在车辆上连续施涂三涂层面漆的方法

专利名称：在车辆上连续施涂三涂层面漆的方法
背景技术：
本发明涉及一种用含有薄片或其它随角异色效应颜料(effectpigment)的三涂层(tricoat)彩色面漆以连续的湿对湿施涂方法涂布基材的方法和材料。具体地说，本发明涉及一种在其初始生产过程中，采用三涂层颜料，以连续、单次、湿对湿对湿的车辆油漆施涂工艺，涂布机动车辆，如汽车或卡车的方法。
汽车和卡车的车体采用多层涂料处理，这不仅改善车辆的外观，并且也为其提供了免于腐蚀、刮擦、碎裂、紫外线、酸雨和其它环境条件的保护。用于汽车和卡车的底涂层/透明涂层面漆在过去的二十年中得到广泛应用。1998年3月1日公开的Kurauchi等人的美国专利4,728,543和1972年2月1日公开的Benefiel等人的美国专利3,639,347指出将透明涂层以“湿对湿”的施涂方式施涂到彩色涂层或底涂层上，即在使底涂层彻底固化之前施涂透明涂层。现在，普遍将液体溶剂性透明涂层施涂在水性底涂层上以满足当前低的总溶剂排放标准，如1983年9月6日公开的Backhouse的美国专利4,403,003中所示。
对更独特和有吸引力的颜色样式的需求导致汽车工业使用一种三涂层体系。所述体系包括第一层彩色底涂层(如，白色)，然后是包含薄片(如，珠光薄片)的第二层半透明(不透明)彩色涂层，最后是第三层透明涂层。透明涂层为其它两层彩色涂层提供保护并改善了整个面漆层的外观，包括图像的光泽和清晰度。这种类型的面漆在整个行业通称为“三涂层”面漆。
实现所述三涂层面漆的方法有很大不同。通常，首先施涂两层彩色底涂层作为液体底涂层。所有汽车制造商所面临的主要挑战是如何在喷室空间和干燥区内以最小的投资，采用典型的在线汽车或卡车油漆施涂工艺，使这些涂层快速干燥。
已提出了各种提议以解决所述能力问题。一种方法是在车辆上施涂全部的底涂层加上透明涂层并进行烘烤，然后将车辆第二次送入用于半透明彩色涂层加透明涂层的上漆工艺。这种两步工艺产生优异的色彩和上漆加工性。但是，由于每个单元上漆两遍就除去了一个单元上漆的能力。避免将车辆上漆两遍的第二种方法包括，使用彩色底漆(如，白色)作为第一层彩色涂层，然后以典型的连续在线上漆方法施用半透明底涂层和最后的透明涂层。尽管该方法具有消除生产瓶颈的优点，但它也消除了第一层底涂层薄膜特性的重要性并且使底漆中正常缺陷不易处理(如，底漆缺陷的研磨)。用于使来源于二次上漆车辆的生产损耗最小化的第三种方法是在模块化油漆车间内将车辆上漆，其中将汽车停在喷室内并在其中停留很多时间，以便能够成功地施涂三层涂层。该方法仍导致一些生产能力的损失，并且在所述色彩种类较为普遍时更为显著。
除了上述加工问题，现在的车辆制造商还逐渐采用水基材料代替溶剂基材料，对环境问题作出反应。这对湿对湿施涂增加了额外负担，以提供较长的干燥时间进行必要的水蒸发。迄今，在全世界几乎全部的汽车或卡车装配厂中发现，没有制造商能成功地在连续的涂装线上施涂不同着色的水基彩色涂层。
因此，仍需要采用水基彩色涂层和水基、溶剂基或粉末状透明涂层，以单次湿对湿对湿的方式能实现相同的“三涂层”式样颜料的连续工艺。
发明概述本发明涉及一种在连续移动的油漆涂装线上，采用三涂层面漆施涂车辆基材的方法，包括步骤(a)向车辆基材的表面施涂第一层水性底涂层组合物；(b)其后，直接施涂含有一种或多种薄片或其它随角异色效应颜料的第二层水性底涂层组合物；(c)将组合的底涂层进行中间干燥步骤；(d)在所述的底涂层上施涂透明涂层组合物；和(e)在最后烘焙时将三涂层面漆一起固化。
其中，车辆基材在整个油漆涂装过程中是连续移动的。
本发明是基于可对第一层水性底涂层组合物进行配制这一发现的，上述水性底涂层组合物具有足够的不渗透性或防渗吸和防止在施涂第一层涂层的30-300秒之内与随后的含薄片的底涂层混合的能力。这使得可将第二层含薄片的底涂层湿对湿快速施涂到第一层不同着色的底涂层上，而不干扰适当的薄片取向和整个面漆的色彩均一性。通过术语“湿对湿”，其意思是将第二层底涂层施涂到第一层底涂层上，而在不同的底涂层之间不存在固化或干燥步骤。而这使得可以在现有的底涂层/透明涂层油漆工具中单次湿对湿对湿施涂三涂层面漆的所有的三个涂层，而不需要重新配制或减慢或延长上漆时间。
所要求授权的本发明另外包括适用于本方法的水性底涂层组合物和根据本发明制备的涂布的车辆基材，所述水性底涂层组合物具有足够的不渗透性或防渗吸和防止在施涂的30-300秒之内混合的能力。
附图简述

图1A为现今用于生产车辆品质和外观的底涂层/透明涂层面漆的标准底涂层/透明涂层施涂工艺的一般流程图。
图1B为现有技术，即要求两次处理车辆的三涂层施涂工艺的一般流程图。
图1C为根据本发明的连续三涂层施涂工艺的一般流程图。
图2为图1C的三涂层施涂工艺的侧视图。
优选实施方案详述本发明涉及一种在车辆装配线上，在其初始生产过程中在车辆基材上施涂三涂层面漆的方法。具体地说，本发明提供了一种在连续移动的在线油漆涂装线上，采用三涂层面漆以单次湿对湿涂布车辆的外部，如汽车或卡车车体或其零件的方法。通过“连续移动”，其意思是在施涂过程中，基材沿涂装线连续移动。该方法包括使用水性底涂层，上述水性底涂层在以湿对湿法施涂第二层含颜料薄片的水性底涂层时具有不渗透或抑制混合的能力，以便可在施涂后30-300秒之内施涂第二层含薄片的底涂层，而不需要中间烘焙。这使得可用现有的底涂层/透明涂层油漆工具实施本发明，而不需要重新配置(如，支撑物)或减速或延长上漆时间。
为了说明怎样在现有的底涂层/透明涂层车辆涂装线上实施本发明，图1A中显示了传统的单次底涂层/透明涂层连续油漆施涂工艺。在该方法中，可将汽车钢板或塑料基材10(可将其如本领域常规的方式进行预先涂底漆或另外处理)移动到连续在线底涂层/透明涂层施涂区域。首先，通常采用两步12、14向基材的表面施涂底涂层颜料，在第一和第二涂层之间经30-300秒间隔。典型的底涂层包括以下物质的混合物颜料，所述颜料混合物可包括特效薄片颜料、成膜粘合剂聚合物和任选的交联剂和其它添加剂以及施涂所需的溶剂。当底涂层为水基体系，如本领域中的惯例，在施涂透明涂层之前还必须进行强制干燥步骤16，用以除去一些水和在其中包含的任一种其它有机液体稀释剂。然后在步骤18中将透明涂层施涂到半干燥的着色底涂层上。由于在施涂透明涂层之前未将底涂层完全干燥或固化，这通常还称湿对湿法。然后在步骤20中将涂布的基材在标准条件下烘焙，以使表面上的底涂层和透明涂层组合物同时固化并产生车辆品质和外观的面漆。
根据本发明，现在可使用上述现有的底涂层/透明涂层连续油漆涂装线单次施涂车辆品质和外观的三涂层面漆。这可通过一起比较图1A和1C容易地看出。如图1C中所示，在本发明的方法的第一步中，在标准的第一层底涂层施涂位置22中将第一层底涂层颜料(或“底漆”)施涂到车辆基材10的表面。30-300秒之后在标准的第二层底涂层施涂位置24中将第二层含有半透明薄片或其它随角异色效应颜料的底涂层颜料进行喷涂。如我们所看到的，该方法因此利用了两个现有的底涂层区，而不需要重现配置生产线。为了能够实现独特的湿对湿施涂所述两层不同着色的水性底涂层并因此可连续处理三涂层面漆，必须对第一和第二底涂层进行配制，以使其具有可接受的不渗透性或防止在约30秒-5分钟之后于环境条件下，优选在1-4分钟之后于环境条件下在两涂层之间发生相互混合的能力。这使得可湿对湿对湿施涂第一层和第二层底涂层和透明涂层，而不损失对薄片和随角异色效应颜料的取向的良好控制，并且不干扰特定的色彩效应(即亮度，随角异色)或整个三涂层面漆的色彩均一性。
在本发明中所用的第一层底涂层(或底漆)组合物是一种适当的颜料和遮盖颜料的着色水性组合物。优选第一层水性底涂层是一种包括成膜材料或粘合剂、挥发性材料和颜料的可交联组合物。成膜粘合剂优选含有至少一种可与水相容的成膜材料(如含水微凝胶、多元醇聚合物或其混合物)和至少一种交联剂，如氨基塑料树脂。
可用于形成底涂层组合物的适当的微凝胶包括交联的聚合物微粒水分散体，如在1983年9月6日公开的Backhouse的美国专利4,403,003和1985年9月3日公开的Backhouse的美国专利4,539,363中所公开的，在此将其引入以作参考。微凝胶优选包含适当的官能团，如羟基，从而在将所述组合物施涂到基材上之后可用交联剂(如，氨基树脂)将其交联。
适于用在本发明中的含水聚合物微凝胶可由各种类型的交联聚合物组成。本发明中特别令人感兴趣的是交联的丙烯酸微凝胶颗粒。所述丙烯酸微凝胶的制备可通过本领域普通技术人员公知且常规实施的方法进行。通常，微凝胶为主要衍生自一种或多种丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯，任选和其它乙烯基不饱和可共聚单体(如，苯乙烯和乙烯基酯)的丙烯酸加成聚合物。适合的丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯包括，但不限于，烷基中各含有1-18个碳原子的丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯。由于要求采用内交联形成聚合物，因而在形成所述聚合物的单体中可包括少部分就聚合反应而言为多官能性的单体，如二甲基丙烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酸烯丙基酯或二乙烯基苯。另一选择，在单体中可包括少部分的两种其它带有一对官能团的单体，上述一对官能团在聚合期间或之后可彼此反应，如环氧基和羧基(如，在甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酸中)、酸酐和羟基、或异氰酸酯和羟基。为了在将组合物施涂到基材上之后进行交联，还优选在形成所述微凝胶的单体中包括少量含羟基的单体，所述单体选自丙烯酸羟烷基酯或甲基丙烯酸羟烷基酯、或其它乙烯基不饱和羟基的任一种混合物。还优选在单体混合物中包含酸官能单体，如丙烯酸或甲基丙烯酸，以通过将所述基团通过与溶解在水介质中的碱(如二甲基氨基乙醇)反应转化为适合的盐而使水分散介质中的交联微粒离子稳定。另一选择，在水介质中所需要的稳定性可通过使用含碱性基团的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，如采用适合的酸(如，乳酸)中和的甲基丙烯酸(二甲基氨基乙基)酯获得。水介质中的稳定性还可通过使用表面活性剂或含有水溶性非离子稳定剂的大分子单体，如含有聚乙二醇结构的材料获得。水介质的意思是单独的水或与水溶性有机助溶剂(如，醇)混合的水。这样制备的交联微凝胶以胶体尺寸进行提供。在本发明中特别有效的微凝胶颗粒具有的凝胶尺寸为约80-400纳米，优选约90-200纳米(以直径计)。
用于制备底涂层组合物的适合多元醇包括本领域常规使用的含有的羟基数为50-200的水相容性丙烯酸、聚酯、聚氨酯、聚醚或其它多元醇。适合的交联材料包括溶于或部分溶于组合物的水介质中的氨基塑料树脂，如蜜胺-甲醛缩合物，并且特别是烷基化的(如，甲基化的、丁基化的)蜜胺-甲醛缩合物。其它预期的交联材料为烷基化的脲甲醛缩合物、苯并二氨基三嗪甲醛缩合物和嵌段聚异氰酸酯或前述任一种的可相容混合物。用于本发明的底涂层中可包括外加的水相容性的成膜和/或交联聚合物。实例包括与水相容的丙烯酸类、聚氨酯、环氧树脂类或其混合物。除了上述成膜聚合物之外或作为其替代，可使用成膜填充材料，如低挥发性的聚醚二醇(用于例如低分子量聚丙二醇和/或聚乙二醇)填充微凝胶颗粒在干燥时形成的空隙并改善所得到的膜或面漆的物理性能。在施涂底涂层组合物之后，这些低聚物质可通过将它们的羟基或其它反应性基团连接到氨基塑料或其它交联树脂上而转化为高分子量聚合物。
除颜料之外，一种典型的有用第一层底涂层以占粘合剂固体的重量计包括约30-80％流变控制用含水微凝胶(例如但不限于前述美国专利4,403,003中公开的交联丙烯酸微粒水分散体)，优选45-70％；10-35％水溶性或部分水溶性氨基塑料树脂(优选甲基化的蜜胺甲醛)，优选15-25％；约0-30％水分散性聚酯多醇树脂；0-25％聚氨酯多醇水分散体，优选5-15％；0-10％水溶性聚醚填料；约0-2％促进蜜胺或其它交联反应的水溶性酸催化剂(例如但不限于挥发性胺封端的磺酸催化剂)。所述组合物基于组合物的总量还包括0.1-1.5％，优选0.2-1％的片状硅酸盐颗粒(如在1993年3月30日公开的Berg等美国专利5,198,490中公开的那些颗粒)，以产生所需要的不渗透性或防渗吸和间混能力。
第一层底涂层组合物的总固含量通常为约20-70重量％(如对于白色底涂层，通常含有30-50重量％的固体)。
对本领域技术人员而言，显然在第一层底涂层中可使用各种颜料和任选的特效薄片或其它随角异色效应颜料。但是，第一层底涂层通常为没有可见的随角异色或双色调的金属闪光效应且主要包含除了薄片之外的有色颜料的“单色”或“本色”涂层。
可以使用的典型有色颜料包括如下金属氧化物，如二氧化钛、氧化锌、各种颜色的氧化铁、炭黑；填充颜料，如滑石、瓷土、重晶石、碳酸盐、硅酸盐；和各种各种的有机有色颜料，如喹吖啶酮类、酞菁类、苝类、偶氮颜料、阴丹酮蓝类、咔唑类(如，咔唑紫)、异吲哚满酮、异吲哚酮、硫靛红、苯并咪唑啉酮、二酮吡咯并吡咯(DPP)。还可以在第一层底涂层中包括较少量的特效薄片，如片状铝粉、片状青铜粉、珠光薄片等等；任选的其它随角异色效应颜料，如真空金属化薄片、全息薄片、玻璃球、玻璃片；其它非片状随角异色效应颜料(包括微二氧化钛颜料和Graphitan颜料)和高度随角异色效应颜料(包括例如Chromafiair、Variochrome和Helicone颜料)，以赋予所需要的色彩效应和遮盖效应。当涂层含有金属颜料时，可加入抑制颜料与水反应的试剂。典型的抑制剂为磷酸盐化有机材料，如磷酸和在美国专利4,675,358中描述的其它材料。只要能在所需要的膜厚和施涂固体物下提供必需的遮盖效应，颜料与粘合剂的比率可有很大变化。可通过常规技术，如高速混合、介质磨碎、砂磨、球磨、磨碎机粉碎或两/三辊辗压，首先形成与涂层聚合物中使用的上述任一种聚合物或与另外的可相容聚合物或分散剂的研磨料或颜料分散体，从而将颜料加入到底涂层中。然后，将颜料分散体与涂层组合物中使用的其它组份共混。
本发明中使用的第二层底涂层是一种不同着色的组合物，可将上述组合物配制成半透明并含有一种或多种特效薄片或其它随角异色效应颜料，和任选的产生所需彩色效应的其它有色颜料。术语“特效薄片”的意思是具有赋予涂布膜可见的随角异色或双色调效应的能力的颜料薄片。
与第一层底涂层相似，优选的第二层水性底涂层也在粘合剂中含有含水微凝胶，例如但不限于在前述美国专利4,403,003中所公开的交联微粒分散体、任选的多元醇聚合物和氨基，如蜜胺交联剂。上述用于第一层底涂层的任一种微凝胶、多元醇和交联树脂可用于第二层底涂层。也可包括外加的与水相容的成膜和/或交联聚合物。实例包括与水相容的丙烯酸类、聚氨酯类、环氧树脂类或其混合物。如上所述，还可使用可交联聚醚填料。
除特效薄片和颜料之外，一种典型有用的第二层底涂层以占粘合剂固体的重量计包括约30-80％流变控制用含水微凝胶，优选50-75％；约10-35％水溶性或部分水溶性氨基塑料树脂(优选甲基化的蜜胺甲醛)，优选15-25％；约0-30％水分散性聚酯多醇树脂；约0-35％聚氨酯多醇水分散体，优选15-25％；0-10％水溶性聚醚填料；约0-2％促进蜜胺或其它交联反应用的封端的酸催化剂(例如但不限于胺封端的磺酸催化剂)。所述组合物基于组合物的总量还包括0.1-1.5％，优选0.3-1％的片状硅酸盐颗粒，以产生所需要的不渗透性或防渗吸和间混的能力。如同第一层底涂层组合物一样，在第二层底涂层中使用的含水微凝胶和片状硅酸盐的量对于实施本发明而言是关键的。
第二层底涂层组合物的总固含量通常为约10-35重量％(如对于珠光涂层，通常含有15-25重量％的固体)。
对本领域技术人员而言，显然在第二层底涂层中可使用各种特效薄片和其它随角异色效应颜料和任选的其它有色颜料。但是，第二层底涂层通常配制成半透明含薄片涂层，所述涂层具有可见的随角异色或双色调效应。
底涂层组合物中的典型颜料包括片状颜料，如片状铝粉、片状青铜粉、珠光薄片以及上述用于第一层底涂层的任一种其它随角异色效应颜料；金属氧化物，如二氧化钛、氧化锌、各种颜色的氧化铁、炭黑；和各种各种的有机有色颜料，如喹吖啶酮类、酞菁类、苝类、偶氮颜料、阴丹酮类、咔唑类(如，咔唑紫)、异吲哚满酮、异吲哚酮、硫靛红、苯并咪唑啉酮、二酮吡咯并吡咯(DPP)等等。如同第一层底涂层组合物一样，当涂层含有金属颜料(如片状铝粉)时，可加入抑制颜料与水反应的试剂。典型的抑制剂为磷酸盐化有机材料，如磷酸等。只要能在所需要的膜厚和施涂固体物下提供必需的遮盖效应，颜料与粘合剂的比率可有很大变化。如在第一层底涂层组合物中一样，可通过常规技术，如混合/淤浆化(即，适用于薄片)、高速混合、介质磨碎、砂磨、球磨、磨碎机粉碎或两/三辊辗压，首先形成与涂层组合物中使用的任一种上述聚合物或与另外的可相容聚合物或分散剂的研磨料或颜料分散体，从而将颜料加入到第二层底涂层中。然后，将颜料分散体与涂层组合物中使用的其它组份共混。
在本发明中使用的两种底涂层组合物还可包括其它常规配制添加剂，如润湿助剂、表面活性剂、消泡剂、UV增强剂和流变控制剂，如煅制二氧化硅、碱可膨胀乳液、助增稠剂或与水相容的纤维素类。在本发明中使用的两种底涂层组合物还可包括挥发性材料，如单独的水或与常规水混溶性有机溶剂和稀释剂混合的水，以将上述聚合物分散和/或稀释以及使配制容易并进行喷涂。典型的水混溶性有机助溶剂和稀释剂包括甲苯、二甲苯、醋酸丁酯、丙酮、甲基异丁基酮、甲乙酮、甲醇、异丙醇、丁醇、丁氧基乙醇、己烷、丙酮、乙二醇、单乙基醚、涂料用石脑油(VM and P naptha)、石油醚、庚烷和其它脂族、脂环族、芳族烃、酯、醚和酮等等。但是，在本发明用的典型的底涂层中，使用水作为主要的稀释剂。也可使用胺(如烷醇胺)作为稀释剂。
对于选择用于本文使用的水性底涂层组合物的各种组份的另外的实例，可参考任一个上述美国专利4,403,003、4,539,363和5,198,490，在此将其全部引用以作参考。
在本发明的方法中所使用的透明涂层组合物的性质不是关键的。各种可商购车辆透明涂层的任一种均可用于本发明，包括标准的溶剂性、水性或粉末状透明涂层。通常优选具有低VOC(挥发性有机质含量)和满足目前环境保护条例的高固含量溶剂性透明涂层。典型有用的溶剂性透明涂层包括，但不限于，与异氰酸酯交联的多元醇聚合物的2K(两组份)体系和与蜜胺交联的丙烯酸多元醇1K体系或与多元醇和蜜胺混合的丙烯酰基硅烷1K体系。还可使用环氧树脂酸体系。这种面漆给汽车和卡车提供象镜子一样的具有有吸引力的美学外观的外部面漆，包括高光泽和DOI(图像的清晰度)。可用于本发明方法的适合的1K溶剂性丙烯酰基硅烷透明涂层体系公开于U.S.5,162,426中，在此将其引入以作参考。适合的1K溶剂性丙烯酸/蜜胺透明涂层体系公开于U.S.4,591,533中，在此将其引入以作参考。
根据本发明，上述三种涂层组合物可通过常规技术，如喷涂、静电喷涂、高速旋转静电喷涂等进行施涂。施涂三种涂层用的优选技术为在有或没有静电增强的情况下空气雾化喷涂，和高速旋转静电喷涂，这是因为这些技术通常用于连续油漆喷涂工艺。
可根据本发明的方法进行涂布的有用基材包括各种金属或非金属基材，如塑料基材，及其组合。可根据本发明的方法进行涂布的有用金属基材包括未涂底漆的基材或预先上漆的基材、冷轧钢、磷化的钢和通过电镀涂布有常规底漆的钢。有用的塑料材料包括聚酯增强的玻璃纤维、反应-注模的聚氨酯、部分结晶的聚酰胺等或其混合物，以及涂有底漆的上述材料。
优选使用上述基材作为制造机动车(包括，但不限于汽车、卡车和拖拉机)的部件。基材可具有任意形状，但通常为车辆车体部件的形式，如机动车用车身、遮光板、车门、防护板、保险杠和/或装饰物(trim)。本发明在沿车辆装配线连续移动的过程中涂布车辆车体及其部件的情况下是最有用的。
现在参见图1C，现在在涂布车辆基材10的情况下对本发明的整个方法进行描述。在根据本发明的方法进行处理之前，可将基材(如附图中所示)按照本领域的惯例预先涂布底漆或另外进行处理。在该方法的第一个操作步骤22中，将第一层液体水性底涂层或底涂层组合物施涂到涂有底漆的车辆基材(如，图2中所示的车辆车体)的表面，优选在电镀涂层或底漆腻子(primer surfacer)之上。在该步骤中可将第一层液体底涂层通过任一种本领域技术人员公知的适合涂布方法，如通过任一种上述技术，施涂到基材的表面上。将液体底涂层组合物施涂到基材上所用的方法和装置在某种程度上由基材材料的构型和类型来确定。
在施涂第一层底涂层之后，本发明的方法包括步骤24，在车辆沿装配线移动时，通过湿对湿施涂直接将第二层液体水性半透明含薄片或其它随角异色效应颜料的底涂层组合物(通常为珠光涂层)施涂到第一层水性底涂层组合物之上，即在未将第一层底涂层固化或完全干燥的情况下将第二层底涂层施涂到第一层底涂层上。在该步骤中可将第二层液体底涂层通过任一种本领域技术人员已知的适合涂布方法，如通过任一种上述技术，施涂到基材的表面上。在本方法中，在第一层底涂层施涂的约30秒-5分钟之内，优选在施涂的约1-4分钟之内施涂第二层底涂层，这是在现有的底涂层/透明涂层体系用的常规底涂层喷室内的典型停留时间。
因此，与包括使用不同着色的水性底涂层的传统三涂层方法(如图1B中所示)不同，在其上施涂随后的底涂层之前不需要中间干燥步骤或烘焙。通过控制第一层底涂层能获得不渗透性的速率，可使含薄片的底涂层和透明涂层的外观内的薄片不对齐性和裂纹最小化。
在施涂第二层底涂层之后，本发明的方法优选包括步骤26，使组合的底涂层进行干燥，以使至少部分挥发性物质从液体涂层组合物中挥发并使底涂层在基材上凝固。凝固的意思是将底涂层充分干燥以便其不受吹过底涂层表面的气流干扰或破坏。挥发物从底涂层挥发或蒸发可在露天进行，但优选在如图2中所示的强制干燥室内进行，在所述干燥室内使热空气(40-100℃)或脱水气体在低速率下循环，以使空中颗粒污染最小化。
步骤26通常称作闪蒸干燥步骤。将车辆车体安置在干燥室入口处，并使其以装配线的方式在如上述允许底涂层挥发的速率下，缓慢移动通过此处。使汽车移动通过干燥室的速率在某种程度上取决于干燥室的长度和构型。总的来说，所述中间干燥步骤可持续30秒-10分钟，尽管在正规的装配厂，该步骤应持续约2-5分钟。
将在车辆车体表面上形成的干燥的底涂层充分干燥，以能够施涂透明外涂层，以便该外涂层的品质不受底涂层进一步干燥的不利影响。优选在施涂到基材的表面之后，干燥的底涂层形成多层膜，所述多层膜基本上不交联，即不将多层膜加热到足以诱发显著交联的温度且在成膜聚合物和在其中的胶料材料之间基本上不存在化学反应。如果存在太多的水，在干燥外涂层的过程中，由于来源于底涂层的水蒸气试图通过外涂层，外涂层可能破裂、起泡或爆裂。
再次参见图1C和2，本发明的方法包括下一个步骤28，将液体或粉末状透明外涂层组合物施涂到干燥的复合底涂层上。透明涂层可通过上述任一种方法进行施涂。对于液体透明涂层，特别是在汽车工业中，通常通过湿对湿施涂将透明外涂层施涂到底涂层上，即在不将底涂层固化或完全干燥的情况下将外涂层施涂到底涂层上。如上所述，优选将透明涂层施涂到在施涂透明涂层之前已进行干燥，优选闪蒸干燥一少段时间的底涂层上。由于未将底涂层完全干燥或固化，这通常也称作湿对湿法。尽管不优选，但如果需要的话，可在施涂透明涂层之前将底涂层固化。
在施涂透明涂层之后，本发明的方法优选包括固化步骤30，其中将涂布的基材加热预定时限，以使底涂层和透明涂层同时固化。固化步骤可使用热空气对流干燥、红外辐射或其组合进行。三层复合涂层组合物优选在100-150℃下烘焙约15-30分钟，以在基材上形成固化的三涂层面漆。如本文所用，固化意思是将涂层的可交联组份基本上交联。术语基本上交联的意思是尽管已进行至少大部分固化，但可超时进一步固化。
本发明的方法还包括随后的冷却步骤(未示出)，以将车辆在其制备过程中进一步进行加工之前，使三涂层面漆冷却至环境温度。
干燥且固化的复合三涂层面漆的厚度通常为约40-150μm(1.5-6密耳)，优选为60-100μm(2.5-4密耳)。优选将底涂层和透明涂层沉积成分别具有的厚度为约3.0-40μm(0.1-1.6密耳)和25-75μm(1.0-3.0密耳)。
以下实施例举例说明本发明。如果不另外指出，所有的份数和百分率均以重量计。
实施例1底涂层制备制备以下预混料A.制备白色颜料分散体制备以下颜料淤浆，14.5g去离子水、1.0g丙烯酸微凝胶分散体(如上述美国专利4,403,003，实施例4中所述)、30.5g丁氧基乙醇、7.5g Cymel303(烷基化的蜜胺甲醛树脂)、2.0g 10％二甲基乙醇胺溶液和1.0g Surfynol104(表面活性剂)。将上述组份一起混合，加入31.5g TiO2，然后使用Cowles叶片将所得到的淤浆预分散。然后，在加入含1.0g丙烯酸微凝胶分散体(如上所述)和12g去离子水的调漆溶液将其稳定化之前，将混合物在水平球磨机内磨碎直至获得所需颗粒尺寸，为少于0.5微米。
B.制备黄色颜料分散体制备以下颜料淤浆，39.0g去离子水、1.0g丙烯酸微凝胶分散体(如上述美国专利4,403,003，实施例4中所述)、30.5g丁氧基乙醇、7.5g Cymel303、2.0g 10％二甲基乙醇胺溶液和1.0g Surfynol104。将上述组份一起混合，加入20.0g Bayferox3910(黄色氧化铁)，然后使用Cowles叶片将所得到的淤浆预分散。然后，将混合物在水平球磨机内磨碎直至获得所需颗粒尺寸，为少于0.5微米。
C.制备红色颜料分散体制备以下颜料淤浆，7.0g去离子水、10.0g丙烯酸微凝胶分散体(如上述美国专利4,403,003，实施例4中所述)、10.0g丁氧基乙醇、7.0g Cymel303、0.5g 10％二甲基乙醇胺溶液和1.0g Surfynol104。将上述组份一起混合，加入40.0g Bayferrox130M(红色氧化铁)，然后使用Cowles叶片将所得到的淤浆预分散。然后，在加入含10.0g丙烯酸微凝胶分散体(如上所述)和14.5g去离子水的调漆溶液将其稳定化之前，将混合物在水平球磨机内磨碎直至获得所需颗粒尺寸，为少于0.5微米。
D.制备随角异色效应的颜料浓缩物(Xirallic，片状颜料)将15.0丁氧基乙醇与10.0g去离子水混合，然后在搅拌下加入17.0gXirallicCristal Silver SW。将所述淤浆保持在搅拌下，同时加入50.0g丙烯酸微凝胶分散体(如以上在A.中所述)。在最后加入0.3g 10％二甲基乙醇胺溶液和7.7g去离子水之前，将该混合物搅拌至产生均匀流畅的淤浆。
E.制备随角异色效应的颜料浓缩物(Iriodin，云母薄片)将15.0丁氧基乙醇与10.0g去离子水混合，然后在搅拌下加入17.0gIriodin9121 SW。将所述淤浆保持在搅拌下，同时加入50.0g丙烯酸微凝胶分散体(如以上在A.中所述)。在最后加入0.3g 10％二甲基乙醇胺溶液和7.7g去离子水之前，将该混合物搅拌至产生均匀流畅的淤浆。
F.制备流变底漆通过一起混合和搅拌47.5g丙烯酸微凝胶分散体(如以上在A.所述)、2.0丁氧基乙醇和0.5g Surfynol 104制备以下均匀共混物。在搅拌下加入50.0g 3％LaponiteRD(层状硅酸盐)去离子水溶液并在Cowles叶片下均化和分散。
实施例2制备水性白色固体彩色底涂层(“底漆”)组合物水性白色固体彩色底涂层组合物可通过在恒定搅拌下以指定顺序一起混合以下成分进行制备如以上(1，A.)中所述的丙烯酸微凝胶分散体-23.9份。Cymel303-0.6份。如以上(1，A.)中所述的白色颜料分散体-53.9份。如以上(1，B.)中所述的黄色颜料分散体-0.2份。如以上(1，C.)中所述的红色颜料分散体-0.1份。如以上(1，F.)中所述的流变底漆-14份。Srufynol104，1.0份。采用去离子水的适当组合调低粘度，用Acrysol ASE 60(聚丙烯酸增稠剂)的3％预中和去离子水溶液提高粘度和用10％二甲基乙醇胺去离子水溶液提高pH来调节所需粘度(在剪切速率D＝1秒-1下为1000-4000mPa·s)和所需pH(pH8.2-8.5)，所采用的方式可使所用的这些产物的量的总和约为6.3份。
实施例3制备水性白色珠光彩色底涂层(“珠光涂层”)组合物水性白色珠光彩色底涂层组合物可通过在恒定搅拌下以指定顺序一起混合以下成分进行制备如以上(1，A.)中所述的丙烯酸微凝胶分散体-12.2份。如以上(1，A.)中所述的白色颜料分散体-0.3份。Cymel303-4.6份。如以上(1，D.)中所述的随角异色效应的颜料浓缩物“D”(Xirallic)-13.1份。如以上(1，E.)中所述的随角异色效应的颜料浓缩物“E”(Iriodin)-13.1份。如以上(1，F.)中所述的流变底漆-10.0份。丁氧基乙醇，3.3份。Srufynol104，1.0份。采用去离子水的适当组合，Acrysol ASE 60的3％预中和去离子水溶液和10％二甲基乙醇胺去离子水溶液对所需粘度(在剪切速率D＝1秒-1下为1000-4000mPa·s)和所需pH(pH8.2-8.5)进行调整，所采用的方式可使所用的这些产物的量的总和约为42.4份。
实施例4溶剂性透明涂层用于实施例的透明涂层组合物为烘焙的透明涂层，所述涂层可商购自Du Pont Performance Coatings(Standox)，Christbusch 25、D-42285 Wuppertal/Germany，具有以下说明Standocryl 2K-HSKlarlack，020-82497(在US，编号为StandoxHS Clear 14580)，采用Standox 2K Haerter HS 15-25，020-82403以2∶1的比率进行活化。
实施例5连续施涂2层不同的底涂层和透明涂层采用标准车辆预处理和涂布体系对标准车辆金属汽车门进行加工和制备，直到底漆/表面层。然后，通过标准的连续底涂层/透明涂层车辆涂装线，以连续的线速度为约4米/分钟对其进行加工，从而采用静电涂布以流速为120cc/min施涂底涂层(如以上实施例2中所述)。在环境条件(即，22℃、60％r.h.)下2分钟之后，在底涂层之上通过气动雾化由自动装置以流速为520cc/min湿对湿施涂珠光涂层(如以上实施例3中所述)。然后，在隧道式烘干炉内在60℃标准强制干燥约5分钟，其后，进行正常的车辆装配线步骤，静电施涂商购的2K异氰酸酯溶剂基透明涂层(购自DuPont Company的StandoxHSClear 14580)，并将整个体系以10分钟/120℃进行烘焙。
膜厚如下底涂层10-12微米珠光涂层7-10微米透明涂层40-45微米该体系显示很好的不渗透性。观察到无流挂、膜裂缝或任何其它缺陷。所得到的面漆的外观和一般品质比得上在连续涂装线上运行的常规车辆色彩品质。可提供独特的色彩效应，而不破坏外观或机械特性。
在各种施涂条件(底涂层流速70-160cc/min；珠光涂层流速400-600cc/min；闪蒸时间1-5分钟；环境条件)下的随后加工证实了上述结果，并为该体系展示了广泛的施涂范围，并且如此获得的涂层具有与上述相似的优异性能。
权利要求
1.一种在连续移动的油漆涂装线上，采用三涂层面漆涂布车辆基材的方法，包括(a)向车辆基材的表面施涂第一层水性底涂层组合物；(b)其后，直接施涂含有一种或多种随角异色效应颜料的第二层半透明水性底涂层组合物；(c)将组合的底涂层进行中间干燥步骤；(d)在所述的底涂层上施涂透明涂层组合物；和(e)在最后烘焙时将三层面漆一起固化；其中，车辆基材在整个油漆涂装过程中是连续移动的。
2.权利要求1的方法，其中在环境喷室条件下第一层和第二层底涂层之间的时间为约30秒-5分钟。
3.权利要求1的方法，其中将透明涂层施涂在第二层底涂层上，而不需要中间烘焙(固化)步骤。
4.权利要求1的方法，其中在该方法中所用的两种底涂层组合物各包含一种丙烯酸微凝胶水分散体、任选的多元醇聚合物和蜜胺固化剂的混合物。
5.权利要求4的方法，其中两种底涂层组合物各含有有效量的微凝胶水分散体和片状硅酸盐颗粒，用以在暴露到环境喷室条件下时，在施涂之后在30秒-5分钟内提供不渗透性。
6.权利要求5的方法，其中微凝胶水分散体由主要衍生自一种或多种丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯的可交联羟基官能团丙烯酸加成聚合物组成。
7.权利要求1的方法，其中透明涂层为溶剂性、水性或粉末状透明涂层。
8.权利要求1的方法，其中透明涂层含有多元醇和蜜胺固化剂的混合物。
9.权利要求1的方法，其中透明涂层含有多元醇和异氰酸酯固化剂的混合物。
10.权利要求1的方法，其中透明涂层含有多元醇、丙烯酰基硅烷和蜜胺固化剂的混合物。
11.权利要求1的方法，其中所述油漆涂装线为连续在线油漆涂装线。
12.一种在连续移动的油漆涂装线上，采用三涂层面漆涂布车辆基材的方法，包括(a)向车辆基材的表面施涂第一层水性底涂层；(b)在约30-300秒之后，将含有一种或多种薄片或其它随角异色效应颜料的第二层半透明水性底涂层湿对湿施涂到第一层水性底涂层上；(c)将组合的彩色涂层在温度为约40-100℃下进行中间干燥步骤至少约30秒，以使至少部分挥发性物质从液体底涂层中挥发；(d)在所述干燥的底涂层上施涂透明涂层组合物；(e)将底涂层和透明涂层一起同时固化以在基材上形成干燥且固化的三层面漆；其中，车辆基材在整个油漆涂装过程中是连续移动的。
13.权利要求1或12的方法，其中第一层水性底涂层组合物包含成膜粘合剂和含水载体，其中粘合剂以占粘合剂固体的重量计包括(i)约30-80重量％含水微凝胶；(ii)约10-35重量％水溶性或部分水溶性蜜胺甲醛交联树脂；(iii)约0-30重量％水分散性聚酯多醇树脂；(iv)约0-25重量％聚氨酯多醇分散体；(v)约0-2重量％封端的酸催化剂；且组合物另外包括(vi)约0.1-1.5％片状硅酸盐颗粒，其中片状硅酸盐的量是基于组合物的总量；(vii)一种或多种颜料，任选的随角异色效应颜料，以为第一层底涂层提供适当的色彩、遮盖能力和任选的随角异色效应；和(viii)任选的其它必要的添加剂，以确保稳定性、润湿性和易施涂性，且其中第二层半透明水性底涂层包含成膜粘合剂和含水载体，其中第二层底涂层的粘合剂以占粘合剂固体的重量计包括(i)约30-80重量％含水微凝胶；(ii)约10-35重量％水溶性或部分水溶性蜜胺甲醛树脂；(iii)约0-30重量％水分散性聚酯多醇树脂；(iv)约0-25重量％聚氨酯多醇分散体；(v)约0-2重量％封端的酸催化剂；且组合物另外包括(vi)约0.1-1.5％片状硅酸盐颗粒，其中片状硅酸盐的量是基于组合物的总量；(vii)混合颜料，以提供适当的色彩和遮盖能力，其含至少一种片状颜料，以赋予可见的随角异色或双色调效应；和(viii)任选的其它必要的添加剂，以确保稳定性、润湿性和易施涂性。
14.权利要求1或12的方法，其中第一层底涂层为非随角异色效应涂层，第二层底涂层为随角异色效应涂层。
15.权利要求14的方法，其中第二层底涂层为珠光涂层。
16.权利要求1或12的方法，其中第一层底涂层为随角异色效应涂层，第二层底涂层为不同的随角异色效应涂层。
17.用于权利要求1的方法中的液体水性底涂层组合物，所述组合物当暴露于环境温度下，在施涂后30-300秒之内具有足够的不渗透性。
18.根据权利要求1或12的方法采用三涂层面漆涂布的车辆基材。
全文摘要
一种在连续移动的油漆涂装线上，采用含薄片的三涂层彩色面漆在湿对湿对湿体系中涂布机动车辆的方法和材料。
文档编号B05D1/36GK1675001SQ03818649
公开日2005年9月28日 申请日期2003年8月6日 优先权日2002年8月8日
发明者W·迪特, W·C·迈耶 申请人:纳幕尔杜邦公司