СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ЭЛЕКТРООСАЖДАЕМОЙ КОМПОЗИЦИИ ПОКРЫТИЯ НА ПОДЛОЖКУ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕСКОЛЬКИХ ПОТОКОВ ЖИДКОСТИ
METHOD FOR APPLICATION OF ELECTRODEPOSITED COMPOUND TO SUBSTRATE USING SEVERAL FLUID FLOWS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу нанесения электроосаждаемой композиции покрытия на по меньшей мере часть подложки с использованием нескольких потоков жидкости.
Уровень техники
Нанесение покрытия электроосаждаемой композиции покрытия на подложку путем струйного облива хорошо известно в данной области техники. В таких процессах электроосаждаемая композиция покрытия, которая также называется э-покрытие или покрытие, нанесенное электроосаждением, наносят на проводящую подложку с помощью электрического процесса.
В целом, процесс нанесения покрытия обливом, когда к системе подводится электрический ток, можно рассматривать как электрическую цепь. В этой электрической цепи электроосаждаемая композиция покрытия имеет катионный или анионный заряд, а поверхность покрываемой подложки имеет заряд, противоположный заряду электроосаждаемой композиции покрытия (т.е. поверхность может быть, соответственно, анионной или катионной). Во время процесса нанесения покрытия электрическая цепь создается выпрямителем постоянного тока, что позволяет, таким образом, наносить композицию покрытия на противоположно заряженную поверхность подложки. Однако для замыкания электрической цепи проводящую подложку заземляют или соединяют с выпрямителем с помощью механического контакта, например, крокодилом, который контактирует с подложкой или соединен с ней.
Один из недостатков использования такого механического контакта, однако, состоит в том, что точка или зона контакта (“точка контакта”) не будут покрыты электроосаждаемой композицией покрытия, так как эта точка или зона закрыта механическим контактом, и, следовательно, электроосаждаемая композиция покрытия не наносится на этот участок. То, что точка контакта не покрывается электроосаждаемой композицией покрытия, не только ухудшает внешний вид подложки (т.к. подложка покрыта композицией покрытия неравномерно), но еще приводит к тому, что точка контакта может оказаться более чувствительной к коррозии по сравнению с участком, который был покрыт электроосаждаемой композицией покрытия.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к способу нанесения покрытия на подложку, в котором подложка является по существу электропроводящей и который включает одновременное нанесение нескольких электропроводящих жидких материалов на различные части подложки, причем по меньшей мере один из электропроводящих жидких материалов включает ионное соединение; и подвод электрического тока к по меньшей мере одному из жидких материалов с нанесением, таким образом, ионного соединения на подложку. Настоящее изобретение также относится к подложке, которую покрывают этим способом.
Настоящее изобретение также относится к способу нанесения покрытия на электропроводящую подложку, включающему нанесение на по меньшей мере часть подложки электроосаждаемой композиции покрытия, включающей ионное соединение, и одновременное нанесение другого жидкого материала на другую часть подложки, причем и электроосаждаемая композиция покрытия, и жидкий материал являются электропроводящими; и при этом, когда к электроосаждаемой композиции покрытия или жидкому электропроводящему материалу подводят электрический ток, градиент электрического потенциала между электроосаждаемой композицией покрытия и электропроводящим жидким материалом достаточен для обеспечения осаждения ионного соединения на подложку.
Осуществление изобретения
В настоящем документе, если прямо не указано иное, все числа, такие как те, которые выражают значения, диапазоны, количества или процентное содержание, могут читаться, как если бы им предшествовало слово “около”, даже если это слово и не указано в явном виде. При указании любого числового диапазона значений подразумевается, что в такой диапазон включено каждое и все числа и/или дроби между указанными минимумом и максимумом диапазона. Например, диапазон “от 1 до 10” включает все поддиапазоны между (включительно) указанным минимальным значением 1 и указанным максимальным значением 10, то есть поддиапазоны с минимальным значением, равным или превышающим 1, и максимальным значением 10 или менее. В соответствии с использованием в настоящем изобретением термин “число” означает единицу или целое число, большее единицы.
В соответствии с использованием в настоящем изобретении множественное число выражений и терминов охватывает и их единственные формы и наоборот, если специально не оговорено иное. В качестве иллюстрации, но не ограничения, хотя в описании присутствуют отсылки к “электроосаждаемой композиции покрытия”, “жидкому материалу”, “ионному соединению”; в настоящем изобретении может быть использовано и множественное число этих материалов. В соответствии с использованием в настоящем изобретении “несколько” означает два или более.
В соответствии с использованием в настоящем изобретении “включает” и подобные термины означают “включая, но ограничиваясь только этим”.
В соответствии с использованием в настоящем изобретении "или" означает “и/или”, если специально не указано иное, несмотря на то, что “и/или” может быть в некоторых случаях использовано в явном виде.
В соответствии с использованием в настоящем изобретении “молекулярная масса” означает средневесовую молекулярную массу (Mw), как она определена методом гельпроникающей хроматографии.
В соответствии с использованием в настоящем изобретении термин “отверждение” относится к процессу, в котором способные к сшивке компоненты покрытия по меньшей мере частично сшиты. В некоторых вариантах осуществления плотность сшивки способных к сшивке компонентов (т.е. степень сшивки) составляет 5-100%, например 35-85% или в некоторых случаях 50-85% от полной сшивки. Специалистам в данной области техники понятно, что наличие сшивки и ее степень, т.е. плотность сшивки, может быть определена различными способами, таким как динамический механический термический анализ (DMTA) с помощью анализатора Polymer Laboratories МК III DMTA, проводимый в атмосфере азота.
Отсылка к любому мономеру(ам) в настоящем изобретении относится в основном к мономеру, который может быть полимеризован с другим полимеризуемым компонентом, таким как другой мономер или полимер. Если не указано иное, следует понимать, что когда мономерные компоненты реагируют друг с другом с образованием соединения, соединение будет включать остатки таких мономерных компонентов.
Настоящее изобретение относится к способу нанесения электроосаждаемой композиции покрытия на по меньшей мере часть подложки. В отличие от подложек, которые покрыты с использованием обычного облива, в подложках, которые покрыты способом по настоящему изобретению, отсутствуют вышеописанные точки контакта. То есть подложки, которые покрыты в соответствии со способом по настоящему изобретению, не заземляются с помощью механического контакта и, следовательно, по существу не имеют точек контакта.
В целом, способ по настоящему изобретению включает одновременное нанесение нескольких жидких материалов на различные участки или зоны проводящей подложки.
По меньшей мере два из используемых жидких материалов являются электропроводящими. Кроме того, по меньшей мере один из этих электропроводящих жидких материалов включает ионное соединение, наносимое на подложку. Когда нужна замкнутая электрическая цепь, каждый из проводящих жидких материалов наносят на подложку в виде непрерывного потока и электрический контур подключается к проводящему дозатору потока, через который протекает поток жидких материалов, такой как труба или сопло, электрически соединенные или связанные с выпрямителем постоянного тока, тем самым образуется электрическая цепь. То есть когда в системе создается электрический потенциал, проводящие жидкие материалы и подложки образуют замкнутый контур. После формирования электрической цепи ионное соединение наносится на поверхность подложки способами и/или химическими процессами, которые хорошо известны в области электроосаждения покрытий. Следует отметить, что градиент электрического потенциала между различными проводящими жидкими материалами, используемыми в электрической цепи, должен быть достаточным для осаждения ионного соединения, как оно описано в предыдущем предложении.
В некоторых вариантах осуществления первый наносимый на подложку жидкий поток, который может содержать наносимое на подложку ионное соединение, наносят на один участок подложки, тогда как одновременно второй жидкий поток наносят на другой участок поверхности подложки. Для создания электрической цепи каждый из этих потоков должен быть электропроводящим. Кроме того, если эти потоки наносят на подложку одновременно и непрерывно, электрический заряд может быть подан на один из потоков, что приводит к осаждению ионного соединения на электропроводящую подложку, как описано выше.
В других вариантах осуществлениях, однако, наносимое на подложку ионное соединение содержится во втором жидком потоке, в то время как первый жидкий поток такого соединения не содержит.
Хотя предыдущие параграфы описывают ситуации, в которых в способе используют только первый и второй поток жидкости, настоящее изобретение также может быть воплощено таким образом, который подразумевает использование набора нескольких потоков жидкостей. Например, вышеописанные первый и второй потоки жидкости могут быть охарактеризованы как набор. Соответственно в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения могут быть использованы несколько наборов. То есть в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения может быть несколько потоков жидкости, образующих первый набор, и несколько потоков, образующих второй набор. В этих осуществлениях второй набор будет находиться в схеме ниже по потоку от первого набора. Соответственно, первый набор может включать первый и второй потоки жидкости, описанные в предыдущем параграфе, а второй набор может включать третий поток жидкости и четвертый поток жидкости. Третий и четвертый потоки жидкости будут подобны первому и второму потокам жидкости в том, что они будут электропроводящими. Кроме того, третий или четвертый поток жидкости могут содержать ионное соединение, как описано выше. В зависимости от пожеланий и/или требований потребителей в настоящем изобретении может быть использовано любое количество наборов.
Хотя настоящее изобретение в основном описывает нанесение нескольких электропроводящих жидких материалов одновременно на различные участки проводящей подложки, следует отметить, что неэлектропроводящие жидкие материалы, такие как деионизированная вода, также могут наносится на подложки одновременно с электропроводящими жидкостями. Например, неэлектропроводящий жидкий материал может наноситься на подложку на участке выше или ниже по потоку от первого и/или второго потока жидкости или он может наноситься на подложку на участке между первым и вторым потоками жидкости. Области применения неэлектропроводящего жидкого материала могут варьироваться, но деионизированная вода, например, может быть использована для промывки по меньшей мере части подложки до или после первого потока жидкости. Так как неэлектропроводящий жидкий материала не может проводить электрический заряд, ток продолжает течь по электрической цепи через первый поток жидкости, подложку и второй поток жидкости.
Как отмечалось выше, одна или несколько из вышеописанных электропроводящих жидкостей могут включать электроосаждаемую композицию покрытия или композицию покрытия для электрохимического осаждения. В настоящем изобретении могут быть использованы подходящие электроосаждаемые композиции покрытия известного уровня техники. В общем случае электроосаждаемая композиция покрытия включает пленкообразующий полимер и отвердитель, который способен реагировать с пленкообразующим полимером. Для использования подходит широкий набор пленкообразующих полимеров при условии, что эти пленкообразующие полимеры являются “диспергируемыми в воде”. В настоящем изобретении “диспергируемый в воде” означает, что материал способен солюбилизироваться, диспергироваться и/или эмульгироваться в воде. Примеры пленкообразующих полимеров, подходящих для использования в настоящем изобретении, включают без ограничения смолы или полимеры, являющиеся производными полиэпоксида, акрилового соединения, полиуретана, сложного полиэфира или их комбинаций. В некоторых вариантах осуществления пленкообразующие полимеры могут содержать функциональные группы. В настоящем изобретении “функциональные группы” или “реакционно-способные функциональные группы” означают гидроксил, карбоксил, карбамат, эпокси, изоцианат, ацетоацетат, амино-соли, меркаптан или их комбинации. Вышеописанные пленкообразующие полимеры также имеют ионный характер. В частности, пленкообразующие полимеры являются катионными. Поэтому в некоторых вариантах осуществления пленкообразующий полимер может включать катионные группы соли, обычно получаемые нейтрализацией функциональных групп пленкообразующего полимера кислотой, что обеспечивает возможность электроосаждения пленкообразующего полимера на катоде. Например, в некоторых вариантах осуществления пленкообразующий катионный полимер может быть сначала получен реакцией полиэпоксид-содержащего полимера с амином, таким как описанные выше, 1,5,7-триазабицикло[5.5.0]дец-5-еном (TBD), сульфидами или их комбинациями с последующим взаимодействием полимера с кислотой. В зависимости от соединения, которое используется в реакции с эпоксидным полимером, кислота может быть добавлена к полимеру после взаимодействия полимера с амином, TBD и/или сульфидом или же она может быть добавлена к полимеру одновременно с этими соединениями. В некоторых вариантах осуществления “ионное соединение” означает вышеописанный ионный пленкообразующий полимер.
Электроосаждаемая композиция покрытия по настоящему изобретению также может включать отвердитель или сшивающий агент, который является реакционно-способным по отношению к этому пленкообразующему полимеру, описанному в предыдущем абзаце. Например, отвердитель может содержать фрагменты, которые являются реакционно-способными по отношению к функциональным группам пленкообразующего полимера. Подходящие для использования сшивающие агенты включают без ограничения аминопласты, полиизоцианаты (включая блокированные изоцианаты), полиэпоксиды, бета-гидроксиалкиламиды, поликислоты, ангидриды, металлоорганические материалы с кислотными функциональными группами, полиамины, полиамиды, циклические карбонаты, силоксаны или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления отвердитель может составлять 30-40% мас. относительно общего твердого вещества смолы электроосаждаемой композиции покрытия.
В некоторых вариантах осуществления электроосаждаемая композиция покрытия может дополнительно включать катализатор отверждения, который может быть использован для катализа реакции между сшивающим агентом и пленкообразующим полимером. Подходящие для использования в настоящем изобретении катализаторы отверждения включают без ограничения оловоорганические соединения (например, оксид дибутилолова, оксид диоктилолова) и их соли (например, диацетат дибутилолова); оксиды других металлов (например, оксиды меди, марганца, церия, циркония и/или висмута) и их соли (например, сульфамат висмута и/или лактат висмута), циклический гуанидин (как описано в абзацах [0010]-[0015] публикации US 2009/0042060, указанные части включены в настоящее описание посредством ссылки) или их комбинации.
Как описано выше, настоящее изобретение включает одновременное нанесение нескольких проводящих жидких материалов на различные части подложки. В то время как один из жидких материалов (например, первый поток жидкости или второй поток жидкости) может содержать электроосаждаемую композицию покрытия, описанную в предыдущих абзацах, другой жидкий материал (например, второй поток жидкости или первый поток жидкости) может содержать любой жидкий материал при том лишь условии, что он является электропроводящим. Например, в качестве другого жидкого материала может быть использована вода (не деионизированная вода) или пермеат. Специалистам в области электроосаждения известно, что подразумевается под пермеатом. Таким образом, подробное описание этого материала не приводится в настоящей заявке. Пермеат, однако, может быть в общем виде описан как остатки после ультрафильтрации содержимого ванны электроосаждения. Соответственно, пермеат может содержать небольшую часть вышеописанного пленкообразующего полимера.
В некоторых вариантах осуществления первый поток жидкости включает электроосаждаемую композицию покрытия, а второй поток жидкости включает воду или пермеат. Альтернативно первый поток жидкости может включать воду или пермеат, в то время как второй поток жидкости включает электроосаждаемую композицию покрытия. В этих осуществлениях первый и второй потоки жидкости могут содержать ионные заряды, которые противоположны друг другу. Например, если электроосаждаемая композиция покрытия, используемая в первом потоке, содержит положительный заряд (т.е. первый поток является катодным), то вода или пермеат, используемые во втором потоке, содержат отрицательный заряд (т.е. второй поток является анодным). Кроме того, если электроосаждаемая композиция покрытия заряжена отрицательно, то вода или пермеат могут быть заряжены положительно.
Различные описанные выше жидкие материалы (например, электроосаждаемая композиция покрытия, вода, пермеат), могут наноситься на подложку способами, известными из уровня техники. Например, различные жидкие материалы могут быть нанесены на субстрат распылением или же подложка может быть пропущена через завесу из жидких материалов или поток жидких материалов. Соответственно, распылитель, штуцер или любой другой тип отверстия (например, щель) могут быть использованы в аппаратах для нанесения жидких материалов на подложку. Следует отметить, что параметры процесса нанесения различных жидких материалов на подложку будут зависеть от требований, предъявляемых пользователем, и, следовательно, для нанесения жидких материалов на подложку могут быть использованы различные типы и формы отверстий и/или насадок.
Толщина наносимой на подложку электроосаждаемой композиции покрытия будет зависеть от требований пользователя, а также от формы подложки. В некоторых вариантах осуществления толщина мокрого и/или сухого слоя покрытия будет варьироваться в диапазоне 1-150 мкм.
В некоторых вариантах осуществления средства для отверждения электроосаждаемой композиции покрытия могут быть расположены в процессе таким образом, чтобы электроосаждаемая композиция покрытия по существу или полностью отверждалась после нанесения композиции на подложку. Например, в некоторых вариантах осуществления УФ-лампы могут быть расположены между первым и вторым потоками так, что УФ-отверждаемая электроосаждаемая композиция покрытия, которая осаждается на подложку из первого потока, по существу и/или полностью отверждается до момента, когда покрытие достигнет второго потока. В других вариантах осуществления УФ-лампа может быть расположена после участка со вторым потоком, что приводит к отверждению электроосаждаемой композиции покрытия после ее выхода, например, из участка пермеата. В то время как в предыдущем предложении описывается, как для отверждения электроосаждаемой композиции покрытия используется УФ-лампа, могут быть использованы и другие способы отверждения композиции покрытия в зависимости от конкретного химического состава электроосаждаемой композиции покрытия. Например, для отверждения электроосаждаемой композиции покрытия могут быть использованы тепловой нагрев/энергия, инфракрасное излучение, индукционный нагрев, облучение электронным пучком и/или ионизирующим излучением или актиничным излучением. В некоторых вариантах осуществления операция отверждения может быть проведена при комнатной температуре. В других вариантах осуществления операция отверждения может быть осуществлена при температуре ≤ 260°С. В некоторых вариантах осуществления операция отверждения может проводиться при температуре, находящейся в диапазоне любых перечисленных выше комбинаций значений, включая перечисленные значения. Например, операция отверждения может быть проведена при температуре 120-150°С. Следует отметить, однако, что при необходимости для активации механизмов отверждения могут быть использованы и более низкие или более высокие температуры.
В других вариантах осуществления до, после или между первым и/или вторым потоками может быть расположен воздушный шабер, чтобы по существу высушить по меньшей мере часть подложки.
Хотя для перемещения подложки через различные вышеописанные жидкие материалы могут быть использованы любые способы, следует отметить, что устройство, используемое для перемещения подложки, не заземляет подложку и электрически не связано или соединено с выпрямителем. Иными словами, для перемещения подложки через жидкие материалы может быть использовано любое устройство при условии, что часть устройства, которая контактирует с подложкой, является непроводящей, не заземлена и электрически не соединена с заземленным устройством. Например, в некоторых вариантах осуществления подложка может быть помещена на несколько роликов, которые будут перемещать подложку через различные жидкие материалы. Эти ролики могут быть полностью выполнены из пластика или они могут включать пластиковую оболочку, которая окружает металлический сердечник. В этом варианте осуществления пластиковая оболочка представляет собой контактирующую с подложкой часть ролика. Кроме того, подложка может перемещаться через жидкие материалы таким образом, что части подложки, покрываемые жидкими материалами, не находятся в контакте с другими предметами и, таким образом, остаются подвешенными в воздухе при их прохождении через жидкие материалы. Этого можно достичь размещением ролика, разматывающего металлическую подложку из рулона, например металлический лист (например, стопка листов), выше по потоку от первого потока жидкости, а ролика, сматывающего металлический лист в рулон, - ниже по потоку от второго потока жидкости. В некоторых вариантах осуществления технологическая линия спроектирована таким образом, что обе стороны металлического листа покрываются электроосаждаемой композицией покрытия. Этого можно достичь установкой первого набора потоков жидкости с одной стороны металлического листа, а второго набора потоков жидкости - с противоположной стороны металлического листа. В случаях, когда электроосаждаемую композицию покрытия наносят на подложку цилиндрической формы, пользователь может применять такие средства перемещения, чтобы цилиндрическая подложка вращалась при ее прохождении через по меньшей мере один набор потоков жидкости, что приводит к нанесению покрытия на всю поверхности цилиндрической подложки.
Подходящие подложки, которые могут быть покрыты различными раскрытыми в описании жидкими материалами, включают металлические подложки, стеклянные подложки (включая те, которые содержат электропроводящие покрытия), подложки из металлических сплавов, металлизированные подложки, такие как пластмасса, покрытая металлическим никелем, и/или пластмассовые подложки. В некоторых вариантах осуществления металл или сплав металлов может быть алюминием и/или сталью. Например, стальные подложки могут быть холоднокатаной сталью, оцинкованной сталью и сталью горячего цинкования. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления подложка может составлять часть транспортного средства, такую как кузов (например, без ограничения, дверь, панель кузова, крышка багажника, панель крыши, капот и/или крыша) и/или автомобильная рама. В настоящем изобретении “транспортное средство” или его модификации включают, но не ограничены, гражданские, коммерческие и военные наземные транспортные средства, такие как автомобили, мотоциклы и грузовики. В других вариантах осуществления металлическая подложка может быть прутком (например, сплошной штырь), трубой, проволокой и/или металлическим листом (например, штампованная сетка или решетка). Также следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления подложка может быть предварительно обработана раствором предобработки, таким как раствор фосфата цинка, как описано в патентах US 4,793,867 и 5,588,989, или может не обрабатываться раствором предобработки.
Хотя вышеописанная электроосаждаемая композиции покрытия не должна обязательно быть покрыта верхним слоем дополнительной композиции покрытия, в некоторых вариантах осуществления электроосаждаемая композиция покрытия используется в системе покрытий. Система покрытий обычно включает несколько слоев покрытия. Слой покрытия, как правило, образуется, когда наносимая на подложку композиция покрытия по существу отверждена способами из уровня техники (например, нагревом).
Одним примером композиции покрытия, которая может быть нанесена на по меньшей мере часть слоя электроосаждаемого покрытия, является грунт-шпаклевка. Грунт-шпаклевка, как правило, используется для повышения стойкости к растрескиванию наносимых впоследствии слоев покрытия (например, композиции покрытия, придающей цвет, и/или по существу прозрачной композиции покрытия), а также улучшения внешнего вида наносимых впоследствии слоев. В настоящем изобретении термин "грунт-шпаклевка" относится к композиции грунтовки, используемой под наносимой далее композицией покрытия, и включает такие материалы, как термопластические и/или сшитые (например, термоусаживаемые) пленкообразующие смолы, широко известные в уровне техники. Подходящие композиции грунтовки и грунт-шпаклевки включают грунтовки, наносимые распылением, как известно специалистам в данной области техники. Примеры подходящих грунтовок включают некоторые, поставляемые PPG Industries, Inc, Pittsburgh, Ра, такие как DPX-1791, DPX-1804, DSPX-1537, GPXH-5379, OPP-2645, PCV-70118 и 1177-225А. Другой подходящей для использования в настоящем изобретении композицией грунт-шпаклевки является грунт-шпаклевка, описанная в заявке US 11/773,482.
В некоторых вариантах осуществления композицию покрытия, придающего цвет (далее “грунтовка”), наносят на по меньшей мере часть слоя покрытия грунт-шпаклевки (если присутствует). Любая композиция грунтовки из уровня техники может быть использована в настоящем изобретении. Следует отметить, что эти композиции грунтового покрытия обычно включают краситель.
В определенных вариантах осуществления композицию по существу прозрачного покрытия (далее “прозрачное покрытие”) наносят на по меньшей мере часть слоя грунтовки. В настоящем изобретении “по существу прозрачный” слой покрытия является по существу прозрачным, а не матовым. В определенных вариантах осуществления композиция по существу прозрачного покрытия может включать в себя краситель, но не в таком количестве, чтобы превратить композицию прозрачного покрытия в матовое (по существу непрозрачное) после его отверждения. Любая композиция прозрачного покрытия из уровня техники может быть использована в настоящем изобретении. Например, в системе покрытия может быть использована композиция прозрачного покрытия, описанная в US 5,989,642, 6,245,855, 6,387,519 и 7,005,472. В определенных вариантах осуществления композиция по существу прозрачного покрытия также может включать частицы, такие как частицы диоксида кремния, диспергированные в композиции прозрачного покрытия (например, на поверхности композиции прозрачного покрытия после отверждения). В некоторых вариантах осуществления композиция покрытия, включающая описанный в заявке полимер, может быть использована в качестве композиции прозрачного покрытия.
Грунтовка и/или прозрачное покрытие, описанные в предыдущем параграфе, также могут включать в себя красители и/или другие дополнительные материалы, известные из уровня техники как ингредиенты рецептур поверхностных покрытий. В настоящем изобретении термин “краситель” означает любое вещество, которое придает композиции цвет и/или другую матовость и/или другой визуальный эффект. Краситель может быть добавлен к покрытию в любой подходящей форме, такой как дискретные частицы, дисперсии, растворы и/или чешуйки (например, алюминиевые чешуйки). В композиции покрытия, описанной в заявке, могут быть использованы как единственный краситель, так и смесь двух или более красителей.
Пример красителей включает пигменты, красители и оттенки, такие как те, которые используются в лакокрасочной промышленности и/или указываются в перечне Ассоциации Производителей Сухих Красок (DCMA), а также композиции со специальным эффектом. Краситель может включать в себя, например, тонкоизмельченный порошок твердый, нерастворимый, но смачиваемый в условиях использования. Краситель может быть органическим или неорганическим и может быть агломерирован или не агломерирован. Красители могут быть включены в покрытия с помощью размолотого компонента, например акрилового размолотого компонента, использование которого известно специалистам в данной области техники.
Примеры пигментов и/или композиций пигмента включают (но не ограничиваются только этим) карбазол диоксазин сырой пигмент, азо, моноазо, дисазо, нафтол AS, солевой тип (лаки), бензимидазолон, конденсационные комплексы металла, изоиндолиноновые, изоиндолиновые и полициклические фталоцианины, хинакридон, перилен, перинон, дикетопирроло пиррол, тиоиндиго, антрахинон, индантрон, антрапиримидин, флавантрон, пирантрон, антантрон, диоксазин, триарилкарбоний, хинофталоновые пигменты, дикетопирролопиррол красный (“красный DPPBO”), диоксид титана, газовую сажу и их смеси. Термины “пигмент” и "окрашенный наполнитель" используются как эквивалентные.
Примеры красок включают (но не ограничиваются только этим) краски на основе растворителя и/или воды, такие как фтало зеленая или синяя, оксид железа, ванадат висмута, антрахинон, перилен, алюминий и хинакридон.
Примеры оттенков включают (но не ограничиваются только этим) пигменты, диспергированные в носителе на водной основе или в носителе, смешивающемся с водой, таком как AQUA-CHEM 896, коммерчески поставляемый Degussa, Inc., CHARISMA COLORANTS и MAXITONER INDUSTRIAL COLORANTS, коммерчески поставляемые отделением Accurate Dispersions - Eastman Chemical, Inc.
Как указано выше, краситель может находиться в форме дисперсии, включая (но не ограничиваясь) дисперсию наночастиц. Дисперсия наночастиц может включать высокодисперсные наноразмерные красители одного или нескольких типов и/или частицы красителя, которые дают желательный видимый цвет и/или матовость и/или визуальный эффект. Наноразмерные дисперсии могут включать такие красители, как пигменты или краски с размером частиц менее 150 нм, например менее 70 нм или менее 30 нм. Наночастицы могут быть получены размолом органических или неорганических пигментов абразивной средой с размером частиц менее 0,5 мм. Примеры наноразмерных дисперсий и способы их получения раскрыты в патенте US 6,875,800, который включен в настоящий документ посредством ссылки. Наноразмерные дисперсии также могут быть получены кристаллизацией, осаждением, конденсацией из газовой фазы и химическим травлением (то есть частичным растворением). С целью минимизации повторной агломерации наночастиц в покрытии может быть использована наноразмерная дисперсия частиц, покрытых смолой. В настоящем изобретении термин “дисперсия наночастиц, покрытых смолой” относится к непрерывной фазе, в которой диспергированы дискретные “композитные микрочастицы”, содержащие наночастицы и покрытие смолы на наночастицах. Примеры наноразмерных дисперсий, покрытых смолой, и способов их изготовления раскрыты в US 2005-0287348, поданной 24 июня 2004, US 60/482,167, поданной 24 июня 2003 и US 11/337,062, поданной 20 января 2006, которые также включены в настоящий документ посредством ссылки.
Примеры подходящих для использования композиций, создающих специальные эффекты, включает пигменты и/или композиции, которые создают один или более визуальных эффектов, таких как отражение, перламутровый эффект, металлический блеск, фосфоресценция, флюоресценция, фотохромизм, фоточувствительность, термохромизм, гониохромизм и/или изменение цвета. Композиции, создающие дополнительные специальные эффекты, могут обеспечить и другие видимые свойства, такие как непрозрачность или текстура. В неограничивающем варианте осуществления композиции, создающие специальные эффекты, могут приводить к изменению цвета, так что цвет покрытия изменяется, когда покрытие рассматривается под различными углами.
В определенных неограничивающих вариантах осуществления в композиции покрытия, описанных в заявке, могут быть использованы фоточувствительная и/или фотохромная композиция, которые обратимо изменяют свой цвет при освещении одним или большим числом источников света. Фотохромные и/или фоточувствительные композиции могут быть активированы облучением заданной длиной волны. При возбуждении композиции изменяется молекулярная структура, и измененная структура обладает новым цветом, который отличается от исходного цвета композиции. При прекращении облучения фотохромная и/или фоточувствительная композиция может вернуться в состояние покоя, в котором возвращается исходный цвет композиции. В одном неограничивающем варианте осуществления фотохромная и/или фоточувствительная композиция может быть бесцветной в невозбужденном состоянии и окрашенной в возбужденном состоянии. Полное изменение цвета может проходить за время от миллисекунд до нескольких минут, например за 20-60 секунд. Пример фотохромных и/или фоточувствительных композиций включает фотохромные краски.
В неограничивающем варианте осуществления фоточувствительная и/или фотохромная композиция могут быть связаны и/или по меньшей мере частично связаны, например, ковалентной связью с полимером и/или полимерными материалами полимеризуемого компонента. В отличие от некоторых покрытий, в которых фоточувствительная композиция может мигрировать из покрытия и кристаллизоваться на подложке, фоточувствительная и/или фотохромная композиция, связанная и/или по меньшей мере частично связанная с полимером и/или полимеризуемым компонентом в соответствии с неограничивающим вариантом осуществления настоящего изобретения, практически не выходит из покрытия. Примеры фоточувствительных и/или фотохромных композиций, а также способы их изготовления раскрыты в US 10/892,919, поданной 16 июля 2004.
В общем случае краситель может присутствовать в любом количестве, достаточном для придания желательного визуального и/или цветового эффекта. Краситель может составлять 1-65% мас. настоящей композиции, например 3-40% мас. или 5-35% мас. относительно общей массы композиции.
Одна или несколько из описанных в заявке композиций покрытия могут включать другие необязательные материалы, известные из уровня техники как ингредиенты рецептур поверхностных покрытий, такие как пластификаторы, антиоксиданты, светостабилизаторы на основе стерически затрудненных аминов, поглотители и стабилизаторы УФ-света, поверхностно-активные вещества, средства для контроля текучести, тиксотропные регуляторы, такие как бентонитовая глина, пигменты, наполнители, органические совместные растворители, катализаторы, включая фосфоновые кислоты, и другие общепринятые вспомогательные вещества.
В дополнение к вышеописанным материалам одна или несколько вышеописанных композиций покрытия также может содержать органический растворитель. Подходящие для использования в композиции покрытия органические растворители включают любой из перечисленных в предыдущих абзацах растворителей, а также бутилацетат, ксилол, метилэтилкетон или их комбинации.
Следует понимать, что одна или несколько композиций покрытия, образующих различные описанные в заявке слои покрытия, могут быть “однокомпонентной” (“1К”), “двухкомпонентной” (“2К”) или даже многокомпонентной композицией. Следует понимать, что 1К композиция относится к композициям, в которой все компоненты покрытия после изготовления, во время хранения и т.д. содержатся в одном контейнере. Следует понимать, что в 2К или многокомпонентной композиции различные компоненты хранятся отдельно друг от друга до момента, непосредственно предшествующего применению. Композиция 1К или 2К покрытия может быть нанесена на подложку и отверждена любыми обычными средствами, такими как нагрев, сжатый воздух и т.п.
Раствор предварительной обработки, грунт-шпаклевка, грунтовка, и/или прозрачное покрытие могут быть нанесены на подложку с использованием любых способов известного уровня техники. Например, композиции покрытия могут быть нанесены на подложку любым из множества способов, включающего среди прочего (без ограничения) распыление, нанесение щеткой, погружение и/или нанесение валиком. Когда на подложку нанесено несколько композиций покрытия, следует отметить, что одна композиция покрытия может быть нанесена на по меньшей мере часть основной композиции покрытия до или после отверждения композиции основного покрытия. Если композицию покрытия наносят на еще не отвержденную композицию основного покрытия, то обе композиции покрытия могут быть отверждены одновременно.
Грунт-шпаклевка, грунтовка и/или прозрачное покрытие могут быть отверждены вышеописанными способами. Однако в определенных вариантах осуществления одна или более композиций покрытия являются композициями, отверждаемыми при низкой температуре во влажных условиях. В настоящем изобретении термин “композиция, отверждаемая при низкой температуре во влажных условиях” относится к композиции покрытия, которая после нанесения на подложку способна отверждаться в присутствии окружающего воздуха с относительной влажностью 10-100%, например 25-80% при температуре в диапазоне от -10 до 120°С, например 5-80°С, в некоторых случаях 10-60°С и в других случаях 15-40°С.
Хотя некоторые варианты осуществления изобретения были описаны выше в деталях, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что в свете сведений, раскрытых в настоящем документе, могли бы быть разработаны и различные модификации таких деталей и альтернативы им. Соответственно, конкретные раскрытые варианты предназначаются только для иллюстрации и не ограничивают ни объем притязаний по изобретению, определенный в прилагаемой формуле изобретения, ни любые эквиваленты настоящего изобретения.
Примеры
Следующие примеры иллюстрируют различные неограничивающие варианты осуществления настоящего изобретения.
Пример 1
Гладкий металлический стержень длиной 40 см, диаметром 3,2 мм, помещают над двумя соседними 5-литровыми полипропиленовыми емкостями. Одна из пропиленовых емкостей наполнена катионной акриловой электроосаждаемой краской POWERCRON  935 (поставляется PPG Industries, Inc, Pittsburg, PA, USA), в то время как другая пропиленовая емкость заполнена водопроводной водой с проводимостью 450 мкСм. Один конец стержня помещают над полипропиленовой емкостью, заполненной POWERCRON  935, а противоположный конец стержня помещают над полипропиленовой емкостью, заполненной водой. К каждой емкости присоединяют насос, который откачивает жидкость из нижней части и подает ее через металлический штуцер диаметром 5 мм, расположенный менее чем в 25 мм над поверхностью стержня. Выходы штуцера направлены вниз так, что поток из штуцера наносится на расположенный ниже металлический стержень. Штуцер, подающий электроосаждаемую краску, электрически соединяют с положительным полюсом выпрямителя на 500 В с помощью металлического зажима и проволоки. Штуцер, подающий водопроводную воду, подключают к отрицательному полюсу того же выпрямителя на 500 В. Каждый насос включают для подачи потока электроосаждаемой краски и водопроводной воды на два различных участка стержня, одновременно контролируя расход в каждом потоке так, чтобы они оставались отделены друг от друга и на поверхности стержня. После включения выпрямителя постоянного тока, создающего потенциал 350 В между положительным и отрицательным выводами в течение 30 секунд, на участке стержня, контактировавшем с потоком электроосаждаемой краски, получают 20-30 микрон электроосаждаемой пленки. Затем выпрямитель выключают, и процесс нанесения покрытия останавливается. Затем металлический стержень переворачивают так, чтобы водопроводная вода текла по концу стержня с электрохимическим покрытием, а непокрытая часть металлического стержня (т.е. конец стержня, который ранее был под струей водопроводной воды) помещают под поток электроосаждаемой краски. Затем выпрямитель затем включают во второй раз на 30 секунд, создавая разность потенциалов 350 В на выходе, и слой электроосаждаемой краски 20-30 микрон толщиной наносится также и на этом конце металлического стержня, в результате чего получается покрытие в тех областях, где электроосаждаемая краска находилась в контакте с металлическим стержнем.
Пример 2
Этот пример проводят аналогично примеру 1, за исключением замены гладкого металлического стержня на металлическую резьбовую шпильку 10 мм в диаметре.
Пример 3
Этот пример проводят аналогично примеру 2, за исключением того, что используют электроосаждаемую краску POWERCRON 920Н (поставляется PPG Industries, Inc, Pittsburg, PA, USA).
Пример 4
Этот пример проводят аналогично примеру 3, за исключением того, что металлический стержень с резьбой помещают на ряд пластмассовых роликов, приводимых в движение двигателем с переменной скоростью вращения, которые перемещают стержень над полипропиленовой емкостью со скоростью 25-40 см/мин. Кроме того, в этом примере объем емкостей увеличивают до 20 литров и каждый из металлических штуцеров заменяют на металлический дозатор потока 25 мм (Ш) × 225 мм (Д). У каждого дозатора потока имеется ряд отверстий размером 1,5 мм, просверленных по прямой линии вдоль дозатора. Дозаторы помещают на расстоянии 25 мм от металлического стержня с резьбой. Количество жидкости, выходящее из каждого дозатора, обеспечивает 20 см жидкой занавесы. При движении стержня с резьбой через завесу общее время контакта между завесой и стержнем с резьбой составляет 30 секунд, если стержень движется со скоростью 40 см/мин. При включенном выпрямителе электроосаждаемая краска наносится на ту часть стержня, которая находится в контакте с потоком электроосаждаемой краски, в то время как другая часть стержня одновременно находится в контакте с потоком водопроводной воды.
Пример 5
Этот пример проводят аналогично примеру 4, за исключением того, что в линии размещают дополнительную полипропиленовую емкость (включающую металлическую систему дозировки потока), в которой содержится водопроводная вода. В этой схеме центральная полипропиленовая емкость, содержащая электроосаждаемую краску, находится между двумя емкостями, содержащими водопроводную воду. Дозатор помещают над этой дополнительной емкостью с водопроводной водой и подключают к отрицательному выходу выпрямителя параллельно с исходным дозатором с водопроводной водой. Цилиндрический металлический стержень длиной 60 см перемещался через различные завесы из водопроводной воды и/или электроосаждаемой краски. Т.к. он являлся достаточной длинным, покрытие было непрерывным: при истечении электроосаждаемой краски на стержень всегда имелся участок, который в этот момент времени находится под завесой водопроводной воды. После завершения процесса металлический стержень имел по всей поверхности слой нанесенной электроосаждаемой краски толщиной 10-25 микрон.
Пример 6
Этот пример проводят аналогично примеру 5, за исключением того, что вместо водопроводной воды используют пермеат от ультрафильтрации.
Пример 7
Этот пример проводят аналогично примеру 6, за исключением того, что металлический стержень заменяют плоской металлической панелью 20 см (Ш) × 45 см (Д). В этом примере штуцеры расположены на 20 мм выше панели. Между завесами жидкости устройство воздушного шабера подает струю сжатого воздуха на заготовку. Струя сжатого воздуха сохраняет потоки различных завес отделенными друг от друга. Процесс с одной центральной электроосаждаемой завесой, окруженной двумя заземленными завесами из проводящей жидкости, позволяет проводить непрерывное электроосаждение. Приложенный потенциал 400 В и максимальный ток 500 мА приводит к покрытию толщиной 20-30 мкм.
Пример 8
Этот пример проводят аналогично примеру 7, за исключением того, что плоскую металлическую панель заменяют на плоскую зеркальную стеклянную поверхность. Задняя поверхность или является электропроводящей, или имеет электропроводящее покрытие, нанесенное на эту поверхность так, чтобы могло быть получено покрытие.
Пример 9
Этот пример проводят аналогично примеру 8, за исключением того, что зеркальное стекло изогнуто так, чтобы собирать падающий свет. В этом примере дозаторы модифицируют таким образом, чтобы их форма соответствовала кривизне задней поверхности зеркала, в соответствии с его кривизной на расстоянии 5-15 мм.