Термостойкая порошковая композиция для покрытия с улучшенными свойствами
Изобретение относится к термореактивным термостойким силиконовым порошковым композициям для покрытия для использования на субстратах, которые могут подвергаться воздействию повышенных температур. Техническая задача - разработка порошковой композиции для покрытия с превосходными термостойкими характеристиками, в том числе устойчивостью к адгезивным повреждениям (расслаивание и отшелушивание) при воздействии высоких температур. Предложена порошковая композиция для покрытия, содержащая помимо полисилоксана 0,01-90 вес.% частиц неорганического стекла, которые размягчаются и текут в интервале температур 300-700°С, при которых органические компоненты покрытия выгорают. Стеклянные частицы при таких температурах способны заполнять пустоты в пленках, образованных из порошков для покрытия, и предотвращать адгезионные повреждения покрытия на субстрате. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к термореактивной термостойкой порошковой композиции для покрытия. Конкретно, настоящая композиция обеспечивает покрытие, которое, как правило, может быть нанесено на изделия, которые, вероятно, будут подвергаться воздействию повышенных температур, причем покрытие устойчиво к адгезивному повреждению изделием.
Предпосылки изобретения
Порошковые композиции для покрытия, которые обеспечивают высокую термостойкость, разрабатывались в течение многих лет. Известно, что покрытия из порошкового материала (порошковые покрытия), включающие полисилоксановые смолы, обладают высокой термостойкостью. Например, Eklund et al., патент США № 5905104, выдан 18 мая 1999 г., описал полисилоксановые порошки для покрытия, обеспечивающие покрытия, выдерживающие высокие температуры. Несмотря на то, что порошковые композиции для покрытия на основе различных полисилоксанов предлагались многие годы, у таких покрытий все еще имеется один недостаток, который трудно преодолеть. Когда обычные термореактивные материалы, покрытые полисилоксановым порошком, подвергают воздействию температуры 550°С (1022°F) или выше, включая условия красного каления, покрытия теряют органические компоненты и подвергаются быстрой усадке и охрупчиванию, вызывая их быстрое растрескивание и отслаивание или отшелушивание от субстрата (подложки). Попытки решить эту проблему введением органических функциональных групп, например групп органических кислот, в полисилоксановые смолы или промоторы (усилители) адгезии, и/или армирующие наполнители в покрытия имели ограниченный успех. Для высокотемпературного применения, такого как автомобильные детали выхлопной системы, решетки для барбекю, печные горелки или т.д., требуются порошки для покрытия, которые обеспечат покрытия, способные противостоять даже высоким температурам.
Новая порошковая композиция для покрытия согласно изобретению имеет вышеуказанные характеристики.
Сущность изобретения
Изобретение предлагает термореактивную, термостойкую порошковую композицию для покрытия, которая особенно пригодна для покрытия дымовых труб, глушителей, коллекторов, бойлеров, печей, топок, печных горелок, паропроводов, теплообменников, оборудования для барбекю, кухонной посуды и других элементов, которые подвергаются воздействию высоких температур. Композиция покрытия по изобретению обеспечивает покрытие с превосходными термостойкими характеристиками, в частности устойчивостью к адгезивным повреждениям, таким как расслаивание и отшелушивание при воздействии высоких температур.
Порошковая композиция для покрытия по изобретению содержит 1) по меньшей мере один полисилоксан, предпочтительно полисилоксан, функционализированный гидроксигруппами, и 2) по меньшей мере один высокотемпературный матричный материал, предпочтительно низкоплавкое неорганическое стекло, которое размягчается и проявляет некоторую текучесть в температурном интервале, в котором полисилоксановая смола подвергается быстрой усадке и охрупчиванию.
Изделия, содержащие один или более слоев таких материалов для покрытия, также включены в изобретение.
Подробное описание изобретения
Если не оговорено особо, все проценты даны по весу. Общее количество связанных смол, т.е. полисилоксановая смола плюс любой другой тип связующей смолы, выражено как 100 вес.%, и все другие компоненты порошковой композиции для покрытия, такие как матричные материалы, наполнители, пигменты, регуляторы текучести, катализатор отверждения и т.д., выражены как весовые проценты от 100% веса смолы. Полисилоксановые смолы, как использовано в описании, часто также упоминаются как силиконы или полисилоксаны или полисилоксановые полимеры.
Настоящее изобретение основывается на том открытии, что термостойкие свойства порошковых покрытий на основе полисилоксанов могут быть улучшены включением в композицию покрытия высокотемпературного матричного материала, который размягчается и проявляет некоторую степень текучести в температурном интервале, в котором полисилоксановые покрытия теряют свои органические компоненты и подвергаются быстрой усадке и охрупчиванию. Высокотемпературный матричный материал предназначается для заполнения пустот в покрытии от потери органических компонентов и тем самым снижает усадку и останавливает распространение трещин в пленке, придавая покрытию стойкость к адгезивным повреждениям, таким как отслаивание, отшелушивание и расслаивание, от субстрата при высоких температурах.
В то время как «высокая температура» - это относительный термин, подразумевается, что порошки для покрытия выдерживают температуры, при которых большинство органических компонентов, включая органические фрагменты полисилоксановых смол, выгорают. Соответственно, желательно, чтобы покрытия по настоящему изобретению выдерживали, например, температуры 550°С (1022°F) и выше, хотя конечные рабочие температуры и другие требования к порошку для покрытия могут изменяться в соответствии с конкретным применением покрытия.
Порошки для покрытия по настоящему изобретению обеспечивают покрытия, которые имеют вышеуказанные желательные характеристики. Покрытия по изобретению обладают улучшенными характеристиками в отношении термостойкости и расслаивания и делают лучше существующие продукты, в настоящее время доступные для использования в качестве термостойких покрытий.
Термин «улучшенные термостойкие характеристики» означает, что покрытие, образованное на субстрате из порошка для покрытия по изобретению, будет сохранять адгезию после воздействия температур 550°С или выше.
Термин «улучшенные характеристики стойкости к расслаиванию» означает, что покрытие, образованное на субстрате, из порошка для покрытия по изобретению, не будет отслаиваться или отшелушиваться от субстрата после воздействия температур 550°С или выше.
Покрытия по изобретению особенно полезны на изделиях, которые подвергаются воздействию повышенных температур, включая дымовые трубы, глушители, коллекторы, бойлеры, печи, топки, паропроводы, теплообменники, оборудование для барбекю, кухонная посуда и другие изделия, которые подвергаются воздействию повышенных температур.
Известно, что подвергаясь воздействию воздуха при температурах выше примерно 350°С, большинство органических покрытий расходуется в течение минут. Порошковые покрытия на основе полисилоксана, даже если характеризуются лучше при повышенных температурах, также подвергаются такому воздействию, поскольку полисилоксановые смолы, которые идут на такие покрытия, содержат органические фрагменты. По мере того как органические фрагменты полисилоксановой смолы окисляются, полисилоксановая смола претерпевает усадку; и накапливающееся напряжение приводит к растрескиванию и отслаиванию.
Композиции по изобретению предпочтительно содержат высокие количества полисилоксановой смолы в системе смол. Система смол, которая вся по существу представляет полисилоксан, как в соответствии с предпочтительным вариантом изобретения, обеспечивает стабильность при самых высоких температурах, имея минимальное количество органических фрагментов и, следовательно, минимальную усадку по мере выгорания органических фрагментов. Органическая фракция типичных полисилоксановых смол, используемых для порошковых покрытий, изменяется от примерно 30 до примерно 60% общего веса смолы.
Соответственно, в предпочтительном варианте изобретения композиции по изобретению содержат смолу или связующую систему, которая включает по существу 100 вес.% полисилоксановой смолы или смеси полисилоксановых смол. При температурах примерно 140-260°С полисилоксановые смолы будут самоконденсироваться с образованием сшитой сетки.
Порошки для покрытия по изобретению могут также содержать меньшие количества полисилоксановых смол, в зависимости от конкретного применения. Когда используют меньшие количества, порошки для покрытия по изобретению обычно содержат от примерно 10 до 100 вес.% полисилоксановой смолы в расчете на полный вес связующего вещества, предпочтительно от примерно 30 до 100% и наиболее предпочтительно от примерно 40 до 100 вес.%. Если уровень полисилоксана ниже 10 вес.%, покрытия могут иметь недостаточную термостойкость.
Полисилоксановыми смолами, пригодными для использования, могут быть любой алкил- и/или арилзамещенный полисилоксан, сополимер, их грубые или тонкие смеси; алкильное замещение предпочтительно выбирают из короткоцепочечных алкильных групп из 1-4 атомов углерода, более предпочтительно из 1-3 атомов углерода и наиболее предпочтительно из метила, пропила, и арильное замещение наиболее предпочтительно включает фенильные группы. Для хорошей термостойкости, метильные и фенильные группы являются органическими фрагментами выбора. Как правило, чем больше метильных групп, тем меньше наблюдается усадка покрытия при воздействии температуры. Для образования порошковых покрытий, полисилоксановые смолы должны быть твердыми при комнатной температуре и предпочтительно иметь Тс (температура стеклования) по меньшей мере 45°С и быть способными обрабатываться методами с плавлением при температурах меньше 200°С. Примерами таких полисилоксановых смол являются фенилсиликон Silres® 601 или метилсиликон Silres® MK, доступные от Wacker Silicone, Adrien Mich., и пропилфенил Z-6018 или метилфенилсиликон 6-2230, доступные от Dow Corning и т.д. Пригодные смолы также описаны в патентах США №№ 3585065, 4107148, 3170890 и 4879344, включенных в описание в качестве ссылки.
Органические фрагменты полисилоксановых смол также могут нести органические функциональные группы, такие как COOH, NCO, амино, эпокси функциональные группы и т.д., такие как описаны в патентах США №№ 6046276, 6274672, 6376607, 5280098 и 5516858, включенных в описание в качестве ссылки, для придания дополнительных механических свойств.
Предпочтительно для придания дополнительной термостойкости, хорошей обрабатываемости методами с плавлением при температурах меньше 200°С и подверженности реакциям сшивки используются гидроксилфункционализированные полисилоксаны, с гидроксилфункциональностью вплоть до примерно 10 вес.%, предпочтительно в интервале от примерно 0,5 до примерно 10,0 вес.% в расчете на общее количество твердого полисилоксана. Полисилоксановые полимеры могут включать фрагменты с атомами кремния, несущие 1, 2 или 3 органические группы из следующего ряда: метил, этил, пропил и фенил. Примеры коммерчески доступных гидроксилфункциональных полисилоксанов включают Dow Corning® 1-0543, Dow Corning® 6-2230 и Dow Corning® Z-6018 от Dow Corning (Midland, Mich.); Wacker Silres® MK и Wacker Silres® 601, 602, 604 и 605 от Wacker Silicone, Corp. (Adrien Mich.); General Electric SR-355 от General Electric (Waterford, N. Y.) и PDS-9931 от Gelest, Inc. (Tullytown, Pa.). Другие подходящие полимеры на основе полисилоксана описаны в патентах США №№ 4107148 (Fujiyoshi et al.) 4879344 (Woo et al.), включенных в описание в качестве ссылки.
Порошковые композиции для покрытия по изобретению могут также содержать, если они вообще присутствуют, одну или более смол, обычно используемых в таких покрытиях и хорошо известных в технике. Эти смолы, если присутствуют, будут составлять баланс связующей системы. Такие смолы включают органические полимеры и олигомеры, включая те, которые основаны на эпоксидных смолах, полиэфирных смолах, акрильных смолах и/или уретановых смолах, таких как описаны в патенте США № 5998560, включенном в описание в качестве ссылки. Когда акрильные полимеры (полиакрилаты) присутствуют в порошковой композиции для покрытия, они могут быть акрильными полимерами с функциональными группами глицидила, гидрокси- или карбоновой кислоты.
Наиболее необходимым компонентом композиций по изобретению является высокотемпературный матричный материал. Как уже упоминалось выше, эти материалы обеспечивают желательную стойкость к адгезивным повреждениям, когда покрытия, полученные из порошков для покрытия по изобретению, подвергаются воздействию высоких температур. Термин «высокотемпературный матричный материал» обозначает жесткое или каучукообразное твердое вещество при комнатной температуре, аморфное или кристаллическое, или комбинацию двух состояний, которое не размягчается достаточно, чтобы достичь текучести при температурах до 260°С (то есть при обычных температурах обработки и отверждения порошка на основе полисилоксана), но которое размягчается в интервале температур, в котором полисилоксановые смолы теряют их органические компоненты и подвергаются быстрой усадке и охрупчиванию. Предпочтительно матричный материал размягчается и проявляет некоторую степень текучести при температурах от примерно 300 до 700°С, особенно от 375 до 550°С. Низкоплавкие неорганические стекла являются особенно полезными высокотемпературными матричными материалами.
Предпочтительно высокотемпературный матричный материал присутствует в количестве от примерно 0,5 до 90 вес.% полимерного содержимого композиции, более предпочтительно от примерно 5 до 70 вес.% и наиболее предпочтительно от примерно 10 до 50 вес.%, чтобы повысить стойкость к адгезивному повреждению при воздействии высокой температуры. Понятно, что эти интервалы представляют общее указание, и конкретный весовой процент частиц матричного материала будет зависеть от удельного веса частиц, нужной степени термостойкости и от других компонентов порошковой композиции для покрытия.
Если содержание высокотемпературного матричного материала слишком мало, покрытие может иметь недостаточную стойкость к расслаиванию. Когда содержание слишком велико, текучесть замедляется и покрытие становится шероховатым.
Особенный интерес представляют неорганические стекла, включая стекла, состоящие из оксидов, фторидов, хлоридов металлов, подобных соединений и смесей таких составляющих. Более конкретный интерес представляют низкоплавкие стекла, состоящие, главным образом, из смесей оксидов кремния, натрия и калия и бора. Примеры пригодных стекол найдены в патентах США №№ 4983550 и 5217928, включенных в описание в качестве ссылки.
Полезным признаком этих высокотемпературных матричных материалов является то, что они удобны для введения в порошок для покрытия. Частицы высокотемпературных матричных материалов могут быть поданы в процесс изготовления покрытий в любой форме или любом размере. Чтобы обеспечить удобство использования, предпочтительно, чтобы наибольший размер частиц составлял меньше примерно 100 мкм, так чтобы они не приводили к шероховатости покрытия и могли быть равномерно диспергированы. Верхний предел размера частиц матричного материала зависит от намеченной толщины конечного покрытия, в котором частицы должны иметь размер меньше, чем толщина покрытия. Большинство порошковых покрытий предназначены для нанесения с толщиной сухой пленки примерно 50 мкм. Таким образом, в большинстве применений частицы должны иметь максимальный размер наибольшего измерения меньше, чем примерно 50 мкм, предпочтительно 40 мкм.
Дополнительно предпочтительно, чтобы частицы были, главным образом, сфероидальными, и особенно предпочтительно, чтобы они имели удельный вес меньше, чем примерно 2. Термины «сфероидальный» или «сфероиды», как использовано в описании, означают обычно сферические по форме. Более конкретно, термины означают наполнители, которые содержат меньше 25% агломератов частиц или изломанных частиц с острыми или грубыми кромками, так что частицы не изменяются значительно при дальнейшей обработке.
Примерами пригодных матричных материалов являются частицы неорганических стекол, выбранных из полых сфероидов, плотных сфероидов, волокон и/или стеклообразной фритты. Неорганические кристаллические частицы, такие как фторид бария-циркония, BaZr2F10, также могут быть использованы в качестве матричных материалов.
Примеры особенно предпочтительных высокотемпературных матричных материалов включают стеклянные частицы Q-Cell® 7040S, Q-Cell® 5070S и Q-Cell® 6042S, обеспечиваемые PQ Corp. (Valley Forge, Pennsylvania). Характеристики этих стекол приведены в таблице 1 ниже.
| Таблица 1 | ||||
| Стекло | Композиция | Температура размягчения | Форма | Удельный вес |
| Q-Cell 7040S | Главным образом оксиды Si,Na, K, В | 450-500°С | Полая, сферическая | 0,4 |
| Q-Cell 6042S | Главным образом оксиды Si,Na, K, В | 400-450°С | Полая, сферическая | 0,4 |
| Q-Cell 5070S | Главным образом оксиды Si,Na, K, В | 450-500°С | Полая, сферическая | 0,7 |
Армирующие наполнители (которые отличны от матричных материалов, упомянутых ранее) могут быть добавлены, чтобы улучшить свойства или характеристики покрытий на основе комбинаций полисилоксановых смол и высокотемпературных матричных материалов. Эти армирующие наполнители хорошо известны в технике и включают иглоподобные материалы, такие как волластонит (силикат кальция), пластиноподобные материалы, такие как слюды (алюмосиликаты калия), волокнистые материалы, такие как асбест, и различные искусственные волокнистые, стержневидные или пластиноподобные огнеупорные материалы, включая силикатные стекла. Стеклянные частицы, которые плавятся при более высоких температурах, чем высокотемпературные матричные материалы, также могут быть использованы в качестве армирующих наполнителей. Типичные примеры включают Nyad M 400, волластонитный наполнитель, поставляемый Nyco Corp., Willsboro, NY; и Suzorite 325 HK, флогопитная слюда, поставляемая Suzorite Mica Products, Inc., Boucherville, Quebec, Canada. Другие примеры включают материалы, описанные в патентной литературе, цитируемой в описании.
Может быть желательно включать наполнители с высоким характеристическим отношением, такие как описаны в патенте США № 6248824, включенном ссылкой в описание.
Армирующие материалы, если они вообще присутствуют (т.е. выше 0 вес.%), обычно включают в интервале от примерно 5 до 50 вес.% полимера в композиции, предпочтительно от примерно 10 до 40 вес.%. Когда уровень армирующего материала низок, сопротивление покрытия истиранию и физическому повреждению в состоянии непосредственно после отверждения может быть низким. Когда он слишком высок, текучесть снижается, и покрытие становится шероховатым.
В дополнение к требуемым полисилоксановым смолам и высокотемпературным матричным материалам и, иногда, желательным армирующим наполнителям композиции порошкового покрытия по изобретению могут содержать другие добавки, которые обычно используются в композициях порошкового покрытия и в высокотемпературных порошках для покрытий. Эти добавки включают промоторы адгезии; наполнители; пигменты; добавки, повышающие текучесть и выравнивание; дегазирующие добавки; средства, изменяющие блеск; добавки, влияющие на рябизну; отвердители; катализаторы отверждения; текстуризаторы; поверхностно-активные вещества; органические пластификаторы; средства для улучшения электростатических свойств при нанесении; средства для улучшения коррозионной стойкости; средства для улучшения текучести порошков в сухом состоянии; и другие, как описано, например, в патенте США № 5905104, включенном ссылкой в описание. Соединения, обладающие антимикробной активностью, также могут быть доставлены, как раскрывается в патенте США 6093407, включенном в описание в качестве ссылки.
В то время как полисилоксановые смолы самоконденсируются при повышенных температурах, образуя сшитые сетки, часто желательно использовать небольшие количества катализатора отверждения, такого как октоат олова (2), дилаурат дибутилолова, октоат цинка, ацетилацетонат цинка, неодеканоат цинка и их смеси, так чтобы достичь быстрого гелеобразования. Обычно используют от по меньшей мере примерно 0,1 вес.% такого катализатора отверждения от содержания полимера до примерно 2 вес.%.
Средства для регулирования текучести могут присутствовать в композициях на основе порошка в количестве до примерно 3,0 вес.% и предпочтительно от примерно 0,5 до 1,5 вес.% в расчете на полное содержание полимера. Средства для регулирования текучести могут включать акрилаты, полисилоксаны и фторсодержащие полимеры. Примеры коммерчески доступных средств для регулирования текучести включают Resiflow® PL-200 и Clearflow® Z-340 от Estron Chemical, Inc. (Calvert City, Ky.); Mondaflow® 2000 от Monsanto (St. Louis, Mo.); Modarez® MFP от Synthron, Inc. (Morgantown, N.C.) и BYK® 361 и BYK® 300 от BYK Chemie (Wallingford, Conn.). Такие средства улучшают характеристики текучести расплава композиции и помогают устранить поверхностные дефекты.
Дегазирующие средства могут быть использованы в композициях на основе порошков, чтобы помочь выделению газов во время процесса отверждения. Эти материалы обычно присутствуют в количестве от примерно 0,1 до 5,0 вес.% в расчете на полное содержание полимера. Примеры коммерчески доступных дегазирующих средств включают Uraflow® B от GCA Chemical Corp. (Brandenton, Fla.) и Benzoin от Estron Chemical (Calvert City, Ky.).
Часто желательно использовать добавки, повышающие текучесть в сухом состоянии, чтобы улучшить характеристики текучести в сухом состоянии композиций на основе порошков. Примеры включают мелкодисперсную двуокись кремния, окись алюминия и их смеси. Эти материалы обычно присутствуют в количестве от примерно 0,05 до 1 вес.% в расчете на полное содержание полимера.
Если желательно, другие необязательные компоненты, такие как неорганические наполнители, могут быть использованы в комбинации с армирующими наполнителями, уже упомянутыми, чтобы обеспечить текстуру, регулирование блеска и увеличить объем покрытия для улучшения экономических показателей. Необязательно другие добавки, такие как любые из перечисленных выше, также могут быть использованы в обычных количествах, чтобы дополнительно улучшить свойства композиций.
Порошковые покрытия по изобретению, которые являются твердыми пленкообразующими смесями в виде частиц, получают обычными способами изготовления, используемыми в промышленности порошковых покрытий. Например, компоненты, используемые в порошковом покрытии, включая высокотемпературные матричные материалы, могут быть грубо смешаны в сухом состоянии и затем тонко смешаны плавлением в экструдере при температуре, достаточной, чтобы расплавить смолу в смеси (предпочтительно при температурах ниже 200°С), и затем экструдированы. Экструдированный материал затем охлаждают на охлаждающих вальцах до твердого состояния, разбивают и затем измельчают до тонкого порошка.
Дополнительные компоненты могут быть грубо смешаны с полученным порошком. Эта стадия процесса используется, например, когда дополнительные компоненты могут быть повреждены или могут стать бесполезными в результате процессов экструдирования, охлаждения, разбивания или измельчения или когда дополнительные компоненты могут повреждать оборудование, используемое в процессах сухого грубого смешивания, экструдирования, охлаждения, разбивания или измельчения. Высокотемпературный матричный материал обычно добавляют на этой стадии. Это особенно подходит для стеклянных сфер плотностью меньше 2,0.
Высокотемпературный матричный материал может также быть смешан с порошком для покрытия после его получения сухим грубым смешиванием или в процессе, известном как «связывание». В этом процессе связывания порошок для покрытия и материал, который должен быть «связан» с ним, грубо смешивают в сухом состоянии и подвергают нагреванию и ударному сплавлению, чтобы соединить различные частицы. Матричный материал обычно может быть добавлен на этой стадии. В тех случаях, когда предварительно полученный порошок для покрытия и высокотемпературные матричные материалы напыляют и загружают иначе, получая расслоение во время нанесения смеси, желательно «связывание» смешанных материалов.
Порошковые композиции для покрытия по изобретению могут быть нанесены электростатическим распылением, термическим или газопламенным напылением или покрытием, наносимым в псевдоожиженном слое, каждый из которых известен специалисту в данной области техники. Покрытия могут быть нанесены на металлические и неметаллические субстраты. После нанесения порошка для покрытия нужной толщины покрытые субстраты обычно нагревают от 140 до 260°С, чтобы расплавить композицию до текучести, инициировать ее отверждение и связывание с субстратом с образованием сшитого полимерного матрикса. В некоторых применениях часть, которая должна быть покрыта, может быть предварительно нагрета перед нанесением порошка и затем необязательно нагрета после нанесения порошка. Для различных стадий нагревания обычно используют газовые или электрические печи, но другие способы (например, СВЧ) также известны. Порошки для покрытия по изобретению дают возможность составителю улучшать термостойкость конечного покрытия, чтобы они могли использоваться даже при более высоких температурах, чем покрытия, применяемые в технике в настоящее время.
Покрытия, получаемые из порошков изобретения, обеспечивают превосходные термостойкие свойства и особенно полезны на изделиях, которые подвергаются воздействию высоких температур, включая дымовые трубы, глушители, трубопроводы, котлы, печи, топки, паропроводы, теплообменники, оборудование для барбекю и кухонную посуду.
Настоящее изобретение далее иллюстрируется следующими примерами, но не ограничивается ими. Все части и процентные составы относятся к весу, если не оговорено иначе.
Примеры
Сравнительные примеры 1-3
Сравнительные примеры 1-3 (СП1-3) не включены в изобретение и предназначены показать ограничения известной технологии.
Сравнительный пример 1
Этот пример показывает, что полисилоксановые смолы сами по себе не образуют покрытия, устойчивые к расслоению.
Порошок для покрытия СП1 получали смешиванием 1000 г Silres 604, 10 г Resiflow PL-200 и 5 г бензоина. Смешанные материалы пропускали через двушнековый экструдер, который плавил смолу и дополнительно перемешивал смесь. Экструдат отверждали пропусканием между охлаждающими вальцами, затем разбивали в чешуйки. Чешуйки смешивали с 10,0 г добавки диоксида кремния HDKN20 для повышения текучести в сухом состоянии и измельчали в бильной мельнице. Образующийся порошок пропускали через сито 80 меш для удаления крупных частиц и получали порошок для покрытия СП1.
Порошок СП1 наносили в электростатическом поле на холоднокатаную стальную панель толщиной 0,8 мм и высушивали при 260°С в печи в течение 15 мин, чтобы образовать покрытие. После охлаждения до комнатной температуры устойчивость покрытия к расслоению испытывали нагреванием покрытой панели с обратной стороны до красного каления (приблизительно 730°С) в пропан/воздушном пламени в течение 5 мин и давали ему остыть. После охлаждения испытываемое покрытие испытывало отшелушивание и расслоение.
Сравнительный пример 2
Этот пример демонстрирует, что низкие уровни армирующих наполнителей не придают стойкость к расслоению пленке полисилоксановой смолы.
Порошок для покрытия СП2 получали смешиванием 1000 г смолы Silres 604, 10 г Resiflow PL-200, 5 г бензоина, 75 г наполнителя Nyad M400 и 75 г слюдяного наполнителя 325HK. Смешанные материалы пропускали через двушнековый экструдер, который плавил смолу и дополнительно перемешивал смесь. Экструдат отверждали пропусканием между охлаждающими вальцами, затем разбивали в чешуйки. Чешуйки смешивали с 10,6 г добавки диоксида кремния HDKN20 для повышения текучести в сухом состоянии и измельчали в бильной мельнице. Образующийся порошок пропускали через сито 80 меш для удаления крупных частиц и получали порошок для покрытия СП2.
Порошок СП2 наносили в электростатическом поле на холоднокатаную стальную панель толщиной 0,8 мм и высушивали при 260°С в печи в течение 15 мин, чтобы образовать покрытие. После охлаждения до комнатной температуры устойчивость покрытия к расслоению испытывали нагреванием покрытой панели с обратной стороны до красного каления (приблизительно 730°С) в пропан/воздушном пламени в течение 5 мин и давали ему остыть. После охлаждения испытываемое покрытие испытывало отшелушивание и расслоение.
Сравнительный пример 3
Этот пример демонстрирует, что низкие уровни армирующих наполнителей не придают стойкость к расслоению полисилоксановому покрытию.
Порошок для покрытия СП3 получали смешиванием 1000 г смолы Silres 604, 10 г Resiflow PL-200, 5 г бензоина, 300 г наполнителя Nyad M400 и 300 г слюдяного наполнителя 325HK. Смешанные материалы пропускали через двушнековый экструдер, который плавил смолу и дополнительно перемешивал смесь. Экструдат отверждали пропусканием между охлаждающими вальцами, затем разбивали в чешуйки. Чешуйки смешивали с 16,1 г добавки диоксида кремния HDKN20 для повышения текучести в сухом состоянии и измельчали в бильной мельнице. Образующийся порошок пропускали через сито 80 меш для удаления крупных частиц.
Образующийся порошок для покрытия СП3 наносили в электростатическом поле на холоднокатаную стальную панель толщиной 0,8 мм и высушивали при 260°С в печи в течение 15 мин, чтобы образовать покрытие. После охлаждения до комнатной температуры устойчивость покрытия к расслоению испытывали нагреванием покрытой панели с обратной стороны до красного каления (приблизительно 730°С) в пропан/воздушном пламени в течение 5 мин и давали ему остыть. После охлаждения испытываемое покрытие испытывало отшелушивание и расслоение.
Примеры 1 и 2
Эти примеры входят в объем изобретения.
Пример 1
Этот пример демонстрирует, что комбинация полисилоксановой смолы и низкоплавкого стекла дает покрытие, устойчивое к расслоению.
Порошок для покрытия П1 получали сухим смешиванием 1000 г Silres 604, 10 г Resiflow PL-200 и 5 г бензоина. Смешанные материалы пропускали через двушнековый экструдер, который плавил смолу и дополнительно перемешивал смесь. Экструдат отверждали пропусканием между охлаждающими вальцами, затем разбивали в чешуйки. Чешуйки смешивали с 10,1 г добавки диоксида кремния HDKN20 для повышения текучести в сухом состоянии и измельчали в бильной мельнице. Образующийся порошок пропускали через сито 80 меш для удаления крупных частиц.
Образец 80 г порошка для покрытия, полученный выше, смешивали с 20 г стеклянных шариков Q-Cell 7040S с получением порошка П1. Порошок П1 наносили в электростатическом поле на холоднокатаную стальную панель толщиной 0,8 мм и высушивали при 260°С в печи в течение 15 мин, чтобы образовать покрытие.
После охлаждения до комнатной температуры покрытие подвергали испытаниям на устойчивость к действию растворителей, на твердость по карандашной шкале и на адгезию методом перекрестной штриховки. Устойчивость покрытия к расслоению испытывали нагреванием покрытой панели с обратной стороны до красного каления (приблизительно 730°С) в пропан/воздушном пламени в течение 5 мин и давали ему остыть. После охлаждения испытываемое покрытие не испытывало отшелушивания и расслоения. Характеристики приведены в таблице 2.
Пример 2
Этот пример демонстрирует покрытие с улучшенными физическими свойствами, устойчивое к расслоению.
Порошок для покрытия П2 получали смешиванием 1000 г смолы Silres 604, 10 г Resiflow PL-200, 5 г бензоина, 75 г наполнителя Nyad M400 и 75 г слюдяного наполнителя 325HK. Компоненты смешивали в сухом состоянии, затем пропускали через двушнековый экструдер, который плавил смолу и дополнительно перемешивал смесь. Экструдат отверждали пропусканием между охлаждающими вальцами, затем разбивали в чешуйки. Чешуйки смешивали с 11,6 г добавки диоксида кремния HDKN20 и измельчали в бильной мельнице. Образующийся порошок пропускали через сито 80 меш для удаления крупных частиц и получали порошок для покрытия.
Образец 80 г порошка для покрытия, полученный выше, смешивали с 20 г стеклянных шариков Q-Cell 7040S с получением порошка для покрытия П2. Порошок П2 наносили в электростатическом поле на холоднокатаную стальную панель толщиной 0,8 мм и высушивали при 260°С в печи в течение 15 мин, чтобы образовать покрытие.
После охлаждения до комнатной температуры покрытие подвергали испытаниям на адгезию методом перекрестной штриховки. Устойчивость покрытия к расслоению испытывали нагреванием покрытой панели с обратной стороны до красного каления (приблизительно 730°С) в пропан/воздушном пламени в течение 5 мин и давали ему остыть. После охлаждения испытываемое покрытие не испытывало отшелушивания и расслоения. Характеристики приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||
| Методы испытания | Покрытие пр. 1 | Покрытие пр. 2 |
| Адгезия по методу перекрестной штриховки1 | 0В | 3В |
| Устойчивость к расслоению | Да | Да |
| 1Адгезию методом перекрестной штриховки испытывали с промежутком 2 мм, следуя способу, описанному в ASTM D3359, метод В. О результатах судят по шкале от 0 (удаление >65%) до 5 (нет удаления покрытия). |
Из этих примеров следует, что термостойкие матричные материалы имеют существенное повышение термостойкости и стойкость к расслаиванию покрытия, образованного из порошковой композиции для покрытия по изобретению.
1. Порошковая композиция для покрытия для получения покрытия, устойчивого к высокой температуре, содержащая а) по меньшей мере один полисилоксан и b) от примерно 0,01 до 90 вес.% в расчете на полный вес полимерного содержимого частиц неорганического стекла, которые размягчаются и проявляют некоторую текучесть в интервале от примерно 300 до 700°С.
2. Композиция по п.1, в которой частицы неорганического стекла составляют по меньшей мере 10% полимерного содержимого.
3. Композиция по п.2, в которой покрытие, образованное из порошковой композиции для покрытия, не расслаивается после воздействия температуры по меньшей мере 550°С.
4. Композиция по п.2, в которой композиция дополнительно содержит от примерно 5 до 50 вес.% армирующего наполнителя от полимерного содержимого.
5. Композиция по п.2, в которой частицы неорганического стекла выбраны из группы, состоящей из полых сфероидов, плотных сфероидов, волокон и фритты.
6. Композиция по п.5, в которой частицы неорганического стекла выбирают из частиц неорганического стекла с удельным весом меньше 2.
7. Порошковая композиция по п.1, в которой частиц неорганического стекла выбирают из неорганических кристаллических частиц.
8. Способ изготовления термостойкой порошковой композиции для покрытия по п.1, включающий а) получение порошка полимерного содержимого композиции с возможными дополнительными компонентами стандартными процессами смешивания с плавлением и b) смешивание частиц неорганического стекла с полученным порошком.
9. Способ изготовления термостойкого порошкового покрытия, включающий а) смешивание компонентов композиции по п.1 перед смешиванием с плавлением и b) преобразование смешанного с плавлением материала в порошковое покрытие с использованием стандартных процессов производства порошка.
10. Изделие с слоем покрытия, образованным из порошковой композиции для покрытия по п.1, нанесенным и отвержденным на изделии.
11. Изделие по п.10, где покрытие имеет толщину по меньшей мере примерно 40 мкм.
