自清洁基材及其制造方法

专利名称：自清洁基材及其制造方法
自清洁基材及其制造方法相关申请的交叉引用本发明要求2009年8月3日提交的题为“SELF-CLEANING SUBSTRATES AND METHODS FOR MAKING THE SAME”的美国临时专利申请No. 61/230953的优先权，通过引用以其全文并入文本中。
背景技术：
二氧化钛(TiO2)在合适的环境条件下可以促进光催化作用。然而，将含有TiA的涂料施加于基材例如用于建筑产品而不有害地影响这样的基材的美学特征被证明是困难的，且成本效率低。

发明内容
本公开涉及通过辊涂来生产着色的、自清洁基材的方法。辊涂，也被称为卷涂 (coil coating)，是一种用于在基材上施加涂料的高速方法。这些新着色的、自清洁基材保留了初始基材的目标颜色和/或光泽，因此使其适合于建筑和其它应用。该着色的、自清洁基材也可以是无虹彩的。“辊涂”，有时也称为卷涂等，其意指一种使用与基材表面接触的辊，在基材上快速 (例如至少每分钟10英尺，例如在50-800fpm的范围内)施加涂料的工业方法。辊涂包括直接辊涂、逆向(reverse)辊涂等。辊涂通常包括(i)支撑辊，(ii)施加或涂覆辊，和(iii) 接收/计量辊中的两个或更多个的使用，其中通过计量辊和施加辊之间的间隙的准确设定来测量到达施加辊上的涂料材料，如下文进一步详述的那样。在一个方面，一种方法包括通过辊涂片材产品来生产具有预定颜色的着色片材产品(例如钢或铝)。该辊涂步骤通常包括将着色涂料施加于片材产品。着色涂料为一种适于生产具有预定颜色和/或预定光泽的着色层的涂料(通常为液体或胶体形式)。在一个实施方案中，着色涂料为可商购产品，例如胶乳基涂剂(paint)、油基涂剂、硅基涂料、以及聚合物涂料等。预定颜色意指预先选择的颜色，例如最终使用产品的目标颜色。在一些实施方案中，该预定颜色与基材的自然颜色不同。在一些实施方案中，该预定颜色通过施加着色涂料例如具有预定颜色的涂剂来获得。在一些实施方案中，着色的片材产品具有预定光泽。预定光泽意指预先选择的光泽，例如最终使用产品的目标光泽。在一些实施方案中，该预定光泽与基材的自然光泽不同。在一些实施方案中，该预定光泽通过施加着色涂料，例如具有预定光泽的涂剂来获得。在一个实施方案中，该片材产品为铝合金片材产品。铝合金片材意指由铝合金生产的铝片材或箔材产品。铝片材产品通常具有在0.006英寸到0. 249英寸(或者有时高达 0.5或0.75英寸)范围内的尺寸。铝箔材产品通常具有小于0.006英寸的尺寸。生产着色片材产品的步骤可以包括将着色涂料转化为着色层，其中着色层位于片材产品的外表面上。在一些实施方案中，该着色层覆盖该片材产品第一侧的基本上全部。
“将着色涂料转化为着色层”等意指将通常为液体形式的着色涂料转化为通常为固体形式的着色层。该转化可以通过例如改变温度(如由于辐射，对流，传导)和/或时间中的一种或多种来实现，所述改变可以导致溶剂蒸发和/或化学反应等。该转化可以伴随将涂料施加于基材来完成。“着色层，，意指由着色涂料制得的层，且其可以具有预定颜色和/或光泽。举例来说，铝合金片材材料可以具有着色层，该着色层具有预定颜色和/或光泽，其在建设以及其它建筑应用等方面可能有用。在一个实施方案中，着色层包括有机成分，如果其暴露于光催化过程则可以降解。在一个实施方案中，着色层主要包括碳基或聚合物基材料。在一个实施方案中，着色层为液体不可渗透(如水不可渗透)的，并可防护下方基底(例如铝合金片材)与可渗入和/或接触基底表面的液体或其它材料交换。在一个实施方案中，着色层的厚度为至少约7微米。在其它实施方案中，着色层的厚度为至少约10微米，或至少约20微米。在一个实施方案中，着色层的厚度不大于150微米。在其它实施方案中，着色层的厚度不大于约100微米，或不大于约75微米，或不大于约50微米，或不大于约45微米，或不大于约40微米。在一个实施方案中，着色层具有在20到37微米范围内的厚度。伴随着该第一着色片材产品的生产，或在其之后，可以通过如下方式生产中间片材产品在第一着色片材产品的至少一部分着色层上辊涂屏障涂料，以在至少一部分着色层上产生屏障层。辊涂方法可以包括将屏障涂料施加于着色层表面，并将屏障涂料转化为屏障层。在转化步骤之后，该屏障层位于至少一部分着色层上。在一个实施方案中，该屏障层基本上覆盖着色层。屏障涂料为适于产生屏障层的涂料(通常为液体或胶体形式)。在一个实施方案中，屏障涂料为含氧化硅的涂料，例如由PPG Industries, Pittsburgh, PA生产的EASY CLEAN。“屏障层”等意指设置为充当对于着色层的屏障的层。在一个实施方案中，屏障层可以充当着色层和自清洁层之间的屏障，由此抑制着色层的有机成分的降解。在一个实施方案中，该屏障层具有与自清洁层一致的亲水性，因而有利于将自清洁层结合至基材。在一个实施方案中，具有屏障层和/或自清洁层的基材能够通过由ASTM D3359-02于2002年8 月10日限定Wkotch 610胶带撕拉测试。在一个实施方案中，屏障层具有至少约1000埃 (0.1微米)的厚度。在其它实施方案中，屏障层具有至少约0.15微米，或至少约0.2微米的厚度。在一个实施方案中，屏障层具有不大于约1微米的厚度。在其它实施方案中，屏障层具有不大于约0. 75微米，或不大于约0. 50微米，或不大于约0. 4微米的厚度。在一个实施方案中，屏障层具有在0. 2到0. 3微米范围内的厚度。“将屏障涂料转化为屏障层”等意指将通常为液体形式的屏障涂料改变成通常为固体形式的屏障层。例如，可以通过改变温度(如由于辐射，对流，传导)和/或时间中的一种或多种来完成该转化，所述改变可以导致溶剂蒸发和/或化学反应等。伴随将涂料于基材，可以完成该转化。在该转化步骤之后，中间片材产品保留着色片材产品的预定颜色和/或保留预定光泽。这可能是由于氧化硅基屏障涂料的使用和/或由于在向片材施加屏障涂料期间对这种屏障涂料的搅拌。屏障层通常为透明的。“保留预定颜色”意指(i)只具有着色层的基材的颜色与(ii)具有着色层和至少一个附加层(例如屏障层、光催化层)的基材的颜色之间的色差不大于约10ΔΕ。在一些实施方案中，该色差不大于约9 Δ Ε,或不大于约8 Δ Ε,或不大于约7 Δ Ε,或不大于约6 Δ Ε，或不大于约5 Δ Ε,或不大于约4 Δ Ε，或不大于约3 Δ Ε,或不大于约2 Δ Ε,或不大于约1 Δ Ε。“保留预定光泽”意指(i)只具有着色层的基材的光泽与(ii)具有着色层和至少一个附加层(例如屏障层、光催化层)的基材的光泽之间的光泽差异不大于约20单位(例如％光泽单位)，根据ASTM D 523测定。在一些实施方案中，光泽差异不大于约15单位，或不大于约13单位，或不大于约10单位，或不大于约9单位，或不大于约8单位，或者不大于约7单位，或不大于约6单位，或不大于约5单位，或不大于约4单位，或不大于约3单位， 或不大于约2单位，或不大于约1单位。一种用于测量光泽的仪器为BI-GARDNER AG-4430 mirco-TRI-gloss 光泽仪。伴随着该中间着色片材产品的生产，或者在其之后，可以通过如下方式生产自清洁片材产品在中间着色片材产品的至少一部分屏障层上通过辊涂自清洁涂料从而在至少一部分屏障层上产生自清洁层。辊涂方法可以包括向屏障层表面施加自清洁涂料，以及将自清洁涂料转化为自清洁层。在转化步骤之后，该自清洁层位于至少一部分屏障层上。在一个实施方案中，自清洁层基本上覆盖屏障层。“自清洁涂料”意指适合于生产自清洁层的涂料(通常为液体或胶体形式)。 在一个实施方案中，自清洁涂料为含有二氧化钛的涂料(例如以溶胶的形式)，例如 TOTO(Tokyo, Japan)的 HYDR0TECT 产品和 / 或 KON Corporation (Takeo-city，Japan)的 SAGAN产品。在一些实施方案中，该自清洁涂料无表面活性剂。“将自清洁涂料转化为自清洁层”等意指将通常为液体形式的自清洁涂料转化为通常为固体形式的自清洁层。该转化可以通过例如温度(如由于辐射、对流、传导)和/或时间的改变中的一种或多种来完成，所述改变可以导致溶剂蒸发和/或化学反应等。伴随将涂料施加于基材，可完成该转化。“自清洁层”等意指表面具有高表面张力的表面和/或使用光催化作用来促进基材的清洁的层。在一个实施方案中，该自清洁层为二氧化钛层。二氧化钛层为含有颗粒尺寸在10-50nm范围内(通常)的二氧化钛颗粒的涂料。在一个实施方案中，自清洁涂料可以通过利用阳光、荧光、黑光或任何其它波长超过约300nm的光源以光催化地分解可见有害物(detractant)来活性地分解与其表面接触的物质，例如灰尘、污垢、油污、尘土和/或霉菌等(可见有害物)。接着，可通过水(例如雨水)从表面去除可见有害物。换句话说，可见有害物可以分解为简单的有机或无机化合物，其重新进入大气中和/或在环境条件(例如热、风和/或雨)作用下洗去，从而使层自清洁。自清洁层的使用可以提供保持视觉上吸引人的表面的较简单方法，以及清洁基材的较简单方法，而无需可对环境有害的清洁剂，且无需可浪费水的专门喷雾。在一个实施方案中，自清洁层具有至少约1000埃(0. 1微米)的厚度。在其它实施方案中，自清洁层具有至少约0. 15微米，或至少约0.2微米的厚度。在一个实施方案中， 自清洁层具有不大于约1微米的厚度。在其它实施方案中，自清洁层具有不大于约0. 75微米，或不大于约0. 50微米，或不大于约0.4微米的厚度。在一个实施方案中，自清洁层具有在0. 2到0. 3微米范围内的厚度。在该转化步骤之后，该自清洁层片材产品保留着色片材产品的预定颜色和/或保留着色片材产品的预定光泽。这可能是由于含有极少或不含表面活性剂的自清洁涂料的使用和/或具有低发泡能力的表面活性剂的使用。该自清洁层通常为透明的。在一个实施方案中，该自清洁层片材产品实现了高润湿性级别。高润湿性级别是指在片材产品的宽度上，该产品的自清洁层是基本均勻的。在一个实施方案中，包含自清洁层30的基材1实现了至少为H的均勻性级别，根据下述的润湿性测试测定。在其它实施方案中，包含自清洁层30的基材1实现了至少为G的均勻性级别，或至少为F的均勻性级别， 或至少为E的均勻性级别，或至少为D的均勻性级别，或至少为C的均勻性级别，或至少为 B的均勻性级别，或至少为A的均勻性级别。着色涂料、屏障涂料和自清洁涂料的这些辊涂步骤可以通过使用一系列辊涂设备，并且在很短的时间内从一个到另一个的连续地完成。该实施方案对于在将原片材产品在同一位置变成着色、自清洁片材产品是有用的。在其它实施方案中，着色片材产品在一个位置生产，并接着装运到另一位置用以屏障涂料和/或自清洁涂料的施加。可以结合上述的各种方面、方法和实施方案来生产各种着色、自清洁基材。


图1为部分自清洁基材的实施方案的示意性侧视图。图2为部分自清洁基材的实施方案的示意性侧视图。图3为部分自清洁基材的实施方案的示意性侧视图。图4为用于生产自清洁基材的辊涂系统的实施方案的示意图。图5为用于生产自清洁基材的辊涂系统的实施方案的示意图。图6为图解生产自清洁涂料的各种连续方法的流程图。图7为图解生产自清洁基材的各种分批方法的流程图。图8a为图解具有不均勻涂料(其为虹彩的)的自清洁基材的照片。图8b为图解具有不均勻涂料(其为虹彩的)的自清洁基材的照片。图9a为图解由着色基材到具有屏障层和/或自清洁层的基材的光泽变化的图。图9b为图解由着色基材到具有屏障层和/或自清洁层的基材的颜色变化图。图IOa为图解具有均勻，基本无虹彩的自清洁层的自清洁基材的照片。图IOb为图解具有均勻，基本无虹彩的自清洁层的自清洁基材的照片。图Ila为图解对于实施例3，样品LRB 767的测试条件的图表。图lib为图解对于实施例3，样品LRB 768的测试条件的图表。图Ilc为图解对于实施例3，样品LRB 769的测试条件的图表。图Ild为图解对于实施例3，样品LRB 770的测试条件的图表。图12为图解对于实施例4，样品LRB 776的测试条件的图表。图13为图解不同实施例基材表面张力的图表。
具体实施方案广义地，本公开涉及实现了以下项中的一项或多项的组合的基材(i)自清洁性能，(ii)满足消费者接受标准的视觉外观，以及(iii)成本有效的生产方法。在一个实施方案中，该基材实现这些标准中的至少两项。在一个实施方案中，基材实现这些标准中的至少三项。在一个方面，并参照图1，基材1包括基底10、有机层20、以及自清洁涂料层30。基底10可以为铝合金基底，如后文更详细的说明。有机层20可为涂染层(painted layer), 如后文更详细的说明。有机层20可具有定制的颜色和光泽，特别是视觉特性。该自清洁涂料层30通常为透明层，其有利于自清洁同时获得满足消费者接受标准的外观。例如，该自清洁涂料层30可以有利于自清洁涂料层下方的材料(例如有机层20)的光泽和颜色的保持，同时也为无虹彩的。视觉外观在一个实施方案中，自清洁涂料层30保持了该自清洁涂料层30下方的材料的光泽，例如有机层20的光泽。例如，在施加自清洁涂料层30后，基材的光泽可以保持相对不变。在一个实施方案中，相对于自清洁涂料层30下方的材料的光泽，具有自清洁涂料层30 的基材光泽可改变不大于约20单位(％光泽单位)。在其它实施方案中，相对于自清洁涂料层30下方的材料的光泽，具有自清洁涂料层30的基材光泽改变不超过约15单位，或不超过约13单位，或不超过约10单位，或不超过约9单位，或不超过约8单位，或不超过约7 单位，或不超过约6单位，或不超过约5单位，或不超过约4单位，或不超过约3单位，或不超过约2单位，或不超过约1单位。可根据ASTM D523测量光泽。一种用于测量光泽的仪器为BKARDNER AG-4430 micro-TRI-gloss光泽仪，其能够以20°、60°和85°测量光泽。在一个实施方案中，光泽仪在20°、60°和85°中的一者测量光泽，且包含该自清洁涂料层30的基材在这一角度保持下方材料的光泽。在一个实施方案中，光泽仪在20°、60°和85°中的两者测量光泽，且包含该自清洁涂料层30的基材在这两个角度保持下方材料的光泽。在一个实施方案中，光泽仪在20°、60°和85°中的所有三者测量光泽，且包含该自清洁涂料层30的基材在所有这三个角度保持下方材料的光泽。在一个实施方案中，自清洁涂料层30保持了该自清洁涂料层30下方的材料的颜色。例如，在施加该自清洁涂料层30后，基材的颜色可以保持相对不变。在一个实施方案中，相对于自清洁涂料层30下方的材料的颜色，具有自清洁涂料层的基材颜色可改变不大于约10 △ E。在其它实施方案中，基材颜色可改变不大于约9 Δ Ε,或不大于约8 Δ Ε,或不大于约7 Δ Ε,或不大于约6 Δ Ε，或不大于约5 Δ Ε,或不大于约4 Δ Ε，或不大于约3 Δ Ε,或不大于约2 Δ Ε，或不大于约1ΔΕ。如本领域技术人员所知，ΔΕ为表示两种颜色之间差距(distance)的数字。可以采用LCH、LAB和其它颜色参数，并通过一致的照明光源(例如限定波长和输出功率的白光)，以该光和该基材之间的一致、特定距离，且通过各种ΔΕ方程中的一种来测量ΔΕ。在一个实施方案中，该ΔE方程基于dE76。在一个实施方案中，该ΔE方程基于dE94。在一个实施方案中，该ΔΕ方程基于dE-CMC。在一个实施方案中，该ΔΕ方程基于dE-CMC 2 1。 在一个实施方案中，该ΔΕ方程基于dE2000。这些ΔE方程所涉及的参数为本领域技术人员所公知，且例如描述在(I)A. R. Robertson 的 “Historical development of CIE recommended color difference equations，，，Laboratory for Basic Standards National Research Council of Canada Ottawa, Ontario，Canada KlA 0R6，Paper 公幵于 ISCC Conference on ColorDiscrimination Psychophysics, Williamsburg, VA, 1989,并发表于 Color Research & Application, Vol.15, Issue 3, Pages 167-170,由 Wiley Periodicals, Inc. , A Wiley Company于2007年在线公开；和(2) Colour & Imagine Institute, University of Derby， UK，白勺 M. R. Luo ·白勺 “The development of the CIE 2000 colour-difference formula :CIEDE2000，，,在 color Research and Application, Vol. 26,Issue 5, pp. 340-350,由 Wiley Periodicals, Inc., A Wiley Company于2001年在线公开。这些出版物中的每一个通过引用以其全文并入文本中。可以使用位于距离基材特定距离处的一致照明光源，和分光光度计(例如，来自 Hunterlab, a. k. a. , Hunter Associates Laboratory, Inc.,11491Sunset Hills Road, Reston,VA 20190-5280)来测量ΔΕ。为了确定在两个不同观察角度的色差，可以由分光光度仪在第一角度和第二角度测定该颜色值，并确定ΔΕ。第二角度通常与第二角度差别至少15度，但是通常与第一角度差别不超过165度。在一个实施方案中，根据ASTM 2244测量ΔΕ。在一个实施方案中，使用Gretag Macbeth Coloreye 2246或等同装置测量ΔΕ。该自清洁涂料层30可以无虹彩。在一个实施方案中，包含自清洁涂料层30的基材1无虹彩，由视觉观测来确定。在一个实施方案中，由视力为20/20的人眼在合适的距离检测基材中的虹彩来完成视觉观测。均匀件、厚度和耐久件为了有利于这些视觉外观性能中的一项或多项，该自清洁涂料层30可以相对均勻。在一个实施方案中，包含自清洁涂料层30的基材1实现了至少为H的均勻性级别，根据下述的润湿性测试测量。在其它实施方案中，包含自清洁涂料层30的基材1实现了至少为G的均勻性级别，或至少为F的均勻性级别，或至少为E的均勻性级别，或至少为D的均勻性级别，或至少为C的均勻性级别，或至少为B的均勻性级别，或至少为A的均勻性级别， 根据下述的润湿性测试测量。为了促进这些视觉外观性能中的一项或多项，该自清洁涂料层30可以相对薄。在一个实施方案中，自清洁涂料层30具有不大于约1微米的厚度。在其它实施方案中，自清洁涂料层30具有不大于约0. 9，或不大于约0. 8微米，或不大于约0. 7微米，或不大于约0. 6 微米，或不大于约0. 5微米，或不大于约0. 4微米，或不大于约0. 3微米，或不大于约0. 2微米的厚度。该自清洁涂料层30的厚度应当足够大从而有利于自清洁性能。在一个实施方案中，该自清洁涂料层的厚度为至少约0. 05微米。该自清洁涂料层30可以为耐久的。在一个实施方案中，包含自清洁涂料层30的基材1是耐磨蚀/刮擦的(例如在常规的致密化后测量)。在一个实施方案中，包含自清洁涂料层30的基材能够一致地通过由ASTM D3363-05规定的铅笔硬度测试。在这些铅笔硬度测试中，该基材1可以一致通过/实现5H或6H级别，或更高。在一个实施方案中，该自清洁层是粘附性的。粘附性意指表面能够通过ASTM D3359-02(2002年8月10日)限定的 Scotch 610胶带撕拉测试。自清洁性能钝性自清洁该自清洁涂料层30有利于自清洁性能。在一个实施方案中，该自清洁涂料层30是钝性自清洁层。钝性自清洁层是并不利用光催化作用来促进基材的清洁的自清洁层。钝性自清洁层通常具有适中的亲水性，且实现不大于约40 °的水接触角。在一个实施方案中， 钝性自清洁涂料层实现了不大于约37°的水接触角。在其它实施方案中，钝性自清洁涂料层实现了不大于约35°的水接触角，或不大于约30°的水接触角，或不大于约25°的水接触角，或不大于约20°的水接触角，或不大于约15°的水接触角。本领域技术人员能够将这些接触角测量值转化为表面张力值。例如，低于约15度的接触角等同于>约70达因/ cm的表面张力。对约20度的接触角，表面张力为约68达因/cm。对约38度的接触角，表面张力为约59达因/cm。该钝性自清洁涂料层可以通过降低表面张力来促进自清洁性能，如通过上述低润湿接触角所表明。结果，许多污染物(例如有机污染物)不容易粘附在钝性自清洁涂料层的表面上。此外，当施加水(例如通过雨或洗涤)时，污染物易于通过水来去除。钝性自清洁涂料层通常包括有利于上述视觉外观、均勻性、厚度和/或耐久性能， 同时促进基材的表面张力降低的材料。一种钝性自清洁涂料层包括氧化硅(SiO2),例如在通过包括氧化硅的水溶液来施加时。在一个实施方案中，通过辊涂或喷涂方法来施加氧化硅，如在下文更详细说明的那样。在一个实施方案中，通过PPG Industries, Pittsburgh, PA的EASY CLEAN的施加来获得钝性氧化硅涂料。活性自清洁在一个实施方案中，该自清洁涂料层30是活性自清洁层。活性自清洁层是利用光催化作用来促进基材的清洁的自清洁层。活性自清洁层通常具有很大的亲水性，且实现不大于约25°的水接触角。在一个实施方案中，活性自清洁涂料层实现了不大于约22°的水接触角。在其它实施方案中，活性自清洁涂料层实现了不大于约20°的水接触角，或不大于约18°的水接触角，或不大于约15°的水接触角，或不大于约12°的水接触角，或不大于约10°的水接触角，或不大于约8°的水接触角，或不大于约7°的水接触角。与钝性自清洁涂料层相似，通过表面张力的降低，该活性自清洁涂料层可以促进自清洁性能，如上述低的润湿接触角所表明。结果，许多污染物(例如有机污染物)不会很容易地粘附于钝性自清洁涂料层的表面。此外，当施加水(例如通过雨或洗涤)时，污染物易于通过水去除。另外，活性自清洁涂料层可以通过光催化作用促进清洁。在该实施方案中，自清洁基材可以通过利用阳光、荧光、黑光或其它任何波长超过约300nm的光源以光催化分解可见有害物来活性地分解与基材表面接触的物质，例如灰尘，污垢，油污，尘土和/或霉菌等 (可见有害物)。接着，可通过水(例如雨水)从表面去除可见有害物。换句话说，可见有害物可以分解为简单的有机或无机化合物，其重新进入大气中和/或在环境条件(例如热， 风和/或雨)作用下洗去，从而使基材自清洁。自清洁基材的使用提供了保持视觉上吸引力人的表面的较简单方法，以及清洁基材的较简单方法，而无需可对环境有害的清洁剂，且无需可浪费水的专门喷雾。光催化作用意指使用光以激发表面上的催化剂从而释放能量。催化剂没有因该反应而消耗。从催化剂释放的能量用于启动反应或反应序列。半导体可以具有光催化性能。半导体为任何不同的固态结晶物质，例如锗、钛、铟或硅、或这些结晶物质的氧化物，其具有大于绝缘体的电导率。半导体通过带隙能量与绝缘体相区分。带隙能量为电子从价带移动到导带所必须具有的能量。具有4.0电子伏特(ev)任意带能将半导体与绝缘体相分离。半导体具有小于或等于4.0电子伏特的带隙。锐钛矿结晶形式的二氧化钛具有 3. 2ev的带隙。在一个实施方案中，该活性自清洁涂料层为二氧化钛层。二氧化钛层为含有颗粒尺寸在10-50nm范围内(通常)的二氧化钛颗粒的涂料。该涂料也可以含有粘土、矿物、碱金属和/或其它(一种或多种)半导体。该光催化活性自清洁涂料层可以包括多种光催化活性半导体细颗粒。颗粒可以均勻地分散在该层(本文有时称为膜)或也可以非均勻地分散在该膜中。颗粒位于膜中，使得至少一部分细颗粒通过膜的表面部分地暴露于环境中，从而促进自清洁功能。在一个实施方案中，使用二氧化钛作为光催化活性半导体。可以使用适宜类型的光催化活性T^2半导体，其包括但不限于锐钛矿、金缸石和板钛矿结晶形式的二氧化钛或它们的组合。在一个实施方案中，该光催化活性膜为锐钛矿二氧化钛层，其中该二氧化钛颗粒的尺寸在约10 到约50nm范围内。在一个实施方案中，由TOTO THPC090402WC-A生产该光催化活性膜，该 T0T0THPC090402WC-A为含有约0. 5-10重量％氧化硅，85-95重量％水，以及0. 2-5重量％ 二氧化钛的水基液体。在该实施方案中，TiO2为活性材料，氧化硅为成膜剂。在一个实施方案中，与水基液体一起使用表面活性剂，例如有机液体(例如聚(氧-1，2-乙烷二基)， α-甲基-ω-[3_[1，3，3，3-四甲基-1-[(三甲硅基)氧]甲硅烷氧代甲硅烷基]丙氧基]。据认为，光催化活性半导体工作的机理如下一旦该光催化活性半导体例如TW2 受到波长超过约300nm的紫外线照射时，电子从价带激发到导带。当电子返回其较低的能态时，则能量被发射并与水蒸气或氧分子相互作用分别形成羟自由基和超氧阴离子。羟自由基和超氧阴离子都是强氧化性物质，其能够与有机污染物反应并将其分解为较简单的低分子量氧化产物。屏障层在一个实施方案中(现在参照图2)，自清洁涂料层40可以与第二层(例如非有机)或屏障层结合。例如，由于例如活性自清洁涂料层的催化性能，活性自清洁涂料层40 可以与有机层20例如涂染层不利地相互作用。在这些情况下，可以使用屏障层30，其可以充当有机层20和活性自清洁涂料层40之间的屏障。在图解的实施方案中，该屏障层30为钝性自清洁涂料层30 (例如含有氧化硅的涂料)。在该实施方案中，这两个层30、40的组合仍可实现前述的视觉外观、均勻性、厚度和/或耐久性性能，同时促进基材的表面张力的降低和/或活性自清洁性能。在这些实施方案中，屏障层30应当足够厚以促进自清洁涂料层 40与屏障层的粘附，但其应当足够薄以仍实现前述的视觉外观标准。例如，该屏障层30可以具有与前述图1的自清洁层的厚度和均勻性相似的厚度和均勻性。同样，该自清洁涂料层40应当足够厚，以便(i)促进与屏障层30间的粘附，(ii)基材1的耐久性，和在一些情况下，(iii)足够的表面面积和传质性能以促进光催化，但其应当足够薄以仍实现前述的视觉外观标准。例如，该自清洁涂料层40可以具有与前述图1的自清洁层的厚度和均勻性相似的厚度和均勻性。结合意指与另一个表面连接。例如，光催化活性膜或层可以通过这两层材料间的物理相互作用与屏障层至少部分地结合。在一个实施方案中，第一种材料可以与第二种材料结合，同时该第一种材料也可以粘附于该第二种材料。粘附意指表面能够通过ASTM D3359-02(2002年8月10日)限定的kotch 610胶带撕拉测试。CO,的去除在一个实施方案中，将自清洁涂料层4进行配置以还从环境气体中去除C02。为去除二氧化碳而配置涂料(例如含有光催化活性物质的涂料)的方法以及与其相关的系统和组合物记载于2007年7月25日提交的题为“SURFACE AND COATINGS FOR THE REMOVAL OF CARBON DIOXIDE”的在共同持有的美国专利申请No. 11/828，305中，通过引用的方式以其全文并入文本。基底材料该基底材料10可以为能够具有自清洁涂料的任何材料。在一个实施方案中，该基底材料为铝或铝合金，例如任何铝业协会系列(aluminiun associationseries) Ixxx, 2xxx, 3xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx, 8xxx或9xxx招合金。如下所述，由于对招和/或与之结合的有机材料的热处理施加的热限制，具有有机层20的含铝基底材料10特别难以通过高生产率系统(例如通过辊涂)来生产。该基底材料10可以为形变铝产品或铸造铝产品。 在一个实施方案中，该形变铝产品为片材、箔材或板材产品。在一个实施方案中，轧制产品具有至少约0.1mm的厚度。在一个实施方案中，该形变铝产品为挤压件。在一个实施方案中，该形变铝产品为锻造件。在一个实施方案中，该基底材料为适用于任何下述商业用途中的铝合金。在一个实施方案中，该基底材料10为无光铝。在一个实施方案中，该基底材料为复合铝产品，例如层叠铝产品，包括共同持有的US专利No. 6455148中所述的那些产品。也可使用其它基底材料例如其它金属(例如钢、钛)。也可以使用非金属材料作为基底10。例如可以利用塑料、玻璃、复合物、纤维、陶瓷、水泥、层叠体、细粒、网状物、筛板、气凝胶、纸张及其组合等作为基底10。在一种方法中，该基底10可以包含金属和非金属材料的混合物。例如，该基底10可以包括其间夹有聚合物片材的金属片材。与之相反，该基底 10可以包括其间夹有金属材料的非金属材料。存在各种其它组合来生产基底10。有机层该基材1可以包含与基底10结合的有机层20。有机层意指主要包括碳基或聚合物基材料的层。在一个实施方案中，该有机层20是液体(例如水)不可渗透的，并可防护下方基底10与可以渗入和/或接触基底10的表面的液体水或其它材料交换。在一个实施方案中，该有机层20包括由可商购产品，例如乳胶基涂剂、油基涂剂、硅基涂料、聚合物涂料等所生产的材料。在一个实施方案中，该有机层20包括预定颜料和/或光彩，从而提供具有所需颜色和/或光泽特征的本体10。基底与自清洁层在一个实施方案中，并如图3所示，基材1包括与基底材料10直接接触的自清洁涂料。例如，包含铝合金的基底10可以直接与钝性自清洁层30或活性自清洁层40中的任
I 纟口口。^.r^mmmm^m^m为了以商业可行的生产速率来生产该自清洁基材，可以应用辊涂或喷涂。图4图解了通过辊涂来生产自清洁基材的方法和系统的一个实施方案。在该图解的实施方案中， 辊涂系统500通过支撑辊510、施加或涂覆辊520和接受/计量辊530来涂覆基材1 (例如金属带材)。以各种方法包括喷涂、浸涂、辊涂、刮涂、电沉积、气相沉积、狭缝涂覆和淋涂向基材施加液体涂料。对金属基材(例如铝)来说，通常通过直接接触浴液，通过与接触浴液的第二辊接触，通过直接喷涂于辊上等，将液体涂料传送到施加辊上。依据要涂覆的材料，该辊可以具有金属、塑料或其它类型的表面。通常对辊涂机中的不同辊赋予与其功能相关的常规名字。在如图5所示的四辊配置中，施加辊520将涂料施加到网1上，而支撑辊或压印辊510提供对网的支撑。如果辊510是可变形的(覆盖有橡胶)，则其为压印辊，而不可变形的辊510为支撑辊。接收/计量/喷射辊530从盘中提升涂料，并与施加辊520 —起计量涂料。由于辊530具有两种功能，所以其可具有超过一种名称。在该结构中依据辊的数量，通常使用额外的术语例如传输辊和传送辊来描述在特定行业中的辊功能。辊520和辊530之间的窄间距称为计量隙，而辊530和网1之间的窄间距被称为涂料隙。该支撑辊 510在施加涂料的位置支撑网1。如果在施加辊520和网1之间保持空间，该支撑辊510通常为刚性的，并且没有金属与金属的接触。如果支撑辊510被迫与施加辊520近接触，则两辊之一常常覆盖有可变形的材料以阻止金属与金属的接触。在最接近接触的位置(辊520 和530)以相同方向移动的表面被称为正向移动，而在相反方向(辊510和网1)的表面称为反向。为了最均勻的表面外观，该施加辊520沿反向移动用以连续的网施加。在Dermis J. Coyle 的 Liquid Film Coating, Ed. S. F. Kistler 等· "Knife and Roll Coating，，，pp 539-542(1997)中可以找到各种辊组合和流体动力学的描述。在用于包装和建筑最终用途的涂覆金属基材的领域中，以下述两种方式中的一种涂覆金属基材以连续的网或以约lm2(10ft2)片材的形式。连续的“网”被重绕成卷用于后续的修整、切开、或生产。最经常使用铝和钢作为基材。采用可变形的施加辊520通过正向或反向辊涂在金属网上施加许多涂料。为了施加本公开的自清洁涂料，施加辊520通常具有由聚氨酯、EPDM橡胶或类似的柔性材料制成的约5-50mm厚的柔性覆盖层。该覆盖层的肖氏A硬度，称为硬度计值，为约45-85 (例如约65)，而表面粗糙度Ra为约20-80微英寸(micro inch)。通过以下方式确定Ra:首先找到与整体表面方向平行的等分线，划分表面使该线之上形成的面积之和等于该线之下形成的面积之和，将该等分线之上和之下区域的所有面积的绝对值相加并除以抽样长度来计算表面粗糙度。这允许该施加辊520将液体涂料传送到网1，并且整合任何网表面的不规则处或辊不规则处，从而确保以均勻的膜厚的完整覆盖。在一个实施方案中，将连续进给并移动的相当厚的金属基材片材1通过一个通道，可将其弯曲至辊子压力，但认为是“不可变形的”，与直接与施加辊520接触的薄金属箔、纸张、以及类似线辊5 相反。用于本发明的连续方法的基材厚度通常在约0. Imm到 0. 8mm之间，例如在约0. IOOmm到0. 500mm之间。根据涂料液体粘度以及所需的涂料厚度， 该施加速率可以在宽范围内变化，但是通常为从约5m/分钟到500m/分钟，例如从约200m/ 分钟到400m/分钟。提供自清洁涂料前体液体514的来源，并且通常将其保持在合适类型的容器5 中，尽管在一些情况下可以将该涂料液体喷涂到施加辊上。该前体液体514通常为水性的并且含有细粒物质，例如TW2和Si02。细粒尺寸通常在0. 01微米到约0. 2至0. 3微米范围内。该前体液体通常具有约1厘泊的粘度(此处一千厘泊(cP)等于一帕斯卡-秒)。这些前体液体一经施加就可被风干，UV(紫外线)或EB(电子束)固化，加热固化等，从而提供期望的产得“固化”涂料。在一个实施方案中，该前体液体可以包含合适的表面活性剂以促进该基材1表面的润湿，例如当包括有机层20时。优选的表面活性剂包括不发泡的表面活性剂。在一个实施方案中，该前体液体产生钝性自清洁涂料，例如由PPG of Pittsburgh，PA生产的EASY CLEAN。在一个实施方案中，该前体液体产生活性自清洁涂料，例如Τ0Τ0，Japan 的 THPC090402WC—A (Waterborne Photocatalyst Clear Coating-A), ^Kon Corporation, Japan 的 TPX-220TS 或 TPX-85TS。容器5 可以包括搅拌器(未图解)，例如搅拌棒，以促进前体液体的均勻施加以及获得合适的视觉外观。在一个实施方案中，对前体液体进行连续或近连续搅拌从而促进混合和无虹彩的涂料表面的混合和生产。已经发现在不搅拌的情况下施加的涂料不可实现无虹彩的外观。在一个实施方案中，与使用贯穿涂料盘流(cross coating pan flow)的泵系统相结合，在涂料储存器内使用空气驱动的低速搅拌器。换句话说，涂料离开泵并进入该涂料盘的左侧。该涂料离开盘，并移回到在该涂料盘右侧的涂料储存器中。如图4所示，施加辊520可以使移动基材1的辊涂(与基材相对的辊)反向，这是因为湿膜厚度因膜分裂的弯液面(meniscus)位置而比正向辊涂的更加均勻。采用施加辊 520的正向辊涂能向涂料提供液体动力从而保持表面分离。据认为施加辊520的光滑度可以在高的线速度下促进稳定的涂料液滴/弯液面的保持。随施加辊变得更快，将空气拖入液滴中的趋势能够干扰液滴并导致涂料扰动，或简单地将空气“抽(whip) ”入尚无气泡的液体中。施加辊通常向基材1施加约0. 3kg/cm2-3. 0kg/cm\4psi-40psi)的压力。如图4的实施方案所示，可使施加辊520置于/位于与计量辊530和支撑辊510 相对，其中例如基材的仅一侧是待涂覆的。该支撑辊510支撑该移动的基材1。如上所述， 出于安全原因和辊缺乏圆度所致的涂覆重量变化，有利地使施加辊520位于支撑辊510附近，但不允许与之实际接触。设置辊使得保持例如约2-10度的包角有助于稳定的涂覆过程。包角为被网覆盖的辊周长部分，以角度表示。图4显示反向辊涂配置，且这是用于辊涂基材1的多种可能的配置中的一种。为了最好的涂覆外观和均勻性，该施加辊520以相反方向移动，从而使网获得更平滑的涂料。依据施加之后的涂料流和品质标准，正向辊涂也是实用的。还可使用的附加顶部导辊527，如图4所示。图5图解了一种涂覆配置，其中金属网的两侧在片材张力下都被反向辊涂，其中在该实施方案中，移动的基材两侧均涂覆有相同或不同的涂料液体514和514，使用了两个独立的计量辊530和两个独立的施加辊520，其中每个施加辊520与双重支撑辊510间隔开。如所示，该计量辊530和施加辊520以相反方向移动，与图4类似。在图5中，该施加辊520以与移动基材1相反的方向移动，该基材1首先通过可选的回转辊528。如所示，该初始(首先涂覆)的施加辊置于至少两个，此处为双重惰辊510之间。在每种情形中，施加辊520和计量辊530之间的距离应当足够短以促进紧的测量隙。紧的测量隙促进薄的均勻自清洁涂料层的生产。该前体液体14优选地接触/施加到计量辊530，从而涂覆计量辊530。这个计量辊530是液体涂料首先施加于其的辊，且可为有效地运送该液体涂料到施加辊520的任何类型。该计量辊530可以为多孔或无孔的，但是通常其表面具有足够高的表面粗糙度，以确保测量足够的前体液体到该施加辊520。在这方面，该计量辊530可以镀镍或镀铬钢，其具有约150的表面粗糙度(Ra)。如图5所示，将液体514保持在合适的容器526中，且该计量辊与施加辊520以正向移动，以促进前体液体514的平稳接收。辊涂可以按至少约10英尺每分钟(fpm)的速度生产材料。在一个实施方案中， 辊涂以至少约25fpm的速度生产材料。在其它实施方案中，辊涂以至少约50fpm，或至少约 75fpm，或至少约125fpm，或至少约fpm的速度生产材料。在一个实施方案中，辊涂可以按不大于约SOOfpm的速度生产材料。在其它实施方案中，辊涂以不大于约700fpm，或不大于约600fpm的速度生产材料。在一些情形中，接收辊和计量辊可以为相同的辊。在其它情形中，接收辊与计量辊分离。当连续辊涂多种涂料例如有机涂料、屏障层以及活性自清洁层时，可以设置辊涂系统对于每种涂料均具有一系列的辊、炉和/或冷却器，从而促进具有多种涂料的基材的连续生产。以下为测量-施加辊配置的一些实施方案，在适当的情况下用于反向辊涂和正向辊涂配置
权利要求
1.一种方法，包括(a)第一，生产具有预定颜色和预定光泽的着色铝片材产品，第一生产步骤包括 (i)在铝合金片材上辊涂着色涂料；以及( )将着色涂料转化为着色层，其中着色层位于铝合金片材的外表面上；(b)第二，生产中间铝片材产品，第二生产步骤包括(i)在着色铝片材产品的至少一部分着色层上辊涂屏障涂料；以及( )将屏障涂料转化为屏障层，其中在转化步骤之后，屏障层位于至少一部分着色层上；其中，在第二转化步骤之后，该中间铝片材产品保持着色铝片材产品的预定光泽并保持预定颜色；以及(c)第三，生产着色自清洁铝片材产品，第三生产步骤包括(i)在中间铝片材产品的至少一部分屏障层上辊涂自清洁涂料；以及 (i i)将自清洁涂料转化为自清洁层，其中该转化步骤之后，自清洁层位于至少一部分屏障层上；其中，该着色自清洁铝片材产品保持着色铝片材产品的预定光泽并保持其预定颜色。
2.权利要求1的方法，其中第二生产以及第三生产步骤在单一辊涂单元中相继完成。
3.权利要求1的方法，其中第一生产，第二生产以及第三生产在单一辊涂单元中相继完成。
4.权利要求1的方法，其中屏障涂料包含氧化硅。
5.权利要求1的方法，其中自清洁涂料无表面活性剂。
6.权利要求1的方法，其中自清洁涂料包含二氧化钛。
7.权利要求1的方法，其中与着色铝片材产品相比，着色自清洁铝片材产品具有不大于约10的ΔΕ。
8.权利要求1的方法，与着色铝片材产品相比，着色自清洁铝片材产品具有不大于约5 的δε。
9.权利要求1的方法，其中与着色铝片材产品相比，着色自清洁铝片材产品具有不大于约1的ΔΕ。
10.权利要求1的方法，其中着色自清洁铝片材产品具有与着色铝片材产品的光泽差异不大于约20单位的光泽。
11.权利要求1的方法，其中着色自清洁铝片材产品具有与着色铝片材产品的光泽差异不大于约10单位的光泽。
12.权利要求1的方法，其中着色自清洁铝片材产品具有与着色铝片材产品的光泽差异不大于约5单位的光泽。
13.权利要求1的方法，其中着色自清洁铝片材产品具有与着色铝片材产品的光泽差异不大于约1单位的光泽。
14.权利要求1的方法，其中着色自清洁铝片材产品实现至少为约D的均勻性级别。
15.权利要求1的方法，其中着色自清洁铝片材产品实现至少为约B的均勻性级别。
16.权利要求1的方法，其中着色自清洁铝片材产品实现至少为约A的均勻性级别。
17.权利要求1的方法，其中着色自清洁铝片材产品无虹彩。
18.权利要求1的方法，其中屏障层具有不大于约1微米的厚度。
19.权利要求1的方法，其中自清洁层具有不大于约1微米的厚度。
20.权利要求1的方法，其中自清洁层实现不大于约25°的水接触角。
全文摘要
提供通过辊涂生产着色自清洁基材的方法，设备和组合物。辊涂的着色自清洁基材保留了该着色涂剂的预定颜色和预定光泽，从而促进其在建筑应用中的使用。辊涂的着色自清洁基材可以是无虹彩的。
文档编号B32B9/04GK102431234SQ2010106252
公开日2012年5月2日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年9月29日
发明者A·L·阿斯金, C·拜尔纳普, C·杰达克, G·尼泽尔, J·A·卡恩, J·A·斯基莱斯, J·基内, J·拜尔, P·L·科莱克, Y·比尔曼 申请人:美铝公司