CN1402654A - 涂敷移动衬底表面的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种在移动衬底(4)的表面上提供有机聚合涂料合成物(7)的涂料涂层的方法，这种方法包括在涂料聚合物可扩散的温度下以高固态形式在衬底表面和校平辊(3)所限定的辊隙中形成一定量的涂料合成物，以使来自所形成量的涂料能够通过辊隙，而成为衬底表面上的涂料层，其中，校平辊具有不大于1.5的表面粗糙系数(Ra)，且表示为衬底速度的百分比的校平辊的最大表面速度与衬底速度呈线性关系，使得在15米/分钟的示例性低衬底速度时，校平辊的表面速度不大与基片速度的1.2％，而在150米/分钟的示例性衬底速度时，不大于12％。

Description

涂敷移动衬底表面的方法和装置

                          技术领域

本发明涉及将有机聚合合成物连续施加到移动的衬底表面上以在该表面上形成该合成物的薄的涂层。如果该涂层保留在其所施加的衬底表面上，并使其硬化或凝固，该过程一般被称为涂刷衬底表面。

更具体地但不是专门地，本发明旨在在工业生产线上连续涂刷移动金属带，例如钢带，以用于大量生产被涂刷的库存材料。

                        背景技术

可能最普遍采用的用于涂刷移动条带的大规模生产过程包括将一薄层液体涂料合成物，例如分散或溶解在液体溶剂中的有颜色的有机聚合颗粒和填料颗粒施加到条带上，并使溶剂蒸发而在条带上留下粘附的固体涂层。在条带上的液体层的形成可以以各种方式实现，例如，通过将条带浸入涂料合成物池中，然后从条带上除去多余的合成物，通过将涂料合成物喷到条带上，或通过使条带与带有涂料合成物的辊相接触。

这些利用富含溶剂的低粘度合成物的方法不能完全令人满意。尤其是，溶剂如果被吸入的话很危险，并且溶剂很昂贵，且破坏环境，从而它们被排出并凝结以备重新使用是至关重要的。这需要昂贵的设备，以及否则就不必要的预防步骤，这使涂刷工作本身复杂化。这种方法确实具有如下的优点，即，低粘度液体层在固化之前趋于流动，并且表面张力的作用趋于使液体层表面平坦，在完成的涂刷产品上形成吸引人的光滑表面。

然而，基于溶剂的合成物的缺点使得已经研制了利用基本上无溶剂的涂料合成物，即所谓的高固态合成物的方法，其中，通过恰好在合成物施加到衬底上之前通过合成物受控的加热而给合成物提供足够的流动性，以使其在衬底上扩散。已经发现一般不适于在低于20℃的温度下向衬底施加这种合成物，这是因为合成物的粘度过大。通过加热可以使粘度降低的程度由于高温或长时间加热对涂料合成物特性的有害影响而受到限制。合成物可以施加到衬底上的上限温度一般约为200℃，虽然这个温度或多或少取决于所使用的特定合成物。在这种升高的温度下，已经发现在涂料薄膜形成之前会发生过度的交联，这意味着在利用高固态合成物的过程中，不能够依赖于低粘度液体层本身的找平效应来在完成的涂层上形成与在利用富含溶剂合成物的过程中所形成的相同程度的光滑的表面。当利用高固态合成物形成薄的涂层(从10到20微米数量级那么厚)时，例如在澳大利亚专利622948(John Lysaght(澳大利亚)有限公司等)的整个说明书中所公开的，如果充分利用可以确定的涂料涂层厚度的精度，该问题会得以加重。薄的涂层比厚的涂层凝固更快，而这会进一步降低使所施加涂层的表面内的顶点下降的自找平能力。

迄今为止，利用高固态合成物的缺点已经通过使涂料合成物在移动衬底表面上的最初沉积物与所谓的校平辊相接触而解决(如澳大利亚专利说明书中所公开的)，该校平辊定位成与衬底表面形成接近，以在它们之间形成辊隙，沉积物通过该辊隙移动。这具有展开并平整最初沉积物的效果，这也可以限制衬底表面上从辊隙处移出的沉积物的厚度。这种现有技术的方法在下面称作所述那种方法。

                        发明内容

本发明的目的是通过利用高固态有机聚合涂料合成物的连续涂敷过程，在衬底表面上提供薄的涂料涂层，涂层具有比由迄今为止的方法所获得的更光滑的表面。为了本发明的目的，高固态合成物可以定义为具有至少80％，优选地大于95％的体积固体，术语体积固体是指在合成物中的固体的体积表示为总合成物的体积的百分比。

本发明通过选取控制所述那种方法的操作的参数来实现该目的。

本发明包括在移动的衬底表面上提供有机聚合涂料合成物的涂料涂层的方法，为在使其可扩散的温度下以高固态形式在由衬底表面和校平辊所限定的辊隙内形成大量的涂料合成物，以使来自所形成的大量涂料合成物的涂料穿过辊隙，而成为衬底表面上的涂料层，其中，校平辊具有粗糙系数(一般由符号Ra标记)不大于1.5的表面，且表示为衬底速度的百分比的校平辊的最大表面速度与衬底速度呈线性关系，从而，在15米/分钟的示例性的低衬底速度下，校平辊的表面速度不超过衬底速度的1.2％，而在150米/分钟的示例性衬底速度下，校平辊的表面速度不超过衬底速度的12％。

在本发明优选实施例中，Ra不大于0.8。术语表面粗糙系数或Ra为本领域中参照表面的剖面而定义为剖面的顶点和凹点距剖面的中线的偏离距离的算术平均值的术语，其用微米表示。从而，Ra的值越小，表面越光滑。

作为参考，校平辊表面在辊隙处的运动方向与衬底的运动方向相同。应指出的是本发明在其范围内包括具有零表面速度的静止校平辊的情况和校平辊表面的移动方向与衬底的相反的情况。

作为示例，将参照附图在下面详细描述上述发明的两个实施例。

                       附图说明

图1是装置的示意性纵剖面图，本发明的方法可通过该装置实现；

图2是类似于图1的第二装置的视图，本发明的方法可通过该装置实现；

图3是表示在衬底速度的范围中，衬底速度和校平辊最大表面速度之间的关系的曲线，该范围包括在本发明的方法范围内所参照的示例性衬底速度值。

应指出的是，图1和图2是示意图，而不是实际装置的代表视图。他们不成比例。尤其是辊的尺寸缩小，从而显示出的比他们在实际中应该具有的曲率半径小，并且涂料层的厚度被极大地放大了。

                          具体实施方式

在要被涂刷的表面为衬底表面本身的情况下，图1所示的装置适于进行本发明的方法。该装置包括与要被涂刷的移动的衬底金属带4形成辊隙的校平辊3。辊3和带4由传统装置在图中所示箭头的方向上移动。校平辊3优选地设置有至少一个弹性体表面层。例如，辊2可以包括金属芯上的耐热硅树脂橡胶表面层。虽然具有弹性，校平辊的弹性体表面较硬，例如，其可以具有35到90的肖氏A硬度。根据本发明，校平辊3是非常光滑的辊，Ra不超过1.5，考虑到获得非常光滑表面的难度和成本优选值为0.8。支承辊(未示出)以一间隙设置在带与校平辊3相对的一侧，以支承带抵抗由校平辊施加于其上的相当大的力。

高固态有机聚合涂料合成物的相对粗糙的表面层5在带和校平辊3之间的辊隙的上游位置处沉积在带4上。层5的沉积可以通过传统装置实现。优选地是，考虑到带的速度和在带上的完成的涂料涂层的所需厚度，沉积率被调节为适应所需的使用率，以便避免在平整工作位置过度泄漏或溢出。尽管如此，涂料合成物的较少储备量6优选地刚好在辊隙上游处形成。

在另一实施例中，储备量可以通过将沉积物引导到辊隙中或通过沉积到校平辊上并由此转换成储备量而形成。

在另一变动实施例中，涂料合成物直接沉积到辊隙中，或直接沉积到辊隙内形成的涂料合成物池中。

已经通过辊隙后，涂料合成物形成两股，即，由带4带走的光滑表面的仍具有流动性的涂料涂层7和在辊3的表面上被带走并由辊返回到储备量6中的薄膜8。涂料涂层7可以具有10到60微米的厚度，优选地是从12到25微米。

在商用的金属带连续涂刷生产线上，带速度一般在15到120米/分钟的范围内，根据本发明，辊3的表面速度不超过15米/分钟的衬底表面速度的1.2％，在120米/分钟时升高到不超过衬底速度的9.6％。这将使相应的最大辊表面速度落于0.18到11.52米/分钟的范围内。然而，优选地，在任何情况下辊的实际表面速度将不大于那些最大值，并可以为零。

基本上可以说对于图3中曲线之下的任何点都满足本发明要求的速度关系。提出上面观点之后，应指出的是由于涉及商业实用性的原因，零速度并不是优选的。偶尔在涂料合成物中会存在较大的外来颗粒。如果校平辊是静止的，这种颗粒可能长时间不能穿过辊隙，在一长段完成的产品中形成缺陷。同样，校平辊的转动，包括非常低地转动，可以将校平辊的磨损分布到其整个表面上，带来比静止辊情况更长的工作寿命。因此，本发明的优选实施例利用从0.025到0.2米/分钟范围的辊的表面速度。

在所示装置的环境中已知的是相对于衬底表面速度校平辊的表面速度越慢，那么从辊隙中带走的薄膜越薄。在优选实施例中，两个移动表面之间的速度差使得薄膜8可以具有1微米或更小的平均厚度。该厚度的涂料薄膜难于用裸眼观察到。

本申请人没有断定以下假说是正确的，尽管如此，仍建议薄膜8如此薄以至于其构成以大致校平辊表面的恒定速度通过辊隙的边界层。此外，在带上涂料合成物的层7从辊隙以带的相对高的速度被带走。从而，建议涂料合成物的大部分以带的速度或接近该速度通过辊隙。随之而来的是在储备量6中所示的虚线标示的非常薄的合成物层中产生非常高的剪切应力。作为猜测的是与形成薄膜一侧(由于其很薄并且由于辊表面的光滑度)的薄膜表面的光滑度相关的高剪切应力薄层中的非常少量的合成物在离开辊隙的合成物股(形成为涂料涂层7)的表面内形成相应的光滑度。不管怎么样，通过与没有符合这些参数的现有技术的类似方法相比较，提示本发明的试验测试结果确实表明在本发明的规定参数之内，通过本发明衬底上的完成的涂料涂层呈现出极高的光滑度。

为了支持该论断，在下面的表1中列出了多个这种测试的结果。表1中记录的数据、工作条件以及结果不必要代表商业使用的最佳生产参数，而是表1的示例被设计成说明本发明中确定的参数的界限和范围。此外，生产线的有效性意味着较高带速度下的示例的数量受到限制。

表1也包括落入本发明中的示例，为样本第2、3、4、9、12、13、15、18、19、21、23、24和26号。如其所示，这些样本中的每一个都产生了可视觉断定为好或更好的光滑度的涂层。未落入本发明中的剩下的样本具有可视觉判定为差或较差的光滑度。

表1

   校平辊  校平辊速度  校平辊速度    带速度    衬底Ctg厚度  涂层光滑度样本号

   Ra      mpm          ％带速        mpm      μm          视觉等级1      1.42    0.23         1.5％         15        20          52      1.40    0.17         1.1％         15        19          33      1.27    0.17         1.2％         15        19          34      0.71    0.15         1.0％         15        19          25      1.76    0.85         2.8％         30        18          56      1.76    0.66         2.2％         30        19          47      1.62    0.67         2.2％         30        19          48      1.33    0.87         2.9％         30        18          59      0.72    0.68         2.3％         30        19          310     1.78    1.23         3.1％         40        18          411     1.35    1.55         3.9％         40        18          512     1.28    1.24         3.1％         40        19          313     0.77    0.75         1.9％         40        23          2

14    0.62    1.63    4.1％    40       18         4

15    0.61    0.19    0.5％    40       19         1

16    1.70    0.94    1.9％    50       19         4

17    1.37    2.48    4.9％    50       19         5

18    1.29    0.94    1.9％    50       20         3

19    0.78    0.94    1.9％    50       22         2

20    0.75    2.52    5.0％    50       18         4

21    0.65    1.88    3.8％    50       20         3

22    1.80    8.74    8.7％    100      20         4

23    1.19    5.10    5.1％    100      20         3

24    0.78    2.05    2.1％    100      21         1

25    0.60    14.79   12.3％   120      21         4

26    0.58    2.40    1.6％    150      28         1

视觉等级                                每cm可见的条纹数

1                      极好                     20

2                      非常好                   30

3                      好                       50

4                      差                       80

5                      很差                     100

评价为4或5的样本的校平辊Ra和速度参数在所限定的范围之外。

图2示出了用于实现本发明的方法的装置，其中，其上形成涂料涂层的衬底表面为橡胶涂敷的传输辊9表面，由此涂层被传送到移动的带4上，使该涂层在带上凝固以构成最终的涂刷产品。图2中剩余的部件使用于图1实施例的相应部件相一致的附图标记，并且在此不再进一步描述。然而应指出的是这个实施例的校平辊3可以为钢辊或非常硬的橡胶表面辊。

Claims (15)

1.一种在移动衬底的表面上提供有机聚合涂料合成物的涂料涂层的方法，这种方法包括在涂料聚合物可扩散的温度下以高固态形式在衬底表面和校平辊所限定的辊隙中形成一定量的涂料合成物，以使来自所形成量的涂料能够通过辊隙，而成为衬底表面上的涂料层，其中，校平辊具有不大于1.5的表面粗糙系数(Ra)，且表示为衬底速度的百分比的校平辊的最大表面速度与衬底速度呈线性关系，使得在15米/分钟的示例性低衬底速度时，校平辊的表面速度不大与基片速度的1.2％，而在150米/分钟的示例性衬底速度时，不大于12％。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在辊隙处校平辊表面的移动方向与衬底的表面相同。

3.如权利要求1所述的方法，其中，校平辊的表面速度为零。

4.如权利要求1所述的方法，其中，校平辊的表面粗糙系数(Ra)不大于0.8。

5.如权利要求1所述的方法，其中，在辊隙中建立所述涂料合成物量的步骤通过在衬底和校平辊之间的辊隙上游位置处、以大体等于并且不小于涂料合成物被衬底从辊隙处带走的速率的速率、将涂料合成物沉积到衬底上而实现。

6.如权利要求1所述的方法，其中，在辊隙中建立所述涂料合成物量的步骤通过在校平辊和衬底之间的辊隙上游的位置处、以大体等于并且不小于涂料合成物被衬底从辊隙处带走的速率的速率、将涂料合成物沉积到校平辊上而实现。

7.如权利要求1所述的方法，其中，在辊隙中建立所述涂料合成物量的步骤通过将涂料合成物直接沉积到辊隙中或直接沉积到辊隙中所形成的涂料合成物池中而实现。

8.如权利要求1所述的方法，其中，衬底和校平辊表面速度的速度差被选定成确保被校平辊从辊隙中带走的涂料合成物在校平辊上构成不超过1微米平均厚度的薄膜。

9.如权利要求1所述的方法，其中，衬底表面为要被涂刷的条带表面。

10.如权利要求1所述的方法，其中，衬底表面为传输辊表面，且该方法还包括将从辊隙处由传输辊带来的涂料涂层传送到要被涂刷的条带表面上。

11.如权利要求10所述的方法，其中，传输辊为橡胶表面辊。

12.如权利要求1所述的方法，其中，在辊隙中涂料合成物的温度落于20到200℃的范围内。

13.一种用于执行权利要求1的方法的装置，包括用于支承并平移衬底条带的装置、被安装成与条带形成辊隙的校平辊、在辊隙中沉积高固态涂料合成物的装置、以及按照该方法所述的衬底和校平辊所需的表面速度平移条带并旋转校平辊的驱动装置，其中，校平辊具有弹性体材料表面，其表面粗糙系数(Ra)不大于1.5，且肖氏A硬度从35到90。

14.如权利要求13所述的装置，其中，所述表面粗糙系数(Ra)不大于0.8。

15.一种用于执行权利要求1的方法的装置，包括用于支承并平移要被涂刷的条带的装置、具有弹性体表面并安装成与条带滚动接触的传输辊、以大致相等的表面速度平移条带并旋转传输辊的驱动装置、安装成与传输辊形成辊隙的校平辊、在辊隙中沉积高固态涂料合成物的装置、以及以相对于传输辊的表面速度的表面速度转动校平辊，使得校平辊和传输辊的表面速度符合该方法所述的校平辊和衬底所需的表面速度的驱动装置，其中，校平辊表面粗糙系数(Ra)不大于1.5。