memoria pueden medirse en un instrumento
Mastersizer X, índice de refracción 1,45, índice de absorción
0,1.
En otra realización de la invención,
[d(s, 90)/d(s, 10)]^{2} \div [d(s,
90)-7] \leq 3,5, preferiblemente \leq 3,
preferiblemente \leq 2,7, especialmente \leq 2,5, más
especialmente \leq 1,9, y ventajosamente \leq 1,75.
Generalmente, este valor es superior a 1. En esta realización,
d(s, 90) es > 7 \mum, preferiblemente > 10 \mum.
Como ya se ha indicado, la relación [d(s, 90)/d(s,
10)]^{2} \div [d(s, 90)-7] a que se hace
referencia en esta memoria, puede medirse en un instrumento
Mastersizer 2000, índice de refracción 1,45, índice de absorción
0,01. Polvos especialmente preferidos tienen un d(s, 90) no
mayor que 35 \mum, preferiblemente no mayor que 30 \mum,
especialmente no mayor que 29 \mum, por ejemplo no mayor que 27
\mum, o no mayor que 26 \mum.
En los polvos utilizados en esta invención,
d(s, 10) es preferiblemente mayor que 3 \mum, más
preferiblemente mayor que 4 \mum. Se prefiere que el d(s,
10) sea como máximo 13 \mum, de modo más particular como máximo
10 \mum, y más preferiblemente como máximo 7 \mum.
Evidentemente, los valores para el d(s, 90) y d(s,
10) de los polvos utilizados deben estar emparejados con objeto de
asegurar que la relación entre los dos parámetros se ajuste a la
fórmula presentada anteriormente.
Así, más especialmente, la presente invención
proporciona un proceso para formar un revestimiento sobre un
sustrato utilizando un lecho fluidizado electrostático con
tribo-carga, caracterizado porque el material de
revestimiento de polvo utilizado tiene una distribución de tamaños
de partícula tal que
- \bullet
- d(v, 90) no es mayor que 42,5 \mum, especialmente \leq 42 \mum, v.g. \leq 41,5 \mum o \leq 41 \mum, ventajosamente \leq 40,5 \mum, preferiblemente \leq 40 \mum, ventajosamente \leq 39 \mum, especialmente \leq 38 \mum, más especialmente \leq 36 \mum, muy especialmente \leq 35 \mum, y
- \bullet
- [d(s, 90)/d(s,10)]^{2} \div [d(s, 90)-7] \leq 3,5, preferiblemente \leq 3, especialmente \leq 2,7, por ejemplo \leq 2,5, y más especialmente \leq 1,9 ó \leq 1,75, y en el cual d(s, 90) > 7 \mum, midiéndose d(s, 90) y d(s, 10) en \mum.
La presente invención proporciona también un
proceso para formar un revestimiento sobre un sustrato utilizando
un lecho fluidizado electrostático con tribo-carga,
caracterizado porque el material de revestimiento de polvo
utilizado tiene una distribución de tamaños de partículas tal
que
- \bullet
- d(v, 90) no es mayor que 42,5 \mum, especialmente \leq 42 \mum, v.g. \leq 41,5 \mum o \leq 41 \mum, ventajosamente \leq 40,5 \mum, preferiblemente \leq 40 \mum, ventajosamente \leq 39 \mum, especialmente \leq 38 \mum, más especialmente \leq 36 \mum, muy especialmente \leq 35 \mum, y
- \bullet
- el contenido de partículas inferiores a 10 \mum no es mayor que 12%, preferiblemente \leq 10%, ventajosamente \leq 9%, especialmente \leq 8%, muy especialmente \leq 7,5%, en volumen.
Adicionalmente, se ha encontrado que la subclase
de polvos arriba definidos que tienen también d(v, 90) \leq
40 \mum y un contenido de partículas inferiores a 10 \mum no
mayor que 10% es especialmente útil para proporcionar estabilidad
mejorada de la operación del proceso (es decir una operación tal que
la masa de polvo depositada sobre el sustrato se mantiene
sustancialmente constante a lo largo del tiempo). Más especialmente
d(v, 90) \leq 36 \mum, muy especialmente \leq 35
\mum, y de modo ventajoso sustancialmente 34 \mum.
Los intervalos preferidos dados anteriormente
son también válidos para estas realizaciones.
La presente invención proporciona también
especialmente un proceso para indicar una distribución de tamaños
de partícula de un material de revestimiento de polvo adecuado para
aplicación en un proceso de lecho fluidizado electrostático con
tribo-carga a fin de proporcionar estabilidad
mejorada del proceso, que comprende
- (i)
- preparación de un material de revestimiento de polvo con una distribución de tamaños de partícula conocida;
- (ii)
- deposición de material de polvo sobre un sustrato o sustratos utilizando dicho material de polvo en un proceso de lecho fluidizado electrostático con tribo-carga;
- (iii)
- retirada del sustrato o sustratos y recogida de al menos parte de dicho material de polvo depositado sobre aquél o aquéllos;
- (iv)
- medición de la distribución de tamaños de partícula de al menos parte del material de polvo recogido;
- (v)
- comparación con la distribución de tamaños de partícula del material de polvo utilizado en el lecho fluidizado en el paso (ii), y
- (vi)
- repetición una o más veces en caso necesario de la secuencia de pasos de preparación, deposición, retirada, medición y comparación hasta que se obtiene un material de revestimiento de polvo que, cuando se aplica a un sustrato por el proceso de lecho fluidizado deposita material de polvo que tiene una distribución de tamaños de partícula que coincide con la del material de polvo utilizado en el lecho fluidizado.
Puede utilizarse cualquier base adecuada para
comparación de las distribuciones de tamaño de partícula. Pueden
utilizarse medidas basadas en volumen o en superficie.
En la obtención de los resultados mejorados, se
ha encontrado que la parte más crítica de la distribución de
tamaños es la fracción de finos, aunque deseablemente la
distribución de tamaños total corresponde a la distribución de
tamaños de lo que se deposita. Así, aunque es importante hacer
coincidir la fracción de finos, las fracciones de tamaños medio y
grueso deben coincidir también preferiblemente, aunque en este caso
existe una mayor libertad.
En la determinación de la correspondencia de la
fracción de finos, el contenido de la fracción de finos es
importante, y se ha encontrado que éste puede evaluarse
convenientemente por medida de la fracción inferior a 10 \mum,
aunque pueden considerarse también otras fracciones. Por reducción
de las partículas inferiores a 10 \mum, se reducen también las
partículas inferiores a 5 \mum. En la determinación de la
correspondencia de la fracción intermedia, se evalúa
convenientemente el valor d(v, 50), aunque, por ejemplo,
puede considerarse también el valor medio. El valor medio, indicado
también como diámetro medio momentáneo en volumen, es el centro de
gravedad de la distribución. El centro de gravedad de una
distribución de masa (volumen) se define por: XVM = _XdV/_dV donde
dV = X3dN: dV es el volumen de dN partículas de tamaño X (Perry's
Chemical Engineers' Handbook (edición 7ª)). En la determinación de
la correspondencia de la fracción de gruesos, se evalúa
convenientemente el d(v, 90) o d(s,90), aunque pueden
considerarse alternativamente otros valores, v.g., el valor
d(v, 95) o d(v, 99).
Debe mencionarse una variación de 2% en volumen
o menos (como cifra absoluta) en la fracción de finos y
preferiblemente 6,5% o menos, especialmente 5% o menos, en las
fracciones de grano medio y/o grano grueso. Se ha encontrado que
una diferencia de 2% o menos en el contenido de partículas
inferiores a 10 \mum proporciona correspondencia suficiente en
las partículas inferiores a 5 \mum, y se consigue una estabilidad
sustancial del proceso. Adicionalmente, se ha encontrado que una
diferencia de 6,5% o menos, preferiblemente 5% o menos, en el valor
d(v,90) proporciona correspondencia suficiente de las
fracciones intermedias. La Tabla siguiente ilustra un polvo a
preparar para uso en un proceso de lecho fluidizado de acuerdo con
la invención.
Para el contenido inferior a 10 \mum, la cifra
de \pm 2% se aplica directamente a la medida, y no representa 2%
de X.
Así, la expresión una distribución de tamaños de
partícula "coincidente" (o una distribución de tamaños de
partícula correspondiente a) se utiliza preferiblemente en esta
memoria para indicar:
- 1)
- una diferencia de 2% (en volumen) o menos en el contenido de partículas inferiores a 10 \mum,
- \quad
- y preferiblemente también
- 2)
- una diferencia de 6,5% o menos, especialmente 5% o menos, en el valor d(v, 90), calculada sobre el polvo depositado.
Como se ha explicado, se llega a un polvo
adecuado por una secuencia de procedimientos de preparación y test,
hasta que la comparación del polvo utilizado y el polvo depositado
exhibe la correspondencia deseada.
Sin desear quedar ligados por la teoría, se cree
que para los procesos de lecho fluidizado electrostático con
tribo-carga, los procesos que conducen a una
operación inestable del proceso de acuerdo con los métodos de la
técnica anterior son como sigue:
Al poner el material de revestimiento de polvo
en el lecho fluidizado en reposo, existe una "carga eléctrica
nula" en el polvo. (Esto puede no ser estrictamente cierto, dado
que puede generarse cierta carga eléctrica por la carga mecánica
del polvo en el lecho fluidizado, y, debido a que la disminución de
la carga de los revestimientos de polvo puede llevar algún tiempo,
la historia previa del polvo puede tener una influencia inicial,
pero esta carga eléctrica inicial puede despreciarse en relación con
el proceso global).
Al cambiar al aire de fluidización, comienzan
las interacciones partícula-partícula y
partícula-pared del lecho, generando carga
eléctrica, cuya suma nominal debe ser cero dado que cada colisión
genera dos cargas opuestas. Un lecho fluidizado puesto a tierra
deficientemente es probable que genere una gran carga por la
interacción tribostática del revestimiento de polvo con las paredes
del recipiente, en donde la diferencia en los tipos de material
proporciona una separación de cargas, teniendo la pared una carga y
el polvo la carga opuesta.
Existen dos clases de interacción de generación
de cargas: partícula-partícula (PP) y
partícula-pared (P-W). La puesta a
tierra del lecho fluidizado permite que la carga en sus paredes se
fugue a tierra. Las conexiones de las partículas de revestimiento
de polvo con la pared permitirán también que la carga se fugue a
tierra, a una tasa finita, en el caso de un aparato de lecho
fluidizado con paredes revestidas, debido a la naturaleza aislante
de la pared del lecho fluidizado cuando está revestida, y, más
generalmente, en todos los casos, debido al tiempo finito necesario
para que una partícula cargada se mueva desde el interior de la masa
de polvo fluidizada a la pared puesta a tierra. Existen por tanto
procesos de generación de cargas (PP y PW) y procesos de
disminución de la carga (recombinación y puesta a tierra) que dan
lugar a un equilibrio dinámico de las cargas dentro del lecho
fluidizado, siendo este equilibrio función del tipo de revestimiento
de polvo (química, tamaño, densidad) y de las dimensiones y
condiciones de operación del lecho (área disponible de las paredes
para fuga de las cargas, presión del aire de fluidización, densidad
del
fluido).
fluido).
Cuando el lecho fluidizado se encuentra en
equilibrio de cargas, la introducción de una parte electrificada
retira selectivamente ciertas partículas cargadas del revestimiento
de polvo. El tipo de partículas retiradas (en términos de carga y
tamaño) depende de la movilidad de dichas partículas y de su
capacidad para adherirse electrostáticamente al sustrato y resistir
el desplazamiento por otras partículas (v.g. por colisiones). La
retirada del sustrato revestido del lecho fluidizado altera el
equilibrio y el lecho intentará reequilibrarse. El equilibrio de
cargas es posible por los procesos arriba descritos con respecto a
la generación de cargas eléctricas del polvo.
Como se ha encontrado, sin embargo, la
equilibración de tamaños no es posible. Si el material de
revestimiento de polvo retirado del lecho fluidizado sobre la pieza
de revestimiento no tiene una distribución de tamaños de partícula
que sea representativa de la distribución de tamaños de partícula
del polvo a granel en el lecho fluidizado, existe una deriva en la
distribución de tamaños de partícula del material de revestimiento
de polvo que queda en el lecho fluidizado. En aquellos casos en los
cuales el intervalo de tamaño de las partículas retiradas del lecho
en la parte revestida no corresponde a la distribución de tamaños de
partícula del material de revestimiento de polvo en el lecho
fluidizado, es probable que la carga de equilibrio alcanzada por el
lecho después del revestimiento sea diferente de la presente antes
del revestimiento, dado que las fracciones de tamaño diferente del
revestimiento de polvo son más o menos capaces de retener la carga,
dependiendo de su superficie y radio de curvatura (los dos cuales
son función del tamaño de
partícula).
partícula).
Los materiales de revestimiento de polvo típicos
disponibles comercialmente tienen un valor d(v,90) de
aproximadamente 40 \mum o mayor y una fracción inferior a 10
\mum de aproximadamente 15 a 20% en volumen para valores
d(v, 90) próximos a 40 \mum, o posiblemente ligeramente
inferiores para valores d(v,90) mayores, v.g. en el
intervalo de 50 a 60 \mum. Cuando se aplica un material de este
tipo por un proceso de lecho fluidizado electrostático con
tribo-carga se hace una comparación entre el polvo
depositado y el polvo utilizado en el lecho fluidizado, se ha
encontrado que el polvo depositado tiene un tamaño de partícula
inferior "de extremo superior" (medido por ejemplo por los
valores d(v, 99) o d(v, 90)) y un mayor contenido de
partículas finas (medido por ejemplo como el contenido inferior a
10 \mum o inferior a 5 \mum) que los que tiene el polvo del
lecho fluidizado. Por consiguiente, sería de esperar que pudiera
alcanzarse una mejor correspondencia entre el polvo depositado y el
lecho fluidizado, y obtenerse por tanto una mejor estabilidad del
proceso, por ajuste del polvo utilizado de modo que corresponda más
estrechamente al polvo depositado en dicho proceso, lo cual podría
implicar un contenido incrementado de las partículas inferiores a 10
\mum. Sin embargo, se ha encontrado que, sorprendentemente, para
llegar a la coincidencia o correspondencia apropiada, es necesario
reducir el contenido de partículas finas, tal como se mide,
por ejemplo, por el contenido de partículas inferiores a 10 \mum
y/o inferiores a 5 \mum.
Cuando se utiliza un polvo que cumple con la
distribución de tamaños de partícula especificada en la subclase
especificada de polvos preferidos de la invención, se ha obtenido
una distribución de tamaños de partícula correspondiente en el
polvo depositado sobre el sustrato revestido. Así pues, los
problemas asociados con la deriva del tamaño de partícula (un
cambio en las propiedades de revestimiento con el tiempo, resultante
de una deriva de la carga de equilibrio) se reducen o se retiran
sustancialmente.
Más especialmente, puede obtenerse un polvo
"coincidente" por la secuencia de pasos siguientes:
- 1)
- proporcionar un material de revestimiento de polvo que tiene una distribución de tamaños de partícula conocida;
- 2)
- llevar a cabo un proceso o procesos de lecho fluidizado electrostático con tribo-carga de prueba utilizando dicho material de revestimiento de polvo,
- 3)
- indicar una medida para el tamaño de partícula del extremo superior del polvo depositado en el proceso de lecho fluidizado,
- 4)
- preparar a partir del mismo material de revestimiento de polvo del paso 1 un polvo con un tamaño de partícula en el extremo superior que está más próximo al extremo superior del polvo depositado en el paso 2,
- 5)
- llevar a cabo un proceso de revestimiento de lecho fluidizado electrostático con tribo-carga ulterior utilizando el polvo preparado,
- 6)
- indicar una medida del contenido de finos en el polvo depositado,
- 7)
- preparar a partir del material de revestimiento de polvo del paso 4 un polvo con un contenido reducido de finos en comparación con el medido en el paso 6),
- 8)
- llevar a cabo un proceso de lecho fluidizado electrostático con tribo-carga ulterior utilizando el polvo, y opcionalmente
- 9)
- repetir en caso necesario la secuencia de pasos de preparación y deposición con ajuste del contenido de extremo superior y/o finos hasta que el polvo depositado coincide con el polvo utilizado.
Por establecimiento en primer lugar de un tamaño
de partícula de extremo superior adecuado y reducción subsiguiente
del contenido de finos es posible indicar una distribución de
tamaños de partícula para un polvo que proporcione una distribución
de tamaños de partícula depositados "coincidente" y proporcione
un depósito sustancialmente constante a lo largo del tiempo.
El extremo superior del polvo depositado puede
indicarse en el paso 3 por ejemplo por realización del proceso con
un polvo que tiene un extremo superior por encima del esperado a
depositar, y/o el proceso puede repetirse en caso necesario con uno
o más polvos de la misma composición pero con distribuciones de
tamaño de partícula diferentes hasta que el aumento en el tamaño de
partícula del extremo superior del polvo utilizado no produce ya un
aumento ulterior en el extremo superior del polvo depositado. En
cada proceso probado, puede tratarse secuencialmente una serie de
sustratos, y puede tomarse por ejemplo el valor medio para la medida
del extremo superior. Como ya se ha mencionado, puede utilizarse la
medida d(v,99) para indicar este tamaño de partícula del
extremo superior. Ventajosamente, el material de revestimiento de
polvo preparado después del paso de deposición de la primera prueba
tiene un d(v, 99) que es \pm 6,5%, preferiblemente \pm
5%, del d(v,99) depositado en el proceso de deposición de la
primera prueba (paso 2), aunque puede ser también posible proceder
utilizando en el paso 5 un polvo con un d(v,99) que difiere
hasta en 10% o hasta 12%, por ejemplo, del polvo depositado en el
paso 2. Idealmente, cuando dicho polvo del paso 5 se utiliza
subsiguientemente para la preparación de polvo con contenido
reducido de finos (paso 7), el extremo superior debe mantenerse
sustancialmente constante, aunque se permite en este caso una
mayor
tolerancia.
tolerancia.
El polvo con un contenido reducido de finos
puede obtenerse por ejemplo en el paso 7 por procesos extensos de
clasificación o, más especialmente, por un proceso de unión
realizado por fusión mecánica, en el cual las partículas se unen o
combinan entre sí, uniéndose preferentemente las partículas finas.
Como ya se ha mencionado, idealmente el tamaño de partícula del
extremo superior debe mantenerse sustancialmente constante en este
paso, aunque a menudo es inevitable un aumento. Sin embargo, se ha
encontrado que la unión de finos permite la deposición de
partículas generalmente más gruesas, y por tanto se obtiene un
aumento en el extremo superior depositado (por ejemplo en el
d(v, 99) depositado). Así, un aumento del extremo superior
durante la unión puede no ser un problema, aunque esto debe
minimizarse en caso de ser posible, y preferiblemente no debe
producirse más de un 30%, preferiblemente no más de
aproximadamente 20% o 25%, de aumento en el valor d(v, 99)
durante la
unión.
unión.
Convenientemente, el proceso de lecho fluidizado
de cualquiera de los pasos se lleva a cabo sobre una serie de
sustratos y se toman medidas del valor medio para el polvo
depositado sobre el sustrato, y para el polvo en el lecho
fluidizado. El número de sustratos en la serie puede ser, por
ejemplo, 4 o más, preferiblemente 10 o más, especialmente 20 o más,
por ejemplo aproximadamente 20 ó 40 sustratos. Se ha encontrado que
el depósito obtenido al comienzo del proceso, por ejemplo sobre el
primer sustrato, puede no ser representativo (y esto es lo que
sucede incluso cuando existe "coincidencia" o correspondencia
del polvo y el depósito). Por tanto, puede ser útil despreciar los
resultados de al menos el primer sustrato y considerar los
resultados de los sustratos segundo y/o posteriores, y más
especialmente considerar los resultados de una pluralidad de
sustratos con exclusión del primer sustrato o de los dos o tres
primeros sustratos. Por ejemplo, pueden considerarse 10 o más
sustratos partiendo de cualquiera de los sustratos 2 a 5. Cuando el
número de sustratos es alto, la necesidad de despreciar el o los
primeros sustratos se reduce. Así, ventajosamente, puede tomarse el
valor medio de los 40 primeros sustratos. El error experimental se
reducirá también promediando los resultados para el polvo en el
lecho fluidizado, por ejemplo utilizando muestras del comienzo, la
parte intermedia y el final del proceso de revestimiento para los
sustratos.
Se ha encontrado que el uso de un polvo diseñado
de este modo da como resultado una operación sustancialmente
estable del proceso de lecho fluidizado a lo largo del tiempo,
proporcionando resultados coherentes a lo largo del tiempo y un
desperdicio mínimo de polvo. Sorprendentemente, se ha encontrado que
cuando el polvo depositado en una serie de paneles como se define
arriba corresponde, como se ha definido, al polvo a granel en el
lecho fluidizado, no existe sustancialmente deriva alguna de la
distribución de tamaños de partícula en el polvo depositado cuando
el proceso de revestimiento se lleva a cabo en escala comercial con
un número significativamente mayor de paneles, por ejemplo a lo
largo de un periodo de días, con revestimiento de, por ejemplo,
varios centenares de
paneles.
paneles.
La presente invención proporciona también el
uso, en un proceso de revestimiento en lecho fluidizado
electrostático con tribo-carga, de un polvo que
tiene la distribución de tamaños de partícula así establecida.
Por regla general, el proceso se conducirá
sustancialmente en las mismas condiciones utilizadas en el
establecimiento de la distribución de tamaños de partícula
coincidentes, y en especial sustancialmente al mismo voltaje que el
utilizado en el establecimiento de la distribución de tamaños de
partícula coincidentes. Como se comprenderá también, los procesos
de lecho fluidizado se conducen comúnmente con un aditivo de
fluidización, y por supuesto el aditivo utilizado en el proceso
para indicar la distribución de tamaños de partícula coincidente
será por regla general el propuesto para uso comercial. Aditivos
adecuados son por ejemplo una mezcla de óxido de aluminio e
hidróxido de aluminio como se describe en WO 94/11446. Un ejemplo es
una mezcla de hidróxido de aluminio (tamaño medio de partícula 0,8
\mum) y óxido de aluminio (tamaño medio de partícula <2 \mum)
en una relación en peso de 55:45, añadida al polvo en una cantidad
de 0,6% en peso calculada sobre el peso del polvo sin aditivo.
Polvos comprendidos dentro de la subclase
preferida de los polvos de la invención, es decir aquéllos que
tienen d(v,90) \leq 40 \mum y un contenido de partículas
inferiores a 10 \mum de \leq10%, proporcionan una estabilidad
de proceso mejorada. Empleando la subclase especialmente preferida
de polvos de la invención, es decir aquéllos que tienen
d(v,90)\leq36 \mum, ventajosamente \leq35
\mum, y un contenido de partículas inferiores a 10 \mum de
\leq10%, se ha obtenido un depósito sustancialmente constante a lo
largo del tiempo cuando el proceso se lleva a cabo en escala
comercial. Se utilizaron voltajes de 2 kV. Otros polvos comprendidos
dentro de la subclase preferida, es decir aquéllos con
d(v,90)\leq40 \mum pero > 36 \mum, pueden
emplearse cuando el proceso se conduce en condiciones diferentes,
más particularmente a voltajes más altos.
Más especialmente, el polvo tendrá un
d(v,90) de sustancialmente 34 \mum y una fracción inferior
a 10 \mum de \leq8%, v.g. \leq7,5%, especialmente \leq7),
en volumen. Un polvo que tenga un d(v,50) de \leq25
\mum, preferiblemente \leq22 \mum y/o una fracción inferior a
5 \mum \leq2,5 \mum en volumen (sic) debe mencionarse
especialmente. El d(v,99) puede ser por ejemplo \leq50
\mum, por ejemplo \leq44 \mum, por ejemplo comprendido en el
intervalo de 40 a 45 \mum.
Ventajosamente, puede ensamblarse una fuente de
datos de distribuciones de tamaño de partícula para polvos
depositados en procesos de lecho fluidizado electrostáticos con
tribo-carga puede ensamblarse, y un polvo para uso
en un proceso de lecho fluidizado electrostático con
tribo-carga particular puede prepararse por
referencia a dicha fuente de datos, haciéndose referencia general a
datos para un polvo de la misma química (el mismo sistema de resina
aglomerante) y preferiblemente una composición similar. Así, por
ejemplo, puede hacerse referencia a una fuente de datos de este
tipo en lugar de efectuar una o más secuencias de preparación,
deposición, retirada, medición y comparación. Así, por ejemplo, la
distribución de tamaños de partícula del material de revestimiento
preparado inicialmente (paso (i)) puede seleccionarse por referencia
a polvos depositados en procesos de lecho fluidizado conocidos, y
la secuencia de pasos (ii) a (v) se lleva a cabo luego, o el
proceso puede iniciarse por preparación de un polvo que tenga un
extremo superior próximo al conocido como máximo depositado en
procesos de lecho fluidizado con tribo-carga
conducidos en las condiciones a utilizar, y reducirse el contenido
de finos (paso 7). Alternativamente, un material de revestimiento de
polvo con una distribución de tamaños de partícula particular que
se espera proporcione correspondencia con la distribución de
tamaños de partícula depositada cuando se utiliza el mismo puede
prepararse por referencia a datos para procesos de lecho fluidizado
conocidos, y la idoneidad de la distribución de tamaños de partícula
obtenida para el proceso de lecho fluidizado particular a utilizar
puede comprobarse por la secuencia de pasos de deposición,
retirada, medición y comparación para asegurar que, cuando se aplica
a un sustrato por el proceso propuesto, el material de
revestimiento de polvo depositado tiene una distribución de tamaños
de partícula correspondiente a la del material utilizado en el
lecho fluidizado. Así, puede llevarse a cabo una sola secuencia de
preparación, deposición, retirada, medición y comparación puede y
utilizarse como medio de comprobación de la idoneidad del polvo
preparado para uso en el proceso de lecho fluidizado propuesto.
Los datos anteriores han permitido a los autores
de la invención identificar una distribución de tamaños de
partícula para un polvo que es especialmente adecuada para
aplicación en un proceso de lecho fluidizado electrostático con
tribo-carga. El material de revestimiento de polvo
así identificado puede utilizarse luego para revestir un sustrato
por un proceso de lecho fluidizado electrostático con
tribo-carga efectuado en las mismas o similares
condiciones a las utilizadas para obtener la distribución de tamaños
de partícula deseada. Se ha encontrado que el polvo puede
utilizarse también dentro de un intervalo de condiciones y
proporciona resultados excelentes. No obstante, si deben utilizarse
condiciones de proceso muy diferentes, más particularmente un
voltaje significativamente mayor (donde por ejemplo puede ser
adecuado un d(v,90) más alto), los requerimientos de
distribución de tamaños de partícula para el polvo pueden ser
diferentes y/o pueden precisar ser modificados para resultados
óptimos, y la invención permite identificar estos requerimientos de
tamaño de partícula.
Pueden utilizarse varios métodos para el ajuste
de la distribución de tamaños de partícula a fin de obtener los
resultados deseados. Así, por ejemplo, pueden utilizarse procesos de
clasificación o fusión mecánica en la identificación de la
distribución óptima de tamaños de partícula cuando el contenido de
finos debe reducirse, y pueden utilizarse tales procesos u otros
procesos para fabricación en mayor escala cuando se conoce la
distribución óptima de tamaños de partícula.
Los polvos utilizados en el proceso de la
invención pueden comprender partículas simples o aglomerados. Los
mismos pueden obtenerse, por ejemplo por clasificación o por métodos
de aglomeración, por ejemplo por fusión mecánica, secado por
pulverización o métodos de atomización en fusión, seleccionándose
las condiciones específicamente para producir polvos de la
distribución de tamaños de partícula requerida. Procesos de
aglomeración que conducen a partículas compuestas se describen, por
ejemplo, en EP 372860A y EP 539385A, y procesos de atomización en
fusión se describen, por ejemplo, en US 5.461.089. Sin embargo, los
procesos específicos de aglomeración realizados en dichas
aplicaciones no conducen a polvos que tengan la distribución de
tamaños de partícula requerida por la presente invención. La
solicitud asimismo pendiente de los autores de la presente invención
titulada Powder Coating Materials (inventores Ring, Spencer,
Cordiner) presentada simultáneamente a la presente solicitud
describe una clase de polvos que incluyen aquéllos que cumplen con
los requerimientos de la presente invención, y procesos para
fabricar los mismos.
La aglomeración se realiza normalmente a una
temperatura especificada con relación a la Tg del sistema. Esta
temperatura se define usualmente por el grado de aglomeración
requerido (cuanto más aglomeración se requiere, tanto mayor es la
temperatura). En general, por ejemplo, la fusión mecánica puede
llevarse a cabo a o justamente por encima de la temperatura de
transición vítrea (Tg) del polímero formador de película. (En
ciertos procesos de atomización en fusión, sin embargo, por ejemplo
el de US 5.461.089, pueden utilizarse temperaturas muy superiores
al valor Tg para la granulación, por ejemplo temperaturas que
exceden de Tg +100ºC).
En los procesos de (macro-)aglomeración, tales
como el descrito en EP 372860, las partículas individuales
contenidas en los aglomerados se unen o al menos se fusionan
parcialmente unas con otras de tal manera que los materiales
compuestos, o aglomerados, formados no se rompen bajo las fuerzas
mecánicas y/o electrostáticas asociadas con su aplicación a un
sustrato. Un aglomerado constituido por partículas de estructura en
racimo (a las que se hace referencia de otro modo como
"partículas unidas") puede prepararse, por ejemplo, por fusión
mecánica, verbigracia por fusión mecánica a una temperatura
comprendida en el intervalo de 45 a 75ºC. Para cualquier polvo
inicial dado, la distribución precisa de tamaños de partícula del
polvo aglomerado dependerá de diversos factores, por ejemplo, para
la fusión mecánica, la temperatura y el tiempo para la operación de
fusión mecánica, la tasa de calentamiento, el valor Tg del polímero
formador de película, el espacio libre dentro del dispositivo de
fusión mecánica, y la fuerza de cizallamiento en el dispositivo de
fusión mecánica (determinada por la potencia/intensidad
utilizadas).
Por ejemplo, una aglomeración por fusión
mecánica para preparar un polvo de la presente invención puede
llevarse a cabo utilizando una temperatura del calentador próxima
al valor Tg del polímero formador de película presente en el polvo,
por ejemplo con el calentador a la temperatura Tg, o en el intervalo
de hasta 10ºC por debajo de Tg, v.g. hasta 5ºC por debajo de Tg,
hasta 15ºC, v.g. hasta 8ºC, por encima del valor Tg.
El espacio libre en el interior del equipo se
mantiene ventajosamente en un mínimo de tal modo que el recipiente
esté lleno hasta el borde. Esto tiene por objeto mejorar la
eficiencia del proceso - menos material significa menos interacción
partícula-partícula y es esta interacción la que
genera el calor (para los sistemas de mayor tamaño), requiriéndose
calor para la fusión-aglomeración (unión). La
velocidad de la paleta se altera por regla general continuamente (a
mano o mediante control por computadora) tanto a fin de obtener una
tasa de calentamiento adecuada como para mantener la temperatura
máxima durante el tiempo requerido. Cuanto más rápida es la paleta,
tanto mayor es la tasa de aumento de temperatura.
El polvo puede calentarse, por medio del
calentador externo y por la paleta mezcladora, hasta una temperatura
máxima comprendida en el intervalo que va desde el valor Tg del
polvo (es decir, el punto medio Tg) a 15ºC por encima del Tg
(siendo por ejemplo las temperaturas más altas adecuadas para polvos
fuertemente cargados), preferiblemente desde el valor Tg hasta
Tg+10ºC, especialmente desde Tg hasta Tg+8ºC, por ejemplo desde Tg
hasta Tg+5ºC, o desde Tg hasta Tg+2ºC. El polvo puede enfriarse
inmediatamente después, o puede mantenerse a la temperatura máxima
durante un breve periodo de tiempo, v.g. durante hasta 5 minutos,
especialmente hasta 2 minutos, aunque a temperaturas inferiores
pueden ser posibles tiempos más largos, por ejemplo hasta 20
minutos. Para aumentar la unión, se utilizan, o bien una
temperatura más alta o un tiempo más largo (a la temperatura máxima
y/o por encima del valor Tg y/o un tiempo global más largo antes de
enfriar). Convenientemente, el polvo puede calentarse a una
temperatura comprendida en el intervalo de Tg hasta Tg+4ºC y
mantenerse a dicha temperatura durante un periodo de 0 a 2 min, o
por ejemplo puede calentarse a una temperatura máxima de la Tg del
polvo y mantenerse a dicha temperatura durante 0 a 2 minutos, siendo
el tiempo global entre el comienzo del calentamiento y el
enfriamiento sustancialmente 30 minutos.
Globalmente, el proceso de calentamiento puede
requerir, por ejemplo, hasta 120 mins, especialmente no más de 60
mins, y generalmente más de 5 mins, más especialmente al menos 10
mins, a menudo al menos 20 mins, por ejemplo aproximadamente 30 a
40 mins. El polvo puede encontrarse a una temperatura de su Tg o por
encima de dicho valor durante un tiempo de, por ejemplo, 2 mins,
por ejemplo 5 mins, o más.
La aglomeración puede llevarse a cabo en
condiciones que permitan reducir el contenido de partículas
inferiores a 10 \mum y reducir el valor
[d(s,90)/d(s,10)]^{2}\divd(s,90)-7],
y dará un aumento relativamente bajo en d(v,90). El aumento
del tiempo a temperatura inferior puede ser también ventajoso. El
tiempo se ajustará, por supuesto, de acuerdo con la temperatura
utilizada y otras condiciones, seleccionándose condiciones
relativamente suaves para asegurar la unión preferencial de las
partículas más finas, es decir para minimizar el aumento de tamaño
de las partículas más gruesas. Esto contrasta con el proceso de EP
372860, en el que se lleva a cabo la aglomeración sobre mezclas de
polvo de tamaño medio de partícula bajo, para aumentar
específicamente el tamaño medio de partícula. En EP 539385A,
asimismo, no se hace intento alguno para minimizar el aumento en el
tamaño medio de partícula o superior, siendo la intención
simplemente combinar componentes diferentes en un esquema de
mezcladura flexible y proporcionar una fijación permanente para
tales componentes en el polvo, al tiempo que se asegura también que
el polvo sea adecuado para aplicación mediante una pistola de
pulverización electrostática comercial. La última memoria
descriptiva indica que los polvos para esta finalidad tienen
generalmente una distribución de tamaños de partícula comprendida
entre 10 y 120 \mum, con un tamaño medio de partícula comprendido
en el intervalo de 15 a
75 \mum.
75 \mum.
Los autores de la invención han encontrado, sin
embargo, que mediante condiciones suaves con una tasa de
calentamiento generalmente más lenta, puede minimizarse el aumento
en los tamaños medios de partícula mayores al tiempo que se asegura
la unión de los finos. Así pues, aunque la unión aumenta el valor
d(s,10) y también el valor d(s,90) y reduce la
fracción inferior a 10 \mum pero aumenta también el valor
d(v,90), utilizando condiciones moderadas, se ha encontrado
que es posible obtener una unión preferencial de las partículas más
finas de tal manera que se produce un aumento relativamente mayor
en el valor d(s,10) que en el valor d(s,90), y una
reducción relativamente mayor en la fracción inferior a 10 \mum
que existe un aumento en el valor d(v,90) (sic), y por
selección de polvos tales que d(v,90)\leq42,5
\mum, y el contenido inferior a 10 \mum es \leq12% y/o
[d(s,90)/d(s,10)]^{2}\divd(s,90)-7]
\leq3,5 se obtienen polvos que reúnen las ventajas especiales
arriba mencionadas.
Así, por ejemplo, las condiciones de
calentamiento pueden indicarse por ajuste de la temperatura del
calentador y la velocidad de la paleta a fin de calentar el polvo a
la temperatura deseada a una tasa relativamente baja, especialmente
por encima del intervalo de temperatura que se aproxima al valor Tg
o a la temperatura máxima deseada, más especialmente por encima de
al menos los últimos 3ºC hasta la temperatura máxima. Por ejemplo,
a partir de una temperatura de aproximadamente 10ºC a 5ºC por debajo
del valor Tg hasta la temperatura máxima final, o desde una
temperatura de 15ºC por debajo de la temperatura final, hasta dicha
temperatura final, la tasa de calentamiento se mantiene
ventajosamente baja. La tasa de calentamiento al menos durante dicho
tiempo puede ser, por ejemplo, \leq4ºC por min, preferiblemente
\leq3,5ºC por min, especialmente \leq3ºC por min, muy
especialmente \leq2,5ºC por min, ventajosamente \leq2ºC por min,
v.g. 1ºC por min, utilizándose las tasas más altas, si acaso,
preferiblemente a temperaturas inferiores. Así, por ejemplo, el
calentamiento puede llevarse a cabo a una tasa de aproximadamente 1
a 2ºC por minuto a temperaturas comprendidas en el intervalo de 4 a
7ºC por debajo de la temperatura final hasta la temperatura final,
especialmente por encima de los 5ºC finales antes de alcanzarse la
temperatura deseada. El ajuste de las condiciones puede llevarse a
cabo automáticamente en máquinas de menor tamaño. Si se desea, el
aumento de temperatura hasta la temperatura final deseada puede
llevarse a cabo por etapas, reduciéndose la tasa de calentamiento
final v.g. desde una temperatura de 2 a 3ºC por debajo del valor Tg
hasta la temperatura final, v.g. para dar un aumento de temperatura
de sólo aproximadamente 1ºC por minuto. En general, las tasas de
calentamiento más altas próximas al máximo deben utilizarse
usualmente sólo con una temperatura máxima inferior (y por
consiguiente tiempos de restricción usualmente más largos a dicha
temperatura máxima). Cuando se alcanza la temperatura máxima, las
condiciones se ajustan luego convenientemente para enfriar el polvo
o mantener la temperatura constante durante el periodo deseado,
v.g. durante 2 mins, seguido preferiblemente por enfriamiento,
llevándose a cabo el enfriamiento, por ejemplo, con una velocidad
de agitación baja, por ejemplo durante un periodo de aproximadamente
5 a 15 minutos. En contraste con el uso de estas condiciones
suaves, una tasa de calentamiento sustancialmente mayor, por
ejemplo de 5ºC por minuto o más, como en EP 539385A, proporcionaría
polvos con un d(v,90) demasiado alto y un valor
[d(s,90)/d(s,10)]^{2}\divd(s,90)-7]
excesivamente alto.
En una realización alternativa, el material de
revestimiento se prepara en un vehículo líquido, y el vehículo
líquido se retira subsiguientemente y las partículas se combinarán
en partículas mayores para formar un material de revestimiento de
polvo del tamaño de partícula requerido. Ventajosamente, se prepara
una dispersión acuosa y se seca por pulverización para retirar el
agua y producir una combinación de las partículas en partículas
mayores. La Solicitud de Patente de los mismos autores, asimismo
pendiente de tramitación WO 2007/006779, presentada simultáneamente
con este documento, describe métodos para combinaciones de
partículas por este medio.
La preparación de la composición líquida puede
llevarse a cabo por diversos medios conocidos en la técnica, con
inclusión de los que se refieren a la producción de revestimientos
acuosos, por ejemplo molienda húmeda (como se describe, por
ejemplo, en WO 96/37561 y EP-A0820490),
emulsionamiento con inversión de fase (como se describe, por
ejemplo, en WO 00/15721), dispersión en fusión (como se describe,
por ejemplo, en WO 97/45476 y WO 01/60506), dispersión en chorro
(como se describe, por ejemplo, en
EP-A-0805171) o por ejemplo por
polimerización en emulsión. Preferiblemente, el vehículo líquido es
agua, y la composición es preferiblemente una dispersión o
emulsión.
Preferiblemente, la composición líquida se
prepara por emulsionamiento, convenientemente en presencia de un
agente dispersante que tiene grupos funcionales capaces de
reaccionar con el material formador de película. Alternativamente,
o adicionalmente, pueden utilizarse agentes neutralizantes que
pueden formar grupos funcionales ionizados hidrófilos (v.g. grupos
carboxílicos, grupos sulfamato y/o grupos fosfonato) que están
presentes en la resina y/o el reticulador.
Deben mencionarse especialmente composiciones
líquidas preparadas por emulsionamiento con inversión de fase,
especialmente por extrusión con inversión de fase. En el último
proceso, se procesan masas fundidas de polímero utilizando un
extrusor, preferiblemente un extrusor de tornillos gemelos, para
dispersar dicha sustancia en un medio acuoso. La preparación de
dispersiones acuosas de revestimiento en polvo preparadas por
extrusión con inversión de fase se describe en WO 01/28306 y WO
01/59016.
Convenientemente, el contenido de sólidos de la
composición líquida es al menos 5%, preferiblemente al menos 10%,
especialmente al menos 30%, más especialmente al menos 40% en peso,
y por ejemplo hasta 70%, v.g. hasta 60% en peso, aunque puede ser
posible hasta 95% en peso en el caso de un material muy denso. Los
contenidos elevados de sólidos pueden manejarse más fácilmente si
el tamaño medio de partícula es superior a 80
nm.
nm.
La retirada del vehículo líquido puede
realizarse por secado, filtración, separación centrífuga, o por
evaporación, o cualquier combinación de tales medios.
La separación por secado se realiza
preferiblemente mediante secado por pulverización, aunque pueden
utilizarse otras técnicas de secado, por ejemplo secado rotativo y
secado por liofilización, si se desea. Convenientemente, por tanto,
el vehículo líquido puede secarse por pulverización, con combinación
simultánea de las partículas en partículas mayores del tamaño de
partícula requerido. Se ha encontrado que en el proceso de secado
por pulverización, el tamaño de partícula puede controlarse por el
proceso de atomización y el contenido de agua dado que, en opinión
de los autores de la invención, el contenido de sólidos de cada
gotita líquida atomizada se seca para formar una partícula de polvo
individual. El aumento en la presión de atomización, la disminución
en las dimensiones del orificio, la disminución en el contenido de
sólidos de la alimentación líquida y/o la disminución en la tasa de
alimentación reducen el tamaño de partícula del polvo producido. Se
ha encontrado que las ecuaciones de Elkotb en Proceedings of
ICLASS, 1982, páginas 107-115, y las de Lefebre en
Atomisation and Spraying, 1999, página 233, pueden aplicarse para
predecir la eficiencia de atomización y dan una correlación
satisfactoria con los polvos producidos mediante secado por
pulverización.
El secado por pulverización puede llevarse a
cabo, por ejemplo, utilizando una temperatura del aire de entrada
de hasta 220ºC, a menudo hasta 200ºC, por ejemplo hasta 180ºC. Un
mínimo adecuado es, por ejemplo, 80ºC, y debe mencionarse
especialmente una temperatura de entrada comprendida en el intervalo
de 100 a 280ºC, a menudo 150-200ºC. La temperatura
de salida puede estar, por ejemplo, comprendida en el intervalo de
20 a 100ºC, más especialmente 30 a 80ºC, preferiblemente en el
intervalo de 55 a 70ºC, v.g. sustancialmente 55, 65, o 70ºC.
En una realización alternativa, el secado puede
llevarse a cabo, por ejemplo, mediante secado por congelación, v.g.
por liofilización, y si se utiliza un método de secado tal como éste
que no conduce a combinación en partículas mayores, las partículas
producidas se aglomeran subsiguientemente, por ejemplo, por fusión
mecánica, a fin de producir la distribución de tamaños de partícula
requerida.
Procesos que implican el secado de un material
de revestimiento en polvo preparado en un vehículo líquido se
describen en la Solicitud de Patente de los mismos autores pendiente
también de tramitación con el título Process for preparing a powder
coating composition (inventores Morgan, Koenraadt, Beijers, Kittle),
presentada simultáneamente con ésta. Sin pretender quedar ligados
por la teoría, se cree que, en contraste con los procesos de
macro-aglomeración de EP 539385A, en el proceso de
secado por pulverización con microaglomeración de la solicitud de
los mismos inventores presentada conjuntamente con éste documento,
los sólidos contenidos en cada gotita de pulverización pueden
formar una partícula de polvo discreta de tal manera que, según se
cree, el polvo comprende una proporción sustancial de partículas
simples no homogéneas sustancialmente esféricas formadas por un
proceso de fusión-aglomeración, aunque parecen
formarse también algunas estructuras en racimo
(macro-composiciones), se cree que por recirculación
de partículas en la zona de pulverización del secador de
pulverización. Las partículas discretas,
micro-composiciones, formadas por el proceso de
micro-aglomeración parecen tener una superficie
lisa y ser generalmente de forma esférica, en contraste con las
partículas discretas producidas por ejemplo por molienda en
chorro.
chorro.
De acuerdo con ello, la presente invención
proporciona especialmente un material de revestimiento de polvo en
el cual las partículas de polvo se han formado por un proceso de
fusión-aglomeración y en el cual
- a)
- d(v,90)\leq42,5 \mum, y
- b) {}\hskip0,2cm i)
- el porcentaje de partículas de tamaño menor que 10 \mum es \leq12% en volumen, y/o
- ii)
- \frac{[d(s, 90) \div d(s, 10)]^{2}}{[d(s, 90)\ -7]} \leq 3.5,
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- siendo d(s,90) mayor que 7 \mum, y midiéndose d(s,90) y d(s,10) en \mum
y a un material de revestimiento en polvo de
este tipo para uso en un proceso de lecho fluidizado electrostático
con tribo-carga.
El revestimiento de polvo puede formarse por un
proceso de fusión-aglomeración, tal como un proceso
de fusión mecánica.
Más especialmente, el polvo comprende partículas
de material compuesto en las cuales partículas individuales están
fusionadas o unidas entre sí para formar aglomerados que no se
rompen bajo las fuerzas mecánicas y/o electrostáticas encontradas
en la aplicación a un sustrato, y/o comprenden partículas discretas
sustancialmente esféricas formadas por un proceso de
fusión-aglomeración.
En una realización, el proceso de fusión
mecánica se lleva a cabo mediante secado por pulverización de una
emulsión o dispersión acuosa del material de revestimiento en polvo.
Esto puede conducir a partículas esencialmente individuales y
generalmente esféricas.
En otra realización, el material de
revestimiento en polvo se prepara por clasificación al aire.
En los aglomerados, las partículas individuales
se combinan, pero se mantienen identificables por separado en el
aglomerado. En las partículas discretas, en contraste, ha tenido
lugar una fusión completa de tal manera que se forma una partícula
individual sustancialmente esférica. En contraste con los polvos
convencionales, en los que el producto final es el resultado de
molienda y clasificación para separar partículas de tamaño excesivo
y finos, no existe necesidad alguna de un proceso de
clasificación para retirar los finos, aunque por supuesto un
proceso de este tipo puede llevarse a cabo antes de la
fusión-aglomeración si se desea.
El polvo a aglomerar puede, por ejemplo, ser un
polvo unitario (al que se hace referencia también como "componente
simple"). El polvo se deriva usualmente de un solo extrudato o
se obtiene, por ejemplo, por extrusión de los mismos componentes en
las mismas proporciones, seguido por trituración. Alternativamente,
pueden mezclarse dos polvos diferentes previamente a la
aglomeración. Éstos pueden ser de la misma o diferente química y/o
coloración. El polvo a aglomerar puede mezclarse, por ejemplo con un
polvo que es preferiblemente de composición sustancialmente
idéntica. Así, el polvo a aglomerar puede comprender partículas de
composición sustancialmente uniforme. Los polvos para mezcla pueden
tener o no la misma distribución de tamaños de partícula.
Ventajosamente, la preparación de un polvo con
un contenido reducido de finos durante el proceso anterior para
indicar una distribución de tamaños de partícula adecuada, y la
preparación de un polvo para uso comercial cuando se ha establecido
una distribución adecuada de tamaños de partícula, se lleva a cabo
por unión.
Es conveniente utilizar para la unión un polvo
con un d(v,90) que es ligeramente menor que la del polvo a
producir dado que este valor puede aumentar durante la unión. Sin
embargo, se ha encontrado que es posible llevar a cabo el proceso
de tal manera que las partículas más finas se unen preferiblemente,
y cualquier aumento en d(v,90) es relativamente bajo. En
comparación con los procesos de unión tales como los descritos en EP
0372860A, debe utilizarse un proceso de unión relativamente suave,
empleando, por ejemplo, una temperatura inferior y/o una tasa de
calentamiento menor.
Así, por ejemplo, preferiblemente, el polvo a
unir tiene un d(v,90) que difiere del d(v,90) deseado
en menos de 10 \mum, por ejemplo en menos de 8 \mum, y/o
preferiblemente en 20% o menos. La unión de polvos que tienen un
d(v,90) comprendido en el intervalo de 26 a 30 \mum, por
ejemplo 28 a 29 \mum, debe mencionarse especialmente.
Deseablemente, el polvo final tiene un valor d(v,90)
comprendido en el intervalo de 34 a 37 \mum.
\newpage
Así, se ha encontrado que en la aglomeración es
posible reducir el contenido de partículas de 10 \mum o menores
en, por ejemplo, más de 16% en volumen, y que, aunque existe
necesariamente un aumento en el tamaño medio de partícula como
resultado de la retirada de partículas finas, y usualmente un
aumento en d(v,90) como resultado de la adherencia de
algunas partículas a las partículas mayores, tales aumentos pueden
hacerse menores de lo esperado para un proceso de aglomeración.
Así, puede obtenerse un polvo con un contenido sustancialmente
reducido de partículas de 10 \mum o de tamaño inferior, y con una
distribución estrecha de tamaños de partícula.
Un proceso de aglomeración puede llevarse a cabo
una o más veces. Así, por ejemplo, después de un proceso de
aglomeración, el valor d(v,90) y la fracción inferior a 10
\mum de los valores d(s,90) y d(s,10) pueden
medirse y en caso necesario puede continuarse o repetirse la
aglomeración hasta que se produce el polvo deseado.
Alternativamente, por ejemplo, puede llevarse a cabo uno o más
procesos de referencia en los cuales la distribución de tamaños de
partícula en el polvo aglomerado se comprueba para indicar un polvo
de partida y condiciones de proceso que produzcan, a partir de
dicho polvo de partida un polvo aglomerado que tenga los parámetros
deseados.
En los procesos de la invención pueden
utilizarse también partículas no unidas (no aglomeradas).
Así, la preparación de un material de
revestimiento de polvo adecuado puede incluir, por ejemplo, un paso
de trituración, y, en caso deseado, un paso de clasificación. Por
ejemplo, el proceso puede comprender fundir y amasar una materia
prima para el revestimiento de polvo y producir pelets o chips a
partir de ella, triturándolos en partículas pulverizadas; y
opcionalmente combinar o aglomerar las partículas pulverizadas.
Adicionalmente, los materiales de revestimiento
de polvo de la invención pueden obtenerse por un proceso que
comprende:
fundir y amasar una materia prima para un
material de revestimiento de polvo y producir pelets o chips a
partir de la misma, en donde la materia prima comprende una resina
sintética y al menos un ingrediente adicional seleccionado de
pigmentos y aditivos;
triturar los pelets o chips en partículas
pulverizadas; y clasificar las partículas pulverizadas y/o aglomerar
el polvo resultante para producir un polvo que comprende partículas
de material compuesto en las cuales las partículas individuales
están fusionadas o unidas entre sí para producir la distribución de
partículas deseada; determinándose las condiciones del proceso o el
punto final del proceso a fin de dar una distribución de tamaños de
partícula en la
cual
cual
- a)
- d(v,90)\leq42,5 \mum, y
- b) {}\hskip0,2cm i)
- el porcentaje de partículas de tamaño menor que 10 \mum es \leq12% en volumen, y/o
- ii)
- \frac{[d(s, 90) \div d(s, 10)]^{2}}{[d(s, 90)\ -7]} \leq 3.5,
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- siendo d(s,90) mayor que 7 \mum, y midiéndose d(s,90) y d(s,10) en \mum.
Usualmente se lleva a cabo un paso de
aglomeración o combinación después de la clasificación para retirar
las partículas de tamaño excesivo.
Materiales de revestimiento de polvo adecuados
para uso en el proceso de la presente invención pueden prepararse
por un proceso en el cual partículas de una composición basada en
polvo se combinan, o se aglomeran, en partículas mayores,
determinándose las condiciones de aglomeración o el punto final de
la aglomeración de tal manera que proporcionen una distribución de
tamaños de partícula en la cual:
- a)
- d(v,90)\leq42,5 \mum, y
- b) {}\hskip0,2cm i)
- el porcentaje de partículas de tamaño menor que 10 \mum es \leq12% en volumen, y/o
- ii)
- \frac{[d(s, 90) \div d(s, 10)]^{2}}{[d(s, 90)\ -7]} \leq 3.5,
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- siendo d(s,90) mayor que 7 \mum, y midiéndose d(s,90) y d(s,10) en \mum.
Un paso de aglomeración (o unión) puede,
sorprendentemente, conducirse para producir un polvo en el cual el
d(v,90) no está sustancialmente incrementado por encima del
d(v,90) del material de partida. Esto es muy valioso dado
que, en aplicaciones tales como el proceso de la invención, el uso
de polvos d(v,90) menor sería ventajoso; sin embargo,
previamente, tales polvos finos han presentado problemas importantes
de manipulación y aplicación. La presente invención permite el uso
eficaz de los polvos finos con características mejoradas de
manipulación y aplicación. En efecto, para un valor medio dado de
tamaño de partícula en el extremo superior, los polvos que tienen
la distribución de tamaños de partícula definida en la presente
invención exhiben características mejoradas con respecto a los
polvos del mismo tamaño medio de partícula o el mismo tamaño de
partícula del extremo superior que no tienen la distribución de
tamaños de partícula definida en la presente invención.
Además de exhibir mejoras en poder de
penetración, uniformidad del revestimiento y velocidad del
revestimiento, y (para la subclase de polímeros preferida) mejoras
en la estabilidad de proceso, los polvos que se han definido arriba
exhiben propiedades mejoradas de aplicación cuando se utilizan en
los procesos de lecho fluidizado especificados anteriormente, en
comparación con las de valores de tamaño de partícula máximo
comparables, como se demuestra, por ejemplo, por la medida de la
fluidez del polvo a granel.
Son posibles diversos métodos de medida de la
fluidez. Un método convencional calcula un Índice de Aireación. En
este método, un instrumento (típicamente un Freemantech FT3) mide la
energía contenida en una muestra de polvo para flujo de aire cero y
subsiguiente a una diversidad de flujos de aire medidos. El Índice
de Aireación es igual a la energía medida para flujo de aire cero
dividida por la energía medida para un flujo de aire definido.
Dependiendo de la situación, sin embargo, el Índice de Aireación
puede ser fuertemente dependiente de los errores en el denominador,
y por consiguiente una medida mejor es la diferencia en el contenido
de energía entre dos puntos de medida para dar un gradiente de
aireación. Otro método utiliza la Relación de Hausner. La
información sobre la Relación de Hausner (la relación de la densidad
aparente con vibración a la densidad aparente aireada) y sobre su
uso como índice de fluidez puede encontrarse en el libro "Powder
Coating Testing: Methods of measuring the physical properties of
bulk powders" por Svarovsky, publicado por Kuwer Academic
Publisher, Oct 1987, secciones 3.2 y 5.2.4. Cuanto menor es la
Relación de Hausner, tanto más fluidizable es el polvo y tanto
mejores son sus propiedades de manipulación y aplicación. Por
ejemplo, debido a la cohesividad reducida, el equipo se hace más
fácil de limpiar. Muchos polvos utilizados en el proceso de la
presente invención tienen Relaciones de Hausner inferiores a 1,4 (y
por ello se clasifican como no-cohesivos), incluso
sin un aditivo de flujo especial, y varios de ellos tienen
Relaciones de Hausner inferiores a 1,5.
El uso de los polvos como se definen en la
presente invención ofrece también cierto número de otras ventajas
comparados con la técnica anterior.
El proceso de la presente invención da también
un efecto reducido de "piel de naranja" en el revestimiento
aplicado, lo cual tiene una importancia considerable para la
producción de revestimientos en los cuales se requieren películas
lisas de flujo muy alto, por ejemplo para revestimientos de
imprimación en el campo del automóvil.
Adicionalmente, en comparación con la técnica
anterior, los procesos de la presente invención proporcionan mejor
consistencia en el acabado o color a través de una pieza y de pieza
a pieza. Inconsistencias en espesor de artículo a artículo pueden
conducir, por ejemplo, a diferencias percibidas en aspecto estético,
especialmente, por ejemplo, en las baldosas de techos que se
examinan en un ángulo bajo. Los procesos de la presente invención
permiten un control mejorado del espesor de película y por
consiguiente mayor consistencia en la deposición de artículo
a
artículo.
artículo.
Los polvos utilizados en los procesos de la
invención pueden formularse utilizando materiales más altamente
funcionales o más viscosos que podrían conducir en caso contrario a
una reducción inaceptable en el flujo y la nivelación. Los mismos
pueden tener también un nivel elevado de pigmento, y puede hacerse
posible la incorporación de dichos pigmentos que tienen efecto
gravemente perjudicial sobre el flujo y el aspecto. El aspecto
puede mantenerse incluso con composiciones basadas en resinas que
tienen tiempos de gel cortos, que normalmente reducirían el
flujo.
flujo.
Las composiciones de revestimiento de polvo
pueden contener hasta 20%, o más, de carga. La adición de cargas
facilita la fabricación y proporciona revestimientos más tenaces,
conduciendo además a una reducción de costes, pero incluso 5% de
carga añadido a un polvo convencional podría causar un aspecto
inaceptable en el revestimiento final. Debe mencionarse
especialmente la adición de 10 a 20% o más de carga a un polvo
adecuado para uso en la presente invención a fin de proporcionar un
revestimiento con alta dureza superficial y flujo y brillo
aceptables.
Los materiales de revestimiento de polvo
utilizados en los procesos de la presente invención pueden mezclarse
con uno o más aditivos adyuvantes de fluidez (un "proceso de
post-mezcladura"). Tales aditivos (denominados
también adyuvantes de flujo), y su uso, son bien conocidos en el
campo de los revestimientos de polvo e incluyen, por ejemplo, óxido
de aluminio (alúmina) y sílice hidrófoba o hidrófila.
Preferiblemente, sin embargo, se utilizan los aditivos descritos en
WO 00/01775 o en WO 94/11446. Las descripciones de tales documentos
se incorporan en esta memoria por referencia.
Un aditivo adyuvante de la fluidez preferido es
la combinación de aditivos preferida descrita en WO 94/11446, que
comprende óxido de aluminio e hidróxido de aluminio, preferiblemente
en proporciones comprendidas en el intervalo de 30:70 a 70:30. Otro
aditivo mejorador de la fluidez preferido es la combinación de
aditivos preferida descrita en WO 00/01775, a saber una sílice
revestida de cera, opcionalmente en combinación con óxido de
aluminio y/o hidróxido de aluminio. En los casos en que se utiliza
sílice revestida de cera en combinación con albúmina, la relación
en peso entre estos materiales es preferiblemente 70:30 a 30:70. En
los casos en que se utiliza sílice revestida de cera en combinación
con hidróxido de aluminio, la relación entre estos materiales es
preferiblemente 80:20 a 50:50. En los casos en que se utiliza una
combinación de sílice revestida de cera, óxido de aluminio e
hidróxido de aluminio, las proporciones relativas de los aditivos
son preferiblemente como sigue: 10-30% en peso de
sílice revestida de cera, 20-85% en peso de alúmina,
y 1-55% en peso de hidróxido de aluminio,
calculados todos ellos sobre el total de los tres
componentes.
componentes.
Otros aditivos de
post-mezcladura que pueden mencionarse incluyen
óxido de aluminio y también sílice (hidrófoba o hidrófila), sea
aisladamente o en combinación. La cantidad de aditivo(s)
adyuvantes de la fluidez incorporada por mezcladura en seco puede
estar comprendida en el intervalo de, por ejemplo, 0,05 ó 0,1 a 5%
en peso, basada en el peso total de la composición sin el o los
aditivos.
Cada aditivo adyuvante de la fluidez incorporado
por post-mezcladura se encuentra generalmente en
forma finamente dividida y puede tener un tamaño de partícula de
hasta 5 \mum, o incluso hasta 10 \mum en algunos casos.
Preferiblemente, sin embargo, el tamaño de partícula no es mayor que
2 \mum, y más especialmente no es mayor que 1 \mum.
Cuando el aditivo adyuvante de la fluidez
comprende dos o más productos, se prefiere acusadamente que al menos
este componente se incorpore por pre-mezcladura,
con preferencia íntima y homogéneamente por una técnica de
cizallamiento alto, antes de ser mezclado con la composición. Debe
mencionarse también el caso en que el aditivo incorporado por
post-mezcladura incluya sílice revestida con cera, y
que dicho material se incorpore y se mezcle posteriormente por
separado.
El término "incorporado por
post-mezcladura" en relación con cualquier
aditivo significa que el aditivo se ha incorporado después de la
extrusión u otro proceso de homogeneización utilizado en la
fabricación del material de revestimiento de polvo, y en el caso de
polvos aglomerados, después del proceso de aglomeración. La
post-mezcladura de un aditivo puede realizarse, por
ejemplo, por mezcladura en un "tambor giratorio" u otro
dispositivo de mezcla adecuado o por introducción en el lecho
fluidizado propiamente dicho.
En el proceso de lecho fluidizado electrostático
con tribo-carga de la invención, la energía
eléctrica puede aplicarse al sistema de diversas maneras, por
ejemplo por aplicación de un voltaje al sustrato; por aplicación de
un voltaje a la cámara de fluidización del lecho fluidizado; o por
aplicación de un voltaje a un electrodo eléctricamente conductor
posicionado en el lecho fluidizado en una posición tal con relación
al sustrato que la extensión en la que las partículas cargadas se
adhieren a regiones del sustrato se ve influenciada por el
electrodo.
En una primera realización preferida, se aplica
un voltaje al sustrato durante al menos parte del periodo de
inmersión. En esta realización, el sustrato está hecho muy
convenientemente de un material conductor, por ejemplo metal, v.g.
aluminio o acero. En una segunda realización preferida, el lecho
fluidizado incluye una cámara de fluidización, al menos una parte
de la cual es conductora, y se aplica un voltaje a la parte
conductora de la cámara de fluidización. En esta realización, el
sustrato está aislado o conectado adecuadamente a tierra, y puede
ser conductor, por ejemplo un metal tal como acero o aluminio, o
puede ser no conductor o deficientemente conductor, por ejemplo
tablero de fibras de densidad media, madera, productos de madera y
materias plásticas, por ejemplo materias plásticas que incluyen
aditivos eléctricamente conductores, poliamida, y materias plásticas
altamente aislantes, por ejemplo policarbonato. En estas dos
realizaciones indicadas, el proceso se lleva a cabo en condiciones
que aseguran que no se producen efectos de ionización o efectos
corona de ningún tipo en el lecho fluidizado, y las partículas de
la composición de revestimiento de polvo se cargan con preferencia
exclusivamente por
fricción.
fricción.
En estas realizaciones, el voltaje aplicado al
sustrato o a la parte conductora de la cámara de fluidización o a
los electrodos dispuestos en una posición que influye en la
deposición es preferiblemente suficiente para atraer las partículas
de revestimiento de polvo cargadas por fricción al sustrato al
tiempo que da como resultado un gradiente máximo de potencial que
es insuficiente para producir ionización o efectos corona en el
lecho fluidizado de la composición de revestimiento de polvo.
Dado que el voltaje aplicado al sustrato o a la
parte conductora de la cámara de fluidización o a los electrodos
dispuestos en una posición que influye en la deposición es
insuficiente para producir ionización o efectos corona en el lecho
fluidizado del material de revestimiento de polvo, el sustrato está,
de hecho, aislado eléctricamente y no existe realmente flujo alguno
de corriente en el sustrato. Si existe algún flujo de corriente, se
anticipa que es improbable que sea mayor de 10 mA, siendo
probablemente inverosímil que sea mayor de 5 mA y esperándose que
sea menor que 1 mA y que es más probablemente del orden de unos
pocos microamperios; es decir, se espera que la corriente sea en la
práctica demasiado pequeña para poder ser medida por instrumentos
de medida de corriente
convencionales.
convencionales.
El voltaje aplicado es preferiblemente un
voltaje continuo, sea positivo o negativo, pero también puede
utilizarse en principio un voltaje alterno. El voltaje aplicado
puede variar dentro de límites amplios de acuerdo, inter
alia, con el tamaño del lecho fluidizado, el tamaño y la
complejidad del sustrato (pieza de trabajo) y el espesor de
película deseado. Sobre esta base, el voltaje aplicado estará
comprendido por regla general en el intervalo de 10 voltios a 100
kilovoltios, tanto positivos como negativos cuando se utiliza un
voltaje continuo.
\newpage
En cualquier caso, la ionización y las
condiciones corona pueden excluirse seleccionando de tal modo el
intervalo de voltaje de acuerdo con la separación del sustrato de
los elementos del aparato que cause un gradiente máximo de
potencial inferior a 30 kV/cm, el gradiente de potencial de
ionización del aire a la presión atmosférica, cuando el aire sirve
como gas del lecho fluidizado, y realizándose usualmente la
operación a la presión atmosférica. Como el gas del lecho
fluidizado podría servir nitrógeno o helio, por ejemplo, en lugar de
aire y, para la operación a aproximadamente a la presión
atmosférica, podría ser adecuado un gradiente máximo de potencial
inferior a 30 kV/cm para uso con dichos gases.
Cuando se aplica un voltaje al sustrato, el
mismo puede aplicarse antes de sumergir el sustrato en el lecho
fluidizado y sin desconectarlo hasta después que el sustrato ha sido
retirado del lecho. Alternativamente, el voltaje puede aplicarse
sólo después que el sustrato se ha sumergido en el lecho fluidizado.
Opcionalmente, el voltaje puede desconectarse antes de retirar el
sustrato de lecho fluidizado.
Ventajosamente, si se aplica un voltaje al
sustrato, el lecho fluidizado está provisto de una conexión
eléctrica, que sirve como la fuente de referencia o voltaje de
"tierra" para el resto del aparato. Si no se proporciona
conexión alguna, puede encontrarse que la eficiencia del
revestimiento del lecho fluidizado se deteriore más rápidamente que
lo que ocurriría en caso contrario. Por razones de seguridad, el
lecho fluidizado se conecta, preferiblemente, al terminal de tierra
del suministro de la red (al que se hace referencia como conexión de
puesta a tierra) que suministra energía al aparato.
En estas realizaciones primera y segunda, uno o
más contraelectrodos, conectados preferiblemente al terminal de
tierra del suministro de la red que proporciona energía al aparato,
están dispuestos dentro de la masa de la composición de
revestimiento de polvo fluidizada. Los contraelectrodos pueden estar
cargados en lugar de estar conectados al terminal de tierra del
suministro de la red. Los contraelectrodos sirven para mejorar la
eficiencia del proceso de acuerdo con la invención, en el
revestimiento de un sustrato con rebajos, por ejemplo, modificando
de tal modo el campo eléctrico en el interior de los rebajos, que
causen una mayor penetración del campo eléctrico en los rebajos,
efectuando con ello un aumento en la cantidad de polvo atraído en
los rebajos. Debe ponerse cuidado a fin de asegurar que las
separaciones entre los contraelectrodos y el sustrato en relación
con el voltaje aplicado al sustrato sean siempre tales que el
gradiente máximo de potencial entre un contraelectrodo y el
sustrato sea inferior a 30 kV/cm, el potencial de ionización del
aire a la presión atmosférica, cuando se utiliza aire a la presión
atmosférica como el gas en el lecho fluidizado. Es decir, el
proceso de la invención continúa realizándose sin ionización o
efectos corona en el lecho fluidizado cuando se utilizan
contraelectrodos.
En el caso en que se aplica un voltaje continuo
de una polaridad dada al sustrato o la cámara de fluidización, las
fuerzas electrostáticas tenderán a atraer predominantemente
partículas revestidas de polvo con carga opuesta sobre el sustrato
de acuerdo con las condiciones arriba establecidas con respecto a la
generación y regeneración de las partículas cargadas.
Ventajosamente, en un proceso de acuerdo con la
invención para revestir sustratos sucesivos en secuencia, se
utiliza el voltaje continuo y una sola polaridad, por ejemplo
polaridad positiva) o la polaridad del voltaje se invierte de cada
sustrato al siguiente a fin de producir una secuencia
alternante.
Una variante adicional del proceso que tiene en
cuenta la carga bipolar de las partículas de polvo comprende el
revestimiento simultáneo por lotes de uno o más pares de sustratos
dispuestos en un lecho fluidizado común, cargándose los sustratos
de cada par por voltajes continuos a polaridades respectivamente
opuestas. En dicha variante del proceso, las paredes de la cámara
de fluidización están conectadas al terminal de tierra del
suministro de la red y pueden estar provistos uno o más
contraelectrodos, conectados al terminal de tierra del suministro
de la red, a fin de indicar una configuración específica del campo
eléctrico entre los sustratos opuestamente cargados y la cámara
de
fluidización.
fluidización.
Una serie de sustratos de una sola polaridad o
de polaridades alternativas pueden transportarse a través de un
lecho fluidizado establecido en el interior de una cámara de
fluidización que tenga paredes compuestas alternativamente (en la
dirección de desplazamiento de los sustratos) de secciones aislantes
y secciones conductoras. Las secciones conductoras de la cámara de
fluidización se mantendrían usualmente a voltajes diferentes a fin
de proporcionar condiciones diferentes en las respectivas secciones
de la cámara, pero debe entenderse que las secciones conductoras
podrían, en ciertas circunstancias, estar conectadas todas ellas al
terminal de tierra del suministro de la
red.
red.
En una variante de este proceso continuo, los
sustratos con una sola carga o con cargas alternantes se transportan
en secuencia más allá de una red de contraelectrodos (conectados
preferiblemente al terminal de tierra del suministro de la red)
dispuestos en el interior del lecho fluidizado. Estos procesos
continuos ofrecen beneficios que son similares en principio a los
del revestimiento individual de sustratos sucesivos con polaridades
alternantes y al revestimiento simultáneo de pares de sustratos de
polaridades respectivamente opuestas.
En una tercera realización preferida, se aplica
un voltaje a un electrodo eléctricamente conductor posicionado en
el lecho fluidizado en una posición tal con relación al sustrato que
la extensión en la que las partículas cargadas se adhieren a
regiones del sustrato se ve influenciada por el electrodo. En esta
realización, el sustrato está, o bien aislado eléctricamente de
manera conveniente, o conectado a tierra; el sustrato es con
preferencia deficientemente conductor o no conductor, y puede ser
por ejemplo tablero de fibras de densidad media, madera, productos
de madera y materias plásticas, por ejemplo materias plásticas que
incluyen aditivos eléctricamente conductores, poliamida, y
materiales plásticos fuertemente aislantes, por ejemplo
policarbonato. El proceso se lleva a cabo en condiciones que
aseguran que no existe ionización alguna o efectos corona en el
lecho fluidizado, y las partículas de la composición de
revestimiento de polvo están cargadas exclusivamente por
fricción.
El electrodo ejerce su influencia sobre una
región del sustrato e influye en el revestimiento de dicha región
de acuerdo con la proximidad del electrodo a la región y el voltaje
aplicado al electrodo. Una configuración de aparato adecuada
incluye un segundo electrodo al que se aplica un voltaje que tiene
polaridad opuesta al primer voltaje identificado, encontrándose el
primer electrodo identificado y el segundo electrodo en lados
opuestos del sustrato y estando posicionado el segundo electrodo de
tal modo que influya en la magnitud en la que las partículas
cargadas se adhieren a una región del sustrato, y medios para
aplicar un voltaje de polaridad opuesta al segundo electrodo. Otra
configuración incluye al menos un electrodo adicional adyacente al
primer electrodo identificado, estando posicionado(s) el
electrodo o electrodos adicionales de modo que influyen en la
magnitud en la que las partículas cargadas se adhieren a una región
respectiva del sustrato o regiones respectivas del sustrato, y
medios para aplicar un voltaje de la misma polaridad que el primer
voltaje identificado al electrodo u electrodos adicionales.
La separación entre el electrodo o electrodos y
el sustrato y los voltajes aplicados al electrodo o electrodos son
preferiblemente tales que, durante la operación, no se indican
ionización o condiciones corona en el aparato. A modo de ejemplo,
la separación entre el electrodo o electrodos y el sustrato puede
ser de 10 cm, y el voltaje aplicado al electrodo o electrodos puede
ser 5 kV, dando como resultado un gradiente de potencial de 0,5
kV/cm, que es muy inferior al gradiente de potencial requerido para
condiciones de ionización o condiciones corona.
En una realización particular, el primer
electrodo identificado y una pluralidad de electrodos adicionales
pueden estar dispuestos en la forma de una "vaina" que encierra
al menos parcialmente el sustrato. Una vaina de este tipo puede ser
continua o discontinua. En otra realización adicional, el primer
electrodo identificado forma una vaina para el sustrato.
En esta tercera realización, el lecho fluidizado
puede incluir adicionalmente una cámara de fluidización, al menos
una parte de la cual es conductora, aplicándose un voltaje a la
parte conductora de la cámara de fluidización.
Como gas del lecho fluidizado sirve usualmente
aire a la presión atmosférica, pero pueden utilizarse otros gases,
por ejemplo, nitrógeno o helio. El sustrato estará usualmente
sumergido por completo en el interior del lecho fluidizado.
El periodo de inmersión preferido del sustrato
dependerá del tamaño y la complejidad geométrica del sustrato, el
espesor de película requerido, y la magnitud de la carga aplicada, y
generalmente estará comprendido en el intervalo de 10 segundos a 5
minutos.
Preferiblemente, el sustrato se mueve de una
manera regular o intermitente durante su periodo de inmersión en el
lecho fluidizado. El movimiento puede ser, por ejemplo, lineal,
rotativo y/u oscilatorio. Adicionalmente, el sustrato puede estar
agitado mediante sacudidas o sometido a vibración a fin de eliminar
las partículas que se adhieren sólo débilmente al mismo. Como
alternativa a una sola inmersión, el sustrato puede sumergirse y
retirarse repetidamente hasta que se ha alcanzado el periodo de
inmersión total deseado.
La presión del gas de fluidización dependerá de
la masa del polvo a fluidizar, la fluidez del polvo, las dimensiones
del lecho fluidizado, y la diferencia de presión a través de la
membrana porosa, y generalmente estará comprendida en el intervalo
de 0,1 a 10,0 bar. Intervalos posibles incluyen 0,5 a 4,0 bar y, en
ciertas circunstancias, serían adecuados 2,0 a 4,0 bar.
El espesor del revestimiento aplicado puede
estar comprendido en el intervalo de 5 a 200 \mum o 5 a 100
\mum, más especialmente de 10 a 150 \mum, posiblemente de 20 a
100 \mum, 60 a 80 \mum u 80 a 100 \mum, o 50 a 150 \mum,
ventajosamente 50 \mum o menos, y preferiblemente de 15 a 40
\mum. Los factores principales que afectan al espesor del
revestimiento son la distribución de tamaños de partícula y la carga
aplicada, pero la duración del periodo de inmersión en condición
cargada y la proximidad, tamaño y forma de cualesquiera
contraelectrodos tienen también influencia.
La cantidad de la composición de revestimiento
de polvo depositada sobre el sustrato o una serie de sustratos es
relativamente pequeña en comparación con la cantidad de la
composición en el lecho fluidizado. Sin embargo, puede ser deseable
cierta reposición de vez en cuando.
Cuando el sustrato es un metal u otro material
conductor, el sustrato se limpia ventajosamente por medios químicos
o mecánicos antes de la aplicación del material de revestimiento de
polvo, y preferiblemente se somete a pretratamiento químico, por
ejemplo con fosfato de hierro, fosfato de cinc o cromato. Los
sustratos distintos de sustratos metálicos se precalientan en
general antes de la aplicación o se tratan previamente con un
material que favorezca dicha aplicación.
Detalles adicionales de, y aparatos adecuados
para uso en los procesos arriba descritos se describen en los
documentos WO 99/30838, WO 02/98577, WO 2004052557 y WO 2004052558,
cuyos contenidos se incorporan en esta memoria por referencia.
El material de polvo utilizado en el proceso de
acuerdo con la invención comprende al menos una resina sólida
formadora de película que incluye cualquier agente de curado
requerido para ello. Usualmente el material de polvo está
coloreado, y el agente o agentes colorantes (pigmentos y/o tintes),
más cualquier agente de curado, se extrude con la o las resinas
formadoras de película de tal manera que las partículas formadas a
partir de ello comprenden generalmente resina formadora de
película, agente colorante y, en caso aplicable, agente de
curado.
El material de revestimiento de polvo puede
contener una sola resina formadora de película o puede comprender
una mezcla de dos o más resinas de este tipo.
La resina formadora de película (polímero) actúa
como aglomerante, teniendo la capacidad de humedecer los pigmentos
y proporcionar fuerza cohesiva entre las partículas del pigmento y
de mojar el sustrato o fijarse al mismo, y se funde y fluye en el
proceso de curado/estufado después de aplicación al sustrato para
formar una película homogénea.
El componente formador de película o cada
componente formador de película del material de revestimiento de
polvo será por regla general un sistema termoendurecible, aunque en
principio pueden utilizarse en su lugar sistemas termoplásticos
(basados, por ejemplo, en poliamidas). Puede utilizarse cualquier
química de revestimiento de polvos.
Cuando se utiliza una resina termoendurecible,
el sistema aglomerante polímero sólido incluye generalmente un
agente de curado sólido para la resina termoendurecible;
alternativamente, pueden utilizarse dos resinas termoendurecibles
formadoras de película co-reactivas.
El polímero formador de película utilizado en la
fabricación de un componente formador de película del material de
revestimiento de polvo termoendurecible puede ser uno o más
seleccionados de resinas poliéster carboxifuncionales, resinas
poliéster hidroxifuncionales, resinas epoxi, y resinas acrílicas
funcionales.
Un componente formador de película del material
de revestimiento de polvo puede estar basado, por ejemplo, en un
sistema aglomerante polímero sólido que comprende una resina
formadora de película poliéster carboxifuncional utilizada con un
agente de curado poliepoxídico. Tales sistemas poliéster
carboxifuncionales son actualmente los materiales de revestimiento
de polvo más ampliamente utilizados. El poliéster tiene generalmente
un índice de acidez comprendido en el intervalo de
10-100, un peso molecular medio numérico Mn de 1500
a 10.000 y una temperatura de transición vítrea Tg de 30ºC a 85ºC,
con preferencia al menos 40ºC. El poli-epóxido puede
ser, por ejemplo, un compuesto epoxi de peso molecular bajo tal
como isocianurato de triglicidilo (TGIC), un compuesto tal como un
glicidiléter de bisfenol A condensado con tereftalato de glicidilo o
una resina epoxi fotoestable. Una resina formadora de película
poliéster carboxifuncional de este tipo puede utilizarse
alternativamente con un agente de curado de
bis(beta-hidroxialquilamida) tal como
tetraquis(2-hidroxietil)-adipamida.
Alternativamente, un poliéster hidroxifuncional
puede utilizarse con un agente de curado bloqueado con funcionalidad
isocianato o un condensado amina-formaldehído tal
como, por ejemplo, una resina de melamina, una resina
urea-formaldehído, una resina de
glicol-urea-formaldehído, por
ejemplo el material "Powderlink 1174" suministrado por la
Cyanamid Company, o hexahidroximetil-melamina. Un
agente de curado de isocianato bloqueado para un poliéster
hidroxifuncional puede, por ejemplo, estar bloqueado internamente,
tal como el tipo uretdiona o puede ser del tipo bloqueado con
caprolactama, por ejemplo
isoforona-diisocianato.
Como una posibilidad adicional, puede utilizarse
una resina epoxi, con un agente de curado aminofuncional tal como,
por ejemplo, diciandiamida. En lugar de un agente de curado
aminofuncional para una resina epoxi, puede utilizarse un material
fenólico, preferiblemente un material formado por reacción de
epiclorhidrina con un exceso de bisfenol A (es decir, un polifenol
fabricado por formación de un aducto entre bisfenol A y una resina
epoxi). Una resina acrílica funcional, por ejemplo una resina
carboxi-, hidroxi- o epoxi-funcional, puede
utilizarse con un agente de curado apropiado.
Pueden utilizarse mezclas de polímeros
formadores de película; por ejemplo puede utilizarse un poliéster
carboxi-funcional con una resina acrílica
carboxifuncional y un agente de curado tal como una
bis(beta-hidroxialquilamida) que sirve para
curar ambos polímeros. Como posibilidades ulteriores, para sistemas
aglomerantes mixtos, puede utilizarse una resina acrílica carboxi-,
hidroxi- o epoxi-funcional con una resina epoxi o
una resina poliéster (carboxi- o
hidroxi-funcional). Tales combinaciones de resinas
pueden seleccionarse de tal modo que se curen simultáneamente, por
ejemplo, una resina acrílica carboxi-funcional
curada conjuntamente con una resina epoxi, o un poliéster
carboxi-funcional curado conjuntamente con una
resina acrílica glicidil-funcional. Más usualmente,
sin embargo, tales sistemas aglomerantes mixtos se formulan de modo
que se curen con un solo agente de curado (por ejemplo, el uso de
un isocianato bloqueado para curar una resina acrílica
hidroxifuncional y un poliéster hidroxifuncional). Otra formulación
preferida implica el uso de un agente de curado diferente para cada
aglomerante de una mezcla de dos aglomerantes polímeros (por
ejemplo, una resina epoxi curada con amina utilizada en conjunción
con una resina acrílica hidroxi-funcional curada con
isocianato bloqueado).
Otros polímeros formadores de película que
pueden mencionarse incluyen fluoropolímeros funcionales,
fluorocloropolímeros funcionales y polímeros fluoroacrílicos
funcionales, cada uno de los cuales puede ser hidroxifuncional o
carboxifuncional, y puede utilizarse como el polímero formador de
película exclusivo o en conjunción con una o más resinas funcionales
acrílicas, poliéster y/o epoxídicas, con agentes de curado
apropiados para los polímeros funcionales.
Otros agentes de curado que pueden mencionarse
incluyen novolacas epoxi-fenólicas y novolacas de
epoxi-cresol; agentes de curado de isocianato
bloqueados con oximas, tales como
isoforona-diisocianato bloqueado con
metil-etil-cetoxima,
tetrametileno-xileno-diisocianato
bloqueado con acetona-oxima, y Desmodur W (agente de
curado de diciclohexilmetano-diisocianato)
bloqueado con metil-etil-cetoxima;
resinas epoxi fotoestables tales como "Santolink LSE 120"
suministrado por Monsanto; y poli-epóxidos
alicíclicos tales como "EHPE-3150" suministrado
por
Daicel.
Daicel.
La resina formadora de película, con inclusión
de cualquier reticulador o agente de curado está presente por tanto
generalmente en la composición de revestimiento de polvo de la
invención en una cantidad de al menos 50% en peso, más
específicamente al menos 60%, todavía más específicamente al menos
65% en peso. La misma está presente generalmente en una cantidad de
como máximo 95% en peso, más específicamente como máximo 85% en
peso. Todos estos valores se calculan referidos al peso de la
composición de revestimiento de polvo sin aditivos mezclados
posteriormente.
La composición de revestimiento de polvo puede
contener o no un pigmento, como se conoce en la técnica. Si se
utiliza un pigmento, el mismo está presente generalmente en una
cantidad de 0,1-40% en peso, más específicamente
5-35% en peso. La cantidad exacta de pigmento
dependerá de las circunstancias específicas, con inclusión del
color del pigmento. Usualmente se utiliza un contenido de pigmento
de 20 a 35% en peso, aunque en el caso de colores oscuros puede
obtenerse opacidad con 0,1-10% en peso de pigmento.
Todos estos valores están calculados con referencia al peso de la
composición de revestimiento de polvo sin aditivos
post-mezclados.
Ejemplos de pigmentos que pueden utilizarse son
pigmentos inorgánicos, tales como, por ejemplo, blanco de dióxido
de titanio, óxidos de hierro rojo y amarillo, pigmentos de cromo y
negro de carbono, y pigmentos orgánicos, tales como, por ejemplo,
pigmentos de ftalocianina, azo, antraquinona, tioíndigo,
isodibenzantrona, trifendioxano y quinacridona, pigmentos
colorantes de tina y lacas de tintes ácidos, básicos y mordientes.
Pueden utilizarse tintes en lugar de o junto con pigmentos. Un
material de revestimiento coloreado puede contener un solo colorante
(pigmento o tinte) o puede contener más de un colorante;
alternativamente, el material de revestimiento puede estar exento
de agentes colorantes añadidos.
El material de revestimiento de polvo puede
incluir también uno o más extendedores o cargas, que pueden
utilizarse inter alia para contribuir a la opacidad, al
tiempo que minimiza los costes, o más generalmente como diluyente.
Los intervalos siguientes deben mencionarse para el contenido total
de pigmento/carga/extendedor del material polímero formador de
película: 0% a 55% en peso, 0% a 50% en peso, 10% a 50% en peso, 0%
a 45% en peso, y 25% a 45% en peso. Del contenido total de
pigmento/carga/extendedor, puede utilizarse un contenido de pigmento
de \leq40% en peso del material polímero formador de película.
Usualmente se utiliza un contenido de pigmento de
25-30% o 35%, aunque en el caso de colores oscuros
puede obtenerse opacidad con <10% en peso del pigmento.
Usualmente, estos agentes colorantes y aditivos de eficiencia se
incorporarán en el material formador de película antes y/o durante
la extrusión u otro proceso de homogeneización, y no por mezcladura
posterior.
La función de los revestimientos es por supuesto
protectora, pero también es importante el aspecto, y la resina
formadora de película y otros ingredientes se seleccionan de modo
que proporcionen la eficiencia y características de aspecto
deseadas. En relación con la eficiencia, los revestimientos deben
ser en general duraderos y exhibir una resistencia satisfactoria a
la intemperie, resistencia a las manchas o a la suciedad,
resistencia a los productos químicos o disolventes y/o resistencia
a la corrosión, así como propiedades mecánicas satisfactorias, v.g.
dureza, flexibilidad o resistencia al impacto mecánico; las
características precisas requeridas dependerán del uso propuesto.
El material debe, por supuesto, ser capaz de formar una película
coherente sobre el sustrato, y se requieren flujo y nivelación
satisfactorios del material sobre el sustrato. De acuerdo con ello,
el material de revestimiento de polvo contiene también por regla
general uno o más aditivos de eficiencia tales como, por ejemplo,
un agente promotor de fluidez, un plastificante, un estabilizador,
por ejemplo un estabilizador contra la degradación UV, o un agente
anti-desprendimiento de gases, tal como benzoína.
Tales aditivos son aditivos conocidos para uso en materiales de
revestimiento de polvo, incorporados con el polímero formador de
película antes y/o durante la extrusión u otro proceso de
homogeneización.
homogeneización.
Si se utilizan aditivos de eficiencia, los
mismos se aplican generalmente en una cantidad total de 5% en peso
como máximo, preferiblemente 3% en peso como máximo, más
específicamente 2% en peso como máximo. Si se aplican los mismos,
por regla general se aplicarán en una cantidad de al menos 0,1% en
peso, más específicamente al menos 1% en peso.
Después de la aplicación del material de
revestimiento de polvo a un sustrato, la conversión de las
partículas adherentes resultantes en un revestimiento continuo (con
inclusión, en caso apropiado, del curado de la composición
aplicada) puede efectuarse por tratamiento térmico y/o por energía
radiante, especialmente radiación infrarroja, ultravioleta o de
haces electrónicos.
El polvo se cura usualmente sobre el sustrato
por aplicación de calor (el proceso de estufado) generalmente
durante un periodo de 10 segundos a 40 minutos, a una temperatura de
90 a 280ºC, hasta que las partículas de polvo funden y fluyen y se
forma una película, usualmente durante un periodo de 5 a 30 minutos
y usualmente a una temperatura en el intervalo de 150 a 220ºC,
aunque para algunas resinas pueden utilizarse temperaturas tan
bajas como 90ºC, especialmente resinas epoxi, y son posibles también
temperaturas hasta 280ºC. Los tiempos y temperaturas de curado son
interdependientes de acuerdo con la formulación de la composición
que se utilice, y pueden mencionarse los intervalos típicos
siguientes:
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Los ejemplos siguientes ilustran la
invención:
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Las formulaciones I-VII a que se
hace referencia en los Ejemplos son como se muestra a
continuación.
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En los ejemplos subsiguientes, se midieron las
características de fluidización por los métodos que siguen.
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Método
1
La muestra (un mínimo de 150 g de polvo) se
agita mediante sacudidas en una bolsa. El equipo de densidad aireada
se conecta y el agitador de tamices se pone en funcionamiento a
plena velocidad. La muestra se vierte lentamente a través del tamiz
en una copa de densidad sobre una bandeja, hasta que la copa se
llena a rebosar. Se para el agitador de sacudidas del tamiz, se
elimina por raspado el polvo en exceso de la copa con una
herramienta de borde plano, y se pesa la copa de densidad. Se
devuelve el polvo a la bolsa y se repite el proceso. Se toma la
media aritmética de los dos valores.
La copa de densidad y la copa extendedora se
lubrican con cera, se introduce la copa extendedora en la copa de
densidad y se enrosca en el brazo de la palanca del equipo de
densidad aparente con vibración. La muestra de polvo se vierte en
la copa hasta el borde a fin de asegurar que no quede holgura alguna
cuando el polvo se compacta por un movimiento de vibración. Se pone
en marcha el equipo sometiendo la copa a vibración 180 veces
automáticamente. Se elimina el exceso de polvo, se separa por
raspado el polvo en exceso y se pesa la copa como anteriormente. Se
toma la media aritmética de dos valores.
Las medidas se realizaron utilizando el testador
de polvos Hosokawa como se detalla en Powder Testing Guide by
Svarovsky (Kuwer Academic Publisher, octubre de 1987).
Se determinó la relación de Hausner para los
polvos tal como se produjeron y también para mezclas con aditivos
constituidos por una mezcla de hidróxido de aluminio y óxido de
aluminio en la relación 55:45 en peso ("designada aditivo
1").
El óxido de aluminio utilizado era Aluminium
Oxide C, de Degussa, tamaño medio de partícula <0,2 micrómetros;
el hidróxido de aluminio utilizado era Martinal OL 103C, de Omya
Croxton & Garry, tamaño medio de partícula 0,8 \mum. El
aditivo se mezcló con el polvo utilizando un tambor giratorio
estándar durante al menos 20 min.
Método
2
Se utiliza un instrumento comercial, el FT3,
suministrado por Freemantech Instruments. Inicialmente no se
utiliza aire de fluidización alguno, realizándose al principio 5
comparaciones de acondicionamiento para estabilizar el polvo. Se
lleva a cabo luego una operación de test sin fluidización alguna. Se
indica luego el primer nivel de aire de fluidización, y se utilizan
dos operaciones de acondicionamiento para fluidizar inicialmente el
polvo, seguidas por una operación de test. El polvo se utiliza con
una adición de 0,3% de aditivo 1, calculado sobre el polvo sin
aditivo. Los dos tests de aireación difieren únicamente en el flujo
de aire utilizado:
Test 1 - 0,25 cm^{3}/min
Test 2 - 0,05 cm^{3}/min
La energía medida para flujo de aire cero se
compara con la energía medida para un flujo de aire definido. La
diferencia entre estos dos puntos (el número de Grad, por ejemplo
para un flujo de aire de 0,05, el número de Grad para grado 0,05)
es una medida de la facilidad con la cual puede fluidizarse un
polvo, que es una característica esencial para la aplicación de
pinturas de polvo. Así pues, se prefieren polvos con un número de
Grad relativamente alto.
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Ejemplo
1
Se preparó un polvo C6 a partir de la
formulación V por extrusión en un extrusor PKL 46 BUS a una
temperatura del barril de 120ºC. El extrudato se enfrió y se
aplastó en un rodillo de refrigeración inmediatamente fuera de la
matriz del extrusor y se trituró a continuación en escamas. El chip
se micronizó en un molino Alpine ACM5 para dar un polvo con
d(v,90) justamente inferior a 38 \mum. El molino utiliza un
mecanismo de recogida con ciclones gemelos y la preparación de los
polvos se llevó a cabo por el procedimiento operativo estándar en
el cual la fracción de finos del segundo ciclón se desecha, siendo
el producto recogido el producto procedente de la base del ciclón
I.
El polvo se aglomeró luego para dar un polvo
B6.2 utilizando un aparato Hosakawa CycloMix que operaba a 350 rpm
(manteniéndose la velocidad constante a lo largo del proceso hasta
que se inicia el enfriamiento) con un peso de 25 kg (siendo el
"peso de carga" - el peso del material a aglomerar - el peso de
carga de material en la bandeja de la unidad mezcladora. El peso
utilizado depende acusadamente de la distribución de tamaños de
partícula del polvo a aglomerar. Existe una diferencia en densidad
aparente del polvo debido a que las partículas más pequeñas
incluyen más aire, pero la carga en cada caso se selecciona
normalmente para mantener el espacio libre dentro del equipo en un
mínimo a fin de maximizar la interacción
partícula-partícula para la generación de calor.
(En el mezclador Cyclo, la carga puede variar de 20 a 25 kg,
correspondiendo el límite inferior a polvo muy fino y el límite
superior a polvo muy grueso, y aplicándose la cifra superior en este
caso). La aglomeración se llevó a cabo a la temperatura del fluido
térmico que circulaba en la camisa del mezclador (a la que se hace
referencia de otro modo como "la temperatura del mezclador")
ajustada a Tg + 7ºC) donde Tg es la temperatura de transición
vítrea del sistema de resina utilizado. La tasa de calentamiento
era mayor que 2ºC por min para al menos los últimos 5º hasta el
máximo, después de lo cual el polvo se enfrió inmediatamente,
siendo la temperatura máxima del polvo propiamente dicho Tg + 8ºC, y
siendo el tiempo global para el proceso antes del enfriamiento 20
minutos. El polvo se tamizó a través de un tamiz con una abertura
de malla de 120 \mum.
Detalles de la distribución de tamaños de
partícula en términos de volumen y superficie de los polvos C6 y
B6.2 se resumen a continuación. Los datos de tamaño de partícula se
obtuvieron utilizando el dispositivo de dispersión de la luz por
láser Mastersizer X, de Malvern Instruments, índice de refracción
1,45, índice de absorción 0,1.
\vskip1.000000\baselineskip
El polvo B6.2 tiene una fracción inferior a 10
\mum menor que 12% y d(v,90) menor que 42,5 \mum y
cumple con el requisito [d(s,90)/d(s,10)]^{2}
\div (d(v,90)-7)] \leq 3,5 (sic) y puede
clasificarse como un polvo de la invención. En contraste, el polvo
C6, aunque tiene un d(v,90) apropiado, no posee la fracción
inferior a 10 \mum especificada, y no cumple tampoco con la
relación alternativa especificada utilizando valores de superficie,
por lo que no cae dentro de la presente invención.
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Ejemplo
2
El polvo C6 preparado como se describe en el
Ejemplo 1 se utilizó para revestimiento en lecho fluidizado sobre
una serie de paneles de aluminio de 7 x 7 cm de acuerdo con el
método de WO 99/30838, con referencia particular a la Figura 1 de
dicha memoria descriptiva. Porciones del polvo de test mezcladas
posteriormente con 0,6% en peso de una mezcla de óxido de aluminio
e hidróxido de aluminio (aditivo 1) se depositaron en un lecho
fluidizado conectado a tierra y se aplicó una presión de
fluidización de 1,2 bar. El lecho de fluidización utilizado era el
lecho fluido Nordson Mini-tolva, de 25 cm de altura
y 15 cm de diámetro. El lecho se dejo estabilizar durante 15 min
antes del test. A lo largo de los tests, se añadieron pequeñas
cantidades de polvo de stock (aproximadamente 2 g) al lecho fluido
después de lo cual se revistió cada panel para mantener una altura
de fluido constante. Durante el revestimiento, el voltaje aplicado
al sustrato era +2 kV, y el tiempo de inmersión era 1 min. Se
revistieron un total de 40 paneles.
Una vez revestidos, se pesó el polvo depositado
sobre cada panel antes del curado y se midió la distribución de
tamaños de partícula. Se tomaron también pequeñas muestras de polvo
del lecho fluido durante el curso de los tests al comienzo, hacia
la mitad y al final del test (paneles 1, 21 y 40) y se tomó un valor
medio. Las distribuciones de tamaño de partícula se midieron en el
Mastersizer X como en el Ejemplo 1.
La Tabla 2 siguiente muestra los resultados
obtenidos para un promedio de los primeros 40 paneles.
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La comparación del polvo depositado y el polvo
en el lecho fluidizado indicaba que el contenido inferior a 10
\mum en el polvo depositado era 9,4% mayor (expresado como cifra
absoluta) que en el lecho fluidizado utilizado, y el tamaño máximo
de partícula depositado (como se mide por d(v,99) y
d(v,90)) era menor; difiriendo la cifra d(v,90)
aproximadamente en un 46%, calculado sobre el polvo depositado.
Estos polvos no son polvos "coincidentes".
Un polvo adicional con un d(v,99) más
próximo al polvo depositado se preparó a partir del chip de polvo
C10 por molienda utilizando el molino Alpine ACM5 como se describe
en el Ejemplo 1 anterior para dar un polvo C20 con características
de tamaño de partícula medidas por el Mastersizer X como se muestra
en la Tabla 3 siguiente. El d(v,99) estaba dentro de 6,5%
del d(v,99) del polvo depositado anteriormente.
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Se repitió La secuencia anterior de deposición,
retirada, medida del tamaño de partícula y comparación. El
resultado se muestra a continuación en la Tabla 4.
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\vskip1.000000\baselineskip
La comparación de las cifras demostraba todavía
una diferencia (2,3%) en el contenido inferior a 10 \mum del
polvo depositado y el polvo utilizado en el lecho fluidizado, y en
las cifras d(v,90) (26%, calculado sobre el polvo
depositado). Estos son polvos no coincidentes; pero las diferencias
eran menores que para el polvo C6.
De acuerdo con ello, se preparó un polvo
adicional a partir del polvo C20 por el método de aglomeración como
se describe en el Ejemplo 1 anterior para dar un polvo que
"coincidía" con su polvo depositado cuando se repitió la
secuencia de pasos de deposición, recogida, retirada y comparación,
llevándose a cabo la aglomeración en el CycloMix que operaba a 350
rpm con un peso de carga de 20 kg, una temperatura del calentador de
Tg + 6ºC, una tasa de calentamiento no mayor que 2ºC por min por
encima de aproximadamente 45 a 50ºC, hasta una temperatura máxima
de Tg +8,5ºC seguido por enfriamiento, siendo el tiempo total para
el calentamiento 20 min (sin enfriamiento; tiempo de aglomeración
total incluyendo 25 min de reenfriamiento), seguido por paso a
través de un tamiz con abertura de malla 120 \mum.
Los detalles de tamaño de partícula en términos
de volumen y superficie para el polvo satisfactorio B20 resultante
se resumen a continuación en la Tabla 5, junto con los del polvo de
comparación C20, y los detalles de deposición para el polvo
satisfactorio se dan a continuación en la Tabla 6. La medida se
registró con el Mastersizer X como en el Ejemplo 1. El polvo tenía
d(v,90) \leq 40 \mum y una fracción inferior a 10 \mum
\leq 12%.
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\newpage
Estos son polvos "coincidentes", y B20 cae
dentro de la subclase preferida de polvos de la invención. Una
comparación de su deposición de polvo con la de los otros polvos se
da más adelante en el Ejemplo 8.
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Ejemplo
3
El ejemplo siguiente describe la preparación de
polvos adicionales por el proceso de aglomeración, e ilustra cómo
influyen las condiciones de aglomeración en la distribución de
tamaños de partícula del polvo producido. La aglomeración para
formar un polvo de la invención debe llevarse a cabo de tal manera
que d(v,90) \leq 42,5 \mum y el contenido inferior a 10
\mum sea \leq 12%, y/o tal que [d(s,90)\div
d(s,10)]^{2} \div [d(s,90)-7]
\leq 3,5 y d(v,90) \leq42,5 \mum.
Se prepararon ulteriormente los materiales de
revestimiento de polvo C1-C5, C8, C9, C11, C14, C16,
C18 y C19, utilizando el proceso de extrusión como en el Ejemplo 1
anterior y por micronización utilizando el molino Alpine ACM5 en
condiciones operativas estándar como anteriormente, siendo el
producto recogido el producto de la base del ciclón 1 (identificado
como Cycl I en la tabla subsiguiente), o por realización de
esfuerzos para recoger el producto total del molino, describiéndose
entonces la operación del sistema de recogida de los ciclones
gemelos del molino como modo de "recogida total" (identificado
como "Col Total" en la Tabla). (En el modo de recogida total,
el producto procedente de la base de ambos ciclones se recogió,
ajustándose el caudal de aire a través del sistema de molienda y
recogida para minimizar las pérdidas de producto en el sistema
posterior al filtro; en realidad, sin embargo, un sistema de
ciclones gemelos permite necesariamente que algo de
ultra-finos pase a través del segundo ciclón al
sistema posterior al filtro, de tal modo que no es realmente un
sistema de "recogida total" verdadero. La clasificación
del extremo superior se llevó a cabo por fijación de la velocidad
del clasificador de rueda en el molino. La Tabla 7 muestra detalles
de la formulación, el modo de recogida y el tamaño de partícula tal
como se midieron por el Malvern Mastersizer X como anteriormente
para estos polvos y para el polvo C6 del Ejemplo 1, utilizándose
todos los polvos subsiguientes a continuación.
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Los polvos se cargaron luego en un mezclador
Henschel, Mixako CM3, Cyclomix o Mixaco CM1000, y se aglutinaron
para producir polvos aglomerados, aglutinándose los polvos de
partida C3, C8, C16 y C19 cada uno en condiciones de aglomeración
diferentes para dar, respectivamente, los polvos B3.1 y B3.2; B8.1,
B8.2 y B8.3; B16.1 y B16.2; y B19.1 y B19.2. Para cada polvo
aglutinado, el mezclador utilizado (con la velocidad de la paleta),
el peso del material cargado en el mezclador, la temperatura del
calentador y la temperatura máxima alcanzada en el mezclador, así
como el tiempo total de calentamiento antes de la refrigeración, se
registran en la Tabla 8 a continua-
ción.
ción.
En la Tabla, la temperatura del calentador
("Temp Calent.") es la temperatura a la que se ajusta el fluido
térmico circulante en la camisa de la unidad mezcladora al comienzo
del proceso de aglutinación. Para el mezclador Mixaco CM1000, dicha
temperatura se ajusta a 45ºC y después de ello se reduce poco a poco
de acuerdo con el programa utilizado. Para otros mezcladores, la
temperatura de la camisa de fluido es constante hasta que comienza
la refrigeración.
En el mezclador Henschel, la velocidad se ajusta
manualmente durante el proceso, iniciándose rutinariamente a 1000
rpm de velocidad de la paleta, reduciéndose luego hasta que se
alcanza la temperatura máxima deseada del polvo (normalmente a
600-650 rpm), y reduciéndose ulteriormente hasta la
cifra mínima indicada en la nota al pie, a la cual se mantiene
durante un minuto, después de lo cual se inicia el enfriamiento. El
mezclador Henschel puede variar de 10 a 20 kg, correspondiendo el
límite inferior para polvo muy fino y el límite superior para polvo
de grano muy grueso.
En la unidad mezcladora Mixaco CM1000, la
velocidad se ajusta automáticamente a lo largo del proceso por un
programa ejecutado PLC. El programa A utilizado comprende las
acciones siguientes en secuencia: (a) velocidad 1900 rpm hasta que
la temperatura del polvo alcanza 45ºC; (b) velocidad 1100 rpm para
llevar el polvo a la temperatura máxima deseada; (c) velocidad 200
rpm durante el enfriamiento hasta que el polvo alcanza 35ºC. La
carga puede variar desde 215 a 320 kg, correspondiendo el límite
inferior para polvo muy fino y el límite superior para polvo muy
grueso. La tasa de calentamiento en cada caso no era mayor que 4ºC
por min a temperaturas superiores a 45ºC. Una vez alcanzada la
temperatura máxima, el polvo se enfrió inmediatamente.
Los polvos aglutinados se tamizaron luego a
través de un tamiz con una malla de 120 \mum.
\newpage
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Se realizaron medidas del tamaño de partícula
para los polvos, y para ciertos polvos disponibles
comercialmente
- C21:
- Polvo comercial de Dong Yu
- C22:
- Interpón FA 515M de Akzo Nobel Powder Coating
- C23:
- Interpón FA 923E de Akzo Nobel Powder Coating
- C24:
- Interpón FA 916M de Akzo Nobel Powder Coating,
utilizando el Malvern Mastersizer X como en el
Ejemplo 1 anterior, y los resultados se dan a continuación en la
Tabla 9.
\newpage
\global\parskip1.000000\baselineskip
Los polvos B6.1, B8.2, B8.3, B9, B11, B18 y
B19.2 tienen todos ellos d(v,90) menor que 42,5 \mum y una
fracción inferior a 10 \mum menor que 12%, por lo que caen dentro
de la invención. Los polvos B6.1, B18 y B19 tienen todos ellos
d(v,90) menor que 40 \mum y por tanto caen dentro de la
subclase preferida de polvos de la invención.
Algunos polvos no aglutinados tienen un
d(v,90) demasiado alto y se requieren molienda y aglutinación
ulteriores. C10, por ejemplo, tiene un d(v,90) demasiado
alto y después de la aglutinación se encuentra un aumento adicional.
Sin embargo, cuando se muele hasta el tamaño de partícula de C11 y
se realiza cierta clasificación (C11 es un polvo "cycl 1" en
lugar de la recogida "total") y se aglutina en diferentes
condiciones, se forma un polvo B11 de la invención; debe indicarse
aquí que la temperatura de aglutinación era menor que para el polvo
B10, pero el tiempo de aglutinación se incrementa de 13 a 20 min.
Operaciones simples de prueba permitirán indicar las condiciones de
aglutinación adecuadas.
Algunos polvos tienen una fracción inferior a 10
\mum demasiado alta, y puede llevarse a cabo aglutinación o
aglutinación ulterior del polvo. En el caso del polvo no aglutinado
C2, por ejemplo, el polvo tiene un d(v,90) aceptable, pero
un contenido inferior a 10 \mum demasiado alto. La aglutinación
condujo a un polvo B2 con un d(v,90) superior a 42,5 \mum
pero con una fracción inferior a 10 \mum aceptable. Puede llevarse
a cabo molienda ulterior del polvo de partida seguida por
aglutinación (compárese el polvo B9 preparado a partir de C9), o
aglutinación del mismo polvo en condiciones diferentes (compárese el
polvo D11 de la invención preparado a partir de un polvo de tamaño
de partícula comparable). En el caso de los polvos aglutinados B8.1,
B14, B16.1 y B16.2, el d(v,90) es aceptable, pero el
contenido inferior a 10 \mum es demasiado alto, y puede intentarse
una aglutinación ulterior, o debe intentarse la reaglutinación del
polvo de partida en condiciones diferentes. Como puede verse, la
reaglutinación del polvo C8 durante un tiempo más largo que el
utilizado para el polvo B8.1 dio polvos B8.2 y B8.3 dentro de la
invención con aglutinación del polvo C16 a temperaturas diferentes
y durante dos tiempos de aglutinación diferentes, teniendo ambos
polvos resultantes una fracción inferior a 10 \mum demasiado
alta, pero los resultados se incluyen para demostrar que la
temperatura y el tiempo de aglutinación incrementados conducen a
una reducción adicional en el contenido inferior a 10 \mum sin
afectar en este caso sustancialmente a d(v,90). Con el polvo
C14, asimismo, la aglutinación en las condiciones indicadas dio
como resultado un aumento prácticamente nulo en d(v,90), pero
puede intentarse la re-aglutinación durante un
tiempo más largo y/o a temperatura más alta.
Debe indicarse también que la aglutinación del
polvo C19 en las condiciones indicadas para el polvo B19.2
(mezclador Henschel, 100-300 rpm, carga 16 kg,
temperatura del calentador Tg, aglutinación durante 12 min a Tg
+2ºC) dio un polvo de la invención que tenía d(v,90)
\leq42,5 \mum, y una fracción inferior a 10 \mum \leq12%, y
que cumplía con la relación [d(s,90)\div
d(s,10)]^{2} \div [d(s,90)-7]
\leq 3,5, pero cuando la aglutinación se llevó a cabo durante 17
min a Tg +5ºC y a la velocidad de la paleta 1000-750
rpm, el producto obtenido (B19.1) se fundió totalmente.
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Ejemplo
4
Se preparó un polvo P clasificado al aire a
partir de la formulación VII por extrusión estándar, seguido por
molienda y clasificación para eliminar finos utilizando un
clasificador Neuman & Esser
48/60-378/micronizador 630/CSAR70 para dar un polvo
con la distribución de tamaños de partícula que se muestra a
continuación en la Tabla 10. Los tamaños de partícula se midieron
utilizando el instrumento Mastersizer 2000 (índice de refracción
1,45, índice de absorción 0,01).
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Ejemplo
5
Se prepararon tres formulaciones de polvo no
aglutinado (no correspondientes a la invención) a partir de la
formulación base VI por extrusión como en el Ejemplo 1 y molienda en
las condiciones dadas a continuación en la Tabla 11.
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Los detalles del tamaño de partícula (en
volumen) de los polvos resultantes se midieron con Mastersizer 2000
y se dan a continuación en la Tabla 12.
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Cada polvo sin aglutinar se utilizó luego como
material de partida para preparar polvos aglutinados de acuerdo con
la invención utilizando un mezclador Mixaco CM3 en el que la
temperatura del mezclador se ajustó a Tg +4ºC y la velocidad de la
paleta se ajustó al octavo nivel (de 10), expresándose las
velocidades en una escala análoga, en la que cero indicaba la
paleta parada y 10 indicaba la velocidad máxima. La velocidad se
ajusta al comienzo del proceso pero se altera para asegurar que se
obtiene la tasa de calentamiento seleccionada hasta que se alcanza
la temperatura máxima, y se altera luego para mantenimiento a la
temperatura máxima hasta que se inicia el enfriamiento. Otras
condiciones del proceso, seleccionadas para producir polvos que
tienen la distribución deseada de tamaños de partícula de acuerdo
con la invención se dan a continuación en la Tabla 13. El peso de
carga utilizado depende mucho de la distribución de tamaños de
partícula del polvo a aglutinar; en el mezclador Mixaco CM3, el
procedimiento estándar consiste en utilizar aproximadamente 2 kg,
pero se utiliza una carga menor para el polvo más fino D1. La tasa
de calentamiento en cada caso no era mayor que 2ºC por min durante
al menos los últimos 5ºC. La temperatura se mantuvo en el máximo
durante 2 min antes del enfriamiento.
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\newpage
Después de la aglutinación, los polvos se
tamizaron a través de un tamiz con una malla de 120 \mum y los
tamaños de partícula se midieron en un instrumento de dispersión
láser Malvern Mastersizer 2000, índice de refracción 1,45, índice
de absorción 0,01. Diversos parámetros que definen la distribución
de tamaños de partícula de los polvos por volumen y por superficie
se dan respectivamente en las Tablas 14 y 15 más adelante.
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La Figura 1 muestra un gráfico que representa el
valor de [d(s,90) \div ds10]^{2} frente a (s,90)
para cada polvo, El gradiente de la línea de trazo continuo
representada en el gráfico es 3,5 y corta el eje d(s,90) en
d(s,90) = 7 \mum, lo que significa que todos los puntos por
debajo de la línea cumplen con la relación
[d(s,90)\div d(s,10)]^{2} \div
(d(s,90)-7)], mientras que todos los puntos
por encima de la línea no cumplen.
De los polvos que cumplen con la relación
anterior, E2 y E3 tienen d(v,90) \leq42,5 \mum y de
acuerdo con ello son polvos de la invención.
Los polvos D1, E1, G1 y G2 caen todos ellos
fuera de la invención.
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Ejemplo
6
Las características de fluidización de diversos
polvos de los Ejemplos 1-4 de la invención se
evaluaron por el Método 1 dado anteriormente por medida de la
relación de Hausner de los polvos producidos y de los polvos que
contenían una proporción especificada de aditivo especificado,
basándose los porcentajes en el peso de polvo sin aditivo. Los
resultados se muestran a continuación en la Tabla 16.
Excepto donde se indica "cohesivo", la
relación de Hausner demuestra que el polvo debe clasificarse como no
cohesivo.
Como puede verse por la comparación de cada uno
de los pares de polvos, los polvos aglutinados tienen relaciones de
Hausner menores que los polvos de partida de d(v,90)
comparable. Los polvos de la presente invención B6.1 y B6.2, por
ejemplo, muestran una reducción sustancial en la relación de
Hausner en comparación con el polvo comparativo C6 y son no
cohesivos con y sin aditivo, produciendo las condiciones de
aglutinación para el polvo B6.2 un mayor grado de aglutinación de
la fracción inferior a 10 \mum que para el polvo B6.1 (se utiliza
una temperatura más alta - véanse los Ejemplos 1 y 3), y esto se
refleja en sus mejores relaciones de Hausner. El polvo B20 de la
presente invención tiene una relación de Hausner más baja que el
polvo C20 comparable, pero se clasifica como cohesivo, debiéndose
la cohesividad a la proporción absoluta de partículas finas que es
mayor que para B6.2. Sin embargo, con 0,6% de aditivo,
\hbox{la
relación de Hausner se reduce sustancialmente y el polvo se vuelve
no cohesivo, en contraste con el polvo C20.}
Las relaciones de Hausner para los polvos C1 a
C24 disponibles comercialmente se muestran en la Tabla 17. Las
relaciones de Hausner de los polvos C23 y C24 son mayores que las de
los polvos B6.1, B6.2 y B18 de la presente invención de
d(v,90) comparable, y los polvos son más cohesivos que los
polvos de la invención.
La fluidez, o facilidad de aireación, de los
polvos de la invención del Ejemplo 5 y de los polvos comparativos
de d(v,90) comparable se midió utilizando el método 2 dado
anteriormente. Los resultados se muestran en la Tabla 18, que
incluye también el valor de [d(s,90)\div
d(s,10)]^{2} \div [d(s,90)-7] para
cada polvo. Los números Grad 0,05 y Grad 0,25 para cada polvo de
acuerdo con la invención se encuentran en un nivel
satisfactoriamente alto, y puede verse claramente que, para cada
polvo, los números Grad 0,05 y Grad 0,25 son mayores que los
números para el polvo correspondiente no conforme a la
invención.
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Ejemplo
7
Ejemplo
7a
Los polvos C6, B6.2, C20 y B20 que contenían
0,6% del aditivo 1 mencionado anteriormente se aplicaron a un panel
de aluminio por el proceso de lecho fluidizado de GB 0113783.5, como
se describe particularmente con referencia a los dibujos.
Las condiciones operativas fueron como
sigue:
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El sustrato utilizado en los experimentos
consiste en un panel de aluminio plegado como se muestra en la Fig.
2 de GB 0113783.5 para producir una pieza que tiene generalmente una
forma de U en vista en planta (a fin de definir un rebajo central)
y que tiene las dimensiones que siguen:
a = 10 cm
b = 7,5 cm
c = 5 cm.
El sustrato, conectado a tierra, se sumergió en
el lecho fluidizado y se aplicó un voltaje DC al lecho fluidizado
exactamente durante el periodo de inmersión.
Se seleccionaron diferentes tiempos de inmersión
y voltajes aplicados a fin de indicar las "condiciones óptimas de
operación" (es decir el voltaje mínimo aplicado y el tiempo de
inmersión más corto) capaces de dar un revestimiento completo del
sustrato para cada polvo.
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El sustrato se retiró del lecho y se sometió a
cochura con un programa de curado de 180ºC durante 15 min.
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La Tabla 19 siguiente muestra las condiciones
óptimas de operación para los polvos. Los resultados dados son los
valores medios de 10 tests para cada condición de operación
investigada.
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- \quad
- INcov es la cobertura en la superficie rebajada (cara interior) del sustrato, evaluada visualmente.
- \quad
- OUTcov es la cobertura de la superficie exterior (cara exterior) del sustrato, evaluada visualmente.
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Dado que en el proceso de revestimiento de un
sustrato rebajado la cobertura de la superficie rebajada es el
cuello de botella del proceso, las condiciones óptimas de operación
pueden representar una medida directa del poder de penetración en
las áreas rebajas del proceso. Dado que las condiciones operativas
del proceso (tipo de sustrato, tipo de lecho fluido, cantidad de
polvo utilizada, presión de fluidización, etc.) se mantienen
constantes para los polvos testados, dichas "condiciones óptimas
de operación" reflejan el poder de penetración relativo de los
polvos.
El polvo B6.2 requería un valor de voltaje
aplicado notablemente inferior y tiempo de inmersión más corto que
el polvo C6 para cobertura completa. Ello puede traducirse
directamente en un mejor poder de penetración para el polvo B6.2 de
la invención. Análogamente, el polvo B20 requería un voltaje
aplicado significativamente menor y/o un tiempo de inmersión más
corto que el polvo C20, conduciendo a una penetración mejorada para
el polvo B20 de la invención.
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Ejemplo
7b
El revestimiento se llevó a cabo de acuerdo con
el proceso de WO 99/30838 como se describe particularmente con
referencia a la Figura 1 de dicha memoria descriptiva.
La penetración para los polvos C6, B6.2, C20 y
B20 que contenían 0,6% de aditivo 1 se evaluó utilizando un tubo de
aluminio de 168 mm de longitud y 39 mm de diámetro. El tubo se
basculó para permitir la inspección de la superficie interior
después del revestimiento. Cada uno de los polvos se depositó
sucesivamente en un lecho fluido conectado a tierra, y se aplicó
una presión de fluidización de 1,2 bar. Se llevaron a cabo una
serie de tests donde cada tubo se sumergió en el polvo fluidizado, y
se aplicó un voltaje. A lo largo del curso del experimento, el
voltaje aplicado se modificó, junto con el tiempo de inmersión en el
polvo.
Para cada test, se registró el peso de polvo
depositado sobre la superficie interior. La penetración se midió
como la distancia máxima, desde el extremo superior o el inferior
del tubo, para que el polvo se depositara en una cantidad tal que
impidiera el "clareo" del metal. Esta distancia se indicó luego
como porcentaje de la longitud total del tubo.
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Cada test se llevó a cabo dos veces y se
consignan en la Tabla 20 siguiente el valor de cada operación y los
valores medios.
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De nuevo, los sistemas de polvo B6.2 y B20 de la
invención muestran también claramente en este tipo de test un mayor
poder de penetración en las áreas rebajadas que los sistemas de
polvo comparativos C6 y C20.
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Ejemplo
8
La estabilidad del proceso de los polvos C6,
B6.2, C20 y B20 se testó realizando el proceso especificado en
lecho fluidizado para una serie de paneles como en el Ejemplo 2
anterior. Además de registrar los datos de tamaño de partícula para
el polvo depositado en cada panel utilizando el instrumento
Mastersizer X, se determinó el peso medio del depósito, y se
registraron los datos para el polvo en el lecho fluidizado cuando se
revistió cada uno de los paneles. Los resultados para el polvo B6.2
se dan en la Tabla 21 siguiente, y la Tabla 22 resume los
resultados para todos los polvos de dicha Tabla y las Tablas 2, 4 y
6 anteriores.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Para el polvo C6:
\bullet la Figura 2 muestra la gráfica del
d(v,90) y la fracción inferior a 10 \mum a lo largo del
tiempo para el polvo depositado, y se muestran también las líneas
de tendencia para el polvo a granel en el lecho fluidizado,
\bullet la Figura 3 muestra una gráfica de la
distribución de tamaños de partícula para el polvo a granel y el
polvo depositado promediados para 10 paneles, y
\bullet la Figura 4 muestra la gráfica de masa
depositada en los paneles a lo largo del tiempo.
\vskip1.000000\baselineskip
Para el polvo B6.2:
\bullet la Figura 5 muestra la gráfica del
d(v,90) y la fracción inferior a 10 \mum a lo largo del
tiempo para el polvo depositado, y se muestran también las líneas
de tendencia para el polvo a granel en el lecho fluidizado,
\bullet la Figura 6 muestra una gráfica de la
distribución de tamaños de partícula para el polvo a granel y el
polvo depositado promediados para 10 paneles, y
\bullet la Figura 7 muestra la gráfica de masa
depositada en los paneles a lo largo del tiempo.
\vskip1.000000\baselineskip
Para el polvo C20:
\bullet la Figura 8 muestra la gráfica del
d(v,90) y la fracción inferior a 10 \mum a lo largo del
tiempo para el polvo depositado, y se muestran también las líneas
de tendencia para el polvo a granel en el lecho fluidizado,
\bullet la Figura 9 muestra una gráfica de la
distribución de tamaños de partícula para el polvo a granel y el
polvo depositado promediados para 10 paneles, y
\bullet la Figura 10 muestra la gráfica de
masa depositada en los paneles a lo largo del tiempo.
\vskip1.000000\baselineskip
Para el polvo B20:
\bullet la Figura 11 muestra la gráfica del
d(v,90) y la fracción inferior a 10 \mum a lo largo del
tiempo para el polvo depositado, y se muestran también las líneas
de tendencia para el polvo a granel en el lecho fluidizado,
\bullet la Figura 12 muestra la gráfica de los
valores d(v,90), d(v,99), d(v,50), y las
fracciones inferiores a 10 \mum e inferiores a 5 \mum a lo
largo del tiempo para el polvo depositado,
\bullet la Figura 13 muestra una gráfica de la
distribución de tamaños de partícula para el polvo a granel y el
polvo depositado promediadas para 10 paneles, y
\bullet la Figura 14 muestra la gráfica de
masa depositada en los paneles a lo largo del tiempo.
La Figura 2, relativa al polvo C6, muestra una
amplia variación en la distribución de los tamaños de partícula del
polvo depositado de panel a panel a medida que se continúa el
proceso. Como se ilustra en la Tabla 21, el polvo depositado tiene
un mayor contenido inferior a 10 \mum y un menor d(v,90)
que el polvo a granel utilizado en el lecho fluidizado. Como puede
verse también por la Figura 2, existe una gran diferencia entre la
distribución de tamaños de partícula del polvo depositado sobre el
panel y la distribución de tamaños de partícula del polvo en el
lecho fluidizado, y a lo largo del tiempo se producirá una deriva en
la distribución de tamaños de partícula del lecho propiamente
dicho. La Figura 3 ilustra cómo las distribuciones de tamaño de
partícula del polvo depositado y el polvo a granel no coinciden,
como se muestra también en la Tabla 22. Como se muestra en la
Figura 3, el polvo depositado sobre el sustrato tenía una
distribución de tamaños de partícula diferente de la del polvo en
el lecho fluidizado: se encuentran en el polvo depositado un valor
mediano inferior y un tamaño máximo de partícula inferior en el
polvo depositado. La Figura 4 muestra los cambios resultantes en la
masa depositada en los paneles a medida que se continúa el proceso.
Evidentemente, el proceso no es estable. Con los polvos B6.2
(Figuras 5 a 7) y C20 (Figuras 8 a 10), se obtienen resultados
mejorados, pero una vez más el proceso no es estable. Ninguno de los
polvos C6, B6.2, y C20 cumplen con los requerimientos de la
subclase preferida de polvos de la invención que tienen
d(v,90) \leq 40 \mum, o la subclase especialmente
preferida de polvos que tienen d(v,90) \leq36 \mum, y %
inferior a 10 \mum
\leq10%.
\leq10%.
Sin embargo, con el polvo B20, que cae dentro de
la subclase especialmente preferida de los polvos de la invención,
existe una semejanza más estrecha entre la distribución de tamaños
de polvo del polvo contenido en el lecho y el polvo depositado
(Figura 11) y entre el polvo depositado en los diferentes paneles
(Figura 12), y la Figura 13 muestra una coincidencia considerable y
notablemente estrecha entre el polvo y el polvo depositado para
todos los tamaños de partícula, y hay una masa sustancialmente
constante de polvo depositada a medida que transcurre el proceso,
como se ilustra por la línea de tendencia horizontal en la Figura
14. Esta tendencia continúa cuando se preparan lotes en mayor
escala.
En la Tabla 22, se observa que únicamente el
polvo B20 tiene una diferencia de 2% o menor en el contenido de
partículas inferiores a 10 \mum y una diferencia de 6,5% o menos
en el valor d(v,90) del polvo utilizado y el polvo
depositado. Como se aprecia claramente en las Figuras, esta
distribución de tamaños de partícula coincidente da como resultado
estabilidad del proceso. Análogamente al polvo B6.2, el polvo B20
tiene un % inferior a 10 \mum \leq 10% y
[d(s,90)\div d(s,10)]^{2} \div
[d(s,90)-7] \leq 3,5, pero solamente el
polvo B20 tiene también d(v,90) < 40 \mum y de
hecho
< 36 \mum.
< 36 \mum.
\vskip1.000000\baselineskip
El polvo P clasificado al aire del Ejemplo 4
anterior se depositó también de manera análoga en una serie de
sustratos (alrededor de 1 panel cada 3 minutos). Los resultados tal
como se determinan en el Mastersizer 2000 se muestran en la Tabla
23 y las Figuras 15 a 17 más adelante.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\bullet La Figura 15 muestra la gráfica del
d(v,90) y la fracción inferior a 10 \mum a lo largo del
tiempo para el polvo depositado en el caso del polvo P, y se
muestran también las líneas de tendencia para el polvo a granel en
el lecho fluidizado para el mismo polvo,
\bullet la Figura 16 muestra una gráfica de la
gráfica de la distribución de tamaños de partícula para el polvo a
granel y el polvo depositado promediado para 10 paneles, y
\bullet la Figura 17 muestra la gráfica de la
masa depositada en los paneles a lo largo del tiempo para el
mismo
polvo.
polvo.
El polvo depositado y el polvo a granel no
coinciden (Figuras 15 y 16) y puede verse que la masa de polvo
depositada cambia a lo largo del tiempo. (Figura 17).
El polvo P clasificado al aire tiene una
diferencia de 2% o menor en el contenido de partículas inferiores a
10 \mum, pero una diferencia de 12% en el valor d(v,90) del
polvo utilizado y el polvo depositado.
Aunque se trata de un polvo de la invención, no
es un polvo preferido "coincidente" cuando se aplican las
condiciones de proceso mencionadas en este ejemplo.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
9
El proceso de lecho fluidizado utilizado fue
como se describe en WO 99/30838, con referencia particular a la
Figura 1 de dicha memoria descriptiva.
Por turno, cada uno de los polvos C6 y B20 que
contenían 0,6% de aditivo 1 se depositaron en un lecho fluido
conectado a tierra, y se aplicó una presión de fluidización de 1,2
bar. Se sumergió luego un panel de aluminio (7 x 7 cm) en el polvo
fluidizado, y se aplicó un voltaje. Se revistieron de este modo una
serie de paneles mientras variaba la cantidad de tiempo durante la
cual los paneles se mantenían sumergidos en el polvo ("tiempo de
inmersión"). Una vez revestidos, se realizó una evaluación visual
de la cantidad de cobertura, y se expresó la cantidad como
porcentaje. Los paneles se sometieron luego a cochura en un horno
durante 15 minutos a 200ºC y se midió el espesor de película en
varios puntos a través de cada panel.
Los resultados se dan a continuación en la Tabla
24.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Por este resultado, puede verse que el polvo de
la invención (Polvo B20) consiguió una cobertura total en un
espacio de tiempo más corto. Por consiguiente, para un espesor de
película dado, el polvo de la invención alcanzaría esto con un
tiempo de inmersión más breve (véase también el Ejemplo 10). Las
medidas de espesor de película para estos paneles se muestran en la
Tabla 25 siguiente.
Puede verse que la relación en espesor de
película era mucho menor para el polvo de la invención. Éste
producía revestimientos más uniformes con aspecto excelente. La
utilización de polvos aglutinados especialmente con fracciones de
contenido inferior a 10 \mum menor produce revestimientos
uniformes con pequeña variación en el espesor de película. Sin
embargo, conforme a estos resultados, está también claro que se
consigue una cobertura total más rápidamente utilizando tales
polvos. El Ejemplo 10 investiga adicionalmente el efecto que tiene
la aglutinación de los polvos sobre el tiempo de revestimiento.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
10
El proceso de lecho fluidizado utilizado fue
como se describe en WO 99/30838, con referencia particular a la
Figura 1 de dicha memoria descriptiva.
Sucesivamente, se depositaron cada uno de los
polvos C6, B6.2, C20 y B20 que contenían 0,6% del aditivo 1 en un
lecho fluido, y se aplicó una presión de fluidización de 1,2 bar. Se
revistieron luego una serie de paneles utilizando el método de
inmersión/voltaje aplicado descrito en el Ejemplo 7a. Se utilizaron
una serie de voltajes y "tiempos de inmersión". En cada caso,
se registró el peso del polvo depositado, y se calculó la tasa de
deposición (g/s). Los tests se realizaron por duplicado.
Los resultados, consignados a continuación en la
Tabla 26, demostraron que, para un tiempo dado, el peso de polvo
depositado era mayor cuando se utilizaron los polvos de la
invención. A su vez, esto conducía a la obtención de tasas de
deposición más rápidas para estos polvos.
Voltaje aplicado = +2,5 kV Tiempo de inmersión:
15 s. Sustrato: Aluminio de 7 x 7 cm.
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados se muestran gráficamente en la
Figura 18.
Claims (15)
1. Un producto para formar un revestimiento
sobre un sustrato utilizando un proceso de lecho fluidizado
electrostático con tribo-carga,
caracterizado porque se utiliza un revestimiento de polvo que
tiene una distribución de tamaños de partícula tal que
- a)
- d(v, 90) \leq 42,5 \mum, y
- b) {}\hskip0,2cm i)
- el porcentaje de partículas < 10 \mum de tamaño es \leq 12% en volumen, y/o
- ii)
- \frac{[d(s, 90) \div d(s, 10)]^{2}}{[d(s, 90)\ -7]} \leq 3.5,
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- siendo d (s,90) mayor que 7 \mum, y midiéndose d(s, 90) y d(s, 10) en micrómetros.
2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
1, en el cual el material de revestimiento de polvo es tal que,
cuando se aplica a un sustrato por el proceso de lecho fluidizado
electrostático con tribo-carga en una serie de 40
paneles, el material de polvo depositado tiene la distribución de
tamaños de polvo tal que hay:
- \bullet
- una diferencia de 2% en volumen o menos como cifra absoluta en el contenido de partículas inferiores a 10 \mum; y
- \bullet
- una diferencia no mayor que 6,5%, preferiblemente no mayor que 5%, en el valor d(v,90);
entre el material de polvo en el lecho
fluidizado y el material de polvo depositado por el lecho
fluidizado, en relación al material de polvo depositado.
3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1
ó 2, en el cual se aplica un voltaje al sustrato; a una parte
conductora de la cámara de fluidización de lecho fluidizado; o a un
electrodo eléctricamente conductor posicionado en el lecho
fluidizado en una posición tal con relación al sustrato que la
extensión en la que se adhieren las partículas cargadas a regiones
del sustrato se ve influenciada por el electrodo.
4. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
3, en el cual se aplica un voltaje al sustrato durante al menos
parte del periodo de inmersión, y el sustrato está hecho de un
material conductor.
5. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
4, en el cual el lecho fluidizado incluye una cámara de
fluidización, al menos una parte de la cual es conductora, y se
aplica un voltaje a la parte conductora de la cámara de
fluidización, estando el sustrato aislado eléctricamente o conectado
a tierra.
6. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 4 a 5, en el cual el gradiente de potencial en
el sistema es inferior a 30 kV/cm.
7. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 3 a 6, en el cual están dispuestos uno o más
contraelectrodos en el interior de la masa del polvo fluidizado.
8. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
3, 5 ó 6, en el cual se aplica un voltaje a un electrodo
eléctricamente conductor posicionado en el lecho fluidizado en una
posición tal con relación al sustrato que la extensión en que las
partículas cargadas se adhieren a regiones del sustrato se ve
influenciada por el electrodo, estando el sustrato aislado
eléctricamente o conectado a tierra y siendo deficientemente
conductor o no conductor.
9. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
8, en el cual se proporciona un segundo electrodo al que se aplica
un voltaje que tiene polaridad opuesta al voltaje aplicado al
electrodo eléctricamente conductor (el primer electrodo)
posicionado en el lecho fluidizado en una posición tal con relación
al sustrato que la extensión en la que se adhieren las partículas
cargadas a regiones del sustrato se ve influenciada por el
electrodo, encontrándose dicho primer electrodo y dicho segundo
electrodo en lados opuestos del sustrato, y estando posicionado el
segundo electrodo para influir en la extensión en la que las
partículas cargadas se adhieren a una región del sustrato, estando
provistos también medios para aplicar un voltaje de la polaridad
opuesta al segundo electrodo.
10. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
8, en el cual se proporciona al menos un electrodo adicional
adyacente al electrodo eléctricamente conductor (el primer
electrodo) posicionado en el lecho fluidizado en una posición tal
con relación al sustrato que la extensión en la que las partículas
cargadas se adhieren a regiones del sustrato se ve influenciada por
el electrodo, estando posicionados el electrodo o electrodos
adicionales para influir en la extensión en las que las partículas
cargadas se adhieren a una región respectiva del sustrato o
regiones respectivas del sustrato, y estando provistos también
medios para aplicar un voltaje de la misma polaridad que el voltaje
identificado en primer lugar al electrodo o electrodos
adicionales.
11. Un proceso para indicar para un material de
revestimiento de polvo una distribución de tamaños de partícula
adecuada para aplicación en un proceso de lecho fluidizado
electrostático con tribo-carga; que comprende
- (i)
- preparación de un material de revestimiento de polvo con una distribución de tamaños de partícula conocida;
- (ii)
- deposición de material de polvo sobre un sustrato o sustratos utilizando dicho material de revestimiento de polvo en un proceso de lecho fluidizado electrostático con tribo-carga;
- (iii)
- retirada y recogida de al menos parte de dicho material de polvo depositado sobre el sustrato o sustratos;
- (iv)
- medición de la distribución de tamaños de partícula de al menos parte del material de polvo recogido;
- (v)
- comparación con la distribución de tamaños de partícula del material de polvo utilizado en el lecho fluidizado en el paso (ii), y
- (vi)
- repetición una o más veces en caso necesario de la secuencia de pasos de preparación, deposición, retirada, medición y comparación hasta que se obtiene un material de revestimiento de polvo que, cuando se aplica a un sustrato por el proceso de lecho fluidizado deposita material de polvo que tiene una distribución de tamaños de partícula que coincide con la del material de polvo utilizado en el lecho fluidizado.
12. Un proceso para indicar para un material de
revestimiento de polvo una distribución de tamaños de partícula
adecuada para aplicación en un proceso de lecho fluidizado
electrostático con tribo-carga, que comprende:
- 1)
- proporcionar un material de revestimiento de polvo que tiene una distribución de tamaños de partícula conocida;
- 2)
- llevar a cabo un proceso de lecho fluidizado electrostático con tribo-carga de prueba utilizando dicho material de revestimiento de polvo,
- 3)
- indicar una medida para el tamaño de partícula del extremo superior del polvo depositado en el proceso de lecho fluidizado,
- 4)
- preparar a partir del mismo material de revestimiento de polvo del paso 1 un polvo con un tamaño de partícula en el extremo superior que está más próximo al tamaño de partícula del extremo superior depositado en el paso 2,
- 5)
- llevar a cabo un proceso de revestimiento de lecho fluidizado electrostático con tribo-carga ulterior utilizando el polvo así preparado,
- 6)
- indicar una medida del contenido de finos en el polvo depositado,
- 7)
- preparar a partir del material de revestimiento de polvo del paso 4 un polvo con un contenido reducido de finos en comparación con el medido en el paso 6),
- 8)
- llevar a cabo un proceso de lecho fluidizado electrostático con tribo-carga ulterior utilizando el polvo así preparado; y opcionalmente
- 9)
- repetir en caso necesario la secuencia de pasos de preparación y deposición con ajuste del tamaño de partícula del extremo superior y/o del contenido de finos hasta que el polvo depositado coincide con el polvo utilizado en el lecho fluidizado.
13. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
11 ó 12, en el cual los pasos se continúan hasta que se obtiene un
material de revestimiento de polvo que, cuando se aplica a un
sustrato por el proceso de lecho fluidizado en una serie de 40
paneles deposita un material de polvo que tiene una distribución de
tamaños de partícula tal que hay:
- \bullet
- una diferencia de 2% en volumen o menos como cifra absoluta en el contenido de partículas inferiores a 10 \mum; y
- \bullet
- una diferencia no mayor que 6,5%, preferiblemente no mayor que 5%, en el valor d(v,90);
entre el material de polvo en el lecho
fluidizado y el material de polvo depositado por el lecho
fluidizado, con relación al material de polvo depositado.
14. Un proceso para formar un revestimiento
sobre un sustrato por un proceso de lecho fluidizado electrostático
con tribo-carga, en el cual se utiliza un material
de revestimiento de polvo que tiene una distribución de tamaños de
partícula identificada por un proceso de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 11 a 13 utilizando un proceso de lecho
fluidizado que opera sustancialmente en las mismas condiciones que
el utilizado en el paso de comparación final como se ha
especificado.
15. Un material de revestimiento de polvo
formado por un proceso de fusión-aglomeración que
tiene una distribución de tamaños de partícula tal que
- a)
- d(v, 90) \leq 42,5 \mum, y
- b) {}\hskip0,2cm i)
- el porcentaje de partículas < 10 \mum de tamaño es \leq 12% en volumen, siendo el porcentaje de partículas inferiores a 20 micrómetros al menos 10% en volumen, y/o
- ii)
- \frac{[d(s, 90) \div d(s, 10)]^{2}}{[d(s, 90)\ -7]} \leq 3.5,
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- siendo d (s,90) mayor que 7 \mum, y midiéndose d(s, 90) y d(s, 10) en micrómetros.
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