塗料組合物用三組分或更多組分裝置的可變施塗方法

2023-11-08 09:56:52 1

專利名稱：塗料組合物用三組分或更多組分裝置的可變施塗方法
本申請要求2000年11月29日提出的U.S.臨時申請序列號No.60/250,199的優先權。
本發明的領域本發明涉及動態多組分混合方法和更尤其涉及混合用於即時施塗的各組分以塗飾底材的動態方法，它為不同施塗提供了必要的多用性，不需改變各個組分。
本發明的背景在汽車工業中，作為面漆施塗到底材上的塗料一般是混合多個組分的產物。一般，在雙組分體系中，第一組分將是粘結劑和第二組分將是硬化劑，它能與該粘結劑反應，在底材上形成面漆。各組分的適當混合比率由在底材上的塗飾產品的需求量決定。更尤其，乾燥時間和所得面漆的性能可以通過粘結劑與硬化劑的反應活性來決定。目前一般用手工進行混合，這導致了混合比和均勻混合的不同程度的誤差。
將塗料施塗於汽車工業中的底材所面對的一個問題是對各施塗的不同要求。例如，當將塗料施塗於整個車輛時，要求高質量面漆，這通常還必需更長的固化時間。而如果只要塗布一個分立部件如側板或減震器，這種高質量面漆不總是最重要的，將作業所需的時間減至最少的較短固化時間是最佳的。
在實踐中，通過使用多個粘結劑、硬化劑和/或稀釋劑組合獲得了不同的固化時間。各組合必須單獨混合，這導致了量物料損失，並且是耗時的。
此外，如今在工業中可得到的雙組分裝置將使用者限制到僅一種組合和僅一道施塗作業。
即使在其中各組分是三種不同組分例如粘結劑、硬化劑和稀釋劑的三種或三種以上組分體系中，也沒有能力根據作業的需要來改變各組分的反應活性。因此，仍然存在對於僅具有用一組組分進行一種施塗的能力的限制。更尤其，目前可得到的多組分噴塗裝置一般還沒有在汽車重塗工業中利用，因為就物料或時間節約而言的優點是最小的，並且與製備這種裝置所需的車間的大的投資不相等。
另外，該裝置和與該裝置一起使用的油漆產品不能滿足各種修補的許多不同要求。
雖然目前具有用於混合多組分塗料組合物的裝置，例如參閱US5,425,968，DE-A-29 14 684，EP-A-0 311 792，EP-A-0 478 944和GB 1 313182，但這些裝置各自僅提供固定的混合比。如果必須改變該混合比，則該裝置必須要進行拆除或機械調節，這是耗時的且不能精確地重複。所公開的裝置的這種局限制約了它們在汽車工業中對其中所要完成的工作保持恆定的應用的有用性。
還有其中用電子儀器監控和/或改變混合比的裝置可供利用。US4,019,653公開了這種裝置，其中控制裝置接收所需流量比率的預置信號代表，監控來自各線路的流量比率信號，計算實際比率，將其與所需比率比較，以及在一條連接線上調節可控閥門，以影響該流量比率和從而達到所需比率。然而，在噴槍觸發器啟動後的預定時間內，流量比率信息與控制閥不相連，因為初始瞬時流量信號可能是不穩定的、緩慢的和不可靠的。
EP-A-0 300 902公開了包括用觸發器操作的手動控制充氣噴霧器的另一裝置。壓縮空氣流速根據觸發器的位置來改變。通過由空氣流信息給出的信號調節兩種組分的流量比率。
還已知的是具有至少兩個定量裝置、空氣助推噴槍和控制裝置的用於施塗多組分塗料組合物的裝置，其中不同組分被混合和施塗於底材上，參閱WO 98/41316。
製造商的最新趨勢是從2組分裝置轉到3組分裝置，以容納粘結劑、硬化劑和稀釋劑。在這些三組分體系當中，目前可獲得的是ValueMix(提出了U.S.申請)和P-MixII-3k，二者來自Graco。
以上公開的裝置不具有本發明方法的優點，這些優點包括可供許多工業需要用的連續可變的混合比；使用具有短貯存期的塗料組合物；以及將在工業中了解的其它優點。因此，多組分裝置與本發明的方法一起使用使得有可能使用具有非常短貯存期(例如低至1分鐘或甚至更少)的多組分塗料組合物。這還實現了完全可再現的塗料組合物，向其它混合比的快速轉換，物料用量少，化學廢料少和高生產率。
當使用反應性組分時，特性如貯存期和乾燥時間取決於各組分的反應活性。例如，當所述粘結劑和硬化劑僅在催化劑的存在下相互作用時，粘結劑和硬化劑可以存在於一種組分中，催化劑存在於另一種組分中。
本發明的上述方法的一種特定應用是在重塗工業中。用於將塗料組合物施塗到底材上的普通重塗方法已經在幾個重要方面受到限制。典型地，塗料組合物的各組分進行手工混合。一旦混合，該組合物必須在一定時間範圍內，即在它的貯存期內使用，貯存期定義為該混合物適於噴塗的時間範圍。更具體地，貯存期是這樣的時刻，即操作者可以感覺到由於各混合組分的粘度增加而在處理的容易性上的可辨別的差別。
在諸如透明塗料、頭道底漆(basecoat)、底漆和填料之類的塗料的汽車工業中，本發明的方法尤其可用於大型運輸工具如列車、公共汽車和飛機的塗飾。該方法也可在重塗工業、尤其在車身車間中應用，以修理汽車。取決於特定應用所需的塗料組合物的量，在本發明方法中使用的比率可以按比例放大或縮小。
另外，各組分的手工混合通常導致大量的廢料。還不可能兩次準確地製備同一塗料組合物。因此，在噴塗之前製備大量的塗料組合物以保證有足夠的塗料組合物來噴塗底材。因此，在噴塗後，總是留下了一定量的塗料組合物，並且因為一旦它被混合，該組合物的貯存期是相對短的，它不能用於任何其它應用。這裡，剩餘塗料組合物將作為化學廢料被丟棄。
鑑於以上所述，對於施塗多組分塗料組合物的改進方法存在著需求。
本發明的概述本發明涉及用三組分或更多種組分裝置混合塗料組合物的方法，其中可以混合和施塗具有不同性能的多種塗料組合物，不用改變多組分裝置的各組分，和更尤其涉及用於混合即時施塗的各組分以塗飾底材的方法。
本發明的詳細描述現在已經發現，通過利用可以改變各組分的混合的方法來將專用塗料組合物施塗於底材上，如通過改變各組分的比率，可以滿足工業的許多需求，而不用「停頓」用於塗料組合物的多組分裝置和/或切斷塗料組合物的各組分。
使用多組分裝置製備和施塗塗料組合物的方法包括從多組分裝置中的各組分中選擇至少兩種非相似組分用於該塗料組合物，該多組分裝置具有至少一種粘結劑組分、至少一種硬化劑、和至少一種作為粘結劑或硬化劑的組分，該組分具有與它的相似組分A或B不同的反應活性，選擇用於該塗料組合物的至少兩種非相似組分的混合比並混合該塗料組合物的各組分，同時將它施塗於底材上，從而可以由多組分裝置中的各組分製備具有不同性能的多種塗料組合物。這種非相似組分例如是粘結劑和硬化劑。
使用具有混合至少三種組分的能力的已知多組分裝置，通過改變塗料組合物的反應活性組分的混合比，可以實現塗料組合物的靈活利用。更尤其，利用具有三種組分的多組分體系，各自具有不同反應活性的兩種相似組分(例如，兩種硬化劑)與一種共用組分(例如粘結劑)一起使用，這使得可以製備各種塗料組合物。
在汽車重塗工業中，例如，通過改變塗料用快速(硫化時間)硬化劑與塗料用慢速(硫化時間)硬化劑對共用聚合粘結劑(樹脂)的比率，使得各塗飾產品滿足特殊作業的需要，不必切斷硬化劑或粘結劑，而可以實現多用途。所得塗料的要求例如是快速固化，較慢固化，和較高質量面漆。具有不同固化時間的兩種不同聚合粘結劑(樹脂)與共用硬化劑一起，可以獲得同一類型的多用途。
在本發明的方法中，有至少兩種相似組分，它們具有相同類型的化學官能團，但對所述至少一種共用組分的反應活性不同。前兩種組分各自可以與該單獨的共用組分結合，獲得性能例如乾燥時間和外觀的最大差別。或者，以恆定比率與該共用組分混合的所述兩種相似組分的多種組合將獲得不同性能，取決於使用者對特定應用的要求。這種性能將是在所述各相似組分與該共用組分的單獨組合之間的範圍內。
例如，在三組分方法中，該多組分裝置可以具有一種共用粘結劑和各自具有不同反應活性的兩種相似硬化劑。那麼如果施塗要求塗料有快速固化時間，則該共用粘結劑組分將僅與高反應活性(快速)硬化劑(非相似組分)混合和立即施塗於底材上(即，該三種組分中的僅兩種被混合)。然後如果下一次施塗要求固化速度稍慢於塗料的第一次施塗，也許為了改進面漆的質量，那麼硬化劑將是高反應活性硬化劑組分和低反應活性(慢)硬化劑組分與該粘結劑的混合物。如果下一次施塗要求塗料的固化速度慢，也許為了優化該材料的面漆，那麼該粘結劑將僅與慢硬化劑混合。根據本發明，所有以上施塗(和除此之外的許多其它施塗)將使用裝載在多組分裝置上的相同初始組分進行，因為該方法可供塗料組合物的不同混合物用，所以不需要切斷各組分。
雖然以上使用共用粘結劑與兩種相似硬化劑舉例說明了本發明，但本發明不限於這種設計。例如，該方法還可以應用於具有共用硬化劑和兩種相似粘結劑的體系。
如果在三組分方法中獲得各組分的有效混合所必需的粘度具有最小差別，那麼獲得了最佳結果。
此外，以上發明的新穎性和多用性比以上一般描述的三組分方法更為豐富。本發明方法還包括了其它組分的使用，如在四組分方法中。在這種四組分方法中，可以使用兩種相似粘結劑與兩種相似硬化劑。
優選，該共用組分的體積百分數為5-95％，更優選為10-90％。
用於本方法的塗料組合物可以包括、但不限於包括以下官能團組合的組合物胺/異氰酸酯，胺/環氧基/異氰酸酯，胺/環氧基，羥基/異氰酸酯，環氧基/酸酐，硫醇/異氰酸酯，硫醇/環氧基，硫醇/環氧基/胺，不飽和基團/硫醇，羥基/異氰酸酯/胺，酸酐/羥基，胺/酸酐，不飽和基團/胺或封閉胺(如醛亞胺、酮亞胺或噁唑烷)，乙醯乙酸酯/胺或封閉胺(如醛亞胺、酮亞胺或噁唑烷)。官能團的這種組合的催化反應可以導致交聯聚合反應，引起塗料的固化。這些物料在工業上已知的體系到迄今被認為對於實際或工業用途作用太快的體系的範圍內。
本發明進一步根據羥基異氰酸酯反應來解釋。然而本發明不限於這些。
通過將低反應活性的異氰酸酯基型多異氰酸酯如α，α，α』，α』-四甲基鄰-、間-或對-苯二亞甲基二異氰酸酯(TMXDI)或異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)改變為稍高反應活性的多異氰酸酯如己烷二異氰酸酯(HDI)型多異氰酸酯、乃至更高反應活性的多異氰酸酯如甲苯二異氰酸酯(TDI)和二苯基甲烷4，4』-二異氰酸酯(MDI)型多異氰酸酯，可以改變或調節相似多異氰酸酯硬化劑的反應活性。多異氰酸酯的分子量和/或官能度越高，使用它的體系的反應活性將越高。
對於羥基官能化粘結劑，它們的反應活性可以通過以下方式來改進，即通過從使用仲羥基改變為伯羥基，或通過增加所存在的羥基量以便增加粘結劑的官能度，或通過增加粘結劑的分子量或剛性(Tg)。羥基官能化粘結劑可以選自聚酯多元醇、聚氨酯多元醇或聚丙烯酸酯多元醇。
催化劑在相似組分中的量的變化還可以改變各相似組分的反應活性。可用於本發明的聚氨酯樹脂體系中的催化劑包括、但不限於二月桂酸二丁基錫，二氯化二甲基錫，二月桂酸二辛基錫，和1，4-二氮雜雙環(2.2.2)辛烷。反應活性可以容易調節到所需水平。
本發明可以用於施塗底漆、封閉底漆、二道漿、過渡層塗料、頭道底漆、著色面漆或單色塗料和透明塗料或上述塗料組合的交聯體系。
例如，可以進行本發明，以在頭道底漆上施塗透明塗料組合物。
相同的情況可以用用於打磨目的的頭二道混合底漆和用於溼碰溼底塗目的的封閉劑進行。著色的第一組分可以與快速乾燥二道漿硬化劑結合，以獲得易於砂磨塗層的成厚塗層性，除了與低反應活性封閉劑硬化劑結合以外，這獲得了可以不用打磨來塗面漆的更好流動性以及平整光滑的塗層。
相同的情況可以用著色底漆進行。儘管在汽車工業中有在汽車的飾面顏色方面給底漆上色的趨勢，但在汽車重塗市場上引入了越來越多的彩色或著色底漆體系。該三組分裝置可以用於上深色到淺色底塗色調。
用四組分體系，可以有具有不同顏料的兩種共用組分(如黑色粘結劑和白色粘結劑)與具有不同反應活性的兩種相似硬化劑，使得這些不同反應活性對於共用粘結劑的任何一種來說是相同的。
本發明方法可以用於任何底材。底材例如可以是金屬，例如鐵、鋼和鋁，塑料，木材，玻璃，合成材料，紙張，皮革，或其它塗層。其它塗層可以通過實施本發明的方法來施塗，或者可以不同方式施塗。
用本發明方法施塗的塗料組合物的固化可以在本領域技術人員已知的各種條件下進行，但是固化優選在環境溫度條件下進行，通常為環境溫度到大約70℃(60-160°F)。
以下實施例是示例性的，決不用來限制本發明。
實施例在實施例中所述的全部產品從Akzo Nobel Coatings Inc.商購。實施例1具有不同乾燥速度的PUR透明塗料製備以下三種組分組分A(1)由90體積份Autoclear1(以丙烯酸多元醇粘結劑為基礎)和10體積份AutocrylMedium Reducer組成。Autoclear1以丙烯酸多元醇為基礎。
組分B(1)，即慢硬化劑，由60體積份AutocrylHardener和40份AutocrylMedium Reducer組成。AutocrylHardener是以IPDI和HDI三聚體混合物為基礎的商購異氰酸酯硬化劑。
組分C(1)，即快硬化劑，由60體積份的AutocrylRapid Hardener(以相同的異氰酸酯混合物為基礎，但包括金屬催化劑)和40份AutocrylMedium Reducer組成。
使用Graco的ValueMix多組分裝置，將在下表中所列舉的各種比率的上述組分混合，並立即施塗於底材上，不改變多組分裝置中的各組分。它們獲得了以下結果
實施例2 在空氣流動不良和下向通風噴漆櫥情況下具有不同乾燥速度的PUR透明塗料製備以下組分組分A(2)由Autoclear1組成，它是通過改變混合比可以在空氣流動不良的環境以及在具有高空氣流速的噴漆櫥(下向通風噴漆櫥)中使用的產品。
組分B(2)由以與Autoclear1相同的丙烯酸粘結劑體系為基礎的Autoclear1 Rapid組成，然而主要的差別是具有較高的催化劑水平。
組分C(2)，即硬化劑，由50體積份的AutocrylHardener Rapid和50份AutocrylMedium Reducer組成。
使用Graco的ValueMix多組分裝置，將在下表中所列舉的各種比率的上述組分混合，並立即施塗於底材上，不改變多組分裝置中的各組分。它們獲得了以下結果本實施例表明，固化速度差異和進而修補方法的靈活性可以通過簡單改變各組分的混合比來獲得。
實施例3 用於二道漿和封閉劑的PUR底漆製備以下三種組分組分A(3)Colorbuild組分B(3)，打磨硬化劑，由50體積份Colorbuild二道漿硬化劑和50體積份Colorbuild二道漿活化劑組成。
組分C(3)，溼碰溼硬化劑，由50體積份Colorbuild封閉劑硬化劑和30體積份AutocrylMedium Reducer組成。
使用Graco的ValueMix多組分裝置，將在下表中所列舉的各種比率的上述組分混合，並立即施塗於底材上，不改變多組分裝置中的各組分。它們獲得了以下結果
實施例4具有遮光和二道漿-封閉劑可能性的PUR底漆組分A(4)ColorbuildWhite組分B(4)ColorbuildBlack組分C(4)打磨硬化劑，由50體積份Colorbuild二道漿硬化劑和50體積份Colorbuild二道漿活化劑組成。
組分D(4)，即溼碰溼硬化劑，由50體積份Colorbuild封閉劑硬化劑和30體積份的AutocrylMedium Reducer組成。
使用Graco的ValueMix多組分裝置，將在下表中所列舉的各種比率的上述組分混合，並立即施塗於底材上，不改變多組分裝置中的各組分。它們獲得了以下結果
權利要求
1.使用多組分裝置製備和施塗塗料組合物的方法，包括從多組分裝置中的各組分中選擇至少兩種非相似組分用於塗料組合物；多組分裝置具有A、至少一種粘結劑組分，B、至少一種硬化劑組分，和C、至少一種作為粘結劑或硬化劑的組分，該組分具有與它的相似組分A或B不同的反應活性；選擇塗料組合物的所述至少兩種非相似組分的混合比；和混合塗料組合物的各組分並用多組分裝置施塗該塗料組合物；其中由在多組分裝置中的各組分可以製備和施塗具有不同性能的多種塗料組合物。
2.權利要求1的方法，進一步包括在60°F和160°F之間乾燥該塗料組合物。
3.權利要求1的方法，其中組分A是粘結劑，組分B是具有慢反應活性的硬化劑，組分C是具有快反應活性的硬化劑。
4.權利要求3的方法，其中組分A是羥基官能化粘結劑，以及組分B和C是異氰酸酯官能化硬化劑。
5.權利要求4的方法，其中選擇混合比，使得共用組分的體積百分數為5-95％。
6.權利要求5的方法，其中選擇混合比，使得共用組分的體積百分數為10-90％。
7.權利要求1的方法，其中所述底材是車輛表面板，所述塗料組合物包括作為外部塗層施塗於所述板的底漆，它具有包含粘結劑(共用組分)的第一組分(A)，和具有第二組分(B)和第三組分(C)中的至少一種，B包括打磨硬化劑和C包括溼碰溼硬化劑，A與B+C的體積比是100∶80到100∶60。
8.權利要求1的方法，進一步包括組分D，使得組分C是具有與其相似組分A或B不同的反應活性的粘結劑，組分D是具有與其相似組分A或B不同的反應活性的硬化劑。
全文摘要
本發明涉及一種使用多組分裝置製備和施塗塗料組合物的方法，包括從多組分裝置中的各組分中選擇至少兩種非相似組分用於塗料組合物，該多組分裝置具有至少一種粘結劑組分、至少一種硬化劑、一種具有與其相似組分A或B不同反應活性的組分，選擇塗料組合物的所述至少兩種非相似組分的混合比並混合塗料組合物的各組分，同時將它施塗於底材上，其中由多組分裝置中的各組分可以製備和施塗具有不同性能的多種塗料組合物。
文檔編號B05D7/14GK1484555SQ01819783
公開日2004年3月24日 申請日期2001年11月29日 優先權日2000年11月29日
發明者D·福布斯, E·阿什曼, A·H·G·范恩赫倫, D 福布斯, G 範恩赫倫, 猜 申請人:阿克佐諾貝爾股份有限公司