CN101068861B - 无底漆一体化多层涂层 - Google Patents

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Abstract

在电沉积涂料层上不包含底漆层的多层涂层体系。甚至在底漆层不存在下，由基础涂层保护电沉积涂料层以免紫外光的影响，该基础涂层包含UV阻断组合物，该组合物包括炭黑、氧化铁、二氧化钛、和铝颜料或任何这些物质的混合物的至少两种。

Description

无底漆一体化多层涂层
发明背景
在典型的汽车涂覆工艺中，存在许多涂料层。设计每个涂料层以对涂料体系赋予某些性能。将基材首先由电沉积(ED)涂料涂覆。ED涂料用于腐蚀控制。在ED涂料上，施加底漆/二道底漆涂层。底漆必须阻断来自太阳的紫外(UV)射线到达ED层。在底漆层上，施加一个或多个基础涂层。基础涂层对基材提供所需的颜色。在基础涂层上，施加一个或多个透明涂层。透明涂层向基础涂层提供耐擦划性，耐擦伤性，环境保护，光泽，和鲜映度(DOI)。典型的涂覆工艺见图1。
ED涂料通常不具有耐UV性。如果UV光要与ED涂料层反应，ED涂料层会降解，和整个涂料体系从基材分层。当首先使用ED涂料时出现此问题。基础涂层不阻挡UV光到达ED涂料。加入底漆以保护ED涂料和防止这样的分层。
为保护ED涂料，典型地底漆需要是至少1密耳(25.4μm)厚以降低通过底漆透射的UV光(电磁辐射)百分比到在290-360nm之间小于＜0.1％透射和在400nm下＜0.5％透射。在0.5密耳(12.7μm)或更小的膜厚度下，大于10％的UV光通过底漆层透射。
尽管需要底漆以保护ED涂料，底漆的使用对多层涂层的形成增加成本。首先，存在底漆材料的成本，和提供UV保护所需要的uv阻断或吸收材料的数量成本。同样，需要固化步骤以在可以施加基础涂层之前固化底漆和固化步骤消耗能量，大气。同样，存在底漆的施加系统的资金成本，该系统包括底漆制备台，施加棚，底漆固化烘箱，和底漆砂和检查台。这要求涂覆生产线中的另外空间。同样，底漆通常是基于溶剂的材料和底漆的使用增加从涂覆工艺释放的挥发性有机化合物(VOC)的数量。
需要从涂料体系消除底漆和仍然为ED涂料提供UV保护。
发明概述
一种多层涂层，包括
a.基材上的电沉积涂料层，
b.电沉积涂料层上的至少一个第一基础涂层，
c.第一基础涂层上的至少一个第二基础涂层，
d.第二基础涂层上的至少一个透明涂层，
其中在电沉积涂料层和第一基础涂层之间没有底漆层，和其中第一基础涂层不大于0.6密耳(15.2μm)厚和具有紫外光透射使得到达第一基础涂层的小于0.5％紫外光通过第一基础涂层到电沉积涂料层。
附图简述
图1是常规涂覆工艺的说明。
图2是无底漆3-湿一体化工艺涂覆工艺的说明。
图3是根据实施例1采用和不采用UV阻断组合物制备的褐灰色底漆在不同UV波长下的％紫外光透射的比较图。将采用UV阻断组合物的例子在0.3密耳(7.6μm)膜厚度下比较，和将不采用的例子在0.5密耳(12.7μm)膜厚度，和1密耳(25.4μm)膜厚度下，在80％遮盖下制备，它得到在(290-360)nm下的0.1％透射和在400nm下的＜0.1％透射。
图4是在0.5密耳(12.7v)的膜厚度下根据Ford Spec M6720制备的采用和不采用UV阻断组合物的Silver Frost基础涂层组合物在不同波长下的％紫外光透射的图。
图5是在0.5密耳(12.7μm)的膜厚度下根据Ford Spec M6720制备的采用和不采用UV阻断组合物的Arizona Beige基础涂层组合物在不同波长下的％紫外光透射的图。
图6是具有UV阻断组合物的绿色基础涂层组合物在不同波长下的％紫外光透射的图。
详细描述
整篇使用的范围用作描述范围中每个数值的速记。范围中的任何数值可以选择为范围的终点。当使用时，短语″至少一个″表示单独地任何一个组元的选择或组元的任何组合。″和″或″或″的联合可用于组元的列举中，但″至少一个″短语是控制语言。例如，A，B，和C中的至少一个是对于单独的A，单独的B，单独的C，A和B，B和C，A和C，或A和B和C的速记。
提供不包含底漆层的多涂层涂料体系。多层涂层包括基材上的电沉积(ED)涂料层，电沉积涂料层上的至少一个第一基础涂层，第一基础涂层上的至少一个第二基础涂层，和第二基础涂层上的至少一个透明涂层。在一个实施方案中，仅存在一个第一基础涂层。两个第二基础涂层有时用于显现提供鲜艳颜色效果的浓色。
ED层的UV保护由第一基础涂层提供。第一基础涂层包含UV阻断组合物。UV阻断组合物包括炭黑、氧化铁、二氧化钛、和铝颜料、或其任何组合的至少两种。
UV阻断组合物的引入允许第一基础涂层阻断UV光通过第一基础涂层透射到ED层上。第一基础涂层可降低通过可见光谱的紫外范围(即290-450nm范围)中开始的光的透射。第一基础涂层可阻断UV光使得小于2％的UV光通过第一基础涂层透射。各种实施方案提供从小于1％到小于0.05％的UV光透射。
UV透射的降低也可以在比底漆涂料层薄的涂层中完成。常规底漆是至少1密耳(25.4μm)厚。第一基础涂层在小于1密耳(25.4μm)的厚度下提供UV阻断。在一个实施方案中，厚度小于0.6密耳(15.2μm)，或小于0.5密耳(12.7μm)，或小于0.4密耳(10.2μm)。在一个实施方案中，厚度是0.3密耳(7.6μm)到0.5密耳(12.7μm)。需要使用可能最薄的膜。这降低了要求的涂料数量，它降低多层涂层的总体成本。
第一基础涂层除UV阻断组合物以外包含基料。可以用作汽车涂料用基料的任何基料可用于第一基础涂层。本领域已知用于基础涂层组合物的聚合物包括丙烯酸类、乙烯基类、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、醇酸类、聚环氧和聚硅氧烷以及改性的树脂或上述树脂体系的组合。所需的聚合物包括丙烯酸类和聚氨酯。在本发明的一个实施方案中，基础涂层组合物也采用氨基甲酸酯官能的丙烯酸类聚合物。基础涂层聚合物可以是热塑性的，但优选可交联的(即热固性的)和包括一种或多种类型的可交联官能团。这样的基团包括，但不限于羟基、异氰酸酯、胺、环氧、丙烯酸酯、乙烯基、硅烷、和乙酰乙酸酯基团。可以将这些基团采用一定的方式掩蔽或封闭使得它们在所需的固化条件下，通常在高温下解封闭和可用于交联反应。有用的可交联官能团包括，但不限于羟基、氨基、环氧、酸、酸酐、硅烷、和乙酰乙酸酯基团。在一个实施方案中，基料是由单体或聚合物蜜胺交联的羟基聚酯聚合物和羟基丙烯酸类聚合物的共混物。
用作UV阻断剂的颜料以0.30-0.50的颜料对基料重量比采用。基于涂料固体总重量的总颜料浓度是10.0-18.0wt％。
炭黑可以是用于涂料组合物的任何炭黑颜料。当与其它颜料结合使用时炭黑在第一基础涂层中存在的数量是提供紫外光透射的所需降低。炭黑可以在基础涂层组合物中存在的数量为颜料固体的0％直到约10wt％。在一个实施方案中，炭黑的使用数量为颜料固体的约0.05-约1.0wt％(参见褐灰色颜料配制剂)。在固化的涂料中，炭黑存在的数量为固化涂料的约0.05-约5.0wt％，或固化涂料的约0.05-约1.0wt％，或固化涂料的约0.22-约5.0wt％。
氧化铁可以是用于涂料组合物的任何氧化铁颜料。氧化铁的例子包括，但不限于SICOTRANSTMRED L2818红氧化铁、KROMATMRED R03097、SICOTRANSTM黄1916黄氧化铁、MAPICOTM黄1050黄氧化铁。在一些实施方案中，红氧化铁表现比黄氧化铁好。当与其它颜料结合使用时炭黑在第一基础涂层涂料组合物中存在的数量是提供紫外光透射的所需降低。在一个实施方案中，氧化铁在基础涂层组合物中存在的数量为颜料固体的约5％-约70wt％。在固化的涂料中，氧化铁存在的数量为固化涂料的约0.5-约20wt％，或固化涂料的约5-10wt％。
二氧化钛可以是用于涂料组合物的任何二氧化钛颜料。二氧化钛的例子包括，但不限于TI-PureTMR-706二氧化钛和MicroTM MT 500SA二氧化钛。当与其它颜料结合使用时二氧化钛在第一基础涂层中存在的数量是提供紫外光透射的所需降低。在一个实施方案中，二氧化钛在基础涂层组合物中存在的数量为颜料固体的约5％-约75wt％。在固化的涂料中，二氧化钛存在的数量为固化涂料的约5-约40wt％，或固化涂料的约20-30wt％。
有效的铝颜料是可阻断UV光的那些。玉米薄片形铝颜料比银元形铝颜料表现好。铝颜料的例子包括，但不限于STAPA Metallic 801Ecart、TOYO aluminum.8160N-AR、STAPA 1515nl Ecart、STAPA Ecart、STAPA Metallux 2156 Ecart和SDS8-335 Aluminum。
任选地，铝颜料可以是涂覆的。当与其它颜料结合使用时铝颜料在第一基础涂层中存在的任何数量是提供紫外光透射的所需降低。在一个实施方案中，铝颜料在基础涂层组合物中存在的数量为颜料固体的约1.0％-约70wt％。在固化的涂料中，铝颜料存在的数量为固化涂料的约3.0-约20.0wt％，或固化涂料的约5-20wt％。
UV阻断组配是基于为匹配第一基础涂层的颜色标准和在构造0.3密耳膜下从290-450nm范围测量的UV和可见光阻断能力所需要的颜料类型。
电涂层组合物可以是用于汽车涂层的任何电涂层组合物。电涂层组合物的非限制性例子包括由BASF销售的
Figure S05841612420070606D000051
电涂料组合物，如
Figure S05841612420070606D000052
500。
用于第一基础涂层或第二基础涂层的基础涂层组合物可以是用于汽车涂层的任何基础涂层组合物。在一个实施方案中，基础涂层组合物是液体基础涂层组合物，液体组合物的类型是溶剂型组合物。在另一个实施方案中，基础涂层组合物是粉末基础涂层组合物。基础涂层组合物包含基料和至少一种颜料以提供所需的颜色到多层涂层体系。可用于第二基础涂层组合物的基料包括，但不限于第一基础涂层组合物以上所述的那些。本领域已知可用于基础涂层组合物的聚合物包括丙烯酸类、乙烯基类、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、醇酸类、聚环氧和聚硅氧烷。所需的聚合物包括丙烯酸类、聚氨酯和氨基甲酸酯官能的丙烯酸类聚合物。基础涂层聚合物可以是热塑性的，但优选是可交联的(即热固性的)和包括一种或多种类型的可交联官能团。这样的基团包括，例如羟基、异氰酸酯、胺、环氧、丙烯酸酯、乙烯基、硅烷、和乙酰乙酸酯基团。可以将这些基团采用一定的方式掩蔽或封闭使得它们在所需的固化条件下，通常在高温下是解封闭和可用于交联反应。有用的可交联官能团包括羟基、氨基、环氧、酸、酸酐、硅烷、和乙酰乙酸酯基团。
用于基础涂层组合物的颜料包括用于汽车涂层以提供所需颜色和/或效果的任何颜料。
透明涂层组合物可以是用于汽车涂层的任何透明涂层组合物。在一个实施方案中，透明涂层可以根据如下物质配制：羟基丙烯酸类和或聚酯氨基甲酸酯丙烯酸类和或两个官能团的聚酯组合、环氧、本领域已知为杂合的封端异氰酸酯体系、和硅烷。它们也可以是这些官能团的组合。它们可以是2K体系或1K体系。透明涂层组合物的例子包括，但不限于BASF的如下透明涂层组合物：UNIGLOSSTM、DURAGLOSSTM、STARGLOSSTM、UREGLOSSTM、EVERGLOSSTM、PROGLOSSTM、TWINGLOSSTM、SLURRYGLOSSTM、CLEANGLOSSTM。
在一个实施方案中，基础涂层组合物和透明涂层组合物是高固体溶剂型组合物。在一个实施方案中，基础涂层组合物是约48-约52％非挥发物，和透明涂层组合物是约52-约54％非挥发物。
任何涂料组合物可包含任何对于它的涂料类型典型地加入的任何添加剂。涂料添加剂的例子包括，但不限于表面活性剂，颜料，填料，稳定剂，润湿剂，分散剂，粘合促进剂，UV吸收剂，受阻胺光稳定剂，pH剂，和增稠剂和任何这些添加剂的混合物。
第一基础涂层可开始以产生多层涂层的颜色。在一个实施方案中，第一基础涂层的颜色是Arizona Beige，它由Ford SpecificationM6985定义。通过染色到此颜色，任何颜色可用于第二基础涂层。在另一个实施方案中，可以将UV阻断组合物加入不包含颜料的基础涂层组合物中。
在一个实施方案中，相同的组合物可用于第一基础涂层和第二基础涂层。这可消除贮存两种不同组合物的需要。UV阻断组合物可以在线与第二基础涂层组合物混合以形成第一基础涂层组合物。
也可以将UV阻断配混加入到底漆类型配制剂中，通过脱除一些填料颜料和采用UV阻断颜料替代此物质，可以达到阻断UV光的相同性能。
多层涂层可以由如下步骤形成。在基材上提供电沉积涂料，或将电沉积涂料组合物施加到基材，和固化基材以形成电沉积涂料。将至少一种第一基础涂层组合物施加到电沉积涂料层，将至少一种第二基础涂层组合物施加到第一基础涂层，和将至少一种透明涂层组合物施加到第二基础涂层组合物。在每个层的施加之间，可以将刚刚施加的组合物单独固化或与一个或多个先前层一起结合固化，或可以将组合物进行闪蒸。在一个实施方案中，将所有基础涂层和透明涂层按湿上湿上湿方式彼此施加，和结合固化所有的基础涂层和透明涂层。同样，在每个基础涂层之间，可以将基础涂层固化和然后在施加随后的基础涂层之前选择性掩蔽。这可以采用不同的颜色进行以提供两个或多个Tu-色调颜色方案。
当粉末基础涂层涂料组合物时，在基材上提供电沉积涂料或将电沉积涂料组合物施加到基材以形成电沉积涂料层。可以将粉末基础涂层组合物施加到在其上含有湿或固化电沉积涂料层的基材，随后施加透明涂层组合物。在每个层的施加之间，可以将刚刚施加的组合物单独固化或与一个或多个先前层一起结合固化，或可以将组合物进行闪蒸。在一个实施方案中将所有的层施加和结合固化。同样，如果需要两色调或多色调颜色方案，在每个基础涂层之间，可以将基础涂层固化和然后在施加随后的基础涂层之前选择性掩蔽。
可以由本领域公知的许多技术的任何技术将涂料组合物在基材上涂覆。这些包括，例如喷涂、浸涂、辊涂、帘涂等。对于汽车主体板，优选是喷涂。
闪蒸可以在任何温度下进行和进行任何时间长度，但不完全固化涂料。温度可以从环境室温(涂覆工艺区域中的室温)直到约40°F-300°F(4℃-149℃)。时间可以从任何时间直到约2分钟到无上限。可以由红外光或热量的施加协助闪蒸。在一个实施方案中，闪蒸可以在环境室温下进行约1.5分钟。在一个实施方案中，在施加最后透明涂层组合物之后，闪蒸在固化涂料之前在环境室温下进行5-8分钟。
用于固化涂料的任何方法可以在此使用。两种或多种固化方法可以结合使用。固化方法包括，但不限于热量和光化辐射。光化辐射包括，但不限于红外光、紫外光、和电子束。在一个实施方案中，将涂料通过烘箱完成固化。温度和时间的任何组合可用于固化涂料，和它依赖于使用的每种涂料组合物的化学性。在一个实施方案中，烘箱中的温度为约230°F(110℃)-约325°F(163℃)。在一个实施方案中，固化时间为约180°F-约350°F。
除第一基础涂层以外，多层涂层中的其它层可具有对于这些层本领域已知的任何性能。通常，电沉积涂料层的厚度为约0.7密耳(17.8μm)-约1.1密耳(27.9μm)，第一基础涂层的膜厚度为约0.3密耳(7.6μm)-约0.7密耳(17.8μm)。第二基础涂层的厚度为约0.5密耳(12.7μm)-约1.0密耳(25.4μm)，和透明涂层的厚度为约1.0密耳(25.4μm)-约3.0密耳(76.2μm)。
要涂覆的基材可以是任何基材。基材的例子包括，但不限于金属、木材、和塑料。金属基材包括，但不限于汽车体板和汽车部件。塑料基材包括，但不限于汽车部件和聚合物膜。
本发明的具体实施方案
本发明进一步在如下实施例中描述。实施例仅是说明性的和不以任何方式限制如所述和要求的本发明的范围。
实施例1基础涂层配制剂
结合如下组分以形成根据本发明的溶剂型基础涂层。将以下说明的颜料混合物加入基础涂层以获得具有紫外光透射的基础涂层使得当在不大于0.6密耳(15.2μm)厚度下施加时，小于0.5％紫外光渗透基础涂层。
成分                           数量
热固性丙烯酸类树脂微凝胶       35.74
N-甲基吡咯烷酮                 1.19
乙酸正丁酯                     8.05
氨基甲基丙醇                   0.18
RESIMENE 755蜜胺树脂           12.66
丙烯酸类聚合物润湿剂           0.09
Tinuvin 384-2苯并三唑UVA       0.77
U.V.吸收剂溶液-Tinuvin 328     2.58
Tinuvin 123HALS                0.53
煅烧的二氧化硅                 11.08
硫酸钡                         2.64
柔性丙烯酸类树脂               20.37
十二烷基苯磺酸催化剂           2.13
乙醇                           1.09
异丙醇                         0.90
总计                           100
将颜料混合物加入到实施例1中说明的基础涂层配制剂中以形成如下颜色基础涂层。
实施例2褐灰色配制剂
  颜料   基于配方的wt％   基于颜料的wt％
  微细硫酸钡   3.8   30.37
  煅烧的二氧化硅   1.367   11.03
  炭黑   0.084   0.67
  二氧化钛   3.814   30.78
  铁   3.323   26.82
P/B＝0.326
颜料体积浓度＝8.618
颜料重量＝12.39
实施例3Silver Frost
  颜料   基于配方的wt％   基于颜料的wt％
  铝   6.64
  煅烧的二氧化硅   1.304   10.72
  二氧化钛   9.126   75.01
  黄氧化铁   0.432   3.55
  氧化铁   0.497   4.08
P/B＝0.329
颜料体积浓度＝9.419
颜料重量＝12.16
实施例4绿色配制剂
  颜料   基于配方的wt％   基于颜料的wt％
  1.415   10.51
  煅烧的二氧化硅   1.09   8.1
  二氧化钛   7.628   56.68
  氧化铁   3.324   24.7
P/B＝0.383
颜料体积浓度＝10.897
颜料重量＝13.45
另外的基础涂层组合物可以使用如下颜料组分配制。
  颜料   实施例5基于颜料的wt％   实施例6基于颜料的wt％   实施例7基于颜料的wt％   实施例8基于颜料的wt％
  铝颜料   5.44   2.35   0.89   2.78
  微细硫酸钡   30.67   23.04   28.65   23.89
  煅烧的二氧化硅   11.03   11.03   11.03   11.03
  炭黑   0.677   0.52   0.32
  黄氧化铁   3.55   3.55
  二氧化钛   25.34   39.28   27.04   40.15
  红氧化铁   26.82   20.23   32.07   18.6
应当认识到本发明不限于上述的具体实施方案，而是包括由如下权利要求定义的变化，改进和等同实施方案。

Claims (10)

1.多层涂层，由以下组成
a.基材上的电沉积涂料层，
b.电沉积涂料层上的至少一个第一基础涂层，
c.第一基础涂层上的至少一个第二基础涂层，
d.第二基础涂层上的至少一个透明涂层，
其中在电沉积涂料层和第一基础涂层之间没有底漆层，和其中第一基础涂层是0.3密耳即7.6μm到0.5密耳即12.7μm厚和
其中第一基础涂层包括选自按固化涂料重量的0.5-5.0wt％炭黑、按固化涂料重量的0.5-20.0wt％氧化铁、按固化涂料重量的5-40wt％二氧化钛、和按固化涂料重量的3.0-20wt％铝颜料的至少两种化合物。
2.权利要求1的多层涂层，其中第一和第二基础涂层是粉末涂料。
3.权利要求1的多层涂层，其中第一和第二基础涂层是溶剂型涂料。
4.多层涂层的制备方法，包括
a)以下操作之一：
i)施加电沉积涂料组合物到基材上，和固化电沉积涂料以形成电沉积涂料层，或
ii)向基材提供在基材上的电沉积涂料层，
b)施加第一基础涂层组合物到电沉积涂料层上，
c)施加至少一个第二基础涂层组合物到第一基础涂层上，
d)施加至少一个透明涂层组合物到第二基础涂层上，和通过如下操作之一而固化：
i)在每个层的施加之间，将刚刚施加的组合物单独固化，或
ii)在每个层的施加之间，将刚刚施加的组合物与一个或多个先前层一起结合固化，
以形成第一基础涂层，第二基础涂层，和透明涂层，和其中第一基础涂层是0.3密耳即7.6μm到0.5密耳即12.7μm厚，和其中第一基础涂层包括选自按固化涂料重量的0.5-5.0wt％炭黑、按固化涂料重量的0.5-20.0wt％氧化铁、按固化涂料重量的5-40wt％二氧化钛、和按固化涂料重量的3.0-20wt％铝颜料的至少两种化合物。
5.权利要求4的方法，其中固化由步骤d)ii)按如下进行：按湿上湿的方式将第二基础涂层组合物施加到第一基础涂层组合物，按湿上湿的方式将透明涂层组合物施加到第二基础涂层组合物，和结合固化第一基础涂层组合物，第二基础涂层组合物，和透明涂层组合物。
6.权利要求4的方法，其中第一基础涂层组合物通过炭黑、二氧化钛、氧化铁、和铝颜料与第二基础涂层组合物混合而形成。
7.权利要求4的方法，其中第一和第二基础涂层是溶剂型涂料组合物。
8.权利要求4的方法，其中施加的第一和第二基础涂层是粉末涂料组合物。
9.权利要求5的方法，其中施加的第一和第二基础涂层是粉末涂料组合物。
10.涂料组合物，包括基料，选自按固化涂料重量的0.5-5.0wt％炭黑，按固化涂料重量的5-40wt％二氧化钛，按固化涂料重量的0.5-20.0wt％氧化铁，和按固化涂料重量的3.0-20wt％铝颜料的至少两种化合物，其中通过从涂料组合物形成的涂层是0.3密耳即7.6μm到0.5密耳即12.7μm厚。
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