專利名稱：處理制件以賦予其顏色和/或提高其性質(zhì)的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理，優(yōu)選通過噴射處理一種制件以賦予其顏色和/或提 高該制件性質(zhì)的方法和設(shè)備，所述制件優(yōu)選是聚合物材料。
背景技術(shù)：
在對材料，特別是塑料染色的過程中，有時需要對非常龐大且笨重的制件 進行著色，例如經(jīng)涂布的玻璃板、塑料板、家具、大體積水瓶和汽車車窗。這 些制件中的一些是非常大的，例如最大約為5英尺寬XIO英尺長，重量超過 300磅。在這些情況中，使用噴射方法為大制件上色是更為經(jīng)濟且環(huán)保的，這 是因為噴射法可明顯減少所需著色溶液的量，并且不需要大體積浸漬槽。因此， 裝染料溶液的容器以及泵和加熱器之類的輔助設(shè)備可以小型化，從而降低花 費。而且，由于顏色改變而廢棄的含染料的溶液的量減少，可以更有效地回收 利用。
除了使用的溶液較少外，噴射方法還使大制件容易通過簡單的輸送設(shè)備運 輸?shù)椒忾]的噴射設(shè)備中，在該設(shè)備中進行著色和隨后的洗滌過程。在著色和洗 滌步驟完成后，可簡單地將制件輸送出噴射設(shè)備，進行干燥和封裝。相反，如 果將類似尺寸的制件浸入著色溶液中，必須使用昂貴的起重機將重制件轉(zhuǎn)移到 巨大的盛有熱溶液的槽中或者從其中吊出，而起重機要求建筑物具有高頂棚 區(qū)。而且，這些槽向大氣敞開，有可能將蒸氣引入環(huán)境中。而且，還存在溶液 交叉污染的問題，因為制件從一個槽被轉(zhuǎn)移到另一個槽，在它們移動的時候溶 液滴落。浸漬技術(shù)的另一個問題是由于它們的尺寸，制件不能非?？斓匾迫氩?中或從槽中移出，顏色不均勻的現(xiàn)象無法避免。
美國專利6994735描述了一種將染料溶液噴射到塑料制件上以對該制件 上色的方法。但是，沒有描述進行該操作的設(shè)備。
希望找到一種有效的設(shè)備將含染料的溶液和相關(guān)的洗滌溶液噴射到較大的基板上。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種用(l)含染料的著色體系和/或含增強性能的材料的
溶液、(2)水和(3)溶劑如乙二醇單丁醚和二甘醇處理，優(yōu)選通過噴射處理大制 件的方法和設(shè)備。本發(fā)明的設(shè)備包括尺寸適合容納待處理的制件的外殼或容 器，以及用于將著色和/或性能增強溶液依次分配(例如，通過噴嘴噴射來分配) 到待著色制件上的裝置，用于固定待處理制件的裝置，用于將待處理制件運輸 到外殼中和從外殼中運輸出來的裝置。將該處理體系按照以下次序施加于待處 理的制件首先是熱的含染料溶液和/或熱的含性能增強劑的溶液；然后是熱的 無染料溶液；接著是熱水，將它們直接施加于制件表面。用于固定和運輸待處 理制件的最佳裝置是推車系統(tǒng)，該推車系統(tǒng)經(jīng)過設(shè)計可以固定和運輸較大且較 重的制件到噴射容器中，之后用著色和/或性能增強溶液和洗滌溶液處理。用于 分配著色體系的裝置與三個或更多個封閉的容器相連。各個封閉的容器必須能 夠在足夠的壓力下輸送足夠的熱處理體系組分，使得小液滴以足以上色、增強 或洗滌正在著色的基板的量從分配裝置中釋放。本發(fā)明的設(shè)備必須包括至少 一個用來裝飽和的含染料溶液或含性能增強添加劑的溶液的封閉容器；至少一 個用于熱的無染料洗滌溶液的封閉容器；和至少一個用于熱的去離子水的封閉 容器。本發(fā)明的設(shè)備中還可以任選地包括用于收集廢棄的溶液以進行再生 (reclamation)的容器。
將用于分配處理體系的組分的各個裝置(在本文中也稱為"噴嘴")設(shè)計為 在足以上色或處理待處理制件的溫度下分散溶液。將噴嘴設(shè)置在外殼或容器內(nèi) 部，其中處理體系以這樣的方式分配，等待上色或被含性能增強添加劑的溶液 覆蓋的制件的全部表面將會接受分配的處理體系的組分。外殼包括一個出口 ， 含染料和/或性能增強劑的溶液可以通過該出口從外殼中流出，循環(huán)回到供應容 器中，溶液在供應容器中再次加熱，再次用染料或性能增強添加劑飽和，然后 返回到包含待處理制件的噴射外殼(sprayenclosure)中。循環(huán)一直繼續(xù)，直到制 件達到所需的顏色，或者性能增強的程度達到所需的效果。然后對經(jīng)過上述處 理的制件進行洗滌，首先用無染料溶劑進行洗滌，然后用水洗滌。當需要改變
6顏色或添加劑時，可以將廢棄的含染料或含性能增強添加劑的溶液轉(zhuǎn)移到用于 將廢棄溶液進行再生的容器中。無染料溶劑洗滌溶液到達噴射外殼的出口，經(jīng) 過該出口，該溶液轉(zhuǎn)移到廢棄溶液容器中，用于再生。廢棄的洗滌水也是從噴 射外殼出口離開該外殼，經(jīng)過處理除去低含量的殘余有機化合物，排放到廢水 處理設(shè)施中。
通過以下附圖、詳細說明和所附權(quán)利要求可以更清楚地理解本發(fā)明的這些 和其它方面。


圖1顯示了本發(fā)明范圍內(nèi)的設(shè)備。
最佳實施方式
除非另有說明，包括實施例在內(nèi)的說明書和權(quán)利要求書中使用的所有數(shù)字 都應理解為前有"約"修飾，即使"約"沒有明確顯示出來。而且，文中所述 的任何數(shù)字范圍都旨在包括其所包括的所有子范圍。
本發(fā)明提供一種制備著色或性能增強體系以及將該體系施加(優(yōu)選通過噴 射進行)到待處理的材料上的方法和設(shè)備，所述著色或性能增強體系包含至少 一種著色劑或含染料的溶液和/或性能增強添加劑或含有至少一種性能增強添 加劑的溶液和相關(guān)的樹脂溶液，所述待處理的材料優(yōu)選是聚合物材料，例如聚
碳酸酯、聚氨酯、聚酯(優(yōu)選是二醇化的聚酯(glycolizedpolyester)、聚甲基丙烯 酸甲酯(丙烯酸樹脂)、尼龍、熱塑性聚氨酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯/丙烯腈丁二 烯苯乙烯(ABS)混合物、聚碳酸酯/聚酯混合物或ABS。
適用于本發(fā)明的方法和設(shè)備的著色劑或染料包括例如常用的染料如織布 染料和分散染料，以及本領(lǐng)域已知的適用于對聚碳酸酯之類的聚合物材料上色 的染料。合適的分散染料的具體例子包括分散藍#3、分散藍#14、分散黃#3、 分散紅#13和分散紅#17。根據(jù)所需的顏色，這些染料通常單獨用作染料成分， 或者作為染料混合物的組分。因此，文中所用的術(shù)語"染料"包括"染料混合 物"。在依據(jù)本發(fā)明的方法在本發(fā)明的設(shè)備中進行的染色操作中還可以使用溶 劑染料。合適的溶劑染料的一些例子包括溶劑藍35、溶劑綠3和吖啶橙堿(Arcidine Orange Base)。不能溶于水的偶氮、二苯基胺和蒽醌化合物；乙酸酯 染料、分散的乙酸酯染料、分散染料和狄司潘素染料(dispersol dye)(具體的例 子包括Dystar，s Palanil Blue E-R150(蒽酉昆/分散藍)和DIAMX Orange E陽3RN(偶
氮染料/CI分散橙25))也可用于實施本發(fā)明。酸性染料，例如那些用于尼龍染 色的染料，以及以商品名Reactint出售的由聚氨酯和聚氨酯混合物一起使用的 反應性染料，也適用于實施本發(fā)明。
本發(fā)明的設(shè)備還適用于噴射含提高待處理制件的性能特征的添加劑的溶 液。合適的性能增強添加劑包括光致變色染料、紫外穩(wěn)定劑、抗靜電劑、阻 燃劑、脫模劑、抗微生物劑和其它改善性能的添加劑。
本發(fā)明的設(shè)備還適用于施加(優(yōu)選通過噴射進行)一類溶液，這類溶液既含 有著色劑又含有提高待著色的物質(zhì)的性能的添加劑，所述待著色物質(zhì)優(yōu)選是塑 料。本發(fā)明的設(shè)備還適用于分別施加一種或多種含著色劑的溶液和一種或多種 含性能增強添加劑的其它溶液。
本發(fā)明的設(shè)備還適用于施加(優(yōu)選通過噴射進行)產(chǎn)生清潔、直接可銷售的 制件所需的任何相關(guān)洗滌液。
將待處理制件設(shè)置在其中的外殼可由能承受操作條件并且能夠暴露于將 要施加于待處理制件的溶液的任何材料制成。優(yōu)選外殼壁由鋼化玻璃之類的透 明材料制成，這樣可以觀察處理的進行過程，尤其是賦予制件顏色的處理的進 行過程。但是，也可以通過攝像機或通過外殼的門或側(cè)壁中的小孔目測來監(jiān)控 處理的進程。
所有的容器、噴嘴和互連管都由不會從溶液中吸收染料或添加劑的材料制 成。合適的材料的例子包括不銹鋼、鋁、玻璃和塑料，例如結(jié)晶聚酯或聚烯
烴。文中所用的術(shù)語"不會從溶液中吸收染料或添加劑的材料"是指符合這些 條件的任何材料。較佳地，所述設(shè)備的組件由不銹鋼制成。
現(xiàn)在參看圖1，圖1顯示了要處理的制件正在接受著色處理的本發(fā)明的實 施方式。不含染料的溶液通常由水和有機溶劑配制形成，所述有機溶劑例如乙 二醇丁醚、二甘醇乙醚、二甘醇丁醚、丙二醇丙醚、雙丙甘醇丙醚和三丙二醇
丙醚和二甘醇。美國專利6733543、 6749646、 6929666、 6949127、 6994735和 7094263揭示了用于生產(chǎn)這種無染料溶液的特別有利的配方，這些參考文獻的內(nèi)容都通過參考結(jié)合于此。將無染料溶液組分混合，在封閉的絕熱容器5中加 熱到最高溫度95。C。該溶液直接用作無染料的洗滌溶液，并且作為溶劑給料可 用于在封閉的容器10中調(diào)配含染料的溶液，詳細描述見下文。
為了配制含染料的溶液，通過泵15將容器5中含有的無染料溶液轉(zhuǎn)移到 容器10中，容器10配置有第二泵20、加熱器25和袋濾器30,它們通過管道 系統(tǒng)連接，使容器10中的溶液連續(xù)循環(huán)，從容器10的底部分別通過加熱器25 和袋濾器30，然后再放回到容器10中。袋濾器35含有染料，在幾分鐘的時間 內(nèi)，使循環(huán)的無染料溶液飽和，產(chǎn)生實施本發(fā)明所需的熱的含染料溶液。美國 專利6733543、 6749646、 6929666、 6949127、 6994735和7094263中都詳細描 述了生產(chǎn)這種含染料的性能增強添加劑溶液的方法，這些文獻都通過參考結(jié)合 于此。使用泵20將含染料的溶液從容器10中轉(zhuǎn)移通過噴射外殼進口 40。
噴射外殼45具有與冷凝系統(tǒng)50連通的開口 ，冷凝系統(tǒng)的型號適合冷凝溶 劑蒸氣，并使得到的液體返回到再生容器55中，同時允許空氣通過頂部的通 風孔進入。任選地，噴射外殼45是雙重絕熱的，在其壁上設(shè)置有輔助的墊片 加熱器(padheater)，有助于在噴射過程中保持含染料溶液的溫度。另外，可以 將任選的加熱器和鼓風機設(shè)置在噴射外殼45上，從而同時將空氣和外殼45內(nèi) 待著色的制件60加熱到預定的溫度，然后再將含染料的溶液施加到制件60上。
制件60安裝在設(shè)置在推車(trolley)65上的固定件上。設(shè)置有制件60的推 車65通過門70移動到噴射外殼45內(nèi)。連續(xù)的橡膠密封結(jié)構(gòu)75允許推車進出， 同時保持外殼45處于密封狀態(tài)。關(guān)閉門70，通過泵20將熱的含染料溶液從容 器10通過進入歧管40和集管系統(tǒng)(header system)80轉(zhuǎn)移到噴射外殼45。用于 將含染料的溶液從溶液容器10轉(zhuǎn)移到噴射外殼45的泵20控制溶液通過管道 系統(tǒng)的流速，從而控制溶液進入集管80和離開噴嘴85時的壓力。將制件60 設(shè)置在噴嘴85的前部，這樣制件60的一個或兩個表面就都被從噴嘴85離開 的著色溶液覆蓋。
在5-50psi下，進入噴嘴85的溶液的溫度為30-100°C 。溶液溫度取決于在 著色的材料，特別是在著色的塑料材料。例如，剛性、高熱變形材料如聚碳酸 酯在9(TC以上的溫度著色，而撓性更高的橡膠狀材料在約45-60。C著色。優(yōu)選 的噴嘴85的壓力是15-25psi。在該方法接下來的步驟中，溶液通過出口 100離開噴射容器45。離開的 溶液通過泵105連續(xù)循環(huán)回到含染料的溶液的容器10中，再次加熱和再次被 染料飽和。溶液連續(xù)循環(huán)，直到制件60達到所需的顏色。
在制件60達到所需的顏色后，停止提供含染料的溶液流，從加熱的容器 5通過噴嘴85泵送無染料洗滌溶液，將無染料的洗滌溶劑施加到制件60表面 以除去任何過量的染料。通常對無染料溶液進行加熱以提高清潔效率，從而徹 底除去制件表面所有殘留的染料。溶液溫度取決于在著色的材料，如同上文在 染料工序中所描述的。而且，無染料洗滌溶液的溫度可與含染料溶液無關(guān)。與 在著色過程中連續(xù)循環(huán)返回源容器(容器IO)的含染料溶液不同，無染料溶液不 循環(huán)回到源容器，但是在通過噴射外殼45后，通過泵105直接泵送到再生容 器55中，留待再生。在徹底洗滌制件，完全除去染料后，停止供應無染料的 溶液流，通過泵送將蒸餾水或去離子水從加熱容器110通過噴嘴85轉(zhuǎn)移到制 件60的表面上，以除去痕量的殘余含染料溶液，使制件60不再含有有機溶劑， 但是被水潤濕。可以用軟布擦拭或者用壓縮空氣吹掃而除去制件60上的殘余 水。其它方法是使用紅外加熱器使殘余水從制件60表面上蒸發(fā)，雖然這些方 法比擦拭或壓縮空氣吹掃慢。
噴嘴85經(jīng)過設(shè)計，在噴射外殼45內(nèi)間隔設(shè)置，以對制件60的表面提供 最大的溶液覆蓋率。當制件是平板形式時，使用全錐型噴嘴85得到制件60的 最大覆蓋率。噴嘴85距離平板平面5-8英寸(最佳的6 7/8英寸)時是最佳距離， 噴射的溶液的圓形圖案覆蓋直徑約21-26英寸(最佳的23 5/8英寸)的區(qū)域。因 此，9個這樣的噴嘴85以中心位置相隔15-20英寸(任選的17.25英寸)的方式 設(shè)置，將可以使噴射的溶液覆蓋板一面上4英尺寬X4英尺長的區(qū)域。對于雙 面上色，必須在板另一面的噴射容器中設(shè)置噴嘴85的類似構(gòu)造，使得需要的 噴嘴85的總數(shù)目翻倍達到18個。假設(shè)噴射外殼45具有足夠的寬度，則可以 任選地安裝幾個噴嘴頭(nozzle header),包括具有安裝在同一個噴嘴頭上但朝向 相反的噴嘴的噴嘴頭，以在一次操作中使溶液覆蓋多個板件。
通常，在噴嘴85之間具有明顯的重疊區(qū)域，兩個噴嘴85將會使單位時間 內(nèi)噴射到板面上的著色溶液的數(shù)量翻倍。而且，因為熱的著色溶液液滴會沖擊 制件60的平板表面，所以隨著液滴凝結(jié)會形成小液流(rivulet)，并且在重力的作用下拖拉至平板的底部。可以預計這些區(qū)域最終會表現(xiàn)為缺陷(黑線(dark
streak))，但是己經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的噴射方法產(chǎn)生顏色非常均一的板制件。 任何已知的含染料和無染料溶液都可用于本發(fā)明的方法。 在本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式中，系統(tǒng)含有在線(in-line)探測器或檢測器以
確定清潔溶劑的組成。探測器可以是近紅外分析儀或其它用于確定純度的儀
器。也可以使用其它確定清潔溶劑組成的分析技術(shù)，例如氣相色譜，但是近紅
外(NIR)技術(shù)是進行該項分析的最可靠且最經(jīng)濟的手段。
盡管本發(fā)明的方法可以手動操作，但是優(yōu)選本發(fā)明的著色過程采用電子控
制，最優(yōu)選通過編程對閥門函數(shù)排序(sequence valve functions)的人機接口 (HMI)
進行控制。
雖然為了說明的目的已經(jīng)描述了本發(fā)明，但是顯然本領(lǐng)域技術(shù)人員了解在 不背離所附權(quán)利要求限定的范圍的情況下可以對本發(fā)明的具體細節(jié)進行多種 改變。
權(quán)利要求
1.一種對制件進行處理以賦予該制件顏色和/或提高該制件的物理性質(zhì)的設(shè)備，其包括a)足以容納待處理制件的熱的外殼或容器；b)用于將處理體系的組分按照使得待處理制件的表面完全被覆蓋的方式依次直接施加于制件表面的裝置，所述處理體系包含(i)著色溶液和/或包含性能增強添加劑的溶液，(ii)有機溶劑，和(iii)水；c)用于牢定待處理制件的裝置；d)用于將待處理制件轉(zhuǎn)移到熱的外殼中和在處理后將制件從外殼中取出的裝置；e)能夠?qū)⒆銐虻臒岬娘柡椭芤汉?或性能增強溶液以足夠的壓力傳遞從而在施加到制件表面時形成小液滴的封閉的熱的容器；f)能夠?qū)⒆銐虻臒岬臒o染料洗滌溶液以足夠的壓力傳遞從而在施加到制件表面時形成小液滴的封閉的熱的容器；和g)能夠?qū)⒆銐虻臒岬娜ルx子水以足夠的壓力傳遞從而在施加到制件表面時形成小液滴的封閉的熱的容器。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，通過可編程的人機接口(HMI) 控制所述組分。
3. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，熱的外殼a)裝配有排氣冷凝器， 以冷凝蒸氣和使任何得到的液體返回到再生容器中。
4. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于，熱的外殼a)是絕熱的，側(cè)面裝 有加熱器。
5. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，熱的外殼a)裝配有加熱器和鼓 風機的組合，以加熱外殼內(nèi)的制件和空氣。
6. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，施加裝置b)在制件上噴射出圖案。
7. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，施加裝置b)距離制件表面5-8英寸。
8. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，施加裝置b)施加直徑21-27英 寸的噴射圖案。
9. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，施加裝置b)以中心位置相隔 15-20英寸的距離設(shè)置。
10. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，施加裝置b)與撓性軟管連接。
11. 一種使用如權(quán)利要求1所述的設(shè)備對制件進行處理以賦予該制件顏色 和/或提高該制件性能特征的方法，該方法包括a) 將待處理制件設(shè)置在足以容納該待處理制件的熱的外殼或容器中；b) 將著色溶液和/或包含性能增強添加劑的溶液噴射到制件表面上，進行該 噴射操作的方式應使得制件的全部表面被著色溶液和/或包含性能增強添加劑 的溶液覆蓋；c) 將有機溶劑噴射到制件表面上，進行該噴射操作的方式應使得制件的全 部表面被有機溶液覆蓋；d) 將水噴射到制件表面上，進行該噴射操作的方式應使得制件的全部表面被水覆蓋；和e) 將制件從外殼中移出。
12. 通過如權(quán)利要求11所述的方法上色的塑料板。
13. 通過如權(quán)利要求11所述的方法生產(chǎn)的汽車或摩托車用玻璃。
14. 通過如權(quán)利要求11所述的方法生產(chǎn)的椅子。
15. 通過如權(quán)利要求11所述的方法生產(chǎn)的涂層玻璃板。
16. 通過如權(quán)利要求11所述的方法生產(chǎn)的涂層木板。
17. 通過如權(quán)利要求11所述的方法生產(chǎn)的水容器。
18. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括用于收集任何廢棄的 溶液以進行再生的容器。
19. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述外殼、噴射裝置和封閉 的熱的容器是由不吸收染料的材料制成的。
20. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，包含性能增強添加劑的溶液用于處理制件表面。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述包含性能增強添加劑溶液的溶液含有紫外穩(wěn)定劑。
22. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述包含性能增強添加劑溶 液的溶液含有抗靜電劑。
23. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述噴射外殼包括連續(xù)橡膠 密封結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的設(shè)置使推車能夠?qū)⒋幚碇萍\輸?shù)絿娚渫鈿ぶ小?br> 24. 如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于，所述橡膠密封結(jié)構(gòu)由EPDM 制成。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種處理大制件以賦予制件顏色或提高制件性能的方法和設(shè)備，其中向制件施加的處理體系包含(i)著色溶液和/或含有至少一種性能增強添加劑的溶液；(ii)水和(iii)溶劑，例如乙二醇單丁醚和二甘醇。所述設(shè)備由以下部件構(gòu)成(a)尺寸適合容納待處理制件的噴射外殼；(b)分配裝置，例如噴嘴，該分配裝置的構(gòu)造可以依次將熱溶液(i)、熱溶液(ii)和熱水(iii)直接施加到制件表面上；(c)用于固定和運輸待處理制件到噴射外殼和從噴射外殼中移出的裝置(例如推車系統(tǒng))；至少三個封閉的容器，這三個容器能夠分別以足夠的壓力從噴嘴中遞送出足夠的熱的飽和著色和/或性能增強溶液、熱的無染料洗滌溶液和去離子水，以形成小液滴，從而完全覆蓋和洗滌外殼中含有的制件。
文檔編號D06B1/00GK101307574SQ200810091328
公開日2008年11月19日 申請日期2008年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月16日
發(fā)明者D·E·杰克維茨, E·F·卡喬維斯基, G·西伊, R·A·派爾斯, R·L·阿奇, R·拉蒂 申請人:拜爾材料科學有限公司