使车辆获得高饱和色彩的外观的多层涂层涂覆方法

专利名称：使车辆获得高饱和色彩的外观的多层涂层涂覆方法
背景技术：
本发明涉及一种在基体上涂覆多层涂层以获得高饱和色彩的外观的方法和材料，尤其涉及在机动车例如汽车或卡车的初始生产阶段用多层涂层对其进行涂覆，以获得具有色泽深度和魅力的极好的色彩饱和度，并且不影响其抗风化能力。
用多层涂层处理汽车和卡车的车身可以使车辆的外观更美观，并保护其免受腐蚀、刮擦、碎裂、紫外线、酸雨和其它环境条件的影响。在过去的二十年中，汽车和卡车上普遍使用底漆/透明涂层面漆。1988年3月1日公开的Kurauchi等人的专利US4728543和1972年2月1日公开的Benefiel等人的专利US3639347公开了在彩色涂层或底漆上“湿对湿”地施用透明涂层，也就是说，在底漆完全风干以前就涂覆透明涂层。
对于更独特的和更吸引人的色彩风格的需求已经导致汽车工业使用底漆/彩色透明涂层的方法，由此将一层很淡的彩色透明涂层用“湿对湿”的方法涂覆在有颜色的底漆上，以提供具有汽车品质和极好的色彩饱和度、色泽深度和魅力的外观的面漆作为纯色和效应面漆。通常这个方法包括在常规的有色底漆上相应涂覆一层处于相同颜色区的淡的有色透明涂层，也就是，红色覆盖红色，蓝色覆盖蓝色，黄色覆盖黄色，以便大大增强单独底漆的色调，提供非常深的、无瑕疵的、鲜明的、高级的最终颜色。
遗憾的是，由于其使用的颜料会发生紫外线老化，这些彩色透明涂层的耐久性还有待提高。通常，在较短时间暴露于风化作用之后，彩色透明涂层会发生粉化、裂化和剥落，必须进行昂贵的重新整修。为解决耐久性问题，人们提出了各种各样的意见。一种方法是使用更高水平和不同类型的紫外线强化作用，但这仅取得了很有限的成功。另一种方法是在底漆/彩色透明面漆之上再涂覆一层常规透明涂层，以避免潜在的保修要求。然而这种方法大大增加了生产成本并导致产品磨损，因为车辆必须再次通过喷漆工序。除了这些问题以外，在汽车制造厂的喷涂车间还需要一个单独的喷涂循环系统来容纳彩色透明涂层。由于彩色透明涂层只用于有限的高级颜色，而底漆/透明涂层方法的其余颜色范围仍然要求施用常规的无色透明涂层，所以必须避免对常规透明涂层生产线的污染。因此，需要一个多余的透明涂层循环系统，非常昂贵并占用了宝贵的空间。
所以，还需要一种方法，既能达到同样的彩色透明涂层风格，又不需要使用彩色透明涂层。
发明概述本发明涉及一种在汽车基体上涂覆多层三涂层面漆(tricoatfinish)以获得高饱和色彩的外观的方法，包括(a)在汽车基体表面涂覆第一层纯色或效应色底漆组合物；(b)然后再涂覆与第一层不同的第二层透明或半透明的底漆组合物，优选无薄片或其它效应颜料的底漆组合物；(c)对复合底漆层实施中间干燥步骤；(d)在上述底漆层上涂覆无色透明涂层组合物；并且(e)将得到的三涂层面漆同时烘干固化。
本发明的方法可以单次连续在线进行或固定成批进行。
本发明不使用彩色透明涂层，消除了与其相关的问题，同时提供一种面漆，其具有汽车品质和外观性质，并具有有极好的色泽深度和所期望的魅力的高的色彩饱和度。
所说的三涂层面漆是指在基体上涂覆的三层不同的连续涂层。
这里所说的色彩饱和度是根据Ullmann’s Encyclopedia ofIndustrial Chemistry第A20卷第259页确定的。
本发明进一步包括涂层材料特别是水性底漆组合物，该组合物使上述方法能够以连续的“湿对湿对湿”的方式在标准的连续汽车涂层生产线中进行，同时满足当前低的总溶剂排放的要求。本发明还包括根据上述方法制备的汽车基体。


图1为本发明的三涂层涂覆方法的一个实施方案的流程图。
图2为图1的三涂层涂覆方法的侧视图。
图3为现有技术中标准底漆/透明涂层涂覆方法的流程图。
图4为现有技术中需要两次处理车辆的底漆/彩色透明涂层涂覆方法的流程图。
优选实施方案的详细描述本发明涉及在汽车的初始生产阶段在汽车基体上涂覆三涂层面漆的方法。尤其提供一种在汽车基体表面例如汽车或卡车车体或其部件上涂覆三涂层面漆的方法，该方法消除了彩色透明涂层的使用和与此相关的问题，同时提供一种面漆，其具有汽车品质和有极好的色泽深度和所期望的魅力的高色彩饱和度的外观，并且不影响其耐久度和抗风化能力。本发明的方法可以是成批或连续过程。理想的是，本方法是在位于汽车生产线上的现有的底漆/透明涂层喷涂设备上进行，例如连续在线或模块式分批生产设备，而不需要重新装配(例如，设置支线)或减慢生产线的速度或增加喷涂时间。
用常规无色透明涂层替代彩色透明涂层可以解决耐久性问题。并且由于用中间底漆层替代彩色透明涂层而得到了所期望的色彩强化，就不再需要汽车的两次处理和额外的透明涂层喷涂循环系统，而是可以使用现有的底漆喷涂循环系统，它可以容纳施加在底漆上的多种颜色，底漆可以更自由的互换。
本发明的方法适于成批或连续涂覆多种金属和非金属基体。成批涂覆也称作模块式涂覆，即在涂覆过程的每个处理步骤中基体是固定的；而连续涂覆时，基体是沿着喷涂生产线连续移动的。
可用本发明的方法进行涂覆的有效基体包括多种金属和非金属基体及它们的混合物，例如塑料基体。有效的金属基体包括未涂底漆的基体或预先喷涂过的基体、冷轧钢、磷化钢、用电解沉积法涂覆了常规底漆的钢。有效的塑料材料包括聚酯增强玻璃纤维、反应注入模制聚氨酯橡胶、粒子晶状聚酰胺等和它们混合物及其相关的底层涂料。
优选的是，根据本发明的方法涂覆的基体可以用作车辆的部件，包括但不局限于汽车、卡车和拖拉机。基体可以是任何形状，但通常是车体部件的形式，例如车身、引擎罩、车门、挡泥板、保险杠和/或车辆密封面(trim)。本发明对涂覆沿汽车生产线连续移动的汽车车身和其部件尤其有效。
在依据本发明的方法进行处理之前，基体可以预先涂覆底层涂料或用传统方法预处理。然后以下述方式当场在基体上连续涂覆所用的三种不同的涂层。
本发明的方法中使用的三种不同的涂层组合物包括第一层有色底漆层(底层)，既可以是纯色组合物，也可以是基于薄片和/或其它效应颜料的效应色组合物；第二层透明或半透明底漆层(中间层)，优选为无薄片和/或其它效应颜料的底漆，用于加浓第一底漆层的色调；和一层常规无色透明涂层作为顶层。为了满足目前的低总溶剂排放标准，第一底漆层和第二底漆层优选但不是必须的由水性组合物组成，无色透明涂层由溶剂性、水性或粉末组合物组成。
更明确的，本发明用的第一底漆层(底层)组合物是有色组合物，可以是纯色(单色)层或有适当颜色、效应、任选且优选具有遮盖力的效应色层。优选的是，如上所述，为了满足目前的低总溶剂排放要求，第一底漆层(效应色或单色)为水性组合物。“效应”层，如本领域所公知的，通常包括一个或多个特定效应薄片或其它效应颜料，以及任选的还包括其它有色颜料或球粒，其具有预期颜色、效应、任选且优选具有遮盖力。“特定效应薄片”是指这样的有色薄片，其具有给予涂层可视落差(flop)或两种色调(例如，金属的或珠光的)效应的能力。第一底漆层组合物也可以配制成有适当颜色的纯色或单色涂层，任选且优选具有遮盖力。如本领域所公知的，“单色”或“纯色”涂层主要包括有色颜料，并且没有可视落差或两种色调金属效应。
第一底漆层(效应色或单色)组合物也优选配制成交联组合物，其包括成膜材料或粘结剂、挥发材料和颜料的混合物。由于本发明对水性底漆组合物尤为有效，所以成膜粘结剂优选包括一种或多种水相容性成膜材料，例如含水微凝胶、多羟基化合物聚合物或它们的混合物，和一种交联剂例如氨基塑料树脂。
能够用于形成底漆组合物的合适的微凝胶包括交联聚合物微粒的水分散体，例如1983年9月6日公开的Backhouse的专利US4403003和1985年9月3日公开的Backhouse的专利US4539363中所提到的。微凝胶优选含有适合的官能团例如羟基，借此，在将组合物通过交联剂如氨基树脂涂覆到基体上后，它们可以成为交联状。
适用于本发明的含水聚合物微凝胶可以由各种交联聚合物组成。考虑到本发明的目的，交联丙烯酸微凝胶尤其适合。这种丙烯酸微凝胶可以由本领域普通技术人员所公知且常规实施方法制备。典型的，这种凝胶微粒为丙烯酸加成聚合物，主要由一种或多种烷基丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯衍生而来，可选的还有其它乙烯基不饱和可共聚单体，例如苯乙烯和乙烯酯类。合适的烷基丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯包括但不局限于烷基有1-18个碳原子的烷基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。由于要求聚合物能够内部交联，因此形成所述聚合物的单体可以包含少量对于聚合反应来说为多官能团的部分，例如乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸烯丙酯或二乙烯基苯。另一选择，单体中可以包括具有一对官能团的少量两种其它单体，所述一对官能团在聚合时或聚合后可相互反应，例如环氧基和羧基(例如在甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酸中)，酸酐和羟基，或异氰酸盐和羟基。为使组合物涂覆在基体上以后能够交联，单体中也优选包括少量的含羟基单体，例如羟基烷基丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，和其它乙烯基不饱和羟基单体的任意混合物。
单体混合物中还优选包括酸性官能团单体，例如丙烯酸或甲基丙烯酸，以通过使其与一种溶解在含水介质中的。碱例如二甲氨基乙醇反应，使这些官能团转变为适当的盐，从而在空间上稳定含水分散介质中的交联微粒。另一选择，在含水介质中所要求的稳定性可以通过使用含有碱性官能团的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体例如甲基丙烯酸二甲氨基乙酯而实现，所述单体用适当的酸例如乳酸来中和。含水介质中的稳定性也可以通过使用表面活性剂或含有水溶性非离子物质的大单体例如含有聚乙二醇结构的材料而得到。含水介质可以仅仅是水，也可以是水和水混溶性有机溶剂例如醇的混合物。交联微凝胶颗粒为胶体尺寸。本发明使用的微凝胶颗粒一般具有直径为80-400纳米的胶体尺寸，优选的，直径为90-200纳米。
用于制备底漆组合物的合适的多羟基化合物包括水溶性丙烯酸衍生物、聚酯、聚氨酯、聚醚或其它本领域常规的具有50-200个羟基的多羟基化合物。合适的交联材料包括溶于或部分溶于组合物的含水介质中的氨基塑料树脂，例如三聚氰胺甲醛缩合物，特别是烷基化三聚氰胺甲醛缩合物。其它预期的交联材料包括烷基化尿素甲醛缩合物、苯并二氨基三嗪甲醛缩合物、嵌段聚氨酯或它们的任何兼容混合物。本发明的底漆还可以包括其它水相容性成膜和/或交联聚合物。实例包括水相容性丙烯酸树脂、聚氨酯、环氧树脂类或它们的混合物。除了上述成膜聚合物或作为其替代，成膜填料例如低挥发性聚醚二醇(如低分子量聚丙二醇和/或聚乙二醇)可以用于填充由微凝胶颗粒干燥后形成的空隙，提高所得到的薄膜或面漆的物理性能。底漆组合物涂覆以后，这些低聚物通过其羟基官能团或其它反应性官能团连接至氨基塑料交联树脂，被转化成高分子量聚合物。
除了特定效应颜料和薄片和/或其它任选颜料以外，一种典型的有效第一底漆层按粘结剂固体重量百分含量含有约20-80％，优选40-70％的用于流变控制的含水微凝胶，例如但不局限于之前提到的US4403003中公开的交联丙烯酸微粒的水分散体；10-40％，优选15-25％的水溶性或部分水溶性氨基塑料树脂，优选甲基化三聚氰胺甲醛；约0-40％的水分散性聚酯型多元醇树脂；0-30％，优选5-15％的聚氨酯多醇的水分散体；0-10％的水溶性聚醚填料；约0-2％的水溶性酸催化剂，例如但不局限于挥发性胺封端的磺酸催化剂，用来促使三聚氰胺或其它交联反应。组合物中还含有层状硅酸盐颗粒，例如1993年3月30日公开的Berg.等人的专利US5198490中所提到的，其含量为组合物总重量的0.1-3％，优选为0.3-1％，它有助于获得所期望的防渗吸和间混能力。
典型的，第一底漆层组合物的总固含量为10-35重量％(例如，金属层或珠光层固含量为15-30重量％，纯红色层固含量为25-40重量％)。
多种颜料可以用在第一底漆层中来产生所期望的颜色和/或效应以及任选的遮盖力。第一底漆层通常含有一种或多种特定效应薄片和其它效应颜料，和/或任选的一种或多种彩色颜料，这取决于底漆层是效应色层还是纯色层。
典型的特定效应薄片包括金属薄片，例如铝片、青铜片；珠光片(例如云母)；真空金属化薄片；玻璃片等。其它效应颜料包括全息片、玻璃球粒、微二氧化钛颜料、Graphitan颜料和更高级的效应颜料如Xirallic、Colorstream、MearliteBBT、Chromaflair、Variochrome、Hrlicone颜料等。典型的有色颜料包括金属氧化物，例如二氧化钛、氧化锌、各种颜色的铁的氧化物；碳黑；各种有机有色颜料，例如喹吖酮、酞菁染料、苝、偶氮颜料、阴丹酮蓝、咔唑例如咔唑紫、异氮茚酮(isoindolinone)、硫靛桃红(isoindolone)、苯并咪唑酮、二酮基吡咯并吡咯(DPP)等。当涂层含有金属颜料例如铝片时，可以添加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，例如磷酸和专利US4675358中描述的其它材料。
颜料对粘结剂的具体比率范围可以非常宽，只要在所需要的膜厚度和施用固体下能够提供必需的颜色、效应和遮盖力就可以了。颜料可以被这样引入底漆首先，用传统工艺用前面提到的用于涂层组合物的任意聚合物，或者其它兼容性聚合物或分散剂形成颜料分散体。这些工艺包括混合/制浆(即针对薄片)、高速混合、介质研磨、沙碾、球磨、超微磨碎或两/三辊辊轧。然后颜料分散体与涂层组合物中的其它成分混合。
本发明中的第二底漆层是透明或半透明的，与第一底漆层的着色不同。第二底漆层通常仅含有有色和/或无色无机和/或有机颜料，优选是透明的。无色的意思是颜料例如体质颜料，其不会给涂层带来颜色，但是会提供一种功能效应例如提高附着力。另一选择，可以包含特定效应薄片或效应颜料以带来预期的颜色和效应。另一选择，还可以不包含颜料。这种中间底漆用于加浓或增强第一底漆层的色泽，不存在有色透明涂层的使用和与其相关的问题。更优选的是，第二底漆层为有色组合物，其颜色与第一底漆层处于相同的颜色区域(例如，红色对红色，蓝色对蓝色，黄色对黄色等)，以提供所要求的增强的色彩饱和度和色彩效应深度。另一选择，第二底漆层可以具有不同的颜色区域从而得到不同的色彩效应(例如，红色对银色，黄色对蓝色等)。
也优选将第二底漆层配制成水性制剂，并且通常除了特定效应薄片以外，第二底漆层还可以包括任何上述用于第一底漆层的组份。一种典型的不同着色的透明第二底漆层，除了任选的有色颜料以外，还含有以占粘合剂固体重量计的如下成分约20-80％之间，优选50-70％的用于流变控制的含水微凝胶；约10-40％，优选15-25％的水溶性或部分水溶性氨基塑料树脂，优选甲基化三聚氰胺甲醛；约0-40％的水分散性聚酯型多元醇树脂；约0-30％，优选15-15％的聚氨酯多元醇的含水分散体；0-10％的水溶性聚醚填料；约0-2％的封端酸催化剂，例如但不局限于胺基封端的磺酸催化剂，用来促进三聚氰胺或其它交联反应。组合物中还含有层状硅酸盐颗粒，其含量为组合物总重量的0.1-3％，优选为0.3-1％，它有助于获得所期望的不渗透性或防渗吸和间混能力。
第二底漆层组合物的总固含量为15-40重量％(例如，典型的，有色透明底漆固含量为20-30重量％)。
本发明中的两种底漆组合物还可以含有其它常规添加组份，例如湿润剂、表面活性剂、消泡剂、紫外线增强剂，和流变控制剂，如煅制二氧化硅、碱可膨胀乳剂、联合增稠剂或水相容性纤维素制品。
本发明中的两种底漆层组合物还含有挥发性材料。对于水性底漆层，其是优选的，挥发性材料通常仅含有水或者含有水和常规水混溶性有机溶剂和稀释剂的混合物，以便能够分散和/或稀释上文中提到的聚合物，并使制剂和喷涂应用更便利。典型的水混溶性有机溶剂和稀释剂包括甲苯、二甲苯、乙酸丁酯、丙酮、甲基异丁基酮、甲基乙基酮、甲醇、异丙醇、丁醇、丁氧基乙醇、己烷、丙酮、乙二醇、一乙基醚、VM and P naptha、矿物油精、庚烷，和其它脂肪族的、脂环族的、芳香族的烃、酯、醚、酮等。然而，在本发明的一种典型底漆中，水是主要的稀释剂。胺类例如链烷醇胺也可以用作稀释剂。可以用在所述的水性底漆组合物中的多种组份的更多例子可以参见上文中提到的专利US4403003、US4539363和US5198490中任意一个，在此将它们全部引入作为参考。
本发明的方法中所用的透明涂层组合物的性质是非决定性的。优选使用无色透明涂层。无色是指透明涂层不含颜料。多种市售的汽车用透明涂层的任意一种都可以用在本发明中，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(挥发性有机成份含量)并符合目前环保条例的高固含量溶剂性透明涂层。典型的有效溶剂性透明涂层包括但不局限于多羟基聚合物和异氰酸酯交联的2K(两种组份)系统；多羟基丙烯酸和三聚氰胺交联的1K系统；或丙烯酰硅烷与多羟基化合物和三聚氰胺结合的1K系统。也可以使用环氧酸透明涂层系统。这些面漆层可以给汽车和卡车带来镜面似的具有吸引人的美学外观的外表面层，包括高的光泽度和DOI(映像清晰度)。专利US5162426中公开了能用在本发明的方法中的合适的1K溶剂性丙烯酰硅烷透明涂层系统。专利US4591533中公开了合适的1K溶剂性丙烯酸/三聚氰胺透明涂层系统。
根据本发明，上述的三层涂层组合物可以但不局限于用常规方法涂覆，例如喷涂、静电喷涂、高速旋转静电料钟等。涂覆三层涂层的优选工艺为具有或没有静电增强的空气雾化式喷涂和高速旋转静电料钟，这是因为这些工艺被典型应用于连续喷涂工艺中。
下面参照附图，图1示出了本发明的在基体上进行涂覆的多阶段三涂层方法的流程图。
下面将以用水性底漆和高固含量溶剂性透明涂层涂覆沿着标准连续汽车涂层生产线连续移动和汽车基体为例讨论本发明。本领域技术人员可以理解，本发明的方法对使用其它种类底漆和透明涂层系统的其它类型的连续或成批方法同样有效。
在根据本发明的方法进行处理之前，汽车基体10可以被预先涂覆或用本领域常规方法处理。如图1所示，在第一步骤12中，将第一种液态水性底漆组合物施加在涂覆过底层漆的汽车基体(如图2所示的汽车车身)表面，优选施加在电解沉积层或底层漆上。在这个步骤中，第一种液态底漆层可以通过本领域公知的任何适合的涂覆方法施加到基体表面，例如前述工艺中的任何一种。将液态底漆组合物涂覆到基体上的方法和设备部分地由基体材料的结构和类型决定。
涂覆了第一底漆层(效应或纯色)后，本发明的方法包括一个第二步骤14，是当汽车沿生产线移动时，以“湿对湿“的形式将第二种液态水性透明底漆组合物(中间层)直接施加在第一种水性底漆组合物上，也就是说，不对第一底漆层进行烘焙或完全干燥而直接将第二底漆层涂覆在第一底漆层上。在这个步骤中，第二液态底漆层可以通过本领域公知的任何适合的涂覆方法进行涂覆，例如前述工艺中的任何一种。在本发明中，第二底漆层是在涂覆完第一底漆层后的约30秒到5分钟的时间内涂覆的；优选约2-4分钟，这是传统的底漆/透明涂层系统的底漆喷涂室的典型停留时间。
因此，与传统的包括施用两种不同水性底漆层的三涂层涂覆工艺不同，本发明中在涂覆后来的底漆层之前不需要中间干燥步骤。这样就允许本发明的方法在现有的底漆/透明涂层喷涂设备上单次进行，而不需要重新装配(例如，设置支线)或减慢喷涂生产线的速度或增加喷涂时间。
为了证明本发明如何能够在现有的底漆/透明涂层汽车喷涂生产线上进行，图3示出了传统的单次底漆/透明涂层连续喷涂方法的流程图。在这种方法中，可以被预先涂底层覆漆或用本领域常规方法处理过的汽车钢板或塑料基体10被移动到一个连续在线的底漆/透明涂层涂覆区域。一种底漆颜色先通过两个步骤22、24涂覆到基体表面，这两个步骤间隔30-300秒。典型的底漆层包含以下物质的混合物颜料，可以包括特定效应薄片颜料；成膜粘结剂聚合物；任选的交联剂和其它添加剂；以及施用时必需的溶剂。当底漆层为水性系统时，如本领域中的惯例，在下一步骤28涂覆透明涂层之前，还必需有一个强制干燥步骤26，除去部分水分和任何其它有机液体稀释剂。然后在半干有色底漆层上涂覆透明涂层。由于在涂覆透明涂层之前底漆层没有完全干燥或烘焙，这通常仍称作湿对湿工艺。然后将经涂覆的基体在步骤30中在标准条件下烘干，同时固化表面上的底漆层和透明涂层组合物，得到具有汽车品质和外观的面漆。
在本发明中，为了能够在两个不同的含水底漆层之间实施湿对湿涂覆并能够用现有底漆/透明涂层连续喷涂生产线对本发明的三涂层面漆进行单次连续涂覆，在层间环境条件约30秒-5分钟以后，优选在环境条件1-4分钟以后，本发明的第一和第二底漆层必需具有合适的不渗透性或防渗吸和间混能力。通过控制水性底漆的速率可以实现不渗透性，本发明的方法可以利用存在于现有连续底漆/透明涂层喷涂生产线(通常用于分两步涂覆相同底漆，两步间隔30-300秒)上的两个现有底漆位置而无需重新装配生产线。这允许单次湿对湿对湿地涂覆整个三涂层面漆，而不会影响对薄片或效应颜料定向的良好控制，也不会干扰特定颜色效应(也就是，饱和度、色深、亮度、落差)或整个面漆的颜色均匀性。当然，如果要求重新装配生产线并延长喷涂时间，可以在两个底漆喷涂区之间设置下述的干燥区，尽管这是大多数汽车生产商所不希望的。
此外，由于所期望的色彩强化和色彩有色透明底漆风格可以从第二底漆层得到而无需使用有色透明底漆，就不需要像图4所示的传统的底漆/有色透明涂层涂覆方法那样使汽车第二次通过涂覆工序。现在就可以避免汽车的两次处理和产品磨损。
涂覆第二底漆层后，本发明的方法优选包括一个第三步骤16，就是复合底漆层的干燥步骤，使至少一部分挥发性物质从液体涂层组合物中挥发，并使底漆固着在基体上。固着的意思是底漆不会被可能吹过底漆表面的气流干扰或随之波动(弯曲或起伏)。挥发物从底漆上的挥发或蒸发可以在露天进行，但优选是在如图2所示的强制干燥室(隧道)中进行，在强制干燥室中，热空气(40-100℃)或干燥空气以低速循环，以使空气污染减至最小。
这个步骤通常称为闪蒸干燥步骤。汽车车体被置于干燥室的入口处并在流水线上缓慢移动，其移动速率容许上述讨论的底漆层的挥发。汽车移动通过干燥室的速率部分取决于干燥室的长度和结构。总的来说，这个中间干燥步骤可以持续30秒到10分钟，尽管在通常的装配厂这个步骤为2-5分钟。
将汽车车身表面上形成的干燥底漆层充分干燥，使透明顶层能够被涂覆，以使该顶层的质量不会受到底漆层进一步干燥的不利影响。优选的，在施加在基体表面以后，干燥底漆层形成多层基本上未交联的薄膜，也就是，未被加热到足够高的能发生显著交联的温度从而在成膜聚合物和交联材料之间基本上没有化学反应。如果存在过多的水，在顶层干燥时，形成于底漆的水蒸气企图穿过顶层，顶层就可能破裂、起泡或爆破。
再参见图1和图2，本发明的方法含有一个继续步骤18，将液体或粉末透明无色顶层组合物涂覆在干燥的复合底漆层上。透明涂层可以用上述任意方法涂覆。对于液体透明涂层，在底漆层上用湿对湿的方法涂覆透明顶层已经成为惯例，尤其是在汽车工业，也就是说，无需烘焙或完全干燥底漆层就将顶层涂覆在底漆层上。如前所述，透明涂层优选涂覆在干燥过的底漆层上，优选短期闪蒸干燥。这通常仍称做湿对湿工艺，因为底漆层不是完全干燥或烘焙的。如果需要，在涂覆液相透明涂层以前可以烘干底漆层，尽管很少这么做。
涂覆透明涂层以后，本发明的方法优选还包括一个固化步骤20，其中将被涂覆过的基体加热一段预定的时间，从而同时固化底漆和透明涂层。固化步骤可以用热空气对流干燥法、红外线辐射法或两者结合。三层复合涂层组合物优选在100-150℃烘焙15-30分钟，以在基体上形成固化的三涂层面漆。这里的“固化的”是指涂层中的交联成份基本上交联。基本上交联是指，尽管至少大部分固化已经发生了，但随着时间推移，还会发生进一步固化。
本发明的方法还可以包括一个随后的冷却步骤(未示出)，以将汽车在制造过程中被进一步处理之前，将三涂层面漆冷却至环境温度。
干燥和固化的复合三涂层面漆的厚度一般为约40-150μm(1.5-6mils)，优选为60-100μm(2.5-4mils)。底漆层和透明涂层的厚度分别优选为约3.0-40μm(0.1-1.6mils)和25-75μm(1.0-3.0mils)。
本发明通过以下实施例进行举例说明。除非特别说明，所有的份数和百分含量都是按重量计的。
实施例1底漆的制备制备以下预混合料A.制备氧化铁黄色颜料分散体制备如下颜料料浆38.0g去离子水；1.0g丙烯酸微凝胶分散体(如专利US4403003的实施例4所描述的)；30.5g丁氧基乙醇；7.5g Cymel303(烷基化三聚氰胺甲醛树脂)；2.0g 10％的二甲基乙醇胺溶液；和1.0g Surfynol104(表面活性剂)。将上述组份混合在一起，再加入20.0g Bayferfox3910(黄色氧化铁)，将得到的料浆用Cowles桨叶预分散。然后将混合物放置在水平球磨中碾磨，直到达到所要求的小于0.5微米的颗粒尺寸。
B.制备氧化铁黄色颜料分散体制备如下颜料料浆7.0g去离子水；10.0g丙烯酸微凝胶分散体(如专利US4403003的实施例4所描述的)；10.0g丁氧基乙醇；7.0g Cymel303；0.5g 10％的二甲基乙醇胺溶液；和1.0g Surfynol104。将上述组份混合在一起，再加入40.0g Bayferrox130M(红色氧化铁)，将得到的料浆用Cowles桨叶预分散。然后将混合物放置在水平球磨中碾磨，直到达到所要求的小于0.5微米的颗粒尺寸，然后再通过加入稀释溶液来稳定，该稀释溶液含有10.0g丙烯酸微凝胶分散体(如上所述)和14.5g去离子水。
C.制备效应颜料浓缩物(Xirallic，薄片颜料)将15.0g丁氧基乙醇与10.0g去离子水混合，然后在搅动下加入17.0gXirallicRadiant Red SW。然后持续搅动此料浆，同时加入50.0g丙烯酸微凝胶分散体(如上面A.中所述)。搅动该混合物直到生成均一、光滑的料浆，最后加入0.3g 10％的二甲基乙醇胺溶液和7.7g去离子水。
D.制备效应颜料浓缩物(Iriodin，云母薄片)将15.0g丁氧基乙醇与10.0g去离子水混合，然后在搅动下加入17.0gIriodin9524SW。然后持续搅动此料浆，同时加入50.0g丙烯酸微凝胶分散体(如上面A.中所述)。搅动该混合物直到生成均一、光滑的料浆，最后加入0.3g 10％的二甲基乙醇胺溶液和7.7g去离子水。
E.制备Irgazin红色颜料分散体制备如下颜料料浆61.6g去离子水；5.0g丙烯酸微凝胶分散体(如专利US4403003的实施例4所描述的)；5.0g丁氧基乙醇；5.0g Cymel303；2.5g Solsperse20000(分散剂)；0.4g 10％的二甲基乙醇胺溶液；和1.0g Surfynol104。将上述组份混合在一起，再加入20.0gIrgazinRed DPP BO，将得到的料浆用Cowles桨叶预分散。然后将混合物放置在水平球磨中碾磨，直到达到所要求的小于0.5微米的颗粒尺寸。
F.制备Cinquasia绛红颜料分散体制备如下颜料料浆55.3g去离子水；10.0g丙烯酸微凝胶分散体(如专利US4403003的实施例4所描述的)；18.0g丁氧基乙醇；8.0g Cymel303；2.0g Solsperse20000；0.2g 10％的二甲基乙醇胺溶液；和0.5gSurfynol104。将上述组份混合在一起，再加入6.0g CinquasiaMagenta RV 6843，将得到的料浆用Cowles桨叶预分散。然后将混合物放置在水平球磨中碾磨，直到达到所要求的小于0.5微米的颗粒尺寸。
G.制备Paliogen红色颜料分散体制备如下颜料料浆46.3g去离子水；15.0g丙烯酸微凝胶分散体(如专利US4403003的实施例4所描述的)；20.0g丁氧基乙醇；8.0g Cymel303；2.0g Solsperse20000；0.2g 10％的二甲基乙醇胺溶液；和0.5gSurfynol104。将上述组份混合在一起，再加入8.0g PaliogenRedL 3885，将得到的料浆用Cowles桨叶预分散。然后将混合物放置在水平球磨中碾磨，直到达到所要求的小于0.5微米的颗粒尺寸。
H.制备Irgacolor黄色颜料分散体制备如下颜料料浆50.5g去离子水；5.0g丙烯酸微凝胶分散体(如专利US4403003的实施例4所描述的)；5.0g丁氧基乙醇；5.0g Cymel303；2.5g Solsperse20000；1.0g 10％的二甲基乙醇胺溶液；和1.0gSurfynol104。将上述组份混合在一起，再加入30.0g IrgacolorYellow 3 GLM，将得到的料浆用Cowles桨叶预分散。然后将混合物放置在水平球磨中碾磨，直到达到所要求的小于0.5微米的颗粒尺寸。
I.制备碳黑颜料分散体制备如下颜料料浆35.5g去离子水；10.0g丙烯酸微凝胶分散体(如专利US4403003的实施例4所描述的)；20.0g丁氧基乙醇；15.0g Cymel303；5.0g Solsperse20000；7.0g 10％的二甲基乙醇胺溶液；和0.5gSurfynol104。将上述组份混合在一起，再加入7.0g Carbon Black FW200，将得到的料浆用Cowles桨叶预分散。然后将混合物放置在水平球磨中碾磨，直到达到所要求的小于0.5微米的颗粒尺寸。
J.制备Cromophtal红色颜料分散体制备如下颜料料浆53.5g去离子水；5.0g丙烯酸微凝胶分散体(如专利US4403003的实施例4所描述的)；20.0g丁氧基乙醇；8.0g Cymel303；2.0g Solsperse20000；1.0g 10％的二甲基乙醇胺溶液；和0.5gSurfynol104。将上述组份混合在一起，再加入10.0g CromophtalRedA2B，将得到的料浆用Cowles桨叶预分散。然后将混合物放置在水平球磨中碾磨，直到达到所要求的小于0.5微米的颗粒尺寸。
K.制备流变基料通过混合和搅拌如下成份制备均一混合物47.5g丙烯酸微凝胶分散体(如上面A.中所述)；2.0g丁氧基乙醇；和0.5g Surfynol 104。然后用水平球磨在搅拌、均一化和分散作用下，加入50.0g 3％的LaponiteRD(层状硅酸盐)去离子水溶液。
实施例2制备水性红色效应色底漆层(第一底漆层)组合物通过将如下成份混合并持续搅动，制备水性红色效应色底漆层组合物1.A.所描述的丙烯酸微凝胶分散体，大于15.7份；1.I.所描述的黑色颜料分散体，大于1.6份；1.F.所描述的绛红颜料分散体，大于15.5份；1.G.所描述的红色颜料分散体，大于30.2份；Cymel303，1.7份；1.C.所描述的效应颜料浓缩物“C”(Xirallic)，大于15.3份；1.D.所描述的效应颜料浓缩物“D”(Iriodin)，大于8.1份；1.k.所描述的流变基料，大于9.0份；Surfynol104，1.0份。通过用适当的组合物进行调整达到所要求的粘度(剪切速率D＝1/秒时，粘度为2000-4000mPas)和pH值(pH值为8.2-8.8)，该组合物含有去离子水、10％n.v.预中和的Acrysol ASE 60去离子水溶液和10％二甲基乙醇胺去离子水溶液，这些组份的总含量约为1.9份。
实施例3制备水性红色纯色底漆层(第一底漆层)组合物通过将如下成份混合并持续搅动，制备水性红色纯色底漆层组合物1.A.所描述的丙烯酸微凝胶分散体，大于36.5份；1.E.所描述的红色颜料分散体，大于22.8份；1.J，所描述的红色颜料分散体，大于11.4份；1.H.所描述的黄色颜料分散体，大于5.3份；1.B.所描述的红色颜料分散体，大于3.4份；1.A.所描述的黄色颜料分散体，大于2.3份；Cymel303，5.3份；1.K.所描述的流变基料，大于9.2份；Surfynol104，1.8份。通过用适当的组合物进行调整达到所要求的粘度(剪切速率D＝1/秒时，粘度为2000-4000mPas)和pH值(pH值为8.2-8.8)，该组合物含有去离子水、10％n.v.预中和的Acrysol ASE 60去离子水溶液和10％二甲基乙醇胺去离子水溶液，这些组份的总含量约为2.0份。
实施例4制备水性透明红色底漆层(第二底漆层)组合物通过将如下成份混合并持续搅动，制备水性透明红色底漆层组合物1.A.所描述的丙烯酸微凝胶分散体，大于38.9份；1.G.所描述的红色颜料分散体，大于5.1份；Cymel303，5.8份；1.K.所描述的流变基料，大于11.0份；丁氧基乙醇，6.1份；Surfynol104，1.0份。通过用适当的组合物进行调整达到所要求的粘度(剪切速率D＝1/秒时，粘度为2000-4000mPas)和pH值(pH值为8.2-8.8)，该组合物含有去离子水、10％n.v.预中和的Acrysol ASE 60去离子水溶液和10％二甲基乙醇胺去离子水溶液，这些组份的总含量约为32.1份。
实施例5溶剂性透明涂层实施例用的透明涂层组合物为碰撞烘干透明涂层，可以购于DuPont Performance Coatings(Standox)，Christbusch 25，D-42285Wuppertal/德国，详情如下Standocryl 2K-HS Klarlack，020-82497(在美国，代码为Standox HS Clear 14580)，用Standox 2K HaerterHS 15-25，020-82403以2∶1的比率激活。
实施例6两层不同底漆层和透明涂层的涂覆(湿对湿对湿)用标准汽车预处理和涂覆系统加工和制备标准汽车金属车门，直到底层涂层/表面涂料层。然后用标准连续底漆/透明涂层汽车涂覆生产线涂覆，连续生产线的移动速度为约4m/min，其中用静电料钟喷涂第一底漆层(分别为效应色或纯色，如前面实施例2和3所描述的)，流速为120cc/min。在环境条件(即22℃、60％r.h.)下2分钟之后，然后通过自动气压雾化设备在第一底漆层(效应色或纯色)上涂覆第二底漆层(如前面实施例4所述)，湿对湿，流速为520cc/min。然后在一个干燥隧道内进行约5分钟的标准强制干燥，干燥温度为60℃，然后在常规汽车生产线上静电喷涂一种市售透明涂层(例如，一种2K异氰酸酯溶剂基透明涂层，Standox HS Clear 14580，购于杜邦公司)，然后将整个系统以10分钟/120℃的条件烘干。薄膜构造如下第一底漆层10-12微米(效应和纯色的各自厚度)第二底漆层7-10微米透明涂层40-45微米该系统具有非常好的不渗透性，没有观察到流挂、涂层裂纹或任何其它缺陷。最后得到的涂层的外观和总体质量可以比得上在汽车喷涂线上生产的常规汽车的色彩。该方法实现了颜色效应，其模仿出到目前为止只有有色透明涂层才具有的外观和饱和度。这种方法不会影响最终涂层系统的外观和机械性能。并且，与有色透明涂层不同，耐候性(也就是，Florida或加速耐候性)对于颜料选择不是不利影响。
随后在多种实施条件下(第一层涂层的流速为70-160cc/min；第二层涂层流速为400-600cc/min；闪蒸干燥1-5分钟；环境条件)的工作证实了上述结果，并为该系统展示了广泛的应用窗口，由此得到的涂层具有与以上描述的同样优秀的品质。
权利要求
1.一种在汽车基体上涂覆三涂层面漆以获得高饱和色彩的外观的方法，包括(a)在汽车基体表面涂覆第一层纯色或效应色底漆层组合物；(b)然后再涂覆与第一层不同的第二层透明或半透明底漆层组合物；(c)对复合底漆层实施中间干燥步骤；(d)在上述底漆层上涂覆无色透明涂层组合物；并且(e)将上述三涂层面漆单次烘干固化。
2.如权利要求1所述的方法，其中第二层透明或半透明底漆层不含薄片颜料。
3.如权利要求1所述的方法，其中第二层透明或半透明底漆层与第一底漆层颜色不同。
4.如权利要求1所述的方法，其中第二层透明或半透明底漆层是无颜料的。
5.如权利要求1所述的方法，其中第二层透明或半透明底漆层与第一底漆层处于相同颜色区域。
6.如权利要求1所述的方法，其中第二层透明或半透明底漆层与第一底漆层处于不同颜色区域。
7.如权利要求1所述的方法，其中第一底漆层具有或没有薄片或其它效应颜料。
8.如权利要求1所述的方法，其中喷涂生产线为模块式系统或连续在线系统。
9.如权利要求1所述的方法，其中第一和第二底漆层为水性底漆层。
10.如权利要求1所述的方法，其中第一和第二底漆层为溶剂性底漆层。
11.如权利要求1所述的方法，其中透明涂层含有三聚氰胺和多羟基化合物系统；多羟基化合物和异氰酸酯系统；三聚氰胺、多羟基化合物和硅烷系统；或环氧酸系统。
12.如权利要求1所述的方法，其中透明涂层为溶剂性、水性或粉末涂层。
13.如权利要求1所述的方法，其中第一底漆层具有遮盖力。
14.如权利要求1所述的方法，其中将第一底漆层与第二底漆层彼此覆盖涂覆而没有中间干燥步骤。
15.如权利要求1所述的方法，其中该方法在一个连续移动的在线汽车涂布生产线上单次“湿对湿对湿”地进行。
16.一种不使用有色透明底漆，而是用三涂层面漆涂覆汽车基体，以获得高饱和色彩的外观的方法，包括(a)在汽车基体表面涂覆第一层水性底漆层组合物；(b)然后再涂覆与第一层不同的不含薄片颜料的第二层透明水性底漆层组合物来替代有色透明涂层；(c)对复合底漆层实施中间干燥步骤；(d)在上述底漆层上涂覆无色透明涂层组合物；并且(e)最后将这三层面漆烘干固化。
17.一种用权利要求1或16的方法涂覆了三涂层面漆的汽车基体。
全文摘要
用多层三涂层面漆涂覆机动车辆的方法和所用的材料，其获得高色彩饱和度，具有极好的色泽深度和魅力，且不影响其耐候性。该方法消除了有色透明涂层的使用及其相关问题。
文档编号B05D7/14GK1675002SQ03819232
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·杜特 申请人:纳幕尔杜邦公司