製備塗覆的物件的方法和設備與流程

2023-05-16 03:55:31 3

本發明涉及製備具有均勻的和高光澤的表面光潔度的塗覆的不透明物件的方法。

背景技術：

對於很多應用，例如，機動車輛零件或電子器件零件，可能希望提高物件的表面特性，以產生例如一個具有防磨功能的均勻的和高光澤的表面光潔度，從而同時提高物件的視覺外觀和物理性能。這可以通過例如在物件表面上塗敷塗層來實現。塗層可給物件提供高光澤度，同時作為物件的防刮、防磨或防水保護層。

可應用不同的塗覆方法，例如浸塗、流塗和噴塗以在物件上塗覆塗層。但是，一些缺點與現有的塗覆方法相關。尤其是，這些方法使用大量資金、需要大量設施和服務，以及高質量技術支持。流塗通常與塗覆材料浪費和物件上獲得的不均勻塗覆厚度有關。噴塗具有以下缺點：過度浪費、由於變速流導致可能出現的桔皮效應、由於不均勻乾燥和組分的側面塗覆導致的不均勻塗層，以及由於工藝中使用的高壓導致的氣泡。除了這些缺點，現有的塗覆方法需要遮蓋物件的零件，如果實現僅選擇區域塗覆的話，這使工藝比較複雜且浪費勞動力。

本發明致力於減輕上面提及的問題。替代地或附加地，本發明致力於提供製備具有均勻的和高光澤的表面光潔度的塗覆的不透明物件的改進方法。

技術實現要素：

根據本發明的第一方面，提供了一種製備塗覆不透明物件的方法。該方法包括：a)從一個或多個噴墨頭將包括至少30wt％溶劑的塗料組分塗覆到透明或不透明的待塗覆物件的表面上；b)乾燥塗料組分至少30秒；以及c)固化塗料組分以形成固化塗層。塗料組分在25℃具有5至50cp的黏度，且當待塗覆物件為透明物件時，在步驟c)之後將不透明塗層塗覆到物件的另一表面上，因而致使被塗覆的物件不透明。優選地，待塗覆物件為不透明的。例如，待塗覆物件可由不透明材料製成或它可包括在至少一個表面上具有不透明塗層的透明材料體。完成塗覆的不透明物件在物件的不透明區域，優選黑色區域上具有固化塗層。固化塗層提供防磨保護，也提供高光澤的、吸引人的外觀。

應發現，本發明能製備具有一致厚度的固化塗層，不太可能具有雜質，具有好的耐磨性且具有低「桔皮效應」發生率。

傳統的噴墨印刷一旦墨水到物件上需要墨水的近瞬時固定，以最小化墨水的流動，以確保印刷圖像的精密對準。近瞬時固定在很多場合通過具有固化臺實現，例如，uv固化臺，緊接在噴墨頭的下遊。適合噴墨印刷中使用的墨水典型地包括至少95％固化材料，有時100％固化材料，且在25℃具有5cp至20cp的黏度。墨水設計成與瞬時固定相匹配，因此，墨水組分中的稀釋劑通常是反應性的，例如，對紫外線(uv)輻射起反應。典型地，噴墨墨水包括可減少組分流動的聚合物材料和/或可降低固化塗層防磨性能的低分子量固化稀釋劑。

本發明的方法包括經一個或多個噴墨頭塗覆包括至少30wt％溶劑的塗料組分。具有一個或多個噴嘴的噴墨頭尤其適合本發明的方法。任選地，所述一個或多個噴墨頭可被加熱。任選地，塗料組分包括至少40wt％，例如50wt％的溶劑。任選地，塗料組分包括不超過80wt％，優選不超過70wt％，例如不超過60wt％的溶劑。塗料組分的黏度根據博勒菲rvt黏度計軸no.rv2,20rpm上的測試，在25℃為5至50cp，優選為5至20cp，更優選為7至12cp。應發現，本發明的塗料組分通常具有優異的流動性，這導致固化後均勻的和高光澤的表面光潔度。任選地，所述一個或多個噴墨頭將垂直安裝在待塗覆物件上以使塗料組分液滴的行進方向是垂直向下的，物件的被塗覆表面將通常是水平的。這種布置可有助於減少塗料組分在表面上由於重力作用的任何流動。塗料組分的垂直塗覆可進一步增強固化塗層的表面性能。

在本發明方法中，步驟b)發生在步驟c)之前。本發明的步驟b)提供時間以允許塗料組分在待塗覆物件表面上流動，因而獲得光滑的、高光澤表面。它也允許溶劑在塗料組分固化之前揮發以防止溶劑在固化步驟中影響塗層性質。任選地，步驟b)耗時至少40秒，例如至少50秒。因此，本發明塗層工藝與已知的uv固化墨水的噴墨印刷工藝形成對比，因為在那些已知的印刷工藝中，固化幾乎在墨水塗覆到基底之後立即發生，沒有中間乾燥步驟。優選地，經過步驟c)的耗時，塗料組分包括少於5wt％，優選少於3wt％，更優選少於1wt％的溶劑。例如，經過步驟c)的耗時，塗料組分不包括可測量的溶劑。乾燥步驟可包括經過或沿著一個或多個噴墨頭和固化臺之間的通道簡單地通過物件。任選地，物件在步驟b)過程中通過加熱源被加熱以利於溶劑的蒸發。合適的加熱源可包括但不限於熱空氣或紅外輻射。優選地，加熱源被設置為能夠使塗料組分的溫度逐步增加。在這種方式中，可能避免將損毀固化塗層的表面的任何突然的溶劑蒸發和/或沸騰。

優選地，塗料組分為提高物件耐磨性的塗料組分(硬塗層)。例如，塗料組分可以為基於聚氨酯、亞克力、環氧樹脂、酯或矽樹脂化合物的硬塗層。任選地，所述硬塗層基於丙烯酸酯或矽氧烷中的一個。任選地，所述硬塗層為矽樹脂硬塗層。固化塗層不僅為物件表面提供均勻的和光潔的表面，也提供防刮傷和磨損的表面塗層。

優選地，塗層為防磨塗層。測試防磨的一個方法為使物件經受標準磨損程序，然後測量被磨損物件的haze值。在本發明中，磨損程序之後的待塗覆物件的haze值可以為，例如至少30％。磨損程序，可以，例如，與astmd1044一致，astmd1044中具有500克負荷的csiof輪在樣品上轉動100次。優選地，被磨損的塗覆物件的haze值為小於10％，更優選地小於8％，例如小於7％。優選地，δhaze(被磨損的待塗覆物件的haze值減去被磨損的已塗覆物件的haze值)為至少20％，更優選至少22％。haze值可以為傳輸haze值。可替代地，haze值可以為反射haze值。任選地，不透明物件的haze值可以在透明測試試樣上測量，透明測試試樣具有與待測試的不透明物件原本相同的材料、具有相同塗層且經受相同塗覆工藝。

術語「溶劑」在本文中使用以指明適合用在塗料組分中的任何不固化溶劑。理想的是塗料組分的表面能與物件的表面匹配，這樣塗料組分的黏度對預期的塗覆是最佳的。當暴露於固化步驟c)的條件如uv輻射時，溶劑是不固化的。優選地，溶劑具有80至150℃範圍的沸點，優先90至140℃。合適的溶劑包括但不限於，醇類如丁醇，醚或酮類如甲基異丁基丙酮，或其組合。優選地，溶劑為1-甲氧基-2-丙醇。優選地，塗料組分為無毒的。

任選地，塗料組分可包括一種或多種添加劑。可能的添加劑可以包括但不限於耐候劑(例如uv吸收劑)、二氧化矽納米粒子和/或其組合。塗料組分典型為基本上透明的和無色的。典型地，塗料組分不包括著色劑。但是，在一些實施方案中，塗料組分也可包括著色劑，例如染料或顏料，但仍舊保留其透明性。任選地，塗料組分可進一步包括低聚物，例如矽樹脂基的低聚物或聚氨酯丙烯酸酯。

各種固化方法可以用於本發明方法中。合適的固化方法包括但不限於電子束、紫外線固化或熱固化。優選地，步驟b)包括通過紫外線的固化。紫外線固化快速、靈活且易於控制。紫外光的強度可以調整以考慮塗料組分中各種添加劑的影響，例如紫外線吸收劑。塗料組分中的不同添加劑可影響固化速度和/或程度，這反過來可以影響固化塗層的耐磨性。

任選地，塗料組分可包括光引發劑，例如1至10wt％的量，優選1至5wt％。合適的光引發劑對本領域技術人員而言是熟知的，包括苯甲酮、噻噸酮(thioxenthones)、2-胺基烷基苯酮。

固化塗層的厚度將取決於被塗覆物件的期望塗覆和/或塗層的屬性。任選地，固化塗層具有3至50微米的厚度，優選5至20微米，更優選7至12微米。例如，對於需要耐候性的塗覆，固化層可具有7至15微米的厚度。

優選地，被塗覆的物件具有在整個塗覆表面上表現優異的厚度一致性的固化塗層。

透明的或不透明的待塗覆物件可以由與塗料組分和選擇的固化方法匹配的任何材料製成。任選地，待塗覆物件可以由塑料製成，如合成的聚合物材料。例如，待塗覆物件由亞克力製作，例如鑄件亞克力片，或聚碳酸酯。優選地，待塗覆物件由聚碳酸酯製成。任選地，待塗覆物件為注射制模的亞克力或聚碳酸酯或abs。在本發明一個實施方案中，待塗覆物件為由abs製成的黑模物件。任選地，待塗覆物件在塗覆工藝之前通過清洗劑洗滌。清洗劑可以為，例如丙醇或水/丙醇混合物。優選地，被塗覆物件用作機動車部件，如汽車內部或外部的零件，例如儀錶板或收音機的一部分。

本發明方法製備的塗覆的不透明物件可以是任何顏色的，例如紅色、白色或黑色。優選地，塗覆的不透明物件為黑色的。本發明方法製備的塗覆的黑色物件具有非常理想的表面光潔度，這在本領域被描述為「鋼琴黑」光潔度。

通常，塗覆的不透明物件是其整個區域不透明的。但是，任選地，塗覆的不透明物件還包括透明區域，例如，透明窗口。如果存在，任何透明區域將優選小於塗覆物件整個表面區域的30％，更優選小於10％。物件的不透明區域將根據本發明的方法塗覆。如果存在，透明區域也可根據本發明的方法塗覆。當待塗覆的物件為透明的時，不透明塗層在步驟c)之後塗覆於物件的另一表面，因而導致物件是不透明的。不透明的塗層，例如油漆或油墨，可以通過任何合適的方法塗覆，如絲網印刷、移印或塗色。任選地，不透明塗層通過噴墨印刷塗覆。

任選地，待塗覆的物件包括具有正面和反面的透明體。反面包括不透明塗層，本發明方法的步驟a)包括將塗料組分塗覆於物件的正面。

根據本發明的第二方面，提供了製備塗覆的不透明物件的設備，包括用於支撐待塗覆的透明或不透明物件的傳送機；包含塗料組分的一個或多個噴墨頭，所述塗料組分包括至少30wt％的溶劑且在25℃具有5cp至50cp的黏度，和用於固化塗料組分以形成固化塗層的固化臺。一個或多個噴墨頭被設置為用於將塗料組分塗覆於待塗覆物件表面。噴墨頭和固化臺被設置為，在使用中，用至少30秒使物件從所述一個或多個噴墨頭行進至固化臺。

傳送機可以為適合在一個或多個噴墨頭下傳送待塗覆物件至固化臺的任何設備。例如，傳送機可以包括簡單的傳送帶。任選地，大量的待塗覆物件在夾具上被支撐，傳送機包括xy桌子，這樣夾具上的每個物件可以位於一個或多個噴墨頭下面，用於塗覆塗料組分。然後傳送機傳送夾具和物件至固化臺。很多合適的設置對本領域技術人員是熟悉的。

典型地，所述一個或多個噴墨頭包括一個或多個噴嘴。任選地，該設備進一步包括用於控制一個或多個噴嘴的控制單元，這樣能在不遮蓋情況下塗覆物件的選擇區域。

任選地，本發明的設備還包括一個或多個噴墨頭與固化臺之間的一個或多個熱源。

根據本發明第三方面，提供了通過本發明中描述的方法製備的塗覆的不透明物件。

一定能理解，有關本發明一個方面中描述的特徵可以成為本發明其他方面的一部分。例如，本發明方法可以合併有關本發明設備描述的任何特徵，反之亦然。

附圖說明

本發明實施方案現將通過實施例結合附圖的方式描述，其中：

圖1顯示了適合通過本發明方法塗覆的物件；

圖2顯示了本發明實施方案的流程圖；

圖3顯示了本發明實施方案的設備。

發明詳述

本發明已結合具體實施方案描述和說明，本領域普通技術人員應理解，本發明導致其自身有很多本文中沒有具體說明的不同變化。現僅通過實施例，描述某些可能的變化。

現參見附圖1，待塗覆物件100具有正面101和反面102。物件100可為適合期望塗覆的任何形狀。通常，物件100可具有至少500微米的厚度，優選至少1mm，更優選至少2mm。通常，物件的厚度將為至多20mm，優選至多15mm，更優選至多12mm且最優選至多10mm。例如，物件100的厚度可在750微米至3mm範圍內。

物件100的尺寸可相對較小。例如，物件100可具有高至20cm的縱向尺寸和高至15cm的橫向尺寸。本發明的物件100也可為較大的物件，例如，適合用作車窗柱的物件。

物件100可為透明的或不透明的。任選地，物件100包括透明體104且物件100的反面102包括不透明塗層。任選地，物件100可包括透明區域103，例如顯示屏，它任選地不用塗料組分塗覆。

任選地，物件100的正面101是平的。可替代地，物件的正面101是不均勻的以至它包括一個或多個從正面101突出或凹進正面101的結構。任選地，正面101上的最高點和最低點之間的距離為0至20mm。

在本發明一個實施方案中，塗料組分塗覆至物件100的整個正面101上。在本發明另一個實施方案中，塗料組分選擇性地塗覆到物件100的正面101的一部分上。

現參見圖2，本發明的一個實施方案包括步驟a)從一個或多個噴墨頭將塗料組分塗覆至物件100的面101上；然後步驟b)乾燥塗料組分至少30秒，然後步驟c)固化塗料組分以形成固化塗層。塗料組分包括至少30wt％的溶劑，且在25℃具有5至50cp的黏度。當待塗覆物件為透明物件時，在步驟c)之後將不透明塗層塗覆至物件的另一面上，因而導致塗覆的物件不透明。

任選地，步驟b)進一步包括用熱源加熱物件，例如通過熱空氣。在步驟b)過程中，物件的溫度可從室溫升至約50℃，任選地約60℃，可替代地約70℃。

優選地，在本發明步驟a)之前，在塗覆的物件上實施預處理。物件100的正面101可以，例如用清洗劑或軟刷清洗。清洗劑可以，例如，為丙醇或水/丙醇混合物。

優選地，本發明的方法在一個基本上無灰塵和其他大氣汙染物的乾淨環境中實施，灰塵和其他大氣汙染物可能不利地通過在塗層中引起缺陷影響塗層工藝或影響塗料組分粘合至物件和/或其後續的固化。優選地，本發明的方法在分離於環境空氣的環境中實施。這可通過在「無塵室」或「封閉罩」中實施本發明方法來實現，具體地是一個具有其自己的完整空氣/氣體供應的帳篷。在這種方式中，帳篷空氣可以被修正，例如以為固化過程提供惰性氣氛和/或提供正帳篷壓力以排除汙染物。

現參見附圖3，根據本發明實施方案的設備300包括用於支撐待塗覆物件100的傳送機301，一個噴墨頭302和固化臺303。噴墨頭302包含塗料組分(未顯示)，塗料組分包括至少30wt％的溶劑且在25℃具有5至50cp的黏度。噴墨頭302包括一行或多行噴嘴(為了清楚目的，僅在圖中顯示4行噴嘴304a至304d)，用於將塗料組分塗覆至物件100的面101。噴墨頭302和固化臺303之間的距離，以及傳送機的速度進行這樣選擇：在使用中，耗時至少30秒使物件100從噴墨頭302行進至固化臺303。

傳送機的速度是可調整的，根據例如固化塗層的所需厚度和/或物件行進穿過乾燥區域所需時間。任選地，傳送機的速度為1m/min至3m/min，例如2m/min。設備300可進一步包括噴墨頭302和固化臺303之間的空氣通道(圖3中未顯示)，空氣通道被設置以在物件100到達固化臺303之前加熱物件100。

噴墨頭302的位置和高度也是可調整的，根據例如待塗覆物件的表面屬性。例如，如果表面是不均勻的，具有突出的或凸起的部分，噴墨頭可以安置在遠離傳送機的更大距離上以允許待塗覆物件從其下面通過。噴墨頭302可以連接至控制單元(圖3中未顯示)。固化塗層的厚度可以通過軟體控制，固化塗層的厚度可被噴墨頭的選擇和傳送機的速度影響。本領域技術人員熟悉本發明中使用的適合噴墨印刷的噴墨頭。噴墨頭可以為，例如km1024mh頭或km1024lh頭。噴墨頭的最大塗覆寬度可以為50至100mm，例如75mm。從噴墨頭噴出的液滴大小可以在5至100皮升之間，任選地10至50皮升，例如14皮升，可替代地42皮升。

物件100的正面101和噴墨頭302之間的距離可以為1mm至20mm，任選地為1mm至5mm，例如2mm。噴墨頭與待塗覆表面之間的小距離減小了大氣幹擾的風險，塗料組分的垂直塗覆減小或消除了「桔皮」的發生率。

本發明通過下面的實施例進一步描述。

實施例

1.待塗覆物件的準備

待塗覆物件為不透明聚碳酸酯飾板，具有70mm×70mm的尺寸和3mm的厚度。待塗覆物件的預清洗：使用不起毛的軟布沾異丙醇認真擦拭，使其乾燥。預清洗之後，待塗覆物件置於傳送機上噴墨頭下的一個位置上。

2.塗料組分的準備

塗料組分通過用1-甲氧基-2-丙醇稀釋專有的硬塗層製劑(購自nano-x，德國，參考碼3611，標稱固含量：50％)製備，直至塗料組分的黏度根據博勒菲rvt黏度計，軸no.rv2，20rpm的測量在25℃約9cp。

3.設備的安裝

使用的噴墨頭為km1024lh，42皮升噴墨頭。噴墨頭的噴嘴板固定在待塗覆物件表面上方2mm的高度處。噴墨頭掃過飾板的塗覆解析度為360dpi，機器方向中的解析度通過軸角編碼器和相關軟體設定。固化臺是一個基於帶反射器和氣冷的中等壓力汞氣燈的紫外單元(融合300)。紫外單元的能比為300瓦每英寸，安裝在傳送機上約100mm處。乾燥通道安設在噴墨頭和固化臺之間。乾燥通道的長度為2米。溫度梯度通過使用3個單獨控制的加熱單元沿乾燥通道建立，以保證梯度在沿著從塗覆臺處的25℃至就在紫外單元之前的約70℃區域，從而控制蒸發速度。

4.物件的塗覆

傳送機的線速度設置在2m/min，所以每個飾板耗時60秒行進穿過乾燥通道。在乾燥步驟過程中，所有的溶劑在到達紫外固化單元之前從塗料組分中移除。然後塗覆的飾板經過紫外單元下且以與常用工藝相同的2m/min的速度行進。

本發明已結合具體實施方案進行描述和說明，本領域普通技術人員應理解，本發明導致其自身有很多本文中沒有具體說明的不同變化。