專利名稱：涂料組合物用三組分或更多組分裝置的可變施涂方法
本申請(qǐng)要求2000年11月29日提出的U.S.臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)No.60/250,199的優(yōu)先權(quán)。
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及動(dòng)態(tài)多組分混合方法和更尤其涉及混合用于即時(shí)施涂的各組分以涂飾底材的動(dòng)態(tài)方法，它為不同施涂提供了必要的多用性，不需改變各個(gè)組分。
本發(fā)明的背景在汽車工業(yè)中，作為面漆施涂到底材上的涂料一般是混合多個(gè)組分的產(chǎn)物。一般，在雙組分體系中，第一組分將是粘結(jié)劑和第二組分將是硬化劑，它能與該粘結(jié)劑反應(yīng)，在底材上形成面漆。各組分的適當(dāng)混合比率由在底材上的涂飾產(chǎn)品的需求量決定。更尤其，干燥時(shí)間和所得面漆的性能可以通過粘結(jié)劑與硬化劑的反應(yīng)活性來決定。目前一般用手工進(jìn)行混合，這導(dǎo)致了混合比和均勻混合的不同程度的誤差。
將涂料施涂于汽車工業(yè)中的底材所面對(duì)的一個(gè)問題是對(duì)各施涂的不同要求。例如，當(dāng)將涂料施涂于整個(gè)車輛時(shí)，要求高質(zhì)量面漆，這通常還必需更長(zhǎng)的固化時(shí)間。而如果只要涂布一個(gè)分立部件如側(cè)板或減震器，這種高質(zhì)量面漆不總是最重要的，將作業(yè)所需的時(shí)間減至最少的較短固化時(shí)間是最佳的。
在實(shí)踐中，通過使用多個(gè)粘結(jié)劑、硬化劑和/或稀釋劑組合獲得了不同的固化時(shí)間。各組合必須單獨(dú)混合，這導(dǎo)致了量物料損失，并且是耗時(shí)的。
此外，如今在工業(yè)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涂作業(yè)。
即使在其中各組分是三種不同組分例如粘結(jié)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(jù)作業(yè)的需要來改變各組分的反應(yīng)活性。因此，仍然存在對(duì)于僅具有用一組組分進(jìn)行一種施涂的能力的限制。更尤其，目前可得到的多組分噴涂裝置一般還沒有在汽車重涂工業(yè)中利用，因?yàn)榫臀锪匣驎r(shí)間節(jié)約而言的優(yōu)點(diǎn)是最小的，并且與制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(chǎn)品不能滿足各種修補(bǔ)的許多不同要求。
雖然目前具有用于混合多組分涂料組合物的裝置，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?cè)摶旌媳?，則該裝置必須要進(jìn)行拆除或機(jī)械調(diào)節(jié)，這是耗時(shí)的且不能精確地重復(fù)。所公開的裝置的這種局限制約了它們?cè)谄嚬I(yè)中對(duì)其中所要完成的工作保持恒定的應(yīng)用的有用性。
還有其中用電子儀器監(jiān)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(yù)置信號(hào)代表，監(jiān)控來自各線路的流量比率信號(hào)，計(jì)算實(shí)際比率，將其與所需比率比較，以及在一條連接線上調(diào)節(jié)可控閥門，以影響該流量比率和從而達(dá)到所需比率。然而，在噴槍觸發(fā)器啟動(dòng)后的預(yù)定時(shí)間內(nèi)，流量比率信息與控制閥不相連，因?yàn)槌跏妓矔r(shí)流量信號(hào)可能是不穩(wěn)定的、緩慢的和不可靠的。
EP-A-0 300 902公開了包括用觸發(fā)器操作的手動(dòng)控制充氣噴霧器的另一裝置。壓縮空氣流速根據(jù)觸發(fā)器的位置來改變。通過由空氣流信息給出的信號(hào)調(diào)節(jié)兩種組分的流量比率。
還已知的是具有至少兩個(gè)定量裝置、空氣助推噴槍和控制裝置的用于施涂多組分涂料組合物的裝置，其中不同組分被混合和施涂于底材上，參閱WO 98/41316。
制造商的最新趨勢(shì)是從2組分裝置轉(zhuǎn)到3組分裝置，以容納粘結(jié)劑、硬化劑和稀釋劑。在這些三組分體系當(dāng)中，目前可獲得的是ValueMix(提出了U.S.申請(qǐng))和P-MixII-3k，二者來自Graco。
以上公開的裝置不具有本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)包括可供許多工業(yè)需要用的連續(xù)可變的混合比；使用具有短貯存期的涂料組合物；以及將在工業(yè)中了解的其它優(yōu)點(diǎn)。因此，多組分裝置與本發(fā)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)的多組分涂料組合物。這還實(shí)現(xiàn)了完全可再現(xiàn)的涂料組合物，向其它混合比的快速轉(zhuǎn)換，物料用量少，化學(xué)廢料少和高生產(chǎn)率。
當(dāng)使用反應(yīng)性組分時(shí)，特性如貯存期和干燥時(shí)間取決于各組分的反應(yīng)活性。例如，當(dāng)所述粘結(jié)劑和硬化劑僅在催化劑的存在下相互作用時(shí)，粘結(jié)劑和硬化劑可以存在于一種組分中，催化劑存在于另一種組分中。
本發(fā)明的上述方法的一種特定應(yīng)用是在重涂工業(yè)中。用于將涂料組合物施涂到底材上的普通重涂方法已經(jīng)在幾個(gè)重要方面受到限制。典型地，涂料組合物的各組分進(jìn)行手工混合。一旦混合，該組合物必須在一定時(shí)間范圍內(nèi)，即在它的貯存期內(nèi)使用，貯存期定義為該混合物適于噴涂的時(shí)間范圍。更具體地，貯存期是這樣的時(shí)刻，即操作者可以感覺到由于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。
在諸如透明涂料、頭道底漆(basecoat)、底漆和填料之類的涂料的汽車工業(yè)中，本發(fā)明的方法尤其可用于大型運(yùn)輸工具如列車、公共汽車和飛機(jī)的涂飾。該方法也可在重涂工業(yè)、尤其在車身車間中應(yīng)用，以修理汽車。取決于特定應(yīng)用所需的涂料組合物的量，在本發(fā)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(dǎo)致大量的廢料。還不可能兩次準(zhǔn)確地制備同一涂料組合物。因此，在噴涂之前制備大量的涂料組合物以保證有足夠的涂料組合物來噴涂底材。因此，在噴涂后，總是留下了一定量的涂料組合物，并且因?yàn)橐坏┧换旌?，該組合物的貯存期是相對(duì)短的，它不能用于任何其它應(yīng)用。這里，剩余涂料組合物將作為化學(xué)廢料被丟棄。
鑒于以上所述，對(duì)于施涂多組分涂料組合物的改進(jìn)方法存在著需求。
本發(fā)明的概述本發(fā)明涉及用三組分或更多種組分裝置混合涂料組合物的方法，其中可以混合和施涂具有不同性能的多種涂料組合物，不用改變多組分裝置的各組分，和更尤其涉及用于混合即時(shí)施涂的各組分以涂飾底材的方法。
本發(fā)明的詳細(xì)描述現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過利用可以改變各組分的混合的方法來將專用涂料組合物施涂于底材上，如通過改變各組分的比率，可以滿足工業(yè)的許多需求，而不用“停頓”用于涂料組合物的多組分裝置和/或切斷涂料組合物的各組分。
使用多組分裝置制備和施涂涂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于該涂料組合物，該多組分裝置具有至少一種粘結(jié)劑組分、至少一種硬化劑、和至少一種作為粘結(jié)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(yīng)活性，選擇用于該涂料組合物的至少兩種非相似組分的混合比并混合該涂料組合物的各組分，同時(shí)將它施涂于底材上，從而可以由多組分裝置中的各組分制備具有不同性能的多種涂料組合物。這種非相似組分例如是粘結(jié)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，通過改變涂料組合物的反應(yīng)活性組分的混合比，可以實(shí)現(xiàn)涂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(yīng)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(jié)劑)一起使用，這使得可以制備各種涂料組合物。
在汽車重涂工業(yè)中，例如，通過改變涂料用快速(硫化時(shí)間)硬化劑與涂料用慢速(硫化時(shí)間)硬化劑對(duì)共用聚合粘結(jié)劑(樹脂)的比率，使得各涂飾產(chǎn)品滿足特殊作業(yè)的需要，不必切斷硬化劑或粘結(jié)劑，而可以實(shí)現(xiàn)多用途。所得涂料的要求例如是快速固化，較慢固化，和較高質(zhì)量面漆。具有不同固化時(shí)間的兩種不同聚合粘結(jié)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(fā)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(xué)官能團(tuán)，但對(duì)所述至少一種共用組分的反應(yīng)活性不同。前兩種組分各自可以與該單獨(dú)的共用組分結(jié)合，獲得性能例如干燥時(shí)間和外觀的最大差別?；蛘撸院愣ū嚷逝c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，取決于使用者對(duì)特定應(yīng)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(dú)組合之間的范圍內(nèi)。
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(jié)劑和各自具有不同反應(yīng)活性的兩種相似硬化劑。那么如果施涂要求涂料有快速固化時(shí)間，則該共用粘結(jié)劑組分將僅與高反應(yīng)活性(快速)硬化劑(非相似組分)混合和立即施涂于底材上(即，該三種組分中的僅兩種被混合)。然后如果下一次施涂要求固化速度稍慢于涂料的第一次施涂，也許為了改進(jìn)面漆的質(zhì)量，那么硬化劑將是高反應(yīng)活性硬化劑組分和低反應(yīng)活性(慢)硬化劑組分與該粘結(jié)劑的混合物。如果下一次施涂要求涂料的固化速度慢，也許為了優(yōu)化該材料的面漆，那么該粘結(jié)劑將僅與慢硬化劑混合。根據(jù)本發(fā)明，所有以上施涂(和除此之外的許多其它施涂)將使用裝載在多組分裝置上的相同初始組分進(jìn)行，因?yàn)樵摲椒晒┩苛辖M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(jié)劑與兩種相似硬化劑舉例說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這種設(shè)計(jì)。例如，該方法還可以應(yīng)用于具有共用硬化劑和兩種相似粘結(jié)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，那么獲得了最佳結(jié)果。
此外，以上發(fā)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(fā)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(jié)劑與兩種相似硬化劑。
優(yōu)選，該共用組分的體積百分?jǐn)?shù)為5-95％，更優(yōu)選為10-90％。
用于本方法的涂料組合物可以包括、但不限于包括以下官能團(tuán)組合的組合物胺/異氰酸酯，胺/環(huán)氧基/異氰酸酯，胺/環(huán)氧基，羥基/異氰酸酯，環(huán)氧基/酸酐，硫醇/異氰酸酯，硫醇/環(huán)氧基，硫醇/環(huán)氧基/胺，不飽和基團(tuán)/硫醇，羥基/異氰酸酯/胺，酸酐/羥基，胺/酸酐，不飽和基團(tuán)/胺或封閉胺(如醛亞胺、酮亞胺或噁唑烷)，乙酰乙酸酯/胺或封閉胺(如醛亞胺、酮亞胺或噁唑烷)。官能團(tuán)的這種組合的催化反應(yīng)可以導(dǎo)致交聯(lián)聚合反應(yīng)，引起涂料的固化。這些物料在工業(yè)上已知的體系到迄今被認(rèn)為對(duì)于實(shí)際或工業(yè)用途作用太快的體系的范圍內(nèi)。
本發(fā)明進(jìn)一步根據(jù)羥基異氰酸酯反應(yīng)來解釋。然而本發(fā)明不限于這些。
通過將低反應(yīng)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?qū)?苯二亞甲基二異氰酸酯(TMXDI)或異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)改變?yōu)樯愿叻磻?yīng)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(yīng)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(diào)節(jié)相似多異氰酸酯硬化劑的反應(yīng)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(yīng)活性將越高。
對(duì)于羥基官能化粘結(jié)劑，它們的反應(yīng)活性可以通過以下方式來改進(jìn)，即通過從使用仲羥基改變?yōu)椴u基，或通過增加所存在的羥基量以便增加粘結(jié)劑的官能度，或通過增加粘結(jié)劑的分子量或剛性(Tg)。羥基官能化粘結(jié)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(yīng)活性?？捎糜诒景l(fā)明的聚氨酯樹脂體系中的催化劑包括、但不限于二月桂酸二丁基錫，二氯化二甲基錫，二月桂酸二辛基錫，和1，4-二氮雜雙環(huán)(2.2.2)辛烷。反應(yīng)活性可以容易調(diào)節(jié)到所需水平。
本發(fā)明可以用于施涂底漆、封閉底漆、二道漿、過渡層涂料、頭道底漆、著色面漆或單色涂料和透明涂料或上述涂料組合的交聯(lián)體系。
例如，可以進(jìn)行本發(fā)明，以在頭道底漆上施涂透明涂料組合物。
相同的情況可以用用于打磨目的的頭二道混合底漆和用于濕碰濕底涂目的的封閉劑進(jìn)行。著色的第一組分可以與快速干燥二道漿硬化劑結(jié)合，以獲得易于砂磨涂層的成厚涂層性，除了與低反應(yīng)活性封閉劑硬化劑結(jié)合以外，這獲得了可以不用打磨來涂面漆的更好流動(dòng)性以及平整光滑的涂層。
相同的情況可以用著色底漆進(jìn)行。盡管在汽車工業(yè)中有在汽車的飾面顏色方面給底漆上色的趨勢(shì)，但在汽車重涂市場(chǎng)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于上深色到淺色底涂色調(diào)。
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(jié)劑和白色粘結(jié)劑)與具有不同反應(yīng)活性的兩種相似硬化劑，使得這些不同反應(yīng)活性對(duì)于共用粘結(jié)劑的任何一種來說是相同的。
本發(fā)明方法可以用于任何底材。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，或其它涂層。其它涂層可以通過實(shí)施本發(fā)明的方法來施涂，或者可以不同方式施涂。
用本發(fā)明方法施涂的涂料組合物的固化可以在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各種條件下進(jìn)行，但是固化優(yōu)選在環(huán)境溫度條件下進(jìn)行，通常為環(huán)境溫度到大約70℃(60-160°F)。
以下實(shí)施例是示例性的，決不用來限制本發(fā)明。
實(shí)施例在實(shí)施例中所述的全部產(chǎn)品從Akzo Nobel Coatings Inc.商購(gòu)。實(shí)施例1具有不同干燥速度的PUR透明涂料制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(jié)劑為基礎(chǔ))和10體積份AutocrylMedium Reducer組成。Autoclear1以丙烯酸多元醇為基礎(chǔ)。
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(chǔ)的商購(gòu)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(chǔ)，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，并立即施涂于底材上，不改變多組分裝置中的各組分。它們獲得了以下結(jié)果
實(shí)施例2 在空氣流動(dòng)不良和下向通風(fēng)噴漆櫥情況下具有不同干燥速度的PUR透明涂料制備以下組分組分A(2)由Autoclear1組成，它是通過改變混合比可以在空氣流動(dòng)不良的環(huán)境以及在具有高空氣流速的噴漆櫥(下向通風(fēng)噴漆櫥)中使用的產(chǎn)品。
組分B(2)由以與Autoclear1相同的丙烯酸粘結(jié)劑體系為基礎(chǔ)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，并立即施涂于底材上，不改變多組分裝置中的各組分。它們獲得了以下結(jié)果本實(shí)施例表明，固化速度差異和進(jìn)而修補(bǔ)方法的靈活性可以通過簡(jiǎn)單改變各組分的混合比來獲得。
實(shí)施例3 用于二道漿和封閉劑的PUR底漆制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)，濕碰濕硬化劑，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，并立即施涂于底材上，不改變多組分裝置中的各組分。它們獲得了以下結(jié)果
實(shí)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)，即濕碰濕硬化劑，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，并立即施涂于底材上，不改變多組分裝置中的各組分。它們獲得了以下結(jié)果
權(quán)利要求
1.使用多組分裝置制備和施涂涂料組合物的方法，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于涂料組合物；多組分裝置具有A、至少一種粘結(jié)劑組分，B、至少一種硬化劑組分，和C、至少一種作為粘結(jié)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(yīng)活性；選擇涂料組合物的所述至少兩種非相似組分的混合比；和混合涂料組合物的各組分并用多組分裝置施涂該涂料組合物；其中由在多組分裝置中的各組分可以制備和施涂具有不同性能的多種涂料組合物。
2.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在60°F和160°F之間干燥該涂料組合物。
3.權(quán)利要求1的方法，其中組分A是粘結(jié)劑，組分B是具有慢反應(yīng)活性的硬化劑，組分C是具有快反應(yīng)活性的硬化劑。
4.權(quán)利要求3的方法，其中組分A是羥基官能化粘結(jié)劑，以及組分B和C是異氰酸酯官能化硬化劑。
5.權(quán)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?jǐn)?shù)為5-95％。
6.權(quán)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?jǐn)?shù)為10-90％。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述底材是車輛表面板，所述涂料組合物包括作為外部涂層施涂于所述板的底漆，它具有包含粘結(jié)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包括濕碰濕硬化劑，A與B+C的體積比是100∶80到100∶60。
8.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)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(yīng)活性的粘結(jié)劑，組分D是具有與其相似組分A或B不同的反應(yīng)活性的硬化劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用多組分裝置制備和施涂涂料組合物的方法，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于涂料組合物，該多組分裝置具有至少一種粘結(jié)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(yīng)活性的組分，選擇涂料組合物的所述至少兩種非相似組分的混合比并混合涂料組合物的各組分，同時(shí)將它施涂于底材上，其中由多組分裝置中的各組分可以制備和施涂具有不同性能的多種涂料組合物。
文檔編號(hào)B05D7/14GK1484555SQ01819783
公開日2004年3月24日 申請(qǐng)日期2001年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月29日
發(fā)明者D·福布斯, E·阿什曼, A·H·G·范恩赫倫, D 福布斯, G 范恩赫倫, 猜 申請(qǐng)人:阿克佐諾貝爾股份有限公司