CN101743069A - 用于控制涂层光泽度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种方法包括在基板上涂覆涂层组合物以形成涂层，其中所述涂层具有第一表面粗糙度；把图案转印到所述涂层上以形成图案化涂层，其中所述图案化涂层具有不同于第一表面粗糙度的第二表面粗糙度；并且固化所述图案化涂层以形成具有所需光泽度等级的固化涂层。

Description

用于控制涂层光泽度的方法
技术领域
本发明涉及用于使制品上的涂层具有特定光泽度等级的方法。
背景技术
涂层的最终光泽度取决于多种难以控制的参数，所述涂层例如100％固体含量的紫外线固化面漆。例如，涂层溶液本身的特性可以对面漆的最终光泽度等级产生影响，所述涂层溶液本身的特性例如配方中使用的树脂粘结剂、配方粘度和消光颜料含量。此外，固化条件对最终涂层产品的光泽度有影响，所述固化条件例如固化速度、温度和氧阻聚等。为了使面漆具有极低的光泽度，涂层溶液通常具有极高的消光颜料含量来毛化已固化涂层的表面。但是，这种较高的颜料含量也降低了涂层溶液的流动性能。
而且涂覆涂层的生产设施中的条件随季节的更替和生产地点的变换可以变化很大，所述条件例如环境温度和湿度。此外，涂层涂覆设备的性能的变化能影响最终的光泽度等级，所述涂层涂覆设备的性能例如，传送速度和/或用于固化涂层的灯所发射的紫外线剂量。
生产过程中改变涂层的光泽度等级需要中断生产线并排出涂层溶液。然后，重启生产线之前，辊涂工作台必须充满具有所需颜料含量等级的新涂层溶液。然后，恢复生产之前必须重新调整涂覆量。这个过程耗费时间并且成本高，而且需要维持具有不同颜料含量和不同光泽度等级的涂层溶液的存量。
发明内容
通常，本发明涉及一种用于在涂层中转印图案以使涂层具有所需光泽度等级的方法。首先，在基板上涂覆涂层组合物以形成具有第一表面粗糙度的涂层。然后，把图案和/或纹理转印到涂层以形成图案化涂层。图案化步骤之后，图案化涂层获得第二级表面粗糙度。当图案化涂层完全固化后，第二级表面粗糙度使固化的图案化涂层具有所需的光泽度等级。
一方面，本发明涉及一种方法，包括在基板上涂覆涂层组合物以形成涂层，其中所述涂层具有第一表面粗糙度；把图案转印到涂层上以形成图案化涂层，其中所述图案化涂层具有所需的第二表面粗糙度；固化图案化涂层以形成具有所需光泽度等级的已固化涂层。
另一方面，本发明涉及一种方法，包括：在基板上涂覆涂层组合物；至少部分固化涂层组合物以形成部分固化的涂层组合物；使部分固化的涂层组合物的表面与图案化装置接触以在其中形成图案；完全固化涂层组合物以形成纹理化涂层，其中所述图案使纹理化涂层具有预定的光泽度等级。
另一方面，本发明涉及一种方法，包括：在基板上涂覆热固性涂层组合物；紫外线部分固化涂层组合物以形成B阶涂层；使B阶涂层与纹理化制品接触以形成纹理化B阶涂层，所述纹理化制品从辊筒、薄膜或印模中选出；完全紫外线固化纹理化B阶涂层组合物以形成纹理化涂层，其中所述纹理化涂层具有预定的光泽度等级。
另一方面，本发明涉及一种方法，包括：在基板上涂覆热固性涂层组合物；在涂层组合物上应用纹理化聚合物薄膜；通过薄膜部分的紫外线固化涂层组合物以形成纹理化B阶涂层；完全紫外线固化纹理化B阶涂层组合物以形成纹理化涂层，其中所述纹理化涂层具有预定的光泽度等级。
另一方面，本发明涉及一个系统，包括：紫外线可固化涂层组合物；至少一个具有纹理化表面的薄膜或棍子，其中挑选所述纹理化表面使得当所述表面与涂层组合物接触时，图案从所述表面转印到涂层组合物以使所述涂层组合物具有预定的光泽度等级。
目前所描述的工艺具有诸多优点。涂层的最终光泽度不完全取决于涂层溶液的性质，例如配方粘度、消光剂含量和固化条件，所述固化条件例如紫外线剂量、固化速度或温度。因为控制光泽度不完全取决于消光剂的含量，所以大大提高了涂层溶液的流动性能，最终的涂层可以制成具有极低的光泽度和极好的透明度。
在生产中，一种涂层配方可以用于任何所需光泽度等级和表面纹理变化。此外，在生产过程中改变光泽度等级非常简单，这增加了工厂产量并减小了整体生产成本。例如，改变光泽度等级就像从第一图案化辊筒或薄膜替换成不同的图案化辊筒或薄膜一样简单。替换辊筒或薄膜不需要中断生产线来清理并重新填充生产设备，而且不需要为每一次改变光泽度而重新调整涂层溶液的涂覆量。
本发明的一个或多个实施例的细节在下面所附具体实施方式中说明。根据具体实施方式和权利要求书，本发明的其他特征、目标和优点将更加清楚。
具体实施方式
通常，本发明涉及用于把图像转印到涂层以使涂层具有所需光泽度等级的工艺。
在这种方法中，首先在基板上涂覆涂层组合物以形成涂层。涂层组合物可以归结为染色剂、底漆、封闭涂层、面漆等来涂饰基板(例如木材、塑料或金属)。例如，目前所描述的方法适合于涂覆木地板、乙烯基地板、金属板等的涂层。
可以用任意常规方法和适合的方法把涂层组合物涂覆到基板上，所述方法包括喷涂、刷涂、浸涂、板带涂覆、线圈涂覆和辊涂等。
涂覆基板的涂层组合物可以是任何热固性或能量固化涂层。适合的涂层组合物例如包括：双组分异氰酸酯、双组分环氧树脂、不饱和聚酯和过氧化氢引发聚酯。优选的是紫外线(UV)固化涂层。
例如，典型的紫外线固化涂层组合物包括约5％到约60％质量分数的丙烯酸酯单体、约5％到约50％质量分数的聚酯、聚醚或环氧树脂丙烯酸酯齐聚物、约1％到约5％质量分数的光敏引发剂、约0.5％到约5％质量分数的涂层添加剂和约0％到约10％质量分数的颜料或着色剂。
涂层的厚度根据性能需求和下面的基板的性能以及涂层组合物的配比的不同而差异很大。但是，对于木材基板，例如用做地板的厚木板，涂层应当优选的具有约1密尔到约3密尔(0.025mm到0.075mm)的厚度。
用于涂覆基板的涂层具有第一表面粗糙度。通过控制下面的基板的表面粗糙度和/或通过控制其自身涂层溶液的配比可以控制涂层的表面粗糙度。众所周知，对于特殊应用可以通过掺入消光剂和消光颜料来选择性的调整用于涂覆的涂层的表面粗糙度。这些材料通常是硅基材料，在所涂覆的涂层中产生表面粗糙并降低其总体光泽度等级。
当在基板上涂覆涂层之后，把纹理或图案转印到涂层上。转印的方法变化很多，但是通常是使涂层与纹理化制品接触，所述纹理化制品引起图案从纹理化制品到所述涂层的物理转印以形成纹理化的涂层。转印到涂层的纹理使图案化涂层具有第二级表面粗糙度，所述第二级表面粗糙度不同于最初涂覆到基板上的涂层的第一级表面粗糙度。
可以通过用任何使涂层粗糙的材料与涂层接触来形成图案。包括图案化或纹理化制品，例如辊筒、图案化金属或聚合物膜、印模或它们的组合。
例如，通过使纹理化薄膜或纹理化辊筒与涂层的暴露面接触可以在涂层中形成图案。然后，薄膜或辊筒上的纹理物理转印到涂层的暴露表面。
为了提高转印过程的一致性，与涂层接触的薄膜或辊筒的表面可以选择性的由非粘性材料制成或涂有非粘性材料。如果使用辊筒，发现橡胶辊筒能提供非常有效地图像转印。
任何图案都可以转印到涂层，并且所述图案可以是规则的或随机的，连续的或不连续的。图案可以施加到涂层整体或一部分，尽管对于统一的光泽度控制优选的是完全覆盖。合适的图案包括但不限于，例如，随机“裂化的”表面、鳞片(“蛇”或“鳄鱼”皮纹理)图案和棋盘状图案等。
在生产中，当转印图案到涂层时使用辊筒可以具有某些优势。对于辊筒，在涂层中改变图案就像把具有第一图案的辊筒替换为具有不同图案的另一个辊筒一样简单。例如，如果辊筒由玻璃纤维轴芯支撑，可以使用气压使辊筒轴芯与其金属支撑轴分离，新的辊筒可以直接滑进金属轴上相应的位置。
当转印图案时，涂层应当处在使得图像能精确可靠的被涂层表面获取的状态。根据涂层化学性质和下面的基板的特性，图案可以转印到最初涂覆的涂层上。例如，一旦涂层被涂覆到基板上，可以在湿涂层上直接施加纹理化聚合物薄膜，或者湿涂层可以与纹理化辊筒接触。
但是，在转印的时候，优选部分固化涂层使得在涂层中能更精确一致的获取和保持图案或纹理。可以通过任何方法部分固化涂层，例如加热基板和/或涂层，或者使涂层暴露在特殊波长的光照下。如果使用纹理化聚合物薄膜来转印图像，在薄膜施加到基板上后涂层可以通过薄膜部分固化，或者在薄膜施加到涂层之前就发生部分固化。
对于在当前所述工艺中使用的优选的热固性涂层，所述涂层应当是可紫外线固化的并且固化应当控制在B阶。在此使用的B阶指的是在最初涂覆的阶段(A阶)之后涂层发生反应，使得涂层在一般溶剂中只有有限的溶解度，并且具有能够在压力下获取任何物理图像和表面粗糙度的粘性表面，所述一般溶剂例如醇类和酮类。
对于在当前所述工艺中优选使用的紫外线涂层，通常通过把A阶涂层暴露在UVA(长波紫外线)、UVB(中波紫外线)、UVC(短波紫外线)和紫外可见光的某些组合中形成B阶树脂。在本发明中，UVA指波长约320nm到约390nm的光，UVB指波长约280nm到约320nm的光，UVC指波长约100nm到约280nm的光，UVV(可见)指波长约390nm到约440nm的光。
应用到基板涂层上的光可以以紫外线剂量(mJ/cm2)为特征，在本发明中所述紫外线剂量指的是每单位时间到达每单位面积表面的能量总量。应用到基板上的光也可以以紫外线能量(mW/cm2)为特征，在本发明中所述紫外线能量指的是到达每单位面积涂层表面的辐射功率。紫外线能量更具光源几何特征，也被称为峰值辐照度。
形成B阶涂层所需的光能取决于A阶涂层的配比、所施加的A阶涂层的厚度、温度和湿度等。但是，例如，对于木材基板上通常的热固性树脂，为了形成B阶树脂，把A阶树脂暴露在约200mJ/cm2到400mJ/cm2的总紫外线剂量(UVA+UVB+UVC+UVV)和约300mW/cm2到500mW/cm2的总紫外线能量之下。
之后图案转印到涂层形成图案化涂层，所述图案化涂层进一步固化形成完全固化涂层。在上面的例子中，B阶图案化涂层进一步固化成丙阶涂层，在本发明中所述丙阶涂层指的是完全交联的和基本不熔的及在大部分一般溶剂中不溶的热固性涂层。此外，形成丙阶图案化涂层所用的条件取决于B阶树脂的配比、B阶树脂的厚度、温度、湿度等。但是，应当精确选择丙阶固化条件使得至少基本保留图案化涂层中的图案和/或纹理，优选的是完全保留。
例如，对于木材基板上通常的紫外线固化涂层，为了形成丙阶薄膜，把B阶树脂暴露在约1000mJ/cm2到约3000mJ/cm2的总紫外线剂量(UVA+UVB+UVC+UVV)和约1000mW/cm2到约4000mW/cm2的总紫外线能量之下。
如果使用纹理化聚合物薄膜来转印图像，之后的完全固化薄膜可以选择性的从制品的表面去除，或者所述薄膜可以保留在制品上由用户后续去除。
当图案化涂层完全固化形成丙阶固化涂层时，第二级表面粗糙度使已固化的涂层具有所需的或预定的光泽度等级。可以使用本领域已知的任何方法来测定光泽度，但是通常使用可从马里兰州哥伦比亚的Byk Gardner购得的便携式或微型光泽度计测量。
实施例
第一实施例
根据表1配制100％固体含量的可喷涂紫外线固化涂层组合物。通过在搅动(500RPM到1000RPM)下按照表1中指示的顺序加入各组分制成涂层。最终的涂层通过10μm的滤网过滤，存储在金属罐中用于喷射涂覆。用可购自Binks Inc.的通用气枪把配方施加到适合做地板的扁平橡木板上。最终涂层约2密尔(0.05mm)厚。涂覆板传送入慢速紫外线固化单元，应用下面的表2中的条件来形成B阶涂层。
表1
可喷涂紫外线涂层组合物质量百分比
  SR 306   40
  SR 351   8
  SR 256   6
  CN 2262   38.9
  LUCIRIN TPO   1.0
  SR 306   40
  DAROCURE MBF   1.0
  DAROCURE 1173   2.0
  DISPERBYK-163   1
  DOW CORNING11添加剂   1.3
  BYK-411   0.8
  总量   100
SR 306是三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)，可购自宾夕法尼亚州埃克斯顿的Sartomer Corp.
SR351是三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)，可购自Sartomer Corp.
SR256是二乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(EOEOEA)，可购自SartomerCorp.
CN 2262是一种聚酯丙烯酸酯，可购自Sartomer Corp.
LUCIRIN TPO是一种光引发剂，可购自新泽西州的Florham Park BASF公司
DAROCURE MBF是一种光敏引发剂，可购自纽约州塔里敦的CibaSpecialty Chemicals
DAROCURE 1173是一种光敏引发剂，可购自纽约州塔里敦的CibaSpecialty Chemicals
DISPERBYK-163和BYK-411是分散添加剂，可购自德国威塞尔的BykChemie
DOW CORNING 11添加剂是一种分散添加剂，可购自密歇根州米德兰的Dow Corning公司
表2
B阶固化条件
  波长   紫外线剂量(mJ/cm2)   紫外线能量(mW/cm2)
  UVA   145   156
  UVB   121   123
  UVC   15   18
  UVV   62   62
  343(总计)   359(总计)
然后，用非粘性橡胶辊筒压印B阶涂层以形成图案化涂层，所述非粘性橡胶辊筒具有鳄鱼皮状纹理装饰，所述图案化涂层立即传送入快速紫外线固化单元，在下面的表3所示的条件下完全固化。
表3
丙阶固化条件
  波长   紫外线剂量(mJ/cm2)   紫外线能量(mW/cm2)
  UVA   810   379
  UVB   676   317
  UVC   94   45
  UVV   161   346
  1741(总计)   1087(总计)
最终完全固化涂层具有用Byk Garner微型光泽度计测量的光泽度10级的光泽，并保留了鳄鱼皮状纹理。
第二实施例
根据表4配制低粘度100％固体含量的可喷涂紫外线固化涂层组合物。通过在搅动(500RPM到1000RPM)下按照表4中指示的顺序加入各组分制成涂层。最终的涂层通过10μm的滤网过滤，存储在金属罐中用于喷射涂覆。用可购自Binks Inc.的通用气枪把配方施加到适合做地板的扁平橡木板上。最终涂层约1密尔(0.025mm)厚。涂覆板传送入慢速紫外线固化单元，应用上面的表2中的条件来形成B阶涂层。
表4
可喷涂紫外线涂层组合物质量百分比
  SR 306   50
  SR 351   8
  SR 256   7
  CN2262   28.9
  LUCIRIN TPO   1.0
  GENOCURE MBF   1
  DAROCURE 1173   1.0
  DISPERBYK-163   1
  SR 306   50
  DOW CORNING 11添加剂   1.3
  BYK-411   0.8
  总量   100
然后，用非粘性橡胶辊筒压印B阶涂层以形成图案化涂层，所述非粘性橡胶辊筒具有鳄鱼皮状纹理装饰，所述图案化涂层立即传送入快速紫外线固化单元，在下面的表5所示的条件下完全固化。
表5
丙阶固化条件
  波长   紫外线剂量(mJ/cm2)   紫外线能量(mW/cm2)
  UVA   1126   939
  UVB   928   809
  UVC   146   131
  UVV   500   435
  2700(总计)   2314(总计)
最终完全固化涂层具有用Byk Garner微型光泽度计测量的光泽度10级的光泽，并保留了鳄鱼皮状纹理。
第三实施例
表1中的100％固体含量的可喷涂紫外线固化涂层组合物是表2中条件下的B阶。然后，表6中描述的高中低光泽度纹理化聚合物薄膜施加到B阶涂层暴露的表面，之后传送入紫外固化炉。来自薄膜的纹理物理转印到B阶涂层，所述B阶涂层之后根据上面的表3中的条件完全固化。
表6还示出了涂覆到涂层表面纹理上的薄膜的作用。所有测量都是用白光干涉仪(Veeco NT2000)和购自Byk Gardner的便携式微型光泽度计在60度得到的。这些数据说明涂覆具有所需纹理或光泽度的薄膜可以用来控制表面粗糙度和B阶涂层的光泽度，粗糙度和光泽度的改变在完全固化涂层中得以保留。
表6
光泽度和粗糙度
  样品   60度光泽度   平均粗糙度(nm)
  高光泽度塑料薄膜基板   88.7   13.7
  来自高光泽度塑料薄膜基板的复制涂膜   86.5   17.3
  中低光泽度塑料基板   39.3   117.9
  来自中低光泽度塑料基板的复制涂膜   37.2   137.8
  低光泽度塑料基板   9.2   362.9
  来自低光泽度塑料基板的复制涂膜   7.8   408.2
描述了本发明的各个实施例。这些以及其他实施例都处在权利要求的保护范围内。

Claims (29)

1.一种方法，包括：
在基板上施加涂层组合物以形成涂层，其中所述涂层具有第一表面粗糙度；
把图案转印到所述涂层以形成图案化涂层，其中所述图案化涂层具有不同于所述第一表面粗糙度的第二表面粗糙度；和
固化所述图案化涂层以形成具有所需光泽度等级的固化涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在转印图案之前，部分固化所述涂层组合物以形成部分固化涂层。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过使所述部分固化涂层的表面与图案化装置物理接触来转印所述图案。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述图案化装置包括纹理化辊筒、纹理化薄膜和纹理化印模中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述图案化装置使所述部分固化涂层具有图案，所述图案从随机图案、规则图案或它们的组合中选择。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述图案是规则图案。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述规则图案包括鳄鱼皮状图案、蛇皮状图案或裂纹图案中的至少一种。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，所述辊筒是橡胶辊筒。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述橡胶辊筒的表面具有非粘性装饰。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述涂层是可紫外线固化的。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，通过使所述涂层暴露在充足的紫外线剂量下来部分固化所述涂层以获得“B”阶。
12.根据权利要求4所述的方法，其中，所述图案化装置是纹理化薄膜。
13.一种方法，包括：
在基板上涂覆涂层组合物；
至少部分所述固化涂层组合物以形成部分固化涂层组合物；
使所述部分固化涂层组合物的表面与图案化装置接触以在其中形成图案；和
完全固化所述涂层组合物以形成纹理化涂层，其中所述图案使所述纹理化涂层具有预定的光泽度等级。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述图案化装置从纹理化辊筒、纹理化薄膜、纹理化印模或它们的组合中选择。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述图案化装置的表面具有非粘性装饰。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述辊筒是橡胶辊筒。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述涂层组合物是可紫外线固化的。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，通过把所述涂层组合物暴露在200mJ/cm2到400mJ/cm2的紫外线剂量和300mW/cm2到500mW/cm2的总峰值辐照度下来部分固化所述涂层组合物。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，通过把所述涂层组合物暴露在1000mJ/cm2到3000mJ/cm2的紫外线剂量和1000mW/cm2到4000mW/cm2的总峰值辐照度下来完全固化所述涂层组合物。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，所述辊筒上的表面纹理包括鳄鱼皮状图案、蛇皮状图案和裂纹图案中的至少一种。
21.一种方法，包括：
在基板上涂覆热固性涂层组合物；
部分紫外线固化所述涂层组合物以形成B阶涂层；
使所述B阶涂层与纹理化制品接触以形成纹理化B阶涂层，所述纹理化制品从辊筒、薄膜或印模中选择；
完全紫外线固化所述纹理化B阶涂层组合物以形成纹理化涂层，其中所述纹理化涂层具有预定的光泽度等级。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述纹理化制品是具有非粘性装饰的辊筒。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述辊筒是橡胶辊筒。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述部分固化条件包括把所述涂层组合物暴露在200mJ/cm2到400mJ/cm2的紫外线剂量和300mW/cm2到500mW/cm2的总峰值辐照度下。
25.根据权利要求21所述的方法，其中，通过把所述涂层组合物暴露在1000mJ/cm2到3000mJ/cm2的紫外线剂量和1000mW/cm2到4000mW/cm2的总峰值辐照度下来完全固化所述涂层组合物。
26.根据权利要求21所述的方法，其中，所述辊筒上的表面纹理从鳄鱼皮状图案、蛇皮状图案或裂纹图案中选择。
27.一种系统，包括：
紫外线固化涂层组合物；和
至少一个具有纹理化表面的薄膜或辊筒，其中挑选所述纹理化表面使得当所述表面与所述涂层组合物接触时，把图案从所述表面转印到所述涂层组合物以使所述涂层组合物具有预定的光泽度等级。
28.一种方法，包括：
在基板上涂覆热固性涂层组合物；
在所述涂层组合物上施加纹理化聚合物薄膜；
通过薄膜部分紫外线固化所述涂层组合物以形成纹理化B阶涂层；
完全紫外线固化所述纹理化B阶涂层组合物以形成纹理化涂层，其中所述纹理化涂层具有预定的光泽度等级。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，在完全紫外线固化所述纹理化B阶涂层之前，从所述纹理化B阶涂层上去除所述薄膜。
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