CN1616568A - 白色珠光涂料组合物和涂层 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种珠光白涂料组合物，其包括固体材料和成膜剂，所述固体材料包括至少90％w/w云母、4－7％w/w TiO₂和0.2－3.0％w/w粒状金属铝。具有确定比率的三种固体材料的比较窄的组合物提供了迫切需要的白色珠光饰面，该饰面具有最有利地相对薄的涂料膜厚度。

Description

白色珠光涂料组合物和涂层

发明领域

本发明涉及白色珠光涂料、漆和底漆；它们在改进方法用于在涂漆的或上漆的表面产生白色“珠光”饰面(finish)的用途；还涉及通过所述方法用所述涂料得到的基底，特别是车体。

发明背景

在汽车工业中，珠光白(pearlescent white)饰面对于汽车和卡车来说是一种受欢迎且很受赞誉的饰面颜色，因为已发现珠光白饰面比平光白(flat white)饰面更受消费者的欢迎。

按照惯例，为了在车辆上产生珠光白饰面，在对暴露的金属部件涂抹一种或多种底漆涂层后，进行三步涂覆法是必要的。为了产生珠光白饰面，通常要涂覆一个白色涂料底涂层，接着涂覆通常含有云母的珠光材料涂层，它没有被着色，但含有高反射性材料的颗粒以提供“珠光”饰面；最后涂覆透明涂层以密封下面的层。每一涂层必须分别涂覆，如果必须进行烘焙，必须在每一后续层涂覆之前提供合适的干燥时间。因此，珠光饰面的生产劳动强度大，而且耗时。

无论何时将两种不同类型的涂料涂层涂覆于基底，与同类型涂料的多重涂层之间相比，都必须给予前者较长的干燥时间。为了促进三涂层涂料饰面的适当凝固，需要干燥时间来凝固每个涂料内涂层、珠光涂层和透明涂层。通过使涂漆车辆在装配线上保持额外的时间来实现较长的干燥时间。仅仅使装配线较慢地通过汽车装配工厂的涂漆段以使在涂料涂覆之间产生较长的干燥时间，这是不可行的。并且，整个装配线必须延长以在涂料干燥期间提供额外的行程时间。由此，为了使装配线时间更长，就需要一个更大的实际工厂空间来运行装配线。在实际空间非常珍贵的制造工厂，也许不可能留出额外的装配线长度来使多涂料涂层的涂覆之间有更多时间。因此，在一些较小制造工厂，在所制造的车辆上也许不能提供某些涂料饰面。

Jaffe等人的美国专利5,871,827的整个主题引入本文作为参考，该文献公开了两涂层和三涂层汽车饰面以及它们制备的方法，其中通过将不透明的光干涉颜料插入顶部涂层或中间涂层来获得多种颜色。Jaffe教导的方法涉及两个涂层的使用，其中第一涂层含有不透明的白色、黑色或彩色颜料以获得整体遮盖，而第二涂层是不会遮盖第一涂层的干涉颜料。在着色涂层的上方还要涂覆透明的顶部涂层以完成饰面。所教导的不透明干涉颜料颗粒是具有用透明电介质层涂覆的不透明层的多层颗粒，它们又用半透明层涂覆。这是一个使用起来比较复杂和昂贵的涂覆方法，而方法的结果得到了多色涂料的效果。

Sada等人的美国专利5,350,509的整个主题引入本文以供参考，该文献公开了一种涂层结构，其包括彩色底部、置于彩色底部上的第一涂层，在第一涂层内含有透明闪光成分，每种闪光成分包括至少两种聚合物的交替叠层，所述两种聚合物具有不同的折射率并控制来自由交替叠层产生的反射干涉的干涉光、和不是干涉光的透射光。

Panush的美国专利4,499,143的整个主题引入本文以供参考，该文献公开了一种透明的顶部涂层组合物，其含有被密封于云母颗粒内的、具有低的颜料/粘结剂比的氧化铁。Panush的教导特别涉及产生具有深度、透明度和色度的彩色饰面。虽然该专利声明，云母密封的氧化铁颜料具有内在的遮盖力并具有珠光，但是据说它们有其它的颜色。还声明，所需的颜色结果不能用金属如铝、和以前的具有珠光的天然或合成颜料获得。这些所谓的“无色和不透明”颜料降低了实际的彩色颜料的价值，导致灰暗的低色度颜色。考虑到对于彩色饰面的关注，该专利没有认识到并教导铝作为在珠光白饰面中的颜料和遮盖材料的价值。

Panush的美国专利4,615,940的整个主题引入本文以供参考，该文献公开了利用多涂层系统对基底的乳白色效果，其中彩色底漆被涂覆于表面，接着涂敷透明底涂层，然后涂敷透明涂层。该透明底涂层应倾向于具有很差的遮盖性能和相对高的透光率。为了补偿底涂层的这种特性，需要底漆具有非常有效的黑色和白色遮盖性，而且必须采取其他措施来阻断紫外线水平，否则，就可能通过透明底涂层发生显著的电涂层降解。另外，透明底涂层的使用要求必须小心地涂覆底漆层并整体砂磨，因为透明底涂层不能掩饰底漆涂层中的缺陷。

对于常规二氧化钛白色涂料情况，为了以合理的薄膜厚度(典型地为30-50微米)获得合适的遮盖力，在涂料介质中需要极大量的二氧化钛颜料。这样的涂料配方具有非常小的固定较多固体颗粒的能力，因而在涂料混合物中几乎没有剩余空间来添加珠光材料如云母颗粒。

已知，向常规白色二氧化钛涂料中添加云母不会改变白色涂料的可见外观。尽管存在珠光材料，但是具有超过颜料固体部分90％w/w的钛含量的常规二氧化钛基白色涂料仍具有“平光”白外观。

溶剂基涂料可以携带40-60％w/w颜料，而在另一方面，水基涂料和底漆也不能分配颜料，具有较低的颜料载荷，比如在20-35％w/w的范围。在各种情况下，对于常规白色涂料，90％的颜料必须是白色颜料，通常为二氧化钛。因此，需要云母薄片浸没在大量的二氧化钛颜料中以制成常规白色涂料，这样，云母的珠光外观不能用肉眼看到。

为了制得常规白色涂料珠光饰面，必须在白色二氧化钛适当凝固后涂覆云母或另一种珠光材料的珠光涂层以阻止珠光材料的“浸没”，因为常规云母珠光涂层本身没有遮盖力。饰面的遮盖特性需要着色底涂层，以便覆盖制品上的砂印等，并产生涂漆制品的真实颜色。珠光涂层只提供将“平光”饰面转变为“珠光”饰面的发光性。由于二氧化钛白色底涂层和珠光涂层是两种不同类型的涂料，所以每种涂层都需要独特的闪光时间，以便在其它物质涂覆于表面之前凝固各涂层。如果在着色底涂层和珠光涂层涂料的涂覆之间没有闪光时间，那么涂层之间就会起弧。涂料起弧是一种涂漆缺陷，当来自前一涂料层的染料或颜料在新涂覆材料的溶剂中被溶解并渗出，从而改变新涂覆材料的饰面颜色时，就发生这种缺陷。它是由于在涂覆两种不同类型的涂料涂层时，在两个涂层的涂覆之间没有足够长的闪光时间而引起的。单独云母珠光涂层的涂覆需要单独的涂覆步骤，这就要求汽车生产线的重大改装，从而引起所制造的每部车量的涂料成本大量增加。

“遮盖力”是一个确定涂料构成的重要定量参数。遮盖力可以定量地定义为：涂料完全遮盖被其喷洒的任何背景的性能。一般而言，涂料工业中可接受的是，当涂覆在黑色背景上的涂料具有以相同厚度涂覆在白色背景上涂料的0.98的反射率值时，就达到完全遮盖。因此，遮盖力是一个背景和涂料厚度的衬度系数，它需要将衬度差减少到0.02。标准数字0.02基于韦伯-费克纳(Weber-Fechner)对比法则，该法则声明小于2％(0.02)的差异在中等照明条件下对于人的肉眼是觉察不到的。

遮盖力是通过在涂料涂覆于涂漆表面时，涂料膜中的颜料颗粒的光吸收性能产生的。如果从涂料膜表面的顶部产生很多光，且基底未变模糊，则涂料膜的遮盖力就差。大多数颜料本身是晶状的。特别是，当白色颜料分散在涂料介质中时，白色颜料倾向于强烈地散射光线。如果白色颜料的单晶体生长得足够大，则它被认为是发光、透明的玻璃状晶体。这种光散射特性导致大量光从涂料膜表面发出，并导致相应很差的遮盖力。

二氧化钛在涂料中是最常用的白色颜料。不幸的是，该颜料具有相对较差的遮盖力。为了保持白色，没有一种彩色颜料(被定义为具有较大遮盖力)可以改善遮盖性能。因此，常规白色底涂层装有大量二氧化钛颜料。因此，为了获得小于35微米厚度的且具有黑色和白色遮盖性能的白色涂料颜色，涂料必须含有至少90％w/w二氧化钛，这接近于在涂料配方中允许涂料流动和被有效地喷洒于表面上的最大颜料含量。通过对比，包含具有更有效遮盖力的颜料的其它涂料颜色也可以包含约5％w/w的颜料。

PCT/CA02/01810公开了颜料、颜料配方、涂料配方和它们在涂覆表面、特别是车体以提供白色和彩色珠光饰面的用途。所述的一个实施方案具有在下列的固体组分范围内的配方，即0.1-15％TiO₂、10-99％云母、0.1-20％铝和0-5％彩色颜料。

虽然PCT/CA02/01810描述了为基底提供珠光白饰面的有用涂料组合物，但是我们已惊讶地发现一个范围非常窄的白色涂料配方，该配方提供了一个相对于现有技术中的两涂层和三涂层白色珠光饰面有利地具有较薄的膜厚度的极其优良的珠光白饰面。

因此，虽然迄今为止，在为制备白色珠光涂料饰面及其组合物而提供改进方法方面取得了重大进展，但仍然需要更好的涂料组合物，用于以成本有效的方式改善白色珠光饰面的外观及其涂覆方法。

发明概述

令人惊讶地，我们已发现，包括含有相对确定比率的组分的固体材料的涂料组合物与成膜剂和任选的添加剂组分等混合，可在基底、特别是车体上得到显著改善的白色珠光饰面。

我们已经发现，包括相对少量的白色颜料即二氧化钛、相对非常少量的粒状金属铝、和含有合适成膜剂的相对非常大量的珠光云母的固体材料可令人惊讶地在基底上以相对极其薄的膜厚度得到极其吸引人的白色珠光饰面。

本发明的一个目的是提供一种用于在涂覆基底上得到改进的白色珠光涂料饰面的白色珠光涂料组合物。

另一个目的是提供一种使用所述白色珠光涂料组合物在所述基底上获得所述饰面的改进方法。

又一个目的是提供一种制备所述涂料组合物的方法。

还有一个目的是提供一种基底，特别是车体表面，其涂覆有所述涂料组合物以提供所述白色珠光饰面。

因此，在一个方面，本发明提供了一种包括固体材料和成膜剂的珠光白涂料组合物，所述固体材料包括至少90％w/w云母、4-7％w/wTiO₂和0.2-3.0％w/w粒状金属铝。

最优选地，固体材料包括94.0±1％w/w云母、5.0±1％w/w TiO₂和0.5±0.3％w/w Al。

最优选的实施方案以规定的重量百分比值示于表I。

表I

                   水        溶剂        漆

固体材料

二氧化钛           0.25      0.25        0.25

铝(金属颗粒)       0.025     0.025       0.025

云母               4.75      4.75        4.75

树脂

丙烯酸             7.47      18.15       20

尿烷               0.96

聚酯               5.8

三聚氰胺甲醛       4.82      19.4

微凝胶                       12.91

添加剂

增量剂             0.35      0.39        0.35

流变添加剂         0.4

紫外添加剂         0.19      0.78        0.78

催化剂                       0.39        0.39

溶剂               17.76     42.95       73.45

水                 57.225                      

                   100       100.00      100.00

特别最优选的实施方案以表I给出的相对量示于表II。

表II

聚酯树脂        Bayhydrol D 155(Bayer拜耳)/聚酯树脂5770.84 Cargil)

                2-羟基乙基丙烯酸酯(HEA Dow Chemical/MMMA

丙烯酸

                甲基甲基丙烯酸酯)

三聚氰胺树      Luwipal 066(BASF)

脂

尿烷            U 610(Alberdingk&Boley)

催化剂          Nacure X49-110-king Industries)

流变添加剂      Tego WetZFS 453

紫外添加剂      TinUVin 384/TinUVin 292(CibaGeigy)

微凝胶          TEGO Disperss 630

增量剂          滑石细级粉末(St.Lawrence Chemical Inc)

二氧化钛        Ti Pure Dupont

铝              STAPA 1L Hydrolan 2192 55900/G Eckart America L.P

云母            Xirralic T60-10WNT Crystal silver by Merck

我们已发现，本发明的具有确定比率和绝对量的金属铝组分还最有利地提供了美学发光效果，并且有助于涂料流动粘度控制性能。铝颗粒可以是相对很大或粗糙的颗粒，颗粒大小范围为1-2微米的厚度和100-200微米的直径。粗糙铝可以从Delta Colours Inc.和/或Silberline Mfg.Co.，Inc获得。用于涂料组合物的金属铝通常以根据确定的颗粒大小分布的糊剂中的“分层(leafing)铝糊剂”或“不分层铝糊剂”出售。铝颗粒也可以是细颗粒，即具有0.1-1微米厚度和0.1-100微米直径的尺寸范围的颗粒。这些颗粒可以例如包括由“Delta coloursInc”和/或Silberline Mfg.Co.，Inc.出售的颜料，它们可以用于供给或研磨或另外加工处理，以减少它们的尺寸或尺寸范围特征以适于应用。

因此，该云母合成物含量为固体材料的至少90％w/w、最优选约94.0±1％w/w。

已知的一种优选珠光云母合成物以XIRALLICT60-20 SWSunbeam Gold为商品名，具有5-30μm的颗粒大小。

云母的其它优选薄片形式也可以被成功地使用，它们可以单独使用，或与XIRALLIC产品结合使用。不同薄片形式的云母比例可以是不同的，这取决于所需的颜料性能和对增加的制造成本的承受力，所述增加的制造成本来自使用优选的XIRALLIC产品形式的增加比例。

其它珠光云母材料可以包括天然云母薄片，其已经涂覆有金属氧化物如氧化铝、或高折射率的金属氧化物如二氧化钛或氧化铁。

本发明组合物中使用的成膜剂可以适当地选自那些本领域已知的通常在涂料和漆配方中用于溶剂基或水基的物质。优选地，成膜剂选自那些基于丙烯酸、尿烷、聚酯或三聚氰胺甲醛树脂的物质。优选的丙烯酸树脂是丙烯酰胺、丙烯腈、甲基丙烯酸酯和乙基己基丙烯酸酯。

按涂覆于基底的全部涂料组合物的重量计，优选的组合物包括约7-8％丙烯酸、约1％尿烷、约6％聚酯和约5％三聚氰胺甲醛树脂。

本发明的涂料组合物可以任选地还包括一种或多种添加剂，它们选自紫外线防护剂、增量剂、聚合催化剂、流变添加剂等。

为了简单化和清楚化，在本说明书中，术语“固体材料”是指固态材料，即TiO₂，、云母和Al。它不包括导致成膜剂的任何原始有机树脂或固体材料、或用于涂料组合物或固化涂料的上述固体添加剂。

在另一方面，本发明提供了一种在基底上产生珠光白饰面的方法，该方法包括在所述基底上涂覆一种上文定义的珠光白涂料组合物；和在所述基底上固化所述组合物。

基底可以是物体或制品的任何希望的合适表面，但最优选的是，该物体是汽车、卡车或类似物体。

因此，在另一方面，本发明提供了一种通过上文定义的方法用上文定义的珠光白饰面涂覆的上述基底。

令人惊讶地，本发明的珠光配方在遮盖以及阻止紫外线上是非常有效的，可以达到如下程度：涂层可以以与涂料层而不是珠光透明涂层相似的方式在汽车涂漆过程中起作用。根据本发明的具体实施方案，该配方的功能优点允许使用2涂层涂漆系统而不是3涂层涂漆系统，以获得着色珠光汽车涂料饰面。

在一个实施方案中，如上文定义的涂料组合物作为底涂层以约18-25微米厚度涂覆，且可以通过环境急骤脱水和/或在炉中烘烤来凝固或固化。然后，优选地，在其上涂覆总厚度为约35-45微米的透明涂层。

在另一个实施方案中，本发明提供了一种在物体上产生珠光白饰面的方法，该方法包括如下步骤：向物体涂覆至少一个本发明的珠光白涂料配方的底涂层，凝固底涂层，向底涂层涂覆透明涂层，并凝固透明涂层。

上文定义的上述底涂层可以单独在底漆或电涂层上使用，作为基底上的最终饰面，而没有透明涂层饰面。

在如此大量珠光材料中，具有如此非常少量白色颜料的如此非常少量遮盖组分可以提供如此吸引人的珠光白涂料饰面是非常令人惊讶的。

附图概述

为了更好地理解本发明，现在仅仅通过实施例并参考附图对优选实施方案进行描述，其中图1表示根据本发明的两涂层的珠光白涂料与现有技术中的两涂层和三涂层的珠光白涂料膜相比，在不同涂料膜厚度的％透光率的对比曲线图。

优选实施方案详述

根据本领域中已知的标准方法，以表I中所示的按重量百分比计的量，由成膜剂前体和固体材料制备在上文表II中给出的涂料组合物，作为含水配方。

本发明的上述涂料组合物被涂覆于在模拟车体表面上的白色底漆涂层上，固化，随后用常规透明涂层涂覆，以得到所谓的“两涂层”珠光白饰面。制备根据现有技术的对比两涂层和三涂层珠光白饰面，并在图1中进行比较，其中线A和B表示根据现有技术的两涂层白色珠光组合物；线C表示根据现有技术的三涂层白色珠光组合物；线D表示根据本发明的两涂层白色珠光组合物。上述涂料中的每种都具有一种顶部透明涂层组合物。

图1表示固化涂料膜的非常优良的成本有效的薄膜厚度，同时提供了显著改善的透光率值。

虽然上述的组合物、涂层、方法和基底是参照车辆表面涂覆的，但是应理解，它们在其它表面如那些包括工业和个人用品、塑料、金属等范围的物体的表面上也可以使用。因此，上面的描述并不是要将本发明完全限于优选的车辆表面领域。

而且，虽然本公开内容描述和说明了本发明的某些优选实施方案，但是应理解，本发明不限于这些具体实施方案。更确切地，本发明包括所有下述的实施方案，它们是已描述和说明的具体实施方案和特征的功能或机械等价物。

Claims (10)

1.一种珠光白涂料组合物，包括固体材料和成膜剂，所述固体材料包括至少90％w/w云母、4-7％w/w TiO₂和0.2-3.0％w/w粒状金属铝。

2.如权利要求1所述的涂料组合物，其中所述固体材料包括94.0±1％w/w云母、5.0±1％w/w TiO₂和0.5±0.3％w/w铝。

3.如权利要求1或2所述的涂料组合物，其中所述成膜剂选自由丙烯酸、尿烷、聚酯和三聚氰胺/甲醛组成的树脂组。

4.如权利要求1-3中任一项所述的涂料组合物，该涂料组合物在配方基中，所述基选自水基、溶剂基和漆基。

5.如权利要求3或4所述的涂料组合物，该涂料组合物按重量计包括约7-8％丙烯酸、约1％尿烷、约6％聚酯和约5％三聚氰胺甲醛树脂。

6.一种在基底上产生珠光白饰面的方法，该方法包括将如权利要求1-5中任一项所述的珠光白涂料组合物涂覆于所述基底；在所述基底上固化所述组合物以提供固化的所述饰面。

7.如权利要求6所述的方法，该方法还包括向所述固化饰面涂覆透明涂层，并固化所述透明涂层。

8.如权利要求6或7所述的方法，其中所述基底是车体。

9.一种用通过权利要求7的方法制造的固化珠光白饰面涂覆的基底。

10.如权利要求9所述的涂覆基底，其中所述基底是车体。

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