專利名稱：白色珠光涂料組合物和涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及白色珠光涂料、漆和底漆；它們在改進(jìn)方法用于在涂漆的或上漆的表面產(chǎn)生白色“珠光”飾面(finish)的用途；還涉及通過所述方法用所述涂料得到的基底，特別是車體。
背景技術(shù)：
在汽車工業(yè)中，珠光白(pearlescent white)飾面對于汽車和卡車來說是一種受歡迎且很受贊譽(yù)的飾面顏色，因?yàn)橐寻l(fā)現(xiàn)珠光白飾面比平光白(flat white)飾面更受消費(fèi)者的歡迎。
按照慣例，為了在車輛上產(chǎn)生珠光白飾面，在對暴露的金屬部件涂抹一種或多種底漆涂層后，進(jìn)行三步涂覆法是必要的。為了產(chǎn)生珠光白飾面，通常要涂覆一個白色涂料底涂層，接著涂覆通常含有云母的珠光材料涂層，它沒有被著色，但含有高反射性材料的顆粒以提供“珠光”飾面；最后涂覆透明涂層以密封下面的層。每一涂層必須分別涂覆，如果必須進(jìn)行烘焙，必須在每一后續(xù)層涂覆之前提供合適的干燥時間。因此，珠光飾面的生產(chǎn)勞動強(qiáng)度大，而且耗時。
無論何時將兩種不同類型的涂料涂層涂覆于基底，與同類型涂料的多重涂層之間相比，都必須給予前者較長的干燥時間。為了促進(jìn)三涂層涂料飾面的適當(dāng)凝固，需要干燥時間來凝固每個涂料內(nèi)涂層、珠光涂層和透明涂層。通過使涂漆車輛在裝配線上保持額外的時間來實(shí)現(xiàn)較長的干燥時間。僅僅使裝配線較慢地通過汽車裝配工廠的涂漆段以使在涂料涂覆之間產(chǎn)生較長的干燥時間，這是不可行的。并且，整個裝配線必須延長以在涂料干燥期間提供額外的行程時間。由此，為了使裝配線時間更長，就需要一個更大的實(shí)際工廠空間來運(yùn)行裝配線。在實(shí)際空間非常珍貴的制造工廠，也許不可能留出額外的裝配線長度來使多涂料涂層的涂覆之間有更多時間。因此，在一些較小制造工廠，在所制造的車輛上也許不能提供某些涂料飾面。
Jaffe等人的美國專利5,871,827的整個主題引入本文作為參考，該文獻(xiàn)公開了兩涂層和三涂層汽車飾面以及它們制備的方法，其中通過將不透明的光干涉顏料插入頂部涂層或中間涂層來獲得多種顏色。Jaffe教導(dǎo)的方法涉及兩個涂層的使用，其中第一涂層含有不透明的白色、黑色或彩色顏料以獲得整體遮蓋，而第二涂層是不會遮蓋第一涂層的干涉顏料。在著色涂層的上方還要涂覆透明的頂部涂層以完成飾面。所教導(dǎo)的不透明干涉顏料顆粒是具有用透明電介質(zhì)層涂覆的不透明層的多層顆粒，它們又用半透明層涂覆。這是一個使用起來比較復(fù)雜和昂貴的涂覆方法，而方法的結(jié)果得到了多色涂料的效果。
Sada等人的美國專利5,350,509的整個主題引入本文以供參考，該文獻(xiàn)公開了一種涂層結(jié)構(gòu)，其包括彩色底部、置于彩色底部上的第一涂層，在第一涂層內(nèi)含有透明閃光成分，每種閃光成分包括至少兩種聚合物的交替疊層，所述兩種聚合物具有不同的折射率并控制來自由交替疊層產(chǎn)生的反射干涉的干涉光、和不是干涉光的透射光。
Panush的美國專利4,499,143的整個主題引入本文以供參考，該文獻(xiàn)公開了一種透明的頂部涂層組合物，其含有被密封于云母顆粒內(nèi)的、具有低的顏料/粘結(jié)劑比的氧化鐵。Panush的教導(dǎo)特別涉及產(chǎn)生具有深度、透明度和色度的彩色飾面。雖然該專利聲明，云母密封的氧化鐵顏料具有內(nèi)在的遮蓋力并具有珠光，但是據(jù)說它們有其它的顏色。還聲明，所需的顏色結(jié)果不能用金屬如鋁、和以前的具有珠光的天然或合成顏料獲得。這些所謂的“無色和不透明”顏料降低了實(shí)際的彩色顏料的價值，導(dǎo)致灰暗的低色度顏色?？紤]到對于彩色飾面的關(guān)注，該專利沒有認(rèn)識到并教導(dǎo)鋁作為在珠光白飾面中的顏料和遮蓋材料的價值。
Panush的美國專利4,615,940的整個主題引入本文以供參考，該文獻(xiàn)公開了利用多涂層系統(tǒng)對基底的乳白色效果，其中彩色底漆被涂覆于表面，接著涂敷透明底涂層，然后涂敷透明涂層。該透明底涂層應(yīng)傾向于具有很差的遮蓋性能和相對高的透光率。為了補(bǔ)償?shù)淄繉拥倪@種特性，需要底漆具有非常有效的黑色和白色遮蓋性，而且必須采取其他措施來阻斷紫外線水平，否則，就可能通過透明底涂層發(fā)生顯著的電涂層降解。另外，透明底涂層的使用要求必須小心地涂覆底漆層并整體砂磨，因?yàn)橥该鞯淄繉硬荒苎陲椀灼嵬繉又械娜毕荨?br> 對于常規(guī)二氧化鈦白色涂料情況，為了以合理的薄膜厚度(典型地為30-50微米)獲得合適的遮蓋力，在涂料介質(zhì)中需要極大量的二氧化鈦顏料。這樣的涂料配方具有非常小的固定較多固體顆粒的能力，因而在涂料混合物中幾乎沒有剩余空間來添加珠光材料如云母顆粒。
已知，向常規(guī)白色二氧化鈦涂料中添加云母不會改變白色涂料的可見外觀。盡管存在珠光材料，但是具有超過顏料固體部分90％w/w的鈦含量的常規(guī)二氧化鈦基白色涂料仍具有“平光”白外觀。
溶劑基涂料可以攜帶40-60％w/w顏料，而在另一方面，水基涂料和底漆也不能分配顏料，具有較低的顏料載荷，比如在20-35％w/w的范圍。在各種情況下，對于常規(guī)白色涂料，90％的顏料必須是白色顏料，通常為二氧化鈦。因此，需要云母薄片浸沒在大量的二氧化鈦顏料中以制成常規(guī)白色涂料，這樣，云母的珠光外觀不能用肉眼看到。
為了制得常規(guī)白色涂料珠光飾面，必須在白色二氧化鈦適當(dāng)凝固后涂覆云母或另一種珠光材料的珠光涂層以阻止珠光材料的“浸沒”，因?yàn)槌Ｒ?guī)云母珠光涂層本身沒有遮蓋力。飾面的遮蓋特性需要著色底涂層，以便覆蓋制品上的砂印等，并產(chǎn)生涂漆制品的真實(shí)顏色。珠光涂層只提供將“平光”飾面轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸楣狻憋椕娴陌l(fā)光性。由于二氧化鈦白色底涂層和珠光涂層是兩種不同類型的涂料，所以每種涂層都需要獨(dú)特的閃光時間，以便在其它物質(zhì)涂覆于表面之前凝固各涂層。如果在著色底涂層和珠光涂層涂料的涂覆之間沒有閃光時間，那么涂層之間就會起弧。涂料起弧是一種涂漆缺陷，當(dāng)來自前一涂料層的染料或顏料在新涂覆材料的溶劑中被溶解并滲出，從而改變新涂覆材料的飾面顏色時，就發(fā)生這種缺陷。它是由于在涂覆兩種不同類型的涂料涂層時，在兩個涂層的涂覆之間沒有足夠長的閃光時間而引起的。單獨(dú)云母珠光涂層的涂覆需要單獨(dú)的涂覆步驟，這就要求汽車生產(chǎn)線的重大改裝，從而引起所制造的每部車量的涂料成本大量增加。
“遮蓋力”是一個確定涂料構(gòu)成的重要定量參數(shù)。遮蓋力可以定量地定義為涂料完全遮蓋被其噴灑的任何背景的性能。一般而言，涂料工業(yè)中可接受的是，當(dāng)涂覆在黑色背景上的涂料具有以相同厚度涂覆在白色背景上涂料的0.98的反射率值時，就達(dá)到完全遮蓋。因此，遮蓋力是一個背景和涂料厚度的襯度系數(shù)，它需要將襯度差減少到0.02。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字0.02基于韋伯-費(fèi)克納(Weber-Fechner)對比法則，該法則聲明小于2％(0.02)的差異在中等照明條件下對于人的肉眼是覺察不到的。
遮蓋力是通過在涂料涂覆于涂漆表面時，涂料膜中的顏料顆粒的光吸收性能產(chǎn)生的。如果從涂料膜表面的頂部產(chǎn)生很多光，且基底未變模糊，則涂料膜的遮蓋力就差。大多數(shù)顏料本身是晶狀的。特別是，當(dāng)白色顏料分散在涂料介質(zhì)中時，白色顏料傾向于強(qiáng)烈地散射光線。如果白色顏料的單晶體生長得足夠大，則它被認(rèn)為是發(fā)光、透明的玻璃狀晶體。這種光散射特性導(dǎo)致大量光從涂料膜表面發(fā)出，并導(dǎo)致相應(yīng)很差的遮蓋力。
二氧化鈦在涂料中是最常用的白色顏料。不幸的是，該顏料具有相對較差的遮蓋力。為了保持白色，沒有一種彩色顏料(被定義為具有較大遮蓋力)可以改善遮蓋性能。因此，常規(guī)白色底涂層裝有大量二氧化鈦顏料。因此，為了獲得小于35微米厚度的且具有黑色和白色遮蓋性能的白色涂料顏色，涂料必須含有至少90％w/w二氧化鈦，這接近于在涂料配方中允許涂料流動和被有效地噴灑于表面上的最大顏料含量。通過對比，包含具有更有效遮蓋力的顏料的其它涂料顏色也可以包含約5％w/w的顏料。
PCT/CA02/01810公開了顏料、顏料配方、涂料配方和它們在涂覆表面、特別是車體以提供白色和彩色珠光飾面的用途。所述的一個實(shí)施方案具有在下列的固體組分范圍內(nèi)的配方，即0.1-15％TiO2、10-99％云母、0.1-20％鋁和0-5％彩色顏料。
雖然PCT/CA02/01810描述了為基底提供珠光白飾面的有用涂料組合物，但是我們已驚訝地發(fā)現(xiàn)一個范圍非常窄的白色涂料配方，該配方提供了一個相對于現(xiàn)有技術(shù)中的兩涂層和三涂層白色珠光飾面有利地具有較薄的膜厚度的極其優(yōu)良的珠光白飾面。
因此，雖然迄今為止，在為制備白色珠光涂料飾面及其組合物而提供改進(jìn)方法方面取得了重大進(jìn)展，但仍然需要更好的涂料組合物，用于以成本有效的方式改善白色珠光飾面的外觀及其涂覆方法。
發(fā)明概述令人驚訝地，我們已發(fā)現(xiàn)，包括含有相對確定比率的組分的固體材料的涂料組合物與成膜劑和任選的添加劑組分等混合，可在基底、特別是車體上得到顯著改善的白色珠光飾面。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，包括相對少量的白色顏料即二氧化鈦、相對非常少量的粒狀金屬鋁、和含有合適成膜劑的相對非常大量的珠光云母的固體材料可令人驚訝地在基底上以相對極其薄的膜厚度得到極其吸引人的白色珠光飾面。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于在涂覆基底上得到改進(jìn)的白色珠光涂料飾面的白色珠光涂料組合物。
另一個目的是提供一種使用所述白色珠光涂料組合物在所述基底上獲得所述飾面的改進(jìn)方法。
又一個目的是提供一種制備所述涂料組合物的方法。
還有一個目的是提供一種基底，特別是車體表面，其涂覆有所述涂料組合物以提供所述白色珠光飾面。
因此，在一個方面，本發(fā)明提供了一種包括固體材料和成膜劑的珠光白涂料組合物，所述固體材料包括至少90％w/w云母、4-7％w/wTiO2和0.2-3.0％w/w粒狀金屬鋁。
最優(yōu)選地，固體材料包括94.0±1％w/w云母、5.0±1％w/w TiO2和0.5±0.3％w/w Al。
最優(yōu)選的實(shí)施方案以規(guī)定的重量百分比值示于表I。
表I水溶劑漆固體材料二氧化鈦 0.25 0.250.25鋁(金屬顆粒) 0.025 0.025 0.025云母 4.75 4.754.75樹脂丙烯酸 7.47 18.15 20尿烷 0.96聚酯 5.8三聚氰胺甲醛 4.82 19.4微凝膠 12.91添加劑增量劑 0.35 0.390.35流變添加劑 0.4紫外添加劑 0.19 0.780.78催化劑 0.390.39溶劑 17.76 42.95 73.45水57.225100 100.00 100.00特別最優(yōu)選的實(shí)施方案以表I給出的相對量示于表II。
表II聚酯樹脂Bayhydrol D 155(Bayer拜耳)/聚酯樹脂5770.84 Cargil)2-羥基乙基丙烯酸酯(HEA Dow Chemical/MMMA丙烯酸甲基甲基丙烯酸酯)三聚氰胺樹 Luwipal 066(BASF)脂尿烷U 610(Alberdingk&Boley)催化劑 Nacure X49-110-king Industries)流變添加劑 Tego WetZFS 453紫外添加劑 TinUVin 384/TinUVin 292(CibaGeigy)微凝膠 TEGO Disperss 630增量劑 滑石細(xì)級粉末(St.Lawrence Chemical Inc)二氧化鈦Ti Pure Dupont鋁 STAPA 1L Hydrolan 2192 55900/G Eckart America L.P云母Xirralic T60-10WNT Crystal silver by Merck
我們已發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的具有確定比率和絕對量的金屬鋁組分還最有利地提供了美學(xué)發(fā)光效果，并且有助于涂料流動粘度控制性能。鋁顆?？梢允窍鄬艽蠡虼植诘念w粒，顆粒大小范圍為1-2微米的厚度和100-200微米的直徑。粗糙鋁可以從Delta Colours Inc.和/或Silberline Mfg.Co.，Inc獲得。用于涂料組合物的金屬鋁通常以根據(jù)確定的顆粒大小分布的糊劑中的“分層(leafing)鋁糊劑”或“不分層鋁糊劑”出售。鋁顆粒也可以是細(xì)顆粒，即具有0.1-1微米厚度和0.1-100微米直徑的尺寸范圍的顆粒。這些顆?？梢岳绨ㄓ伞癉elta coloursInc”和/或Silberline Mfg.Co.，Inc.出售的顏料，它們可以用于供給或研磨或另外加工處理，以減少它們的尺寸或尺寸范圍特征以適于應(yīng)用。
因此，該云母合成物含量為固體材料的至少90％w/w、最優(yōu)選約94.0±1％w/w。
已知的一種優(yōu)選珠光云母合成物以XIRALLICT60-20 SWSunbeam Gold為商品名，具有5-30μm的顆粒大小。
云母的其它優(yōu)選薄片形式也可以被成功地使用，它們可以單獨(dú)使用，或與XIRALLIC產(chǎn)品結(jié)合使用。不同薄片形式的云母比例可以是不同的，這取決于所需的顏料性能和對增加的制造成本的承受力，所述增加的制造成本來自使用優(yōu)選的XIRALLIC產(chǎn)品形式的增加比例。
其它珠光云母材料可以包括天然云母薄片，其已經(jīng)涂覆有金屬氧化物如氧化鋁、或高折射率的金屬氧化物如二氧化鈦或氧化鐵。
本發(fā)明組合物中使用的成膜劑可以適當(dāng)?shù)剡x自那些本領(lǐng)域已知的通常在涂料和漆配方中用于溶劑基或水基的物質(zhì)。優(yōu)選地，成膜劑選自那些基于丙烯酸、尿烷、聚酯或三聚氰胺甲醛樹脂的物質(zhì)。優(yōu)選的丙烯酸樹脂是丙烯酰胺、丙烯腈、甲基丙烯酸酯和乙基己基丙烯酸酯。
按涂覆于基底的全部涂料組合物的重量計(jì)，優(yōu)選的組合物包括約7-8％丙烯酸、約1％尿烷、約6％聚酯和約5％三聚氰胺甲醛樹脂。
本發(fā)明的涂料組合物可以任選地還包括一種或多種添加劑，它們選自紫外線防護(hù)劑、增量劑、聚合催化劑、流變添加劑等。
為了簡單化和清楚化，在本說明書中，術(shù)語“固體材料”是指固態(tài)材料，即TiO2，、云母和Al。它不包括導(dǎo)致成膜劑的任何原始有機(jī)樹脂或固體材料、或用于涂料組合物或固化涂料的上述固體添加劑。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種在基底上產(chǎn)生珠光白飾面的方法，該方法包括在所述基底上涂覆一種上文定義的珠光白涂料組合物；和在所述基底上固化所述組合物。
基底可以是物體或制品的任何希望的合適表面，但最優(yōu)選的是，該物體是汽車、卡車或類似物體。
因此，在另一方面，本發(fā)明提供了一種通過上文定義的方法用上文定義的珠光白飾面涂覆的上述基底。
令人驚訝地，本發(fā)明的珠光配方在遮蓋以及阻止紫外線上是非常有效的，可以達(dá)到如下程度涂層可以以與涂料層而不是珠光透明涂層相似的方式在汽車涂漆過程中起作用。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，該配方的功能優(yōu)點(diǎn)允許使用2涂層涂漆系統(tǒng)而不是3涂層涂漆系統(tǒng)，以獲得著色珠光汽車涂料飾面。
在一個實(shí)施方案中，如上文定義的涂料組合物作為底涂層以約18-25微米厚度涂覆，且可以通過環(huán)境急驟脫水和/或在爐中烘烤來凝固或固化。然后，優(yōu)選地，在其上涂覆總厚度為約35-45微米的透明涂層。
在另一個實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種在物體上產(chǎn)生珠光白飾面的方法，該方法包括如下步驟向物體涂覆至少一個本發(fā)明的珠光白涂料配方的底涂層，凝固底涂層，向底涂層涂覆透明涂層，并凝固透明涂層。
上文定義的上述底涂層可以單獨(dú)在底漆或電涂層上使用，作為基底上的最終飾面，而沒有透明涂層飾面。
在如此大量珠光材料中，具有如此非常少量白色顏料的如此非常少量遮蓋組分可以提供如此吸引人的珠光白涂料飾面是非常令人驚訝的。
附圖概述為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在僅僅通過實(shí)施例并參考附圖對優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中

圖1表示根據(jù)本發(fā)明的兩涂層的珠光白涂料與現(xiàn)有技術(shù)中的兩涂層和三涂層的珠光白涂料膜相比，在不同涂料膜厚度的％透光率的對比曲線圖。
優(yōu)選實(shí)施方案詳述根據(jù)本領(lǐng)域中已知的標(biāo)準(zhǔn)方法，以表I中所示的按重量百分比計(jì)的量，由成膜劑前體和固體材料制備在上文表II中給出的涂料組合物，作為含水配方。
本發(fā)明的上述涂料組合物被涂覆于在模擬車體表面上的白色底漆涂層上，固化，隨后用常規(guī)透明涂層涂覆，以得到所謂的“兩涂層”珠光白飾面。制備根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的對比兩涂層和三涂層珠光白飾面，并在圖1中進(jìn)行比較，其中線A和B表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的兩涂層白色珠光組合物；線C表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的三涂層白色珠光組合物；線D表示根據(jù)本發(fā)明的兩涂層白色珠光組合物。上述涂料中的每種都具有一種頂部透明涂層組合物。
圖1表示固化涂料膜的非常優(yōu)良的成本有效的薄膜厚度，同時提供了顯著改善的透光率值。
雖然上述的組合物、涂層、方法和基底是參照車輛表面涂覆的，但是應(yīng)理解，它們在其它表面如那些包括工業(yè)和個人用品、塑料、金屬等范圍的物體的表面上也可以使用。因此，上面的描述并不是要將本發(fā)明完全限于優(yōu)選的車輛表面領(lǐng)域。
而且，雖然本公開內(nèi)容描述和說明了本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施方案，但是應(yīng)理解，本發(fā)明不限于這些具體實(shí)施方案。更確切地，本發(fā)明包括所有下述的實(shí)施方案，它們是已描述和說明的具體實(shí)施方案和特征的功能或機(jī)械等價物。
權(quán)利要求
1.一種珠光白涂料組合物，包括固體材料和成膜劑，所述固體材料包括至少90％w/w云母、4-7％w/w TiO2和0.2-3.0％w/w粒狀金屬鋁。
2.如權(quán)利要求1所述的涂料組合物，其中所述固體材料包括94.0±1％w/w云母、5.0±1％w/w TiO2和0.5±0.3％w/w鋁。
3.如權(quán)利要求1或2所述的涂料組合物，其中所述成膜劑選自由丙烯酸、尿烷、聚酯和三聚氰胺/甲醛組成的樹脂組。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的涂料組合物，該涂料組合物在配方基中，所述基選自水基、溶劑基和漆基。
5.如權(quán)利要求3或4所述的涂料組合物，該涂料組合物按重量計(jì)包括約7-8％丙烯酸、約1％尿烷、約6％聚酯和約5％三聚氰胺甲醛樹脂。
6.一種在基底上產(chǎn)生珠光白飾面的方法，該方法包括將如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的珠光白涂料組合物涂覆于所述基底；在所述基底上固化所述組合物以提供固化的所述飾面。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，該方法還包括向所述固化飾面涂覆透明涂層，并固化所述透明涂層。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其中所述基底是車體。
9.一種用通過權(quán)利要求7的方法制造的固化珠光白飾面涂覆的基底。
10.如權(quán)利要求9所述的涂覆基底，其中所述基底是車體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種珠光白涂料組合物，其包括固體材料和成膜劑，所述固體材料包括至少90％w/w云母、4－7％w/w TiO
文檔編號C09D7/12GK1616568SQ200410011859
公開日2005年5月18日 申請日期2004年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月22日
發(fā)明者尼倫帕馬·卡魯納拉特納, 肯特·約翰遜, 金矢浩紀(jì) 申請人:本田技研工業(yè)株式會社