DE112013001067T5

DE112013001067T5 - Vorrichtung zur Vorhersage der Menge von groben Flakes in Beschichtungszusammensetzungen durch Nasslack-Farbmessung (Wet Color Measurement)

Info

Publication number: DE112013001067T5
Application number: DE112013001067.4T
Authority: DE
Inventors: Anthony Moy; Rajesh Gopalan Saliya; Ayumu Yokoyama
Original assignee: Coatings Foreign IP Co LLC
Current assignee: Axalta Coating Systems GmbH
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2014-11-06
Also published as: CN104303041A; WO2013126544A1; CN104303041B; US20160069802A1; US9389176B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Vorhersage der Menge von groben Flakes, wie zum Beispiel metallischen Aluminium-Flakes in einer Beschichtungszusammensetzung, wie zum Beispiel einem Autoserien- oder Reparaturlack. Die Vorrichtung umfasst das Messen des Flop-Effekts/Flops einer auf ein Testsubstrat aufgebrachten Schicht der Beschichtungszusammensetzung unter Verwendung der Vorrichtung zur Flop-Effekt-Vorhersage gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Vorgang wird mit variierenden Mengen von einem oder mehreren verschiedenen Typen der der Zusammensetzung zugesetzten groben Flakes wiederholt, und der Flop-Effekt als Funktion der Menge der groben Flakes in der Beschichtungszusammensetzung wird in einer graphischen Darstellung aufgetragen, und dann wird durch Anwenden einer Kurvenanpassungsgleichung eine Vorhersagekurve für die Flake-Menge erhalten. Durch Messen des Flop-Effekts einer nassen Schicht einer Ziel-Beschichtungszusammensetzung kann dann die Menge der groben Flakes in der Ziel-Beschichtungszusammensetzung durch Verwendung der Vorhersagekurve für die Flake-Menge vorhergesagt werden. Die Vorrichtung ist äußerst nützlich während der Herstellung von Beschichtungszusammensetzungen, wie zum Beispiel Autoserien- und Reparaturlacken.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Vorhersage der Menge von groben Flakes, die in einer Beschichtung verteilt sind, die aus einer auf ein Substrat aufgetragenen Schicht einer Beschichtungszusammensetzung resultiert, wobei die Beschichtungszusammensetzung eine Kombination von groben und feinen Flakes enthält. Die Vorrichtung bezieht sich insbesondere auf einen Qualitätssicherungsprozess, der auf einer Echtzeitbasis die Menge von groben Flakes vorhersagt, die in einer Beschichtung, die aus Autoserien- und Reparaturlacken resultieren würde, verteilt sind, während derartige Lacke gerade hergestellt werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Typischerweise wird während der Herstellung von Beschichtungszusammensetzungen, wie zum Beispiel von Flakes enthaltenden Autoserien- und Reparaturlacken, von Zeit zu Zeit eine Probe der derartigen herzustellenden Beschichtungszusammensetzungen genommen, als Schicht mit gewünschter Dicke auf ein Testsubstrat aufgebracht, zu einer Beschichtung getrocknet und/oder gehärtet, und ihr Flop-Effekt (flog) wird gemessen, um die Verteilung von groben Flakes in der Beschichtung zu überprüfen. Die Prozessparameter werden dann angepasst, und der oben beschriebene Prüfvorgang wird wiederholt, bis die angepasste Beschichtungszusammensetzung den gewünschten Anforderungen für die Verteilung der groben Flakes entspricht.
Der oben erwähnte Prüfvorgang ist nicht nur zeitaufwendig und umständlich, sondern resultiert auch in häufigen Unterbrechungen des Herstellungsprozesses. Im Ergebnis kann die Qualität der resultierenden Beschichtungszusammensetzungen von Charge zu Charge beeinträchtigt werden. Daher besteht ein Bedarf, eine Vorrichtung zu entwickeln, die die Verteilung von groben Flakes in einer Beschichtung, die aus einer Beschichtungszusammensetzung resultiert, vorhersagen kann, während sie gerade hergestellt wird, so dass der Herstellungsprozess sogleich auf einer Echtzeitbasis angepasst werden kann, um die gewünschte Flake-Verteilung zu erhalten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flake-Vorhersagevorrichtung (flake prediction device) zur Vorhersage der Menge von groben Flakes in einer Ziel-Beschichtungszusammensetzung, die umfasst:

(a) ein Testsubstrat, das auf einem an einem Trägerrahmen angebrachten Antrieb montiert ist;
(b) ein benachbart zu dem Testsubstrat angeordnetes Gefäß, so dass eine S₀-Beschichtungszusammensetzung, wenn sie in das Gefäß gegossen wird, als L₀-Schicht mit im Wesentlichen gleichförmiger Dicke durch eine Öffnung an dem Gefäß auf eine Oberfläche des Substrats abgegeben werden kann, wobei die S₀-Beschichtungszusammensetzung F₀ Gewichtsanteile der groben Flakes auf Grundlage von 100 Gewichtsanteilen der S₀-Beschichtungszusammensetzung umfasst;
(c) einen optischen Messmechanismus zum Projizieren eines Lichtbündels mit einer vorgegebenen Intensität unter einem vorgegebenen Einfallswinkel von einer Lichtquelle auf die L₀-Schicht;
(d) ein optisches Messinstrument zum Messen des B₀-Flops des von der L₀-Schicht in einem vorgegebenen Reflexionswinkel reflektierten Bündels;
(e) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass ein Computer den B₀-Flop der L₀-Schicht in einem computerverwendbaren Speichermedium des Computers speichert;
(f) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass der Computer B₁- bis B_n-Flops von L₁- bis L_n-Schichten, die aus den S₁- bis S_n-Beschichtungszusammensetzungen resultieren, mit jeweils F₁ bis F_n Gewichtsanteilen der groben Flakes auf Grundlage von 100 Gewichtsanteilen der jeweiligen S₁- bis S_n-Beschichtungszusammensetzungen speichert, wobei n im Bereich von 1 bis 100 liegt;
(g) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass der Computer Schnittpunkte auf einer graphischen Darstellung lokalisiert, wo die B₀- bis B_n-Flops der L₀- bis L_n-Schichten auf der X-Achse der graphischen Darstellung sich mit den F₀ bis F_n Gewichtsanteilen der groben Flakes auf der Y-Achse der graphischen Darstellung schneiden;
(h) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass der Computer eine Kurvenanpassungsgleichung verwendet, um eine Vorhersagekurve für die Flake-Menge auf dieser graphischen Darstellung zu erzeugen;
(i) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass der Computer den B_T-Flop der L_T-Schicht mit der im Wesentlichen gleichförmigen Dicke einer Ziel-Beschichtungszusammensetzung speichert, wobei der B_T-Flop durch Projizieren des Lichtbündels mit der vorgegebenen Intensität und dem vorgegebenen Einfallswinkel von der Lichtquelle erhalten wird, wobei die Ziel-Beschichtungszusammensetzung ferner die groben Flakes umfasst;
(j) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass der Computer den B_T-Flop der L_T-Schicht auf der X-Achse der graphischen Darstellung lokalisiert;
(k) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass der Computer einen Schnittpunkt auf der Vorhersagekurve für die Flake-Menge lokalisiert, die sich mit dem B_T-Flop auf der X-Achse der graphischen Darstellung schneidet;
(l) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass der Computer die Menge der groben Flakes in der Ziel-Zusammensetzung vorhersagt, indem Y_T auf der Y-Achse der graphischen Darstellung lokalisiert wird, die sich mit dem Schnittpunkt auf der Vorhersagekurve für die Flake-Menge schneidet, die sich mit dem B_T auf der X-Achse der graphischen Darstellung schneidet; und
(m) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass der Computer die vorhergesagte Menge Y_T der groben Flakes in der Ziel-Zusammensetzung anzeigt oder ausdruckt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1 und 2 zeigen vereinfacht eine der Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Vorhersage der Flake-Menge gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 3 zeigt vereinfacht die Vorhersagekurve für die Flake-Menge, wie sie von der Vorrichtung zur Vorhersage der Flake-Menge gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie hier definiert:
Sind ”Flakes” konventionelle Flakes (Flocken, Blättchen) in einer Beschichtungszusammensetzung, die einen Flop-Effekt zeigen, wie zum Beispiel konventionelle Glimmer-Flakes, metallische Flakes, wie zum Beispiel Aluminium-Flakes, organische Flakes oder eine Kombination von diesen. Aluminium-Flakes werden bevorzugt.
”Beschichtungszusammensetzung” bedeutet eine Beschichtungszusammensetzung, die eine Mischung von groben und feinen Flakes enthält, die einer auf ein Substrat aufgebrachten Beschichtungszusammensetzung, wie zum Beispiel einer Automobilkarosserie, einer Stoßstange oder einem Kotflügel, ein schimmerndes Aussehen verleihen, d. h. einen Flop-Effekt. Mit ”Flop-Effekt/Flop” ist die visuelle Änderung der Helligkeit oder des Glanzes des Flakes, wie zum Beispiel eines metallischen Aluminium-Flakes, bei Änderung des Betrachtungswinkels gemeint, das heißt, bei Änderung von 90 Grad zu 180 Grad. Je größer die visuelle Änderung von hell zu dunkel ist, desto besser ist der Flop-Effekt. Der Flop-Effekt hebt die Linien und Kurven eines Automobils hervor; daher ist er sehr wichtig für das Erreichen dieses erwünschten Aussehens der Beschichtung. Automative Beschichtungszusammensetzungen mit metallischen Flakes, wie zum Beispiel Aluminium-Flakes, werden üblicherweise eingesetzt, um das glänzende, schimmernde Aussehen zu erhalten, das in charakteristischer Weise erwünscht ist. Je größer die Menge von groben Flakes in der Beschichtungszusammensetzung ist, desto stärker ist der Flop-Effekt einer daraus resultierenden Beschichtung und umgekehrt. Falls jedoch in der Mischung von groben und feinen Flakes die Menge der groben Flakes zu stark erhöht wird, und in der Mischung von groben und feinen Flakes die Menge der feinen Flakes zu stark reduziert wird, d. h. vorwiegend grobe Flakes und sehr wenige feine Flakes vorliegen, dann werden die Beschichtungseigenschaften einer daraus resultierenden Beschichtung negativ beeinflusst, wie zum Beispiel durch Verlust des Deckvermögens der Beschichtung, verstärkte Kraterbildung, vermehrte Anteile von Orangenhaut, etc. Die vorstehende negative Wirkung auf die Beschichtungseigenschaften kann durch Kontrolle der Menge der groben Flakes in der Mischung von groben und feinen Flakes in den metallischen Beschichtungszusammensetzungen minimiert werden. Die Größe der groben Flakes in der Flake-Mischung der Beschichtungszusammensetzungen kann im Bereich von 25 Mikrometern bis 2.000 Mikrometern, vorzugsweise von 25 Mikrometern bis 500 Mikrometern, und noch mehr bevorzugt von 25 Mikrometern bis 100 Mikrometern liegen. Die Größe der feinen Flakes in der Flake-Mischung der Beschichtungszusammensetzungen kann im Bereich von 1 Mikrometer bis 20 Mikrometern und vorzugsweise von 5 Mikrometern bis 20 Mikrometern liegen. In einem typischen Beschichtungszusammensetzungs-Prozess werden diverse Komponenten einer Beschichtungszusammensetzung, wie zum Beispiel Pigmente, Flakes, Bindungspolymere, Lösungsmittel etc. gemischt und manchmal in Kugelmühlen gemahlen. Als Ergebnis eines derartigen Mahl- oder Mischvorgangs kann die Größe der gröberen Flakes reduziert werden. Daher wird es schwierig, die Menge von groben Flakes vorherzusagen, die am Ende eines derartigen Herstellungsprozesses noch vorliegen. Daher können durch Ermitteln der Menge der groben Flakes in der Beschichtungszusammensetzung, während sie gerade hergestellt wird, die Prozessparameter in Echtzeit während der Herstellung angepasst werden, um schließlich Beschichtungszusammensetzungen zu erhalten, die eine gewünschte Menge der groben Flakes enthalten.
Ein Flop-Effekt/Flop einer Schicht einer Beschichtungszusammensetzung im Nasszustand kann bei direkter Messung dem Flop-Effekt entsprechen, der entstehen kann, wenn eine derartige Schicht zu einer Beschichtung trocknet und/oder aushärtet. Da sich jedoch die optischen Eigenschaften einer nassen Schicht einer Beschichtungszusammensetzung wegen Verdunstung von Lösungsmittel aus der nassen Schicht und/oder Vernetzung derselben ständig ändern, ist es sehr schwierig, derartige Messungen der nassen optischen Eigenschaften auf den Flop-Effekt einer Beschichtung zu beziehen, die aus einer derartigen Schicht resultiert, sobald sie zu einer Beschichtung trocknet und/oder aushärtet. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung liefern eine Lösung zum Erreichen dieser beschriebenen Beziehung.
Eine der für die vorliegende Erfindung geeigneten Vorrichtungen zur Flop-Effekt-Vorhersage enthält eine Vorrichtung 1, wie in 1 und 2 gezeigt. Die Vorrichtung 1 weist ein Testsubstrat 2, vorzugsweise eine Scheibe auf, die von einem Antrieb 4 gedreht wird, wie zum Beispiel einem Elektromotor, der auf einem Trägerrahmen 6 positioniert ist. Das auf einer Welle des Antriebs 4 montierte Testsubstrat 2 kann entweder in einer horizontalen oder in einer vertikalen Stellung positioniert werden. Das Testsubstrat 2 der Vorrichtung 2, wie in 1 und 2 gezeigt, ist vertikal positioniert, was bevorzugt ist. Das Testsubstrat 2 kann aus einem geeigneten Material bestehen, wie zum Beispiel Stahl, Kunststoff oder Aluminium. Die Oberfläche des Testsubstrats 2 hat vorzugsweise den gleichen Glättegrad wie zum Beispiel eine Autokarosserie oder eine Autostoßstange, so dass die erhaltenen Ergebnisse so nahe wie möglich an denen liegen, die unter ähnlichen Lack-Anwendungsbedingungen erhalten worden wären.
Wie in 1 gezeigt, ist die Vorrichtung 1 mit einem Gefäß 8 versehen, das benachbart zum Testsubstrat 2 positioniert ist. Das Gefäß 8 ist mit einer Öffnung 10 versehen, vorzugsweise einem Schlitz, durch welchen eine in das Gefäß 8 gegossene Beschichtungszusammensetzung (So) 12 als L₀-Schicht 14 mit einer im Wesentlichen gleichförmigen Dicke auf einen Messbereich 16 auf der Oberfläche des Testsubstrats 2 aufgebracht werden kann. Die zum Herstellen der L₀-Schicht 14 verwendete Beschichtungszusammensetzung (S₀) 12 enthält F₀ Gewichtsanteile von groben Flakes basierend auf 100 Gewichtsanteilen der Beschichtungszusammensetzung (S₀) 12. Wenn das Testsubstrat 2 durch den Antrieb 4 gedreht wird, vorzugsweise um etwa eine Vierteldrehung, wird die L₀-Schicht 14 gebildet. Die Öffnung 10 befindet sich benachbart zum Substrat 2, so dass eine resultierende Lücke zwischen der Öffnung 10 und dem Substrat 2 die Dicke der L₀-Schicht steuert. Typischerweise ist die L₀-Schicht in einer Dicke vorgesehen, die im Bereich von 6 Mikrometern bis 2.300 Mikrometern liegt.
Die Vorrichtung 1 zur Flop-Effekt-Vorhersage/Flop-Vorhersage gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen konventionellen optischen Messmechanismus 16, der mit konventionellen Kollimatoren zum Erzeugen eines Lichtbündels 20 mit vorgegebener Intensität in einem vorgegebenen Winkel versehen ist, das von einer konventionellen Lichtquelle 22 auf den Messbereich 16 projiziert werden kann. Ein B₀-Flop 24 des Lichtbündels 20 von der L₀-Schicht 14 kann dann mit einem konventionellen optischen Messinstrument 26 gemessen werden, wie zum Beispiel der Flop-Effekt-Messvorrichtung MA-68 von X-Rite in Grand Rapids, Michigan, USA. Ein beliebiger Einfallswinkel und Reflexionswinkel kann verwendet werden. Jedoch wird typischerweise ein 60 Grad-Reflexionswinkel verwendet, und der Reflexionsgrad wird vorzugsweise gemessen, bevor eine wesentliche Änderung der optischen Eigenschaften der L₀-Schicht 14 auftritt, die von den physikalischen und chemischen Eigenschaften der Beschichtungszusammensetzung abhängen, aus der die L₀-Schicht 14 erzeugt wird. Somit ist, je höher der Gehalt des Lösungsmittels in der Beschichtungszusammensetzung ist, das Zeitfenster desto länger, während welchem der Flop-Effekt gemessen werden kann, und umgekehrt. Beschichtungszusammensetzungen, die Lacke sind (die nicht reaktive Bindungspolymere mit hohem Molekulargewicht, aufgelöst in einem Lösungsmittel, enthalten), haben typischerweise ein längeres Messfenster als Beschichtungszusammensetzungen, die Emails sind (die Bindungspolymere mit reaktiven Gruppen enthalten, die chemisch mit Vernetzungsgruppen auf Vernetzungsmitteln reagieren, die vor Aufbringen als Schicht auf ein Substrat gemischt werden). Typischerweise wird der Flop-Effekt innerhalb von 2 Sekunden bis zwei Minuten nach Aufbringen der L₀-Schicht 14 auf das Testsubstrat 2 gemessen.
Ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen (means for configuring computer readable program code devices) wird verwendet, um zu bewirken, dass ein konventioneller Computer den B₀-Flop 24 der L₀-Schicht 14 in einem computerverwendbaren Speichermedium des Computers (in 1 nicht gezeigt) speichert. Der Computer steht vorzugsweise mit dem optischen Messinstrument 26 in Verbindung. Falls gewünscht, kann der Computer in Verbindung mit einem Remote-Computer stehen, wie zum Beispiel einem externen Computer zum Sammeln von Informationen von einem oder mehreren Computern, die mit Vorrichtungen zur Flop-Effekt-Vorhersage gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden sind.
Falls gewünscht, kann, nachdem der B₀-Flop der L₀-Schicht gemessen wurde, das Substrat 2 durch den Antrieb 4 weiter gedreht werden, um die Beschichtung mit einem Rakel 28 in einen Abfallbehälter 30 abzustreifen, und das Substrat 2 kann dann gereinigt werden. Alternativ kann, nachdem der B₀-Flop gemessen wurde, das Substrat 2 abgenommen werden; die L₀-Schicht wird vom Substrat 2 abgestreift, und dann wird Substrat 2 für den nächsten Schritt gereinigt.
Die oben beschriebene Vorgehensweise wird dann mit Reihen von S₁-, S₂-, ... S_n-Beschichtungszusammensetzungen 12 wiederholt (n liegt im Bereich von 1 bis 100, vorzugsweise von 2 bis 50 und noch mehr bevorzugt von 5 bis 20), die zunehmende Mengen von einem oder mehreren groben Flakes im Bereich von F₁ to F_n Gewichtsanteilen pro 100 Gewichtsanteilen der Beschichtungszusammensetzung enthalten. Die Zunahme der Menge der der Beschichtungszusammensetzung zugesetzten Flakes kann vorzugsweise in geeigneten gegebenen Mengen erfolgen, wie zum Beispiel mit 0,001, 0,01, 0,1, 0,5, 1, 5, 10, 15 Gewichtsanteilen pro 100 Gewichtsanteilen der Beschichtungszusammensetzung, wobei F₀ im Bereich von 0,001 Gewichtsanteilen bis 5 Gewichtsanteilen pro 100 Gewichtsanteilen der Beschichtungszusammensetzung und F_n im Bereich von 5,1 Gewichtsanteilen bis 60 Gewichtsanteilen pro 100 Gewichtsanteilen der Beschichtungszusammensetzung liegen. Das Verhältnis von groben Flakes zu feinen Flakes in der Flake-Kombination kann im Bereich von 98/2 bis 50/50 liegen. Wie weiter oben beschrieben, wird der B₁-Flop 24 einer L₁-Schicht 14 aus der S₁-Beschichtungszusammensetzung gemessen, und das Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen wird verwendet, um zu bewirken, dass der Computer den B₁-Flop 24 der L₁-Schicht 14 im computerverwendbaren Speichermedium des Computers speichert. Der Vorgang wird wiederholt, bis der B_n-Flop einer L_n-Schicht 14 aus der Beschichtungszusammensetzung 12 _n gemessen und im computerverwendbaren Speichermedium des Computers gespeichert ist.
Das Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen wird verwendet, um zu bewirken, dass der Computer Schnittpunkte auf einer graphischen Darstellung lokalisiert, wo die B₀- bis B_n-Flops der L₀- bis L_n-Schichten 14 auf der X-Achse der graphischen Darstellung sich mit den F₀ bis F_n Gewichtsanteilen der groben Flakes auf Grundlage von jeweiligen S₀- bis S_n-Beschichtungszusammensetzungen auf der Y-Achse der graphischen Darstellung schneiden. Das Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen wird dann verwendet, um zu bewirken, dass der Computer eine Kurvenanpassungsgleichung verwendet, um eine Vorhersagekurve für die Flake-Menge auf der graphischen Darstellung zu erzeugen. Vorzugsweise ist die Kurvenanpassungsgleichung eine Polynomgleichung zweiten Grades. Noch mehr bevorzugt hat die Polynomgleichung zweiten Grades die folgende Formel: FlopY = a(B_n)² + b(B_n) + c (1) R² = Z (2) wobei die Konstanten a, b, c und R² durch ein Kurvenanpassungsverfahren bestimmt werden, wie zum Beispiel dem in Microsoft Office Excel^® 2003 von Microsoft Corporation in Redmond, Washington, USA beschriebenen Verfahren. Z ist ein statistisches Maß davon, wie genau die Kurve an die experimentellen Messpunkte auf einer graphischen Darstellung angepasst ist. Wenn Z gleich 1 ist, wird dies als ideale Anpassung angesehen, d. h. alle experimentellen Messpunkte liegen auf der Anpassungskurve. Alle notwendigen und relevanten Informationen sind im computerverwendbaren Speichermedium gespeichert.
Falls gewünscht, kann die Vorhersagekurve für die Flop-Menge auf der graphischen Darstellung auf einem konventionellen Monitor angezeigt werden und/oder mittels eines konventionellen Druckers ausgedruckt werden, welche beide in Verbindung mit dem Computer stehen. Wenn die Vorhersagekurve für die Flop-Menge auf der graphischen Darstellung erzeugt ist, kann der Benutzer die Vorrichtung zur Flop-Effekt-Vorhersage gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden, um den Flop-Effekt einer Ziel-Beschichtungszusammensetzung mit einer unbekannten oder bekannten Menge eines oder mehrerer Flakes vorherzusagen, ohne den umständlichen und zeitaufwendigen Vorgang des Aushärtens der Schicht zu einer Beschichtung zu durchlaufen. Die L_T-Schicht 14 (auch bekannt als Ziel-Schicht) aus der Ziel-Beschichtungszusammensetzung, vorzugsweise mit der gleichen im Wesentlichen gleichförmigen Dicke wie bei den zum Bilden der Vorhersagekurve für die Flop-Menge verwendeten Schichten, die auf dem Substrat 2 der Vorrichtung 1 zur Vorhersage der Flop-Menge gemäß der vorliegenden Erfindung verteilt ist, kann in einer Produktionseinrichtung verwendet werden, die es dem Hersteller einer Beschichtungszusammensetzung erlaubt, die Bestandteile der Beschichtungszusammensetzung zügig einzustellen und sicherzustellen, dass die resultierende Beschichtungszusammensetzung einen gewünschten Flop-Effekt aufweist.
Wie weiter oben beschrieben, wird der Reflexionsgrad des B_T-Flops (B_T reflectance) 24 der L_T-Schicht 14 aus der Ziel-Beschichtungszusammensetzung gemessen, und das Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen wird verwendet, um zu bewirken, dass der Computer den B_T-Flop 24 der L_T-Schicht 14 im computerverwendbaren Speichermedium des Computers speichert.
Das Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen wird verwendet, um zu bewirken, dass der Computer den B_T-Flop der L_T-Schicht auf der X-Achse der graphischen Darstellung lokalisiert. Das Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen wird verwendet, um zu bewirken, dass der Computer einen Schnittpunkt auf der Vorhersagekurve für die Flake-Menge lokalisiert, die sich mit B_T auf der X-Achse der graphischen Darstellung schneidet. Schließlich wird das Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen verwendet, um zu bewirken, dass der Computer den Flop-Effekt einer Ziel-Beschichtung, die aus der L_T-Schicht resultiert, durch Lokalisieren des Y_T-Flops auf der Y-Achse der graphischen Darstellung vorherzusagen, die sich mit dem Schnittpunkt auf der Vorhersagekurve für die Flake-Menge schneidet, die sich mit B_T auf der X-Achse der graphischen Darstellung schneidet.
Im Ergebnis kann, sobald die Vorhersagekurve für die Flake-Menge in einem Computer der Vorrichtung 1 gespeichert ist, eine Probe einer herzustellenden Beschichtungszusammensetzung als Schicht aufgebracht werden, und ihr Flop-Effekt kann gemessen werden, um die Menge der groben Flakes in der Zusammensetzung vorherzusagen. Falls die gemessene Menge außerhalb der gewünschten Spezifikation liegt, kann der Herstellungsprozess durch Überwachen der Menge der groben Flakes auf einer kontinuierlichen Basis ohne Unterbrechung angepasst werden.
Einige wenige der Aspekte der oben beschriebenen Vorrichtung 1 zur Flop-Effekt-Vorhersage gemäß der vorliegenden Erfindung sind in der deutschen Patentanmeldung DT 25 25 701 A1 beschrieben. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass das Substrat 2 nicht unbedingt vertikal positioniert werden oder eine Scheibenform haben muss. Andere Ausführungsformen, wie zum Beispiel solche, bei denen das Substrat horizontal positioniert ist oder die Form eines Bands hat etc., sind ebenfalls für die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gut geeignet. Zum Beispiel ist das Substrat in Form einer Rolle, wie in dem gemeinsam übertragenen US-Patent 6,583,878 von Hustert beschrieben, für die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ebenfalls gut geeignet.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet die Vorrichtung 1 zur Flop-Effekt-Vorhersage nach 1. Der Vorgang beinhaltet das Aufbringen der L₀-Schicht 14 der Beschichtungszusammensetzung 12 mit einer im Wesentlichen gleichförmigen Dicke aus dem Gefäß 8, welches die Beschichtungszusammensetzung 12 enthält, auf das Substrat 2. Dann wird das Lichtbündel 20 mit einer vorgegebenen Intensität und mit einem vorgegebenen Einfallswinkel von der Lichtquelle 22 auf den Messbereich 16 der L₀-Schicht projiziert. Mittels des optischen Messinstruments 26 wird der B₀-Flop des Lichtbündels 20 in einem vorgegebenen Reflexionswinkel gemessen. Der B₀-Flop der L₀-Schicht wird dann im computerverwendbaren Speichermedium des Computers gespeichert. Die oben beschriebenen Schritte werden für die S₁- bis S_n-Beschichtungszusammensetzungen 12 mit weiterhin F₁ bis F_n Gewichtsanteilen eines oder mehrerer Flakes auf Grundlage von 100 Gewichtsanteilen der Beschichtungszusammensetzung wiederholt, um jeweils die B₁- bis B_n-Flops der L₁- bis L_n-Schichten zu bestimmen, wobei n im Bereich von 1 bis 100 liegt.
BEISPIELE

Die Tabelle 1 weiter unten führt Proben von Beschichtungszusammensetzungen auf, welche variierende Mischungen von groben Flakes (Sparkle Silver 3641 Flakes mit einer durchschnittlichen Größe von 31 Mikrometern, erhalten von Silberline in Tamaqua, Pennsylvania, USA) und feinen Flakes (Aluminum Paste 33313 Flakes mit einer durchschnittlichen Größe von 15 Mikrometern, erhalten von Eckart in Louisville, Kentucky, USA), gemischt mit 780^TM Polymer von DuPont Company in Wilmington, USA, aufweisen. Die Schichten dieser Proben wurden auf das Substrat 2 der Vorrichtung 1 aufgebracht, und die Flops der Schichten wurden mit dem MA-68 Farbinstrument 26 von X-Rite in Grand Rapids, Michigan, USA, gemessen: Tabelle 1

	Probe 1	Probe 2	Probe 3	Probe 4	Probe 5
Gewicht in g feiner Flakes	100	80	60	30	0
Gewicht in g grober Flakes	0	20	40	70	100
Gewicht des Polymers	900	900	900	900	900
Gesamtgewicht	1.000	1.000	1.000	1.000	1.000
Flop-Effekt/Flop flüssige Schicht	12,8	13,1	13,5	14,3	15,8

Wie in 3 gezeigt, werden dann Schnittpunkte auf einer graphischen Darstellung lokalisiert, wo sich B₀ bis B_n von L₀- bis L_n-Schichten auf der X-Achse der graphischen Darstellung mit F₀ bis F_n Mengen von groben Flakes von S₀-bis S_n-Beschichtungszusammensetzungen auf der Y-Achse der graphischen Darstellung schneiden.
Eine Kurvenanpassungsgleichung, wie zum Beispiel die oben erwähnte Polynomgleichung zweiten Grades (1), wird dann verwendet, um eine Vorhersagekurve für die Flop-Menge zu erzeugen, wie zum Beispiel in 3 gezeigt. Der Term ”a” in der Gleichung (1) war 9,1513. Der Term ”b” in der Gleichung (1) war 294,53, und der Term ”c” in der Gleichung war 2269,2. Das statistische Maß Z war 0,999. Alle vorstehenden Terme wurden durch Anwendung des oben erwähnten Microsoft Excel^©-Programms erhalten. Es ist für den Fachmann sofort augenscheinlich, dass das statistische Maß Z von 0,999 anzeigt, dass die Vorhersagekurve der Flop-Menge ein sehr genaue Anpassung an das Z einer idealen Anpassung von 1 ist.
Der Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung wird dann verwendet, um den Flop-Effekt einer Ziel-Beschichtungszusammensetzung vorherzusagen, indem zunächst auf das Substrat 2 eine L_T-Schicht von vorzugsweise der gleichen im Wesentlichen gleichförmigen Dicke einer Ziel-Beschichtungszusammensetzung durch das Gefäß 8 der Vorrichtung 1 zur Vorhersage der Flop-Menge aufgebracht wird, wobei das Gefäß die Ziel-Beschichtungszusammensetzung und ferner eine unbekannte oder eine bekannte Menge der groben Flakes enthält. Ein Lichtbündel 20 mit der vorgegebenen Intensität und mit dem vorgegebenen Einfallswinkel wird dann von der Lichtquelle 22 auf den Messbereich 16 der L_T-Schicht projiziert, und der B_T-Flop des von der L_T-Schicht im vorgegebenen Reflexionswinkel reflektierten Bündels wird durch das optische Messinstrument 26 gemessen. Ein Schnittpunkt auf der Vorhersagekurve für die Flop-Menge, die sich mit dem B_T-Flop auf der X-Achse der Kurve schneidet, wird dann lokalisiert, und die Flake-Menge in dem vorgegebenen Flop-Winkel einer Beschichtung, die der L_T-Schicht resultiert, wird dann durch Lokalisieren von Y_T auf der Y-Achse der graphischen Darstellung vorhergesagt.
Somit kann ein Fachmann leicht feststellen, dass die Menge der groben Flakes durch die Vorhersagekurve für die Flop-Menge der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sogleich vorhergesagt werden kann, indem lediglich der Flop-Effekt einer nassen Schicht einer Beschichtungszusammensetzung gemessen wird.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind für die Vorhersage des Flop-Effekts von Autoserien- und Reparaturlacken während ihrer Herstellung äußerst gut geeignet.

Claims

Flake-Vorhersagevorrichtung zur Vorhersage der Menge von groben Flakes in einer Ziel-Beschichtungszusammensetzung, die umfasst: (a) ein Testsubstrat, das auf einem an einem Trägerrahmen angebrachten Antrieb montiert ist; (b) ein benachbart zu dem Testsubstrat positioniertes Gefäß, so dass eine S₀-Beschichtungszusammensetzung, wenn sie in das Gefäß gegossen wird, als eine L₀-Schicht mit im Wesentlichen gleichförmiger Dicke durch eine Öffnung an dem Gefäß auf eine Oberfläche des Substrats abgegeben werden kann, wobei die S₀-Beschichtungszusammensetzung F₀ Gewichtsanteile der groben Flakes auf Grundlage von 100 Gewichtsanteilen der S₀-Beschichtungszusammensetzung umfasst; (c) einen optischen Messmechanismus zum Projizieren eines Lichtbündels mit einer vorgegebenen Intensität unter einem vorgegebenen Einfallswinkel von einer Lichtquelle auf die L₀-Schicht; (d) ein optisches Messinstrument zum Messen eines B₀-Flops des von der L₀-Schicht in einem vorgegebenen Reflexionswinkel reflektierten Bündels; (e) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass ein Computer den B₀-Flop der L₀-Schicht in einem computerverwendbaren Speichermedium des Computers speichert; (f) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass der Computer B₁- bis B_n-Flops von L₁- bis L_n-Schichten, die aus S₁- bis S_n-Beschichtungszusammensetzungen resultieren, mit jeweils F₁ bis F_n Gewichtsanteilen der groben Flakes auf Grundlage von 100 Gewichtsanteilen der jeweiligen S₁- bis S_n-Beschichtungszusammensetzungen speichert, wobei n im Bereich von 1 bis 100 liegt; (g) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass der Computer Schnittpunkte auf einer graphischen Darstellung lokalisiert, wo die B₀- bis B_n-Flops der L₀- bis L_n-Schichten auf der X-Achse der graphischen Darstellung sich mit den F₀ bis F_n Gewichtsanteilen der groben Flakes auf der Y-Achse der graphischen Darstellung schneiden; (h) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass der Computer eine Kurvenanpassungsgleichung verwendet, um eine Vorhersagekurve für die Flake-Menge auf dieser graphischen Darstellung zu erzeugen; (i) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass der Computer den B_T-Flop der L_T-Schicht mit der im Wesentlichen gleichförmigen Dicke einer Ziel-Beschichtungszusammensetzung speichert, wobei der B_T-Flop durch Projizieren des Lichtbündels mit der vorgegebenen Intensität und dem vorgegebenen Einfallswinkel von der Lichtquelle erhalten wird, wobei die Ziel-Beschichtungszusammensetzung ferner die groben Flakes umfasst; (j) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass der Computer den B_T-Flop der L_T-Schicht auf der X-Achse der graphischen Darstellung lokalisiert; (k) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass der Computer einen Schnittpunkt auf der Vorhersagekurve für die Flake-Menge lokalisiert, die sich mit dem B_T-Flop auf der X-Achse der graphischen Darstellung schneidet; (l) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass der Computer die Menge der groben Flakes in der Ziel-Zusammensetzung vorhersagt, indem Y_T auf der Y-Achse der graphischen Darstellung lokalisiert wird, die sich mit dem Schnittpunkt auf der Vorhersagekurve für die Flake-Menge schneidet, die sich mit dem B_T auf der X-Achse der graphischen Darstellung schneidet; und (m) ein Mittel zum Konfigurieren von computerlesbaren Programmcodeeinrichtungen, um zu bewirken, dass der Computer die vorhergesagte Menge Y_T der groben Flakes in der Ziel-Zusammensetzung anzeigt oder ausdruckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optische Messvorrichtung ein Spektrophotometer ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das optische Messinstrument in Kommunikation mit dem Computer steht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die groben Flakes eine Größe im Bereich von 25 Mikrometern bis 2.000 Mikrometern aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Öffnung ein Schlitz benachbart zum Testsubstrat ist, so dass eine resultierende Lücke zwischen dem Schlitz und dem Testsubstrat die Dicke der L₀ bis L_n-Schichten steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die L₀- bis L_n-Schichten die gleiche Dicke im Bereich von 6 Mikrometern bis 2.300 Mikrometern aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Testsubstrat eine Scheibe ist, die im Wesentlichen vertikal auf einem Trägerrahmen der Flake-Vorhersagevorrichtung positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kurvenanpassungsgleichung eine Polynomgleichung zweiten Grades ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Polynomgleichung zweiten Grades die Formel hat: FlopY = a(B_n)² + b(B_n) + c R² = Z wobei die Konstanten a, b, c und Z durch ein Kurvenanpassungsverfahren bestimmt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, umfassend die Anzeige der vorhergesagten Menge der groben Flakes in der Ziel-Beschichtungszusammensetzung auf einem CRT-Monitor.
Vorrichtung nach Anspruch 1, umfassend die Kommunikation der vorhergesagten Menge der groben Flakes in der Ziel-Beschichtungszusammensetzung von dem Computer zu einem entfernt liegenden (remote) Computer.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ziel-Beschichtungszusammensetzung ein Autoserienlack oder Reparaturlack ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die groben Flakes Aluminium-Flakes, Glimmer-Flakes, anorganische Flakes, organische Flakes oder eine Kombination von diesen sind.