调整搅拌机构参数同时的涂料组合物制备的制作方法

本发明涉及一种制备可用于汽车工业的涂料组合物或其前体的方法,所述方法包括至少步骤(1)，即在使用重量计量系统时借助至少一个计量阀将制备涂料组合物或其前体所需的所有组分称入适用于称量它们的容器中，称入所述容器的组分在进行步骤(1)的全程中借助搅拌机构混合并在所述容器内进行根据由混合产生的涡流不断调整搅拌机构的旋转速度和/或周向速度，借助摄像机光学检测所述涡流。

现有技术

现今，可用于汽车工业的涂料组合物在(大)工业规模下使用合适的计量系统制备，但其迄今通常还没有自动化。

原因是必须在搅拌的同时加入用于制备此类组合物的各个组分。在许多这样的涂料组合物，例如水性漆的制备中，由于在计量过程中发生的粘度变化，需要连续混合用于制备的组分，特别是每当既使用亲水组分又使用疏水组分时。否则在最坏的情况下，个别组分可能在它们加入时损失，例如在将亲水组分混入疏水混合物时。因此不仅在加入所有组分后需要借助搅拌进行连续混合，而且在它们每次加入时都需要，从而在加入组分，即计量时确保或保持所得混合物(如液体)的表面上的所需流型。表面上的这种所需流型被描述为涡流，并且也在文献中和对本领域技术人员而言以甜甜圈效应(donuteffect)的概念为人所知。

用于制备涂料组合物的工业计量系统通常基于重量分析程序，即通过测定要制备的组合物的重量进行组分的计量。但这方面的问题在于，在这种重量计量的情况下，通常至少不可能在加入各个组分时全程借助搅拌进行混合。特别地，由于搅拌流及其对称重的组分的干扰效应，在各个组分的精细重量计量过程中通常不可能搅拌，否则会在加入它们时发生计量错误。因此，至少在精细计量过程中，也就是计量的最后阶段必须暂停搅拌，直至实现所需重量添加，但是由于上文已经描述的原因，这是不利的，特别确切地说，无论何时制备水性漆，例如水性漆的制备仅在实验室如研究和开发实验室内或在小规模生产过程中以1至1000kg的较小规模进行。

如果要避免在组分添加过程中的计量中断，具体目标配制剂的各具体配方的相关工艺参数(尤其包括考虑所用的组分数、它们的量和它们的添加顺序)必须在搅拌同时的计量过程中预先获知，并对各个配方确定，以确保在计量过程中的合适搅拌和充分的流型。这样的工艺参数是例如，搅拌器在计量到其中的容器内的高度。其它特别相关的工艺参数是所用搅拌机构的旋转速度和/或周向速度的选择。在计量期间，例如，这些参数通常取决于填充料位，特别取决于为了制备目标配制剂而计量到其中的容器内的混合物的粘度。

但是，这种程序的一个缺点在于，对于具体目标配制剂的各具体配方，必须预先获知相关工艺参数，如旋转速度和周向速度的上述参数，因此必须在每种情况下人工实验测定，这需要花费大量时间和工作并且也限制了工艺工程自动化的期望目标。另一方面，在计量期间不可能(再)改变旋转速度和周向速度，以致例如，如果分别预先确定的工艺参数在生产过程中终究证实不合适，不可能对这些参数的所需降低或提高作出响应。但是由于原材料批次内的波动或温度影响(夏季、冬季操作)，在实践中经常要在生产过程中调整这些参数。

因此需要一种制备涂料组合物或其前体的方法，其可借助其制备所需的组分的重量计量进行，但同时允许在制备中始终不间断混合，包括在各个组分的计量过程中，并且甚至在计量期间也确保在改变用于混合的搅拌机构的相关搅拌参数方面的足够灵活性，在每种情况下没有冒着发生计量误差的风险。同时，该方法也意在从工作安全的角度满足工业中遇到的要求。

问题

本发明解决的一个问题因此是提供一种制备涂料组合物或其前体的方法，其借助其制备所需的组分的重量计量进行并且甚至在计量过程中也允许各个组分的不间断混合，因此没有常规方法的任何缺点，特别是甚至在计量期间也确保在改变用于混合的搅拌机构的相关搅拌参数方面的足够灵活性，而没有冒着发生计量误差的风险。还意在实现制备中的尽可能高度自动化。本发明解决的一个问题特别在于提供使得水性漆的制备成为可能的这样的方法，确切地说特别是在大规模工业生产中。

解决方案

通过专利权利要求书中要求保护的主题以及在下列说明书中描述的这些主题的优选实施方案解决这一问题。

本发明的第一个主题因此是一种制备可用于汽车工业的涂料组合物或其前体的方法，所述方法包括至少步骤(1)，即

(1)在使用重量计量系统时借助至少一个计量阀将制备涂料组合物或其前体所需的所有组分称入适用于称量它们的容器中，

其中称入所述容器的组分在进行步骤(1)的全程中借助搅拌机构混合并在所述容器内进行根据由混合产生的涡流不断调整搅拌机构的旋转速度和/或周向速度，借助摄像机光学检测所述涡流。

已经令人惊讶地发现，根据本发明的方法可借助使用的所有组分的重量计量进行并仍允许在制备中，包括在计量过程中始终不间断混合各个组分。

还已经令人惊讶地发现，借助根据本发明的方法，有可能通过容器内的搅拌机构的旋转速度和/或周向速度的不断调整对在计量过程中可能发生的粘度变化和/或填充料位的变化作出响应，特别是当同时使用亲水和疏水组分时，例如在水性漆的制备中。在所用搅拌机构的搅拌体的位置(在从容器底部开始计算的搅拌体在容器内的高度的意义上)恒定的情况下，根据各自的填充料位和容器内的混合物的各自粘度，在液体表面可见的容器中的流型(涡流)改变。已经令人惊讶地发现，再根据这种涡流，可在根据本发明的方法内进行搅拌机构的旋转速度和/或周向速度的不断调整以确保在该方法的步骤(1)的整个过程中保持恒定涡流。在这种情况下通过称入容器中的组分的量和数目预先确定各自的填充料位。根据本发明的方法因此令人惊讶地有可能保持用于制备的容器内的恒定涡流，这是所有组分的最佳混合所需要的，特别不需要对所用搅拌机构的搅拌体的高度进行任何调整。

进行该方法的这种方式的进一步令人惊讶的优点源于有可能实现更短的制备时间，因为在计量前不需要实验测定和明确搅拌机构的最佳旋转速度和/或周向速度。除上文已提到的在制备方法或制成的组合物或其前体的品质方面的优点外，由于该方法的实施方式更经济，在盈利性方面也带来优点。

此外，该制备方法在操作时的安全性提高方面也有令人惊讶的优点，因为借助根据本发明的方法，特别是容器内的搅拌机构的旋转速度和/或周向速度的不断调整，有可能避免所谓暴露出搅拌体的操作。在通过在容器中混合所有组分的制备方法的情况下，这被理解为是指搅拌体没有完全被要搅拌的介质润湿并因此至少部分在容器的填充料位之上的状态。尤其从在有爆炸危险的区域中操作的角度看，可能出现各种潜在危险。在此举例提到，由于引发不允许的振动(机械着火源)而使搅拌轴可能断裂、不再提供放电、不受控的喷射、可能涉及不想要的着火源润湿、不想要的易燃液体雾化和与此相关地，加剧形成更多的有爆炸危险的区域和有可能形成着火源。由于在进行本发明的方法的步骤(1)的全程中进行容器内的搅拌机构的旋转速度和/或周向速度的不断调整，借助本发明的方法可防止这一点。

详述

根据本发明的方法

根据本发明的方法是一种制备可用于汽车工业的涂料组合物或其前体的方法。通过这种方法可制备可用于oem生产线涂装的涂料组合物和可用于修补涂装的涂料组合物。这同样适用于相应的前体。

优选地，根据本发明的方法用于汽车工业可用的涂料组合物或其前体的大规模技术生产或小规模生产，因为在此根据涡流不断调整容器内的搅拌机构的旋转速度和/或周向速度是特别合意的。但是，原则上，也有可能在实验室，如研究和开发实验室内使用根据本发明的方法。

可用于汽车工业的涂料组合物是例如电沉积漆、底漆(primers)、填充剂(fillers)、底色漆(basecoats)，特别是水性漆，面漆(topcoats)，包括清漆(clearcoats)，特别是溶剂型清漆。特别优选的是水性漆的制备。

术语底色漆是本领域技术人员已知的并定义在例如lexikon,lackeunddruckfarben[coatingsandprintinginks],georgthiemeverlag,1998,第10版,第57页中。底色漆因此应被理解为特别是指在汽车涂装中和一般在工业涂装中使用的提供颜色和/或提供颜色和光学效果的中间涂层物质。这通常施加在已用填充剂或底漆预处理的金属或塑料基底上，包括也直接施加在塑料基底上。可能必须预处理(例如通过打磨)的已有漆面也可能充当基底。现在相当常见的是施加多于一层底色漆。相应地，在这样的情况下，第一层底色漆是第二层底色漆的基底。为了保护底色漆特别免受环境影响，也在其上施加至少一层附加清漆。水性漆(water-basedpaint)是一种水性底色漆，其中基于水性漆内的水和有机溶剂的总重量(重量％)计，水的比例大于有机溶剂的比例。

可用于汽车工业的涂料组合物的前体优选是颜料浆和/或填充剂膏。术语颜料浆在这种情况下包括着色颜料浆(colorpigmentpastes)和效果颜料浆(effectpigmentpastes)。前体也包含可用于制备这样的涂料组合物，特别是底色漆，如水性漆的(临时)半成品，例如基料(binder)和/或添加剂混合物。术语颜料浆是本领域技术人员已知的并定义在例如lexikon,lackeunddruckfarben,georgthiemeverlag,1998,第10版,第452页中：颜料浆是颜料混合物在载体材料如聚合物中的制品，其中包含的颜料浓度高于后续应用的相应浓度。颜料浆的后续应用通常是涂料组合物，如底色漆的制备。颜料浆可因此与涂料组合物如底色漆的区别在于其只是用于制备这种涂料组合物的前体。颜料浆本身因此自己不能用作底色漆。在颜料浆中，颜料与聚合物的相对重量比通常大于在该浆料最终用于制备的涂料中的。除载体材料如聚合物(也称为浆基料)和颜料外，在颜料浆中通常也存在水和/或有机溶剂。在颜料浆中也可使用各种添加剂，如润湿剂和/或增稠剂。效果颜料浆是含有至少一种效果颜料作为颜料的颜料浆。本领域技术人员熟悉术语效果颜料。相应的定义可见于例如lexikon,lackeunddruckfarben,georgthiemeverlag,1998,第10版,第176和471页。在din55943(日期:2001年10月)中给出笼统的颜料定义及其进一步的详细说明。效果颜料优选是提供视觉效果，或颜色和视觉效果，特别是提供视觉效果的颜料。术语“提供视觉效果和颜色效果的颜料”、“提供视觉效果的颜料”和“效果颜料”因此优选可互换。

根据本发明的方法是一种制备可用于汽车工业的涂料组合物或其前体的方法。其包含至少步骤(1)，但仍可包括进一步任选的步骤。

根据本发明的方法的步骤(1)

步骤(1)提供在使用重量计量系统时借助至少一个计量阀将制备涂料组合物或其前体所需的所有组分称入适用于称量它们的容器中，称入所述容器的组分在进行步骤(1)的全程中借助搅拌机构混合并在进行步骤(1)的全程中根据在所述容器内由混合产生的涡流不断调整搅拌机构的旋转速度和/或周向速度，借助摄像机光学检测所述涡流。

优选使用溶液或分散体作为相应的组分。

根据本发明的方法的步骤(1)的称量是一种计量形式。这根据步骤(1)使用重量计量系统进行。优选地，根据本发明的整个方法都借助重量计量系统进行。

旋转速度可优选借助方程v＝π.d.n转换成周向速度v，其中d对应于搅拌机构的搅拌体的直径且n对应于搅拌机构的旋转速度。反过来，可将周向速度v相应地转换成旋转速度n。

在根据本发明的方法的步骤(1)内，借助摄像机，优选借助数字摄像机光学检测在容器内产生的涡流。优选地，通过涡流的光学检测生成可数字评估的光学数据。优选地，在进行步骤(1)的全程中定期进行涡流的光学检测。优选地，在这种情况下借助摄像机记录涡流的图像，优选每秒50个图像至每秒500个图像。

借助摄像机，在这种情况下优选记录并优选储存涡流的图像，并入数据库，如电子数据库，例如在线数据库中。

术语涡流是搅拌和混合技术领域的技术人员熟悉的。其被理解为是指由搅拌机构在混合的混合物的表面上，如在相应的液体表面上生成的流型。涡流取决于各自的填充料位和容器内的混合物的各自粘度。为了确保在计量全程的良好混合，需要或最好甚至在不断改变的填充料位和/或不断改变的粘度下也保持恒定涡流。

在根据本发明的方法的步骤(1)内通过借助摄像机光学检测涡流和优选数字评估由此获得的光学数据而根据在容器内由混合产生的涡流进行搅拌机构的旋转速度和/或周向速度的不断调整。数字评估在这种情况下优选包括所得涡流的光学数据与数据库中包含的光学对比数据的比较。

在这种情况下，优选对搅拌涡流的记录图像与数据库中包含的搅拌涡流的对比图像(其优选就容器的各自填充料位和位于容器中的混合物的各自粘度而言代表最佳涡流)作出比较。作出的比较随后允许在进行根据本发明的方法的步骤(1)的同时就容器中存在的组分的混合优化容器内存在的涡流，其通过根据容器内的涡流的光学图像不断调整搅拌机构的旋转速度和/或周向速度进行。数据库中包含的涡流的对比图像(其优选就容器内的各自条件，特别例如填充料位和/或粘度而言代表最佳涡流)因此优选在数据库内与关于最佳混合所需的所用搅拌机构的旋转速度和/或周向速度的信息项相连接。在此基础上，随后可作出比较并因此可不断自动调整搅拌机构的旋转速度和/或周向速度。

根据容器内的涡流不断调整搅拌机构的旋转速度和/或周向速度优选代表当前旋转速度和/或周向速度的降低或提高，优选直至实现符合数据库中的相应涡流参考图像(所需涡流图像)的各自目标涡流。

优选地，独立于容器内的填充料位和/或位于容器中的混合物的粘度，在进行步骤(1)的过程中在容器内保持恒定涡流。

优选地，以自动化方式进行搅拌机构的旋转速度和/或周向速度的不断调整。优选地，借助软件支持实现自动化。

优选地，借助软件支持进行步骤(1)的实施。因此实现根据本发明的方法的步骤(1)的自动化。

在进行步骤(1)的全程中始终借助搅拌机构混合称入容器的组分。优选地，搅拌机构可由操作人员激活、控制和/或由发动机，如电动机操作。优选地，搅拌机构包含搅拌轴，其上连着至少一个搅拌体。可使用所有类型的搅拌体。优选地，搅拌体选自螺旋桨、倾斜叶片(angledblades)、圆盘、斜盘、空心叶片、叶轮、横杆、锚、桨叶、栅格(grids)和齿盘以及lenart圆盘。搅拌体在这种情况下可附着于搅拌轴。搅拌机构优选能有高达1500rpm的最高旋转速度(toprotationalspeed)。搅拌机构优选在高度上可调节，特别是作为搅拌机构的一部分的搅拌轴在高度上可调节以确保根据容器内的各自填充料位不断调整搅拌机构的旋转速度和/或周向速度。但是这不是绝对必要的，因为根据涡流不断调整搅拌机构的旋转速度和/或周向速度已足以进行根据本发明的方法的步骤(1)。

优选地，在进行步骤(1)的全程中定位所用搅拌机构的搅拌体以确保最佳涡流和/或最佳混合。但是独立与此，搅拌体必须优选至少以按降低程度(lowerlevel)us计的一定值(作为百分比或绝对值)定位。

在从容器底部开始以[mm]测得的容器内的填充料位fs(fillinglevelfs)和从容器底部开始以[mm]测得的搅拌体在容器内的高度rh之间存在下列关系：

rh＝fs·x

x在此是指多大比例的搅拌体(作为百分比)位于填充料位fs下方的％指示。

为了有可能借助搅拌体进行混合，其必须距容器底部有一定的最小距离以允许搅拌。rh,min在此是指搅拌体在混合过程中相对于容器底部的可能最深距离。

已知距容器底部以[mm]测得的容器内的填充料位fs和搅拌体在容器内的高度rh，可根据下列方程计算所谓的降低程度(lowerlevel)us：

us＝fs-rh

降低程度(lowerlevel)us在此是填充料位fs与搅拌体的高度rh的距离。

考虑到rh＝fs·x，可因此根据下列方程测定降低程度(lowerlevel)us：

us＝fs-rh＝fs-(fs·x)

x，即搅拌体在填充料位fs下方的％比例可随后计算为

x＝1-us/fs.

借助根据公式x＝1-us/fs的值x或降低程度(lowerlevel)us的一些相对规范，因此可在进行步骤(1)的同时控制搅拌体在容器内的高度rh。例如，有可能在计量开始时最初选择降低程度(lowerlevel)us＝0mm并在进行步骤(1)的过程中以自动化方式从达到us≠0，例如us＝30mm的降低程度(lowerlevel)时才开始进行根据填充料位fs的rh调整。

上述关系显示在图1中。

例如，从图2内的下方图显而易见，为了最佳计量-搅拌涡流(加入组分时的涡流)(在图2中在每种情况下在左边的较短条柱)，搅拌体的高度(rh)应该尽可能接近液体料位fs(在图2中在每种情况下在右边的较长条柱)，但出于操作安全的原因(暴露出搅拌体的操作)必须始终具有一定的裕度(降低程度(lowerlevel)值us)(us＝fs-rh)。将这与在液体料位fs的大约50％附近的最佳位置比较，以确保最佳混合，这例如从图2内的上方图显而易见。

特别地，搅拌体在进行步骤(1)时全程完全位于填充料位以下(合理性检查：x必须始终<100％)。因此，可防止暴露出搅拌体的操作。优选地，这在步骤(1)内检查，特别是如果步骤(1)以自动化方式进行，例如借助软件支持，以使步骤(1)的进行只有在搅拌体位于当前填充料位以下时才能开始或继续。

优选地，在进行步骤(1)的全程中测定所用容器和已称入其中的组分的重量。优选在进行步骤(1)之前已知所用的优选空容器的重量。优选在进行步骤(1)的过程中一直测定所用容器和已称入其中的组分的重量，即在进行步骤(1)之前为空容器的情况下，容器的空重和已称入其中的组分的重量之和。

优选地，所用容器具有在进行步骤(1)之前测定并因此已知的空重。容器的重量在这种情况下可在进行步骤(1)之前借助秤，如电子秤测定，或在开始根据步骤(1)称量之前借助所用的重量计量系统测定。如果容器在进行步骤(1)之前是空的(这是优选情况)，由此测定的重量相当于容器的空重。

根据本发明使用的容器的内部空间的体积优选同样已知。在这种情况下，容器的内部空间的体积是预先确定的体积，其可基于容器的内部空间的几何(即宽度、高度、长度、半径和/或直径)计算，并因此已知。

优选地，根据本发明使用的容器在其外侧具有可扫描的电子可读标签，如条形码。该标签优选含有至少关于容器的空重和/或关于所用容器的内部空间的几何和/或内部空间的体积的信息项。在这种情况下，根据本发明的方法可包含进一步的任选步骤(0)，其包括电子阅读容器标签。随后可基于这种/这些电子阅读的信息项进行根据本发明的方法的步骤(1)，特别是如果借助软件支持进行步骤(1)，特别是根据容器内的涡流不断调整搅拌机构的旋转速度和/或周向速度，从而使其有可能以自动化方式进行。

优选地，借助软件支持进行步骤(1)，特别是根据容器内的涡流不断调整搅拌机构的旋转速度和/或周向速度。

优选地，以自动化方式进行步骤(1)。

优选地，根据步骤(1)的称量基于目标配制剂的配方进行，目标配制剂的配方电子创建在数据库内或从现有数据库，优选在线数据库获取，并对应于要制备的涂料组合物或其前体。目标配制剂的配方特别包含制备目标配制剂所需的组分的类型、数目和量，以及它们的添加顺序。

目标配制剂的配方可包括关于目标配制剂的制备的附加信息项，例如一般适用的和生产特异性的和实用的参数。

优选地，可施加到容器外侧并扫描的电子可读标签，如条形码也含有目标配制剂的配方。

实施例和对比例

下列实施例用于解释本发明，但不应被解释为限制。特别解释了如何进行根据容器内的各自填充料位不断调整搅拌体的位置。

在搅拌体在容器中的液柱中的水平位置恒定(搅拌器的高度rh＝恒定)下，意图自动响应粘度的变化和/或填充料位的提高。在恒定的旋转速度或周向速度下，填充料位的提高(在恒定或同样不断提高的粘度下)从某一点开始导致涡流的破裂，即在表面处不再有任何旋涡(涡流)。临界条件(例如亲水vs.疏水组分)会导致几乎不动的表面流。这可借助根据本发明的方法防止，因为不断记录和处理涡流的图像。如果涡流变弱，这从甜甜圈形式(donutform)的减少显而易见。在甜甜圈形式的中心可见的搅拌体的中心在最佳或至少充分涡流的情况下被液体覆盖。基于数据库和存储的控制逻辑，可相应地提高旋转速度直至甜甜圈形式再尽可能最佳地变显著。如果涡流太显著(例如由于粘度的极大降低和/或过度旋转速度)，也就是说甜甜圈形式太极端显著并且搅拌体的太大表面积变得可见，降低旋转速度。在这种程度上，可借助摄像机信号及其检测、评估和用于旋转速度的自动化调整来防止暴露出搅拌体的操作。以相同方式，原则上可另外基于信号相应地自动调整搅拌器的高度。