TWI486407B - 水性塗料以及具有平滑表面的物件的形成方法 - Google Patents

水性塗料以及具有平滑表面的物件的形成方法 Download PDF

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Description

水性塗料以及具有平滑表面的物件的形成方法
本發明是有關於一種塗料以及物件的形成方法,且特別是有關於一種水性塗料以及具有平滑表面的物件的形成方法。
目前市面上的3C產品大多採用輕薄的設計概念,最先是採用金屬材質作為外觀件,後來使用工程塑膠取代較昂貴之金屬材質。經過測試與選擇後,發現使用尼龍含高量(50%)玻璃纖維之工程塑膠為較適合之材質。然而,尼龍含高量玻璃纖維之工程塑膠於射出過程易於表面形成吐纖現象,造成外觀瑕玼的問題。因此,為了遮蔽吐纖現象並使外觀件具有平滑的表面,一般會使用塗料進行表面加工製程。
目前的表面平滑製程大多使用溶劑型塗料,且現有的溶劑型塗料需要進行兩次塗層加工,其中一層為接著底層,另一層為功能性表層。功能性表層例如是用以遮蔽物件表面不佳的外觀並使物件具有平滑的表面。然而,溶劑型塗料需要使用揮發性有機溶劑,因此不符合環保的概念。此外,傳統的加工製程至少需要兩層塗層,因此製程較為繁複。再者,為避免烘烤過程造成物件形變,塗料之乾燥溫度須以低溫乾燥條件為主。
本發明提供一種水性塗料,其具備接著以及遮蔽吐纖現象的功能。
本發明提供一種具有平滑表面的物件的形成方法,其具有簡單的製作過程。
本發明提出一種水性塗料,其包括含OH基的壓克力水性樹脂、含NCO基的水性硬化劑、色漿、功能助劑、成膜助劑以及稀釋劑。含OH基的壓克力水性樹脂的含量為40~65wt%。含NCO基的水性硬化劑的含量為10~18wt%。色漿的含量為6~15wt%。功能助劑的含量為0.5~3wt%。成膜助劑的含量為8~20wt%。稀釋劑的含量為15~35wt%。NCO基與OH基的當量比為0.95~1.6。
本發明提出一種具有平滑表面的物件的形成方法,其包括以下的步驟。首先,將色漿、功能助劑、成膜助劑、稀釋劑混合後以形成第一溶液。然後,將含NCO基的水性硬化劑加入第一溶液中以形成第二溶液。接著,將含OH基的壓克力水性樹脂加入第二溶液中以形成水性塗料,其中NCO基與OH基的當量比為0.95~1.6。再來,將水性塗料噴塗於物件之表面上。之後,乾燥靜置使水性塗料形成平滑塗層以使物件具有平滑之表面。
基於上述,本發明之水性塗料為水溶性塗料,因此可減少揮發性有機溶劑的使用量,而具有環保的概念。再者,本發明之水性塗料同時具有接著性以及遮蔽吐纖現象的功能。此外,本發明之具有平滑表面的物件的形成方法使用 上述之水性塗料,因此製程簡單且表面平滑,因而具有較佳的外觀。
圖1A至圖1D為本發明一實施例之具有平滑表面的物件的實驗流程示意圖。圖2為本發明一實施例之具有平滑表面的物件的流程示意圖。請參照圖1A與圖2,首先,進行水性塗料130的製作。進行步驟S110,將色漿101、功能助劑102、成膜助劑103以及稀釋劑104混合後,再攪拌10~15分鐘以形成第一溶液110。須說明的是,在此不限定各成分的添加順序,色漿101、功能助劑102、成膜助劑103以及稀釋劑104也可以同時混合並攪拌以形成第一溶液110。
請參照圖1B與圖2,進行步驟S120,將含NCO基的水性硬化劑105加入第一溶液110中以形成第二溶液120。接著,請參照圖1C與圖2,進行步驟S130,將含OH基的壓克力水性樹脂106加入第二溶液120中。之後,攪拌30~45分鐘形成水性塗料130。在本實施例中,由於含OH基的壓克力水性樹脂106的含量較高,為了使水性塗料130的各成分均勻混合,因此可先將含NCO基的水性硬化劑105加入第一溶液110均勻混合後形成第二溶液120。之後,再加入含OH基的壓克力水性樹脂106。此外,為了使各成份均勻混合,可藉由機械攪拌方式幫助各成份的混合。
在上述的水性塗料130中,以水性塗料130的總重量計,色漿101的含量例如為6~15wt%,功能助劑102的含量例如為0.5~3wt%,成膜助劑103的含量例如為8~20wt%。稀釋劑104的含量例如為15~35wt%,含NCO基的水性硬化劑的含量例如為10~18wt%,含OH基的壓克力水性樹脂106的含量例如為10~18wt%。在本實施例中,其中NCO基與OH基的當量比為0.95~1.6。
在本實施例中,含NCO基的水性硬化劑105的重量平均分子量為14500~15500含NCO基的水性硬化劑105有助於水性塗料130的硬化。含NCO基的水性硬化劑105的種類可視含有OH基的壓克力水性樹脂106的種類而定。
含有OH基的壓克力水性樹脂的重量平均分子量為3500~4500,其主要的功能在於提供水性塗料130具有良好的接著性質。
在本實施例中,色漿101的平均粒徑為500nm~1.2μm,且色漿101的顏色為深色。具體而言,將包括色漿101的水性塗料130塗佈於基材上,且乾燥後的水性塗料130會形成具有乾膜厚度的塗料膜層,上述乾膜厚度大於14μm時,光的穿透率實質上為零。所述深色例如是黑色、灰色、咖啡色、深咖啡色、深藍色或是其他適合的顏色。在本實施例中,色漿101的顏色例如為黑色,且色漿101的平均粒徑為800nm~1μm,因此可以使水性塗料130具有良好的遮蔽效果。
在本實施例中,功能助劑102包括消泡劑(defoamer)、 流平劑(slip and leveling agent)或分散劑(dispersant)。消泡劑可用以消除水性塗料130製作過程中所形成的氣泡。流平劑可使水性塗料130於成膜時具有良好的平整性。分散劑可降低各成分之間的界面張力,以使各成分均勻地混合於水性塗料130中。
在本實施例中,成膜助劑103例如為一種共溶劑(cosolvent),其例如是醚醇類(ether alcohol)、酸酯類(acid ester)或上述之組合。成膜助劑可幫助含OH基的壓克力水性樹脂106與其他成份均勻地混合,以幫助水性塗料130成膜。成膜助劑103例如是二丙二醇丁醚(Dipropylene glycol normal butyl ether,DPNB)、乙二醇單丁醚(butyl cellosolve,BCS)或丙二醇苯醚。成膜助劑103可以使用市售的TEXANOL(伊士曼柯達)、Butyl diglyco Butyl glyco EFC-200(科寧)、EFC-300(科寧)。
在本實施例中,稀釋劑104例如是用以調整水性塗料130的黏度。在本實施例中,稀釋劑104例如為水。由於不同的含OH基的壓克力水性樹脂106本身可具有不同的含水量,進而影響水性塗料130的黏度,因此可藉由額外添加的稀釋劑104來調整水性塗料130整體的黏度。以福特杯測試水性塗料130的黏度為11~11.5秒。
再來,請參考圖1D與圖2,進行步驟S140,將上述的水性塗料130噴塗(spray coating)於物件140a之表面上。物件140a包括3C產品的塑膠外殼,例如丙烯晴-丁二烯-苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene,ABS)、聚碳酸酯 (polycarbonate,PC)、聚醯胺(polyamide,PA)、多苯二甲酸氨化合物(polyphthal amide,PPA)。當物件140a例如為含有玻璃纖維的塑膠時,物件140a的表面可能會具有吐纖現象,而影響物件140a的外觀。
再來,進行步驟S150,使噴塗有水性塗料130的物件140a乾燥靜置後,水性塗料130會形成平滑塗層130a,並且完成具有平滑表面的物件140的製作。
上述乾燥的方法例如是低溫烘烤水性塗料130,以使水分蒸發。烘烤的溫度例如為小於75℃,且烘烤的時間為30分鐘。烘烤的溫度會依據水性塗料130噴塗之物件不同而作調整。接著,靜置2天至3天以使水性塗料130形成平滑塗層130a。在本實施例中,烘烤的溫度例如為小於60℃。然而,本發明不限於此,在另一實施例中,乾燥的方法例如是在室溫(25℃)下靜置5天至7天,以形成平滑塗層130a。由於本實施例水性塗料130可以於低溫條件下乾燥靜置成型,因此不易造成物件因高溫烘烤而發生形變的問題。
藉由本實施例之水性塗料130所形成的平滑塗層130a厚度例如為16~25μm,其厚度薄,因此適合應用各種物件的表面上,而不易使物件的厚度加厚。因此,本實施例之水性塗料130將適合應用在具有薄型化外觀的物件。
值得一提的是,本實施例之水性塗料130同時具備接著以及遮蔽吐纖現象的功能。因此,相對於溶劑型塗料必須至少兩層塗層而言,使用本實施例之水性塗料130可以 使用一層塗層完成具有平滑表面之物件140的製作。據此,可具有簡化的製程並縮短製程時間。
水性塗料的特性測試 實例1
取7克黑色色漿、0.7克功能助劑、9克成膜助劑以及15.3克水,混合後以機械攪拌25分鐘。接著,依序加入13克水性硬化劑以及55克水性樹脂,再以機械攪拌40分鐘,其中NCO基與OH基的當量比為1.4。於常溫下靜置至氣泡消除後,將水性塗料噴塗於材質為含50%玻璃纖維的聚醯胺(polyamide,PA)的物件上。之後,以65℃的溫度進行烘烤,靜置72小時後,膜乾後的厚度為22μm。之後,進行相關的特性測試。
實例2
取10克黑色色漿、1克功能助劑、8克成膜助劑以及20克水,混合後以機械攪拌25分鐘。接著,依序加入10克水性硬化劑以及55克水性樹脂,再以機械攪拌35分鐘,其中NCO基與OH基的當量比為1.2。於常溫下靜置至氣泡消除後,將水性塗料噴塗於材質為含50%玻璃纖維的聚醯胺(polyamide,PA)的物件上。之後,以60℃的溫度進行烘烤,靜置72小時後,膜乾後的厚度為19μm。之後,進行相關的特性測試。
實例3
取12克黑色色漿、1.2克功能助劑、9克成膜助劑以及15克水,混合後以機械攪拌30分鐘。接著,依序加入7.8克水性硬化劑以及55克水性樹脂,再以機械攪拌30分鐘,其中NCO基與OH基的當量比為0.95。於常溫下靜置至氣泡消除後,將水性塗料噴塗於材質為含50%玻璃纖維的聚醯胺(polyamide,PA)的物件上。之後,以65℃的溫度進行烘烤,靜置72小時後,膜乾後的厚度為17μm。之後,進行相關的特性測試。
以下將以實例1~實例3進行耐酒精測試、耐MEK測試以及接著穩定性測試,其中,實例1~實例3各具有不同的NCO/OH的當量比。
由表一可知,當NCO/OH的當量比越大,表示含NCO基的水性硬化劑的相對含量較多,因此水性塗料的耐化性(即耐酒精測試以及耐MEK測試)較佳。另一方面,當NCO/OH的當量比越小,表示含OH基的壓克力水性樹脂的相對含量較多,因此水性塗料的接著穩定性較佳。使用 者可依不同的需求設計具有不同的NCO/OH當量比的水性塗料。
綜上所述,本發明之水性塗料為水溶性塗料,因此可減少揮發性有機溶劑的使用量,而具有環保的概念。再者,由於,本發明之水性塗料同時具有接著性以及遮蔽吐纖現象的功能,因此,使用上述之水性塗料來製作具有平滑表面的物件,可簡化製程並縮短製程時間。此外,使用本發明之水性塗料可以於低溫條件下乾燥成型,因此不易造成物件的形變。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
101‧‧‧色漿
102‧‧‧功能助劑
103‧‧‧成膜助劑
104‧‧‧稀釋劑
105‧‧‧含NCO基的水性硬化劑
106‧‧‧含OH基的壓克力水性樹脂
110‧‧‧第一溶液
120‧‧‧第二溶液
130‧‧‧水性塗料
130a‧‧‧平滑塗層
140a‧‧‧物件
140‧‧‧具有平滑表面的物件
S110、S120、S130、S140、S150‧‧‧步驟
圖1A至圖1D為本發明一實施例之具有平滑表面的物件的實驗流程示意圖。
圖2為本發明一實施例之具有平滑表面的物件的流程示意圖。
130‧‧‧水性塗料
130a‧‧‧平滑塗層
140a‧‧‧物件
140‧‧‧具有平滑表面的物件

Claims (19)

  1. 一種水性塗料,其包括:含OH基的壓克力水性樹脂,其含量為40~65wt%;含NCO基的水性硬化劑,其含量為10~18wt%;色漿,其含量為6~15wt%;功能助劑,其含量為0.5~3wt%;成膜助劑,其含量為8~20wt%;以及稀釋劑,其含量為15~35wt%,其中該NCO基與該OH基的當量比為0.95~1.2。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之水性塗料,其中該含有OH基的壓克力水性樹脂的重量平均分子量為3500~4500。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之水性塗料,其中該含有NCO基的水性硬化劑的重量平均分子量為14500~15500。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之水性塗料,其中該色漿的平均粒徑為500nm~1.2μm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之水性塗料,其中該色漿的平均粒徑為800nm~1μm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之水性塗料,其中該色漿的顏色為深色,且該水性塗料形成一乾膜厚度,該乾膜厚度大於14μm。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之水性塗料,其中該深 色係為黑色、灰色、咖啡色、深咖啡色或深藍色。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之水性塗料,其中該功能助劑包括消泡劑、流平劑或分散劑。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之水性塗料,其中該成膜助劑包括二丙二醇丁醚、乙二醇單丁醚或丙二醇苯醚。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之水性塗料,其中該稀釋劑為水。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之水性塗料,其中該含有OH基的壓克力水性樹脂的重量平均分子量為3500~4500,該含有NCO基的水性硬化劑的重量平均分子量為14500~15500,該色漿的平均粒徑為500nm~1.2μm,該功能助劑包括消泡劑、流平劑或分散劑,該成膜助劑包括二丙二醇丁醚、乙二醇單丁醚或丙二醇苯醚。
  12. 一種水性塗料的製造方法,包括:將色漿、功能助劑、成膜助劑、稀釋劑混合後以形成一第一溶液;將含NCO基的水性硬化劑加入該第一溶液中以形成一第二溶液;以及將含OH基的壓克力水性樹脂加入該第二溶液中,以形成該水性塗料,其中該NCO基與該OH基的當量比為0.95~1.6。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之水性塗料的製造方法,其中該稀釋劑為水。
  14. 一種具有平滑表面的物件的形成方法,包括: 將色漿、功能助劑、成膜助劑、稀釋劑混合後以形成一第一溶液;將含NCO基的水性硬化劑加入該第一溶液中以形成一第二溶液;將含OH基的壓克力水性樹脂加入該第二溶液中,以形成一水性塗料,其中該NCO基與該OH基的當量比為0.95~1.6;將該水性塗料噴塗於一物件之表面上;以及乾燥靜置,使該水性塗料形成一平滑塗層。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之具有平滑表面的物件的形成方法,其中該稀釋劑為水。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之具有平滑表面的物件的形成方法,其中乾燥靜置的方法包括:低溫烘烤該水性塗料後靜置,且低溫烘烤的溫度為小於75℃。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之具有平滑表面的物件的形成方法,其中乾燥靜置的方法包括:低溫烘烤該水性塗料後靜置一靜置時間,該靜置時間係介於2天至3天之間,且低溫烘烤的溫度為小於60℃。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之具有平滑表面的物件的形成方法,其中乾燥靜置的方法包括:使該水性塗料於室溫下靜置一靜置時間,該靜置時間係介於5天至7天之間。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之具有平滑表面的物件的形成方法,其中該平滑塗層厚度為16~25μm。
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