專利名稱：用于涂覆金屬物體的環(huán)境友好的涂料組合物、由其涂覆的物體、及其涂覆的方法、工藝和 ...的制作方法
相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2004年3月8日提交的第60/551,287號的美國臨時申請的權(quán)益；本申請也要求2004年3月25日提交的序列號為60/556,221的美國臨時申請的權(quán)益；本申請也要求2004年3月26日提交的第60/557,074號的美國臨時申請的權(quán)益；本申請也是2004年11月5日提交的序列號為10/983,022、2004年11月5日提交的序列號為10/982,998以及2004年12月2日提交的序列號為11/003,159的美國專利申請的部分繼續(xù)申請，所有這些申請的內(nèi)容由此全文引入作為參考。
背景技術(shù)：
各種消費、科學(xué)和工業(yè)產(chǎn)品以各種各樣的形式和形狀結(jié)合有不同的金屬。用溶劑基涂料涂覆這種金屬表面，由于揮發(fā)性溶劑的蒸發(fā)引起的環(huán)境問題，可能會產(chǎn)生問題。而且，這種涂料可能需要熱固化，導(dǎo)致需要固化爐和相關(guān)的能量消耗來使固化爐運轉(zhuǎn)。
發(fā)明概述本文中提供環(huán)境友好的、光化輻射可固化的、基本上全固體的組合物以及涂覆金屬物體或塑料物體的方法。此處還提供環(huán)境友好的、光化輻射可固化的、基本上全固體的組合物，以及涂覆柔性物體如(僅作為例子)柔性金屬或塑料物體的方法。此處進(jìn)一步提供環(huán)境友好的、光化輻射可固化的、基本上全固體的組合物，以及涂覆具有有角特征的物體如(僅作為例子)具有有角特征的金屬或塑料物體的方法。此處進(jìn)一步提供環(huán)境友好的、光化輻射可固化的、基本上全固體的組合物，以及涂覆物體的方法，以產(chǎn)生涂層，該涂層在固化時具有改善的性質(zhì)，例如包括改善的抗拉強(qiáng)度、改善的對被涂物體伸長之后損害的耐受性、改善的對彎曲被涂物體之后損害的耐受性、改善的對被涂物體杯突(cupping)之后損害的耐受性，或任何上述改善的性質(zhì)的組合。這種涂料組合物生成較少的揮發(fā)物、產(chǎn)生較少的廢物并且需要較少的能量。而且，這種涂料組合物可用于形成具有期望的美學(xué)、性能以及耐久性質(zhì)的涂層。另外提供部分和全固化的表面，以及具有全固化表面的制品。
在一個方面中，文中所述的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物由至少一種低聚物、至少一種單體、至少一種光引發(fā)劑和至少一種納米填料的混合物構(gòu)成，其中固化組合物在110、100％濕度下10天后表現(xiàn)出99+％粘著性，和/或繞心軸如(僅作為例子)半英寸心軸的180度彎曲。在另一種實施方式中，固化組合物是金屬或塑料物體上的涂層。在另一種實施方式中，固化組合物可在金屬或塑料物體上提供柔性、耐腐蝕、耐磨損和耐刮擦的涂層。
在上述方面的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含存在于混合物中的約15-45wt％的至少一種低聚物或多種低聚物。在以上方面的另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含存在于混合物中的約25-65wt％的至少一種單體或多種單體。在另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含存在于混合物中的約2-10wt％的至少一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑。在另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含存在于混合物中的約0.1-25wt％的至少一種納米填料或多種納米填料。在上述方面的另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物可選地包含高達(dá)約5wt％的一種填料或多種填料。在上述方面的另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物可選地包含高達(dá)約10wt％的一種可聚合顏料分散體或多種可聚合顏料分散體。在上述方面的另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含15～45wt％的一種低聚物或多種低聚物，和25～65wt％的一種單體或多種單體。在該方面的另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含15～45wt％的一種低聚物或多種低聚物，25～65wt％的一種單體或多種單體，和2～10wt％的一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑。在另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含15～45wt％的一種低聚物或多種低聚物，25～65wt％的一種單體或多種單體，2～10wt％的一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑，和0.1～25wt％的一種納米填料或多種納米填料。在另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含15～45wt％的一種低聚物或多種低聚物，25～65wt％的一種單體或多種單體，2～10wt％的一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑，0.1～25wt％的一種納米填料或多種納米填料，和高達(dá)約5wt％的一種填料或多種填料。在另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含15～45wt％的一種低聚物或多種低聚物，30～65wt％的一種單體或多種單體，2～10wt％的一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑，0.1～5wt％的一種納米填料或多種納米填料，高達(dá)約5wt％的一種填料或多種填料，和高達(dá)約10wt％的一種可聚合顏料分散體或多種可聚合顏料分散體；由此該組合物的室溫粘度高達(dá)約500厘泊。
在另一種或可供選擇的實施方式中，低聚物可選自聚氨酯丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯三丙烯酸酯/單體摻合物、摻有1，6-己二醇丙烯酸酯的脂肪族聚氨酯三丙烯酸酯、六官能聚氨酯丙烯酸酯、硅化聚氨酯丙烯酸酯、脂肪族硅化聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯，及其組合。在另一種或可供選擇的實施方式中，單體選自三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙烯酸酯衍生物、甲基丙烯酸酯衍生物、丙烯酸酯衍生物、三丙二醇二丙烯酸酯，及其組合。
在又一種或可供選擇的實施方式中，光引發(fā)劑可選自二苯基(2，4，6-三甲基苯甲?；?氧膦、苯甲酮、ESACUREKTO、IRGACURE500、DARACUR1173、LucirinTPO、1-羥基環(huán)己基苯基酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮，2，4，6-三甲基苯甲酮、4-甲基苯甲酮、低聚(2-羥基-2-甲基-1-(4-(1-甲基乙烯基)苯基)丙酮)，及其組合。在另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物還包含高達(dá)約2％的共光引發(fā)劑(co-photoinitiator)，該共光引發(fā)劑選自胺丙烯酸酯、噻噸酮、二甲基縮酮、芐基甲基縮酮，及其組合。
在又一種或可供選擇的實施方式中，填料選自用聚乙烯蠟制備的無定形二氧化硅、有機(jī)表面處理的合成無定形硅石、IRGANOX、未經(jīng)處理的無定形二氧化硅、季烷基膨潤土(alkyl quaternarybentonite)、硅膠、丙烯酸酯化的硅膠、氧化鋁、氧化鋯、氧化鋅、氧化鈮(niobia)、二氧化鈦、氮化鋁、氧化銀、氧化鈰，及其組合。此外，填料的平均粒徑小于10微米，或小于5微米，或甚至小于1微米。
在上述方面的又一種或可供選擇的實施方式中，納米填料可選自納米氧化鋁、納米二氧化硅、納米氧化鋯、納米二氧化鋯、納米碳化硅、納米氮化硅、納米塞龍(sialon)、納米氮化鋁、納米氧化鉍、納米氧化鈰、納米氧化銅、納米氧化鐵、納米碳酸鎳、納米氧化鈮、納米稀土氧化物、納米氧化銀、納米氧化錫和納米氧化鈦，及其組合。此外，納米填料的平均粒徑小于100納米。
在另一種或可供選擇的實施方式中，可聚合顏料分散體由連接到活性樹脂上的至少一種顏料組成；其中活性樹脂選自丙烯酸樹脂、甲基丙烯酸樹脂和乙烯基樹脂，顏料選自碳黑、金紅石二氧化鈦、有機(jī)紅顏料、酞菁藍(lán)顏料、鐵丹顏料、異吲哚啉黃顏料、酞菁綠顏料、喹吖啶酮紫、咔唑紫、主色黑、淺檸檬鐵黃、淺有機(jī)黃、透明鐵黃、二芳基橙、喹吖啶酮紅、有機(jī)猩紅、淺有機(jī)紅以及深有機(jī)紅。
在另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物適合于涂覆柔性物體，例如(僅作為例子)金屬或塑料物體。在另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物適合于涂覆包括有角特征的物體。
在另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物適合作為柔性物體例如(僅作為例子)金屬或塑料物體上的未固化涂料。在另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物適合作為包括有角特征的物體上的未固化涂料。
在另一種或可供選擇的實施方式中，涂料可以通過噴涂、刷涂、輥涂、浸漬涂布、刮涂、簾式淋涂或其組合，涂覆到柔性物體例如(僅作為例子)金屬或塑料物體的表面上。此外，噴射手段包括但不限于使用高容量低壓(HVLP)噴射系統(tǒng)、空氣輔助的/無空氣噴射系統(tǒng)或靜電噴射系統(tǒng)。在另一種或可供選擇的實施方式中，涂料以單次施涂或多次施涂方式涂覆。在另一種或可供選擇的實施方式中，柔性物體例如(僅作為例子)金屬或塑料物體的表面被未固化的涂料部分覆蓋，或者在再一種實施方式或可供選擇的實施方式中，柔性物體例如(僅作為例子)金屬或塑料物體的表面被未固化的涂料全部覆蓋。
在另一種或可供選擇的實施方式中，涂料可以通過噴涂、刷涂、輥涂、浸漬涂布、刮涂、簾式淋涂或其組合，涂覆到包括有角特征的物體表面上。此外，噴射手段包括但不限于使用高容量低壓(HVLP)噴射系統(tǒng)、空氣輔助的/無空氣噴射系統(tǒng)或靜電噴射系統(tǒng)。在另一種或可供選擇的實施方式中，涂料以單次施涂或多次施涂方式涂覆。在另一種或可供選擇的實施方式中，包括有角特征的物體表面被未固化的涂料部分覆蓋，或者在再一種實施方式或可供選擇的實施方式中，包括有角特征的物體的表面被未固化的涂料全部覆蓋。
在另一種或可供選擇的實施方式中，包括有角特征的物體是柔性的，并且在再一種實施方式或可供選擇的實施方式中，包括有角特征的物體包含金屬、陶瓷、玻璃、木材和/或塑料。
在另一種或可供選擇的實施方式中，柔性物體例如(僅作為例子)金屬或塑料物體的被涂表面通過將未固化的被涂表面暴露于第一來源的光化輻射中而部分固化。在另一種或可供選擇的實施方式中，柔性物體例如(僅作為例子)金屬或塑料物體的被涂表面通過將部分固化的被涂表面暴露于第二來源的光化輻射中而完全固化。在另一種或可供選擇的實施方式中，包括有角特征的物體的被涂表面通過將未固化的被涂表面暴露于第一來源的光化輻射中而部分固化。在另一種或可供選擇的實施方式中，包括有角特征的物體的被涂表面通過將部分固化的被涂表面暴露于第二來源的光化輻射中而完全固化。
在另一種或可供選擇的實施方式中，完全固化的涂層是柔性、粘著性、堅硬、平滑、耐腐蝕、耐磨蝕、耐刮擦的，或其任何組合。
在另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射選自可見光輻射、近可見光輻射、紫外(UV)輻射，及其組合。此外，紫外輻射選自UV-A輻射、UV-B輻射、UV-B輻射、UV-C輻射、UV-D輻射，或其組合。
在另一種或可供選擇的實施方式中，完全固化的被涂表面是制品的一部分。在另一種或可供選擇的實施方式中，制品包括完全固化的被涂表面。在另一種或可供選擇的實施方式中，被涂的制品可為這樣一種制品，其中通過存在柔性、粘著性、堅硬、平滑、耐腐蝕、耐磨蝕、耐刮擦或其任何組合的涂層，提高或改善了它的至少一種功能。在另一種或可供選擇的實施方式中，制品是板彈簧或汽車底盤。
在又一方面中，生產(chǎn)光化輻射可固化的基本上全固體組合物的方法包括添加組份，例如，僅作為例子，至少一種低聚物、至少一種單體、至少一種光引發(fā)劑、可選的至少一種共光引發(fā)劑、至少一種納米填料、可選的至少一種填料和可選的至少一種可聚合顏料分散體；采取一種手段將這些組份混合在一起以形成均勻組合物。在另一種或可供選擇的實施方式中，組合物可在適宜的容器中混合或轉(zhuǎn)移至適宜的容器中，例如但不限于罐。
在一個方面中，是用光化輻射可固化的基本上全固體的組合物涂覆柔性物體(僅作為例子，金屬或塑料物體)，或包括有角特征的物體的至少部分表面的組合系統(tǒng)，該組合系統(tǒng)包含將光化輻射可固化的基本上全固體的組合物涂于該物體上的裝置；用第一光化輻射照射被施涂的涂層從而使表面上被施涂的涂層部分固化的裝置；以及用第二光化輻射照射該物體從而使表面上部分固化的涂層完全固化的裝置；其中該固化組合物是柔性、耐腐蝕、耐磨蝕和耐刮擦的涂層，其在110、100％濕度下10天后具有99+％粘著性，和/或繞心軸如(僅作為例子)半英寸心軸的180度彎曲。
在這種組合系統(tǒng)的一種實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物由至少一種低聚物、至少一種單體、至少一種光引發(fā)劑、可選的至少一種共光引發(fā)劑、至少一種納米填料、可選的至少一種填料和可選的至少一種可聚合顏料分散體的混合物構(gòu)成。在另一種實施方式中，用于照射以使被涂表面部分固化的裝置和用于照射以使被涂表面完全固化的裝置位于照射站，從而無需搬運物體。在又一種實施方式中，用于涂覆組合物的裝置位于涂覆站，其中必須將物體從涂覆站移到照射站。在另一種實施方式中，這類組合系統(tǒng)還包含用于將物體從涂覆站移到照射站的裝置。在再一種實施方式中，用于移動的裝置包括傳送帶。
在另一種或可供選擇的實施方式中，照射站包含用于限制光化輻射對涂覆站的照射量的裝置。在再一種或可供選擇的實施方式中，組合系統(tǒng)還包含用于使物體繞至少一個軸旋轉(zhuǎn)的裝置。在再一種或可供選擇的實施方式中，組合系統(tǒng)進(jìn)一步包含安裝站，其中將待涂覆的物體連接到可動元件上。在另一種實施方式中，可動元件能使物體繞至少一個軸旋轉(zhuǎn)。在另一種或可供選擇的實施方式中，可動元件能使物體從涂覆站移動到照射站。
在又一種或可供選擇的實施方式中，這類組合系統(tǒng)還包含拆卸站，其中將完全固化的被涂物體從可動單元卸下。在另一種實施方式中，在從可動單元卸下之前無需將完全固化的被涂物體冷卻。
在另一種或可供選擇的實施方式中，用于涂覆的裝置包括噴涂裝置、刷涂裝置、輥涂裝置、浸涂裝置、刮涂裝置和簾式淋涂裝置。在另一種實施方式中，用于涂覆的裝置包括噴涂裝置。在又一種實施方式中，噴涂裝置包括用于高容量低壓(HVLP)噴涂的裝置。在另一種或可供選擇的實施方式中，用于涂覆的裝置處于室溫下。在另一種或可供選擇的實施方式中，噴涂裝置包括用于靜電噴霧的裝置。在另一種或可供選擇的實施方式中，噴涂裝置包括用于空氣輔助/無空氣噴涂的裝置。
在另一種或可供選擇的實施方式中，涂覆站還包括用于回收未粘著到物體表面的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物的裝置。在又一種實施方式中，隨后將所回收的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物涂于另外的物體上。
在這種用于涂覆至少一部分表面的組合系統(tǒng)的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含存在于混合物中的約15-45wt％的至少一種低聚物或多種低聚物。在以上方面的另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含存在于混合物中的約25-65wt％的至少一種單體或多種單體。在另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含存在于混合物中的約2-10wt％的至少一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑。在又一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含存在于混合物中的約0.1-25wt％的至少一種納米填料或多種納米填料。在上述方面的另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物可選地包含高達(dá)約5wt％的一種填料或多種填料。在上述方面的另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物可選地包含高達(dá)約10wt％的一種可聚合顏料分散體或多種可聚合顏料分散體。在上述方面的又一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含15～45wt％的一種低聚物或多種低聚物，和25～65wt％的一種單體或多種單體。在該方面的另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含15～45wt％的一種低聚物或多種低聚物，25～65wt％的一種單體或多種單體，和2～10wt％的一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑。在又一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含15～45wt％的一種低聚物或多種低聚物，25～65wt％的一種單體或多種單體，2～10wt％的一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑，和0.1～25wt％的一種納米填料或多種納米填料。在另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含15～45wt％的一種低聚物或多種低聚物，25～65wt％的一種單體或多種單體，2～10wt％的一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑，0.1～25wt％的一種納米填料或多種納米填料，和高達(dá)約5wt％的一種填料或多種填料。在再一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含15～45wt％的一種低聚物或多種低聚物，30～65wt％的一種單體或多種單體，2～10wt％的一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑，0.1～5wt％的一種納米填料或多種納米填料，高達(dá)約5wt％的一種填料或多種填料，和高達(dá)約10wt％的一種可聚合顏料分散體或多種可聚合顏料分散體；由此該組合物的室溫粘度高達(dá)約500厘泊。
在另一種或可供選擇的實施方式中，用于涂覆至少一部分表面的組合系統(tǒng)的第一光化輻射包括選自可見光輻射、近可見光輻射、紫外(UV)輻射及其組合的光化輻射。在另一種或可供選擇的實施方式中，用于涂覆至少一部分表面的組合系統(tǒng)的第二光化輻射包括選自可見光輻射、近可見光輻射、紫外(UV)輻射及其組合的光化輻射。在另一種或可供選擇的實施方式中，照射站包括鏡面排布。
在該方面的另一種或可供選擇的實施方式中，被涂物體是板彈簧。
在另一方面中，是用光化輻射可固化的基本上全固體的組合物涂覆柔性物體(僅作為例子，金屬或塑料物體)，或包括有角特征的物體的至少部分表面的工藝，該工藝包括將該物體固定到傳送裝置上；在涂覆站將光化輻射可固化的組合物涂于該物體表面上；通過傳送裝置將被涂物體移至照射站；在照射站用第一光化輻射照射被涂表面并使之部分固化；以及在照射站用第二光化輻射照射被涂表面并使之完全固化；其中該固化組合物是柔性、耐腐蝕、耐磨蝕和耐刮擦的涂層，其在110、100％濕度下10天后具有99+％粘著性，和/或繞心軸如(僅作為例子)半英寸心軸的180度彎曲。
在另一種實施方式中，這類工藝還包括在涂覆步驟之前將物體固定到可轉(zhuǎn)軸上。在另一種或可供選擇的實施方式中，這類工藝還包括在將物體固定到可轉(zhuǎn)軸上之后，移動傳送裝置以使該物體位于涂覆站附近。在另一種實施方式中，這類工藝還包括當(dāng)固定有該物體的軸旋轉(zhuǎn)時，在涂覆站涂覆光化輻射可固化的組合物。在另一種實施方式中，傳送裝置包括傳送帶。
在另一種或可供選擇的實施方式中，照射站包括包含第一光化輻射源和第二光化輻射源的固化室。
在另一種實施方式中，這類工藝還包括通過傳送裝置將完全固化的被涂物體移出固化室，其中將被涂物體包裝用于貯存或運輸。
在用于涂覆至少一部分表面的這類工藝的一種實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物可包含存在于混合物中的約15-45wt％的至少一種低聚物或多種低聚物。在以上方面的另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含存在于混合物中的約25-65wt％的至少一種單體或多種單體。在另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含存在于混合物中的約2-10wt％的至少一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑。在又一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含存在于混合物中的約0.1-25wt％的至少一種納米填料或多種納米填料。在上述方面的另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物可選地包含高達(dá)約5wt％的一種填料或多種填料。在上述方面的另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物可選地包含高達(dá)約10wt％的一種可聚合顏料分散體或多種可聚合顏料分散體。在上述方面的又一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含15～45wt％的一種低聚物或多種低聚物，和25～65wt％的一種單體或多種單體。在該方面的另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含15～45wt％的一種低聚物或多種低聚物，25～65wt％的一種單體或多種單體，和2～10wt％的一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑。在又一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含15～45wt％的一種低聚物或多種低聚物，25～65wt％的一種單體或多種單體，2～10wt％的一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑，和0.1～25wt％的一種納米填料或多種納米填料。在另一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含15～45wt％的一種低聚物或多種低聚物，25～65wt％的一種單體或多種單體，2～10wt％的一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑，0.1～25wt％的一種納米填料或多種納米填料，和高達(dá)約5wt％的一種填料或多種填料。在再一種或可供選擇的實施方式中，光化輻射可固化的基本上全固體的組合物包含15～45wt％的一種低聚物或多種低聚物，30～65wt％的一種單體或多種單體，2～10wt％的一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑，0.1～5wt％的一種納米填料或多種納米填料，高達(dá)約5wt％的一種填料或多種填料，和高達(dá)約10wt％的一種可聚合顏料分散體或多種可聚合顏料分散體；由此該組合物的室溫粘度高達(dá)約500厘泊。
在另一種或可供選擇的實施方式中，涂覆站包含用于靜電噴涂的裝置。在另一種或可供選擇的實施方式中，涂覆站包含適用于空氣輔助/無空氣噴涂的裝置。在另一種或可供選擇的實施方式中，涂覆站包含適用于高容量低壓(HVLP)涂料涂覆的裝置。在每種情形中，另一種或可供選擇的實施方式包括這樣的工藝其中涂料在單次施涂中涂覆，或者涂料在多次施涂中涂覆。此外，在每種情形中，另一種或可供選擇的實施方式包括這樣的工藝其中表面被涂料部分覆蓋，或者表面被涂料完全覆蓋。
在另一種或可供選擇的實施方式中，第一光化輻射步驟與第二光化輻射步驟之間的時間少于5分鐘。在另一種實施方式中，第一光化輻射步驟與第二光化輻射步驟之間的時間少于1分鐘。在另一種實施方式中，第一光化輻射步驟與第二光化輻射步驟之間的時間少于15秒鐘。
在另一種或可供選擇的實施方式中，第一光化輻射步驟的時間長度比第二光化輻射步驟的時間長度短。在另一種或可供選擇的實施方式中，第一光化輻射步驟的時間長度比第二光化輻射步驟的時間長度長。在另一種或可供選擇的實施方式中，第一光化輻射步驟的時間長度等于第二光化輻射步驟的時間長度。
在另一種或可供選擇的實施方式中，照射站包括至少一種能夠提供光化輻射的光，所述光化輻射選自可見光輻射、近可見光輻射、紫外(UV)輻射及其組合。
在另一種或可供選擇的實施方式中，照射站包括至少一種能夠提供選自UV-A輻射、UV-B輻射、UV-B輻射、UV-C輻射、UV-D輻射或其組合的光化輻射的光源。
在另一種或可供選擇的實施方式中，照射站包括鏡面排布以使被涂表面三維固化。在另一種或可供選擇的實施方式中，照射站包括光源排布以使被涂表面三維固化。在另一種實施方式中，每種光源發(fā)射不同的光譜波長范圍。在另一種實施方式中，不同光源具有部分重疊的光譜波長范圍。
在另一方面中，是用光化輻射可固化的基本上全固體的組合物涂覆柔性物體(僅作為例子，金屬或塑料物體)，或包括有角特征的物體的至少部分表面的生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線包含一種工藝，該工藝包含將該物體固定到傳送裝置上；在涂覆站將光化輻射可固化的組合物涂于該物體表面上；通過傳送裝置將被涂物體移至照射站；在照射站用第一光化輻射照射被涂表面并使之部分固化；在照射站用第二光化輻射照射被涂表面并使之完全固化；其中該固化組合物是柔性、耐腐蝕、耐磨蝕和耐刮擦的涂層，其在110、100％濕度下10天后具有99+％粘著性，和/或繞心軸如(僅作為例子)半英寸心軸的180度彎曲。
在另一方面中，是用于生產(chǎn)至少部分涂有光化輻射可固化的基本上全固體的組合物的物體的設(shè)施或工廠，其包括至少一條用光化輻射可固化的基本上全固體組合物涂覆物體表面的生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線包含一種工藝，該工藝包含將該物體固定到傳送裝置上；在涂覆站將光化輻射可固化的組合物涂于該物體表面上；通過傳送裝置將被涂物體移至照射站；在照射站用第一光化輻射照射被涂表面并使之部分固化；在照射站用第二光化輻射照射被涂表面并使之完全固化；其中該固化組合物是柔性、耐腐蝕、耐磨蝕和耐刮擦的涂層，其在110、100％濕度下10天后具有99+％粘著性，和/或繞心軸如(僅作為例子)半英寸心軸的180度彎曲。
參考文獻(xiàn)的引入本說明書中提到的所有公開物、專利和專利申請由此全文引入作為參考，至如同各個公開物、專利或?qū)＠暾埍痪唧w且單獨地提出以引入作為參考的程度。
附圖簡述參考以下闡述示例性實施方式的詳細(xì)說明以及附圖，將獲得對本發(fā)明方法和組合物特征和優(yōu)點的更佳理解，其中示例性實施方式中采用了本方法、組合物、設(shè)備和裝置的原理，附圖中

圖1是用于用文中所述的涂料組合物涂覆柔性物體和/或有角物體的一種可能工藝的流程圖。
圖2是用于用文中所述的涂料組合物涂覆柔性和/或有角物體的一種可能組合系統(tǒng)的流程圖。
圖3說明獲得文中所述涂料組合物所需的可能組分。
圖4是涂覆文中所述涂料的一種方法的示例。
圖5是固化涂料的一種方法的示例。
發(fā)明詳述文中所述100％固體的光化輻射可固化的涂料組合物、涂覆該組合物的方法、被涂表面和被涂制品，通過結(jié)合零揮發(fā)或接近零揮發(fā)的有機(jī)化合物(VOC)而從本質(zhì)上提高環(huán)境質(zhì)量。此外，這類組份基本上不揮發(fā)因而排放量為零或接近零。排放量的這種減少顯著降低空氣污染，特別是與使用揮發(fā)溶劑的涂料組合物所造成的空氣污染相比。而且，采用文中所述方法使采用使用揮發(fā)溶劑的涂料組合物的工藝所導(dǎo)致的與廢物處理相關(guān)的任何水污染或土壤污染最小化，由此進(jìn)一步利于并實質(zhì)上提高環(huán)境質(zhì)量。此外，文中所述100％固體的光化輻射可固化的涂料組合物、涂覆該組合物的方法、工藝和組合系統(tǒng)、被涂表面和被涂制品采用的能量比采用使用揮發(fā)溶劑或水作為溶劑的涂料組合物的工藝少得多，由此節(jié)省能量。
特定術(shù)語的詞匯表如文中所用，術(shù)語“耐磨蝕”是指材料抗損害的能力，這種損害會導(dǎo)致可見的、深的或?qū)挼臏喜?。因此，刮痕通常被認(rèn)為比本領(lǐng)域中稱為劃痕的更加嚴(yán)重。
如文中所用，術(shù)語“光化輻射”是指可產(chǎn)生聚合反應(yīng)的任何輻射源，例如，僅作為例子，紫外輻射、近紫外輻射和可見光。
如文中所用，術(shù)語“有角特征”是指具有不同角度和尺寸的特征，例如，僅作為例子，不同角度和尺寸的角。有角特征也包括三維特征，例如，僅作為例子，隆起塊、溝道、凹槽、口緣、邊和突出物。
如文中所用，術(shù)語“共光引發(fā)劑”是指可與另一種或多種光引發(fā)劑聯(lián)用的光引發(fā)劑。
如文中所用，術(shù)語“緩蝕劑”是指抑制或部分抑制腐蝕的一種或多種試劑。
如文中所用，術(shù)語“耐腐蝕”是指材料抵抗氧化損害的能力。
如文中所用，術(shù)語“固化”是指至少部分涂料組合物的聚合反應(yīng)。
如文中所用，術(shù)語“可固化的”是指至少部分能夠聚合的涂料組合物。
如文中所用，術(shù)語“固化促進(jìn)劑”是指促進(jìn)或另外增強(qiáng)或部分增強(qiáng)固化過程的一種或多種試劑。
術(shù)語“填料”是指添加以改變涂料的物理、機(jī)械、熱或電性質(zhì)的相對惰性的物質(zhì)。
如文中所用，術(shù)語“柔性”是指彎曲、扭轉(zhuǎn)或壓縮而不斷裂的能力，并且物體可任選地回復(fù)到其原始形狀或位置的部分。
如文中所用，術(shù)語“無機(jī)顏料”是指在使用中基本上不揮發(fā)的微粒成分，并且包括通常在涂料或塑料貿(mào)易中標(biāo)記為惰性劑、補(bǔ)充劑、填料等的那些成分。
如文中所用，術(shù)語“照射”是指將表面暴露于光化輻射中。
如文中所用，術(shù)語“碾磨”是指預(yù)混和、熔化和研磨粉末涂料制劑的方法，以獲得適合于噴涂的粉末。
如文中所用，術(shù)語“單體”是指包含可連接到低聚物上或彼此連接的單個分子的物質(zhì)。
如文中所用，術(shù)語“機(jī)動車”是指通過機(jī)械或電力自驅(qū)動的任何車輛。機(jī)動車，僅作為例子，包括汽車、公交車、卡車、拖拉機(jī)、休閑車和越野車。
如文中所用，術(shù)語“低聚物”是指包含幾個重復(fù)的單一分子的分子。
如文中所用，術(shù)語“光引發(fā)劑”是指吸收紫外光并利用該光的能量促進(jìn)涂料干燥層的形成的化合物。
如文中所用，術(shù)語“可聚合顏料分散體”是指分散在涂料組合物中附著在可聚合樹脂上的顏料。
如文中所用，術(shù)語“可聚合樹脂”或“活性樹脂”是指具有反應(yīng)性官能團(tuán)的樹脂。
如文中所用，術(shù)語“顏料”是指不溶或部分可溶、用于賦予顏色的化合物。
如文中所用，術(shù)語“刮擦”是指由機(jī)械或化學(xué)磨損導(dǎo)致的物理變形。
如文中所用，術(shù)語“載色劑”是指溶劑基制劑的液體部分，并且可結(jié)合溶劑和樹脂。
涂料通常，溶劑基涂料制劑結(jié)合四種基本類型的材料顏料、樹脂(粘合劑)、溶劑和添加劑。通過在載色劑中有效混合不溶的原顏料顆?？僧a(chǎn)生均勻顏料分散體，并由此產(chǎn)生不透明涂料。樹脂組成載色劑的不揮發(fā)部分，并且?guī)椭澈?、決定涂料的內(nèi)聚性、影響光澤和提供對化學(xué)品、水和酸/堿的耐受性。通常使用三種類型的樹脂多用樹脂(丙烯酸類、乙烯類、聚氨酯、聚酯)；熱固性樹脂(醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂)；和油。這種制劑中使用的溶劑類型取決于樹脂，為有機(jī)溶劑(如醇、酯、酮、二醇醚、二氯甲烷、三氯乙烷和石油餾出物)或水。使用有機(jī)溶劑來淡化/稀釋涂料組合物，并用來使涂料組合物均勻分散在表面上，然后快速蒸發(fā)。然而，由于它們的高揮發(fā)性，這類有機(jī)溶劑形成高排放濃度，因而歸類為揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)和有害空氣污染物(HAP)。這些溶劑排放關(guān)系到使用VOC和HAP的設(shè)施中的雇主和雇員，因為過度暴露于其中會導(dǎo)致腎損傷或其它關(guān)乎健康的障礙。此外，當(dāng)使用含有有機(jī)溶劑的涂料時，對環(huán)境的影響以及潛在的火患是要考慮的其它問題。而且，含有機(jī)溶劑的涂料需要大的固化爐，以引發(fā)涂料的固化并除去溶劑。在租賃或購買用于大爐的空間、熱固化過程相關(guān)的能量成本、可能的醫(yī)療支出、潛在的環(huán)境凈化和保險費方面，所有這些問題需要來自涂料最終用戶支付相當(dāng)多的資金。
熱固性粉末涂料和UV-可固化粉末涂料開發(fā)粉末基涂料組合物和水基制劑來解決伴隨非水溶劑基涂料組合物的揮發(fā)排放問題。粉末基涂料可包括熱固性或UV固化的制劑，可以減少排放，然而由于需要(對于熱固性粉末)熱熔融、抹平并固化，這類粉末基涂料也需要相當(dāng)多的時間、用于大爐的空間和能量。此外，粉末涂料也常常呈現(xiàn)不期望的“桔皮”外觀。具有UV反應(yīng)性部分并保持產(chǎn)生高品質(zhì)涂料所需的熔融和流動性質(zhì)的固體樹脂，能夠產(chǎn)生UV可固化的粉末涂料。這些粉末涂料具有低能耗、空間有效和用UV固化觀察到的快速固化的特性，便于粉末涂料施涂，如靜電噴涂。使用UV固化有效地使熔化和流動階段與固化階段分離，但是仍然需要用于熔化和流動階段的大爐，和這類爐運轉(zhuǎn)所需的費用和空間要求。
100％固體的UV-可固化涂料文中描述的是可噴涂的100％固體組合物、使用該組合物涂覆表面的方法和涂覆表面的工藝。文中所述的100％固體涂料組合物包括光化輻射可固化材料(例如單體和低聚物)、光引發(fā)劑、固體顏料分散體、粘合促進(jìn)劑、納米填料和填料，用于涂覆柔性物體(僅作為例子，金屬或塑料物體)或包括有角特征的物體的表面，并且該涂料組合物可用常規(guī)方法噴涂，包括但不限于HVLP、空氣輔助/無空氣、或單涂層靜電旋杯(electrostatic bell)，而不需另外施加熱。此外，文中所述的100％固體涂料組合物賦予柔性、耐腐蝕性、耐磨性、改善的光澤、改善的粘著性，并且可為不透明的或具有透明的涂層。
文中所述的100％固體UV可固化的涂料組合物不使用添加的溶劑。這部分地通過使用低分子量單體代替有機(jī)溶劑來實現(xiàn)。但是，這些單體不像有機(jī)溶劑那樣易揮發(fā)，因此不像揮發(fā)性有機(jī)溶劑那樣容易蒸發(fā)。而且，與揮發(fā)性有機(jī)溶劑相比，這類單體成為最終涂料的整體組分，并利于最終涂料的性質(zhì)和特性。文中所述的100％固體涂料組合物容易地被施涂到表面上，并通過暴于UV中快速固化，而不需使用大的固化和干燥爐；由此降低了與干燥/固化爐所需的購買/租賃空間相關(guān)的生產(chǎn)成本，以及與干燥/固化爐的運轉(zhuǎn)相關(guān)的能量成本。此外，還出現(xiàn)更加有效的生產(chǎn)工藝，因為UV可固化涂料組合物可在單次涂覆中被施涂(即單涂層)，這減少了涂覆時間并能夠獲得立即“包裝和輸送”的能力。而且，在這類UV可固化涂料組合物中不含揮發(fā)性有機(jī)溶劑限制了由這類溶劑引起的健康、安全和環(huán)境危險。
文中所述的100％固體UV可固化涂料組合物可用來涂覆柔性物體，例如，僅作為例子，金屬或塑料物體，或用來涂覆柔性物體如(僅作為例子)金屬或塑料物體的表面，或用來涂覆包括金屬或塑料組份的柔性物體。此外，文中所述的100％固體UV可固化涂料組合物可用來涂覆包括有角特征的物體，例如，僅作為例子，金屬或塑料物體，或用來涂覆包括有角特征的柔性物體，例如，僅作為例子，金屬或塑料物體。
可使用文中所述的100％固體UV可固化涂料組合物涂覆的金屬類型包括但不限于，含鐵金屬和合金(如鋼和生鐵)、黃銅、青銅、鋁、鈷、銅、鎂、鎳、鈦、錫或鋅，或包括鋁、鐵、鈷、銅、鎂、鎳、鈦、錫和/或鋅的合金，加上鍍鋅的鋼，以及電鍍鋅的鋼。此外，文中所述的組合物可用來涂覆任何已知形式的金屬，例如但不限于冷軋金屬、擠出物、線圈、焊接的部分或鑄塑的部分。金屬表面尤其容易被氧化形成表面氧化物，文中稱為銹、表面氧化物或金屬氧化物。然而其它金屬如黃銅、青銅、鋁、鈷、銅、鎂、鎳、鈦、錫或鋅，或包括鋁、鐵、鈷、銅、鎂、鎳、鈦、錫和/或鋅的合金也氧化并形成它們相應(yīng)的表面氧化物。在具有高濕度或鹽含量的環(huán)境中，銹的形成變得甚至更加可能和發(fā)生得更快。因而需要一些保護(hù)性涂料來使金屬表面上表面氧化物的形成最小化。由文中所述的組合物獲得的所得涂料在金屬表面上表現(xiàn)出改善的粘著性，并為被涂金屬提供改善的耐腐蝕性和耐磨性。
當(dāng)使用水基組合物來涂覆金屬表面時，當(dāng)水在涂覆、固化和干燥步驟過程中蒸發(fā)時，金屬表面會通過已知為“閃銹(flash-rusting)”的過程而氧化。雖然可通過用熱空氣鼓風(fēng)機(jī)干燥或使用真空系統(tǒng)來減少或消除水性涂料組合物的閃銹形成，但對于降低能量成本來說沒有增加的益處，并且仍然需要大的干燥爐。相反地，文中所述的100％固體UV可固化涂料組合物不使用溶劑包括水，因此避免了形成閃銹的可能性。此外，使用這種UV可固化組合物減少了固化工藝時間，這可避免在較高的濕度環(huán)境中形成閃銹。
文中所述的100％固體UV可固化涂料組合物使用原顏料或固體可聚合顏料分散體來賦予組合物和所得涂料不透明性。固體可聚合顏料分散體限制了原顏料所需的“碾磨”的需要。碾磨是指預(yù)混和、熔化和將原顏料或粉末組合物研磨成適合于噴涂到表面上或混合到組合物中的微細(xì)粉末的制造工藝。將這些步驟加入到工藝中導(dǎo)致每個被涂制品花費的時間和能量消耗增加。雖然原顏料可被結(jié)合到文中所述的組合物中，但是用可聚合顏料分散體代替原顏料改進(jìn)了涂覆工藝，并消除了相關(guān)的碾磨費用，由此提高總體生產(chǎn)力并降低業(yè)務(wù)支出。
顏料的顏色性質(zhì)如強(qiáng)度、透明度/不透明度、光澤、深淺、流變學(xué)和光及化學(xué)穩(wěn)定性，通?；蚨嗷蛏偈艿胶蓄伭项w粒的載色劑中該顏料顆粒的粒度和分布的影響。顏料顆粒通常以初級粒子(50μm～500μm)、聚集物、附聚物和絮凝物的形式存在。初級粒子是單獨的晶體，而聚集物是在其晶面結(jié)合在一起的初級粒子的集合，而附聚物是在其邊角連接的初級粒子與聚集物的較為松散的排布類型。絮凝物由通常以相當(dāng)開放的結(jié)構(gòu)排布的初級粒子聚集物與附聚物構(gòu)成，能夠在剪切力下破解。然而，在除去剪切力后或?qū)⒎稚Ⅲw不受干擾地靜置后，可以重新形成絮凝物。顏料粒徑與顏料載色系統(tǒng)吸收可見電磁輻射的能力之間的關(guān)系稱為著色強(qiáng)度或著色力。給定顏料吸收光線的能力(著色力)隨粒徑減小以及相應(yīng)的表面積增大而提高。由此，將顏料保持在最小顏料粒徑的能力將產(chǎn)生最大的著色力。分散的首要目的是將顏料聚集物和附聚物破解成初級粒子，從而獲得顏料在視覺上和經(jīng)濟(jì)上的最佳益處。當(dāng)用在涂料組合物中時，該顏料分散體呈現(xiàn)提高的著色力和提供增強(qiáng)的色澤。然而，關(guān)系到獲得最佳分散體的是形成顏料分散體所涉及的工藝數(shù)目，例如攪拌、剪切、碾磨和研磨。如果不精確控制這些工藝，那么可能存在批與批之間的顏色變化以及較差的顏色再現(xiàn)性?？蛇x擇地，將呈現(xiàn)最小聚集和附聚的可聚合顏料分散體簡單地混入涂料組合物中，由此，通過免除制造和/或涂覆工藝中對這些步驟的需要而改善顏色再現(xiàn)性。此外，由于可聚合顏料分散體的反應(yīng)官能性，聚合期間顏料變成所得涂料的組成部分，因為它連接于該反應(yīng)官能團(tuán)。相對于僅將顏料顆粒夾持在涂料基質(zhì)中的顏料分散體，可聚合顏料分散體可以賦予更高的顏色穩(wěn)定性。因而，加入了可聚合顏料分散體的涂料呈現(xiàn)改善的顏色再現(xiàn)性和改善的顏色穩(wěn)定性、更高的著色力以及增強(qiáng)的不透明度和光澤度。僅作為例子，文中所述組合物是重著色的，并且在低于50微米的厚度時能夠呈現(xiàn)可接受的不透明性。
將各種更高蒸汽壓的單體/樹脂作為載色劑引入到文中所述100％固體UV可固化組合物中，有效地消除了有機(jī)溶劑的需要和相關(guān)的溶劑排放/蒸發(fā)問題。因此，這免除了將空氣污染/排放控制技術(shù)結(jié)合入制造工藝的需要。結(jié)果，文中所述方法和組合物可以使整合了涂覆步驟的操作中用于空氣污染控制系統(tǒng)保養(yǎng)的時間、空間和資金最小化。
因使用文中所述方法和組合物而產(chǎn)生的另一優(yōu)點在于這類組合物和方法致使將涂料涂覆、固化和干燥所需的時間總體減少。盡管可以調(diào)整常規(guī)涂覆工藝以適應(yīng)文中所述涂料組合物和方法，但是使用UV輻射而非熱量來引發(fā)聚合過程顯著縮短每個被涂制品的固化時間。但是文中所述方法和組合物可包括少量的熱量；例如，用來提供用于固化的UV光的燈也可產(chǎn)生一些熱。此外，熱可由其它來源(包括設(shè)施的室溫)產(chǎn)生；然而，文中所述方法和組合物需要最少的(如果有的話)額外的熱，以實現(xiàn)合適的固化。此外，在本發(fā)明的組合物和方法中不含溶劑免除了用熱量來除去溶劑的需要，除去溶劑的過程會給涂覆步驟增加顯著的時間和費用。因而，使用UV線固化以及從組合物除去溶劑顯著地縮短用于完成每個被涂物體的總涂覆工藝的時間，這使得在與基于溶劑的方法所需相同的時間內(nèi)能夠處理更多的零件，并且完成批次需要更少的時間。
使生產(chǎn)所用空間(無論是地面面積、壁面面積甚或是天花板面積(物體從天花板上懸掛時的情形中))最小化的能力對于生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本和啟動經(jīng)費支出而言是關(guān)鍵的。本文所述UV固化組合物免除溶劑使得能夠從生產(chǎn)線上除去大爐。當(dāng)使用基于溶劑的涂料組合物時，這些爐用于固化并促使溶劑快速蒸發(fā)。該爐的去除顯著地降低生產(chǎn)系統(tǒng)所需體積(地面、壁面和天花板空間)，并將較少的空間有效用于已有生產(chǎn)線。此外，與爐的運轉(zhuǎn)相關(guān)的費用不再成問題，結(jié)果是生產(chǎn)成本降低。對于新生產(chǎn)線，從設(shè)計中除去這些爐實際上節(jié)約了空間，因而可用較少的建筑物來容納生產(chǎn)線，由此降低建筑費用。而且，因為不再需要爐，新生產(chǎn)線的費用支出將較少。由于與基于溶劑的工藝相比能夠增加生產(chǎn)線的數(shù)目，并且能夠整合到已有生產(chǎn)線中，文中所述的方法和組合物的生產(chǎn)線占據(jù)的較小體積提高了生產(chǎn)率。
如上所述，溶劑基涂料組合物，無論是基于有機(jī)溶劑還是基于水的，需要用熱來干燥被涂表面，由此促進(jìn)溶劑的蒸發(fā)。用大爐實現(xiàn)這個過程，可以想見這些大爐的運轉(zhuǎn)需要高費用。而且，使用通風(fēng)系統(tǒng)(例如大的風(fēng)扇)及空氣污染控制系統(tǒng)均需要能量來操作。因而，文中所述UV可固化涂料、組合物及方法通過限制(或者免除)對大爐、相關(guān)通風(fēng)系統(tǒng)以及空氣凈化系統(tǒng)的需要而導(dǎo)致顯著的能量和成本節(jié)約，所述大爐、相關(guān)通風(fēng)系統(tǒng)以及空氣凈化系統(tǒng)是可供選擇的熱或溶劑基涂料組合物和方法所需的。
光澤度主要是指表面的平整度和光澤，當(dāng)考慮涂層的視覺外觀和最終視覺可接受性時，這兩個性質(zhì)都重要。如上所述，將可聚合顏料分散體引入涂料組合物能夠產(chǎn)生更高的著色力和增強(qiáng)的光澤度。此外，將填料混入涂料組合物以及受控的聚合條件能賦予改善的平整度。聚合過程的控制將在后面詳述，然而簡單地講，它包括使用具有不同吸收性質(zhì)的光引發(fā)劑的混合物，從而較長波長的輻射可用于激發(fā)該混合物中的一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑，而較短波長的輻射可用于激發(fā)該混合物中的其他光引發(fā)劑。如此，激發(fā)順序是重要的。期望首先激發(fā)較長波長的光引發(fā)劑，因為這能提高粘著并在適當(dāng)?shù)奈恢媒亓籼盍辖M份。之后激發(fā)較短波長的光引發(fā)劑來完成聚合過程。如果不采用這種激發(fā)順序(或其變形，如交替暴露、閃光或其它順序)，填料化合物會聚集，并形成暗淡的涂層。因而，長波長-短波長步驟能夠通過提高表面平整度、提高表面光澤或者提高表面平整度和表面光澤來改善視覺外觀和可接受性。然而，如果期望暗淡的外觀，可以采用短波長-長波長步驟。
僅需要單個涂覆步驟的涂料組合物和工藝具有相當(dāng)大的益處。對于所用涂料組合物的量以及每個涂覆件的總生產(chǎn)時間來說是成本高效的。當(dāng)以單層涂覆時，該涂料組合物必須仍然賦予有利的品質(zhì)，例如耐腐蝕性或耐磨性。文中所述的UV可固化的涂料組合物在低聚物、單體、可聚合顏料分散體與光引發(fā)劑的混合物中使用填料，來給在暴露于UV輻射之前涂于表面上的所得膜賦予期望的流變學(xué)特性。這些流變學(xué)性質(zhì)包括粘度和觸變行為，使得組合物能被噴射到表面上，使得組合物能保持在它到達(dá)該表面上的位置，并且使組合物液滴一起流動并充滿任何縫隙而不從該表面上滴落或流掉，由此在該表面上產(chǎn)生完整的、幾乎無孔的膜。文中所述UV可固化涂料組合物流變學(xué)性質(zhì)的這種控制在單次施涂步驟中得到具有改善的覆蓋度的涂層，并且由此，在文中所述著色的組合物的情況下，提高涂層的遮蓋能力。
文中所述100％固體的UV可固化涂料組合物可以通過噴涂、簾式淋涂、浸漬涂布、輥涂或刷涂涂于表面上。然而，噴涂是最有效的涂覆方法之一，可用高容量低壓(HVLP)法或靜電噴涂技術(shù)實現(xiàn)。HVLP和靜電噴涂技術(shù)是在涂料工業(yè)中完善建立的方法，因而，開發(fā)使用這些涂覆手段的涂料組合物是偶然的。此外，文中所述UV可固化組合物可使用空氣輔助/無空氣類型的噴涂技術(shù)來涂覆?？諝廨o助的無空氣泵通常是空氣操作的、正位移、往復(fù)活塞泵，其將涂料組合物直接虹吸到容器外?？諝鈮嚎s機(jī)以轉(zhuǎn)換HVLP槍所需空氣量的約1/4的量操作泵和槍，并且以顯著更高的流體壓力輸送流體。當(dāng)涂料組合物逸出到大氣壓力下時它霧化，然后所述槍將一點點空氣加到噴涂方式的結(jié)尾，消除了“尾”或重邊緣，由此使重疊的線或帶最少。這就是“無空氣”方法的“空氣輔助”。
在用溶劑基涂料組合物涂覆之前用來清洗表面的清洗方法通常包括使該表面與堿基清洗劑或酸性清洗劑接觸，該清洗劑通常為水溶液。堿清洗劑的例子包括氫氧化鈉和氫氧化鉀。除了清洗劑和水之外，清洗溶液可任選地包括表面活性劑和助洗劑，如蘇打灰、焦磷酸鹽或三聚磷酸鹽。因而，在用溶劑基組合物涂覆之前需要苛刻的條件來清洗表面。相反地，如上所述，文中所述的方法和組合物在涂覆物體之前只需要有限的和簡單的(如果有的話)清洗。在一種實施方式中，在用文中所述的100％固體UV可固化涂料組合物涂覆之前，清洗制品只需要用可生物降解的有機(jī)清洗劑和水洗滌以除去松散的雜質(zhì)、表面污物、油和油脂，水沖洗，以及干燥。水沖洗可使用去離子純凈水或自來水，接觸時間和/或水的流速為足以從表面除去基本上所有的清洗劑的時間和流速。來自該簡化的清洗方法的廢物流比溶劑基涂料組合物使用的清洗方法包含更少的有毒和/或有害物質(zhì)。因而，該清洗方法比溶劑基涂料組合物使用的清洗方法更加環(huán)境友好。
文中所述的UV可固化100％固體組合物的特征包括但不限于零VOC，零HAP，數(shù)秒內(nèi)固化，例如但不限于1.5秒內(nèi)固化(由此使固化時間縮短99％)，需要的占地面積少80％，需要的能量少80％，不易燃，無需稀釋，極易固化，高光澤度，用HVLP或靜電旋杯涂覆，無需蒸出爐，無需熱固化，無熱應(yīng)力并且無桔皮效應(yīng)。此外，它們使用戶能夠在生產(chǎn)高級的、外觀可再現(xiàn)性更佳的產(chǎn)品的同時縮短生產(chǎn)時間。用戶可以節(jié)約時間、能量和空間。此外，因為沒有使用溶劑或載色劑，用戶可以減少或免除排放。
本發(fā)明還公開了用于涂覆文中所述可噴射的紫外光可固化100％固體組合物的工藝和組合系統(tǒng)。該工藝的特征包括但不限于提供工業(yè)強(qiáng)度的涂層，具有高達(dá)98％過度噴射物的回收，無需冷卻線，立即“包裝和運輸”，工藝中零件減少，工件夾具較少，無需燒去工件夾具，免除空氣污染控制系統(tǒng)，對環(huán)境更安全，對雇員更安全，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)時間并增加產(chǎn)量。
組合物UV涂料的機(jī)械性質(zhì)如彈性、柔性和硬度取決于涂料組合物中包含的低聚物和單體的類型。僅作為舉例，聚酯丙烯酸酯具有良好的耐磨性與韌性，而聚氨酯丙烯酸酯和聚醚丙烯酸酯可提供柔性、彈性和硬度。因而，文中所述的組合物結(jié)合了給固化涂料賦予各種性質(zhì)的低聚物和單體，以獲得具有良好粘著性、高柔性和耐磨性及耐刮擦性的UV可固化涂料。
文中所述的組合物基本上不含溶劑，因而稱為固體組合物。因而公開了包括以下成分的物質(zhì)組合物UV可固化材料(低聚物和單體)、光引發(fā)劑、固體顏料分散體、粘合促進(jìn)劑、緩蝕劑、填料和納米填料，以獲得柔性、耐磨性和耐刮擦性的涂料，其也表現(xiàn)出改善的粘著性。文中所述的組合物由以下物質(zhì)組成，基于組合物的總重量15～45％的低聚物或多種低聚物，25～65％的單體或多種單體，2～10％的光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑，0～15％的固體顏料或多種固體顏料分散體，0.01～2％的緩蝕劑，0.01～2％的填料和0.1～25％的納米填料混合物；其中該組合物可通過HVLP，靜電旋杯或空氣輔助/無空氣技術(shù)噴射，不需添加熱量，并可通過紫外照射而固化。
低聚物可以選自單丙烯酸酯、二丙烯酸酯、三丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、環(huán)氧丙烯酸酯及其混合物?？墒褂玫倪m宜化合物包括但不限于三羥甲基丙烷三丙烯酸酯；烷氧基化的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯，如乙氧基化的或丙氧基化的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯；1，6-己二醇二丙烯酸酯；丙烯酸異冰片酯；脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(二-、三-、六-Ebecryl 230、Ebecryl244、Ebecryl 264、Ebecryl 220)；乙烯基丙烯酸酯；環(huán)氧丙烯酸酯；乙氧基化的雙酚A丙烯酸酯；三官能的丙烯酸酯、不飽和環(huán)二酮；聚酯二丙烯酸酯；環(huán)氧二丙烯酸酯/單體摻合物、脂肪族聚氨酯三丙烯酸酯/單體摻合物、摻有1，6-己二醇丙烯酸酯的脂肪族聚氨酯三丙烯酸酯、六官能聚氨酯丙烯酸酯、硅化聚氨酯丙烯酸酯、脂肪族硅化聚氨酯丙烯酸酯、CN990(Sartomer，Exton，PA，U.S.A.)、摻有三羥甲基丙烷三丙烯酸酯的雙酚環(huán)氧丙烯酸酯、脂肪酸改性的雙酚A丙烯酸酯、摻有三羥甲基丙烷三丙烯酸酯的丙烯酸酯化的環(huán)氧多元醇，及其混合物。
單體選自丙烯酸2-苯氧乙酯、丙烯酸異冰片酯、丙烯酸酯的酯衍生物、甲基丙烯酸酯的酯衍生物、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙烯酸2-苯氧乙酯；和交聯(lián)劑，例如但不限于丙氧基化三丙烯酸甘油酯、三丙二醇二丙烯酸酯，及其混合物。
當(dāng)暴露于紫外線中時，組合物的光引發(fā)劑組份引發(fā)快速聚合反應(yīng)。文中所述組合物中所用光引發(fā)劑歸為自由基類；然而，也可采用其它光引發(fā)劑類型。此外，可以采用光引發(fā)劑的組合，該組合涵蓋用于引發(fā)聚合反應(yīng)的UV源的不同光譜性質(zhì)。在一種實施方式中，光引發(fā)劑與UV源的光譜性質(zhì)相匹配。料想文中所述的組合物可用以下設(shè)備固化中壓水銀弧光燈，該燈產(chǎn)生強(qiáng)烈的UV-C(200-280nm)輻射；或摻雜的水銀放電燈，取決于摻雜劑，該放電燈產(chǎn)生UV-A(315-400nm)輻射或UV-B(280-315nm)輻射；或者組合型燈，取決于所用的光引發(fā)劑組合。此外，顏料的存在能夠吸收UV區(qū)和可見光區(qū)的輻射，由此降低某些類型光引發(fā)劑的效率。然而，氧膦型光引發(fā)劑，例如但不限于雙酰基氧膦，在有色(包括，僅作為例子，黑色)UV可固化涂覆材料中有效。氧膦也可用作白色涂料的光引發(fā)劑。
光引發(fā)劑和共光引發(fā)劑可選自氧膦型光引發(fā)劑、二苯基(2，4，6-三甲基苯甲?；?氧膦，苯甲酮、1-羥基環(huán)己基苯基酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮(來自Ciba Specialty Chemicals 540 whitePlains Road，Tarrytown，New York，U.S.A.的DAROCUR1173)、2，4，6-三甲基苯甲酮和4-甲基苯甲酮、ESACUREKTO-46(LambertiS.p.A.，Gallarate(VA)，Italy)、低聚(2-羥基-2-甲基-1-(4-(1-甲基乙烯基)苯基)丙酮)、丙烯酸胺、噻噸酮、芐基甲基縮酮，及其混合物。此外，光引發(fā)劑和共光引發(fā)劑可選自2-羥基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮(來自Ciba Specialty Chemicals 540 White Plains Road，Tarrytown，New York，U.S.A.的DAROCUR1173)、氧膦型光引發(fā)劑、IRGACURE500(來自Ciba Specialty Chemicals 540 White PlainsRoad，Tarrytown，New York，U.S.A.)、丙烯酸胺、噻噸酮、芐基甲基縮酮，及其混合物。此外，將噻噸酮用作固化促進(jìn)劑。液體光引發(fā)劑選自苯甲酮、1-羥基環(huán)己基苯基酮、氧膦及其混合物。固體光引發(fā)劑為氧膦。
適于用在本發(fā)明實踐中的其它光引發(fā)劑包括但不限于1-苯基-2羥基-2-甲基-1-丙酮、低聚{2-羥基-2-甲基-1-4-(1-甲基乙烯基)苯基丙酮}、2-羥基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮、雙(2，6-二甲氧基苯甲酰基)-2，4，4-三甲基戊基氧膦、1-羥基環(huán)己基苯基酮和苯甲酮，及其混合物。其它有益的引發(fā)劑包括例如雙(n，5，2，4-環(huán)戊二烯-1-基)-雙2，6-二氯-3-(1H-吡咯-1-基)苯基鈦和2-苯甲基-2-N，N-二甲氨基-1-(4-嗎啉基苯基)-1-丁酮。這些化合物分別是IRGACURE784和IRGACURE369(都來自Ciba Specialty Chemicals 540 White PlainsRoad，Tarrytown，New York，U.S.A.)。同時，其它有益的光引發(fā)劑還包括例如2-甲基-1-4(甲基硫代)-2-嗎啉基丙-1-酮、4-(2-羥基)苯基-2-羥基-2-(甲基丙基)酮、1-羥基環(huán)己基苯基酮苯甲酮、(環(huán)戊二烯)(1-甲基乙基)苯-鐵六氟磷酸酯、2，2-二甲氧基-2-苯基-1-乙酰苯2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧膦、苯甲酸、4-(二甲基氨基)-乙醚，及其混合物。
緩蝕劑被配制到涂料中以使它所施涂的基質(zhì)的腐蝕最小化。合適的緩蝕劑可選自有機(jī)顏料、無機(jī)顏料、有機(jī)金屬顏料或其它不溶于水相的有機(jī)化合物。也可伴隨地使用防腐蝕顏料，例如包含磷酸鹽或硼酸鹽的顏料、金屬顏料和金屬氧化物顏料，例如但不限于磷酸鋅、硼酸鋅、硅酸或硅酸鹽，例如硅酸鈣或硅酸鍶，以及基于氨基蒽醌的有機(jī)顏料緩蝕劑。此外可使用無機(jī)緩蝕劑，例如硝基間苯二甲酸的鹽、單寧酸、磷酸酯、取代的苯并三唑或取代的苯酚。而且，微水溶性羧酸的鈦或鋯復(fù)合物和樹脂結(jié)合的酮羧酸尤其適合作為涂料組合物中的緩蝕劑，用于保護(hù)金屬表面。此外，一種實施方式是全固體的非金屬緩蝕劑，包括，僅作為例子，Cortec Corporation(4119 White BearParkway，St.Paul，MN，U.S.A.)的M-235產(chǎn)品，及任何其它升級和替代產(chǎn)品。
顏料為不可溶的白色、黑色或有色物質(zhì)，通常懸浮在用于油漆或油墨中的載色劑中，還可以包括效果顏料例如云母，金屬顏料例如鋁，以及珠光顏料。將顏料用于涂料中以提供裝飾和/或保護(hù)功能，然而，由于它們的不溶性，顏料可能是液體涂料和/或干漆膜中各種問題的誘因。認(rèn)為因顏料而起的一些膜缺陷的例子包括由聚集引起的不期望的光澤、起霜、顏料褪色、顏料絮凝和/或沉降、顏料混合物的分離、脆性、濕敏性、易生真菌性和/或熱不穩(wěn)定性。
“理想的”分散體包括初級粒子的均勻懸浮體。然而，無機(jī)顏料常常與它們所混入的樹脂不相容，這通常導(dǎo)致顏料難以均勻分散。另外，當(dāng)干顏料包含初級粒子、聚集體和附聚物的混合物時，在實現(xiàn)穩(wěn)定的顏料分散體的生產(chǎn)之前，必須將該混合物增濕并解聚，可能需要碾磨步驟。在具體的含顏料涂料組合物中的分散程度影響組合物的涂覆性質(zhì)以及固化膜的光學(xué)性質(zhì)。分散的改善引起光澤度、著色強(qiáng)度、亮度和保光性方面的改善。
為結(jié)合反應(yīng)官能性而處理顏料表面改善了顏料的分散。表面改性劑的例子包括但不限于聚合物，如聚苯乙烯、聚丙烯、聚酯、苯乙烯-甲基丙烯酸型共聚物、苯乙烯-丙烯酸型共聚物、聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、聚乙烯四氟乙烯型共聚物、聚天冬氨酸、聚谷氨酸和聚谷氨酸-γ-甲基酯；和諸如硅烷偶聯(lián)劑和醇之類的改性劑。
這些經(jīng)表面改性的顏料改善了在多種樹脂中的顏料分散，這些樹脂例如烯烴，如，僅作為例子，聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯等；乙烯類，如聚氯乙稀、聚乙烯酯、聚苯乙烯；丙烯酸均聚物和共聚物；酚醛樹脂；氨基樹脂；醇酸樹脂；環(huán)氧樹脂；硅氧烷；尼龍；聚氨酯；苯氧樹脂；聚碳酸酯；聚砜樹脂；聚酯(可選地氯化)；聚醚；縮醛；聚酰亞胺和聚氧乙烯。
多種有機(jī)顏料可用在本發(fā)明組合物中，包括但不限于碳黑、偶氮顏料、酞菁顏料、硫靛顏料、蒽醌顏料、黃烷士林顏料、陰丹士林顏料、蒽素吡啶顏料、皮蒽酮顏料、苝系顏料、perynone顏料和喹吖啶酮顏料。
在本發(fā)明組合物中可以使用多種無機(jī)顏料，例如但不限于二氧化鈦、氧化鋁、氧化鋅、氧化鋯、鐵的氧化物鐵丹、鐵黃和鐵黑、群青、普魯士藍(lán)、氧化鉻和氫氧化鉻、硫酸鋇、氧化錫、鈣、二氧化鈦(金紅石和銳鈦礦鈦)、硫酸鹽、滑石、云母、硅石、白云石、硫化鋅、氧化銻、二氧化鋯、二氧化硅、硫化鎘、硒化鎘、鉻酸鉛、鉻酸鋅、鈦酸鎳、粘土如高嶺土、白云母和絹云母。
用在本發(fā)明組合物中的固體顏料分散體可選自與改性丙烯酸樹脂鍵合的以下顏料碳黑、金紅石二氧化鈦、有機(jī)紅顏料、酞菁藍(lán)顏料、鐵丹顏料、異吲哚啉黃顏料、酞菁綠顏料、喹吖啶酮紫、咔唑紫、主色黑、淺檸檬鐵黃、淺有機(jī)黃、透明鐵黃、二芳基橙、喹吖啶酮紅、有機(jī)猩紅、淺有機(jī)紅以及深有機(jī)紅。這些可聚合顏料分散體可與其它顏料分散體相區(qū)別，其將不可溶顏料顆粒分散在某些類型樹脂中并將顏料顆粒截留在聚合的基質(zhì)中。用在本發(fā)明組合物和方法中的顏料分散體將顏料處理以使它們與丙烯酸樹脂連接；從而顏料分散體能夠在暴露于UV輻射中時聚合并且復(fù)雜地與整個涂層的性質(zhì)相關(guān)。
本發(fā)明組合物中的填料的平均粒徑包括，例如，小于約20μm，再例如，平均粒徑為1～10μm的離散顆粒；而納米填料顆粒的平均粒徑包括，例如，小于約200nm，再例如，平均粒徑為5～50nm的離散顆粒至納米級的顆粒。加入填料給組合物賦予某些流變學(xué)性質(zhì)，如粘度；但是，加入納米級填料對涂料的機(jī)械性質(zhì)產(chǎn)生與微米級填料顯著不同的影響。因而，可通過改變涂料組合物中微米尺寸填料和納米填料的含量來調(diào)節(jié)涂料的機(jī)械性質(zhì)。
聚合物納米復(fù)合材料是納米級填料與熱固性或UV可固化聚合物的摻混物，這類聚合物納米復(fù)合材料相對于常規(guī)填料材料具有改善的性質(zhì)。這些改善的性質(zhì)包括改善的抗張強(qiáng)度、模量、熱扭變溫度、抗?jié)B性、耐UV性、耐磨性和耐刮擦性以及導(dǎo)電率。結(jié)合某些納米填料如納米氧化鋁和納米硅，可提供長期耐磨性涂層，而不顯著影響光學(xué)透明度、光澤、顏色或物理性質(zhì)。這些改善的性質(zhì)很大程度上是由于納米級填料的小尺寸和大表面積所導(dǎo)致的。
填料和納米填料可為不溶性無機(jī)顆粒或不溶性有機(jī)顆粒。無機(jī)填料和納米填料通常為金屬氧化物，雖然可使用其它無機(jī)化合物。無機(jī)填料和納米填料的例子包括氮化鋁、氧化鋁、氧化銻、硫酸鋇、氧化鉍、硒化鎘、硫化鎘、硫酸鈣、氧化鈰、氧化鉻、氧化銅、氧化銦錫、氧化鐵、鉻酸鉛、鈦酸鎳、氧化鈮、稀土氧化物、硅石、二氧化硅、氧化銀、氧化錫、二氧化鈦、鉻酸鋅、氧化鋅、硫化鋅、二氧化鋯和氧化鋯?？晒┻x擇地，有機(jī)填料和納米填料通常為研磨成合適尺寸微粒的聚合物質(zhì)。納米級有機(jī)納米填料的例子包括但不限于，納米聚四氟乙烯、丙烯酸酯納米球膠體、甲基丙烯酸酯納米球膠體，及其組合，雖然可使用聚四氟乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及其組合的微米級填料。
納米氧化鋁由納米級的高純度氧化鋁組成，包括例如小于200nm，以及為約5～40nm范圍內(nèi)的離散的球形顆粒。將納米氧化鋁混入涂料體系中使涂層保持優(yōu)良的光學(xué)透明度、光澤和物理性質(zhì)，從而基于納米氧化鋁的組合物可用于需要優(yōu)良光學(xué)透明度的耐磨性涂覆應(yīng)用，如眼鏡；精細(xì)拋光應(yīng)用，包括半導(dǎo)體；以及納米復(fù)合物應(yīng)用，包括改善的熱管理。此外，將納米氧化鋁混入涂料組合物中可得到非常堅硬的涂層，其可代替“硬鉻”，并且可用于涂覆需要抗沖擊性的物體。
“硬鉻”通常由電沉積厚層(0.2mil～30mil或更大)鉻的工藝來獲得，通常將鉻直接涂覆到鐵基質(zhì)如鋼上，雖然它也可被涂覆到非鐵基質(zhì)上。厚的鉻幾乎總是從六價鉻鍍浴中沉積?！坝层t”可用于切割工具的堅硬尖端和在鋼上形成要經(jīng)受嚴(yán)重磨損的軸或區(qū)域。通常選擇鉻沉積是利用其可期望的性質(zhì)，如硬度、耐磨性、耐腐蝕性、光滑性和低摩擦系數(shù)?？杀挥层t電鍍的各種元件包括液壓桿和汽缸、飛機(jī)噴氣發(fā)動機(jī)組件、內(nèi)燃機(jī)氣缸套、汽車后門的氣動支撐桿、減震器、飛機(jī)起落架、鐵路車輪軸承和連桿、工具和沖模部件、以及塑料和橡膠工業(yè)的模具。
鉻可以以兩種價態(tài)存在，三價鉻(Cr III)和六價鉻(Cr VI)。鉻III是人體中的必需元素，比鉻(VI)的毒性低得多。對于急性(短期)和慢性(長期)吸入暴露，呼吸道是鉻(VI)毒性的主要靶器官。急性暴露于鉻(VI)會發(fā)生呼吸短促、咳嗽和喘鳴，而慢性暴露已經(jīng)發(fā)現(xiàn)隔膜穿孔和潰瘍、支氣管炎、肺功能減弱、肺炎和其它呼吸影響。人類研究已經(jīng)清楚地表明，吸入的鉻(VI)是人體致癌物，導(dǎo)致肺癌的危險增加。很明顯，六價鉻鍍浴與它們用來獲得堅硬涂層的應(yīng)用相關(guān)，具有顯著的健康危險和環(huán)境毒性問題。此外，使用硬鉻電鍍工藝會花費幾個小時來完成，因此非常費時。因而，需要開發(fā)可容易和快速地涂覆、沒有健康危險并且也對環(huán)境無害的涂料。混入納米氧化鋁的涂料組合物是環(huán)境友好的，可容易和快速地涂覆，并且得到堅硬、高度耐磨和耐刮擦的涂層。而且，將納米氧化鋁混入涂料體系中也使涂層保持優(yōu)良的光學(xué)透明度、光澤和物理性質(zhì)。
可將具有納米尺寸的納米二氧化硅混入涂料組合物中，其納米尺寸包括例如小于約200nm，再例如，平均粒徑為5～40nm，其二氧化硅含量高達(dá)40～65％，組合物粘度較小增加并且沒有損失涂料透明度。此外，所得的涂料也具有改善的韌性、硬度以及耐磨性和耐刮擦性，并且涂料透明度和光澤沒有降低。當(dāng)將納米硅混入涂料組合物中時，獲得的其它性質(zhì)和特征包括它起抵抗氣體、水蒸汽和溶劑的阻擋作用，它具有改善的耐候性和受到抑制的熱老化，它表現(xiàn)出降低的固化收縮和反應(yīng)熱、降低的熱膨脹和內(nèi)應(yīng)力、提高的抗撕裂性、斷裂韌性和模量，具有改善的對許多無機(jī)基質(zhì)(例如玻璃、鋁)的粘著性，通過更親水的表面具有改善的抵抗無機(jī)雜質(zhì)(例如煤煙)的防污性，以及具有改善的其它期望性質(zhì)如熱穩(wěn)定性、防污性、導(dǎo)熱性、介電性。
其它可用作納米填料并具有如耐磨損性、硬度、剛度、耐磨性、耐化學(xué)性和耐腐蝕性的性質(zhì)的材料包括氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅酸鹽、鐵酸鹽和鈦酸鹽。例如，這類納米填料的例子為但不限于納米氧化鋯、納米二氧化鋯、納米碳化硅、納米氮化硅、納米塞龍(硅鋁的氧氮化物)、納米氮化鋁、納米氧化鉍、納米氧化鈰、納米氧化銅、納米氧化鐵、納米鈦酸鎳、納米氧化鈮、納米稀土氧化物、納米氧化銀、納米氧化錫和納米氧化鈦。除了這些性質(zhì)之外，這些材料在高溫下具有相對高的機(jī)械強(qiáng)度。
可供選擇地，本發(fā)明組合物中使用的微米級填料選自用聚乙烯蠟制備的無定形二氧化硅、經(jīng)有機(jī)表面處理的合成無定形硅石、未經(jīng)處理的無定形二氧化硅、季烷基膨潤土、硅膠、丙烯酸酯化硅膠、氧化鋁、氧化鋯、氧化鋅、氧化鈮、二氧化鈦、氮化鋁、氧化銀、氧化鈰，及其組合。二氧化硅選自用包括聚乙烯蠟或蠟進(jìn)行表面處理的合成和天然無定形二氧化硅，和來自Ciba Specialty Chemicals 540White Plains Road，Tarrytown，New York，U.S.A.的IRGANOX。
涂層的柔性是彎曲、扭曲或以另外的方式改變形狀的物體的涂層的重要性質(zhì)，該物體例如但不限于各種彈簧和機(jī)動車的底盤。涂層的柔性使得當(dāng)物體彎曲、扭曲或改變形狀時涂層能夠彎曲或扭曲而不斷裂；而涂層的粘著性使得當(dāng)物體彎曲、扭曲或改變形狀時涂層能夠保持附著在物體上。本發(fā)明的組合物可用來獲得柔性、耐磨、耐刮擦和/或耐腐蝕并具有改善的粘著性質(zhì)的涂層。由此本發(fā)明的組合物取代或者代替物體或制品上的柔性涂層，其中由于存在柔性涂層將提高或改善物體或制品的至少一種功能?？墒褂帽景l(fā)明組合物涂覆的這種物體或制品的例子包括但不限于彈簧和機(jī)動車的底盤?？墒褂帽景l(fā)明組合物涂覆的這種彈簧的例子包括但不限于板彈簧、減震器彈簧、手表彈簧和自行車座彈簧。
涂覆本發(fā)明組合物的可能方法包括噴涂、刷涂、刮涂、簾式淋涂、浸涂和輥涂。為了能夠噴涂到期望的表面上，必須控制預(yù)聚合的粘度。這通過使用低分子量單體代替有機(jī)溶劑來實現(xiàn)。但是，這些單體也參與并利于最終的涂料性質(zhì)并且不蒸發(fā)。本發(fā)明組合物的粘度為約2厘泊～約1500厘泊；其中室溫下約500厘泊或更小的粘度使得能夠不需加入熱量而通過HVLP、空氣輔助/無空氣或靜電旋杯涂覆以單涂層覆蓋。
100％固體的UV可固化涂料組合物的用途本發(fā)明組合物具有顯著的改進(jìn)，因為它們不含在實現(xiàn)完全固化前必須除去的任何水或有機(jī)溶劑。因而，本發(fā)明組合物對環(huán)境的危害小得多并且經(jīng)濟(jì)，因為它需要較少的空間、較少的能量和較短的時間。此外，本發(fā)明組合物可以以單層涂覆，形成柔性、耐磨、耐刮擦和耐腐蝕并且具有改善的粘著性質(zhì)的涂層。因而，使用本發(fā)明的組合物和方法涂覆彎曲、扭曲或以其它方式改變形狀的物體，縮短了涂覆時間并由此提高了產(chǎn)量。
圖1是用來涂覆柔性物體和/或包括有角特征的物體的工藝流程圖。最初在涂覆之前可選地清洗物體，或者直接用本發(fā)明涂料組合物涂覆。然后將被涂物體可選地包裝和運輸，用于消費者使用、工業(yè)用途、科學(xué)用途或最終使用者預(yù)想的任何其它用途。
圖2是用于用本發(fā)明UV可固化涂料組合物涂覆物體的工藝組合系統(tǒng)的示意圖。組合系統(tǒng)的第一階段是可選的安裝站，在其中將待涂覆的物體固定到可動元件上，僅作為例子，軸、鉤或基板。物體可用，僅作為例子，釘子、螺釘、螺栓和螺母、帶、膠或其任何組合來固定。此外，工人可執(zhí)行該固定任務(wù)，或者可替代地，用機(jī)器人執(zhí)行該功能。接著，通過可選的用于移動的裝置將固定的物體移到涂覆站?？蛇x的用于移動的裝置可以通過，僅作為例子，傳送帶、鐵軌、軌道、鏈條、容器、箱柜、推車及其組合來獲得。此外，用于移動的裝置可固定到墻上、地上或天花板或其任意組合上。涂覆站是用所需涂料組合物涂覆期望物體的地方。用于涂覆涂料組合物的裝置位于涂覆站。用于涂覆涂料組合物的裝置包括，僅作為例子，高容量低壓噴涂(HVLP)裝置，靜電噴涂裝置、空氣輔助/無空氣噴涂裝置、刷涂、輥涂、浸漬涂布、刮涂、簾式淋涂的裝置或其組合。用于涂覆涂料組合物的多種裝置可以組合并排布在涂覆站，由此確保進(jìn)行物體的頂面、底面和側(cè)面涂覆。此外，在涂料組合物涂覆之前和期間可選地使被固定的物體在至少一個軸上轉(zhuǎn)動，以確保均勻涂覆。此外，需要時可包括掩?；蚰０澹詫⒃O(shè)計、徽標(biāo)等結(jié)合到物體上。涂覆站可包括多種類型的涂料，包括不同的涂料顏色，如所期望的。當(dāng)涂料組合物的涂覆完成時，固定的被涂物體可以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，或者停止旋轉(zhuǎn)。涂覆站也可以包括可選的回收系統(tǒng)來回收任何過度噴射的涂料組合物，由此回收至少98％的過噴涂料組合物。這種組合物再循環(huán)系統(tǒng)使得在涂料組合物的使用和生產(chǎn)中能夠顯著節(jié)約，因為回收的組合物可涂于生產(chǎn)線中不同的物體上。
現(xiàn)在可以將固定的被涂物體通過可選的用于移動的裝置從涂覆站移到照射站(文中也稱為固化室)，被涂物體的固化在照射站中進(jìn)行。沿生產(chǎn)線在與涂覆站分開的位置處安置照射站。在一種實施方式中，照射站具有用于限制光化輻射照射到該組合系統(tǒng)其它部分的裝置?？梢粤舷攵喾N這類裝置，包括但不限于門、簾、擋板以及沿生產(chǎn)線的帶角管道或彎道。用于限制照射站的光化輻射的照射的裝置，例如，僅作為例子，關(guān)門、安置遮光板、或閉簾，用來保護(hù)操作者不暴于UV輻射中并屏蔽涂覆站來確保那兒不發(fā)生固化。在照射站內(nèi)排布三套UV燈來確保頂面、底面和側(cè)面暴于UV輻射中。此外，每套UV燈包含兩種獨立的燈型，僅作為例子，一個是水銀弧光燈，另一個是摻鐵水銀弧光燈，以確保適宜的三維固化。因而，照射站內(nèi)實際上有六個燈?？商娲?，這種三維固化通過僅使用兩個燈來實現(xiàn)、僅作為例子，兩個燈中一個是水銀弧光燈，另一個是摻鐵水銀弧光燈，通過排布組鏡來確保被涂物體的頂面、底面、和側(cè)面暴于UV輻射中并固化。無論所用的具體方法如何，照射站內(nèi)兩種燈型的位置是不定的，因為無需將被涂物體移到不同的位置進(jìn)行部分固化，然后進(jìn)行完全固化。
在一種實施方式中，在將固定的被涂物體移入照射站后，關(guān)門，再使固定的被涂物體可選地旋轉(zhuǎn)。激發(fā)較長波長的燈用于部分固化階段，僅作為例子，摻鐵水銀弧光燈；然后激發(fā)較短波長的燈用于完全固化階段，僅作為例子，水銀弧光燈。在打開較短波長的燈之前無需完全關(guān)閉較長波長的燈。兩個固化階段之后，關(guān)閉所有的燈，打開照射站另一側(cè)的門(如果照射站安裝有門的話，否則從照射站給物體提供另外的出口)，用可選的移動裝置將完全固化的固定物體移至可選的拆卸站。在可選的拆卸站，可將被涂的完全固化的物體從固定物卸下，并且或者用可選的移動裝置移至貯存設(shè)施，或者立即包裝并運輸。此外，工人可執(zhí)行該拆卸任務(wù)，或者可替代地，用機(jī)器人執(zhí)行該功能。拆卸之前無需冷卻，因為涂覆和固化步無需熱量，所有的步在環(huán)境溫度下進(jìn)行。
圖3描述所用工藝的說明以及本發(fā)明UV可固化涂料組合物的組分示例。通常，在使用(僅作為例子)鋸齒葉片或螺旋混合器的混合容器中將組分混合在一起。以足夠的剪切力混合組合物的組分，直到獲得平滑、均勻的涂料混合物。此外可以通過振動、攪拌、搖蕩或攪動實現(xiàn)混合。制備符合規(guī)格的期望組合物，所述規(guī)格例如但不限于不透明、顏色、改善的粘著性、耐腐蝕性、耐磨性和光澤。此外，涂料包含低聚物和單體的組合，從而獲得所需的規(guī)格?？删酆项伭戏稚Ⅲw和填料是可選的，如圖3所示，因為本發(fā)明的組合物包括透明的涂料組合物。
接著，如圖4所示，通過包括但不限于HVLP、空氣輔助/無空氣或靜電旋杯的涂覆裝置，將該組合物涂覆于柔性物體或包括有角特征的物體的表面上。圖4表示涂覆所用噴頭的排布，盡管可以采用其它技術(shù)，例如浸涂、澆涂或簾式淋涂。如圖4所示，將物體固定到旋轉(zhuǎn)固定裝置上，將該組合連接到用于從涂料涂覆區(qū)傳送至固化區(qū)的傳送系統(tǒng)。然后，如圖5所示，使用發(fā)出與激發(fā)組合物中所用特定光引發(fā)劑所需波長重疊的光譜頻率的單個UV光源或光源組合，使所得涂覆膜固化。圖5表示用于完成三維固化的一種示例性UV燈排布。最后，在固化完成之后，被涂表面準(zhǔn)備立即處理和運輸，無需等待零件冷卻或溶劑排放至消散。
通過適當(dāng)配制的100％固體UV可固化涂料與適宜頻率的光的結(jié)合，UV照射能夠穿透不透明涂料以達(dá)到基礎(chǔ)基質(zhì)，由此完全固化涂料。由于這種固化過程幾乎是瞬間的，每種光需要(例如)平均1.5秒，時間和空間都得到節(jié)省。所用的固化燈可以是高壓水銀燈、摻鎵或鐵的水銀燈，或根據(jù)需要的組合。這些燈可以通過直接施加電壓、微波或無線電波為動力。
用足以涵蓋所有需要的光頻率的光引發(fā)劑混合物來配制涂料組合物。將其與為保證物體完全固化而排布的燈或成對的燈共同作用。聚合反應(yīng)會受到低聚物、光引發(fā)劑、抑制劑和顏料的選擇以及UV燈輻照度和光譜輸出影響，特別是在丙烯酸酯雙鍵轉(zhuǎn)化和誘導(dǎo)期間。與透明涂料制劑相比，顏料的存在使得固化更加復(fù)雜，因為顏料吸收UV輻射。因而，在使光引發(fā)劑的吸收特性與UV源光譜輸出相匹配的同時，使用可變波長UV源能夠使有色制劑固化。
用于UV固化的光源包括弧光燈，例如碳弧光燈，氙弧光燈、水銀汽燈、鹵化鎢燈、激光器、太陽、太陽燈以及具有發(fā)射紫外線的熒光體的熒光燈。在被大多數(shù)商業(yè)可獲得的光引發(fā)劑吸收的波長下，中壓水銀燈和高壓氙燈具有多種放射線。此外，水銀弧光燈可以摻有鐵或鎵。可替代地，激光是單頻的(單波長)，能夠用于激發(fā)在采用弧光燈時過弱或不能獲得的波長下吸收的光引發(fā)劑。例如，中壓水銀弧光燈在254nm、265nm、295nm、301nm、313nm、366nm、405/408nm、436nm、546nm和577/579nm下具有強(qiáng)放射線。因而，在350nm處具有最強(qiáng)吸收的光引發(fā)劑用中壓水銀弧光燈不能被有效激發(fā)，但是用355nm Nd:YVO4(釩酸鹽)固態(tài)激光器能夠有效引發(fā)。具有250-450nm范圍內(nèi)的變化光譜輸出的商售UV/可見光源可以直接用于固化目的，而用光學(xué)帶通或長通濾色片可以實現(xiàn)波長選擇。因而，如文中所述，用戶可以利用最佳的光引發(fā)劑吸收特性。
無論光源如何，燈的發(fā)射光譜必須與光引發(fā)劑的吸收光譜交迭。需要考慮光引發(fā)劑吸收光譜的兩個方面所吸收的波長和吸收強(qiáng)度(摩爾消光系數(shù))。僅作為例子，DAROCUR4265(來自Ciba SpecialtyChemicals 540 White Plains Road，Tarrytown，New York，U.S.A.)中的光引發(fā)劑HMPP(2-羥基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮)和TPO(二苯基(2，4，6-三甲基苯甲?；?氧膦)在270-290nm和360-380nm處有吸收峰，而DAROCUR1173(來自Ciba Specialty Chemicals 540White Plains Road，Tarrytown，New York，U.S.A.)在245nm、280nm和331nm處有吸收峰，而ESACUREKTO-46(來自Lamberti，S.p.A.，Gallarate(VA)，Italy)在245nm和378nm之間有吸收峰，并且IRGACURE907(來自Ciba Specialty Chemicals 540 White PlainsRoad，Tarrytown，New York，U.S.A.)中的MMMP在350nm處吸收，IRGACURE500(是IRGACURE184(來自Ciba Specialty Chemicals540 White Plains Road，Tarrytown，New York，U.S.A.)與苯甲酮的摻混物)在300nm與450nm之間吸收。
向制劑中添加顏料提高了所得涂料的不透明度，并且能夠影響任何通體固化(through curing)的能力。另外，所添加的顏料能夠吸收入射固化輻射，由此影響光引發(fā)劑的性能。因而，不透明有色涂料的固化性質(zhì)取決于存在的顏料、各組配方、照射條件和基底反射。因而對顏料和光引發(fā)劑各自UV/可見光吸收特性的考慮可用于優(yōu)化有色顏料的UV固化。通常，與用于固化透明制劑的那些相比，用于固化有色制劑的光引發(fā)劑在較長的波長(300nm～450nm)之間具有較高的摩爾消光系數(shù)。盡管顏料的存在會吸收UV和可見光區(qū)的輻射，由此減少適于輻射固化的吸收，但是氧膦型光引發(fā)劑，例如但不限于雙酰基氧膦，在有色(包括，僅作為例子，黑色)的UV可固化涂料物質(zhì)中有效。氧膦也可用作白色涂料的光引發(fā)劑，并且能夠?qū)Ρ景l(fā)明組合物進(jìn)行有效的通體固化。
水銀氣體放電燈是最廣泛用于固化的UV源，因為它是具有強(qiáng)烈UV-C(200-280nm)輻射線的非常高效的燈，但是它也具有在UV-A(315-400nm)和UV-B(280-513nm)區(qū)域中的光譜放射線。汞壓強(qiáng)烈影響這種燈在UV-A、UV-B和UV-C區(qū)域中的光譜效率。另外，通過以金屬碘化物或溴化物形式向銀中添加(摻雜)少量銀、鎵、銦、鉛、銻、鉍、錳、鐵、鈷和/或鎳，會強(qiáng)烈改變汞光譜，主要在UV-A區(qū)，在UV-B和UV-C區(qū)中也有改變。摻雜的鎵在403和417nm發(fā)射強(qiáng)射線；而摻雜鐵使358-388nm的UV-A區(qū)內(nèi)的光譜輻射功率增加2倍，同時由于碘化物的存在，UV-B和UV-C輻射減少3-7倍。如上所述，顏料在涂料制劑中的存在會吸收入射輻射，從而影響光引發(fā)劑的激發(fā)。因而，期望適應(yīng)性地選擇用于所用的顏料分散體和光引發(fā)劑、光引發(fā)劑混合物或光引發(fā)劑/共引發(fā)劑混合物的UV源。例如，僅作為例子，摻鐵的水銀弧光燈(358-388nm發(fā)射)與光引發(fā)劑ESACUREKTO-46(來自Lamberti，S.p.A.，Gallarate(VA)，Italy)(在245-378nm之間吸收)一起使用是理想的。
具有不同光譜特性、或者一些光譜交迭而足夠不同的多個燈可用于激發(fā)光引發(fā)劑的混合物或光引發(fā)劑與其引發(fā)劑的混合物。例如，僅作為例子，摻鐵水銀弧光燈(358-388nm發(fā)射)與純水銀弧光燈(200-280nm發(fā)射)組合使用。施加激發(fā)源的順序可以不定，用于獲得增強(qiáng)的涂層特性，例如，僅作為例子，光滑度、光澤、粘著性、耐磨性和耐腐蝕性。先用較長波長光源照射被涂表面是有利的，因為它在適當(dāng)?shù)奈恢媒亓籼盍项w粒并引發(fā)表面附近的聚合反應(yīng)，由此提供光滑并粘著的涂層。隨后，暴露于較高能量、較短波長的輻射中使通過初始聚合階段已經(jīng)固定在適當(dāng)位置的存留的膜快速固化。
可調(diào)節(jié)每種類型燈的照射時間以提高本發(fā)明組合物的固化。一種用于固化用來涂覆柔性物體或包括有角特征的物體表面的本發(fā)明組合物的方法是，將被涂表面暴露于較長波長的摻雜的水銀弧光燈中，其暴露時間比暴露于較短波長水銀弧光燈中的更短。但是，這種暴露方案會導(dǎo)致固化涂料褶皺/起皺。因此，其它暴露方案對于短波長水銀弧光燈和較長波長的摻雜的水銀弧光燈采用相等的暴露時間，或者可供選擇地，較長波長的摻雜的水銀弧光燈的暴露時間可比短波長水銀弧光燈的暴露時間更長。
測試被涂表面本發(fā)明的100％固體的UV可固化涂料具有優(yōu)良的耐久性，并且尤其適用于遭受物理磨損或暴露于各種天氣條件下的表面。固體涂料的機(jī)械性質(zhì)和它們的各種測試方法在“Mechanical Properties of SolidCoatings”Encyclopedia of Analytical Chemistry，John Wiley &Sons，2000中描述，其內(nèi)容由此全文引入作為參考。本發(fā)明的涂料、組合物和方法滿足和超出至少一種所述測試，在一些情況下一種以上的這些測試，在另一些情況下所有這些測試的要求。僅作為例子提供以下測試的說明。
例如，本發(fā)明的組合物和方法提供改善的固化涂層，其在至少一種以下測試中表現(xiàn)出改進(jìn)耐摩擦性、抗沖擊性、耐腐蝕性、耐閃銹性、較高的光澤、外部耐久性如光澤保持度、耐斷裂性、對基質(zhì)的粘著性和光滑性。
耐摩擦性測試是用于測量涂料對由摩擦引起磨耗的耐受性的加速過程。雖然耐磨擦性測試主要意圖針對內(nèi)部涂層，但是它們有時針對外部涂層使用，作為膜性能的另外測量。在通常的摩擦測試中，將涂料以指定的膜厚度涂覆到刮擦測試板上，固化，然后使之經(jīng)受用直線摩擦測試機(jī)的摩擦。耐磨擦性是將涂料除去至指定端點所需的摩擦循環(huán)次數(shù)?；蛘撸谥付ǖ哪Σ裂h(huán)次數(shù)后測量重量損失作為耐摩擦性的測量，并且計算膜厚度的當(dāng)量損失。
抗沖擊性是用于評價涂層對于落下物體的沖擊強(qiáng)度或韌性的傳統(tǒng)方法。該測試可在單個下落高度使用單個物體(投射物)形狀，同時改變投射物重量。根據(jù)測試樣品的預(yù)期沖擊強(qiáng)度選擇投射物大小和下落高度。對許多測試樣品進(jìn)行沖擊以測量對于投射物重量合適的開始點。將測試樣品牢固地夾持在下落塔底部的氣動環(huán)中。將固定支架調(diào)節(jié)至合適的下落高度，并且將投射物插入支架中。釋放投射物并使它落到測試樣品的中心。進(jìn)行20～25次的系列沖擊，如果測試樣品通過，將下落高度增加一個單位。如果測試樣品破損，將下落高度減少一個單位?？晒┻x擇地，使用逐漸增加的下落高度測試板，以確定產(chǎn)生任何斷裂或從基質(zhì)剝離的最小下落高度。這些沖擊的結(jié)果用來計算沖擊失敗重量-50％的測試樣品在該沖擊下將破損的那個點。通常投射物是圓形物體，直徑為38mm(1.5英寸)～51mm(2英寸)，并從約0.66m(26英寸)～1.5m(60英寸)的高度下落。
對于表現(xiàn)令人滿意的涂料，它們必須粘著到它們所涂覆的基質(zhì)上?？墒褂枚喾N方法來確定涂料粘著到表面上的程度。通常使用的評價技術(shù)使用小刀或拉脫法(pull-off)粘著測試機(jī)進(jìn)行。小刀測試是需要使用工具刀在涂層上挖鑿的簡單測試。它確定涂層是否以通常足夠的水平粘著到基質(zhì)上或粘著到另一涂層上(在多層涂覆系統(tǒng)中)。性能是基于從基質(zhì)上除去涂層的困難程度和被除去涂層的尺寸?？晒┻x擇地，使用小刀和切割導(dǎo)向裝置，通過形成兩個交叉形成“X”形狀的30～45度角的切口，對涂層向下至表面切割“X”。在頂點處用刀尖試圖將涂層從基質(zhì)或從下面的涂層挑起來。
小刀測試的更加正式的形式是帶測試，其可在有濕度或沒有濕度的條件下進(jìn)行。將濕度結(jié)合到帶粘著/剝離測試中檢測涂層的粘著性質(zhì)在會發(fā)生腐蝕的條件下如何表現(xiàn)。在涂層中形成的切口上施加和除去壓敏帶。這種測試有兩種變化形式；X-切口帶測試和劃格帶測試。X-切口帶測試使用鋒利的剃刀刀片、解剖刀、小刀或其它切割設(shè)備來形成切到涂層中向下至基質(zhì)的兩個30～45度角的切口，其交叉形成“X”。使用直尺來保證形成直的切口。將帶放在切口交叉點的中心，然后快速除去。然后觀察X-切口區(qū)域，觀察涂層從基質(zhì)或以前涂層的除去并評定等級?？晒┻x擇地，劃格帶測試主要用于測試小于5mil(125微米)厚的涂層。它使用網(wǎng)格圖案而不是X圖案。網(wǎng)格圖案通過使用切割導(dǎo)向裝置或具有多個預(yù)設(shè)刀片的特殊網(wǎng)格切割器來獲得，以保證切口具有適當(dāng)?shù)拈g隔并且并行。然后施加和拉掉帶；然后觀察切口區(qū)域并評定等級。在一種實施方式中，本發(fā)明的組合物產(chǎn)生柔性、耐腐蝕、耐磨蝕和耐刮擦的涂層，其在110、100％濕度下10天后具有99+％粘著性，和/或繞心軸如(僅作為例子)半英寸心軸的180度彎曲。
更加定量的粘著性測試是拉脫測試(pull off test)，其中通過粘合劑將加載固定設(shè)備，通常稱為支架或樁，固定到涂層上。通過使用便攜式拉脫粘著性測試器，將負(fù)載逐漸施加到表面上直到支架被拉掉。根據(jù)支架拉掉所需的力或者支架承受的力，產(chǎn)生抗拉強(qiáng)度，以磅/平方英寸(psi)或兆帕(MPa)計。在包括支架、粘合劑、涂料體系和基質(zhì)的系統(tǒng)中，沿著最弱的平面將發(fā)生破損，并且通過斷裂表面暴露出來。這種測試方法與用其它方法如刮擦或小刀粘著施加的剪切應(yīng)力相比，使拉伸應(yīng)力最大化，并且結(jié)果是不可比較的。刮擦測試通常限于在光滑的平的表面上測試。粘著性的測定方法是在圓形針或環(huán)下面推被涂表面，該針或環(huán)以逐漸增加的量施加負(fù)載，直到從基質(zhì)表面除去涂層。
粘著性也是一些硬度測試的可測量結(jié)果，該測試通過鉛筆硬度、砂礫計(Gravelometer)、沖擊(下落物體等)或心軸彎曲進(jìn)行，如切去涂層所指示的。最后，在一些化學(xué)耐性測試過程中當(dāng)涂層起泡、冒泡或者甚至脫落時可記為粘著性喪失。
耐磨性可通過稱為磨料(ablative)的空氣鼓風(fēng)碳化硅顆粒在被涂測試板上以約45g/min的流速來測定。持續(xù)研磨直到涂層磨破，并且測定用來達(dá)到磨破的磨料的量。耐磨性以每25.4μm膜厚度磨料的克數(shù)來表示。一種類似的測試包括使用重力流將二氧化硅或碳化硅磨料通過管子從指定高度落到被涂平表面上。二氧化硅(砂子)是比碳化硅更溫和的磨料，它的較慢的磨蝕速度可用來區(qū)分不同涂層。落砂測試使用重力流而不是強(qiáng)制的空氣流，并且得到較慢的研磨速度。對于落砂測試的耐磨性以每mil(25.4μm)膜厚度的砂子的體積(升)來表示。在一種實施方式中，本發(fā)明組合物產(chǎn)生具有大于100升/mil的落砂耐磨性的涂層。
耐刮擦性測試是將多種涂層的耐磨性進(jìn)行定量的綜合方法。該技術(shù)包括在測試樣品上用鉆石尖產(chǎn)生控制的刮痕。使該金剛石尖或鋒利的金屬尖，在恒定的或漸進(jìn)的負(fù)載下劃過被涂表面。在一定的臨界負(fù)載下涂層將開始破損。臨界負(fù)載可通過連接到壓痕器夾具的聲學(xué)傳感器、摩擦力和光學(xué)顯微鏡來非常精確地測定。曾經(jīng)已知的臨界負(fù)載用來定量不同膜/基質(zhì)組合的粘著性質(zhì)，這些參數(shù)構(gòu)成被測試涂料系統(tǒng)的獨特標(biāo)記。
鉛筆硬度測試方法是通過將已知硬度的鉛筆鉛推過被涂測試板，來快速、便宜地測定基質(zhì)上有機(jī)涂層的膜硬度的步驟。對鉛筆分級得到硬的和軟的分類，硬度從9H變化到9B。“H”表示硬度，“B”表示表示黑度，HB表示硬的和黑的鉛筆。最硬的鉛筆是9H，接著是8H、7H、6H、5H、4H、3H、2H和H。硬度等級的中間是F；然后是HB、B、2B、3B、4B、5B、6B、7B、8B和9B，9B是最軟的。一些涂層的硬度使得9H鉛筆不會刮花它們；然而這些涂層仍然獲得9H分級來表示它們的硬度。在鉛筆硬度測試方法中，將被涂測試板放在穩(wěn)固的水平表面上，將以45度角夾持的鉛筆從操作者以1/4英寸(6.5mm)沖程推過。該方法用最硬的鉛筆開始，持續(xù)降低硬度等級到兩個終點的任一個；一，鉛筆不會切入或挖開膜(鉛筆硬度)，或者二，鉛筆不會刮花膜(刮擦硬度)。
有效的涂料必須滿足多種耐腐蝕性要求。耐腐蝕性測試評價包括鹽霧、結(jié)疤(scab)和循環(huán)腐蝕評價以及相關(guān)的蠕變回縮(creepback)。用于評價鹽霧腐蝕的測試方法包括將試驗樣板固定在溫控室中，然后以細(xì)氣溶膠形式向試驗樣板噴射鹽或鹽混合物的水溶液。盡管可以根據(jù)室的溫度和鹽溶液的組成改變方法，但通常溶液為5％鹽(氯化鈉)溶液。將試驗樣板插入該室中，恒溫下將鹽溶液以非常細(xì)微的液霧噴射到樣品上。由于噴霧持續(xù)不斷，樣品始終潤濕并且由此始終遭受腐蝕。可經(jīng)常轉(zhuǎn)動樣品以確保均勻地與鹽液霧接觸。測試的持續(xù)時間可以是24-480小時或者更長。將試驗樣板暴露至少400小時而沒有形成任何明顯的膜下腐蝕的跡象，例如起泡或者可能由涂層中的針孔引起的其它外觀變化，則可證明具有增強(qiáng)的耐腐蝕性。通常，最大允許蠕變縮回為2-4mm，同時至少少于10％的表面在2-4mm的銳邊范圍內(nèi)被腐蝕。更嚴(yán)格的測試包括暴露至少900小時而沒有形成任何明顯的膜下腐蝕的跡象，例如起泡或者其它外觀變化，最大允許蠕變縮回為2-4mm，同時至少少于10％的表面在2-4mm的銳邊范圍內(nèi)被腐蝕。
結(jié)疤腐蝕測試包括采用鹽噴霧步驟，但刮劃試驗樣板以在涂層中形成劃痕。之后沿涂層中的劃痕產(chǎn)生疤狀腐蝕，并自身表現(xiàn)為從劃痕發(fā)散開的氣泡狀外觀。如果1周后試驗樣板不表現(xiàn)出起泡或表面腐蝕，或其它外觀變化，最大蠕變縮回最大到2mm并且至少少于10％的表面在3mm的銳邊范圍內(nèi)被腐蝕，則可證明具有增強(qiáng)的結(jié)疤腐蝕試驗的耐腐蝕性。更嚴(yán)格的測試包括將刮劃過的試驗樣板暴露高達(dá)2周，而不表現(xiàn)疤狀腐蝕的跡象。
采用包括持續(xù)暴露于濕份中的步驟(如鹽霧測試中所發(fā)生的)評價被涂表面或許不能模仿被涂表面經(jīng)歷的真實狀況，實際中會經(jīng)歷濕與干環(huán)境時期。因而采用濕/干循環(huán)、濕循環(huán)期間噴或不噴鹽液來評價涂層對于日常使用的涂層是更為真實的評價。鹽霧測試期間的連續(xù)潤濕使得不能形成這種鈍態(tài)氧化層。
“固化”測試用于評價固化的完整性、涂層與表面的粘著強(qiáng)度以及耐溶劑性。所用步驟為取試驗樣板，用測試樣品將其涂覆，然后采用所選的固化方法例如光化輻射進(jìn)行相應(yīng)的固化。然后使涂覆且固化的試驗樣板經(jīng)受摩擦以評價使表面暴露所需的摩擦次數(shù)。破損一般通過穿透基底表面來確定。通常，還將摩擦表面所用的布浸入有機(jī)溶劑如甲乙酮(MEK)中，作為加速測試條件的手段以及對接觸溶劑的穩(wěn)定性的測試。一次摩擦為一次來回循環(huán)，高度耐溶劑涂層達(dá)到超過100對摩擦的級別。而且，通過測定在哪一點發(fā)生表面擦傷，還可以獲得固化測試的二次讀數(shù)。
為評價涂層的耐熱性，將被涂試驗樣板放入爐中并評價不同熱接觸時間之后的粘著損失、破裂、斷裂、褪色、輕度揮發(fā)或起霧。所用爐型包括但不限于對流爐。文中所述UV可固化的耐腐蝕涂料在至少210℃下保持至少1小時后，以及在至少210℃下保持至少10小時后，無粘著損失、無破裂、斷裂、褪色、輕度揮發(fā)或起霧，可以滿足或超出耐熱性的要求。
腐蝕測試的同時，涂層還經(jīng)歷許多其它評價標(biāo)準(zhǔn)，抗破碎評價和熱沖擊測試。抗破碎測試主要用于模擬飛揚碎片的沖擊對表面涂層的影響。通常是砂礫計，設(shè)計用于評價表面涂層(油漆、清漆、金屬鍍層等)對于由砂礫或其它飛揚物沖擊引起的破碎的耐受性。通常，將試驗樣品固定在砂礫計的背面，采用氣壓向試樣樣板擲出大約300塊砂礫、六角金屬塊或其它帶角物體。然后取下試驗樣品，用干凈布輕柔撣拭，然后將膠帶覆到整個測試表面上。除去膠帶將會拉掉涂層的任何松動部分。然后將測試樣品的外觀與標(biāo)準(zhǔn)物對比以確定破碎級別，或者也可以采用目測。破碎級別由指示所觀察到的碎片數(shù)目的數(shù)字構(gòu)成。
熱沖擊測試是最劇烈的溫度測試，設(shè)計用于顯示當(dāng)在極端條件下伸縮時產(chǎn)品如何表現(xiàn)。熱沖擊測試建立一種環(huán)境，將在短期內(nèi)顯示涂層在惡劣條件下經(jīng)歷多年變化會如何表現(xiàn)。測試的各種變型包括對于迅速改變的溫度涂層的回彈，例如在冬天當(dāng)從溫暖的環(huán)境例如房屋、車庫或倉庫移入外界冰冷的環(huán)境中時所經(jīng)歷的，或相反情況。這類熱沖擊測試具有快速的熱提升速度(每分鐘30℃)，并且可以是氣-氣或液-液沖擊測試。熱沖擊測試是溫度測試中的更加苛刻的一種，用于測試必將經(jīng)歷惡劣條件的涂層、包裝物、飛行器零件、軍用裝備或電子設(shè)備。絕大多數(shù)測試件經(jīng)歷氣-氣熱沖擊測試，該測試中用機(jī)械設(shè)備將測試品從一種極端的氣溫移入另一種氣溫中。可使用全封閉熱沖擊測試腔室來避免不期望地暴露于環(huán)境溫度中，由此使熱沖擊最小化。熱沖擊測試中，腔室的冷區(qū)可以保持在-54℃(-65)，熱區(qū)可設(shè)為160℃(320)。將試樣樣板在每一段保持至少一小時，然后在段間來回移動，多次循環(huán)。熱沖擊循環(huán)的次數(shù)可從10或20次到高達(dá)1500次。觀察到文中所述UV可固化的耐腐蝕涂料對于高達(dá)20次的循環(huán)無粘著損失、破裂、斷裂、褪色、輕度揮發(fā)或起霧，可以滿足并超出熱沖擊測試的要求。
可測試的涂層的其它機(jī)械性質(zhì)包括抗拉強(qiáng)度、柔性、杯突和破損時的伸長率。
使用柔性測試方法評價當(dāng)被涂基質(zhì)彎曲時，涂層對斷裂和/或從柔性基質(zhì)上脫離的耐受性。柔性通常由心軸彎曲測試或T-彎曲測試來測量。心軸彎曲測試包括在圓錐形心軸上或在各種直徑的圓柱形心軸上彎曲被涂基質(zhì)，通常是金屬片或橡膠類材料。標(biāo)準(zhǔn)的圓錐形光滑鋼心軸的長度為203mm(8英寸)，一端直徑為3mm(0.125英寸)，另一端直徑為38mm(1.5英寸)。被涂基質(zhì)的涂覆面向上，用杠桿裝置將其繞心軸彎曲，如果存在斷裂的話，測定斷裂的程度。目測從心軸的小端到裂縫的距離，該距離可用來以圖示確定伸長率百分比。(但是，該測試方法中沒有指明，由拉伸研究確定的伸長率會產(chǎn)生與斷裂-破損點相關(guān)的值。)將裂縫停止點處的心軸直徑記錄作為抗斷裂性或柔性。圓柱形心軸測試是合格/不合格測試，其包括將被涂基質(zhì)放在心軸上，涂覆面向上，人工以均勻的速度在指定時間內(nèi)將樣品繞心軸約180度彎曲。通常使用6個直徑為25mm(1.0英寸)～3.2mm(0.125英寸)的心軸。將樣板在最大直徑的心軸上彎曲，然后立即檢查裂縫。如果沒有裂縫產(chǎn)生，使用下一個較小的心軸，這樣下去直到產(chǎn)生破損或者已經(jīng)通過了最小直徑的心軸測試。記錄不會產(chǎn)生裂縫的最小直徑。該測試可用來計算涂層伸長率。
T-彎曲測試包括將具有50mm(2英寸)最小寬度的被涂金屬樣板放在光滑口臺鉗中并夾緊。樣板必須足夠長，使得可進(jìn)行需要次數(shù)的彎曲，即約150mm(6in)。然后將樣板彎曲90度，并且涂層在彎曲物的外面，取下，接著人工進(jìn)一步彎曲直到彎曲端可插入到虎鉗中；夾緊虎鉗以完成180度彎曲。彎曲物的尖端應(yīng)該盡可能地平。這被稱為0T(零-T)彎曲物。然后用5～10倍的放大鏡檢查彎曲物的裂縫，覆蓋壓敏帶并除去以確定涂層是否會被拉掉。然后重復(fù)該過程，將彎曲端放在虎鉗中繞0T彎曲物彎曲180度，形成1T彎曲物。繼續(xù)該過程形成2T、3T等彎曲物。沒有看見裂縫并且涂層沒有拉掉的最小T彎曲是報告值。注意，彎曲物的曲率半徑隨著每次連續(xù)彎曲而增加，并且形成彎曲物所需的涂層伸長率隨著每次連續(xù)彎曲而降低。在一種實施方式中，本發(fā)明組合物產(chǎn)生柔性高達(dá)約2T的涂層。
杯突測試在涂覆到柔性基質(zhì)的涂層上進(jìn)行。杯突可能是比心軸彎曲測試更嚴(yán)格的測試。在杯突測試中，樣板的變形可進(jìn)行到金屬斷裂的程度，這種斷裂通常在心軸測試中不會發(fā)生。該方法包括將被涂金屬樣板夾在半球形沖模和半球形壓痕器之間。向壓痕器施加壓力以在樣板中形成圓頂形狀，并且涂層在凸起的一側(cè)。增加壓力至指定深度或者直到涂層斷裂和/或從基質(zhì)脫離。
抗拉強(qiáng)度是材料對傾向于將它撕裂的力的抵抗力，并且測量為材料可承受而不裂開的最大張力?？估瓘?qiáng)度通常在分離的涂層上測量，但是可在被涂基質(zhì)上評價。拉力測試器通常結(jié)合高度靈敏的電子負(fù)荷稱量系統(tǒng)，以及使用張力計來探測施加到測試樣品上的負(fù)荷的負(fù)荷單元。測試樣品被夾在兩個柄之間，其中一個柄連接到移動的十字頭中的負(fù)荷單元，而另一個柄固定到測試器的基座上。十字頭連接到兩個垂直設(shè)置的螺桿上，使用同步馬達(dá)變速箱組件使該螺桿旋轉(zhuǎn)。施加到測試樣品上的負(fù)荷和十字頭移動的距離都顯示在圖表記錄器上。
伸長是由施加拉伸力產(chǎn)生的變形，并且計算為長度變化除以原始長度。伸長率是用來確定一片膜在斷裂之前能伸多長的量度。對于開發(fā)一種涂層以繞形成V字形物體的一塊木材、一塊金屬的角伸長，或者必須繞瓶、管或一段繩索彎曲360度而不斷裂，這種信息是有用的。該測試方法包括在指定溫度和濕度條件下調(diào)節(jié)分離的測試膜，然后將測試樣品切成已知的尺寸。然后將樣品夾在兩個柄之間，并拉伸直到它破裂。伸長率可在每分鐘5～100％之間。
實施例實施例1用于透明涂料組合物的制劑。
通過用螺旋混合器混合以下組份來制備用于透明涂料組合物的實施方式，以產(chǎn)生具有優(yōu)良耐磨性、耐刮擦性、耐腐蝕性和粘著性的柔性涂層25.683％脂肪族聚氨酯三丙烯酸酯(EBECRYL264，來自UCBSurface Specialties，Brussels，Belgium)、18.032％丙烯酸2-苯氧乙酯、26.229％丙烯酸異冰片酯、8.743％甲基丙烯酸酯的酯衍生物粘合促進(jìn)劑(EBECRYL168，來自UCB Surface Specialties，Brussels，Belgium)、14.210％丙氧基化三丙烯酸甘油酯-納米二氧化硅(Nanocryl C-155，以前稱為Nanocryl XP 21 0953，來自hansechemie AG，Geesthacht，Germany)、5.464％DARACUR1173(來自CibaSpecialty Chemicals 540 White Plains Road，Tarrytown，New York，U.S.A.)和ESACUREKTO-46(來自Lamberti，S.p.A.，Gallarate(VA)，Italy)。用螺旋混合器將這些組份充分混合，直到得到均勻組合物。這種組合物可通過HVLP涂覆并用紫外光固化。
實施例2用于黑色組合物的制劑。
如下制備有色組合物的實施方式，以產(chǎn)生具有優(yōu)良耐磨性、耐刮擦性、耐腐蝕性和粘著性的柔性涂層用螺旋混合器混合94.43％的實施例1的透明涂料組合物，將3.60％與改性丙烯酸鍵合的碳黑(固體顏料分散體，PC 9317，來自Elementis，Staines，UK)和2.06％經(jīng)有機(jī)表面處理的合成無定形硅石(SYLOIDRAD 221，來自Grace Davison divisionof WR Grace & Co.，Columbia，MD，U.S.A.)混合到上述94.43％的透明涂料組合物中。用螺旋混合器將這些添加物分散在整個透明涂料中，直到形成均勻黑色涂料組合物，這種涂料可通過HVLP涂覆并用紫外光固化。
實施例3用來形成具有改善的耐磨性、耐刮擦性、耐腐蝕性和粘著性的透明柔性涂料的步驟。
另一種實施方式是用于制備透明涂料組合物的步。涂料組合物的組份在空氣下混合，因為氧氣的存在防止過早聚合。期望將照射光線保持在最小，特別是應(yīng)當(dāng)避免使用鈉蒸汽燈。然而，可以選擇使用暗房的照明設(shè)備。用在涂料組合物制造中、與單體和涂料混合物接觸的元件，例如混合容器和混合葉片，應(yīng)當(dāng)由不銹鋼或塑料優(yōu)選聚乙烯或聚丙烯制成。應(yīng)當(dāng)避免使用聚苯乙烯和PVC，因為單體和涂料混合物會將它們?nèi)芙?。此外，?yīng)當(dāng)避免單體和涂料混合物與低碳鋼、銅合金、酸、堿和氧化劑的接觸。另外，必須避免黃銅配件，因為它們會引起過早聚合或膠凝。對于透明涂料的制備，根本的是獲得充分混合，隨后的剪切控制并非必須的。用1/3馬力(hp)混合器和50加侖筒形混合1-3小時后可以實現(xiàn)透明涂料組合物的充分混合。較小的量，至多5加侖，可用實驗室攪拌器(1/15-1/10hp)混合3小時后實現(xiàn)充分混合。圓壁容器是所希望的，因為這能避免固體低聚物在角落的聚集以及任何與不完全混合有關(guān)的后續(xù)問題。另一個因素是混合器葉片應(yīng)當(dāng)設(shè)置在與混合容器底部相距混合器直徑一半的距離。先將低聚物添加到混合容器中，如果需要可將低聚物輕微加熱以利于處理。低聚物不應(yīng)當(dāng)加熱到120以上，因而，如果需要加熱，推薦使用溫控加熱爐或加熱套。應(yīng)當(dāng)避免使用帶式加熱器。接著以任何順序添加單體和膠狀懸浮體，隨后添加酯/單體粘著促進(jìn)劑。最后添加光引發(fā)劑以確保全部組合物暴露于光線中的時間最小化。在添加完所有組份之后，使混合容器避光進(jìn)行混合。混合后，有氣泡存在，涂料看起來是云狀。這些氣泡迅速消散，形成透明的涂料組合物。作為最后步驟，在從混合容器移出涂料組合物之前，刮混合容器的底部來觀看是否存在任何未溶低聚物。這作為一個預(yù)防措施來實施，以確保進(jìn)行了充分混合。如果組合物充分混合，那么用袋式過濾器將涂料組合物通過1微米的過濾器過濾。之后組合物備用。
實施例4用來形成具有改善的耐磨性、耐刮擦性、耐腐蝕性和粘著性的有色柔性涂料的步驟。
另一種實施方式是有色涂料的制備步驟。在此，將具有充足動力和構(gòu)造的混合器用于產(chǎn)生層流并用混合器的葉片高效實現(xiàn)顏料的分散。對于低于400mL的小的實驗室量，實驗室混合器或攪拌器就足夠了，然而，對于高達(dá)半加侖的量，可以使用1/15-1/10hp的實驗室混合器，但是混合會進(jìn)行幾天。對于商業(yè)用量，可以使用帶有250加侖圓壁錐底罐、至少30hp的螺旋混合器或鋸齒混合器。為制備有色組合物，先將透明涂料組合物混合，參見實施例4。在添加到透明涂料組合物中之前將顏料分散體混合物預(yù)混合，因為這能確保得到合乎需要的顏色。通過在封閉容器中振動顏料分散體容易地實現(xiàn)顏料分散體的預(yù)混合，同時穿戴防塵面具。然后將填料、預(yù)混合的顏料/顏料分散體和固體光引發(fā)劑添加到該透明涂料組合物中，混合11/2～2小時。通過進(jìn)行底部取樣并檢測未溶顏料來確定混合的完成度。這通過從混合罐底部提取少量有色混合物并在表面上涂覆薄層來實現(xiàn)。然后對該薄層檢測任何未溶顏料的存在。然后使該混合物濾過100目過濾器。充分混合的有色涂料組合物表現(xiàn)出很少或者沒有未溶顏料。
實施例5用具有改善的耐磨性、耐刮擦性、耐腐蝕性和粘著性的透明柔性涂料涂覆板彈簧外表面的工藝。
另一種實施方式是用實施例1中所述的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物涂覆板彈簧外表面的工藝。該工藝以板彈簧連接到可轉(zhuǎn)軸上開始，然后將該組合體連接到傳送系統(tǒng)上。板彈簧可使用可生物降解的有機(jī)清洗劑在獨立的清洗站預(yù)清洗，或者板彈簧可在連接到可轉(zhuǎn)軸上之前預(yù)清洗。注意涂覆步驟期間可轉(zhuǎn)軸/板彈簧組件的旋轉(zhuǎn)確保板彈簧表面的完全涂覆。然后通過傳送系統(tǒng)將可轉(zhuǎn)軸/板彈簧組件移入涂料涂覆段，將可轉(zhuǎn)軸/板彈簧組件安置在靜電噴涂系統(tǒng)附近。該靜電噴涂系統(tǒng)具有三個噴頭，這三個噴頭的排布確保被涂物體頂面、底面和側(cè)面的涂覆。在從三個噴頭噴射涂料組合物之前可轉(zhuǎn)軸/板彈簧組件開始旋轉(zhuǎn)。然后在可轉(zhuǎn)軸/板彈簧組件繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的同時，從三個靜電噴頭同時涂覆涂料組合物。然后將被涂的可轉(zhuǎn)軸/板彈簧組件通過傳送帶運入位于生產(chǎn)線更下端的固化室。該固化室具有兩套門，這些門在固化期間關(guān)閉以保護(hù)操作者免受UV輻射的照射。固化室內(nèi)排布有三套UV燈以確保頂面、底面和側(cè)面都暴露于UV輻射中。另外，每套UV燈包含兩個獨立的燈型以確保適當(dāng)?shù)墓袒粋€是水銀弧光燈，另一個是摻鐵水銀弧光燈。因而固化室內(nèi)實際上有六個燈。注意這種三維固化可以通過僅使用兩個燈來實現(xiàn)，一個是水銀弧光燈，另一個是摻鐵水銀弧光燈，用鏡組確保對頂面、底面和側(cè)面的照射。一旦位于固化室內(nèi)，就將門關(guān)閉并再次使軸/板彈簧組件旋轉(zhuǎn)。然后開啟摻鐵水銀弧光燈用于部分固化階段，之后開啟水銀弧光燈用于完全固化。注意在打開水銀弧光燈之前無需完全關(guān)閉摻鐵水銀弧光燈，并且暴露于摻雜水銀弧光燈中的時間短于暴露于純水銀弧光燈中的時間。關(guān)閉兩燈并停止軸/板彈簧組件的旋轉(zhuǎn)。打開固化室另一側(cè)的門，然后用傳送帶將帶有透明、柔性、粘著性、耐磨性、耐刮擦和耐腐蝕涂層的完全固化的板彈簧移至遠(yuǎn)離固化室的包裝區(qū)。然后將板彈簧從可轉(zhuǎn)軸上卸下、包裝并運輸。
實施例6用具有改善的耐磨性、耐刮擦性、耐腐蝕性和粘著性的有色柔性涂料涂覆板彈簧外表面的工藝。
另一種實施方式是用實施例2中所述的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物涂覆板彈簧外表面的工藝。該工藝以板彈簧連接到可轉(zhuǎn)軸上開始，然后將該組合體連接到傳送系統(tǒng)上。板彈簧可使用可生物降解的有機(jī)清洗劑在獨立的清洗站預(yù)清洗，或者板彈簧可在連接到可轉(zhuǎn)軸上之前預(yù)清洗。注意涂覆步驟期間可轉(zhuǎn)軸/板彈簧組件的旋轉(zhuǎn)確保板彈簧表面的完全涂覆。然后通過傳送系統(tǒng)將可轉(zhuǎn)軸/板彈簧組件移入涂料涂覆段，將可轉(zhuǎn)軸/板彈簧組件安置在靜電噴涂系統(tǒng)附近。該靜電噴涂系統(tǒng)具有三個噴頭，這三個噴頭的排布確保被涂物體頂面、底面和側(cè)面的涂覆。在從三個噴頭噴射涂料組合物之前可轉(zhuǎn)軸/板彈簧組件開始旋轉(zhuǎn)。然后在可轉(zhuǎn)軸/板彈簧組件繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的同時，從三個靜電噴頭同時涂覆涂料組合物。然后將被涂的可轉(zhuǎn)軸/板彈簧組件通過傳送帶運入位于生產(chǎn)線更下端的固化室。該固化室具有兩套門，這些門在固化期間關(guān)閉以保護(hù)操作者免受UV輻射的照射。固化室內(nèi)排布有三套UV燈以確保頂面、底面和側(cè)面都暴露于UV輻射中。另外，每套UV燈包含兩個獨立的燈型以確保適當(dāng)?shù)墓袒粋€是水銀弧光燈，另一個是摻鐵水銀弧光燈。因而固化室內(nèi)實際上有六個燈。注意這種三維固化可以通過僅使用兩個燈來實現(xiàn)，一個是水銀弧光燈，另一個是摻鐵水銀弧光燈，用鏡組確保對頂面、底面和側(cè)面的照射。一旦位于固化室內(nèi)，就將門關(guān)閉并再次使軸/板彈簧組件旋轉(zhuǎn)。然后開啟摻鐵水銀弧光燈用于部分固化階段，之后開啟水銀弧光燈用于完全固化。注意在打開水銀弧光燈之前無需完全關(guān)閉摻鐵水銀弧光燈，并且暴露于摻雜水銀弧光燈中的時間短于暴露于純水銀弧光燈中的時間。關(guān)閉兩燈并停止軸/板彈簧組件的旋轉(zhuǎn)。打開固化室另一側(cè)的門，然后用傳送帶將帶有黑色、柔性、粘著性、耐磨性、耐刮擦和耐腐蝕涂層的完全固化的板彈簧移至遠(yuǎn)離固化室的包裝區(qū)。然后將板彈簧從可轉(zhuǎn)軸上卸下、包裝并運輸。
實施例7具有改善的耐磨性、耐刮擦性、耐腐蝕性和粘著性的有色柔性涂料的粘著性測試。
另一種實施方式是測試如實施例6中所述涂覆的板彈簧上固化涂層的粘著穩(wěn)定性，該固化涂層由實施例2中所述的UV可固化涂料組合物獲得。將被涂板彈簧在110、100％濕度下保持10天后評價粘著性。使用劃格法測試來進(jìn)行粘著性測試，其中劃格帶測試使用網(wǎng)格圖案，該圖案由具有多個預(yù)設(shè)刀片的特殊網(wǎng)格切割器獲得，以保證切口具有適當(dāng)?shù)拈g隔并且并行。穿過涂層形成切口向下直到襯底表面。在涂層中形成的切口上施加和除去壓敏帶，然后從切割區(qū)拉脫該帶，并觀察任何被除去的涂層。由實施例2中所述的組合物獲得的涂層在110、100％濕度下10天后表示出99+％的粘著性。
所有的百分比均基于重量。EBECRYL可從USB Surface Specialties，Brussels，Belgium獲得。SYLOID可從Grace Davison division of WRGrace & Co.，Columbia，MD，U.S.A.獲得。所采用的固體顏料分散體可從Elementis，Staines，UK獲得。DAROCUR光引發(fā)劑可從CibaSpecialty Chemicals 540 White Plains Road，Tarrytown，New York，U.S.A.獲得。ESACURE可從Lamberti，S.p.A.，Gallarate(VA)，Italy獲得。Nanocryl可從hanse chemie AG，Geesthacht，Germany獲得。
盡管結(jié)合某些實施方式描述了本發(fā)明，但是并非要將本發(fā)明的范圍局限于所闡述的具體形式，相反，是要涵蓋可以包含在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的，如所附權(quán)利要求所限定的這類替代方案、變型方案和等同方案。
權(quán)利要求
1.光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其包含至少一種低聚物、至少一種單體、至少一種光引發(fā)劑和至少一種納米填料的混合物，其中固化的組合物在110、100％濕度下10天后表現(xiàn)出99+％的粘著性，和/或繞心軸180度彎曲。
2.權(quán)利要求1的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中所述至少一種低聚物是存在于混合物中的約15-45wt％的一種低聚物或多種低聚物。
3.權(quán)利要求1的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中所述至少一種單體是存在于混合物中的約25-65wt％的一種單體或多種單體。
4.權(quán)利要求1的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中所述至少一種光引發(fā)劑是存在于混合物中的約2-10wt％的一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑。
5.權(quán)利要求1的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中所述至少一種納米填料是存在于混合物中的約0.1-25wt％的一種納米填料或多種納米填料。
6.權(quán)利要求1的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中所述混合物還包含高達(dá)約5wt％的一種填料或多種填料。
7.權(quán)利要求1的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中所述混合物還包含高達(dá)約10wt％的一種可聚合顏料分散體或多種可聚合顏料分散體。
8.權(quán)利要求1的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中所述混合物包含15～45wt％的一種低聚物或多種低聚物，25～65wt％的一種單體或多種單體，2～10wt％的一種光引發(fā)劑或多種光引發(fā)劑，0.1～25wt％的一種納米填料或多種納米填料，高達(dá)約5wt％的一種填料或多種填料，和高達(dá)約10wt％的一種可聚合顏料分散體或多種可聚合顏料分散體；由此該組合物的室溫粘度高達(dá)約500厘泊。
9.權(quán)利要求1的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中所述至少一種低聚物選自聚氨酯丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯三丙烯酸酯/單體摻合物、摻有1，6-己二醇丙烯酸酯的脂肪族聚氨酯三丙烯酸酯、六官能聚氨酯丙烯酸酯、硅化聚氨酯丙烯酸酯、脂肪族硅化聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯，及其組合。
10.權(quán)利要求1的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中所述至少一種單體選自三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙烯酸2-苯氧乙酯、丙烯酸異冰片酯、丙氧基化三丙烯酸甘油酯、丙烯酸酯的酯衍生物、甲基丙烯酸酯的酯衍生物、三丙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸酯的酯衍生物，及其組合。
11.權(quán)利要求1的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中所述至少一種光引發(fā)劑選自二苯基(2，4，6-三甲基苯甲?；?氧膦、苯甲酮、ESACUREKTO、IRGACURE500、DARACUR1173、LucirinTPO、1-羥基環(huán)己基苯基酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮，2，4，6-三甲基苯甲酮、4-甲基苯甲酮、低聚(2-羥基-2-甲基-1-(4-(1-甲基乙烯基)苯基)丙酮)，及其組合。
12.權(quán)利要求1的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其還包含高達(dá)約2％的共光引發(fā)劑，該共光引發(fā)劑選自胺丙烯酸酯、噻噸酮、二甲基縮酮、芐基甲基縮酮，及其組合。
13.權(quán)利要求6的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中所述至少一種填料包含顆粒，并選自用聚乙烯蠟制備的無定形二氧化硅、有機(jī)表面處理的合成無定形硅石、IRGANOX，及其組合。
14.權(quán)利要求13的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中所述填料顆粒的平均粒徑小于10微米。
15.權(quán)利要求1的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中所述至少一種納米填料包含顆粒，并選自納米氧化鋁、納米二氧化硅、納米氧化鋯、納米二氧化鋯、納米碳化硅、納米氮化硅、納米塞龍、納米氮化鋁、納米氧化鉍、納米氧化鈰、納米氧化銅、納米氧化鐵、納米鈦酸鎳、納米氧化鈮、納米稀土氧化物、納米氧化銀、納米氧化錫和納米氧化鈦，及其組合。
16.權(quán)利要求7的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中所述可聚合顏料分散體由連接到活性樹脂上的至少一種顏料組成。
17.權(quán)利要求16的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中所述活性樹脂選自丙烯酸樹脂、甲基丙烯酸樹脂和乙烯基樹脂。
18.權(quán)利要求17的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中顏料選自碳黑、金紅石二氧化鈦、有機(jī)紅顏料、酞菁藍(lán)顏料、鐵丹顏料、異吲哚啉黃顏料、酞菁綠顏料、喹吖啶酮紫、咔唑紫、主色黑、淺檸檬鐵黃、淺有機(jī)黃、透明鐵黃、二芳基橙、喹吖啶酮紅、有機(jī)猩紅、淺有機(jī)紅以及深有機(jī)紅。
19.權(quán)利要求1的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中該組合物適合于涂覆柔性金屬物體。
20.權(quán)利要求1的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中該組合物涂覆柔性金屬物體表面的至少一部分，并且涂料未固化。
21.權(quán)利要求20的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中未固化的涂料已通過靜電噴涂裝置被施涂到所述表面上。
22.權(quán)利要求21的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中以單次涂覆施涂未固化的涂料。
23.通過將權(quán)利要求21的未固化的被涂表面暴露于光化輻射中而制備的完全固化的被涂表面。
24.權(quán)利要求1的光化輻射可固化的基本上全固體的組合物，其中該組合物可用紫外(UV)輻射固化，所述紫外輻射選自UV-A輻射、UV-B輻射、UV-B輻射、UV-C輻射、UV-D輻射，或其組合。
25.一種包含權(quán)利要求23的完全固化的被涂表面的制品。
26.權(quán)利要求25的制品，其中該制品是板彈簧。
全文摘要
披露了環(huán)境友好的基本上全固體的涂料組合物，該組合物可用紫外和可見光輻射固化。此外，披露的涂料組合物適合于涂覆柔性物體和/或具有有角特征的物體，例如但不限于具有有角特征的柔性金屬物體，此外，披露了用于涂覆表面或至少部分表面并將被涂表面固化從而得到部分或完全固化的被涂表面的方法(圖1)。而且，披露了具有完全固化的被涂表面的制品，包括例如板彈簧。也披露了引入這些環(huán)境友好的、用紫外和可見光輻射可固化的基本上全固體的涂料組合物的方法、工藝、生產(chǎn)線、制品和工廠。
文檔編號B32B9/04GK1934140SQ200580007317
公開日2007年3月21日 申請日期2005年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月8日
發(fā)明者薩莉·朱迪思·韋內(nèi)·拉姆齊 申請人:生態(tài)涂料公司