CN1263554C - 涂料组合物用三组分或更多组分装置的可变施涂方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用多组分装置制备和施涂涂料组合物的方法，包括：从多组分装置中的各组分中选择至少两种非相似组分用于涂料组合物，该多组分装置具有至少一种粘结剂组分、至少一种硬化剂、一种具有与其相似组分A或B不同反应活性的组分，选择涂料组合物的所述至少两种非相似组分的混合比并混合涂料组合物的各组分，同时将它施涂于底材上，其中由多组分装置中的各组分可以制备和施涂具有不同性能的多种涂料组合物。

Description

涂料组合物用三组分或更多组分装置的可变施涂方法
本申请要求2000年11月29日提出的U.S.临时申请序列号No.60/250,199的优先权。
本发明的领域
本发明涉及动态多组分混合方法和更尤其涉及混合用于即时施涂的各组分以涂饰底材的动态方法，它为不同施涂提供了必要的多用性，不需改变各个组分。
本发明的背景
在汽车工业中，作为面漆施涂到底材上的涂料一般是混合多个组分的产物。一般，在双组分体系中，第一组分将是粘结剂和第二组分将是硬化剂，它能与该粘结剂反应，在底材上形成面漆。各组分的适当混合比率由在底材上的涂饰产品的需求量决定。更尤其，干燥时间和所得面漆的性能可以通过粘结剂与硬化剂的反应活性来决定。目前一般用手工进行混合，这导致了混合比和均匀混合的不同程度的误差。
将涂料施涂于汽车工业中的底材所面对的一个问题是对各施涂的不同要求。例如，当将涂料施涂于整个车辆时，要求高质量面漆，这通常还必需更长的固化时间。而如果只要涂布一个分立部件如侧板或减震器，这种高质量面漆不总是最重要的，将作业所需的时间减至最少的较短固化时间是最佳的。
在实践中，通过使用多个粘结剂、硬化剂和/或稀释剂组合获得了不同的固化时间。各组合必须单独混合，这导致了量物料损失，并且是耗时的。
此外，如今在工业中可得到的双组分装置将使用者限制到仅一种组合和仅一道施涂作业。
即使在其中各组分是三种不同组分例如粘结剂、硬化剂和稀释剂的三种或三种以上组分体系中，也没有能力根据作业的需要来改变各组分的反应活性。因此，仍然存在对于仅具有用一组组分进行一种施涂的能力的限制。更尤其，目前可得到的多组分喷涂装置一般还没有在汽车重涂工业中利用，因为就物料或时间节约而言的优点是最小的，并且与制备这种装置所需的车间的大的投资不相等。
另外，该装置和与该装置一起使用的油漆产品不能满足各种修补的许多不同要求。
虽然目前具有用于混合多组分涂料组合物的装置，例如参阅US5,425,968，DE-A-29 14 684，EP-A-0 311 792，EP-A-0 478 944和GB 1 313182，但这些装置各自仅提供固定的混合比。如果必须改变该混合比，则该装置必须要进行拆除或机械调节，这是耗时的且不能精确地重复。所公开的装置的这种局限制约了它们在汽车工业中对其中所要完成的工作保持恒定的应用的有用性。
还有其中用电子仪器监控和/或改变混合比的装置可供利用。US4,019,653公开了这种装置，其中控制装置接收所需流量比率的预置信号代表，监控来自各线路的流量比率信号，计算实际比率，将其与所需比率比较，以及在一条连接线上调节可控阀门，以影响该流量比率和从而达到所需比率。然而，在喷枪触发器启动后的预定时间内，流量比率信息与控制阀不相连，因为初始瞬时流量信号可能是不稳定的、缓慢的和不可靠的。
EP-A-0 300 902公开了包括用触发器操作的手动控制充气喷雾器的另一装置。压缩空气流速根据触发器的位置来改变。通过由空气流信息给出的信号调节两种组分的流量比率。
还已知的是具有至少两个定量装置、空气助推喷枪和控制装置的用于施涂多组分涂料组合物的装置，其中不同组分被混合和施涂于底材上，参阅WO 98/41316。
制造商的最新趋势是从2组分装置转到3组分装置，以容纳粘结剂、硬化剂和稀释剂。在这些三组分体系当中，目前可获得的是ValueMix(提出了U.S.申请)和P-MixII-3k，二者来自Graco。
以上公开的装置不具有本发明方法的优点，这些优点包括可供许多工业需要用的连续可变的混合比；使用具有短贮存期的涂料组合物；以及将在工业中了解的其它优点。因此，多组分装置与本发明的方法一起使用使得有可能使用具有非常短贮存期(例如低至1分钟或甚至更少)的多组分涂料组合物。这还实现了完全可再现的涂料组合物，向其它混合比的快速转换，物料用量少，化学废料少和高生产率。
当使用反应性组分时，特性如贮存期和干燥时间取决于各组分的反应活性。例如，当所述粘结剂和硬化剂仅在催化剂的存在下相互作用时，粘结剂和硬化剂可以存在于一种组分中，催化剂存在于另一种组分中。
本发明的上述方法的一种特定应用是在重涂工业中。用于将涂料组合物施涂到底材上的普通重涂方法已经在几个重要方面受到限制。典型地，涂料组合物的各组分进行手工混合。一旦混合，该组合物必须在一定时间范围内，即在它的贮存期内使用，贮存期定义为该混合物适于喷涂的时间范围。更具体地，贮存期是这样的时刻，即操作者可以感觉到由于各混合组分的粘度增加而在处理的容易性上的可辨别的差别。
在诸如透明涂料、头道底漆(basecoat)、底漆和填料之类的涂料的汽车工业中，本发明的方法尤其可用于大型运输工具如列车、公共汽车和飞机的涂饰。该方法也可在重涂工业、尤其在车身车间中应用，以修理汽车。取决于特定应用所需的涂料组合物的量，在本发明方法中使用的比率可以按比例放大或缩小。
另外，各组分的手工混合通常导致大量的废料。还不可能两次准确地制备同一涂料组合物。因此，在喷涂之前制备大量的涂料组合物以保证有足够的涂料组合物来喷涂底材。因此，在喷涂后，总是留下了一定量的涂料组合物，并且因为一旦它被混合，该组合物的贮存期是相对短的，它不能用于任何其它应用。这里，剩余涂料组合物将作为化学废料被丢弃。
鉴于以上所述，对于施涂多组分涂料组合物的改进方法存在着需求。
本发明的概述
本发明涉及用三组分或更多种组分装置混合涂料组合物的方法，其中可以混合和施涂具有不同性能的多种涂料组合物，不用改变多组分装置的各组分，和更尤其涉及用于混合即时施涂的各组分以涂饰底材的方法。
本发明的详细描述
现在已经发现，通过利用可以改变各组分的混合的方法来将专用涂料组合物施涂于底材上，如通过改变各组分的比率，可以满足工业的许多需求，而不用“停顿”用于涂料组合物的多组分装置和/或切断涂料组合物的各组分。
使用多组分装置制备和施涂涂料组合物的方法包括从多组分装置中的各组分中选择至少两种非相似组分用于该涂料组合物，该多组分装置具有至少一种粘结剂组分、至少一种硬化剂、和至少一种作为粘结剂或硬化剂的组分，该组分具有与它的相似组分A或B不同的反应活性，选择用于该涂料组合物的至少两种非相似组分的混合比并混合该涂料组合物的各组分，同时将它施涂于底材上，从而可以由多组分装置中的各组分制备具有不同性能的多种涂料组合物。这种非相似组分例如是粘结剂和硬化剂。
使用具有混合至少三种组分的能力的已知多组分装置，通过改变涂料组合物的反应活性组分的混合比，可以实现涂料组合物的灵活利用。更尤其，利用具有三种组分的多组分体系，各自具有不同反应活性的两种相似组分(例如，两种硬化剂)与一种共用组分(例如粘结剂)一起使用，这使得可以制备各种涂料组合物。
在汽车重涂工业中，例如，通过改变涂料用快速(硫化时间)硬化剂与涂料用慢速(硫化时间)硬化剂对共用聚合粘结剂(树脂)的比率，使得各涂饰产品满足特殊作业的需要，不必切断硬化剂或粘结剂，而可以实现多用途。所得涂料的要求例如是快速固化，较慢固化，和较高质量面漆。具有不同固化时间的两种不同聚合粘结剂(树脂)与共用硬化剂一起，可以获得同一类型的多用途。
在本发明的方法中，有至少两种相似组分，它们具有相同类型的化学官能团，但对所述至少一种共用组分的反应活性不同。前两种组分各自可以与该单独的共用组分结合，获得性能例如干燥时间和外观的最大差别。或者，以恒定比率与该共用组分混合的所述两种相似组分的多种组合将获得不同性能，取决于使用者对特定应用的要求。这种性能将是在所述各相似组分与该共用组分的单独组合之间的范围内。
例如，在三组分方法中，该多组分装置可以具有一种共用粘结剂和各自具有不同反应活性的两种相似硬化剂。那么如果施涂要求涂料有快速固化时间，则该共用粘结剂组分将仅与高反应活性(快速)硬化剂(非相似组分)混合和立即施涂于底材上(即，该三种组分中的仅两种被混合)。然后如果下一次施涂要求固化速度稍慢于涂料的第一次施涂，也许为了改进面漆的质量，那么硬化剂将是高反应活性硬化剂组分和低反应活性(慢)硬化剂组分与该粘结剂的混合物。如果下一次施涂要求涂料的固化速度慢，也许为了优化该材料的面漆，那么该粘结剂将仅与慢硬化剂混合。根据本发明，所有以上施涂(和除此之外的许多其它施涂)将使用装载在多组分装置上的相同初始组分进行，因为该方法可供涂料组合物的不同混合物用，所以不需要切断各组分。
虽然以上使用共用粘结剂与两种相似硬化剂举例说明了本发明，但本发明不限于这种设计。例如，该方法还可以应用于具有共用硬化剂和两种相似粘结剂的体系。
如果在三组分方法中获得各组分的有效混合所必需的粘度具有最小差别，那么获得了最佳结果。
此外，以上发明的新颖性和多用性比以上一般描述的三组分方法更为丰富。本发明方法还包括了其它组分的使用，如在四组分方法中。在这种四组分方法中，可以使用两种相似粘结剂与两种相似硬化剂。
优选，该共用组分的体积百分数为5-95％，更优选为10-90％。
用于本方法的涂料组合物可以包括、但不限于包括以下官能团组合的组合物：胺/异氰酸酯，胺/环氧基/异氰酸酯，胺/环氧基，羟基/异氰酸酯，环氧基/酸酐，硫醇/异氰酸酯，硫醇/环氧基，硫醇/环氧基/胺，不饱和基团/硫醇，羟基/异氰酸酯/胺，酸酐/羟基，胺/酸酐，不饱和基团/胺或封闭胺(如醛亚胺、酮亚胺或噁唑烷)，乙酰乙酸酯/胺或封闭胺(如醛亚胺、酮亚胺或噁唑烷)。官能团的这种组合的催化反应可以导致交联聚合反应，引起涂料的固化。这些物料在工业上已知的体系到迄今被认为对于实际或工业用途作用太快的体系的范围内。
本发明进一步根据羟基异氰酸酯反应来解释。然而本发明不限于这些。
通过将低反应活性的异氰酸酯基型多异氰酸酯如α，α，α’，α’-四甲基邻-、间-或对-苯二亚甲基二异氰酸酯(TMXDI)或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)改变为稍高反应活性的多异氰酸酯如己烷二异氰酸酯(HDI)型多异氰酸酯、乃至更高反应活性的多异氰酸酯如甲苯二异氰酸酯(TDI)和二苯基甲烷4，4’-二异氰酸酯(MDI)型多异氰酸酯，可以改变或调节相似多异氰酸酯硬化剂的反应活性。多异氰酸酯的分子量和/或官能度越高，使用它的体系的反应活性将越高。
对于羟基官能化粘结剂，它们的反应活性可以通过以下方式来改进，即通过从使用仲羟基改变为伯羟基，或通过增加所存在的羟基量以便增加粘结剂的官能度，或通过增加粘结剂的分子量或刚性(Tg)。羟基官能化粘结剂可以选自聚酯多元醇、聚氨酯多元醇或聚丙烯酸酯多元醇。
催化剂在相似组分中的量的变化还可以改变各相似组分的反应活性。可用于本发明的聚氨酯树脂体系中的催化剂包括、但不限于二月桂酸二丁基锡，二氯化二甲基锡，二月桂酸二辛基锡，和1，4-二氮杂双环(2.2.2)辛烷。反应活性可以容易调节到所需水平。
本发明可以用于施涂底漆、封闭底漆、二道浆、过渡层涂料、头道底漆、着色面漆或单色涂料和透明涂料或上述涂料组合的交联体系。
例如，可以进行本发明，以在头道底漆上施涂透明涂料组合物。
相同的情况可以用用于打磨目的的头二道混合底漆和用于湿碰湿底涂目的的封闭剂进行。着色的第一组分可以与快速干燥二道浆硬化剂结合，以获得易于砂磨涂层的成厚涂层性，除了与低反应活性封闭剂硬化剂结合以外，这获得了可以不用打磨来涂面漆的更好流动性以及平整光滑的涂层。
相同的情况可以用着色底漆进行。尽管在汽车工业中有在汽车的饰面颜色方面给底漆上色的趋势，但在汽车重涂市场上引入了越来越多的彩色或着色底漆体系。该三组分装置可以用于上深色到浅色底涂色调。
用四组分体系，可以有具有不同颜料的两种共用组分(如黑色粘结剂和白色粘结剂)与具有不同反应活性的两种相似硬化剂，使得这些不同反应活性对于共用粘结剂的任何一种来说是相同的。
本发明方法可以用于任何底材。底材例如可以是金属，例如铁、钢和铝，塑料，木材，玻璃，合成材料，纸张，皮革，或其它涂层。其它涂层可以通过实施本发明的方法来施涂，或者可以不同方式施涂。
用本发明方法施涂的涂料组合物的固化可以在本领域技术人员已知的各种条件下进行，但是固化优选在环境温度条件下进行，通常为环境温度到大约70℃(60-160°F)。
以下实施例是示例性的，决不用来限制本发明。
实施例
在实施例中所述的全部产品从Akzo Nobel Coatings Inc.商购。
实施例1具有不同干燥速度的PUR透明涂料
制备以下三种组分：
组分A(1)由90体积份Autoclear1(以丙烯酸多元醇粘结剂为基础)和10体积份AutocrylMedium Reducer组成。Autoclear1以丙烯酸多元醇为基础。
组分B(1)，即慢硬化剂，由60体积份AutocrylHardener和40份AutocrylMedium Reducer组成。AutocrylHardener是以IPDI和HDI三聚体混合物为基础的商购异氰酸酯硬化剂。
组分C(1)，即快硬化剂，由60体积份的AutocrylRapid Hardener(以相同的异氰酸酯混合物为基础，但包括金属催化剂)和40份AutocrylMedium Reducer组成。
使用Graco的ValueMix多组分装置，将在下表中所列举的各种比率的上述组分混合，并立即施涂于底材上，不改变多组分装置中的各组分。它们获得了以下结果：
体积混合比A(1)∶B(1)∶C(1)   速度(在140°F的干燥时间)   作业规模
4∶2∶04∶1∶14∶0∶2   标准(35分钟烘烤)中速(30分钟烘烤)快速(25-30分钟烘烤)   全部重喷涂3-5个板板，斑点和小部件
实施例2在空气流动不良和下向通风喷漆橱情况下具有不同干燥速度的PUR透明涂料
制备以下组分：
组分A(2)由Autoclear1组成，它是通过改变混合比可以在空气流动不良的环境以及在具有高空气流速的喷漆橱(下向通风喷漆橱)中使用的产品。
组分B(2)由以与Autoclear1相同的丙烯酸粘结剂体系为基础的Autoclear1 Rapid组成，然而主要的差别是具有较高的催化剂水平。
组分C(2)，即硬化剂，由50体积份的AutocrylHardener Rapid和50份AutocrylMedium Reducer组成。
使用Graco的ValueMix多组分装置，将在下表中所列举的各种比率的上述组分混合，并立即施涂于底材上，不改变多组分装置中的各组分。它们获得了以下结果：
本实施例表明，固化速度差异和进而修补方法的灵活性可以通过简单改变各组分的混合比来获得。
  体积混合比A(2)∶B(2)∶C(2)  速度(在140°F烘烤/70°F空气干燥条件下的干燥时间)   作业规模
  5∶0∶25∶5∶40∶5∶23∶0∶23∶3∶40∶3∶2  标准(260分钟，空气干燥)中速(190分钟，空气干燥)快速(115分钟空气干燥)标准(32分钟烘烤)中速(23分钟烘烤)快速(12分钟烘烤)   全部重喷涂(不良空气流动)3-5个板(不良空气流动)板，斑点和小部件(不良空气流动)全部重喷涂(下向通风喷漆橱)2-5个板(下向通风喷漆橱)斑点和小部件(下向通风喷漆橱)
实施例3用于二道浆和封闭剂的PUR底漆
制备以下三种组分：
组分A(3)：Colorbuild
组分B(3)，打磨硬化剂，由50体积份Colorbuild二道浆硬化剂和50体积份Colorbuild二道浆活化剂组成。
组分C(3)，湿碰湿硬化剂，由50体积份Colorbuild封闭剂硬化剂和30体积份AutocrylMedium Reducer组成。
使用Graco的ValueMix多组分装置，将在下表中所列举的各种比率的上述组分混合，并立即施涂于底材上，不改变多组分装置中的各组分。它们获得了以下结果：
体积混合比A(3)∶B(3)∶C(3) 干燥时间(70°F下至打磨的时间)   流动   作业类型
3∶2∶08∶2∶45∶0∶4 快速(180分钟)(3道涂层)中速(210分钟)(2道涂层)慢速(235分钟)(1道涂层)   中等良好非常良好   斑点是严重的，需要打磨其中需要轻微打磨的区域湿碰湿施涂的区域
实施例4具有遮光和二道浆-封闭剂可能性的PUR底漆
组分A(4)：Colorbuild White
组分B(4)：Colorbuild Black
组分C(4)：打磨硬化剂，由50体积份Colorbuild二道浆硬化剂和50体积份Colorbuild二道浆活化剂组成。
组分D(4)，即湿碰湿硬化剂，由50体积份Colorbuild封闭剂硬化剂和30体积份的AutocrylMedium Reducer组成。
使用Graco的ValueMix多组分装置，将在下表中所列举的各种比率的上述组分混合，并立即施涂于底材上，不改变多组分装置中的各组分。它们获得了以下结果：
  体积混合比A(5)∶B(5)∶C(5)∶D(5)  干燥时间(至70°F下打磨的时间)   底漆颜色   作业类型/汽车颜色
  3∶0∶2∶00∶8∶2∶45∶5∶0∶8  快速(180分钟)(3道涂层)中速(195分钟)(2道涂层)慢(260分钟)(1道涂层)   白色黑色灰色   斑点，打磨/浅汽车颜色小面积，轻度打磨/深汽车颜色区域，湿碰湿，中浅颜色

Claims (8)

1、具有混合至少三种组分的能力的多组分装置在配制和施涂多种涂料组合物中的用途，包括如下步骤：
a)从多组分装置中的各组分中选择至少两种非相似组分用于涂料组合物；
多组分装置具有：
A、至少一种树脂组分，
B、至少一种硬化剂组分，和
C、至少一种作为树脂或硬化剂的组分，该组分具有与它的相似组分A或B不同的反应活性；
b)在多组分装置上选择所述至少两种非相似组分A和B的混合比，以配制所述多种涂料组合物中的第一种；
c)混合涂料组合物的各组分；
d)用多组分装置将所述第一种涂料组合物施涂在底材上；以及
e)在多组分装置上选择至少组分A和C的混合物，此时组分C为硬化剂，或者选自至少组分B和C的混合比，此时组分C为树脂，以配制不同的涂料组合物。
2、权利要求1的用途，进一步包括在60°F和160°F之间干燥该涂料组合物。
3、权利要求1的用途，其中组分A是树脂，组分B是具有慢反应活性的硬化剂，组分C是具有快反应活性的硬化剂。
4、权利要求3的用途，其中组分A是羟基官能化树脂，以及组分B和C是异氰酸酯官能化硬化剂。
5、权利要求4的用途，其中选择混合比，使得共用组分的体积百分数为5-95％。
6、权利要求5的用途，其中选择混合比，使得共用组分的体积百分数为10-90％。
7、权利要求1的用途，其中所述底材是车辆表面板，所述涂料组合物包括作为外部涂层施涂于所述板的底漆，它具有包含树脂(共用组分)的第一组分(A)，和具有第二组分(B)和第三组分(C)中的至少一种，B包括打磨硬化剂和C包括湿碰湿硬化剂，A与B+C的体积比是100∶80到100∶60。
8、权利要求1的用途，进一步包括组分D，使得组分C是具有与其相似组分A或B不同的反应活性的树脂，组分D是具有与其相似组分A或B不同的反应活性的硬化剂。
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