JPH10502405A - 静電気帯電粒子の作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高抵抗率材料からなる静電気帯電粒子の作成方法であって、その材料のガラス転移温度以上または融点を越える温度でその材料中に単極電荷を組み込むことを含み、上記単極電荷がその材料の体積中に組み込まれて、この帯電した材料がその後粉末化されるか、または、上記電荷がその材料の粒子の形成中にその材料中に組み込まれる、方法。

Description

【発明の詳細な説明】 静電気帯電粒子の作成方法 この発明は、静電気帯電粒子（electrostatically charged particles）の作 成方法に関し、特に、粉体塗料（powder paint）、家庭用洗浄粒子（hosehold c leaning particles）および生物工学の用途（biomedical applications）のため の帯電粒子のように、予め静電気帯電された高電気抵抗率の粉末の作成方法に関 する。 静電塗装技術は、耐久性があり、かつ、高品質な仕上げが必要な用途に対して ますます商業的に使用されるようになっている。静電塗装技術は、静電気帯電粒 子の基板（substrate）への塗布（application）を含み、その後、ベーキング（ baking）によって一様な粘着性の被覆（coating）が形成される。塗布は、通常 、スプレイ（spraying）により行われ、静電気帯電粒子は、好ましくは着色され たものであり、また、基板は、一般的には金属からなるがそれに限られることは ない。顔料を含有した塗料粒子（pigment-containing paint particles）の電荷 は、その粒子の基板上への吸着力を発生し、熱処理がされるまでの間、当該粒子 の位置を不動に保つ。静電塗装技術は、ほとんどもっぱら白色大型家庭用品（do mestic white-goods）の市場においてのみ用いられているが、自動車工業の分野 における使用も増加傾向にある。あまり知られていない応用分野には、家具産業 （furnishing industry）および瓶塗装用途がある。 塗料粒子を静電気帯電させるための２つの方法が知られており、それらは、コ ロナ帯電を利用したもの、または摩擦効果（tribo or frictional effect）を利 用したものである。これらの技術は、いずれも、非能率的で、かつ、非常に予測 が困難（unpredictable）であることが知られている。重要な粉末帯電プロセス は、エンドユーザの責任において行われ、また、通常、商業的に利用可能な装置 によって行われる。 コロナ帯電プロセスは、高帯電密度の単極イオン雲（high charge density un ipolar ionic cloud）の生成に依存しており、このイオンは、その後、空気で運 ばれる雲（airborne cloud）の中に分散されている分離された粒子の外表面に付 着する。典型的には、全帯電イオンの０．５％が浮遊している粒子（airborne particles）に付着するに過ぎず、残りの９５．５％は自由イオンとして残り、 塗装用途において、塗装品質に対して非常に悪影響を及ぼすおそれがある。 粒子を摩擦帯電させる方法は、予測が困難であり、その帯電プロセスは、使用 材料の性質、相対湿度、接触耐久性（duration of contact）、比誘電率、表面 状態、接触タイプ（type of contact）およびおそらくは電気抵抗率を含む多数 のパメラータに対して敏感である。 したがって、これらの従来技術の方法では、粒子の帯電が表面メカニズムに依 存しており、しかも、帯電プロセスが、一般に、個々の粒子上の帯電量のレベル に対する制御をほとんど持たないエンドユーザによる支配下にある、という欠点 がある。 我々は、この従来技術の欠点を克服し、より再現性の高い（reproducible）粉 末粒子帯電方法を開発した。 すなわち、この発明は、高抵抗率材料からなる静電気帯電粒子の作成方法であ って、その材料のガラス転移温度以上または融点を越える温度でその材料中に単 極電荷（unipolar charge）を組み込むことを含み、上記単極電荷がその材料の 体積（bulk）中に組み込まれて、この帯電した材料がその後粉末化されるか、ま たは、上記電荷がその材料の粒子の形成中にその材料中に組み込まれる方法を提 供する。 当業者において知られているように、ガラス転移温度という用語は、高分子や ガラスのようなアモルファス材料が脆性状態（brittle state）から塑性状態（p lastic state）に変化する温度を定義するために用いられる。 この発明の方法は、材料をそのガラス転移温度以上もしくは融点を越える温度 にしておく一方で、単極電荷の注入（injection）または単極電荷の誘導（induc tion）によって単極電荷を材料中に組み込むようにして実施されてもよい。単極 電荷を材料の体積中に組み入れ、その後、たとえば研削（grinding）による粉砕 （comminution）によって、当該材料の粒子を形成してもよい。粉砕プロセスの 間、その材料は、材料中に効果的に閉じこめられている（locked into）電荷を 保持する。また、たとえば、ノズルの所定の開口を通しての押出し（extrusion ）による粒子の形成中に、単極電荷を材料中に組み入れるようにして もよい。本発明によって生成される粒子は、必要に応じて、正帯電されていても よいし、負帯電されていてもよい。 本発明の方法によって帯電され得る材料は、ポリエチレンやエポキシ／ポリエ ステルのような高分子材料であってもよく、また、合成パラフィンろうやたとえ ばカルナウバろうなどの天然ろうのようなろう材料であってもよい。 この発明の方法によって作成される帯電粒子は、好ましくは、１０ないし３０ ０μｍの範囲内の粒子サイズを持ち、さらに好ましくは、１０ないし４０μｍの 範囲内の粒子サイズを持つ。 この発明の方法は、塗装用途における粉体塗料として使用される複合高分子材 料の静電気帯電粒子の生成のために用いられてもよく、この場合、高分子材料は 、一般に１種以上の顔料を含有する。この発明の帯電粒子の他の用途としては、 家庭用洗浄粒子、生物工学の目的のための帯電粒子、殺虫（insect control）の 目的のための帯電粒子がある。 この発明は、また、その範囲内に、単極電荷が粒子体積（volume of the part icles）中に組み込まれた高分子材料またはろうの静電気帯電粒子を含む。 この発明の帯電粒子は、従来の帯電技術を用いた場合に可能であったレベルよ りも高い帯電再現性レベルを有する。とくに、粒子体積中に電荷が位置し、かつ 、使用直前に帯電するのではなく、生産段階で粒子が前もって帯電されている点 で有利である。これにより、表面帯電された粒子よりもはるかに長時間にわたっ て電荷が保持されることになり、しかも、表面帯電粒子よりもスプレー性能（sp rayability characteristics）のよい粒子を提供できる。 この発明は、添付図面を参照して、さらに説明される。 図１は、従来の塗料粒子の表面に位置した電荷を示す図解図である。 図２は、予め帯電されたこの発明による塗装粒子の内部に位置した電荷を示す 図解図である。 図３は、この発明の方法による粒子の誘導帯電のための装置の図解図である。 図４は、この発明の方法による粒子のコロナ注入帯電のための装置の図解図で ある。 図面を参照して、図１は、負電荷２を表面に有する塗料粒子１を示す。粒子内 部の部分断面において１ａで示された粒子のバルク体積（bulk volume）は、帯 電されていない。図２は、この発明の方法に従い、予め帯電されて作成された粒 子を示す。粒子３は、表面には電荷を有していない。粒子内部の部分は４で示さ れており、粒子のバルク体積が負に帯電していることが明瞭に表されている。 粒子１および３は、それぞれ、表面の負電荷または体積中の負電荷をそれぞれ 伴うように表されているが、これらの粒子は、正の単極電荷を同じく良好に伴い 得ることが理解されるであろう。 正または負のいずれかの単極電荷の注入は、粒子の形成中に行われる。図３を 参照して、この図は、たとえば塗料のような粒子をその形成中に誘導帯電（indu ction charging）するための装置を図解的に示している。高分子材料が押し通さ れるノズルが、５により図解的に示されている。材料がノズルに押し通されると 、これに伴って粒子１１が形成される。これらの粒子は、発電機（generator） ７による電圧の印加によって形成される適当な電界を生成するのに必要な誘導リ ング６を通る。帯電したリング６を粒子が通り過ぎるときに、その材料は、単極 電荷を受容し、そして、その粒子１１はその後固化するので、その電荷は、粒子 の体積中に効率的に凍結（frozen）される。 単極電荷２を粒子に与える（impart）ための別の方法は、図４に示されており 、この図には、溶融材料が押し通されるノズルが、８によって図解的に示されて いる。材料は、ノズル８を通って押し出され、この過程で粒子１１が形成される 。ノズル内には、高圧電極９が組み込まれており、材料のビーズ１１が形成され る際、溶融材料の体積（bulk）中に単極電荷の注入をもたらす。電極９への高電 圧は、発電機１０から供給される。 高電界注入または誘導のいずれかによる電荷の注入は、従来の押出し成形機（ extruder）のシステムの最終冷却ローラの近傍に同様な電極を組み込むことによ り達成されてもよい。通常は、材料は、シート形状に作成され、次いで、微細粉 末に研削されることになろう。 この発明は、次に示す実施例によってさらに説明される。 実施例１ エポキシ／ポリエステル複合高分子の溶融サンプル中への単極電荷注入が、添 付図面中の図４に図示されたものと類似の電極を用いて行われた。高分子サンプ ルのサイズは、直径が４．５cmで、厚さが０．６cmであった。温度は約１００℃ に保たれ、この温度では、上記サンプルはそのガラス転移温度よりも上の温度に ある。この温度で、先のとがった電極における電位は、サンプルが再固化（reso lidify）する期間中、−３ＫＶに保持された。サンプル中の初期帯電値は、−０ ．１×１０^-9と計測された。この帯電値は、翌日になっても同じであり、その後 も、ほぼその値で安定した。このエポキシ／ポリエステル複合高分子サンプルは 、その後、粉末化された。 実施例２ カルナウバろうの溶融サンプル中への単極電荷の注入が、添付図面中図４に示 されたものと類似の構成の電極を用いて行われた。このろうサンプルのサイズは 、直径が４．５cm、厚さが０．６cmであった。温度は、ろうが溶融する約１３０ ℃に保持された。溶融状態において、ろうが再固化するのに要する時間に相当す る時間だけ先のとがった電極の電位は４０ボルトに保持された。サンプル中の初 期帯電値は、−０．３×１０^-9クーロンと測定された。この値は、翌日には、− ０．１９×１０^-9クーロンに減少した。この値は、数週間にわたって保持された 。このろうサンプルは、その後、粉末化された。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高抵抗率材料からなる静電気帯電粒子の作成方法であって、その材料のガラ ス転移温度以上または融点を越える温度でその材料中に単極電荷を組み込むこと を含み、上記単極電荷がその材料の体積中に組み込まれて、この帯電した材料が その後粉末化されるか、または、上記電荷がその材料の粒子の形成中にその材料 中に組み込まれる、方法。 ２．上記単極電荷の組込みは、上記材料中への単極イオンの注入によって行われ る、請求項１記載の方法。 ３．上記単極電荷の組込みは、上記材料中への単極イオンの誘導によって行われ る、請求項１記載の方法。 ４．上記単極電荷は、押出しによる上記材料の粒子の形成中に上記粒子中に組み 込まれる、上記の請求項のいずれか１つに記載の方法。 ５．上記材料は、高分子材料またはろうである、上記の請求項のいずれか１つに 記載の方法。 ６．上記高分子材料は、高分子塗料である、上記の請求項のいずれか１つに記載 の方法。 ７．上記ろうは、合成パラフィンろうまたは天然ろうである、請求項５記載の方 法。 ８．上記静電気帯電粒子は、１０ないし３００μｍの範囲内の平均粒子サイズを 有する、上記の請求項のいずれか１つに記載の方法。 ９．ある材料からなり、粒子体積中に単極電荷が組み込まれた静電気帯電粒子。 １０．上記材料は、高分子材料またはろうである、請求項９記載の静電気帯電粒 子。 １１．上記高分子材料は、高分子塗料である、請求項１０記載の静電気帯電粒子 。 １２．上記ろうは、合成パラフィンろうまたは天然ろうである、請求項９記載の 静電気帯電粒子。 １３．１０ないし３００μｍの範囲の平均粒子サイズを有する、請求項９ないし １２のいずれか１つに記載の静電気帯電粒子。 １４．請求項１０ないし１３のいずれか１つに記載の静電気帯電粒子を含む粉末 塗料。