通过湿法颜色测量来预测涂料组合物中粗大薄片的量的装置制造方法

文档序号:6214195
通过湿法颜色测量来预测涂料组合物中粗大薄片的量的装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于预测存在于涂料组合物中诸如汽车OEM漆或修补漆中的粗大薄片诸如金属铝薄片的量的装置。所述装置包括通过使用本发明的动态色预测装置来测量施加于测试基材上的涂料组合物层的动态色。用添加到组合物的不同量的一种或多种的不同类型的粗大薄片重复该过程,在图表上绘制存在于涂料组合物中的粗大薄片的动态色与量,然后通过使用曲线拟合方程,获得薄片量的预测曲线。通过测量目标涂料组合物的潮湿层的动态色,则可通过使用薄片量预测曲线预测存在于目标涂料组合物中的粗大薄片的量。该装置最适于在诸如汽车OEM漆和修补漆的涂料组合物的制备过程中使用。
【专利说明】通过湿法颜色测量来预测涂料组合物中粗大薄片的量的装

【技术领域】
[0001] 本发明涉及预测分布于涂层中的粗大薄片的量的装置,所述涂层由施加于基材上 的一层涂料组合物而形成,其中所述涂料组合物中包含粗大薄片和细小薄片的组合。该装 置更具体地涉及一种质量保证过程,其以基于实时的方式在形成的汽车OEM漆(原厂漆) 和修补漆正被制备时预测分布于该涂层中的粗大薄片的量。

【背景技术】
[0002] 通常在制备涂料组合物诸如包含薄片的汽车OEM漆或修补漆的过程中,不时地取 得正被制备的这种涂料组合物的试样,作为具有所需厚度的层施加在测试基材上,其干燥 和/或固化成涂层,且经过动态色(flop)测量来检查粗大薄片在涂层中的分布。然后调节 工艺参数并重复前述的测试程序,直到经过调节的涂料组合物符合所需的粗大薄片分布要 求。
[0003] 上述测试程序不仅耗时和繁琐,而且还导致制备过程的频繁中断。其结果是,会不 利地影响所得到的涂料组合物批次间的质量。因此,需要研发一种装置,所述装置可在形成 涂层的涂料组合物正被制备时预测粗大薄片在涂层中的分布,这样可容易地以基于实时的 方式来调节制备过程以便获得所需的薄片分布。


【发明内容】
本发明涉及用于预测在目标涂料组合物中粗大薄片的量的薄片预测装置,其包括: (a) 安装于驱动器上的测试基材,所述驱动器安装于支撑框架上; (b) 容器,其邻近所述测试基材定位,以使得被倒入所述容器中时,\涂料组合物能够 通过设置于所述容器上的开口而被分配成在所述基材的表面上的厚度大致均匀的U层,\ 涂料组合物包括100重量份涂料匕重量份的所述粗大薄片; (c) 光学测量机构,其用于以预设入射角度将预设强度的光束从光源投射到所述U层 上; (d) 光学测量仪器,其用于在预设反射角度处测量从所述U层所反射的所述光束的仏 动态色; (e) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得计算机将所述U层的所述仏动 态色存储于计算机的计算机可用存储介质内; (f) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得所述计算机存储U至Ln层的& 至Bn动态色,所述U至L n层分别由Si至Sn涂料组合物形成,所述Si至Sn涂料组合物分别 包括基于100重量份涂料组合物的匕至F n重量份的所述粗大薄片,其中η的范围是从1到 100 ; (g) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得所述计算机在图表上定位交点, 在该交点处位于所述图表的X轴上的所述U至L n层的所述仏至Bn动态色与位于所述图表 的Y轴上的所述粗大薄片的所述匕至Fn重量份相交; (h) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得所述计算机利用曲线拟合方程 来在所述图表上生成薄片量预测曲线; (i) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得所述计算机存储目标涂料组合 物的所述厚度大致均匀的LT层的Β τ动态色,其中所述Βτ动态色通过以所述预设强度且以 所述预设入射角度从所述光源投射所述光束而获得,所述目标涂料组合物进一步包括所述 粗大薄片; (j) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得所述计算机在所述图表的X轴 上定位所述LT层的所述Β τ动态色; (k) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得所述计算机在所述薄片量预测 曲线上定位其与所述图表的X轴上的所述Βτ动态色相交的交点; (l) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得所述计算机通过在所述图表的 Y轴上定位Υτ来预测包含于所述目标组合物中的所述粗大薄片的量,所述Υτ与所述薄片量 预测曲线与所述图表的X轴上的所述Β τ相交的所述交点相交;以及 (m) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得所述计算机显示或打印包含于 所述目标组合物中的所述粗大薄片的所述预测量Υ τ。

【专利附图】

【附图说明】
[0004] 图1和图2大致示出本发明的薄片量预测装置的实施方式之一。
[0005] 图3大致示出通过本发明的薄片量预测装置所生成的薄片量预测曲线。

【具体实施方式】
[0006] 如本文所定义的那样:
[0007] "薄片"是指在表现出动态色的涂料组合物中使用的常规薄片,诸如常规的云母薄 片、金属薄片(诸如铝薄片)、有机薄片或它们的组合。铝薄片是优选的。
[0008] "涂料组合物"是指下述涂料组合物,其包含粗大薄片和细小薄片的混合物,所述 薄片将有光泽的外观(即动态色)提供给施加于基材(诸如汽车车身、保险杠或挡泥板)上 的涂料组合物。"动态色"是指薄片诸如金属铝薄片随着视角的变化而在明度或亮度上的视 觉变化,视角的变化即从90度变化到180度。从明到暗外观的视觉变化越大,则动态色越 好。动态色突出了汽车的直线和曲线;因此,获得涂层的该受欢迎的外观是非常重要的。通 常使用包含金属薄片、诸如铝薄片的汽车涂料组合物来获得特别受欢迎的闪光的有光泽的 外观。粗大薄片在涂料组合物中的量越大,则由其形成的涂层的动态色将越大,反之亦然。 然而,如果将粗大薄片和细小薄片混合物中的粗大薄片的量增加得过多以及将粗大薄片和 细小薄片混合物中的细小薄片的量降低得过多,即,大部分的粗大薄片和非常少的细小薄 片,则由此形成的涂层的涂覆性能将受到不利影响,诸如涂层遮盖力的损失,缩孔的程度增 力口,橘皮的程度增加等。通过在金属涂料组合物中控制在粗大薄片和细小薄片混合物中的 粗大薄片的量可将前述对涂覆性能的不利影响最小化。包括在涂料组合物的薄片混合物中 的粗大薄片的尺寸的范围可为25微米到2000微米,优选为25微米到500微米,更优选为 25微米到100微米。包括在涂料组合物的薄片混合物中的细小薄片的尺寸的范围可为1微 米到20微米,优选为5微米到20微米。在典型的涂料组合物加工过程中,将涂料组合物的 各种组分诸如颜料、薄片、粘合剂聚合物、溶剂等进行混合,且有时在球磨机中进行研磨。作 为这种研磨或混合过程的结果,粗大薄片的尺寸可被减小。在这种制备过程后仍存在的粗 大薄片的量因此变得难以预测。因此,通过确定在正被制备的涂料组合物中存在的粗大薄 片的量,在制备过程中可以实时地调节工艺参数,以便最终获得包含所需量粗大薄片的涂 料组合物。
[0009] 当直接测量时,处于其潮湿状态的涂料组合物的层的动态色可与该层干燥和/或 固化成涂层时形成的动态色相关联。然而,由于涂料组合物的潮湿层的光学特性由于溶剂 从潮湿层蒸发和/或潮湿层的交联而连续地发生变化,因此非常难于将这种潮湿的光学特 性测量值与由该层干燥和/或固化为涂层而形成的涂层的动态色相关联。本发明的过程与 装置提供获得前述关联性的解决方案。
[0010] 适于本发明的动态色预测装置包括图1和图2中所示的装置1。装置1包括测试 基材2,其优选为圆盘形,由驱动器4 (诸如电动马达)使其旋转,驱动器定位在支撑框架6 上。安装到驱动器4的轴上的测试基材2可定位在水平或垂直位置。图1和图2中所示的 装置2的测试基材2优选是垂直定位。测试基材2可由任何合适的材料(诸如钢、塑料或 铝)制成。测试基材2的表面优选具有例如与汽车车身或汽车保险杠相同程度的平滑度, 使得所得到的结果接近在类似的漆应用条件下所获得的那些结果。
[0011] 如图1中所示,装置1设有邻近测试基材2定位的容器8。容器8设有开口 10,优 选是狭缝(slot),当将涂料组合物〇 12倒入容器8中时,该涂料组合物可通过开口 10作 为厚度大致均匀的U层14施加在测试基材2表面上的测量区域16上。用于生成U层14 的涂料组合物(? 12包含基于100重量份所述涂料组合物(? 12的匕重量份的粗大薄片。 当测试基材2由驱动器4使其旋转时,优选约四分之一转时,形成U层14。开口 10邻近基 材2,使得在开口 10和基材2之间形成的间隙控制U层的厚度。通常情况下,U层设有范 围为6微米到2300微米的厚度。
[0012] 本发明的动态色预测装置1包括常规的光学测量机构16,其设有常规的准直器, 以便生成可以预设角度和预设强度从常规光源22投射到测量区域16上的光束20。然后可 由常规的光学测量仪器26测量离开U层14的光束20的仏动态色24,所述光学测量仪器 26诸如由密歇根州大急流城(Michigan Grand Rapids)的爱丽色公司(X-Rite)所供应的 MA-68动态色测量装置。可以使用任何入射角度和反射角度。然而,通常采用60度的反射 角度,且优选在U层14的光学特性显著变化之前测量反射率,其取决于生成U层14的涂 料组合物的物理和化学性质。因此,涂料组合物中溶剂的含量越高,在其期间可测量动态色 的时间窗口越长,以及反之亦然。为清漆(包含溶解在溶剂中的高分子量非反应性粘合剂 聚合物的那些)的涂料组合物通常可具有比为瓷漆(包含粘合剂聚合物的那些,该粘合剂 聚合物包含与在作为层施加到基材上之前进行混合的交联剂上的交联基团起化学反应的 反应性基团)的涂料组合物更长的测量时间窗口。通常情况下,在U层14被施加到测试 基材2上之后的2秒至2分钟内测量动态色。
[0013] 使用用于配置计算机可读程序代码装置的器件使得常规的计算机将所述u层14 的仏动态色24存储于计算机(在图1中未示出)的计算机可用存储介质内。计算机优选 与光学测量仪器26通信。如果需要,该计算机可与远程计算机通信,诸如用于从连接到本 发明的动态色预测装置的一台或多台计算机收集信息的非现场计算机。
[0014] 如果需要,在测量u层的仏动态色之后,可由驱动器4使得基材2进一步旋转以 便用刮刀28将涂层刮除以进入到废物容器30内,然后可清洁基材2。备选地,在测量B。动 态色之后,可移除基材2 ;将L层从基材2刮除,然后清洁基材2以便进行下一步骤。
[0015] 然后对系列Sp S2,…Sn(η在1到100、优选在2到50、更优选在5到20的范围 内)涂料组合物12重复前述程序,所述系列涂料组合物12包含基于每100重量份的涂料组 合物的范围从匕重量份逐渐增加至F n重量份的一种或多种粗大薄片。添加到涂料组合物 的薄片的增加量可优选以合适的设定量增加,诸如在每100重量份的涂料组合物的〇. 001、 0. 01、0. 1、0. 5、1、5、10、15重量份,其中F。的范围为基于每100重量份的涂料组合物的从 0. 001重量份到5重量份,以及其中?"的范围为基于每100重量份的涂料组合物的从5. 1重 量份到60重量份。在薄片组合中的粗大薄片与细小薄片的比率的范围可为98/2到50/50。 如上所述,测量由Si涂料组合物形成的U层14的&动态色24,以及使用用于配置计算机 可读程序代码装置的器件使得计算机将所述U层14的&动态色24存储于计算机的计算 机可用存储介质内。重复该过程,直到由涂料组合物12 n形成的Ln层14的Bn动态色被测 量并存储在计算机的计算机可用存储介质内。
[0016] 使用用于配置计算机可读程序代码装置的器件使得计算机在图表上定位交点,在 该交点处在所述图表的X轴上的U至、层14的仏至B n动态色与在图表Y轴上的分别基于 SQ至Sn涂料组合物的粗大薄片的匕至Fn重量份相交。然后使用用于配置计算机可读程序 代码装置的器件使得所述计算机利用曲线拟合方程来在所述图表上生成薄片量预测曲线。 优选地,曲线拟合方程是二次多项式方程。更优选的二次多项式方程具有下面的公式: Flop Y = a (Bn) 2+b (Bn)+c (1) R2 = Z (2) 其中所述常数a、b、c和R2由曲线拟合过程来确定,诸如在由华盛顿州雷蒙德市 的微软公司(Microsoft Corporation of Redmond, Washington)所供应的 Microsoft Office ExcelX 2003中所述的那样。Z是曲线与图表上的实验数据点拟合程度的统计度量。 当Z等于1时,其被认为是一种理想的拟合,也就是说,所有的实验数据点都位于拟合曲线 上。所有必需的和相关的信息都被存储在计算机可用存储介质上。
[0017] 如果需要的话,在图表上的动态色量预测曲线可显示到常规的显示器上和/或通 过常规的打印机打印到纸张上,两者均与计算机通信。一旦在图表上生成动态色量预测曲 线,用户可使用本发明的动态色预测装置来预测包含未知或已知量的一种或多种薄片的目 标涂料组合物的动态色,而无需经过将该层固化成涂层的繁琐和耗时的过程。可在生产设 备中使用由目标涂料组合物形成的L T层14 (也称为目标层),LT层14优选具有与在生成动 态色量预测曲线中所使用的层相同的大致均匀的厚度,分配在本发明的动态色量预测装置 1的基材2上,从而允许涂料组合物的制备商迅速地调节涂料组合物的成分,以确保所得到 的涂料组合物具有所需的动态色。
[0018] 如上所述,测量由目标涂料组合物形成的LT层14的Βτ反射率24,以及使用用于 配置计算机可读程序代码装置的器件使得计算机将所述L T层14的Βτ动态色24存储于计 算机的计算机可用存储介质内。
[0019] 使用用于配置计算机可读程序代码装置的器件使得计算机在图表的X轴上定位1^ 层的Βτ动态色。使用用于配置计算机可读程序代码装置的器件使得计算机在薄片量预测 曲线上定位其与图表的X轴上的Βτ相交的交点。最后,使用用于配置计算机可读程序代码 装置的器件使得计算机通过在所述图表的Y轴上定位Υ τ动态色来预测由LT层所导致的目 标涂层的动态色,所述Υτ与所述薄片量预测曲线与所述图表的X轴上的所述Β τ相交的所述 交点相交。
[0020] 其结果是,一旦薄片量预测曲线被存储在装置1的计算机内,正被制备的涂料组 合物的试样可作为层施加,且可测量其动态色以便预测所述组合物中的粗大薄片的量。如 果测得的量落到所需规格之外时,可通过基于连续的方式监测粗大薄片的量来无需中断地 调节制备过程。
[0021] 在德国专利申请DT 2525701A1中描述了本发明前述动态色预测装置1的较少的 方面。但是应当理解的是,基材2不需要被垂直定位,也不需要必须具有圆盘形的形状。诸 如水平定位的基材或为带状等基材的那些其它实施方式也非常适用于本发明的装置。例 如,如在共同转让给Hustert的美国专利US 6, 583, 878中所述为辊形式的基材也非常适用 于本发明的装置。
[0022] 本发明装置的一个实施方式使用图1的动态色预测装置1。该过程包括通过容纳 涂料组合物12的容器8将涂料组合物12的厚度大致均匀的L层14分配于基材2上。然 后以预设的入射角度将预设强度的光束20从光源22投射到U层的测量区域16上。通过 光学测量仪器26,测量在预设反射角度处的光束20的仏动态色。然后将U层的仏动态色 存储在计算机的计算机可用存储介质内。然后对Si至S n涂料组合物12重复前述步骤以便 分别确定U至Ln层的&至Bn动态色,所述Si至S n涂料组合物12进一步包括基于100重 量份的涂料组合物的匕至Fn重量份的一种或多种薄片,其中η的范围是1到100。 实施例
[0023] 下面的表1列出了涂料组合物的样本,其包括与由威尔明顿的杜邦公司(DuPont Company of Wilmington)所供应的780?聚合物混合的粗大薄片与细小薄片的多种混合 物,其中粗大薄片为具有31微米平均尺寸的闪银(Sparkle Silver) 3641薄片,其由宾夕法 尼亚州(Pennsylvania)Tamaqua市的星钼联公司(Silberline)供应,而细小薄片为具有15 微米平均尺寸的错楽33313薄片,其由肯塔基州路易斯维尔(Louisville, Kentucky)的爱 卡公司(Eckart)供应。这些样本的层施加到装置1的基材2上,并使用由密歇根州大急流 城(Grand Rapids, Michigan)的爱色_ 公司(X_Rite)供应的 MA-68 测色仪 26 (MA_68color instrument)来测量层的动态色: 表1

【权利要求】
1. 一种薄片预测装置,用于预测在目标涂料组合物中的粗大薄片的量,其包括: (a) 安装于驱动器上的测试基材,所述驱动器安装于支撑框架上; (b) 容器,其邻近所述测试基材定位,以使得被倒入所述容器中时,\涂料组合物能够 通过设置于所述容器上的开口而被分配成在所述基材的表面上的厚度大致均匀的U层,\ 涂料组合物包括基于100重量份所述\涂料组合物的匕重量份的所述粗大薄片; (C)光学测量机构,其用于以预设入射角度将预设强度的光束从光源投射到所述U层 上; (d) 光学测量仪器,其用于在预设反射角度处测量从所述U层所反射的所述光束的仏 动态色; (e) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得计算机将所述U层的所述仏动 态色存储于计算机的计算机可用存储介质内; (f) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得所述计算机存储U至Ln层的& 至Bn动态色,所述U至L n层分别由Si至Sn涂料组合物形成,所述Si至Sn涂料组合物分别 包括基于100重量份所述&至S n涂料组合物的匕至Fn重量份的所述粗大薄片,其中η的 范围是1到100 ; (g) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得所述计算机在图表上定位交点, 在该交点处位于所述图表的X轴上的所述U至L n层的所述仏至Bn动态色与位于所述图表 的Y轴上的所述粗大薄片的所述匕至Fn重量份相交; (h) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得所述计算机利用曲线拟合方程 来在所述图表上生成薄片量预测曲线; (i) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得所述计算机存储目标涂料组合 物的所述厚度大致均匀的LT层的Β τ动态色,其中所述Βτ动态色通过以所述预设强度且以 所述预设入射角度从所述光源投射所述光束而获得,所述目标涂料组合物进一步包括所述 粗大薄片; (j) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得所述计算机在所述图表的X轴 上定位所述LT层的所述Β τ动态色; (k) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得所述计算机在所述薄片量预测 曲线上定位其与所述图表的X轴上的所述Βτ动态色相交的交点; (l) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得所述计算机通过在所述图表的 Y轴上Υτ定位来预测包含于所述目标组合物中的所述粗大薄片的量,所述Υτ与所述薄片量 预测曲线与所述图表的X轴上的所述Β τ相交的所述交点相交;以及 (m) 用于配置计算机可读程序代码装置的器件,其使得所述计算机显示或打印包含于 所述目标组合物中的所述粗大薄片的所述预测量Υ τ。
2. 根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述光学测量装置是分光光度计。
3. 根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述光学测量仪器与所述计算机通信。
4. 根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述粗大薄片具有范围从25微米至2000 微米的尺寸。
5. 根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述开口是邻近所述测试基材的狭缝,使 得所述狭缝和所述测试基材之间形成的间隙控制所述U至L n层的厚度。
6. 根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述U至Ln层具有相同厚度,该厚度的 范围为6微米至2300微米。
7. 根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述测试基材是圆盘,其大致垂直地定位 于所述薄片预测装置的支撑框架上。
8. 根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述曲线拟合方程是二次多项式方程。
9. 根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述第二多项式方程式为下式: Flop Y = a (Bn) 2+b (Bn)+c R2 = Z 其中所述常数a、b、c和Z由曲线拟合过程来确定。
10. 根据权利要求1所述的装置,其特征在于,包括将包含于所述目标涂料组合物中的 所述粗大薄片的所述预测量显示在CRT显示器上。
11. 根据权利要求1所述的装置,其特征在于,包括将包含于所述目标涂料组合物中的 所述粗大薄片的所述预测量从所述计算机传送到远程计算机。
12. 根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述目标涂料组合物是汽车OEM漆或修 补漆。
13. 根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述粗大薄片是铝薄片、云母薄片、无机 薄片、有机薄片或它们的组合。
【文档编号】G01N21/25GK104303041SQ201380021120
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年2月21日 优先权日:2012年2月21日
【发明者】A·莫伊, R·G·萨利亚, A·横山 申请人:涂料外国Ip有限公司
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