专利名称：环境固化油漆的方法
环境固化油漆的方法本申请要求于2008年3月24日提交的美国临时专利申请61/038，799的优先权， 其全部内容通过参考弓I入本文。
背景技术：
本发明涉及修补涂漆面(特别是车辆表面如行李箱板、门板、发动机罩、车顶板、 侧板等)损坏的方法和组合物，但是，本发明的一些实施方式是可用于对基材涂漆的方法。 更具体地，本发明描述了一种在环境温度进行的修整涂漆方法或局部修补方法，该方法包 括施涂至少一层溶剂型底涂料组合物和至少一层溶剂型透明涂料组合物。在所述方法中， 在不包括施涂底漆涂层(primercoat layer)但包括施涂至少一层底涂层(basecoat)和至 少一层透明涂层(clearcoat)的过程中所有施涂层的总固化时间小于约30分钟；在涉及 各施涂至少一层底漆涂层、底涂层和透明涂层的过程中所有施涂层的总固化时间小于约45 分钟。该总固化时间是在环境温度下实现的，不需要对修补区域进行烘烤或以其它方式进 行加热，因此，在本发明所述的方法中不需要烘炉、加热喷枪和加热灯。
机动车辆板如保险杠、门、四分之一面板、发动机罩等通常是被涂料体系涂布的金 属或塑料基材，所述涂料体系至少包含常常着色的底涂料和保护底涂层免受环境危害的透 明涂料。在一些情况中，在底涂料之前向基材上施涂底漆涂料，从而加强对基材的保护以避 免其受到环境条件，以及/或者提高底涂层对基材的粘附性。有时，车辆板上的涂层会被刮伤或遭到其它方式的损坏，因此完全出于美观的原 因或者为了保持板的完整性以避免进一步被损害(例如生锈)而必须进行修补。人们已经开发了各种方法和产品用于"局部(spot)“修补受损涂层，例如由于表 面撞击导致的损坏。但是，进行这类修补，特别是局部修补贯穿透明涂层并进入底涂层和/ 或底漆涂层的损坏的现有方法需要耗费冗长的时间才能达到效果，这通常是因为层与层之 间需要很长的固化时间。使用现有的修补方法和产品有效修补车辆板上的刮痕所需的大量 时间显然不利于进行该修补作业。进行该修补所需的时间越多，则可以进行修补的次数就 越少，车辆所有者无法使用其车辆的时间就越长。这些结果导致每次修补的成本提高，造成 车辆所有者不大希望或愿意进行一些可选的漆修补，例如对较小刮痕和凹坑的局部修补。 但是，不及时进行局部修补可能造成车辆容易受到进一步损害。—种缩短修补时间的方法是使用热源来加快施涂的各涂层的干燥或固化，或者施 加光化辐射。美国专利公开第2007/0116866号中描述了后一种方法。但是，利用加热来缩 短固化时间需要使用热源，例如烘炉或加热喷枪或专门的灯，例如红外灯。在许多环境中， 修补技师不能得到这些热源。而且，这些类型的常规热源的价格和操作成本都是昂贵的。光 化辐射源如紫外灯也存在类似的局限性。因此，仍然希望开发一种用于局部修补涂漆基材或对基材局部涂漆的体系，其中 所述修补至少包括施涂一层或多层底涂料组合物和至少一层或多层透明涂料组合物，这些 涂料组合物可以在环境温度下固化(干燥到可以进行打磨和抛光)，无需对基材或施涂的 各层进行加热或施加光化辐射来增强干燥或固化，总固化时间小于1小时(即从涂层开始 固化到最终的透明涂层可以进行抛光的时刻所经历的时间)。如果经修补的区域与周围未损涂层区域的颜色和物理性能基本相同，以致经修补的区域的外观基本上与周围未损涂层 没有区别，则该体系更是有用的。发明详述
本发明描述了一种方法以及底涂料组合物和透明涂料组合物，它们可用于在基材 上施加包含至少一层底涂层和至少一层透明涂层的固化涂层，在环境温度下，在不使用热 源或其它辐射源加快干燥或固化的情况下，所述涂层所需的最长总固化时间小于约30分钟。在另一个实施方式中，本发明描述了一种方法以及底漆组合物、底涂料组合物和 透明涂料组合物，它们可用于在基材上施加包含至少一层底漆、至少一层底涂层和至少一 层透明涂层的固化涂层，在环境温度下，在不使用热源或其它辐射源加快固化的情况下，所 述涂层所需的最长总固化时间小于约45分钟。在一个实施方式中，利用本发明所述的方法和体系可以在无需热源或其它辐射源 的情况下快速修补漆受损的车辆。为了清楚起见，应理解本文所述的方法涉及在基材上施涂至少一层底涂层和至少 一层透明涂层。在一些实施方式中，还揭示了额外施涂底漆涂层。可有效实施这种方法的 情形包括但不限于售后修补之前已经上漆的一部分受损基材以(例如)纠正受损部分的外 观，但是，应理解，该方法可用在之前未上漆的新基材上。该方法包括提供合适的具有待涂漆的受损或未修整部分的板(与基材同义)的步 骤。在本文中，依据文中所述的方法接受涂料组合物的板的部分称为"修补区域"。该板 可以是常用底涂料/透明涂料涂装体系涂装的任何材料或材料组合。在一个实施方式中， 所述板是车辆板，例如门板、发动机罩、行李箱板、四分之一面板等。该方法可包括一个或多个涉及制备修补区域的任选步骤，该修补区域用于之后依 据本文所述的方法施涂涂料组合物。这些步骤可包括用一种或多种溶剂和/或清洁剂清洗 修补区域；打磨该修补区域以除去表面缺陷；修补或替换基材的缺失部分或表面缺陷(例 如，凹坑)。后一步骤可涉及使用合适的常规车身填料来填充基材中的洞、凹坑或其它缺陷。如果需要底漆，则该方法包括向修补区域施涂在环境温度下可固化的溶剂型底漆 涂料组合物的步骤。为清楚起见，“环境温度"指约55° F-115° F之间的温度。更有用 的是，底漆涂料组合物可以在环境温度下在小于约20分钟、更优选小于约15分钟的时间内 固化(干燥至可以打磨)。特别有用的底漆涂料组合物可包含包括以下组分的溶剂型混合物(i)至少一种多元醇树脂；(ii)至少一种封闭型胺(blocked amine)；(iii)至少一种多异氰酸酯；(iv)用于加快异氰酸酯/羟基反应的金属催化剂，例如锡化合物；和(ν)挥发性有机酸。可用于底漆涂料组合物的多元醇树脂可包括每个分子具有两个或更多个羟基的 单体化合物和聚合物组合物，但是任选地存在其它官能团如羧基、氨基、脲、氨基甲酸酯、酰 胺和环氧基。底漆组合物可包含一种多元醇树脂或多种多元醇树脂的混合物，可包括以下 材料的混合物聚合物多元醇，单体多元醇，或聚合物多元醇和单体多元醇。
合适的单体多元醇可包括二醇，如乙二醇、双丙甘醇、2，2，4-三甲基-1，3-戊二 醇、新戊二醇、1，2_ 丙二醇、1，4_ 丁二醇、1，3_ 丁二醇、2，3_ 丁二醇、1，5_ 戊二醇、1，6-己 二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、1，4-环己烷二甲醇、1，2-环己烷二甲醇、1，3-环己烷二 甲醇、1，4-二(2-羟基乙氧基)环己烷、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二 醇、1，10-癸二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、降冰片烯二醇、1，4_苯二甲醇、1，4_苯二乙醇、 2，4- 二甲基-2-亚乙基己烷-1，3- 二醇、2- 丁烯-1，4- 二醇，以及更高级的多元醇，如三羟 甲基乙烷、三羟甲基丙烷、三羟甲基己烷、三羟乙基丙烷、1，2，4_ 丁三醇、丙三醇、季戊四醇、 二季戊四醇等。示例性的聚合物多元醇可包括聚醚多元醇、聚酯多元醇、丙烯酸多元醇、聚己内酯 多元醇、聚氨酯多元醇和聚碳酸酯多元醇。特别优选的是丙烯酸多元醇。 聚醚多元醇可作为环氧乙烷或环氧丙烷或四氢呋喃与二醇或多元醇的反应产物 制得。衍生自天然产物如纤维素和合成环氧树脂的聚醚也可用于本发明。聚酯多元醇可通 过二醇、三醇或其它多元醇与二元酸或多元酸反应来制备。具有羟基官能团的醇酸树脂可 以类似方法制备，不同之处在于可包括单官能脂肪酸。丙烯酸多元醇可作为丙烯酸或甲基 丙烯酸与含羟基单体形成的酯如丙烯酸或甲基丙烯酸的羟乙酯、羟丙酯或羟丁酯的聚合产 物来制得。丙烯酸聚合物还可以包含其它乙烯基单体，例如苯乙烯、丙烯腈氯乙烯等。聚氨 酯多元醇可作为聚醚或聚酯多元醇与二异氰酸酯的反应产物制得。本领域中众所周知的多种封闭型胺可用于本发明。在本文中，封闭型胺定义为在 接触水或水蒸汽时会产生伯胺和仲胺，会释放出或不会释放出相应的醛或酮的胺。有机酸 可以加快封闭型胺的解封闭(下文讨论)。优选的封闭型胺包括醛亚胺、酮亚胺和噁唑烷。 在工业上，醛亚胺通过醛与伯二胺缩合，然后再除去副产物水来生产。酮亚胺以类似的方式 生产，但用酮代替醛。噁唑烷通过酮或醛与烷醇胺缩合，然后再除去副产物水来生产。底漆组合物可包括常用于制备聚氨酯或聚脲的任何异氰酸酯官能分子。可用于本 发明组合物的典型的异氰酸酯官能分子平均每个分子具有至少两个异氰酸酯基，更优选平 均每个分子具有三个异氰酸酯基。可用于本发明的代表性多异氰酸酯包括脂族化合物，如 1,2-乙二异氰酸酯、1，3_丙二异氰酸酯、1，4_ 丁二异氰酸酯、1，5_戊二异氰酸酯、1，6_己 二异氰酸酯、1，2-丙二异氰酸酯、1，2- 丁二异氰酸酯、2，3- 丁二异氰酸酯、1，3- 丁二异氰酸 酯、1，1-乙二异氰酸酯和1，1_ 丁二异氰酸酯；亚环烷基化合物，如3-异氰酸甲酯基-3，5， 5-三甲基环己基异氰酸酯、1，3_环戊烷二异氰酸酯、1，3_环己烷二异氰酸酯和1，2_环己烷 二异氰酸酯；芳族化合物，如间苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、4，4_联苯二异氰酸酯、1， 5-萘二异氰酸酯和1，4-萘二异氰酸酯；脂族-芳族化合物，如4，4- 二亚苯基甲烷二异氰 酸酯、2，4_或2，6_甲苯二异氰酸酯或它们的混合物、4，4'-甲苯胺二异氰酸酯和1，4_苯 二亚甲基二异氰酸酯；环上取代的芳族化合物，如联茴香胺二异氰酸酯、4，4' -二苯基醚 二异氰酸酯和氯代二亚苯基二异氰酸酯；三异氰酸酯，如三苯基甲烷_4，4'，4"-三异氰 酸酯、1，3，5-苯三异氰酸酯和2，4，6-甲苯三异氰酸酯；四异氰酸酯，如4，4‘ - 二苯基-二 甲基甲烷_2，2' ,5,5'-四异氰酸酯；聚合物的多异氰酸酯，如二聚体和三聚体，以及其它 各种含缩二脲、氨基甲酸酯和/或脲基甲酸酯键的多异氰酸酯。优选的多异氰酸酯包括1，6_己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯的二聚体和三 聚体以及它们的混合物。
底漆组合物还包含可用于含活性氢的化合物与异氰酸酯的反应的催化剂。适合用于该反应的催化剂包括例如叔胺和金属催化剂。典型的金属催化剂可包括锡、锌、铜和铋 材料，例如二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、氧化二丁基 锡、四丁基-1，3-二乙酰氧基二锡氧烷、辛酸锌、环烷酸铜、辛酸铋等。底漆组合物还可包含挥发性有机酸，它可以是羧酸。特别有用的有机酸包括挥发 性羧酸，包括例如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸、异戊酸、己酸、庚酸和辛酸等，以及 它们的混合物。特别有用的是乙酸和丙酸，考虑其挥发性最好是乙酸。如上所述，这些酸尤 其可用于加快胺的解封闭。底漆组合物可包含一种或多种惰性有机溶剂，例如脂族和芳族烃溶剂，如甲苯、二 甲苯、乙苯、芳族石脑油、石油溶剂油、己烷、脂族石脑油等，以及含氧溶剂，例如酮溶剂、酯 溶剂、醚溶剂、醇等，包括乙酸丁酯、乙二醇单乙醚乙酸酯、乙二醇单丁醚乙酸酯、甲基戊基 酮和甲基异丁基酮、甲醇、乙醇、丙醇等。一种特别有用的底漆涂料组合物可通过混合以下组分制得P30系列的 SpectraPrime 底漆，可购自舍温-威廉姆斯公司(The Sherwin-WiIliamsCompany)； SR15-SpectraPrime Speed Reducer (还原剂)，可购自舍温-威廉姆斯公司；UH80ULTRA体 系低VOC空气干燥硬化剂，可购自舍温-威廉姆斯公司。在另一个底漆涂料组合物的实施 方式中，该还原剂可包含约0. 5重量％的金属催化剂，约24. 1重量％的至少一种脂族多胺， 和约75.4重量％的至少一种惰性溶剂。底漆、还原剂和硬化剂可以约2 2 1的比例混
口 O可通过任何常规的方法施涂底漆涂料组合物；但是，喷涂是特别有用的施涂方法。 可施涂一层或多层底漆涂层。如果施涂多层底漆涂层，则依据本发明的方法可有效地获得 在环境温度下各中间层小于约5分钟的闪干时间，在其它实施方式中，该时间小于2分钟， 在更进一步实施方式中，该时间小于1分钟，在更进一步实施方式中，该时间小于45秒，在 更进一步实施方式中，该时间小于30秒。闪干时间在约30秒到5分钟之间是有用的，或者 在约30秒到2分钟之间。在一些实施方式中，基本上无与底漆涂料相关的闪干时间。闪干 时间不长于在常规湿碰湿施涂工艺中施涂第一道与施涂第二道之间最短的时间。文中所述的底漆涂料组合物优选在环境温度在约20分钟内、更优选在环境温度 下在约15分钟内固化到可以对底漆涂层进行打磨。在固化过程中可以采取向底漆涂层施 加热辐射如红外辐射的做法，但该做法不是必需的。然而，在施加热辐射作为固化方法时， 底漆涂层的固化时间可以缩短到约5分钟。在任选施涂底漆涂层后，向受损区域施涂一层或多层溶剂型底涂料组合物。最有 用的底涂层可以是基于氨基甲酸酯、丙烯酸类、聚酯、聚醚等的修整底涂层。可用合适的着 色剂和颜料对底涂层进行着色，使底涂层与周围未损区域的底涂层的颜色匹配。但是，在其 它实施方式中，将认识到可以有效地提供与周围未损区域不同的底涂层颜色。特别可用于本发明方法的底涂料组合物可包括Ultra 7000底涂料组合物，可从 舍温_威廉姆斯公司购得，它可与合适的商购还原剂如RHF还原剂(可从舍温-威廉姆斯 公司购得)混合。正如底漆涂料组合物的情况，可通过任何常规方法施涂底涂料组合物层；但是，喷 涂是特别有用的方法。
依据本发明的方法，可以在修补区域上施涂至少第一层底涂层。该方法还包括用 文丘里干燥器或其它来源的干燥器或使环境空气流过底涂层而强制闪干底涂层一段闪干 时间。有利的闪干间小于约5分钟，但是在其它实施方式中，小于约2分钟，在更进一步实 施方式中，约为90秒。在约1分钟到约5分钟之间的闪干时间是特别有用的。文丘里干燥 器可以是空气干燥枪。由空气源提供的空气流量可以为约5-20cfm。在闪干时间后，施涂随后的底涂层，直到达到遮盖。有用的是，使用文丘里干燥器 将各施涂层闪干一段闪干时间，该闪干时间可以最高达约5分钟，优选约为1分钟到2分 钟。用文丘里干燥器可以进行更长的闪干时间，但是在本文所考虑的实施方式中，希望是在 约1分钟到约2分钟之间的闪干时间。在一些实施方式中，如果底涂料组合物中存在金属颜料，则施涂液滴涂料 (droplet coat)作为最终的底涂层来帮助金属颜料的取向是有用的。可以如上所述，用文 丘里干燥器对该最终底涂层进行强制闪干。在施涂最终的底涂层和用文丘里干燥器闪干一段时间后，可以在底涂层上施涂一 层或多层透明涂料组合物。可用于本发明的透明涂料组合物可包括美国专利申请序列号 11/753，171 (通过参考结合于此)和美国专利第7，279，525号(也通过参考结合于此)中 所述的透明涂料组合物。
依据以上引用的参考文献的特别有用的透明涂料组合物可依据以下配方形成
权利要求
一种涂布基材的方法，该方法包括以下步骤在基材上施涂至少第一层环境固化底涂料组合物；用环境温度空气强制闪干所述底涂料组合物；在底涂料组合物层上施涂至少第一层环境固化透明涂料组合物；固化所述透明涂料组合物；其中，所述方法基本不用施加热辐射或光化辐射来加快底涂料或透明涂料组合物的固化。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少第一底涂层用环境温度空气流强 制闪干，闪干时间小于约5分钟。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少第一底涂层用环境温度空气流强 制闪干，闪干时间小于约2分钟。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一底涂层用文丘里干燥器进行强制 闪干。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤 在第一层底涂料组合物上施涂第二层环境固化底涂料组合物；用环境温度空气流强制闪干该第二底涂层。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一层底涂料组合物用环境温度空气 强制闪干约1-5分钟；所述第二层底涂料组合物用环境温度空气强制闪干约1-5分钟。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述底涂料组合物被着色，以与基材的现有 颜色基本匹配。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基材是车辆板。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述底涂层用文丘里干燥器进行强制闪干。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在环境温度下，所述透明涂料组合物在施 涂后15分钟的时间内基本上固化到允许对透明涂层进行抛光。
11.一种修补基材的方法，该方法包括以下步骤 在基材上施涂至少第一层环境固化底漆组合物，其中，所述底漆组合物在环境温度下，在施涂后20分钟的时间内充分固化到允许对底 漆层进行打磨；在底漆层上施涂至少第一层环境固化底涂料组合物； 用环境温度空气流强制闪干底涂料组合物约1-5分钟； 在底涂料组合物层上施涂至少第一层环境固化透明涂料组合物；以及 固化所述透明涂料组合物；其中，固化底漆、底涂料和透明涂料组合物的步骤不需要使用热辐射或光化辐射。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述底漆组合物是包含以下组分的溶剂 型混合物(a)至少一种多元醇树脂；(b)至少一种封闭型胺；(c)至少一种多异氰酸酯；(d)加快异氰酸酯/羟基反应的金属催化剂；和(e)挥发性有机酸。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括用环境温度空气流强制 闪干底漆组合物约30秒到2分钟的步骤。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该方法包括使用文丘里干燥器提供环境温度空气流。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在环境温度下，透明涂层在施涂后20分钟 的时间内固化到允许进行抛光。
16.一种局部修补车辆板着色涂层损坏的方法，该方法包括以下步骤向损坏区域施涂至少一层着色的底涂料组合物，该组合物具有与车辆板上损坏区域周 围的着色涂层基本匹配的颜色；用环境温度空气强制闪干该着色的底涂料组合物层约1-5分钟； 任选地，在该第一着色的底涂料组合物层上施涂至少第二层着色的底涂料组合物； 在底涂层上施涂至少一层透明涂料组合物，其中，所述透明涂料组合物在环境温度下， 在施涂后小于约20分钟的时间内固化到允许进行抛光；以及 抛光透明涂层。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，在抛光透明涂层之前，在环境温度下固化 第一底涂层和透明涂层所规定的总时间小于约30分钟。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤在施涂至少一层着色的底涂料组合物的步骤之前，先向损坏区域施涂至少第一层环境 固化底漆组合物。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在抛光透明涂层之前，在环境温度下固化 第一底漆层、第一底涂层和透明涂层所规定的总时间小于约45分钟。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在底漆、底涂料或透明涂料组合物中的任 一种组合物的固化中都不使用光化辐射。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在底漆、底涂料或透明涂料组合物中的任 一种组合物的固化中都不使用高于环境温度的热辐射。
22.—种涂布基材的方法，该方法包括以下步骤 在基材上施涂至少第一层溶剂型底涂料组合物；对该第一底涂层进行固化工艺，固化时间小于约5分钟，该固化工艺选自下组用环境 温度空气强制闪干，热辐射，以及它们的组合；任选地，在该第一层着色的底涂料组合物上施涂至少第二层着色的底涂料组合物； 对该任选的第二底涂层进行固化工艺，固化时间小于约5分钟，该固化工艺选自下组 用环境温度空气强制闪干，热辐射，以及它们的组合；和在底涂料组合物上施涂至少第一层溶剂型透明涂料组合物；其中，在环境温度下，该透 明涂层在施涂后20分钟内充分固化到允许进行抛光。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对透明涂层施加热辐射 最多达约5分钟的步骤。
全文摘要
本发明揭示用于在基材上涂布至少一层底涂层和透明涂层的方法和组合物，从而可以在环境温度下快速修补受损的车辆板而无需施加光化辐射或热辐射来固化各层。可以在基材上施涂至少一层底涂层和至少一层透明涂层，透明涂层可以进行抛光，在抛光前，在环境条件下固化底涂层和透明涂层所规定的时间小于30分钟。本发明还揭示了在基材上涂布至少一层底漆层、底涂层和透明涂层的方法和组合物，其中透明涂层可以进行抛光，在抛光前，在环境条件下固化底漆层、底涂层和透明涂层所规定的时间小于约45分钟。
文档编号B05D5/00GK101980796SQ200980111382
公开日2011年2月23日 申请日期2009年3月19日 优先权日2008年3月24日
发明者D·A·姆科德, G·A·布雷纳德, T·J·斯汤顿 申请人:晓温-威廉姆斯公司