CN104303041A - 通过湿法颜色测量来预测涂料组合物中粗大薄片的量的装置 - Google Patents

通过湿法颜色测量来预测涂料组合物中粗大薄片的量的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于预测存在于涂料组合物中诸如汽车OEM漆或修补漆中的粗大薄片诸如金属铝薄片的量的装置。所述装置包括通过使用本发明的动态色预测装置来测量施加于测试基材上的涂料组合物层的动态色。用添加到组合物的不同量的一种或多种的不同类型的粗大薄片重复该过程，在图表上绘制存在于涂料组合物中的粗大薄片的动态色与量，然后通过使用曲线拟合方程，获得薄片量的预测曲线。通过测量目标涂料组合物的潮湿层的动态色，则可通过使用薄片量预测曲线预测存在于目标涂料组合物中的粗大薄片的量。该装置最适于在诸如汽车OEM漆和修补漆的涂料组合物的制备过程中使用。

Description

通过湿法颜色测量来预测涂料组合物中粗大薄片的量的装置
技术领域
本发明涉及预测分布于涂层中的粗大薄片的量的装置，所述涂层由施加于基材上的一层涂料组合物而形成，其中所述涂料组合物中包含粗大薄片和细小薄片的组合。该装置更具体地涉及一种质量保证过程，其以基于实时的方式在形成的汽车OEM漆(原厂漆)和修补漆正被制备时预测分布于该涂层中的粗大薄片的量。
背景技术
通常在制备涂料组合物诸如包含薄片的汽车OEM漆或修补漆的过程中，不时地取得正被制备的这种涂料组合物的试样，作为具有所需厚度的层施加在测试基材上，其干燥和/或固化成涂层，且经过动态色(flop)测量来检查粗大薄片在涂层中的分布。然后调节工艺参数并重复前述的测试程序，直到经过调节的涂料组合物符合所需的粗大薄片分布要求。
上述测试程序不仅耗时和繁琐，而且还导致制备过程的频繁中断。其结果是，会不利地影响所得到的涂料组合物批次间的质量。因此，需要研发一种装置，所述装置可在形成涂层的涂料组合物正被制备时预测粗大薄片在涂层中的分布，这样可容易地以基于实时的方式来调节制备过程以便获得所需的薄片分布。
发明内容
本发明涉及用于预测在目标涂料组合物中粗大薄片的量的薄片预测装置，其包括：
(a)安装于驱动器上的测试基材，所述驱动器安装于支撑框架上；
(b)容器，其邻近所述测试基材定位，以使得被倒入所述容器中时，S0涂料组合物能够通过设置于所述容器上的开口而被分配成在所述基材的表面上的厚度大致均匀的L0层，S0涂料组合物包括100重量份涂料F0重量份的所述粗大薄片；
(c)光学测量机构，其用于以预设入射角度将预设强度的光束从光源投射到所述L0层上；
(d)光学测量仪器，其用于在预设反射角度处测量从所述L0层所反射的所述光束的B0动态色；
(e)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得计算机将所述L0层的所述B0动态色存储于计算机的计算机可用存储介质内；
(f)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得所述计算机存储L1至Ln层的B1至Bn动态色，所述L1至Ln层分别由S1至Sn涂料组合物形成，所述S1至Sn涂料组合物分别包括基于100重量份涂料组合物的F1至Fn重量份的所述粗大薄片，其中n的范围是从1到100；
(g)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得所述计算机在图表上定位交点，在该交点处位于所述图表的X轴上的所述L0至Ln层的所述B0至Bn动态色与位于所述图表的Y轴上的所述粗大薄片的所述F0至Fn重量份相交；
(h)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得所述计算机利用曲线拟合方程来在所述图表上生成薄片量预测曲线；
(i)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得所述计算机存储目标涂料组合物的所述厚度大致均匀的LT层的BT动态色，其中所述BT动态色通过以所述预设强度且以所述预设入射角度从所述光源投射所述光束而获得，所述目标涂料组合物进一步包括所述粗大薄片；
(j)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得所述计算机在所述图表的X轴上定位所述LT层的所述BT动态色；
(k)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得所述计算机在所述薄片量预测曲线上定位其与所述图表的X轴上的所述BT动态色相交的交点；
(l)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得所述计算机通过在所述图表的Y轴上定位YT来预测包含于所述目标组合物中的所述粗大薄片的量，所述YT与所述薄片量预测曲线与所述图表的X轴上的所述BT相交的所述交点相交；以及
(m)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得所述计算机显示或打印包含于所述目标组合物中的所述粗大薄片的所述预测量YT。
附图说明
图1和图2大致示出本发明的薄片量预测装置的实施方式之一。
图3大致示出通过本发明的薄片量预测装置所生成的薄片量预测曲线。
具体实施方式
如本文所定义的那样：
“薄片”是指在表现出动态色的涂料组合物中使用的常规薄片，诸如常规的云母薄片、金属薄片(诸如铝薄片)、有机薄片或它们的组合。铝薄片是优选的。
“涂料组合物”是指下述涂料组合物，其包含粗大薄片和细小薄片的混合物，所述薄片将有光泽的外观(即动态色)提供给施加于基材(诸如汽车车身、保险杠或挡泥板)上的涂料组合物。“动态色”是指薄片诸如金属铝薄片随着视角的变化而在明度或亮度上的视觉变化，视角的变化即从90度变化到180度。从明到暗外观的视觉变化越大，则动态色越好。动态色突出了汽车的直线和曲线；因此，获得涂层的该受欢迎的外观是非常重要的。通常使用包含金属薄片、诸如铝薄片的汽车涂料组合物来获得特别受欢迎的闪光的有光泽的外观。粗大薄片在涂料组合物中的量越大，则由其形成的涂层的动态色将越大，反之亦然。然而，如果将粗大薄片和细小薄片混合物中的粗大薄片的量增加得过多以及将粗大薄片和细小薄片混合物中的细小薄片的量降低得过多，即，大部分的粗大薄片和非常少的细小薄片，则由此形成的涂层的涂覆性能将受到不利影响，诸如涂层遮盖力的损失，缩孔的程度增加，橘皮的程度增加等。通过在金属涂料组合物中控制在粗大薄片和细小薄片混合物中的粗大薄片的量可将前述对涂覆性能的不利影响最小化。包括在涂料组合物的薄片混合物中的粗大薄片的尺寸的范围可为25微米到2000微米，优选为25微米到500微米，更优选为25微米到100微米。包括在涂料组合物的薄片混合物中的细小薄片的尺寸的范围可为1微米到20微米，优选为5微米到20微米。在典型的涂料组合物加工过程中，将涂料组合物的各种组分诸如颜料、薄片、粘合剂聚合物、溶剂等进行混合，且有时在球磨机中进行研磨。作为这种研磨或混合过程的结果，粗大薄片的尺寸可被减小。在这种制备过程后仍存在的粗大薄片的量因此变得难以预测。因此，通过确定在正被制备的涂料组合物中存在的粗大薄片的量，在制备过程中可以实时地调节工艺参数，以便最终获得包含所需量粗大薄片的涂料组合物。
当直接测量时，处于其潮湿状态的涂料组合物的层的动态色可与该层干燥和/或固化成涂层时形成的动态色相关联。然而，由于涂料组合物的潮湿层的光学特性由于溶剂从潮湿层蒸发和/或潮湿层的交联而连续地发生变化，因此非常难于将这种潮湿的光学特性测量值与由该层干燥和/或固化为涂层而形成的涂层的动态色相关联。本发明的过程与装置提供获得前述关联性的解决方案。
适于本发明的动态色预测装置包括图1和图2中所示的装置1。装置1包括测试基材2，其优选为圆盘形，由驱动器4(诸如电动马达)使其旋转，驱动器定位在支撑框架6上。安装到驱动器4的轴上的测试基材2可定位在水平或垂直位置。图1和图2中所示的装置2的测试基材2优选是垂直定位。测试基材2可由任何合适的材料(诸如钢、塑料或铝)制成。测试基材2的表面优选具有例如与汽车车身或汽车保险杠相同程度的平滑度，使得所得到的结果接近在类似的漆应用条件下所获得的那些结果。
如图1中所示，装置1设有邻近测试基材2定位的容器8。容器8设有开口10，优选是狭缝(slot)，当将涂料组合物(S0)12倒入容器8中时，该涂料组合物可通过开口10作为厚度大致均匀的L0层14施加在测试基材2表面上的测量区域16上。用于生成L0层14的涂料组合物(S0)12包含基于100重量份所述涂料组合物(S0)12的F0重量份的粗大薄片。当测试基材2由驱动器4使其旋转时，优选约四分之一转时，形成L0层14。开口10邻近基材2，使得在开口10和基材2之间形成的间隙控制L0层的厚度。通常情况下，L0层设有范围为6微米到2300微米的厚度。
本发明的动态色预测装置1包括常规的光学测量机构16，其设有常规的准直器，以便生成可以预设角度和预设强度从常规光源22投射到测量区域16上的光束20。然后可由常规的光学测量仪器26测量离开L0层14的光束20的B0动态色24，所述光学测量仪器26诸如由密歇根州大急流城(Michigan Grand Rapids)的爱丽色公司(X-Rite)所供应的MA-68动态色测量装置。可以使用任何入射角度和反射角度。然而，通常采用60度的反射角度，且优选在L0层14的光学特性显著变化之前测量反射率，其取决于生成L0层14的涂料组合物的物理和化学性质。因此，涂料组合物中溶剂的含量越高，在其期间可测量动态色的时间窗口越长，以及反之亦然。为清漆(包含溶解在溶剂中的高分子量非反应性粘合剂聚合物的那些)的涂料组合物通常可具有比为瓷漆(包含粘合剂聚合物的那些，该粘合剂聚合物包含与在作为层施加到基材上之前进行混合的交联剂上的交联基团起化学反应的反应性基团)的涂料组合物更长的测量时间窗口。通常情况下，在L0层14被施加到测试基材2上之后的2秒至2分钟内测量动态色。
使用用于配置计算机可读程序代码装置的器件使得常规的计算机将所述L0层14的B0动态色24存储于计算机(在图1中未示出)的计算机可用存储介质内。计算机优选与光学测量仪器26通信。如果需要，该计算机可与远程计算机通信，诸如用于从连接到本发明的动态色预测装置的一台或多台计算机收集信息的非现场计算机。
如果需要，在测量L0层的B0动态色之后，可由驱动器4使得基材2进一步旋转以便用刮刀28将涂层刮除以进入到废物容器30内，然后可清洁基材2。备选地，在测量B0动态色之后，可移除基材2；将L0层从基材2刮除，然后清洁基材2以便进行下一步骤。
然后对系列S1，S2，…Sn(n在1到100、优选在2到50、更优选在5到20的范围内)涂料组合物12重复前述程序，所述系列涂料组合物12包含基于每100重量份的涂料组合物的范围从F1重量份逐渐增加至Fn重量份的一种或多种粗大薄片。添加到涂料组合物的薄片的增加量可优选以合适的设定量增加，诸如在每100重量份的涂料组合物的0.001、0.01、0.1、0.5、1、5、10、15重量份，其中F0的范围为基于每100重量份的涂料组合物的从0.001重量份到5重量份，以及其中Fn的范围为基于每100重量份的涂料组合物的从5.1重量份到60重量份。在薄片组合中的粗大薄片与细小薄片的比率的范围可为98/2到50/50。如上所述，测量由S1涂料组合物形成的L1层14的B1动态色24，以及使用用于配置计算机可读程序代码装置的器件使得计算机将所述L1层14的B1动态色24存储于计算机的计算机可用存储介质内。重复该过程，直到由涂料组合物12n形成的Ln层14的Bn动态色被测量并存储在计算机的计算机可用存储介质内。
使用用于配置计算机可读程序代码装置的器件使得计算机在图表上定位交点，在该交点处在所述图表的X轴上的L0至Ln层14的B0至Bn动态色与在图表Y轴上的分别基于S0至Sn涂料组合物的粗大薄片的F0至Fn重量份相交。然后使用用于配置计算机可读程序代码装置的器件使得所述计算机利用曲线拟合方程来在所述图表上生成薄片量预测曲线。优选地，曲线拟合方程是二次多项式方程。更优选的二次多项式方程具有下面的公式：
Flop Y＝a(Bn)2+b(Bn)+c     (1)
R2＝Z     (2)
其中所述常数a、b、c和R2由曲线拟合过程来确定，诸如在由华盛顿州雷蒙德市的微软公司(Microsoft Corporation of Redmond,Washington)所供应的Microsoft Office2003中所述的那样。Z是曲线与图表上的实验数据点拟合程度的统计度量。当Z等于1时，其被认为是一种理想的拟合，也就是说，所有的实验数据点都位于拟合曲线上。所有必需的和相关的信息都被存储在计算机可用存储介质上。
如果需要的话，在图表上的动态色量预测曲线可显示到常规的显示器上和/或通过常规的打印机打印到纸张上，两者均与计算机通信。一旦在图表上生成动态色量预测曲线，用户可使用本发明的动态色预测装置来预测包含未知或已知量的一种或多种薄片的目标涂料组合物的动态色，而无需经过将该层固化成涂层的繁琐和耗时的过程。可在生产设备中使用由目标涂料组合物形成的LT层14(也称为目标层)，LT层14优选具有与在生成动态色量预测曲线中所使用的层相同的大致均匀的厚度，分配在本发明的动态色量预测装置1的基材2上，从而允许涂料组合物的制备商迅速地调节涂料组合物的成分，以确保所得到的涂料组合物具有所需的动态色。
如上所述，测量由目标涂料组合物形成的LT层14的BT反射率24，以及使用用于配置计算机可读程序代码装置的器件使得计算机将所述LT层14的BT动态色24存储于计算机的计算机可用存储介质内。
使用用于配置计算机可读程序代码装置的器件使得计算机在图表的X轴上定位LT层的BT动态色。使用用于配置计算机可读程序代码装置的器件使得计算机在薄片量预测曲线上定位其与图表的X轴上的BT相交的交点。最后，使用用于配置计算机可读程序代码装置的器件使得计算机通过在所述图表的Y轴上定位YT动态色来预测由LT层所导致的目标涂层的动态色，所述YT与所述薄片量预测曲线与所述图表的X轴上的所述BT相交的所述交点相交。
其结果是，一旦薄片量预测曲线被存储在装置1的计算机内，正被制备的涂料组合物的试样可作为层施加，且可测量其动态色以便预测所述组合物中的粗大薄片的量。如果测得的量落到所需规格之外时，可通过基于连续的方式监测粗大薄片的量来无需中断地调节制备过程。
在德国专利申请DT 2525701A1中描述了本发明前述动态色预测装置1的较少的方面。但是应当理解的是，基材2不需要被垂直定位，也不需要必须具有圆盘形的形状。诸如水平定位的基材或为带状等基材的那些其它实施方式也非常适用于本发明的装置。例如，如在共同转让给Hustert的美国专利US 6,583,878中所述为辊形式的基材也非常适用于本发明的装置。
本发明装置的一个实施方式使用图1的动态色预测装置1。该过程包括通过容纳涂料组合物12的容器8将涂料组合物12的厚度大致均匀的L0层14分配于基材2上。然后以预设的入射角度将预设强度的光束20从光源22投射到L0层的测量区域16上。通过光学测量仪器26，测量在预设反射角度处的光束20的B0动态色。然后将L0层的B0动态色存储在计算机的计算机可用存储介质内。然后对S1至Sn涂料组合物12重复前述步骤以便分别确定L1至Ln层的B1至Bn动态色，所述S1至Sn涂料组合物12进一步包括基于100重量份的涂料组合物的F1至Fn重量份的一种或多种薄片，其中n的范围是1到100。
实施例
下面的表1列出了涂料组合物的样本，其包括与由威尔明顿的杜邦公司(DuPont Company of Wilmington)所供应的780TM聚合物混合的粗大薄片与细小薄片的多种混合物，其中粗大薄片为具有31微米平均尺寸的闪银(Sparkle Silver)3641薄片，其由宾夕法尼亚州(Pennsylvania)Tamaqua市的星铂联公司(Silberline)供应，而细小薄片为具有15微米平均尺寸的铝浆33313薄片，其由肯塔基州路易斯维尔(Louisville,Kentucky)的爱卡公司(Eckart)供应。这些样本的层施加到装置1的基材2上，并使用由密歇根州大急流城(Grand Rapids,Michigan)的爱色丽公司(X-Rite)供应的MA-68测色仪26(MA-68color instrument)来测量层的动态色：
表1
样本1 样本2 样本3 样本4 样本5
细小薄片的克重 100 80 60 30 0
粗大薄片的克重 0 20 40 70 100
聚合物的重量 900 900 900 900 900
总重量 1000 1000 1000 1000 1000
液体层的动态色 12.8 13.1 13.5 14.3 15.8
如图3中所示，然后可定位在图表的X轴上的L0至Ln层的B0至Bn与在图表的Y轴上的S0至Sn涂料组合物的粗大薄片的量F0至Fn在图表上相交的交点。
使用曲线拟合方程，然后使用诸如上述的二次多项式方程(1)来生成动态色量预测曲线，如图3中所示。在方程(1)中的项“a”为9.1513。在方程(1)中的项“b”为294.53，以及方程中的项“c”为2269.2。统计度量Z为0.999。所有前述项通过使用前述的微软Microsoft程序获得。对于本领域的普通技术人员而言将明显的是0.999的统计度量Z表示动态色量预测曲线与Z为1时表示的理想拟合是非常接近的。
然后通过利用下述本发明的过程来预测目标涂料组合物的动态色，即首先通过动态色量预测装置1的容纳目标涂料组合物的容器8将LT层分配于基材2上，LT层优选具有与目标涂料组合物相同的大致均匀的厚度，目标涂料组合物进一步包括未知或已知量的粗大薄片。然后以预设的强度以及以预设的入射角度将光束20从光源22投射到LT层的测量区域16上，并且通过光学测量仪器26测量以预设反射角度从LT层反射的光束的BT动态色。然后在动态色量预测曲线上定位其与所述图表的X轴上的BT动态色相交的交点，然后通过在所述图表的Y轴上定位YT来预测由LT层所形成的涂层在预设动态色角度处的薄片量。
因此，本领域的普通技术人员可以容易地看到仅仅通过测量涂料组合物的潮湿层的动态色，通过本发明装置的动态色量预测曲线可容易地预测粗大薄片的量。
本发明的过程和装置最适于在汽车OEM漆和修补漆的制备过程中预测汽车OEM漆和修补漆的动态色。

Claims (13)

1.一种薄片预测装置，用于预测在目标涂料组合物中的粗大薄片的量，其包括：
(a)安装于驱动器上的测试基材，所述驱动器安装于支撑框架上；
(b)容器，其邻近所述测试基材定位，以使得被倒入所述容器中时，S0涂料组合物能够通过设置于所述容器上的开口而被分配成在所述基材的表面上的厚度大致均匀的L0层，S0涂料组合物包括基于100重量份所述S0涂料组合物的F0重量份的所述粗大薄片；
(c)光学测量机构，其用于以预设入射角度将预设强度的光束从光源投射到所述L0层上；
(d)光学测量仪器，其用于在预设反射角度处测量从所述L0层所反射的所述光束的B0动态色；
(e)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得计算机将所述L0层的所述B0动态色存储于计算机的计算机可用存储介质内；
(f)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得所述计算机存储L1至Ln层的B1至Bn动态色，所述L1至Ln层分别由S1至Sn涂料组合物形成，所述S1至Sn涂料组合物分别包括基于100重量份所述S1至Sn涂料组合物的F1至Fn重量份的所述粗大薄片，其中n的范围是1到100；
(g)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得所述计算机在图表上定位交点，在该交点处位于所述图表的X轴上的所述L0至Ln层的所述B0至Bn动态色与位于所述图表的Y轴上的所述粗大薄片的所述F0至Fn重量份相交；
(h)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得所述计算机利用曲线拟合方程来在所述图表上生成薄片量预测曲线；
(i)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得所述计算机存储目标涂料组合物的所述厚度大致均匀的LT层的BT动态色，其中所述BT动态色通过以所述预设强度且以所述预设入射角度从所述光源投射所述光束而获得，所述目标涂料组合物进一步包括所述粗大薄片；
(j)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得所述计算机在所述图表的X轴上定位所述LT层的所述BT动态色；
(k)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得所述计算机在所述薄片量预测曲线上定位其与所述图表的X轴上的所述BT动态色相交的交点；
(l)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得所述计算机通过在所述图表的Y轴上YT定位来预测包含于所述目标组合物中的所述粗大薄片的量，所述YT与所述薄片量预测曲线与所述图表的X轴上的所述BT相交的所述交点相交；以及
(m)用于配置计算机可读程序代码装置的器件，其使得所述计算机显示或打印包含于所述目标组合物中的所述粗大薄片的所述预测量YT。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学测量装置是分光光度计。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学测量仪器与所述计算机通信。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述粗大薄片具有范围从25微米至2000微米的尺寸。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开口是邻近所述测试基材的狭缝，使得所述狭缝和所述测试基材之间形成的间隙控制所述L0至Ln层的厚度。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述L0至Ln层具有相同厚度，该厚度的范围为6微米至2300微米。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测试基材是圆盘，其大致垂直地定位于所述薄片预测装置的支撑框架上。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曲线拟合方程是二次多项式方程。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二多项式方程式为下式：
Flop Y＝a(Bn)2+b(Bn)+c
R2＝Z
其中所述常数a、b、c和Z由曲线拟合过程来确定。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，包括将包含于所述目标涂料组合物中的所述粗大薄片的所述预测量显示在CRT显示器上。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，包括将包含于所述目标涂料组合物中的所述粗大薄片的所述预测量从所述计算机传送到远程计算机。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述目标涂料组合物是汽车OEM漆或修补漆。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述粗大薄片是铝薄片、云母薄片、无机薄片、有机薄片或它们的组合。
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