ES2308398T3 - Composiciones de polvo de mezcla en bruto y procedimientos de fabricacion de las mismas. - Google Patents
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Abstract
Una composición de polvo de mezcla en bruto encapsulada que comprende una mezcla encapsulada de ingredientes en forma de partículas discretas no asociadas, comprendiendo los ingredientes partículas cada de las cuales está constituida por sólidos de uno o más de un (co)polímero o resina, y partículas de uno o más de un aditivo sólido elegido entre adyuvantes de flujo fundido, agentes colorantes, adyuvantes de flujo seco, cargas y mezclas de los mismos, en la que la mezcla en bruto se encapsula en uno o más encapsulantes de resina o polímero formadores de película.
Description
Composiciones de polvo de mezcla en bruto y
procedimientos de fabricación de las mismas.
La presente invención se refiere a composiciones
de polvo de mezcla en bruto encapsulada que comprenden una mezcla
encapsulada de ingredientes en forma de partículas discretas no
asociadas, a un procedimiento de preparación de las mismas, y a un
procedimiento para preparar un recubrimiento en polvo sobre un
sustrato.
Las películas de recubrimiento en polvo se
forman fundiendo o haciendo fluir partículas de recubrimiento en
polvo en una capa cohesiva, seguido del curado de los componentes
para formar una película continua.
Para conseguir una película continua, las
composiciones de recubrimiento en polvo, denominadas también
"polvos de recubrimiento", se han formulado mezclando
íntimamente los ingredientes reactivos del recubrimiento en polvo
mediante dos vías antes de que una composición de recubrimiento en
polvo pueda aplicarse a un sustrato: mezcla en estado fundido, tal
como por extrusión; o por dispersión o disolución en un medio
líquido o fluido y secado por pulverización o secado por
congelación (liofilización). De esta manera, la preparación de
polvos de recubrimiento es compleja, abarcando invariablemente un
gran número de procedimientos.
En el procedimiento de extrusión, los materiales
de partida del recubrimiento en polvo, opcionalmente, pueden
molerse toscamente, y después los componentes individuales de los
materiales de recubrimiento en polvo, incluyendo aglutinantes y
constituyentes funcionales, tales como agentes de reticulación,
pigmentos y aditivos para recubrimiento en polvo típicos, se
pre-mezclan o mezclan por volteo entre sí y la
mezclas se extruyen, o se procesan en un medio de fluido
supercrítico. El extruido se descarga y se lleva a una forma sólida
a temperatura ambiente, por ejemplo refrigerando en una cinta de
refrigeración. El extruido sólido se rompe en pedazos y después se
muele hasta un tamaño de partícula deseado y se tamiza, después de
lo cual el material de recubrimiento en polvo resultante se pesa y
se envasa. La composición de polvos de recubrimiento extruidos no
puede corregirse o cambiarse durante el procedimiento, aunque debe
ajustarse antes de la extrusión o cualquier otra forma de mezcla
íntima.
Como alternativa a la extrusión, la fabricación
del polvo de recubrimiento requiere dispersión o solución de una
mezcla fundida o de reactante en un medio líquido con cizalla para
mezclar de forma íntima los ingredientes, seguido de secado por
pulverización y, si fuera necesario, retirada del disolvente
residual para crear el polvo. Este procedimiento generalmente
requiere disolventes orgánicos o compuestos orgánicos volátiles
(VOC) y, de esta manera, a diferencia de la extrusión, falla a la
hora de evitar el uso de compuestos químicos medioambientalmente
perjudiciales durante el procesado del polvo. Además, en el caso de
secado por pulverización, la retirada de disolvente requiere un
mayor aporte de energía.
Los procedimientos de fabricación de polvo de
recubrimiento actuales son engorrosos y requieren una gran inversión
de capital en equipo, es decir, para extrusión: Premezcladoras,
extrusoras y cintas de refrigeración o mezcladoras de alta presión
adaptadas para liofilización o procesado de fluido supercrítico,
trituradoras, molinos, máquinas de tamizado; para secado por
pulverización: recipientes de reacción o cámaras de mezcla,
secadores por pulverización, medios de secado secundarios, tales
como una cinta de secado; y, para ambos procedimientos: máquinas de
envasado. Este equipo debe limpiarse cada vez que se fabrica una
formulación diferente, es decir, una de un color diferente, porque
una sola partícula de recubrimiento en polvo azul en un
recubrimiento amarillo, por ejemplo, puede verse al primer vistazo.
Dependiendo de la formulación, el equipo puede tener que desmontarse
completamente para conseguir una limpieza minuciosa. Esta operación
de limpieza puede tardar de varias horas hasta varios días y, de
esta manera, puede ser muy costosa. Además, deben desecharse todos
los materiales retirados en la limpieza así como una proporción de
los materiales de partida que se han procesado antes de que se hayan
obtenido las condiciones de mezcla aceptables, es decir,
temperatura y presión o condiciones de pulverización apropiadas.
Por ejemplo, en el caso de extrusión, hasta aproximadamente una
décima parte de cada lote de cada polvo de recubrimiento preparado
se desecha como residuo, existiendo mayores proporciones
desaprovechables en lotes más pequeños. La cantidad de material
requerida para poner en marcha y pérdidas por limpieza no pueden
estimarse con precisión, por lo que siempre debe producirse material
en exceso. Por consiguiente, para que cualquier lote de extrusión
satisfaga una solicitud proporcionando una cantidad especificada de
composición de polvo, la premezcla inicial tiene que incluir
suficiente material para fabricar significativamente más que la
cantidad de polvo requerida.
El procesado por extrusión no proporciona
oportunidad para ajustar la composición de una mezcla íntima sin
etapas de extrusión repetidas. Por ejemplo, cualquier discrepancia
respecto a las tolerancias aceptables en cualquier formulación
habitual de una mezcla de ingredientes, por ejemplo el color
deseado, dará como resultado un producto extruido que un cliente no
puede usar. Cuando sea posible, la formulación habitual tendrá que
ajustarse de manera que la proporción de resina a sólidos que no son
resina se mantiene constante y después se vuelve a extruir. Algunas
formulaciones, por ejemplo aquellas que son muy sensibles al calor,
no pueden ajustarse y volver a extruirse. En cualquier caso,
cualquier formulación ajustada debe volver a extruirse.
\newpage
Otra desventaja de la extrusión, comparada con
el procesado de líquido, radica en el hecho de que la incorporación
de pigmentos de efecto basados en partículas de pigmento con forma
de plaqueta, por ejemplo mica, en los materiales de recubrimiento
en polvo frecuentemente da como resultado un cambio en el tamaño y
morfología de la partícula de pigmento. Las coloraciones obtenidas
de esta manera pueden ser menos atractivas que los recubrimientos
producidos con estos pigmentos de efecto incorporados en materiales
de recubrimiento húmedos, y carecen de la luminosidad y el brillo
satinado profundamente arraigado típico. Los pigmentos de efecto de
aluminio se vuelven grises, y en el caso de pigmentos de efecto de
mica los efectos ópticos ya no pueden observarse.
El documento U.S. 5.856.378, de Ring et
al., describe composiciones de recubrimiento en polvo que
comprenden aglomerados de al menos un componente particulado sólido
de formación de película, que puede estar coloreado, y al menos un
componente particulado sólido diferente, que puede ser o no formador
de película. Varias clases diferentes de componentes particulados
sólidos individuales pueden prepararse o proporcionarse
independientemente, con o sin extrusión. Por consiguiente,
mezclando diferentes componentes particulados sólidos en diversas
proporciones y aglomerándolos juntos, puede prepararse
prácticamente cualquier composición de recubrimiento en polvo usando
una mezcladora de un solo lote. Sin embargo, el al menos un
componente formador de película de Ring et al. de hecho,
debe extruirse y por lo tanto el procedimiento sufre de esta manera
la misma inflexibilidad, carga de capital y cuestiones de residuos
relacionadas con la extrusión.
De acuerdo con la presente invención, los
presentes inventores han descubierto inesperadamente una manera de
producir composiciones de polvo útiles para preparar recubrimientos
en polvo y tóner sin extrusión, procesado de fluido a alta presión,
o cualquier secado por pulverización o secado por congelación, y sin
ninguno de dichos equipos caros o los problemas relacionados con el
uso de dichos equipos.
La presente invención, en sus diversos aspectos,
es como se indica en las reivindicaciones adjuntas. De acuerdo con
un aspecto de la presente invención, las composiciones de polvo de
mezcla en bruto encapsuladas comprenden mezclas encapsuladas de
ingredientes en bruto como partículas discretas no asociadas de un
tamaño de partícula deseado (posteriormente en este documento
"mezclas en bruto"). El procedimiento para formar la mezcla en
bruto consiste esencialmente en mezclar íntimamente los
ingredientes en bruto moliendo hasta un tamaño de partícula medio
de 1 a 25 \mum. Los ingredientes comprenden partículas primarias
de forma aleatoria constituida cada una de las cuales por sólidos
de uno o más (co)polímeros o resinas formadores de película,
y partículas de uno o más aditivos sólidos elegidos entre
adyuvantes de flujo fundido, agentes colorantes no formadores de
película, cargas no formadoras de película, agentes de control de
carga, adyuvantes de flujo seco y mezclas de los mismos.
De acuerdo con una realización de la presente
invención, las composiciones de polvo de mezcla en bruto se
encapsulan en uno o más de un encapsulante (co)polimérico
formador de película, dando como resultado de esta manera polvos
fluidizables que tienen un tamaño medio de partícula de 15 a 100
\mum. Dichas composiciones de mezcla en bruto comprenden una
mezcla de partículas discretas no asociadas de uno o más de uno
polvos y partículas de (co)polímero o resina de uno o más de
un aditivo sólido elegido entre adyuvantes de flujo fundido,
agentes colorantes, adyuvantes de flujo seco, agentes de control de
carga, cargas y mezclas de los mismos.
En otro aspecto de la presente invención, los
procedimientos para preparar composiciones encapsuladas de polvo de
mezcla en bruto consisten esencialmente en proporcionar uno o más
sólidos constituidos por un (co)polímero o resina formadores
de película sólidos, opcionalmente, combinando el
(co)polímero o resina formadores de película sólidos con uno
o más aditivos sólidos elegidos entre uno o más adyuvantes de flujo
fundido, uno o más agentes colorantes no formadores de película, y
una o más cargas no formadoras de película, opcionalmente,
combinando adicionalmente el (co)polímero o resina formadores
de película sólidos y aditivo sólido no formador de película con
uno o más adyuvantes sólidos de flujo seco o agentes de control de
carga, y molienda, preferiblemente molienda por chorro, dichos
sólidos se combinan para formar una composición de polvo de mezcla
en bruto que tiene un tamaño medio de partícula de 1 a 25 \mum de
diámetro. La molienda íntima mezcla los sólidos para formar la
mezcla en bruto. Además, para formar la mezcla en bruto encapsulada,
el procedimiento consiste adicionalmente esencialmente en formar
gránulos temporales mezclando la composición de polvo de mezcla en
bruto con uno o más no disolventes volátiles, tales como agua,
mezclando los gránulos temporales formados de esta manera en uno o
más encapsulantes de resina o (co)polímero fluidos formadores
de película, y secando para formar la mezcla en bruto encapsulada y
retirar el no disolvente.
Los procedimientos de la invención permiten una
formulación rápida de composiciones de polvo preparadas en orden
sin extrusión o pulverización o secado por congelación, minimizando
los gastos de capital en equipos y racionalizando el inventario de
material de partida.
Las mezclas de partículas de ingrediente en
bruto molido o "mezclas en bruto", son composiciones
encapsuladas de mezcla en bruto que comprenden materiales
fluidizables con aire adecuados como tóner o recubrimiento en
polvo. Dichas mezclas en bruto pueden prepararse simplemente pesando
y midiendo los materiales de partida y moliendo, y como está
implicado muy poco o ningún residuo, incluso un pequeño lote puede
dimensionarse exactamente según se solicitó, es decir exactamente 5
kilogramos por solicitud. En un procedimiento preferido de
preparación de la mezcla en bruto, la molienda por chorro de
energía fluida o molienda por chorro de los materiales de partida
con la ayuda de un gas fluidizante puede reducir rápidamente el
tamaño de las partículas de la mezcla en bruto a menos de 10 \mum
sin calentar la mezcla en bruto. La refrigeración natural tiene
lugar durante la rápida expansión de un gas comprimido introducido
en un molino de chorro, más que compensando de esta manera el
calentamiento friccional del polvo durante el procedimiento de
molienda. Haciendo a las partículas suficientemente pequeñas, puede
conseguirse la mezcla íntima suficiente para preparar los polvos de
recubrimiento y tóner rápidamente, sin extrusión, procesado de
fluido supercrítico o procesado como un líquido que tiene que
secarse por pulverización o secarse por congelación. Además, se ha
descubierto inesperadamente que las mezclas en bruto de la presente
invención pueden aplicarse usando un equipo de pulverización
electrostática. Independientemente de ello, para ayudar en el uso
del equipo de aplicación de pulverización electrostática, puede ser
deseable encapsular o aglomerar las partículas de la mezcla en
bruto antes de la aplicación. La mezcla en bruto encapsulada o
aglomerados de mezclas en bruto tienen tamaños medios de partícula
mayores de 15 \mum de diámetro, y de esta manera presentan menos
riesgo de explosividad y respirabilidad adversa.
Todos los intervalos citados se consideran
inclusive y combinables. Por ejemplo, un tamaño medio de partícula
de 1,3 \mum o mayor, por ejemplo, de 1,5 \mum o mayor, que puede
ser de 4,5 \mum o menor, o de 4,0 \mum o menor, incluirán
intervalos de 1,3 \mum o mayor a 4,5 \mum o menor, de 1,5 \mum
o mayor a 4,5 \mum o menor, de 1,5 \mum o mayor a 4,3 \mum o
menor, y de 1,3 \mum o mayor a 4,3 \mum o menor.
A menos que se indique otra cosa, todas las
unidades de temperatura y presión son unidades convencionales de
temperatura y presión (STP).
Todas las expresiones que comprenden paréntesis
denotan que cualquiera o ambos del asunto incluido entre paréntesis
y su ausencia. Por ejemplo, la expresión "(co)polímero"
incluye, como alternativa, polímero, copolímero y mezclas de los
mismos.
Como se usa en este documento, las expresiones
"aglomerado" y "gránulo" se usan de forma intercambiable,
entendiendo que un gránulo no se romperá bajo las fuerzas
electrostáticas y mecánicas encontradas en la aplicación del polvo
de recubrimiento o el tóner.
Como se usa en este documento, la expresión
"tamaño medio de partícula", se refiere al tamaño medio de
partícula de una distribución de partículas determinado por
dispersión de luz láser usando un Malvern Mastersizer® 2000, un
producto de Malvern Instruments Inc. de Southboro, MA, para los
procedimientos recomendados por el fabricante. La media se define
como el tamaño en el que el 50% en peso de las partículas en la
distribución son más pequeñas que la media y el 50% en peso de las
partículas en la distribución son mayores que la media. El símbolo
"d(0,5)" o "D50"designa la media. La media, por
definición, es el 50º percentil de la distribución del tamaño de
partícula. Análogamente, d(0,97) o D97 es el 97º percentil
de la distribución del tamaño de partícula, de forma que el 97% de
las partículas en la distribución tienen un diámetro más pequeño que
el percentil.
Como se usa en este documento, la expresión
"polvo de recubrimiento" se refiere a una composición de
recubrimiento en polvo y la expresión "recubrimiento en polvo"
se refiere a un recubrimiento formado a partir de una composición
de recubrimiento en polvo.
Como se usa en este documento, a menos que se
indique otra cosa, la expresión "copolímero" incluye,
independientemente, copolímeros, terpolímeros, copolímeros de
bloque, copolímeros segmentados, copolímeros de injerto, y cualquier
mezcla o combinación de los mismos.
Como se usa en este documento, a menos que se
indique otra cosa, la expresión "polímero o resina formador de
película" se refiere a uno que es capaz de fundirse o fluir a o
por encima de su punto de fusión o de reblandecimiento para formar
una película continua.
Como se usa en este documento, a menos que se
indique otra cosa, la expresión "curar a baja temperatura" o
"curado a baja temperatura" se refiere a (co)polímeros y
resinas, agentes de curado o sus mezclas que se curan a
temperaturas de al menos 10ºC, preferiblemente de al menos 15ºC por
encima de T_{g} del (co)polímero o resina en la mezcla en
bruto y por debajo de 177ºC, preferiblemente, por debajo de 150ºC, y
más preferiblemente por debajo de 125ºC.
Como se usa en este documento, a menos que se
indique otra cosa, la expresión "viscosidad de fundido" se
refiere a la viscosidad de fundido de un polímero o resina, medido
en centipoises a 150ºC usando un viscosímetro de cono y placa
I.C.I. de alta temperatura de acuerdo con la norma ASTM D
4287-00 (enero de 2001), en el que el deflector es
de 0,002, el tamaño de muestra varía de 0,1 a 0,2 g y la lectura en
Poises (P) se multiplica por 2,5 cuando se usa un eje
0-100.
Como se usa en este documento, el término
"(met)acrilato" significa acrilato, metacrilato, y
mezclas de los mismos y el término "(met)acrílico"
usado en este documento significa acrílico, metacrílico, y mezclas
de los mismos.
Como se usa en este documento, a menos que se
indique otra cosa, la expresión "peso molecular" se refiere al
peso molecular medio en peso de un polímero medido por cromatografía
de permeación en gel.
Como se usa en este documento, la expresión
"pluralidad" significa dos o más, y puede referirse a un gran
número, por ejemplo en rango de cuatrillones, tal como el número de
partículas sólidas en un lote de polvo de mezcla en bruto.
Como se usa en este documento, la expresión
"partícula primaria" se refiere a una partícula del uno o más
ingrediente(s) sólidos del (co)polímero o resina
contenidos en una mezcla de partículas. Un (co)polímero o
resina sólido generalmente tiene, aunque puede no tener, un tamaño
medio de partícula que es igual a o mayor que cualquier otro de los
ingredientes en una mezcla en bruto.
Como se usa en este documento, la expresión
"partículas de forma aleatoria" se refiere a partículas que no
tienen una forma particular, aunque pueden incluir partículas sin
forma particular mezcladas con partículas que tienen una forma
regular, por ejemplo esférica, o pueden incluir partículas que
tienen bordes redondeados.
Como se usa en este documento, la expresión
"mezcla en bruto" se refiere a una mezcla molida de partículas
de ingrediente bruto sólido.
Como se usa en este documento, la expresión
"sólido" se refiere a cualquier material cristalino, amorfo o
polifásico mientras está a una temperatura por debajo de su punto de
reblandecimiento, punto de fusión o temperatura de transición
vítrea (T_{g}) a presión estándar.
Como se usa en este documento, la temperatura de
transición vítrea (T_{g}) de cualquier polímero puede calcularse
como describe Fox en Bull. Amer. Physics. Soc., 1, 3, página 123
(1956). La T_{g} puede medirse también experimentalmente usando
calorimetría de exploración diferencial (velocidad de calentamiento
20ºC por minuto, T_{g} tomada en el punto medio de la inflexión o
pico). A menos que se indique otra cosa, la T_{g} indicada, como
se usa en este documento se refiere a la T_{g} calculada.
Como se usa en este documento, la expresión
"no asociado" significa que no está pegado junto o no está
pegado junto suficientemente bien para poder soportar las fuerzas
mecánicas o electrostáticas por la aplicación del polvo de
recubrimiento o tóner sin rotura.
Como se usa en este documento, la expresión "%
en peso" quiere decir porcentaje en peso.
La composición de "mezcla en bruto" de la
presente invención comprende una mezcla de partículas no asociadas
y discretas de diferentes ingredientes que se han molido a un tamaño
de partícula deseado. Además, la composición puede comprender la
mezcla en bruto encapsulada en un polímero formador de película.
Adicionalmente, la composición puede comprender un aglomerado de la
mezcla en bruto.
Como la mezcla en bruto puede formarse
simplemente moliendo uno o más ingredientes sólidos a un tamaño de
partícula deseado, cada una de las partículas que forman la mezcla
en bruto pueden "estar formadas por" únicamente un solo
ingrediente sólido, por ejemplo un (co)polímero o resina.
Como resultado, la mezcla en bruto es actualmente un polvo de una o
más clases de partículas sólidas, preferiblemente, una mezcla
heterogénea de dos o más clases de partículas sólidas. La
incorporación de ingredientes adicionales, tales como colorantes,
cargas o agentes de curado, en un material de partida de polímero o
resina requiere mezcla íntima, por ejemplo por extrusión o
dispersión en un líquido y secado por pulverización, y de esta
manera anularía la ventaja de la presente invención. Sin embargo,
cualquier material de partida o aditivo en forma líquida podría
convertirse en sólido para usar en la mezcla en bruto, y comprenden
mezclas preparadas por absorción del material de partida sobre un
soporte sólido. Las partículas de materiales de partida o aditivos
convertidas en sólidos pueden comprender mezclas de particulados,
tales como lacas; o colorantes líquidos, resinas líquidas,
iniciadores o catalizadores, absorberse por mezcla simple en un
medio o una mezcladora de alta intensidad sobre un soporte inerte
poroso, por ejemplo sílice, wollastonita, tierra diatomea o talco.
Las mezcladoras adecuadas para la incorporación de aditivos
líquidos y vehículos sólidos pueden incluir mezcladoras cónicas,
doble cónica u horizontal que tienen boquillas pulverizadoras
integrales para la introducción del ingrediente líquido, tales como
aquellas fabricadas por Mixaco, Greer, SC, preferiblemente con uno
o más mecanismos de mezcla secundarios proporcionados por
tornillos, paletas o similares; o mezcladoras de paletas o
planetaria con un puerto de acceso para la introducción del
líquido, tal como aquellas fabricadas por Plasmec, Lonate (Pozzolo),
IT.
El tamaño medio de partícula (d(0,5)) de
la mezcla en bruto puede variar desde tan alto como 25 \mum, o
tan alto como 20 \mum, preferiblemente tan alto como 15 \mum, o
más preferiblemente tan alto como 10 \mum. El tamaño medio de
partícula (d(0,5)) de la mezcla en bruto puede variar desde
tan bajo como 1 \mum, o tan bajo como 3 \mum, preferiblemente,
tan bajo como 5 \mum, o tan bajo como 8 \mum. Mientras que el
tamaño medio de partícula importa en la mezcla en bruto, la forma
de la partícula no, porque el producto se fundirá durante el uso.
Sin embargo, las partículas esféricas facilitan la fluidización, por
lo que se prefieren procedimientos de molienda tales como molienda
por chorro (opuesto a machacado) que producen partículas con bordes
redondeados. Análogamente, procedimientos tales como aglomeración
por fusión para provocar la deformación de la partícula y soldadura
producirán partículas redondas. Las mezclas en bruto que tienen
menor tamaño de partícula proporcionan una apariencia más homogénea
en el recubrimiento o impresión final y un mayor tamaño de partícula
facilita la fluidización con aire de la mezcla en bruto. De esta
manera, las mezclas en bruto que tienen un mayor tamaño de
partícula pueden usarse adecuadamente proporcionando acabados
texturados o multicomponente en recubrimientos, películas e
impresiones. Las mezclas en bruto que tienen un tamaño de partícula
muy pequeño pueden proporcionar patrones intrincados, dependiendo
del procedimiento de aplicación usado. De esta manera, los tóner
pueden comprender mezclas en bruto que tienen tamaños medios de
partícula por debajo de 20 \mum, preferiblemente de 3 a 15
\mum.
Las mezclas en bruto encapsuladas son cápsulas
de la mezcla en bruto suelta que, si se abrieran, derramarían un
polvo de mezcla en bruto. Dichas mezclas en bruto encapsuladas
adoptan las características superficiales del (co)polímero
que encapsula la mezcla en bruto.
Los aglomerados de mezclas en bruto comprenden
las partículas de las mezclas en bruto pegadas juntas en una masa
de partículas asociadas de la mezcla en bruto.
Las mezclas en bruto encapsuladas y los
aglomerados de mezclas en bruto pueden tener tamaños medios de
partícula tan grandes que puedan fluidizarse con aire. Por
consiguiente, el tamaño medio de partícula (d(0,5)) de las
mezclas en bruto encapsuladas y aglomerados de mezclas en bruto
puede ser tan alto como 200 \mum, o tan alto como 60 \mum, o,
preferiblemente, tan alto como 50 \mum, proporcionando los mayores
tamaños medios de partícula acabados texturados y productos
curados. Si se desea, el tamaño medio de partícula (d(0,5))
de las mezclas en bruto encapsuladas y aglomerados de mezclas en
bruto puede ser tan bajo como 15 \mum, o, preferiblemente, tan
bajo como 20 \mum, o tan bajo como 30 \mum.
El procedimiento de molienda sin extrusión
permite la formación rápida de polvos estables de materiales
altamente sensibles al calor, tales como resinas epoxi cristalinas,
poliésteres semi-cristalinos, y (co)polímeros
termoplásticos y, adicionalmente, permite la mezcla de ingredientes
que son co-reactivos a temperaturas tan bajas como
40ºC en un solo componente o una mezcla de un solo envase en lugar
de una mezcla de dos componentes envasados en recipientes
diferentes. Por consiguiente, la presente invención proporciona una
mayor variedad de composiciones de polvo que pueden procesarse por
extrusión.
Las partículas de (co)polímero o resina
formadores de película pueden estar compuestos por cualquier resina
o (co)polímero termoplástico, curable por ultravioleta (UV),
o termoestable que tenga una T_{g} de 40ºC o mayor,
preferiblemente 45ºC o mayor y, adicionalmente, que tenga una
T_{g} por debajo de la temperatura de curado del polvo de
recubrimiento o polvo de tóner. Las cantidades adecuadas del uno o
más de un (co)polímero o resina varían del 39,99 al 99,99%
en peso, basado en el peso total de la mezcla en bruto.
El (co)polímero o resina puede estar
compuesto por partículas de uno o más de una resinas de poliéster
termoestables o curables por UV, poliésteres insaturados, resinas
epoxi, resinas que contienen flúor, resinas acrílicas, uretanos,
resinas de silicona e híbridos de estas resinas. Los "híbridos"
de (co)polímeros o resinas pueden referirse a aductos,
copolímeros de injerto o de bloque y mezclas compatibles o
compatibilizadas de dichos (co)polímeros o resinas. Los
grupos funcionales adecuados en resinas termoestables pueden incluir
grupos hidroxilo, carboxilo, epoxi, isocianato en bloque y
combinaciones de los mismos.
Las resinas de poliéster pueden incluir uno o
más de una resina de poliéster amorfa con funcionalidad ácido
carboxílico o con funcionalidad hidroxilo. Las resinas de poliéster
adecuadas pueden ser lineales o ramificadas, y pueden formarse por
la polimerización de polioles y ácidos carboxílicos
poli-funcionales. Adecuadamente, las cadenas de
resina de poliéster pueden ser relativamente cortas, de manera que
los poliésteres con funcionalidad ácido deben tener números de
ácido de 15 a 100, por ejemplo de 25 a 90, y las resinas de
poliéster con funcionalidad hidroxilo pueden tener números de
hidroxilo de 2 a 20, por ejemplo de 2 a 12, o de 2 a 10. Los
poliésteres pueden comprender el producto de reacción de polioles,
por ejemplo dioles lineales o ramificados C_{1} a C_{12}, por
ejemplo neopentil glicol, con un exceso de ácido pimélico, ácido
azelaico, ácido succínico, ácido glutárico, y ácidos
policarboxílicos alifáticos similares y sus anhídridos; ácido
hexahidroftálico, ácido hexahidroisoftálico, ácido
metilhexahidroftálico y ácido policarboxílicos alicíclicos similares
y sus anhídridos; poliésteres de mayor T_{g} preparados
incluyendo ácido tereftálico, ácido isoftálico, ácido ftálico,
ácido trimelítico, ácido piromelítico y ácidos policarboxílicos
aromáticos similares y sus anhídridos.
Preferiblemente, la fluidez y suavidad del
recubrimiento o película de las composiciones de poliéster, epoxi,
acrílico o uretano puede mejorarse incluyendo partículas de uno o
más de un agente de curado de resina de poliéster al menos
parcialmente cristalina en las composiciones.
Los poliésteres resistentes a las condiciones
climatológicas pueden comprender el producto de reacción del 15 al
90% en moles de ácido isoftálico, del 5 al 30% en moles, por ejemplo
del 15 al 30% en moles, de ácido
1,4-ciclohexanodicarboxílico, siendo el resto del
ácido, por ejemplo un 65% en moles o menor, de ácido tereftálico,
basado en el número total de moles de ácido presentes, y del 50 al
100% en moles, tal como del 70 al 100% en moles, de polioles
ramificados que tienen de 5 a 11 átomos de carbono, tal como
neopentil glicol, basado en el número total de moles de polioles
presentes, en el que al menos el 8% en moles de todos los reactantes
tienen una funcionalidad de tres o mayor, tal como
trimetilolpropano, basado en el número total de moles de ambos
ácido y poliol presentes.
Los poliésteres insaturados curables por UV
pueden tener grados de insaturación del 2 al 20 por ciento en peso
(% en peso), por ejemplo del 4 al 10% en peso, basado en el peso
total de la resina de poliéster insaturado. Dichas resinas pueden
formarse a partir de ácidos carboxílicos di- y/o polifuncionales (o
sus anhídridos) y alcoholes di- y/o polihídricos. La insaturación
típicamente la suministra el ácido carboxílico, tal como ácido
maleico o fumárico, aunque es posible suministrarla mediante el
alcohol o poliol, es decir alcohol alílico. Preferiblemente, los
poliésteres insaturados incluyen restos de hidrógeno activo para
promover el curado superficial. Los hidrógenos activos incluyen
hidrógenos arílicos, bencílicos, ciclohexílicos o de alquilo
terciario de reactantes de poliol elegidos entre monoalil éter de
trimetilolpropano, vinil ciclohexanodiol, ciclohexano dimetanol,
ciclohexano diol y de ácidos carboxílicos elegidos entre ácido
malónico, ácido nádico, ácido dimérico y anhídrido
tetrahidroftálico.
Las resinas epoxi adecuadas incluyen
poliepóxidos, tales como homopolímeros y copolímeros de glicidil
(met)acrilato (GMA), por ejemplo con (met)acrilatos
de alquilo, éteres de glicidilo condensados de
(oligo)bisfenoles, preparados haciendo reaccionar bisfenol
con halohidrinas, éteres y ésteres de poliglicidilo.
Preferiblemente, las resinas epoxi están compuestas por partículas
de uno o más éteres de glicidilo de (oligo)bisfenol A o F que
tienen una viscosidad de fundido a 150ºC de 300 a 3500 centipoises
(cps).
Las partículas de resina que contienen flúor
termoestable pueden estar compuestas por uno o más copolímeros de
fluoroolefinas con éteres de
(per)flouro(alquil)vinilo, por ejemplo
copolímeros de tetrafluoroetileno, hexafluoropropileno y del 0,01
al 5% en peso de perfluoro (vinil éter), basado en el peso total de
los reactantes en el copolímero.
Las resinas acrílicas termoestables pueden
comprender copolímeros con funcionalidad GMA, hidroxilo, isocianato,
amina o carboxilo de (met)acrilatos de alquilo C_{1} a
C_{8} copolimerizados con del 1 al 10% en peso, basado en el peso
de todos los comonómeros, de ácido (met)acrílico, alquil
(met)acrilatos de isocianato, (met)acrilatos de
aminoalquilo o (met)acrilatos de hidroxi alquilo. Las
partículas pueden estar compuestas por una o más resinas acrílicas
curables por UV tales como uretano terminado en acrilato, oligómeros
y polímeros de poliéster y epoxi.
Las resinas de silicona termoestables adecuadas
pueden comprender cualquier resina de silicona lineal o ramificada
que tenga sustituyentes orgánicos, es decir alquilo C_{2} a
C_{24} o hidrocarburos monovalentes de (alquil)arilo, así
como grupos alcoxi, (alquil)ariloxi, hidroxilo o silanol
curables que tienen una viscosidad de 500 a 10.000 cps a 150ºC, por
ejemplo de 1000 a 5000 cps. Las resinas de silicona útiles pueden
tener un grado de sustitución orgánica de 1,5 o menor,
adecuadamente de 1 a 1,5 proporcionando recubrimientos estables al
calor. Además, dichas resinas deben tener una funcionalidad silanol
(Si- -OH) o una funcionalidad hidroxilo. La resina de
silicona de la presente invención puede tener un contenido de
silanol o hidroxilo condensable del 1,5 al 7% en peso, por ejemplo
del 2 al 5% en peso. El grado de sustitución se define como el
número medio de grupos orgánicos sustituyentes por cada átomo de
silicio y es la suma del porcentaje en moles multiplicado por el
número de sustituyentes para cada ingrediente. Los hidrocarburos
monovalentes preferidos incluyen fenilo, metilo, y mezclas de los
mismos.
Los (co)polímeros o resinas
termoplásticos pueden estar compuestos por partículas de uno o más
(co)polímeros o resinas elegidos entre fluoroolefinas, tales
como fluoruro de polivinilideno (PVDF), copolímero de
etileno/tetrafluoroe-
tileno, sulfuro de polifenileno, poliamidas, tales como NYLON^{TM}, poliolefinas y poliésteres lineales, tales como poli (adipato de butileno), poli(etilentereftalato) y copoliésteres o copoliésteres de bloque de los mismos. El uno o más (co)polímeros o resinas formadores de película adecuados pueden estar compuestos por mezclas de partículas cada una de las cuales está constituida por uno o más (co)polímeros o resinas termoplásticos. Preferiblemente, partículas de (co)polímero o resina termoplástico compuestas por mezclas de PVDF y acrilato o mezclas de partículas de PVDF y partículas de acrilato.
tileno, sulfuro de polifenileno, poliamidas, tales como NYLON^{TM}, poliolefinas y poliésteres lineales, tales como poli (adipato de butileno), poli(etilentereftalato) y copoliésteres o copoliésteres de bloque de los mismos. El uno o más (co)polímeros o resinas formadores de película adecuados pueden estar compuestos por mezclas de partículas cada una de las cuales está constituida por uno o más (co)polímeros o resinas termoplásticos. Preferiblemente, partículas de (co)polímero o resina termoplástico compuestas por mezclas de PVDF y acrilato o mezclas de partículas de PVDF y partículas de acrilato.
Los agentes adecuados de curado pueden incluir
una o más aminas o resinas de amina, ácidos policarboxílicos y sus
aductos de resina epoxi, anhídridos carboxílicos y sus aductos de
resina epoxi, polímeros o resinas curables por ultravioleta (UV),
compuestos de isocianato bloqueado, poliepóxidos,
\beta-hidroxialquil alquilamidas, agentes de
curado de formación de arrugas, y compuestos de poliol. Cualquier
agente de curado líquido puede adsorberse en uno o más soportes de
tamaño submicrométrico tales como sílice pirógena, wollastonita,
tierra diatomea o talco para formar partículas de polvo para usar
en la mezcla en bruto. El uno o más agentes de curado pueden usarse
en cantidades tales que la relación estequiométrica entre el o los
agentes de curado y todos los (co)polímeros o resinas
curados de esta manera varía de 0,7 a 1,3.
Las aminas y resinas de amina pueden usarse para
curar resinas epoxi y poliésteres. Los ejemplos incluyen
diciandiamida, imidazoles, aductos epoxi de imidazoles, imidazoles
sustituidos, tales como 2-metil o
2-fenil imidazoles,
2-heptadecilimidazol, y aductos epoxi de aminas
alifáticas primarias, secundarias y/o terciarias, resina de
hexametoximalamina, y resina de hexaetoximalamina. Los agentes de
curado de amina preferidos incluyen monoaminas primarias de curado
a baja temperatura, diaminas disecundarias, y los oligómeros y los
aductos epoxi, ácido policarboxílico y/o anhídrido de las mismas.
Los ejemplos de agentes de curado de amina preferidos incluyen
N-butilamina, dietilamina, estearildimetil amina,
tri-n-hexilamina, aductos epoxi de
aminas alifáticas primarias secundarias/o terciarias y aductos
epoxi de imidazoles.
Los ácido policarboxílico, anhídridos y sus
aductos de resina epoxi pueden usarse para curar resinas acrílicas
o (co)polímeros con funcionalidad epoxi, poliéster e
hidroxilo, carboxilo o isocianato. Los ejemplos de ácidos
policarboxílicos y sus anhídridos correspondiente incluyen
poliésteres y ácidos policarboxílicos al menos parcialmente
cristalinos que tienen un número de ácido de 40 a 500, tal como
ácido adípico, ácido sebácico, ácido subérico y ácido
dodecanodioico, sus anhídridos, así como poliésteres con
funcionalidad ácido preparados haciendo reaccionar un exceso de
dichos ácidos policarboxílicos con polioles, por ejemplo dioles o
glicoles C_{1} a C_{8}. Los agentes de curado preferidos
comprenden aductos de resina epoxi de ácidos policarboxílicos o
anhídridos formados haciendo reaccionar el ácido o anhídrido con
resinas epoxi aromáticas, tales como glicidil éteres de
(oligo)bisfenoles, por ejemplo bisfenol A o F, poliglicidil
éteres o ésteres que contienen restos fenilo o bencilo, epoxi
cresol novolaks y epoxi fenol novolaks.
Los agentes de curado curables por UV adecuados
pueden comprender partículas de polioles terminados en acrílico,
poliuretanos o poliésteres, y partículas de diviniléteres (DVE) de
glicoles y polioles, por ejemplo poli(etilenglicol) o (PEG),
tales como (PEG200-DVE), y metil viniléter de
polietilenglicol-520.
Los agentes de curado de isocianato bloqueado
pueden usarse con uno o más resinas de poliéster o acrílicas con
funcionalidad hidroxi. Los ejemplos de compuestos de isocianato
bloqueado incluyen aquellos preparados bloqueando uno o más
poliisocianatos alifáticos, alicíclicos o aromáticos con uno o más
agentes de bloqueo tales como fenol, uno o más ácidos
(di)carboxílicos, caprolactama o alcohol. El poliisocianato
alifático, alicíclico o aromático puede ser diisocianato de
isoforona, diisocianato de hexametileno, diisocianato de xilileno,
diisocianato de tolileno, diisocianato de xilileno hidrogenado,
diisocianato de tolileno hidrogenado o similares.
Los ejemplos de poliepóxidos incluyen
isocianurato de triglicidilo (TGIC), o glicidil éteres condensados
de (oligo)bisfenoles, preferiblemente de bisfenol A o F,
preparados haciendo reaccionar bisfenol con halohidrinas.
Preferiblemente, los polvos comprenden una partícula de agente de
curado de poliepóxido mezclada con partículas de uno o más
poliésteres.
Los ejemplos de
\beta-hidroxialquil alquilamidas incluyen
p-hidroxietil propilamida. Las
\beta-hidroxialquil alquilamidas se prefieren
como agentes de curado respetuosos con el medio ambiente para
poliésteres con funcionalidad carboxi.
Los agentes de curado de formación de arrugas
para resinas epoxi pueden comprender ácido metilen disalicílico
(MDSA) y las formas alquil, (alquil)aril, y arilalquileno
sustituidas del mismo, preferiblemente mezclados con un ácido de
Lewis, tal como los complejos BF_{3}:amina dando polvos de curado
a baja temperatura.
Los ejemplos de polioles incluyen
trimetilolpropano, sorbitol y
tris(2-hidroxietil)isocianurato.
Para facilitar la formación de películas o
recubrimientos continuos, las mezclas en bruto pueden comprender,
preferiblemente, partículas de uno o más adyuvantes de flujo
fundido. Los adyuvantes de flujo fundido adecuados deben
seleccionarse para compatibilidad con el uno o más
(co)polímeros o resinas y pueden incluir polímeros acrílicos
basados en acrilato de butilo, tales como el oligómero acrílico
Resiflow P-67^{TM} y Clearflow^{TM}
Z-340 de Estron Chemical, Inc. (Calvert City, Ky.);
el copolímero acrílico Modaflow^{TM} 2000 y otros productos de
poli(alquilacrilato) de Monsanto (St. Louis, Mo.); mezcla
sílice/silicato Modarez^{TM} MNP (para resinas de silicona) y
Modarez^{TM} 23-173-60 acrilato de
silicona sobre sílice, de Synthron, Inc. (Morgantown, N.C.); y
poliacrilato/polisiloxano BYK® Powder Flow 3 y copolímero de
acrilato BYK® 361, de BYK Chemie (Wallingford, Conn.); ácido
poliacrílico-n-butileno, disponible
como ACRONAL^{TM} de BASF, polímeros de poliacrilato
MODAREZ^{TM} de Protex France, y los dioles acetilénicos
SURFYNOL^{TM}, de Air Products y Chemicals, Inc. (Allentown, PA).
Las cantidades totales adecuadas de los adyuvantes de flujo fundido
varían del 0,1% en peso o mayor de la mezcla en bruto,
preferiblemente el 0,5% en peso o mayor, y pueden ser tan altas como
el 10% en peso de la mezcla en bruto, o hasta el 5% en peso. La
mezcla en bruto puede usarse sin ningún adyuvante de flujo
fundido.
Los aditivos no formadores de película pueden
elegirse entre agentes colorantes no formadores de película, cargas
o prolongadores, agentes reductores del brillo, agentes de
texturado, flexibilizadores copoliméricos de
núcleo-carcasa gomosos, aditivos reductores de la
fricción, agentes de refuerzo, tales como nanopartículas
poliméricas (PNP), microcápsulas; catalizadores; material biológico,
aditivos intumescentes, por ejemplo polifosfato amónico y una
resina termoplástica que contiene oxígeno; pigmentos termocrómicos,
y otros materiales sensibles al calor. Preferiblemente, los
aditivos no formadores de película comprenden colorantes y cargas
proporcionando recubrimientos que tienen un color o propiedades
mecánicas y físicas deseadas, tales como resistencia a tracción y
resistencia térmica.
En una realización preferida, la formulación
rápida de composiciones de polvo que coinciden con un color deseado
o diana resulta del uso como un polvo de mezclas en bruto que
comprenden partículas que tienen un tamaño medio de partícula de 15
\mum o menor y que contienen partículas de al menos dos o más, o
tres o más agentes colorantes diferentes. El pequeño tamaño de
partícula de la mezcla en bruto permite la formación de película
continuas, recubrimientos o impresiones homogéneas.
Los agentes colorantes adecuados pueden incluir
pigmentos inorgánicos y orgánicos, colorantes y sus combinaciones.
Si cualquier agente colorante está en forma líquida a menos de 40ºC
y a presión estándar, puede absorberse en un soporte inorgánico,
tal como sílice, wollastonita, talco o titania para formar un
sólido. Los ejemplos de pigmentos inorgánicos incluyen dióxido de
titanio, óxidos de hierro blanco, rojo y amarillo, escamas de
aluminio peliculantes y no peliculantes, polvos de mica coloreados,
mica recubierta con titania y/o óxido de hierro (III), óxidos
metálicos de mezclas, polvos de cobre, polvos de estaño, y polvos de
acero inoxidable, cromo escarlata, cromo amarillo, feldespato,
materiales ferromagnéticos finamente divididos, y negro de humo.
Los ejemplos de pigmentos orgánicos adecuados incluyen pigmentos
colorantes de tina, lacas de tintes ácidos, básicos y mordentes,
colorantes aromáticos o solubles en aceite negro y colorantes de
dispersión, que son blancos, rojos, amarillos, azules o verdes; por
ejemplo, ftalocianina, pigmentos azo, o azo de
poli-condensación, pigmentos de azometinaazo,
pigmentos de azometina, antraquinona, pigmentos de perinona,
pigmentos de perileno, pigmentos de índigo/tioíndigo, pigmentos de
dioxazina, pigmentos de quinacridona, pigmentos de isoindolinona y
pigmentos negros de anilina, isodibenzantrona, trifendioxano,
dicetopirrolopirrol, y pigmentos cian. Los agentes colorantes
específicos incluyen Pigmento C.I. Azul 15: 3, Pigmento C.I. Azul
16, y cobre sustituido con ftalimidometilo, ftalocianina azul;
pigmentos magenta tales como Pigmento C.I. Rojo 122; pigmentos
amarillos tales como Pigmento C.I. Amarillo 93, 94, 128, 166, 167,
138, 185, y
disantraquinonil-monofenilamino-s-triazina;
y pigmentos negros tales como Pigmento C.I. Negro 7, 6. Estos
agentes colorantes pueden usarse en solitario o en combinación.
Antes de la molienda, los agentes colorantes
inorgánicos adecuados tienen un tamaño de partícula del material de
partida que varía de 0,1 a 60 \mum, normalmente menor de 30
\mum. Dichos agentes colorantes pueden usarse en la cantidad del
0,1% en peso o mayor, basado en el peso total de la mezcla en bruto,
o el 1% en peso o mayor, o el 5% en peso o mayor, o el 10% en peso
o mayor, o el 20% o mayor, y hasta una cantidad total del 60% en
peso o menor, preferiblemente el 50% en peso o menor, o, más
preferiblemente el 40% en peso o menor. Los agentes colorantes
pueden usarse en algunas aplicaciones.
Antes de la molienda, los agentes colorantes
orgánicos adecuados que son líquidos se absorben sobre vehículos
inorgánicos que tienen un tamaño medio de partícula de menos de 20
\mum, normalmente menor de 10 \mum. Los agentes colorantes
orgánicos sólidos generalmente tienen un tamaño medio de partícula
de menos de 20 \mum. Dichos agentes colorantes pueden usarse en
la cantidad del 0,01% en peso o mayor, basado en el peso total de
la mezcla en bruto, o el 0,1% en peso o mayor, o el 0,2% en peso o
mayor, o el 0,5% en peso o mayor, y hasta una cantidad total del
20% en peso o menor, preferiblemente del 10% en peso o menor, o, más
preferiblemente del 5% en peso o menor. Los agentes colorantes
pueden usarse en algunas aplicaciones.
Para preparar los tóner, la cantidad total de
agente colorante usado, ambos orgánico e inorgánico combinados, no
debe superar el 20% en peso de la mezcla en bruto, preferiblemente
no más del 10% en peso.
Las cargas no formadoras de película o
prolongadores adecuados pueden elegirse entre wollastonita,
metasilicato cálcico, cuarzo, baritas, carbonato de calcio, talco,
mica, hilos conductores de acero inoxidable; aramid, nylon, vidrio
o fibras de acrilonitrilo; cinc, para resistencia a corrosión;
arena, carburos metálicos, bauxita y otros materiales abrasivos, y
cargas básicas tales como fosfatos y boratos metálicos, por ejemplo
fosfato dicálcico dihidrato. Las cargas no formadoras de película,
antes de la molienda, varían en el tamaño medio de partícula de 1 a
35 \mum. Después de la molienda, dichas partículas aún pueden ser
suficientemente grandes para proporcionar un acabado texturado o un
tacto abrasivo.
La una o más cargas no formadoras de película
pueden usarse en cantidades de hasta el 75% en peso, basado en el
peso total de la mezcla en bruto, o hasta el 50% en peso, o hasta el
40% en peso, y pueden usarse en cantidades tan bajas como el 0% en
peso, basado en el peso total de la mezcla en bruto, o tan bajas
como el 1% en peso, o tan bajas como el 5% en peso, o tan bajas
como el 10% en peso, o tan bajas como el 20% en peso.
En una realización preferida, las composiciones
de recubrimiento texturado comprenden del 1 al 20% en peso, basado
en el peso total de la mezcla en bruto, de cargas que tienen un
tamaño medio de partícula de 6 a 20 \mum.
Preferiblemente, las composiciones de mezcla en
bruto fluidizable, tales como las usadas en aplicaciones de
pulverización electrostática, comprenden adicionalmente partículas
de uno o más de un adyuvante de flujo seco en la cantidad del 0,01%
en peso o mayor, basado en el peso total de la mezcla en bruto, o
del 0,2% en peso o mayor o del 0,5% en peso o mayor, y hasta el 5%
en peso, o hasta el 1,5% en peso, o hasta el 1,0% en peso. Los
adyuvantes de flujo seco pueden elegirse entre sílice pirógena,
alúmina, hidróxido de aluminio, óxido de magnesio pirógeno,
hidróxido de magnesio, dióxido de titanio recubierto con sílice,
otros óxidos metálicos, y mezclas de los mismos.
Para seleccionar los adyuvantes de flujo seco
adecuados, aquellos que tienen pequeños tamaño de partículas
primarias o altas áreas superficiales específicas pueden usarse con
partículas de (co)polímero o resina que tienen tamaños
medios de partícula más pequeños. Para adyuvantes de flujo seco, las
bajas áreas superficiales específicas pueden ser tan bajas como 150
g/m^{2} y las altas áreas superficiales específicas pueden ser
tan altas como 325 g/m^{2}.
Los adyuvantes de flujo seco particularmente
preferidos comprenden adyuvantes de flujo seco de calidad para
tóner, por ejemplo, sílices pirógenas hidrófobas tratadas con
hexametildisilazano, dimetil silano, polidimetilsiloxano u
octametilciclotetrasiloxano y que tienen un área superficial
específica de 150 a 300 m^{2}/g. Otros adyuvantes de flujo seco
preferidos que pueden usarse para mezclas en bruto que tienen
tamaños medios de partícula por encima de 10 \mum, y para mezclas
en bruto encapsuladas o aglomeradas incluyen Óxido de Aluminio C,
disponible en Degussa Corp (Parsippany, NJ).
Como alternativa a los adyuvantes de flujo seco,
las composiciones de mezcla en bruto fluidizables pueden comprender
partículas de uno o más agentes de control de carga dispersadas en
la mezcla en bruto en la cantidad del 0,01% en peso o mayor, basado
en el peso total de la mezcla en bruto, o del 0,5% en peso o mayor y
hasta el 10% en peso, o hasta el 5% en peso. Los agentes de control
de carga negativa ilustrativos pueden incluir sales de complejos
metálicos tales como las sales de complejo de cromo, aluminio y cinc
de ácido salicílico y sus derivados, y colorantes de sal de
complejo azo, mientras que los agentes de control de carga positiva
ilustrativos pueden incluir nigrosina, compuestos amino terciarios,
y compuestos amino cuaternarios.
Como alternativa, las mezclas en bruto de
partículas no asociadas pueden fluidizarse o aplicarse
electrostáticamente sin adyuvantes de flujo seco o agentes de
control de carga. El equipo de fluidización, tal como mezcladoras
sónicas y lechos fluidizados o tolvas de lecho fluido equipadas con
membranas que tienen tamaños de partícula de 1 a 20 \mum,
localizadas directamente aguas arriba del dispositivo aplicador,
puede usarse para fluidizar los polvos de mezclas en bruto de
manera que un dispositivo de pulverización electrostática de
líquido, por ejemplo una pistola ITW Ransberg Nº 2, o dispositivos
de pulverización electrostática de polvo pueden usarse para aplicar
el polvo. Además, una mezcla en bruto puede recubrir uniformemente
el sustrato si se aplica con un dispositivo de pulverización
electrostática de polvo en una atmósfera desionizada que tiene una
humedad relativa del 20% o menor.
Otros aditivos adecuados para usar en la mezcla
en bruto pueden comprender partículas de aditivos de reducción de
brillo, tales como ceras, como cera carnauba o de polietileno, y
agentes de texturado como politetrafluoroetileno (PTFE) y acetato
butirato de celulosa (CAB) en la cantidad de hasta el 10% en peso,
basado en el peso total de la mezcla en bruto, o hasta el 5% en
peso; agentes de unión, tales como copolímeros de
(met)acrilato de alquilo que tienen funciones carboxilo en
la cantidad de hasta el 25% en peso, basado en el peso total de la
mezcla en bruto, o hasta el 15% en peso, o hasta el 10% en peso;
aditivos de reducción de fricción, incluyendo PTFE o perlas de
nylon; plata metálica o microbicidas en la cantidad del 0,0001 al
0,5% en peso, basado en el peso total de la mezcla en bruto;
antioxidantes, tales como fenoles con impedimentos estéricos,
estabilizadores de luz tales como aminas con impedimentos estéricos
y abrillantadores ópticos en cantidades del 0,1 al 1,5% en peso,
basado en el peso total de la mezcla en bruto; adyuvantes de
desgasificación, tales como benzoína, en la cantidad del 0,1 al
1,5% en peso, basado en el peso total de la mezcla en bruto;
iniciadores por UV, catiónicos y térmicos; agentes de nivelado de
resina de siloxanos no hidrolizables, tales como polidimetilsiloxano
en forma sólida, en composiciones de resina de silicona en la
cantidad del 0,1 al 2,0% en peso, catalizadores rédox; y
catalizadores de formación de acabado con arrugas. Para crear un
sólido para la mezcla en bruto, cualquier aditivo que esté en forma
líquida puede adsorberse sobre uno o más vehículos de tamaño
submicrométrico tales como pirógena sílice, wollastonita, tierra de
diatomeas o talco para formar partículas de polvo para usar en la
mezcla en bruto.
Los agentes de curado por radicales libres
adecuados incluyen, por ejemplo, peróxidos, diacilperóxidos, y
compuestos de metales de transición basados en ácidos grasos,
aceites, por ejemplo jabones de cobalto, tales como neodecanoato de
cobalto. Las cantidades eficaces de catalizadores de peróxido pueden
ser del 0,01 al 10% en peso, basado en el peso total de la mezcla
en bruto, por ejemplo del 0,1 al 6% en peso, o del 0,5% en peso al
4,0% en peso. Las cantidades eficaces de catalizador metálico pueden
ser del 0,01 al 2% en peso, basado en el peso total de la mezcla en
bruto, por ejemplo del 0,05 al 1,0% en peso. Los iniciadores UV
adecuados pueden incluir, por ejemplo, fotoiniciadores de escisión
alfa, fotoiniciadores de abstracción de hidrógeno, y similares. Las
cantidades eficaces de iniciadores UV pueden variar del 0,05 al 5%
en peso, basado en el peso total de la mezcla en bruto, por ejemplo
del 0,1 al 4% en peso, o del 0,5 al 2% en peso.
Los ejemplos de iniciadores catiónicos adecuados
incluyen bromuro de etil trifenil fosfonio (ETPPB) y
hexafluorofosfato de
bencil-4-hidroxifenil metilsulfonio.
Los ejemplos de catalizadores de condensación incluyen carboxilatos
metálicos, tales como sales de cinc, tales como estearato de cinc,
acetilacetonato de cinc y neododecanoato de cinc para resinas de
silicona; y sales de estaño para poliésteres.
Los catalizadores de formación de acabado con
arrugas adecuados incluyen ácido ciclámico o ácido
ciclohexilsulfámico, sales amina de ácidos orgánicos, en los que
los ácidos orgánicos pueden incluir ácido trifluorometano sulfónico,
conocido también como ácido tríflico, ácido paratolueno sulfónico,
ácido dodecil benceno sulfónico, ácido dodecil naftil sulfónico, y
ácido dodecil naftil disulfónico, metano sulfonato estannoso, y
sales amina de ácidos inorgánicos, tales como ácidos fosfónicos.
Los catalizadores pueden usarse en la cantidad de hasta el 1,0% en
peso, o hasta el 0,6% en peso, basado en el peso total de la mezcla
en bruto.
Los procedimientos para preparar la mezcla en
bruto consisten esencialmente en proporcionar la cantidad deseada
de una o más resinas o (co)polímeros, después, si se usa más
de un material de partida, combinar todos los materiales de partida
en forma sólida a granel, es decir en forma de astillas, pepitas,
bolitas, polvos o gránulos, y molerlos juntos hasta un tamaño de
partícula deseado. Los procedimientos eliminan el procesado de
extrusión, disolución o dispersión/secado por pulverización, y otras
etapas de mezcla íntima convencionales, y las posteriores etapas de
refrigeración. Además, los procedimientos evitan el uso de un equipo
caro para la extrusión, procesado de fluido supercrítico o
dispersión/disolución y secado por pulverización.
Proporcionar una cantidad deseada de una o más
resinas o (co)polímeros consiste esencialmente en pesar la
cantidad de la resina o (co)polímero que corresponde al
tamaño del lote final de la composición de polvo molida.
Combinar dos o más materiales de partida en
forma sólida a granel puede comprender pesar y
pre-mezclar todos los materiales de partida
individuales a mano, o puede comprender el suministro/medida o
pesada automatizado de cada material de partida individual, por
ejemplo mediante tolvas de alimentación o lechos fluidizados que
tienen suministros controlados por válvula o electrónicos. Cualquier
tolva o lecho de suministro puede suministrar por gravedad los
materiales de partida desde arriba, es decir, almacenados en
tambores mantenidos por encima del medio de suministro. Las
válvulas controladas y los suministros electrónicos pueden
accionarse mediante interruptores hidráulicos o electrónicos.
Además, la cantidad suministrada y la velocidad de cualquier
suministro puede controlarse mediante bucles de retroalimentación
electrónicos, por ejemplo un bucle neural, controles.
Preferiblemente, la identidad de todas las formulaciones de la
composición de recubrimiento se registra y almacena en una base de
datos electrónica de manera que la información sobre la formulación
desde la base de datos puede introducirse en un aparato de
suministro/medida o pesada automático que combinará automáticamente
todos los materiales de partida necesarios. Más preferiblemente, el
aparato de suministro/medida o pesada automático registra las
cantidades de cada material de partida usado para control de
inventario y gestión futura del inventario.
Una vez que se han proporcionado los materiales
de partida y, si fuera necesario, se han combinado en una
proporción deseada, se muelen a un tamaño de partícula deseado. Para
la molienda, no es necesario controlar estrictamente el tamaño o
forma del material de partida introducido para la molienda y, por
ejemplo, puede ser tan grande como 4 cm en una sola dimensión media
de la partícula. Por ejemplo, los molinos de chorro pueden incluir
barras o tornillos rompedores desplazados en línea para triturar el
suministro a un tamaño uniforme según se introduce en el
molino.
El equipo de molienda adecuado puede incluir
molinos de chorro, molinos de chorro de lecho fluidizado, molinos
de impacto y molinos de desgaste; molinos de clasificación de aire
(ACM); molinos de bolas o molinos de rodillo; molinos de perlas o
medios; molinos centrífugos; molinos de cono; molinos de disco;
molinos de martillo; y molinos de pinza.
El molino preferido es un molino de chorro. Más
preferiblemente, el uno o más molinos comprenden molinos de energía
fluida o molinos de lecho fluidizado de chorro en los que el
suministro se mantiene dentro del molino mediante una rueda
clasificadora hasta que se alcanza el tamaño medio de partícula
deseado y después las partículas molidas se eyectan en un colector.
Durante el funcionamiento, las partículas en o por debajo del límite
del tamaño medio de partícula deseado, que puede ajustarse a un
nivel de, por ejemplo 7 \mum, quedan atrapadas en la corriente de
aire que se suministra al molino y que pasa hacia un recipiente de
recogida separado. Como los molinos de lecho fluidizado de chorro
"auto-fraccionan" su producción, la
distribución por tamaño del polvo molido es estrecha. La rápida
expansión del gas comprimido durante la molienda por chorro más que
compensa el calentamiento friccional del polvo durante la molienda.
Por consiguiente, la molienda por chorro de lecho fluidizado
mantiene las composiciones de polvo frías durante la molienda, no
introduciéndose un historial térmico, prolongando de esta manera la
estabilidad durante el almacenamiento de la mezcla en bruto. Además,
pueden usarse otros materiales más sensibles al calor para formular
los recubrimientos producidos por la molienda por chorro de la
mezcla en bruto. Los molinos de chorro se clasifican en términos de
producción, que variará de una formulación a otra basándose en
factores tales como el tamaño del material de partida suministrado
o introducido, la química y dureza de la partícula. Los molinos de
chorro se clasifican por su producción y pueden moler de 2 kg/h a
270 kg/h de una mezcla en bruto. La producción puede variar
dependiendo de la dureza y del punto de fusión de los materiales a
moler. De esta manera, las producciones para las formulaciones de
resina de poliéster curadas con tgic pueden variar ligeramente menos
que las producciones para formulaciones de poliéster curadas con
\beta-hidroxialquilamida.
El uso de otros molinos varía dependiendo del
molino. En general, cuanto más se muela un material de partida,
menor será el tamaño medio de partícula del producto molido. En un
molino ACM, para aislar un producto por debajo de 10 \mum, la
entrada al molino se ralentiza y la producción se recicla
continuamente hasta que satisface el tamaño requerido. Los
clasificadores de ciclón en línea pueden retirar después el polvo en
el intervalo de tamaño deseado. Para otras operaciones, tales como
molinos de bolas, el polvo final debe separarse de las bolas
cerámicas, por ejemplo, por tamizado, seguido de procedimientos de
clasificación con aire, en los que la molienda transcurre hasta que
las partículas son suficientemente finas para que se las lleve una
corriente de aire medida o se separan mediante una rueda
clasificadora interpuesta en la corriente de aire medida.
El procedimiento de molienda consigue la mezcla
íntima y elimina la necesidad relacionada de conseguir la mezcla de
ingredientes justo antes del procesado. Si se usa la cantidad
incorrecta de uno cualquiera o más de uno de los materiales de
partida, la formulación puede reajustarse durante el procedimiento,
es decir, durante o después de la molienda, y el producto de la
mezcla en bruto puede mezclarse simplemente en una mezcladora para
distribuir uniformemente todos los ingredientes. Siempre y cuando
las cantidades totales de cada material de partida añadido
satisfagan la formulación especificada, el producto final de la
mezcla en bruto cuando se mezcla homogéneamente satisfará la
formulación especificada. Además, como hay poco o ningún residuo
implicado, el tamaño del lote de cualquier composición de polvo
puede controlarse estrictamente y puede adaptarse para satisfacer
una solicitud específica, preparando justo la cantidad de polvo
necesaria.
La fluidez mejorada en la mezcla en bruto puede
conseguirse encapsulando la composición de la mezcla en bruto en
forma seca en un encapsulante de resina o polímero formador de
película. Las mezclas en bruto encapsuladas pueden fluidizarse
fácilmente sin usar aditivos, tales como adyuvantes de flujo seco o
agentes de control de carga. La superficie de la mezcla en bruto
encapsulada determina su compatibilidad y propiedades de
manipulación. Por consiguiente, los (co)polímeros de
encapsulado deben seleccionarse por su estabilidad durante el
almacenamiento antes de la aplicación. Además, deben seleccionarse
para dar al recubrimiento, película o impresión curados un nivel
deseado de durabilidad, resistencia a las condiciones
metereológicas, o (in)compatibilidad con el
(co)polímero o resina en la mezcla en bruto, o cualquier
combinación de los mismos. Pueden seleccionarse también por su
tendencia a desarrollar, mantener o disipar una carga
electrostática. El tamaño medio de partícula de la mezcla en bruto
encapsulada debería ser 15 \mum o mayor, o 20 \mum o mayor, o 30
\mum o mayor para asegurar la fluidizabilidad con aire, y puede
ser tan alto como el de las partículas convencionales del polvo de
recubrimiento, o hasta 75 \mum, o hasta 60 \mum, o hasta 50
\mum.
Los polímeros de encapsulación adecuados pueden
incluir cualquier resina compatible con al menos un
(co)polímero o resina en la mezcla en bruto que tenga una
T_{g} mayor de 40ºC, preferiblemente mayor de 50ºC, y una T_{g}
menor que la del (co)polímero o resina en la mezcla en bruto
que tenga la menor T_{g}, preferiblemente al menos 10ºC menos y,
adicionalmente, que pueda reblandecerse o disolverse en una
dispersión acuosa calentada o una mezcla acuosa de disolvente o a
un vacío parcial (<200 mm/Hg). Los ejemplos de dichos polímeros
incluyen copolímeros de (met)acrilato de alquilo, resinas
GMA, glicidil éteres de (oligo)bisfenol, copolímeros de
bloque de óxido de polietileno-óxido de polipropileno
(PEO-PPO), poliésteres termoplásticos o lineales,
poliolefinas, tales como polietileno de baja densidad y PVDF. Los
ejemplos de (co)polímeros que pueden desarrollar, mantener o
disipar una carga electrostática incluyen polietileno, polipropileno
y resinas de silicona como dieléctricos finales negativos, y
(co)polímeros PEO, PEO-PPO, poliuretano, y
resinas epoxi como dieléctricos finales positivos. Dichos
(co)polímeros pueden potenciar la atracción del polvo
encapsulado al sustrato.
La cantidad de polímeros de encapsulación puede
variar hasta el 15% en peso, basado en el peso total de la mezcla
en bruto, o hasta el 10% en peso, o, preferiblemente, hasta el 5% en
peso, y puede usarse en cantidades suficientes para encapsular
totalmente la mezcla en bruto, por ejemplo, el 0,1% en peso o mayor,
basado en el peso total de la mezcla en bruto, el 1% en peso o
mayor, o el 3% en peso o mayor. El porcentaje de sólidos de la
solución o dispersión del polímero de encapsulación en la dispersión
acuosa o mezcla acuosa de disolvente usada para encapsular la
mezcla en bruto puede variar desde el 0,5% en peso hasta el 80% en
peso para permitir la encapsulación fácil mientras que permiten un
secado rápido.
La encapsulación de la mezcla en bruto consiste
esencialmente en formar gránulos temporales de la mezcla en bruto
añadiendo agua lentamente a los mismos, u otro compuesto no
disolvente volátil para la mezcla en bruto, tal como ésteres de
alquilo, por ejemplo acetato de etilo, o mezclas de los mismos,
seguido de mezcla de los gránulos temporales formados de esta
manera con uno o más encapsulantes disueltos en solución o fundidos
en una dispersión acuosa para recubrir los gránulos temporales y
secar para formar una mezcla en bruto encapsulada.
Durante la formación de los gránulos temporales,
la adición de un no disolvente a la mezcla en bruto puede
conseguirse, por ejemplo, pulverizándola en forma de neblina
atomizada sobre la mezcla en bruto durante la mezcla.
Preferiblemente, la granulación temporal usa tan poco no disolvente
como sea posible, por ejemplo, del 0,1 al 3,0% en peso, basado en
el peso total de la mezcla en bruto, o del 0,1 al 1,0% en peso. Las
mezcladoras útiles comprenden mezcladoras de baja o media
intensidad, tales como la mezcladora "Lodige Ploughshare" o
"Winkworth RT", y la "Spectrum" comercializadas por T. K.
Fielder y Co. Ltd. El tamaño medio de las partículas de los
gránulos temporales puede controlarse para aumentar la velocidad de
mezcla para disminuir el tamaño de partícula, y disminuir la
velocidad de mezcla para aumentar el tamaño de partícula.
Los gránulos temporales se encapsulan sin
calentar en la mezcladora de baja intensidad en la que se granulan
temporalmente, o se suministran a una mezcladora de cinta, secadora
de lecho fluido, o secadora instantánea. Durante la mezcla o
fluidización, los gránulos temporales se nebulizan o pulverizan con
la solución o dispersión fundida de uno o más encapsulantes en la
cantidad mínima necesaria para encapsularlos. Como en la granulación
temporal, los tamaños medios de partícula de la mezcla en bruto
encapsulada pueden controlarse aumentando la velocidad de mezcla
para disminuir el tamaño de partícula, y disminuyendo la velocidad
de mezcla para aumentar el tamaño de partícula. Las cápsulas
formadas de esta manera se secan, por ejemplo en una secadora de
lecho fluido o secadora instantánea, o por extracción al vacío para
retirar toda el agua, el no disolvente y cualquier disolvente para
el encapsulante de las mismas. El producto resultante se comporta
como las partículas del material encapsulante, por ejemplo como
partículas de resina acrílica.
Las mezclas en bruto pueden usarse en forma seca
como tóner, polvos de recubrimiento y polvos formadores de película
y de moldeo, o pueden suspenderse en agua, opcionalmente con del
0,01 al 1% en peso, basado en el peso de un tensioactivo no iónico,
tal como éter de alquil polioxietileno, éter de alquil fenol
polioxietileno. La dispersión puede contener también jabones
aniónicos y catiónicos, coloides protectores, espesantes y
auxiliares para ayudar a la estabilidad. Preferiblemente, estos
estabilizadores contienen uno o más grupos reactivos que son
compatibles con la química de curado del polvo de manera que pueden
quedar unidos químicamente en la película reticulada. La dispersión
estable puede tratarse opcionalmente por molienda con bolas u otras
técnicas similares comunes a la industria de pinturas líquidas, para
reducir adicionalmente el tamaño de partícula. Dependiendo de los
estabilizadores usados la neutralización, típicamente con
alcanolaminas o alguna otra base nitrogenada, puede usarse para
ayudar en la dispersión. Los polvos en suspensión podrían comprender
sólidos en la cantidad del 30 al 70% en peso, basado en el peso
total de la suspensión, aunque podrían diluirse para potenciar su
capacidad de pulverización.
Como alternativa a la encapsulación, las mezclas
en bruto pueden aglomerarse en mezcladoras de baja o media
intensidad de la misma manera que se granulan temporalmente, excepto
que los disolventes o las dispersiones acuosas de agentes de
granulación de polímero o resina se nebulizan o pulverizan sobre las
mezclas en bruto durante la mezcla. Los aglomerados de partículas
de la mezcla en bruto pueden fluidizarse fácilmente sin usar
aditivos, tales como adyuvantes de flujo seco o agentes de control
de carga. Los agentes aglomerantes adecuados pueden comprender,
para un polvo basado en poliéster termoestable o en acrílico,
(co)polímeros acrílicos acuosos, emulsiones de resina de
poliéster, o látex poliméricos de vinilo o acrílico; para polvo
basado en epoxi resina epoxi basada en agua; para resinas de
poliéster, acrílicas o epoxi, éteres de celulosa solubles en agua,
emulsiones de resina acrílica, emulsiones de resina de uretano,
polietilenglicoles, celulosas, alcoholes polivinílicos, ceras de
óxido de polietileno, y emulsiones de resina
acrílica-resina de silicona; para resinas de
silicona, sílices coloidales; para poliuretanos, emulsiones de
resina de uretano; y para hidrocarburos, ceras de parafina. Como
alternativa, un disolvente químicamente inocuo para el aglutinante
puede usarse como agente aglomerante, por ejemplo metanol y otros
alcanoles, cetonas de alquilo inferior, o éteres, tales como alquil
éteres, por ejemplo dimetil éter, metil Cellosolve, etil Cellosolve
o butil Cellosolve. La extracción al vacío puede usarse para ayudar
en la retirada del disolvente después de la aglomeración.
Otros procedimientos de aglomeración de la
mezcla en bruto al tamaño medio de partícula indicado incluyen
procedimientos elegidos entre calentar la mezcla en bruto con
agitación a una temperatura a la que al menos un sólido en la
mezcla en bruto se funde en la superficie de las partículas pero no
se funde en el interior de las partículas, normalmente de 40 a
80ºC, durante de 50 segundos a 20 horas, seguido de refrigeración
con agitación para formar un sólido aglomerado; mezclar la mezcla
en bruto en una solución acuosa de tensioactivo, por ejemplo éter
de alquil polioxietileno, éter de alquil fenol polioxietileno, u
otros tensioactivos no iónicos, o aniónicos o catiónicos, con
agitación para formar una suspensión, calentar la suspensión a una
temperatura a la que la composición de partida se funde en la
superficie de las partículas pero no se funde en el interior de las
partículas, y secar los aglomerados resultantes a presión reducida
con agitación; y añadir una composición fotocurable líquida, por
ejemplo un prepolímero acrílico y un fotoiniciador en solución, gota
a gota a la composición de recubrimiento en polvo de partida con
agitación, curar la composición fotocurable mediante irradiación
con luz, y secar los aglomerados resultantes a presión reducida con
agitación. Pueden usarse medios de aglomeración de mezclas en bruto
más agresivos mecánicamente, incluyendo aglomeración por fusión
mediante fuerza mecánica para unir las partículas por un
procedimiento que implica la deformación y microsoldadura del
material plástico usando un molino angular.
Las mezclas en bruto y sus formas encapsuladas y
aglomerados pueden recubrirse sobre un sustrato por aplicación,
seguido de calentamiento del sustrato para hacer fluir el polvo para
formar una capa cohesiva y curarlo mediante calor o irradiación,
por ejemplo con luz UV. Si se usa una suspensión, una etapa de
secado puede preceder al curado. Los dispositivos aplicadores
pueden incluir pistolas de pulverización electrostática, lechos
fluidizados, escobillas magnéticas, y pueden incluir también
dispositivos de suspensión y de pulverización líquida, tales como
pistolas de pulverización electrostática y campanas electrostáticas,
tales como pistolas portátiles equipadas con una campana
electrostática, es decir una pistola ITW Ransberg Nº 2. Los
aplicadores de pulverización de polvo pueden estar equipados
opcionalmente con una o más tolvas de lecho fluido, lechos
fluidizados, mezcladoras ultrasónicas o mezcladoras sónicas para
fluidizar el suministro de la mezcla en bruto para pulverización.
Además, las mezclas en bruto que se muelen hasta un tamaño medio de
partícula de 10 \mum o menor, pueden aplicarse en forma de polvos
usando dispositivos de suspensión y pulverización líquida porque las
mezclas en bruto se comportan como un fluido en aire.
Preferiblemente, dichos polvos finos de mezclas en bruto se
fluidizan en un lecho fluidizado o mezcladora sónica aguas arriba
del dispositivo de pulverización líquida.
Preferiblemente, cualquier pistola de
pulverización electrostática de polvo puede estar equipada con uno o
más suministradores de polvo de tipo mezcladoras ultrasónicas o
mezcladoras sónicas para fluidizar la mezcla en bruto
inmediatamente antes de su aplicación a un sustrato. Cualquier
mezcla en bruto de cualquier tamaño medio de partícula puede
fluidizarse con aire usando una mezcladora sónica o mezcladora
ultrasónica para suministrar el polvo a una pistola de
pulverización electrostática. Por ejemplo, los polvos de mezclas
finos en bruto, con un tamaño medio de partícula <10 \mum,
pueden expandirse y ponerse en un estado fluidizado mediante una
mezcladora sónica, bombearse y pulverizarse electrostáticamente
mediante pistolas convencionales.
Para el hacer fluir el recubrimiento en polvo,
la capa de polvo de recubrimiento o la superficie del sustrato debe
calentarse a de 70 a 120ºC para hacer fluir la capa de polvo. El
curado puede efectuarse térmicamente tal como en hornos de
convección o lámparas de IR o mediante irradiación, tal como con luz
UV o rayos e. El tiempo de curado, la temperatura y otras
condiciones para las mezclas en bruto, o sus formas encapsuladas o
aglomeradas, pueden ser iguales a las usadas en el curado de
composiciones extruidas, por ejemplo polvos de recubrimiento
convencionales hechos de los mismos materiales de partida que el
material de partida en la mezcla en bruto.
El pequeño tamaño de partícula de las mezclas en
bruto, estén encapsuladas o no, permite la formación de películas
muy finas y recubrimientos que tienen un espesor de 12,7 \mum a
101,2 \mum, preferiblemente de 25,4 \mum a 50,8 \mum.
Los sustratos para recubrimiento pueden incluir
acero, tales como bobinas de acero, piezas de motor, rotores,
estatores y piezas de generador eléctrico, hornos, estufas y
parrillas; hierro y otros sustratos metálicos, tales como
mobiliario de exterior; hormigón, cerámico y tejas, vidrio y
sustratos sensibles al calor, tales como madera natural,
contrachapado, fibra vulcanizada de densidad media (MDF), papel,
cartón, plástico y metales no ferrosos, tales como latón y bronce.
Cuando se usan como recubrimientos en polvos sobre estos sustratos,
las mezclas en bruto pueden proporcionar cebadores, tinturas,
tintas, recubrimientos base, recubrimientos coloreados,
recubrimientos transparentes, recubrimientos resistentes al calor,
recubrimientos eléctricamente aislantes, recubrimientos resistentes
a corrosión, recubrimientos resistentes a deslizamiento,
recubrimientos lubricantes, recubrimientos resistentes a las
condiciones climatológicas y arquitectónicos, recubrimientos
intumescentes y recubrimientos decorativos.
Ejemplo
En los siguientes ejemplos, la resistencia al
disolvente MEK se midió por el procedimiento A de MPTM 0020. En
este procedimiento, el panel recubierto curado, cuando se enfría a
STP, se frota 50 veces con un trapo con punta de algodón saturado
en metil etil cetona (MEK), en pasadas de aproximadamente 2,54 cm de
longitud en un movimiento hacia delante y hacia atrás (frotado
doble); mientras que se mantiene una presión moderada entre los
frotados. El trapo permanece empapado con MEK durante los 50
frotados dobles. Presión moderada se refiere a aplicar presión de
manera que, mientras se frota un panel recubierto curado puesto en
una escala, la escala leerá de 4 a 5 libras (de 1,814 a 2,25 kg)
sin contar el peso del panel o cualquier otra cosa aparte de la
presión aplicada por el trapo. Una puntuación de "5" es
excelente, "4" es muy bueno, "3" es bueno, "2" es
válido, y "1" es malo.
La resistencia al impacto se midió usando un
procedimiento modificado de ASTM D-2794 (9/1996), en
el que un panel curado recubierto se deja enfriar y se ensaya
usando un medidor de impacto Gardner Impact Test Modelo 1120
equipado con un troquel de acero inoxidable de 0,64 pulgadas (16,24
mm) de diámetro, un penetrador de 5/8 pulgadas (15,86 mm) de
diámetro centrado en el troquel, un peso de 4 libras (1,814 kg) de
impacto, y un calibre del espesor de película, totalmente calibrado
y ajustado de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Cada
uno del medidor de impacto y el panel curado recubierto se ponen
planos sobre un bloque de 1,5 pulgadas (38,07 mm) de espesor de un
soporte de ensayo de madera dura. El impacto directo se mide con el
panel situado con el lado recubierto hacia arriba. Los resultados
se miden por inspección visual, registrando la fuerza de impacto
máxima que soporta el recubrimiento.
Una mezcla de material de partida, mostrada en
la Tabla 1, se premezcló agitando todos los ingredientes en una
bolsa de plástico. Después la muestra se molió en un lecho
fluidizado con molino de chorro opuesto Hosakawa AFG 100 usando una
boquilla de 1,9 mm, aire para machacado de 90 psi (620,5 kilo
pascales) y una rueda clasificadora que funciona a 10.000 rpm. El
polvo producido de esta manera estaba caracterizado por un D97 de
12,8 \mum y un d(0,5) de 6,5-6,8 \mum,
según se determinó con un dispositivo Coulter LS (Beckman Coulter
Inc., Fullerton, CA) usado en el modo de suministro seco y
siguiendo las instrucciones operativas del fabricante. El polvo
resultante se pulverizó electrostáticamente sobre un panel de acero
de 0,032 pulgadas (813 \mum) de espesor, laminado en frío con una
pistola de pulverización electrostática Nordson AFC II. El panel se
horneó a 190,55ºC (375ºF) en un horno de convección durante 15
minutos. El panel recubierto presentaba resistencia a 50 frotados
dobles con metil etil cetona, consiguiendo una muy buena valoración
de 4+, y, adicionalmente, presentaba 140 pulgadas libra (1,6
Kg-m) de resistencia a impacto directa sin fallo. El
espesor del recubrimiento era de 19,05 \mum (0,75 mil).
Claims (7)
1. Una composición de polvo de mezcla en bruto
encapsulada que comprende una mezcla encapsulada de ingredientes en
forma de partículas discretas no asociadas, comprendiendo los
ingredientes partículas cada de las cuales está constituida por
sólidos de uno o más de un (co)polímero o resina, y
partículas de uno o más de un aditivo sólido elegido entre
adyuvantes de flujo fundido, agentes colorantes, adyuvantes de
flujo seco, cargas y mezclas de los mismos,
en la que la mezcla en bruto se encapsula en uno
o más encapsulantes de resina o polímero formadores de película.
2. Una composición de polvo de acuerdo con la
reivindicación 1, en la que dicha composición de polvo comprende
adicionalmente partículas diferentes y discretas elegidas entre uno
o más agentes sólidos de curado para dicho (co)polímero o
resina.
3. Una composición de polvo de acuerdo con la
reivindicación 2, en la que dicho tamaño medio de partícula de las
partículas primarias de dicha composición de polvo varía de 1 a 15
\mum de diámetro.
4. Una composición de polvo de mezcla en bruto
encapsulada de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el tamaño
medio de partícula de dicha composición de mezcla en bruto
encapsulada varía de 15 a 100 \mum de diámetro.
5. Un procedimiento para preparar una
composición de polvo de mezcla en bruto encapsulada que comprende
una mezcla encapsulada de ingredientes en forma de partículas
discretas no asociadas, consistiendo dicho procedimiento
esencialmente en proporcionar uno o más de un sólido constituido por
un (co)polímero o resina formadores de película sólidos,
opcionalmente, combinar dicho
(co)polímero o resina formadores de película sólidos con uno
o más aditivos sólidos elegidos entre uno o más adyuvantes de flujo
fundido, uno o más agentes colorantes no formadores de película,
una o más cargas no formadoras de película, uno o más agentes de
control de carga, uno o más adyuvantes de flujo seco y mezclas de
los mismos,
moler dichos sólidos para formar una composición
de polvo de mezcla en bruto, en la que el tamaño medio de partícula
de las partículas de dicha composición de polvo varía de 1 a 25
\mum de diámetro,
encapsular dicha composición de polvo de mezcla
en bruto formando gránulos temporales mezclando dicha composición
de polvo de mezcla en bruto con uno o más no disolventes volátiles,
mezclar dichos gránulos temporales en uno o más encapsulados de
resina o polímero formadores de película fluidos, y secar para
formar dicha composición de polvo de mezcla en bruto encapsulada y
para retirar dicho no disolvente volátil.
6. Un procedimiento para preparar una
composición de polvo de mezcla en bruto encapsulada de acuerdo con
la reivindicación 5, en el que dicha molienda comprende molienda
por chorro.
7. En un procedimiento para fabricar un
recubrimiento en polvo sobre un sustrato que comprende aplicar una
o más composiciones de polvo a dicho sustrato para formar una capa
de polvo sobre dicho sustrato, calentar dicha capa de polvo para
hacer fluir dicha composición de polvo para formar una capa
cohesiva, y curar la capa cohesiva tras continuar calentando o
irradiando dicha capa cohesiva para formar un recubrimiento, en el
que la mejora comprende seleccionar como dicha composición de polvo,
la composición reivindicada en la reivindicación 1.
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