CN111936587A - 用于铝和玻璃的外部涂层 - Google Patents

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Abstract

本文描述了一种用于涂覆到钢化玻璃或涂有底漆的金属表面的单涂层体系和涂料组合物。该涂层包含分散的含氟聚合物树脂组合物和粘合促进剂。固化后，单涂层体系满足高性能外部涂层体系的规范。

Description

用于铝和玻璃的外部涂层
发明背景
为耐久外部使用而涂布基材的各种方法是已知的。一种涂布方法包括用热塑性材料挤出涂布通常为金属基材的基材。这种挤出涂布的制品可广泛用于多种应用中，包括例如用作外部建筑产品、建筑材料、屋顶、家具等。挤出涂布也可用于专门的应用中，例如在太阳能电池板上。
太阳能电池板，也称为太阳能收集装置，通常包括用于一种或多种光伏电池或材料的玻璃壳体。玻璃壳体通常被装载或放置在机械结构或框架中。常规地，框架由金属制成，通常为铝，其上涂覆有底漆。
为了增加太阳能电池板的外部耐久性，常规的是用满足高性能外部涂层的工业标准(例如AAMA 2605规范)的涂层涂覆玻璃和金属表面。通常，将一种特定类型的涂层涂覆到玻璃表面，并将不同的涂层涂覆到涂有底漆的铝表面。这导致涂布太阳能电池板的材料成本增加和时间消耗增加。
此外，可能由于玻璃表面的污染，涂覆到太阳能电池板的玻璃表面的一些涂层表现出差的粘附性。在涂覆保护性涂层之前用异丙醇去除此类污染物的常规尝试并不一定会去除所有污染物，从而导致涂层粘附性差，可能无法满足高性能外部涂层的要求。
因此，需要一种既可以涂覆于玻璃表面也可以涂覆于金属表面并且在用作高性能外部涂层时表现出最佳性能的涂层体系，以及涂覆这种有效地从待涂的表面去除污染物的涂层的方法。
附图简要说明
图1描绘了作为太阳能电池板组件的一部分的光伏电池以及安装在屋顶上的太阳能电池板组件的图形表示。
概述
本说明书提供了一种单涂层体系，其包含基材、分散的含氟聚合物树脂组合物和粘合促进剂。在一个实施方式中，本文所述的单涂层体系是高性能外部涂层体系。
在另一个实施方式中，本说明书提供了包含分散的含氟聚合物树脂组合物的涂料组合物。所述树脂组合物包含至少一种树脂组分，基于组合物的总重量，所述树脂组分包含至少约10重量％的聚偏二氟乙烯单元。该树脂组合物还包含至少一种有机溶剂和至少一种氨基官能交联剂。除树脂组合物外，涂料组合物还包含粘合促进剂。
在另一个实施方式中，本文提供了一种方法，该方法包括以下步骤：提供基材，并在基材上涂覆包含分散的含氟聚合物树脂组合物的涂料组合物。所述树脂组合物包含至少一种树脂组分，基于组合物的总重量，所述树脂组分包含至少约10重量％的聚偏二氟乙烯单元。该树脂组合物还包含至少一种有机溶剂和至少一种氨基官能交联剂。除树脂组合物外，涂料组合物还包含粘合促进剂。该方法还包括以下步骤：将涂覆到基材上的涂层在至少230℃的温度下烘烤至少10分钟，以获得满足高性能外部涂层体系规范的固化膜。
在另外一个实施方式中，本说明书提供了一种经涂布制品。该制品包含其上设置有固化膜的基材。固化膜由包含分散的含氟聚合物树脂组合物的涂料组合物获得。所述树脂组合物包括至少一种树脂组分，基于组合物的总重量，所述树脂组分包含至少约10重量％的聚偏二氟乙烯单元。该树脂组合物还包含至少一种有机溶剂和至少一种氨基官能交联剂。除树脂组合物外，涂料组合物还包含粘合促进剂。其上设置有固化涂层的经涂布制品满足高性能外部涂层体系的规范。
在附图和/或以下描述中阐述了本发明的一个或多个实施方式的细节。从说明书和/或附图以及从权利要求书中，本发明的其他特征、目的和优点将显而易见。
选择的定义
除非另外指明，本文中使用的如下术语具有下文提供的含义。
如本文所用，术语“有机基团”是指被分类为脂族基团、环状基团或脂族基团和环状基团(例如，烷芳基和芳烷基)的组合的烃基团(具有除碳和氢以外的可选元素，例如氧、氮、硫和硅)。术语“脂族基团”是指饱和或不饱和的直链或支链烃基。例如，该术语用于涵盖烷基、烯基和炔基。术语“烷基”是指饱和的直链或支链烃基，包括例如甲基、乙基、异丙基、叔丁基、庚基、十二烷基、十八烷基、戊基、2-乙基己基等。术语“烯基”是指具有一个或多个碳-碳双键的不饱和、直链或支链的烃基，例如乙烯基。术语“炔基”是指具有一个或多个碳-碳三键的不饱和、直链或支链的烃基。术语“环状基团”是指被分类为脂环族基团或芳族基团的闭环烃基，脂环族基团和芳族基团两者均可以包括杂原子。术语“脂环族基团”是指具有类似于脂族基团的性质的环状烃基。术语“Ar”是指二价芳基(即亚芳基)，是指封闭的芳族环或环体系，例如亚苯基、亚萘基、亚联苯基、亚芴基和茚基，以及亚杂芳基基团(即，环中的一个或多个原子是除碳以外的元素(例如氮、氧、硫等)的闭环烃)。适合的杂芳基基团包括呋喃基、噻吩基、吡啶基、喹啉基、异喹啉基、吲哚基、异吲哚基、三唑基、吡咯基、四唑基、咪唑基、吡唑基、噁唑基、噻唑基、苯并呋喃基、苯并苯硫基、咔唑基、苯并噁唑基、嘧啶基、苯并咪唑基、喹喔啉基、苯并噻唑基、萘啶基、异噁唑基、异噻唑基、嘌呤基、喹唑啉基、吡嗪基、1-氧桥吡啶基、哒嗪基、三嗪基、四嗪基、噁二唑基、噻二唑基等。当这些基团是二价时，通常将它们称为“亚杂芳基”基团(例如，亚呋喃基、亚吡啶基等)。
可以相同或不同的基团被称作“独立地”为某物。在本发明化合物的有机基团上的取代也是预期的。为了简化本申请通篇中使用的某些术语的讨论和陈述，术语“基团”和“片段”被用于区分允许取代或可以被取代的化学实体与不允许取代或不可被取代的化学实体。因此，使用术语“基团”描述化学取代基时，所描述的化学材料包括未经取代的基团和下述基团，所述基团例如在链中具有O、N、Si或S原子(如在烷氧基中)以及具有羰基或其他常规取代。使用术语“片段”描述化合物或取代基时，仅旨在包括未经取代的化学材料。例如，短语“烷基基团”旨在不仅包括纯开链饱和烃烷基取代基(例如甲基、乙基、丙基、叔丁基等等)，而且包括还带有本领域已知的其他取代基(例如羟基、烷氧基、烷基磺酰基、卤素原子、氰基、硝基、氨基、羧基等等)的烷基取代基。因此，“烷基基团”包括醚基、卤代烷基、硝基烷基、羧基烷基、羟基烷基、磺基烷基等等。另一方面，短语“烷基片段”仅限于包括纯开链饱和烃烷基取代基，例如甲基、乙基、丙基、叔丁基等等。
术语“组分”是指包括特定特征或结构的任何化合物。组分的实例包括化合物、单体、低聚物、聚合物、树脂和其中包含的有机基团。
术语“交联剂”是指能够在聚合物之间或同一聚合物的两个不同区域之间，或在一个或多个聚合物或聚合物的不同区域与给定基材之间形成共价键的分子。
当在自交联聚合物的上下文中使用时，术语“自交联”是指在不存在外部交联剂的情况下聚合物与其自身和/或另一分子的聚合物进行交联反应来在其之间形成共价键的能力。通常，该交联反应通过自交联聚合物本身或两个独立分子的自交联聚合物上存在的互补反应性官能团的反应而发生。
当在分散性聚合物的上下文中，术语“分散体”是指分散性聚合物和载剂的混合物。术语“分散体”意欲包括术语“溶液”。
术语“热塑性”是指在充分加热时熔化并改变形状并在充分冷却时硬化的材料。这样的材料通常能够经受反复的熔化和硬化而不会表现出明显的化学变化。相反，“热固性”是指交联且不“熔化”的材料。
除非另有说明，否则提及“(甲基)丙烯酸酯”化合物(其中“甲基”被加括号)意在包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯化合物。
术语“多元羧酸”包括多元羧酸及其酸酐。
当在涂覆在表面或基材上的涂层的上下文中使用时，术语“在……上”包括涂层直接或间接涂覆于表面或基材上。因此，例如，涂覆于位于基材上的底漆层的涂层构成涂覆在该基材上的涂层。
术语“挥发性有机化合物”(“VOC”)是指参与大气光化学反应的任何碳化合物，除了一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金属碳化物或碳酸盐以及碳酸铵之外。通常，挥发性有机化合物的蒸气压等于或大于0.1mm Hg。如本文所用，“挥发性有机化合物含量”(“VOC含量”)是指每体积涂料固体的VOC的重量，并且例如以千克(kg)每升VOC的形式报告。
除非另外指明，术语“聚合物”包括均聚物和共聚物(即两种或更多种不同单体的聚合物)。
在说明书和权利要求书中出现的术语“包含”及其变体时，这些术语没有限制性含义。
术语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些有益效果的本发明的实施方式。然而，在相同情况或其它情况下，其它实施方式也可以是优选的。此外，一个或多个优选实施方式的表述并不意味着其它实施方式不可用，并且并非意图将其它实施方式排除在本发明的范围之外。
当在本文中使用时，不使用数量词、“一种(a，an)”、“该(the)”、“至少一种”和“一种或多种”可互换使用。因此，例如，包含“一种”添加剂的涂料组合物可理解为是指该涂料组合物包含“一种或多种”添加剂。
另外在本文，通过端点表述的数值范围包括该范围内的所有数值(例如，1-5包含1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。此外，一个范围的公开包括较宽范围内包括的所有子范围的公开(例如1至5公开了1至4、1.5至4.5、1至2等)。
详细描述
本说明书提供了一种单涂层体系，该单涂层体系用于包括金属(例如，涂有底漆的金属)、玻璃(例如，钢化玻璃等)在内的各种基材。该体系包含分散的含氟聚合物树脂组合物和粘合促进剂。一方面，本文所述的单涂层体系满足高性能外部涂层的规范，优选满足AAMA 2605规范(Voluntary Specification,Performance Requirements and TestProcedures for Superior Performing Organic Coatings on Aluminum Extrusionsand Panes(在铝型材和板材上的具有优异性能的有机涂层的自愿性规范、性能要求和测试程序))。满足AAMA 2605规范的涂层体系表现出出色的耐湿性、耐变色性、耐光泽度下降、耐粉化性和耐化学品性。
在一个实施方式中，本说明书提供了一种涂料组合物。该涂料组合物包含分散的含氟聚合物树脂组合物。含氟聚合物树脂组合物至少包含含氟聚合物分散体，即含氟聚合物树脂颗粒在有机溶剂(如非芳族酮或酯)中的分散体。如果树脂粒度太大，则分散体可能会遇到稳定性问题。通常，平均粒度为约1至约15微米，优选约2至约8微米。通常，本发明的组合物包含至少约10重量％、20重量％、30重量％，优选至少约35重量％，更优选约40至50重量％的基于偏二氟乙烯的聚合物(基于涂料组合物的总重量)。基于偏二氟乙烯的聚合物通常占组合物中存在的树脂固体的至少约50重量％，优选至少约60重量％，更优选70重量％。
本组合物的优选形式包含约35至45重量％的树脂固体，该树脂固体包含至少约50重量％的PVDF，优选约70重量％的PVDF，和至少约10重量％的热塑性丙烯酸类聚合物，优选约30重量％的热塑性丙烯酸类聚合物。更优选地，涂料组合物包含约65至72重量％的PVDF和约10至约28重量％的热塑性丙烯酸类聚合物，例如一种或多种甲基丙烯酸低级烷基(C1-C6烷基)酯和/或一种或多种丙烯酸低级烷基酯的共聚物。在一个优选的方面，在涂料组合物必须满足AAMA 2605规范的情况下，该组合物包含至少70重量％的PVDF、但不超过72重量％的PVDF，和至少15重量％的丙烯酸类聚合物、但不超过30重量％的丙烯酸类聚合物。包含超过30重量％的热塑性丙烯酸类聚合物的涂料组合物将不会具有高性能外部涂层所需的抗紫外线(UV)或防潮性能。
几种不同的成膜含氟聚合物可用于本发明中，例如聚偏二氟乙烯和各种偏二氟乙烯共聚物。成膜含氟聚合物树脂通常包括Mw为约400000至约500000、Mw/Mn比为约2.5至约4.0的PVDF。更优选地，聚偏二氟乙烯的Mw为约420000至约480000，Mw/Mn比为约2.4至约3.4，和/或熔点为约150至约170℃。特别适合用于本发明组合物中的可商购聚偏二氟乙烯的一个示例是FLUROPON(可从Sherwin Williams获得)。
尽管在一些实施方式中，可以使用包含至少约75重量％，优选90重量％或更多的偏二氟乙烯单体单元的偏二氟乙烯共聚物，但是本文所述的组合物中的成膜含氟聚合物优选包含100％的偏二氟乙烯单体，即含氟聚合物优选是偏二氟乙烯单体的均聚物。通常，用于形成本文所述的氟化疏水均聚物的所有单体均包含两个与碳-碳双键的碳原子共价键合的氟原子。这种排布可以表示为F2C＝CH2。在不限于理论的情况下，据信没有其他分子排布会产生具有与本文所述的高性能外部涂层所需的等效性能的聚合物。
在一个实施方式中，本说明书包含含氟聚合物分散体，即含氟聚合物树脂颗粒在有机溶剂中的分散体，术语“溶剂”在本文中是指潜在溶剂和非溶剂的组合。多种有机溶剂可用于配制本发明的含氟聚合物分散体。有机溶剂通常充当含氟聚合物的潜在溶剂；也就是说，含氟聚合物在室温下基本上不溶并分散在溶剂中，但是当加热组合物时变得溶剂化或溶解在溶剂中。溶剂通常占组合物的约25至约70重量％，优选约40至约60重量％。在不限于理论的情况下，据信对于本文所述的喷涂应用，合适的PVDF分散体不能合理地包含少于约40重量％的组合物。
优选地，本文所述的溶剂组分既包括潜在溶剂又包括非溶剂。可用于本发明的合适溶剂包括芳族溶剂、非芳族溶剂、醇、酮、酮-醇、二醇醚(例如丙二醇、丁二醇等)、甘油醚乙酸酯(例如丙二醇、丁二醇等)及其混合物或组合。合适的非溶剂包括增塑剂，例如邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯(TXIB)等，以及它们的混合物或组合。
优选地，对于本文所述的组合物，酮(芳族或非芳族)、羟基官能溶剂和其他极性溶剂的量非常低，即，这些溶剂仅构成由溶剂组成的组合物的至少40重量％的一小部分。在不限于理论的情况下，据信酮、羟基官能溶剂等由于其极性而对组合物的涂覆特性具有不利影响。因此，在一个实施方式中，由溶剂组成的组合物的至少40重量％中的大部分包括芳族溶剂、乙二醇醚乙酸酯和增塑剂，以及它们的混合物或组合。
在一个实施方式中，本说明书包括含氟聚合物分散体，其可包含附加的聚合物组分以及含氟聚合物颗粒。为了提高所得固化膜的硬度和粘附性，本文所述的组合物可包含例如羟基官能聚合物，例如但不限于羟基丙烯酸类聚合物。包含羟基官能聚合物的那些涂料组合物通常还包含固化剂，例如氨基塑料树脂。
羟基官能聚合物易于广泛变化，并且通常是单烯键式单体的溶剂可溶性共聚物，基于组合物中树脂固体的重量，其包含约10重量％至约30重量％的，优选20-27重量％的羟基官能单体。羟基官能团通常是共聚物中唯一的反应性基团，尽管少量的羧酸官能团是允许的，但不是必需的。
可以使用各种羟基官能单体，但是优选使用单羧酸(例如丙烯酸或甲基丙烯酸)的羟烷基酯。所考虑的烷基主要是含有1-4个碳原子的烷基，并以甲基、乙基、丙基或丁基为例，但是也可以使用具有至多12个碳的醇的酯。优选的羟基官能单体包括丙烯酸2-羟乙酯或甲基丙烯酸2-羟乙酯。羟基烷基醚，例如烷基醇的羟乙基醚，也是可用的。
羟基官能共聚物可通过单烯键式不饱和单体的混合物的自由基聚合来制备，所述单烯键式不饱和单体包括所需比例的丙烯酸羟烷基酯或甲基丙烯酸羟烷基酯。其他单体优选为丙烯酸、甲基丙烯酸，或更优选为甲基丙烯酸甲酯。最优选地，非羟基单体包含至少约50％的甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯和/或丙烯酸乙酯。单体混合物中还可以包含少量(例如约1-2重量％)的羧酸，如丙烯酸或甲基丙烯酸。羟基共聚物的优选用量为组合物的约1至约15重量％，更优选约2至约10重量％。
在一个优选的方面，在涂料组合物必须满足AAMA 2605规范的情况下，该组合物包含约30重量％的丙烯酸类组分，以及至少70重量％的PVDF。也就是说，PVDF与丙烯酸类的比例必须为70:30。在一个实施方式中，本文所述的组合物是热固性组合物，其中载剂还包含固化剂或交联剂，因此，PVDF与丙烯酸类与固化剂的比例为70：27：3。
在一个实施方式中，本说明书包含含氟聚合物分散体，即，含氟聚合物树脂颗粒在有机溶剂中的分散体，以及至少一种交联剂。那些包含羟基官能聚合物的涂料组合物通常还包含固化剂，例如氨基塑料树脂。
通常将氨基塑料树脂以足以固化羟基官能聚合物的量加入组合物中。羟基官能聚合物与氨基塑料树脂的重量比通常为约2：1至约10：1，优选约3：1至约6：1至约9：1。氨基塑料树脂基于醛(优选甲醛)与带有氨基或酰胺基的物质的加成产物。合适的氨基塑料树脂的例子包括由醇和甲醛与三聚氰胺、脲或苯并胍胺反应得到的缩合产物。这些缩合产物可以是单体的或聚合的。也可以使用其他胺和酰胺的缩合产物，例如三嗪、二嗪、三唑、胍(guanadines)、胍胺以及烷基取代的和芳基取代的三聚氰胺的醛缩合物。这样的化合物的一些实例是N,N’-二甲基脲、苯并脲、双氰胺、甲胍胺、乙酰胍胺、甘脲、三聚氰酸二酰胺(ammelin)、2-氯-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪、6-甲基-2,4-二氨基-1,3,5-三嗪、3,5-二氨基三唑、三氨基嘧啶、2-巯基-4,6-二氨基嘧啶、3,4,6-三(乙基氨基)-1,3,5-三嗪等。尽管所用的醛最通常是甲醛，但其他类似的缩合产物也可以由其他醛制得，例如乙醛、巴豆醛、丙烯醛、苯甲醛、糠醛、乙二醛等。
优选的氨基塑料固化剂仅仅是与胺(优选三聚氰胺)的甲醛缩合物，以提供热硬化的羟甲基官能树脂。尽管许多氨基塑料树脂广泛使用，例如脲甲醛缩合物和苯并胍胺甲醛缩合物，但优选氨基塑料树脂是其中烷氧基含有1-4个碳原子的聚烷氧基烷基三聚氰胺树脂。适当的三聚氰胺-甲醛缩合物可容易地在商业上获得，并且众所周知，其通常用低级醇醚化以用于有机溶剂溶液中。合适的氨基塑料固化剂的实例包括醚化的三聚氰胺-甲醛缩合物作为在有机溶剂中的溶液。这种氨基塑料固化剂的可商购实例包括CYMEL系列试剂(Cytec)，例如但不限于CYMEL 303，CYMEL 327等。氨基塑料树脂通常以树脂固体总量的0.1至10重量％存在，优选以树脂固体总量的0.2-3.0重量％存在。在一个优选的方面，氨基塑料树脂以足以确保分散的含氟聚合物组合物为热固性体系的量使用。在另一方面，当本文所述的涂料组合物旨在用于涂覆玻璃以及金属基材时，控制氨基塑料树脂的量以防止固化剂与基材反应，即，其量不超过树脂固体总量的10重量％，优选不超过6重量％，更优选不超过3重量％。
虽然氨基塑料树脂优选用于固化羟基官能共聚物，但是也可以使用任何与羟基官能团反应性的固化剂，例如酚醛塑料树脂或封端的多异氰酸酯。合适的封端异氰酸酯固化剂包括被甲基乙基酮肟封端的异佛尔酮二异氰酸酯或辛醇封端的2,4-甲苯二异氰酸酯。封端的异氰酸酯固化剂的种类是众所周知的，并且众所周知，当烘烤引起封端的异氰酸酯基解离并变得活性时，这些试剂通过在涂料组合物上形成具有羟基官能团的氨基甲酸酯基团来实现固化。
在一个实施方式中，本文所述的单涂层体系包含粘合促进剂。粘合促进剂包括添加到分散的含氟聚合物组分中以与基材和先前施加的涂层二者形成主要的键，从而将基材和涂层锚固在一起的任何组分，其特定目的是改善干粘附性或湿粘附性，或两者。用于本文所述的单涂层体系的合适的粘合促进剂包括但不限于有机官能硅烷、氨基官能硅烷、卤代硅烷、硅氮烷或其组合。在一个优选的方面，一种或多种有机官能硅烷，或其混合物或组合。
在一个优选的方面，本文所述的涂料体系中使用的粘合促进剂是有机官能的硅烷，优选具有环氧官能团的有机官能的硅烷，更优选具有环氧官能团的三甲氧基硅烷或三甲氧基硅氧烷。这样的粘合促进剂可以被封装，并且合适的各种封装的环氧官能的硅烷可以被发现为石英填充的环氧密封剂、预混合制剂、沙填充的环氧混凝土修补材料、金属填充的环氧材料等。商业实例包括SILQUEST粘合促进剂系列(Momentive)，包括但不限于SILQUEST A136、A187、A1100等，以及它们的混合物或组合。
在一个实施方式中，粘合促进剂的存在量足以确保涂层对基材的最佳粘附，并且如果将本文所述的涂层直接施加于基材，则存在量足以确保本文所述的涂层对任何随后施加的涂层的适当粘附。粘合促进剂通常以树脂固体总量的0.05至2.5重量％的量存在，优选以树脂固体总量的0.1至2.0重量％的量存在。
本发明的组合物可以是透明的(基本上没有颜色)，其中它们被设计用作各种基材上的保护性面漆，所述基材包括但不限于玻璃(优选为钢化玻璃)、金属(优选为涂有底漆的金属)等。在某些实施方式中，本文所述的组合物可包含颜料。颜料负载量将取决于许多因素，包括所需的不透明度、颜色和耐化学性。本发明组合物的典型的着色形式包含约5至约25重量％、优选约10至约20重量％的一种或多种颜料。
本文所述的组合物可包含一种或多种另外的组分或添加剂。常规的添加剂，包括表面活性剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂和稳定剂、流变控制剂、聚结剂等，也可以添加到本发明的涂料组合物中。
可以通过常规方法制备本发明的涂料组合物。例如，可以通过使用高速分散器和研磨设备(例如小型介质研磨机)将各种组分混合来制备涂料组合物。例如，在本文所述的组合物中，将PVDF树脂组分、颜料中间体(包括白色颜料中间体)、着色剂中间体等组合，然后与丙烯酸类树脂组分、交联剂、粘合促进剂、溶剂和/或任何其他添加剂混合。
本发明还提供一种涂布金属基材的方法，以在基材的至少一个表面上提供坚韧的弹性膜。该方法包括将上述基于氟碳聚合物的涂料组合物涂覆到金属表面上以形成基于偏二氟乙烯的树脂膜，并且加热经涂布的基材以形成粘附至基材表面的固化膜。
各种基材可以与本文所述的涂料组合物一起使用。一方面，本文所述的合适的基材必须能够承受固化本文所述的含氟聚合物树脂所需的高烘烤温度。因此，在某些实施方式中，基材是玻璃，优选是在涂布之前已经清洗过的钢化玻璃，或者是金属，优选是已经在其上涂覆有底漆涂层的铝。在一个优选的方面，基材是由钢化玻璃、涂有底漆的铝和/或其组合制成的太阳能电池板的至少一部分。
常规地，如图1A和1B所示，太阳能电池板包括玻璃表面以及涂有底漆的金属表面。图1A示出了具有玻璃表面的光伏电池的示意图，该玻璃表面被放置在由涂有底漆的铝(未示出)制成的框架中以形成太阳能电池板组件。然后将该组件安装在屋顶上，如图1B所示。
为了使整个太阳能电池板满足工业规范(例如，例如AAMA 2605规范)，必须用不同的涂料组合物来涂布玻璃表面和金属表面。这增加了有效涂布太阳能电池板所需的时间和资源。已经使用了涂覆在涂有底漆的金属表面上并且还显示出对玻璃表面粘附力的粘接涂料(Tiecoat)组合物，但是这种涂料并不总是满足AAMA 2605规范的严格要求。
令人惊讶地，并且与工业中的偏见/偏向相反，本文所述的涂料组合物在涂覆于太阳能电池板的钢化玻璃表面和涂有底漆的铝表面两者时均显示最佳的粘附性和性能特征，并且还满足AAMA 2605规范。通过适当的架构(racking)和工艺设计，还可以同时涂布太阳能电池板的玻璃和金属表面，从而减少时间和材料成本。
可以使用各种公知技术将涂料组合物涂覆到基材表面。例如，可通过本领域已知的常规方法将组合物喷涂到基材表面上。在涂覆本发明的涂料组合物之前，金属表面通常涂布有基于含氟聚合物或丙烯酸类的底漆涂层，优选含有PVDF的底漆(例如基于PVDF和羟基官能丙烯酸共聚物的底漆)。许多常规的基于含氟聚合物和丙烯酸类的底漆是本领域技术人员已知的。可在本发明组合物之前涂覆于金属表面的合适底漆的实例公开在美国专利No.4,684,677和美国专利No.6,017,639中，其通过引用并入本文。
当涂布钢化玻璃表面或太阳能电池板的部件时，通常用溶剂(典型地为异丙醇)清洁玻璃表面。然而，发现当玻璃表面被涂布和固化时，小的污染物残留在表面上并导致涂层流动缺陷。为了解决此问题，对工艺进行了改进，以使用其他溶剂(特别是丙酮)清洁钢化玻璃表面。发现丙酮更完全地去除了表面污染。此外，由于丙酮是不含VOC的溶剂，因此呈现出较少的环境或法规的担心。
当通过喷雾方法涂覆时，本文所述的组合物，无论是透明的还是有色的，必须在喷雾涂覆之前用另外的溶剂稀释(reduction)。稀释通常涉及四份体积的漆料，这些漆料用1份稀释溶剂稀释至在#3Zahn杯粘度计中的涂覆粘度约为15至25秒。通常，在溶剂稀释之后，70％的PVDF涂料将包含约35至45重量％的固体，减少到约15重量％的固体。用作稀释溶剂的合适的溶剂包括例如芳族非溶剂的混合物，例如但不限于二甲苯、甲苯等(用于增加涂层电阻率)；慢尾溶剂(slow tail end solvents)，例如但不限于丁基卡必醇、TEXANOL等(用于控制流动特性和降低电阻率)等；以及它们的混合物或组合。
烘烤温度是关键的，并且必须足够高以引起分散体中存在的含氟聚合物颗粒(例如PVDF颗粒)与丙烯酸类形成合金以形成膜。具体而言，烘烤温度必须足够高，以在PVDF骨架上的反应位点与丙烯酸类骨架上的反应位点之间形成互穿网络(IPN)，并允许经由丙烯酸类骨架上的侧基官能基团来与三聚氰胺固化剂交联。为此目的，需要足够高的温度，至少约230℃，在烤箱中足够的时间，至少约10分钟。
本文所述的组合物可以以适合于涂层最终用途的干膜厚度(DFT)涂覆。当将其应用于旨在满足AAMA 2605规范的太阳能电池板上时，铝框架上涂覆有以5至10微米的DFT的底漆，并以30至38微米的涂覆的面漆。根据AAMA 2605规范，总膜厚度应至少为30微米或更大。太阳能电池板的钢化玻璃表面不需要(也不包括)底漆涂层。取而代之的是，以AAMA2605中对涂有底漆的铝基材所指出的面漆厚度(例如30-38微米的)涂布钢化玻璃表面。
实施例
通过如下实例阐述本发明。应当理解，具体实例、材料、用量和过程应根据本文所阐述的本发明的范围和精神进行广义解释。除非另有声明，所有份和百分比都以重量计，基于组合物的总重量，并且所有分子量都是重均分子量。除非另有声明，所使用的所有化学品都商购自例如Sigma-Aldrich,St.Louis,Missouri。
测试方法
除非另有说明，否则在以下实例中使用以下测试方法。
A.沸水粘附性测试
随着时间的推移的涂层对基材的粘附性是在涂层和基材之间形成的结合强度的量度。这是通过根据AAMA 2605测试规程中所描述的程序进行的沸水粘附性测试确定的，该测试程序需要进行三个单独的粘附性测试：(1)干粘附性(AAMA 2605第8.4.1.1部分)；(2)胶带剥离力(AAMA 2605第8.4.1.2部分)；(3)湿粘附性(AAMA 2605第8.4.1.3部分)；(4)沸水粘附性(AAMA 2605第8.4.1.4部分)。
B.铅笔硬度测试
可以通过涂层的铅笔硬度来测量涂覆到基材上的涂层的耐磨性和硬度。铅笔硬度的测试是根据AAMA 2605第8.3部分中所描述的程序进行的。满足AAMA 2605规范的最低硬度是F到2H。
实施例1.涂料组合物的制备
对于以下实例中测试的制剂，将包含约21重量％PVDF的树脂组分与分散剂在混合器中混合并搅拌。然后将混合物在砂磨机、小型介质研磨机或其他合适的研磨设备上研磨，直到获得5.5的最低研磨等级(Hegman标度)。
对于有色制剂，然后在高速分散器中将颜料分别与溶剂和分散剂混合并在高速下搅拌。然后将该混合物在砂磨机、小型介质研磨机或其他合适的研磨设备上研磨，直到获得6.5的最低研磨等级(Hegman标度)。
然后将颜料混合物添加到树脂混合物中，然后在搅拌下添加另外的组分(例如丙烯酸类树脂、三聚氰胺树脂交联剂、粘合促进剂和/或另外的溶剂)。通过根据需要添加溶剂和/或遮光糊进行粘度和颜色调节。
实施例2.粘合促进剂的作用
如实施例1中所述制备制剂1A至6A，其包括表1中所示的不同量的硅烷粘合促进剂(SILQUEST A187，Momentive Performance Materials)。还制备了不包含粘合促进剂的对照热塑性制剂。首先用100％丙酮清洗钢化玻璃试验板，然后将制剂1A至6A喷涂到板上，然后将其烘烤到450°F的温度。然后根据AAMA 2605规范测试每个板。沸水粘附性、铅笔硬度和颜色变化的结果示于表1。当将相同的制剂涂覆于涂有底漆的铝测试板(未显示)时，获得了相似的结果。
表1.粘合促进剂的作用
样品 粘合促进剂(wt％) 沸水测试 铅笔硬度** 颜色变化*
对照 0 - - -
1A 0.15 失败 失败F 通过
2A 0.31 通过 失败F 通过
3A 0.46 通过 通过F,H/失败2H 通过
4A 0.62 通过 通过F,H/失败2H 通过
5A 0.77 通过 通过F,H/失败2H 通过
6A 0.92 通过 通过F,H/失败2H 通过
*如果L、a、b轴中任一轴上的颜色变化少于5个单位，则将颜色变化表示为“通过”
**铅笔硬度规范是使用Eagle Turquoise铅笔指定在F到2H之间。满足AAMA 2605规范的涂层必须显示至少F的最低硬度。
实施例3.三聚氰胺交联剂的作用
如实施例1中所述制备制剂1B至3B，并且其包含如表2所示的不同量的三聚氰胺交联剂(CYMEL 327，Allnex)。还制备了不包含交联剂的对照制剂。首先用100％丙酮清洗钢化玻璃试验板，然后将制剂1B至3B喷涂到板上，然后将其烘烤到450°F的温度。然后根据AAMA2605规范测试每个板。沸水粘附性、铅笔硬度和颜色变化的结果示于表2。当将相同的制剂涂覆于涂有底漆的铝测试板(未显示)时，获得了相似的结果。
表2.交联剂的作用
样品 三聚氰胺交联剂(wt％) 沸水测试 铅笔硬度** 颜色变化*
对照 0 失败 - -
1B 3.0 通过 通过F,H,2H 通过
2B 6.0 通过 通过F,H,2H 通过
3B 9.0 通过 通过F.H/失败2H 通过
*如果L、a、b轴中任一轴上的颜色变化少于5个单位，则将颜色变化表示为“通过”
**铅笔硬度规范是使用Eagle Turquoise铅笔指定在F到2H之间。满足AAMA 2605规范的涂层必须显示至少F的最低硬度。
本文中引用的所有专利、专利申请、和出版物以及电子可得材料的全部公开内容通过引用并入本文。上述详细的说明和实施例仅仅是为了清楚理解而给出的。不应理解由其导致不必要的限制。本发明并不局限于所表明和所描述的精确细节，因为对于本领域技术人员来说显而易见的变化将包含在权利要求所限定的本发明的范围内。在一些实施方式中，本文所示例性公开的本发明可以在缺乏本文没有具体公开的任何元素的情况下适当地实施。

Claims (23)

1.单涂层体系，其包含：
基材；
分散的含氟聚合物树脂组合物；和
粘合促进剂，
其中所述体系是高性能外部涂层体系。
2.涂料组合物，其包含：
分散的含氟聚合物树脂组合物，其包含
基于所述组合物的总重量，至少一种包含至少约10重量％的偏二氟乙烯单元的聚合物树脂组分；
至少一种有机溶剂；和
至少一种氨基官能交联剂；和
粘合促进剂。
3.一种方法，其包括：
提供基材；
在基材上涂覆涂料组合物，所述涂料组合物包含
分散的含氟聚合物树脂组合物，其包含：
基于所述组合物的总重量，至少一种包含至少约10重量％的偏二氟乙烯单元的聚合物树脂组分；
至少一种有机溶剂；和
至少一种氨基官能交联剂；和
粘合促进剂剂；和
将其上涂有所述涂料组合物的所述基材在至少230℃的温度下烘烤至少10分钟，以获得固化膜，
其中所述固化膜满足高性能外部涂层体系的规范。
4.一种经涂布制品，其包含：
基材；和
置于其上的固化膜，所述固化膜由包含以下成分的涂料组合物获得：
分散的含氟聚合物树脂组合物，其包含：
基于所述组合物的总重量，至少一种包含至少约10重量％的偏二氟乙烯单元的聚合物树脂组分；
至少一种有机溶剂；和
至少一种氨基官能交联剂；和
粘合促进剂，
其中所述经涂布制品满足高性能外部涂层体系的规范。
5.根据权利要求1所述的体系，其中，所述基材能够承受固化涂覆于其上的分散的含氟聚合物树脂组合物所需的高烘烤温度。
6.根据权利要求5所述的体系，其中，所述基材选自金属、玻璃或其组合。
7.根据权利要求5所述的体系，其中，所述基材是其上涂覆有底漆涂层的铝。
8.根据权利要求5所述的体系，其中，所述基材是在其上未涂覆先前涂层的钢化玻璃。
9.根据权利要求5所述的体系，其中，所述基材是用丙酮清洁的钢化玻璃。
10.根据权利要求1所述的体系，其中，所述基材包括太阳能电池板的至少一部分，所述太阳能电池板包括钢化玻璃表面、涂有底漆的铝表面或其组合。
11.根据权利要求1所述的体系，其中所述分散的含氟聚合物树脂组合物包含：
基于所述组合物的总重量，至少一种包含至少约10重量％的偏二氟乙烯单元的聚合物树脂组分；
至少一种有机溶剂；和
至少一种氨基官能交联剂。
12.根据权利要求1所述的体系，其中所述分散的含氟聚合物树脂组合物是热固性组合物。
13.根据权利要求1所述的体系，其中基于所述组合物的总重量，所述分散的含氟聚合物树脂组合物包含至少约10重量％的偏二氟乙烯单元。
14.根据权利要求1所述的体系，其中基于所述组合物的总重量，所述分散的含氟聚合物树脂组合物包含约21重量％的偏二氟乙烯单元。
15.根据权利要求1所述的体系，其中所述分散的含氟聚合物树脂组合物还包含羟基官能的丙烯酸类聚合物。
16.根据权利要求1所述的体系，其中所述分散的含氟聚合物树脂组合物包含至少一种溶剂，所述溶剂选自芳族溶剂、非芳族溶剂、醇、酮、酮-醇、二醇醚、甘油醚乙酸酯及其混合物或组合。
17.根据权利要求1所述的体系，其中所述分散的含氟聚合物树脂组合物包含至少一种有机溶剂，所述有机溶剂选自非芳族酯、非芳族酮或其混合物。
18.根据权利要求1所述的体系，其中所述分散的含氟聚合物树脂组合物包含至少一种氨基官能的交联剂，所述氨基官能的交联剂选自一种或多种由醇或甲醛与三聚氰胺、脲或苯并胍胺的反应获得的氨基塑料树脂。
19.根据权利要求17所述的体系，其中所述氨基官能交联剂是三聚氰胺。
20.根据权利要求1所述的体系，其中，所述粘合促进剂选自有机官能硅烷、氨基官能硅烷、卤代硅烷、硅氮烷或其组合。
21.根据权利要求20所述的体系，其中，所述粘合促进剂是具有环氧官能度的有机官能硅烷。
22.根据权利要求21所述的体系，其中，所述粘合促进剂是具有环氧官能度的三甲氧基硅烷。
23.根据权利要求1所述的体系，其中，所述体系通过了AAMA 2605规范。
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