CN107206767A - 用于对轮廓施加耐磨性和耐候性涂层的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例涉及合成印刷板以及印刷和涂覆合成板的方法。使用例如喷墨印刷机来印刷合成板，以在板的至少一个面上形成图案。然后固化印刷图案。印刷图案涂覆有透明保护涂层。透明保护涂层的厚度小于500微米。透明保护涂层进一步固化以被硬化和具有耐候性。

Description

用于对轮廓施加耐磨性和耐候性涂层的系统和方法
背景技术
装饰性合成地板(deck)在花园和阳台上组装成地板，近年来在客户和设计师中非常受欢迎。装饰合成地板比木材(木制)地板更耐用并且具有低得多的维护成本(即，不需要抛光、重新涂漆或打蜡)。此外，装饰性合成地板不限于某种木质外观，并且可根据客户或设计者的任何要求设计为具有几乎任何颜色或图案。
合成地板通常由PVC泡沫板组装，与另外的层共挤出。涂层包括改善板的耐磨性、耐环境性和耐冲击性的化合物和部件。涂层进一步包括形成所需图案的消光剂和使板着色的彩色颜料。然而，当前已知的涂层具有有限的环境耐久性，并且具有500μm至800μm的厚度，其约为板的总价格的35％。在地板的板包层(例如，地板的外表面)上的图案的形成通过将所需的颜色包括在涂层(例如盖层)材料中，并且在板的挤压过程期间，纹理的压制通过用压制辊对板的表面施加压力。改变生产线中的板的图案或着色是复杂的，因为它需要停止挤压过程，清洁挤出生产线并用新的涂层材料更换涂层材料。具有图案的地板的板的复制是复杂的，并且先前形成的图案的精确复制几乎是不可能的。
发明内容
本发明的一些方面可以涉及一种涂覆合成地板板的方法。该方法可以包括在预先准备的地板板的顶部上印刷图案并固化图案。在一些实施例中，该方法可以进一步包括在所固化图案的顶部上施加透明保护涂层，其中透明保护涂层的厚度小于500微米并固化透明保护涂层。
本发明的一些另外方面可以涉及合成印刷板，例如装饰合成板。每个印刷板可以包括合成板、以至少180dpi的印刷分辨率直接印刷在合成板上的印刷图案和透明保护涂层。
附图说明
在说明书的结束部分中特别指出并清楚地要求保护被认为是本发明的主题。然而，当与附图一起阅读时，通过参考以下详细描述，可最好地理解关于操作的组织和方法两者，以及本发明的其目的、特征和优点，其中：
图1是根据本发明的一些实施例的用于涂覆合成地板板的示例性系统的框图；
图2是根据本发明的一些实施例的印刷板中的层的示例性示意图的图示；
图3是根据本发明的一些实施例的涂覆合成板的方法的流程图。
应当理解，为了说明的简单和清楚，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可以相对于其他元件被放大。进一步地，在认为适当的情况下，附图标号可在图中重复以指示对应或类似的元件。
具体实施方式
在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、过程和部件，以免模糊本发明。
本发明的一些方面可以涉及涂覆合成板或梁(下文称为板)的系统和方法。与木材板相比，合成板可具有装饰性和功能改进的性质。根据本发明的一些实施例，可以通过在合成板的顶部上印刷印刷图案来实现改进的装饰性能。图案可以通过喷墨印刷机以相对高的分辨率印刷。印刷可以进一步允许在选择待印刷的图案方面的高通用性。实际上，消费者可以选择或挑选要在板上印刷的任何期望的图像。例如，消费者可以选择传统的木材样外观、鹅卵石、草、花的图像，或甚至由相机(例如，与客户相关联的相机)拍摄的照片。高通用性可允许在单个生产过程中产生大量的印刷图案。因此，客户端可以以相同的顺序订购用不同图案所印刷的多个不同的板。
根据本发明的一些实施例，板的改进的功能特性可以包括提高耐用性并简化由板制成的地板的维护。该改进可以通过施加保护性透明涂层以覆盖印刷图案来实现。涂层可以包括耐磨和耐紫外辐射的成分。
合成板(例如，地板板)可以喷涂有基底层，该基底层包括例如用作能量可固化涂层中的反应性单体的丙烯酸类成分。基底层可以使用紫外线(UV)辐射或任何其它合适的方法固化。具有任何可期望的印刷设计(关于颜色和形式)的图案，可使用例如喷墨印刷机在基底层的顶部上印刷。然后可以通过UV辐射固化图案。可以在固化图案的顶部上施加另外的透明保护涂层，以保护合成板及其下面的层不受有害的环境影响，诸如有害的UV辐射和磨损。根据美国材料试验协会(ASTM)G-154，可通过加速老化机测量对UV辐射的抗性作为辐射2500小时的QUV-B辐射的电阻。另外地或另选地，可以根据ISO 4892-2通过暴露于氙机(xenon machine)1000小时来测量对UV辐射的抗性。氙机可以包括发射0.51W/m2/nm的340nm灯。在一些实施例中，保护涂层的厚度可以小于150μm，例如100μm。透明保护涂层可以使用例如UV辐射被固化。
参考图1，其是根据本发明的一些实施例的用于涂覆合成板(例如，地板板)的示例性系统100的高级框图。涂覆系统100可以包括用于预先制备合成板的板预制备装置110(例如，通过在合成板的至少一些侧面上施加基底层)、用于在板的所需侧面的顶部上印刷图案化层的印刷装置120、以及用于在板的至少一些侧面上的下层的顶部上施加透明保护涂层的涂覆装置130。在一些实施例中，系统100可以包括用于输送合成板通过各种施加装置的输送机150。
板预制备装置110可以包括用于在合成板的表面上施加基底层材料的施加单元112、以及用于固化基底层的第一固化单元114。应用单元112可以包括配置成用以施加、沉积、涂覆等的任何系统。基底材料在合成板的表面上。例如，单元112可以是喷涂系统。第一固化系统114可以包括配置成用以固化聚合物基底材料的任何系统，例如包括紫外(UV)辐射源或诸如汞灯或UV发光二极管(LED)的源的系统。
印刷装置120可以包括用于在预先制备的板的至少一些侧面的顶部上印刷图案的印刷单元122、以及用于固化图案层的第二固化单元124。根据一些实施例，印刷单元122可以是用于在预先制备的板的选定表面上在基底层的顶部上印刷图案的喷墨印刷机。喷墨印刷机的使用可以允许在板的所选表面上以任何颜色或颜色组合实际上印刷任何期望的图案，并且容易地从板到板改变印刷图案。可以从数字图像文件或类似文件(例如，存储在与印刷单元132相关联的存储器中的文件)接收要印刷在板上的图案。这可以为客户和设计者提供增强的灵活性以满足他们的需要。它可以允许以先前印刷的高精度和高重复性的任何图案在板上重印，甚至在长时间之后，对通过时间具有最小依赖性或无依赖性。例如，想要更换已经组装的单元中的一个或多个板的客户端，可以通过订购和接收具有基本上相同外观的新制造的板，甚至在原始购买之后几年如此。在一些实施例中，新订购的板可以被稍微修改以匹配剩余(组装)的板，由于风化效应，与原始外观相比，其余的外观可能具有轻微的差异。
第二固化单元124可以包括可以经配置以固化图案的任何系统，例如，包括紫外(UV)辐射源，诸如水银灯或UV发光二极管(LED)的系统。
用于在固化图案的顶部上施加透明保护涂层的涂覆装置130可包括用于施加、沉积、涂覆等第一透明保护涂层的第一涂覆单元132、以及用于固化第一透明保护涂层的第三固化单元134。涂覆单元132可以包括经配置以在板的至少一个面(例如，“外表面或包层的至少一侧”)上施加、沉积、涂覆、喷涂、涂抹等透明保护涂层材料的任何系统。例如，单元132可以是喷涂系统。涂覆单元132可以配置成施加厚度不超过500微米的层，例如不超过400μm，不超过250μm或150μm或更低。第三固化单元134可以包括可以配置成固化透明保护涂层材料的任何系统，例如包括紫外线(UV)辐射源诸如汞灯或UV发光二极管(LED)的系统。
在一些实施例中，涂覆装置130可以进一步包括第二涂覆单元142、以及用于在第一透明保护涂层的顶部上施加第二透明保护涂层的第四固化单元144。第二透明保护涂层可以包括与第一透明保护涂层基本相同的成分，或者可以包括不同的成分。第二涂覆单元142可以包括配置成在板的表面上施加、沉积、涂覆、喷涂、涂抹等保护涂层的任何系统，例如，单元142可以是喷涂系统。第二涂覆单元142可以经配置以施加厚度不超过75μm的层。第四固化系统144可以包括可以配置成固化透明保护涂层材料的任何系统，例如包括紫外线(UV)辐射源诸如汞灯或UV发光二极管(LED)的系统。
在一些实施例中，施加在图案顶部上的保护涂层的总厚度可以不超过150μm，并且可以是例如100μm。在一些实施例中，保护涂层可以通过单个施加装置(例如，单元130)而施加，例如，使得在使用例如基于感光性聚氨酯丙烯酸酯树脂、丙烯酸类单体、催化剂和稳定剂的漆来处理图案之后，具有100μm或更少的厚度的单个涂层可以喷涂在板的表面的顶部上。在一些实施例中，可以使用一个或两个涂覆单元(例如，单元132和单元142)施加两个保护涂层，使得两个涂覆层的总厚度不超过500μm。例如，包括基于聚氨酯丙烯酸酯树脂的漆的第一涂层可以通过第一涂覆单元132施加或设置，达到例如100μm或更小的厚度。第一涂层可以通过第三固化系统134固化。第二涂层可以施加在第一固化涂层的顶部。第二涂层可以包括基于聚氨酯丙烯酸酯树脂或任何其它合适的漆的漆。可以使用达到例如150μm或更小的厚度的第一涂覆单元132或第二涂覆单元142来施加第二涂覆层。根据情况，第二涂层可以进一步通过固化系统134或固化系统144而固化。
在一些实施例中，系统100可以包括用于将合成板从一个施加装置输送到另一个施加装置的输送机150。输送机150可以包括输送带或任何其他输送机构，其配置成将板从一个站输送到另一个站并且允许在板的所有期望表面上施加相应的涂层。在一些实施例中，设备110-130和输送机150中的至少一些可以由控制器(未示出)而控制。根据本发明的一些实施例，控制器可以包括存储器，该存储器包括用于控制合成板涂覆过程的各个方面的软件代码或指令。例如，软件代码可以包括指令，其关于待由设备130施加的每个保护涂层的厚度，待由印刷装置120施加的图案和颜色，待由固化单元等中的每一个将要施加的UV辐射的量和持续时间。控制器进一步可以包括用于执行代码、输入/输出(I/O)单元的处理器，以实现人机交互、程序加载和监视设备的操作。
参考图2，其示出了根据本发明的一些实施例的装饰合成印刷板中的层的示例性示意描述。合成印刷板200可以包括合成板210、图案层220和保护涂层230。合成板210可以包括用于制造板的任何合适的合成材料，例如发泡聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯、聚乙烯，木材聚合物复合材料(WPC)等。如本文所用，合成材料可以是任何人造材料，例如包括聚合物(例如本体聚合物和/或复合材料)的人造材料。用于装饰性地板的示例性合成板210的尺寸可以是：长度为1000mm至6000mm、宽度为140mm，厚度为25mm。合成板210可以由具有各种颜色(例如，棕色、灰色或白色)的聚合物制成。显然，根据涂层系统诸如图1的涂层系统100的尺寸，可以处理合成板200的其它尺寸。
合成板210可以进一步涂覆有基底层215，基底层215可以包括适于形成用于印刷图案层的基底层的任何材料，同时对合成板具有良好的粘附性。如本文所用，层和基底材料之间的良好粘附性由在涂层基底材料的长使用期间该层与基底材料保持接触的能力而限定。例如，在地板的使用时间期间，例如在洗涤地板、在地板上行走、地板暴露于恶劣天气等等的至少25年期间，基底层可以保持与合成板接触。基底层215可以包括底层涂料层以增强印刷图案和合成板之间的粘附性。另外基底层215可以包括白色层(或任何其它浅色层)以形成用于印刷图案的良好视觉基底。例如，当合成板由灰色或棕色PVC制造时，可能需要添加白色层。示例性基底材料可以包括：用作能量可固化涂料中的反应性单体的丙烯酸添加剂。基底层可以具有不超过40μm的厚度。
可以使用喷墨印刷系统将图案220印刷在基底层210的顶部上。图案220可以以至少180dpi的分辨率印刷。图案220可以包括至少一种颜色。颜色可以由已知的颜料制成。图案220可以根据预定图案印刷，可由客户选择。客户可以在销售地板板的服务站处从作为数字图像文件存储在数据库中的各种图案中选择期望的图案。另选地，客户可以提供包括要在合成印刷板上印刷的期望图案的数字图像文件。在一些实施例中，印刷图案220可以包括两种或更多种颜色。另选地，印刷图案220可以仅包括要被印刷在基于层215(例如，白色基底层)上的一种颜色(例如，黑色)以形成例如具有至少180dpi的分辨率的黑白图案。
例如，图案220可以包括木材状纹理，其可以给出合成地板是木地板的印象。另选地，图案可以是除了木材状纹理之外的，使用各种颜色如蓝色、绿色、粉红色、灰色等。在又一个示例中，图案可以包括石头状纹理(例如“卵石”)，使得合成地板由石头瓦制成的印象。图案层可以具有不超过20μm的厚度，例如10μm至8μm。
保护性透明涂层230可以包括可以为印刷板提供保护以免受有害环境影响的任何材料或漆。涂层230可以包括基于聚氨酯丙烯酸酯树脂等的漆。涂层230可以具有不超过500μm的厚度，例如400μm至100μm。在一些实施例中，涂层230可以包括或施加为两个涂层，第一保护涂层和第二保护涂层，使得两个涂层的总厚度不大于500μm、250μm、100μm或更少。在一些实施例中，两个涂层可以包括相同的漆，例如基于聚氨酯丙烯酸酯树脂的漆。另选地，两个涂层可以包括不同的漆。例如，第一涂层可以包括可以具有例如50μm的厚度的第一漆，并且包括第二漆的第二涂层可以具有例如40μm的厚度。在一些实施例中，具有两个或更多个涂层(例如，三个涂层、四个涂层等)可以允许用较厚的涂层涂覆合成板或提供更好的耐久性。例如，如果两个或更多个涂层中的外涂层被损坏，则其它层仍然可以保护合成板。
透明保护涂层230可以保护印刷的合成板免受诸如太阳辐射的有害的UV辐射。涂层230根据ASTM G-154要求可以具有UV保护水平，当涂层通过加速老化机暴露于2500小时的QUV-B时。透明保护涂层230可以进一步提供改善的耐磨性和耐刮擦性。
耐刮擦性可以在0.3m/min下具有至少2kg的耐刮擦性。表1总结了在根据本发明的一些实施例制造的五(5)个涂覆板的检查期间，与未涂覆板相比所获得的耐刮擦性结果。使用装载有0.5kg至2.5kg并且以0.3m/min在每个板的表面的纵向方向和横向方向移动的尖端来刮擦样品。板用基于聚氨酯丙烯酸酯的涂料涂覆，并且使用各种UV辐射源在不同波长下固化。表中包括的值是观察到划痕的负载。
表格1：
样品 LED固化设计 横向(kg) 纵向(kg)
涂覆和印刷的板 365nm(4w/cm2) 2.5 2.0
涂覆和印刷的板 395nm(16w/cm2) 未看出 2.5
涂覆和印刷的板 395+365nm 2.5 2.0
涂覆和印刷的板 365+395nm 2.0 1.5
涂覆和印刷的板 UV(F600S) 2.0 2.0
未涂覆的板 未涂覆的样品 0.5 0.5
可以看出，与印刷和涂覆的样品相比，未涂覆的板具有较差的抗划伤性，并且已经在负载为0.5Kg的测试中观察到刮痕，其中需要至少1.5Kg至2.5Kg以在板上获得观察到的划痕。
在涂覆的和印刷的板上进行的另外的耐刮擦性测试中获得了更好的结果。使用尖端刮擦样品装载0.5kg至5kg，并在每个板的表面的纵向和横向方向上以0.3m/min移动。板用基于聚氨酯丙烯酸酯的涂层涂覆并使用各种波长的各种UV辐射源固化。
表2总结了第二次试验的耐刮擦性结果。
表格2：
样品 UV固化设计 横向(kg) 纵向(kg)
固化和印刷的板 240nm至420nm 5.0 4.0
未涂覆的板 未涂覆的样品 0.5 0.5
涂覆的和印刷的板具有优异的性能，需要至少4kg以在板上获得观察到的划痕。
现在参考图3，其描绘了根据本发明的一些实施例的涂覆合成板(例如板210)的方法的流程图。图3的方法可以由系统100或适于执行类似于系统100的方法的其它合适的材料沉积系统来执行。在框300中，该方法可以包括预先制备合成板。预备阶段可以包括清洁合成板，例如PVC板、聚丙烯板、聚乙烯板和木材聚合物复合材料(WPC)板。预备阶段进一步可以包括在合成板的至少一个表面的顶部上施加基底层。在一些实施例中，施加基底层可以包括使用例如单元112将基底层喷涂在板的表面上。
基底层可以包括底层涂料层以增强印刷图案对合成板的粘附性。在一些实施例中，基底层可以包括底层涂料层和白色底色。示例性基底层可以包括用作能量可固化涂层材料中的反应性单体的丙烯酸类添加剂。预备步骤可以进一步包括固化基底层。可以使用UV辐射，例如通过固化系统114固化基底层。例如，对于具有用作能量可固化涂层中的反应性单体的丙烯酸类添加剂的基底材料，当板以1m/min的速度传送时，固化是通过使用具有360nm至420nm波长的UV辐射，以至少2W/cm2强度照射至少1分钟。该工艺可以使基底层具有所需的特性。
在框310中，该方法可以包括在预先制备的板的顶部上印刷图案。可以使用例如喷墨印刷机(例如，印刷单元122)来印刷图案。可以以至少180dpi(例如240dpi、360dpi等)的分辨率印刷图案。可以根据预定的期望设计使用两种或更多种颜料印刷图案层。在一些实施例中，图案可以包括至少两种或更多种不同的颜色。在一些实施例中，可以仅使用印刷在基底层(例如，白色基底层)上的一种颜色(例如“黑色”)来印刷图案，以形成例如黑白图案和至少180dpi的分辨率。
可以从数字图像文件(例如，具有TIF、JPG或任何其它合适的数字图像格式)接收要印刷在合成板上的图案。在一些实施例中，该方法进一步可以包括选择要印刷在板上的任何图案。该图案可以从任何期望的数据库中选择。用户可以从存储在与系统100相关联的数据库中的图案的集合或图库中选择任何图案。另选地，用户(例如，客户端、系统100的操作者等)可以选择存储在任何其他数据库，例如，由客户端使用相机捕获的图像，由用户从互联网数据库上传的图像，由专业人员(例如，由室内设计者)为客户端创建的图像等。
在框320中，该方法可以包括固化图案层。可以使用例如固化单元124通过UV辐射固化图案。如本文所使用的，固化可以包括聚合物链的交联以稳定和硬化聚合物。
在框330中，该方法可以包括在固化的图案层的顶部上施加透明保护涂层。透明保护涂层可以通过使用例如涂覆单元132通过喷涂、涂抹等来涂覆漆，例如基于聚氨酯丙烯酸酯树脂的漆。该透明保护涂层的厚度可以是不超过150μm。在一些实施例中，透明保护涂层的厚度可以不超过75μm。当透明保护涂层通过加速老化机暴露于2500小时的QUV-B辐射时，透明保护涂层可以具有根据ASTM G-154要求的环境保护水平。在框340中，该方法可以包括使用例如固化系统134通过UV辐射固化透明保护涂层。
在框350中，该方法可以包括在已固化的保护涂层的顶部施加另外的透明保护涂层。另外的保护涂层可以通过使用例如涂覆单元132或涂覆单元142通过喷涂、涂抹等施加漆。另外的透明保护涂层的漆可以相同或可以是不同于已经固化的保护涂层的漆。在一些实施例中，另外透明保护涂层的厚度可以不超过75μm。在框360中，该方法可以包括使用例如固化系统134或固化系统144通过UV辐射固化第二透明保护涂层。在一些实施例中，该方法可以包括施加多于两个(例如，三个、四个或更多个)涂层，并且在施加另外涂层之前固化每个涂层。
虽然在本文已经说明并描述了本发明的某些特征，本领域技术人员将想到许多修改、替换、改变和等同物。因此，所附权利要求旨在覆盖属于本发明的真实精神内的所有此类修改和改变。

Claims (24)

1.一种涂覆合成板的方法，包括：
在预先制备的板的顶部上印刷图案；
固化所述图案；
在固化的所述图案的顶部上施加透明保护涂层，其中，所述透明保护涂层的厚度小于500微米；以及
固化所述透明保护涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过喷墨印刷来印刷所述图案。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，以至少180dpi的分辨率印刷所述图案。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从数字图像文件接收待在所述板上印刷的所述图案。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述图案包括至少两种不同的颜色。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括选择待在所述板上印刷的任何所述图案。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括选择待在所述板上印刷的所述图案，所述图案选自任何期望的图案数据库。
8.前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述透明保护涂层具有小于500微米的厚度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述保护涂层用于防止根据ISO4892-2在1000小时期间由氙机所测量的来自太阳的有害紫外辐射。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，施加所述透明保护涂层和固化所述透明保护涂层包括：
在固化的所述图案的顶部上施加第一材料的第一透明保护涂层，其中，所述第一透明保护涂层的厚度小于250微米；
固化所述第一透明保护涂层；
在所述第一透明保护涂层的顶部施加第二材料的第二透明保护涂层，
其中，所述第二透明保护涂层的厚度小于250微米；并且
固化所述第二透明保护涂层。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一材料与所述第二材料基本相同。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述预先制备的板包括涂覆有固化的基底层的合成板。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述基底层包括固化的底层涂料。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述基底层进一步包括固化的白色底色。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过暴露于紫外(UV)光来进行固化。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述合成板是以下板中的至少一种：PVC板、聚丙烯板、聚乙烯板以及木聚合物复合材料(WPC)板。
17.一种合成印刷板，包括：
合成板；
印刷图案，以至少为180dpi的印刷分辨率直接印刷在所述合成板上；以及
透明保护涂层。
18.根据权利要求17所述的合成印刷板，其中，所述合成板涂覆有白色层。
19.根据权利要求17或18所述的合成印刷板，其中，所述合成板涂覆有底层涂料层。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的合成印刷板，其中，所述图案包括至少两种不同的颜色。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的合成印刷板，其中，所述透明保护涂层具有小于500微米的厚度。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的合成印刷板，其中，所述保护涂层用于防止根据ISO 4892-2在1000小时期间由氙机所测量的来自太阳的有害紫外辐射。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的合成印刷板，其中，所述保护涂层包括第一保护涂层和第二保护涂层。
24.根据权利要求17至23中任一项所述的合成印刷板，其中，所述图案能由客户选择。
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