CN102341227A - 水系涂层剂 - Google Patents
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Abstract
为了使水性涂层剂能够通过模内涂层法形成良好的涂膜且解决有机溶剂的处理问题，本发明提供一种用于模内涂层法的水性涂层剂，在该模内涂层法中，在模具内的型腔内壁涂布涂层剂而形成涂膜后，向待处理物和所述涂膜之间的间隙中注入填充材料，从而在所述待处理物表面形成由所述填充材料形成的被膜以及作为最表层的所述涂膜。所述水性涂层剂以水和成膜助剂为主要成分，10g所述水系涂层剂装入高1m，内径34mm的丙烯酸管内，所述丙烯酸管内减压时达到的发泡高度为400mm或以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于模内涂层法的水系涂层剂，在该模内涂层法中，涂层剂被涂布于模具内的型腔内壁形成涂膜后，向待处理物和所述涂膜之间的间隙中注入填充材料，从而在所述待处理物表面形成由所述填充材料形成的被膜以及作为最外表层的所述涂膜，本发明还涉及由使用了所述水系涂层剂的模内涂层法而得到的涂膜成型品。
背景技术
例如，汽车的方向盘的制造方法中，将方向盘的芯杆安装在模具腔内后，再向模具腔内注入树脂材料，使其硬化后形成树脂层。从触感好的角度出发，使用聚氨酯树脂作为树脂材料，但聚氨酯树脂有耐光性差，容易变黄的缺点，因此，有必要在聚氨酯树脂表面形成具有耐光性的涂膜。
如参考专利文献1，已开发出形成带有最外表层的涂膜的聚氨酯树脂层的方法，即所谓的“模内涂层”工艺，其中，涂层剂预先涂布在模具型腔内壁上，形成涂膜，再向芯杆和涂膜间隙中注入聚氨酯树脂，使其硬化。
具体而言，如图1所示，在模具1的下模2的型腔5上预先存蓄上特定量的用于形成涂膜的涂层剂M，如图2所示，方向盘的芯杆10置于腔体2内，用上模3将模具1合上。模具1收容在由框体11和盖体12形成的箱体13内。接着，使用真空泵20对箱体13内进行减压，则型腔5的内部也通过通孔21被减压。当型腔5的内部被减压时，涂层剂M的溶剂会沸腾，体积增加，接着泡沫破裂后，涂层剂M被涂布在型腔5的内壁6上。接下来，聚氨酯树脂通过从射出喷嘴25注入腔体5内，如图3所示，在型腔5内壁6形成的涂层剂M的涂膜和方向盘的芯杆10的间隙中填充有聚氨酯树脂U。然后，聚氨酯树脂U硬化，并打开模具1，从而得到将聚氨酯树脂层用由涂层剂M形成的涂膜覆盖的方向盘。
专利文献1：日本国专利第3573013号公报然而，专利文献1记载的方法，为了使涂层剂在减压时进行有效地沸腾，需要使用有机溶剂系的涂层剂，从而产生了有机溶剂处理的问题。并且，涂膜性能也需要进一步的提高。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种涂层剂，可通过使用模内涂层法形成令人满意的涂膜，进而解决有机溶剂的处理问题。
本发明的发明者们，为达成上述目的，进行了锐意的研究后发现：当水系的涂层剂具有特定的组成时，在模内涂层法中，可以在模具的内壁上形成均匀良好的涂膜，从而完成了本发明。
即，为达成上述目的，本发明提供以下的水系涂层剂。
(1)其是用于模内涂层法的水系涂层剂，在模具内的型腔内壁涂布涂层剂形成涂膜后，向待处理物和所述涂膜之间的间隙中注入填充材料，从而在所述待处理物表面形成由所述填充材料组成的被膜以及作为最表层的所述涂膜，其特征为：所述涂层剂以水和成膜助剂为主成分，10g所述涂层剂装入高1m，内径34mm的丙烯酸管内后，在所述丙烯酸管内减压时达到的发泡高度为400mm以上。
(2)上述(1)所记载的水系涂层剂中的水和成膜助剂的总和占整个涂层剂的70～97质量％，其余为固体成分。
(3)一种涂膜成型品：使用上述(1)或(2)所记载的水系涂层剂在减压下通过进行模内涂层而形成，所述涂膜的涂膜伸长率为50～400％，涂膜强度为70～200kg/cm2。
并且，所述水系涂层剂包含乳胶系(即聚合物粒子中添加了乳胶)，和分散剂系(即聚合物粒子中添加了分散剂)，并且，所述涂层剂的树脂具有通过离心分离来分离的特性。
发明效果
本发明的水系涂层剂，富有发泡性，形成的泡沫不会马上消掉。因此，通过模内涂层法获得的涂膜，具有膜厚增厚，极好的耐水、耐光、耐化学性及其他膜特性，还可以得到没有喷火口状的不平整和针孔等缺陷，表面性状良好的涂膜成型品。并且，由于使用水作为用于分散树脂成分的液体，不使用有机溶剂，从而不会发生诸如使用了有机溶剂的涂层剂中的溶剂处理问题。
附图说明
图1是模内涂层法的示意图。
图2是模内涂层法的示意图。
图3是模内涂层法的示意图。
图4是在实施例和比较例中使用的，发泡达到的高度的测定装置的概略图。
图5是将表2中所示的固体成分的所占的比率和发泡达到的高度进行图表化的图。
符号说明
M 涂层剂
U 聚氨酯树脂
1 模具
2 下模
3 上膜
5 型腔
6 内壁
10 芯杆
13 箱体
20 真空泵
25 喷嘴
41 透明丙烯酸管
42 底部构件
43 涂层剂试样的供给口
44 顶部构件
45 与真空泵连接的排气口
46 铁管
47 透明温水循环软管
具体实施方式
本发明的水系涂层剂，主要包括水和成膜助剂，向高1m、内径34mm的丙烯酸管内装入10g的水系涂层剂，利用真空泵降低所述丙烯酸管内的压力使涂层剂发泡，其中发泡的高度为400mm或以上。作为形成涂层的材料，还包含树脂、颜料、均染剂以及其他固体成分。以下将分别进行详细说明。
丙烯酸系树脂、聚氨酯系树脂、醋酸乙烯酯系树脂、有机硅系树脂以及其他通常用于涂层剂中的树脂均可作为本发明的树脂。其中，考虑膜的强度和耐光性等各因素，使用丙烯酸系树脂是最令人满意的。所述丙烯酸系树脂可通过诸如乳化聚合、溶液聚合、块状聚合等聚合法共聚如下化合物获得，例如：聚合性不饱和羧酸或羧酸酐；(甲基)丙烯酸的酯类和(甲基)丙烯酸以外的丙烯酸系单体；以及根据需要，苯乙烯、醋酸乙烯酯等。上述的树脂可以单独使用一种，也可以混合使用2种以上。
所述颜料，可从：氧化钛、炭黑、铁丹及其他着色颜料；氧化钡粉末、沉淀硫酸钡、碳酸钡、碳酸钙、石膏、粘土、二氧化硅、白炭、硅藻土、滑石粉、碳酸镁、白色氧化铝、光泽白等体质颜料以及其他以往常用于涂层剂中的各种颜料，根据目标颜色，进行选择。并且，优选的，在涂层剂中颜料的含量为0.1～5质量％，更优选的为0.5～3质量％。颜料的含量如未满0.1质量％的话，不能得到足够的着色效果，而超过了5质量％的话，容易产生着色不均。
所述成膜助剂，其沸点应高于水的沸点，并且可以半溶解(semi-dissolve)树脂粒子。由于其沸点比水高，所以即使水蒸发后，所述涂层剂也能够维持流体状态，且因其能将树脂粒子半溶解，所以树脂粒子之间的粘结力更大，因此能使得到的涂膜变得平滑。为得到这样的效果，本发明使用了：N-甲基吡咯烷酮、甲基纤维素溶剂、卡必醇、三甘醇、2，2，4-三甲基-1.3戊二醇单异丁酸酯(TEXANOL)等。其中，优选的，N-甲基吡咯烷酮、甲基纤维素溶剂较为理想。上述成膜发泡助剂，可以单独使用一种，也可以2种以上混合使用。并且，在涂层剂中，成膜助剂的含量优选的为0.3～3质量％，更优选的，为0.5～2质量％。所述成膜助剂的含量如未满0.3质量％，则不能使涂膜足够平滑，而超过了3质量％，则产生膜厚不均。
并且，成膜助剂和水的总量占涂层剂整体量的65～98质量％，优选的，以70～97质量％为理想。
均染剂为一种促进涂层剂的发泡，使涂层剂充分的附着在腔体的内壁上的成分。在本发明中可使用：硅油、硅基漆、二甲基硅氧烷、甲基聚硅氧烷聚亚烷基氧化物、含有全氟烷基的低聚体、聚氧乙烯烷基酯、山梨醇烷基酯、聚氧乙烯山梨醇烷基酯、聚亚烷基氧化物改性硅氧烷等。其中，优选的是聚伸烷基氧化物改性硅氧烷。上述各种均染剂，可以单独使用一种，也可以2种以上混合使用。并且，在涂层剂中的均染剂含量以0.3～3质量％为优选，更优选的为0.5～2质量％。均染剂的含量如未满0.3质量％，则发泡不充分，部分地不能形成涂膜，而超过了3质量％，则过分发泡使膜厚产生不均。
上述水基涂层剂中，可将部分的树脂、颜料、成膜助剂，以及均染剂用水容性乳胶代替。所述水溶性乳胶，可以使用：烷基硫酸钠、烷基硫酸钾等烷基硫酸盐类；烷基苯磺酸钠、烷基苯磺酸钾等烷基苯磺酸盐类；二烷基磺基琥珀酸酯钠、二烷基磺基琥珀酸酯钾等烷基磺基琥珀酸酯盐类等。上述水容性乳胶，可以单独使用一种，也可以2种以上混合使用。并且，在涂层剂中的水溶性乳胶含量优选的为0.01～1质量％，更优选的为0.05～0.5质量％。通过添加水容性乳胶，虽然可以提高树脂粉末以及颜料的分散性，但是即使添加超过1质量％，也不能进一步提高分散性，反而树脂、颜料、成膜助剂以及均染剂含量相对地减少，不能得到良好的涂膜。
并且，适量的可塑剂、湿润剂、防沉淀剂以及通常用于水系涂层剂中的各种添加剂，可根据需要进一步添加到所述水系涂层剂中。但是，这些添加剂必须代替树脂、颜料、成膜助剂、均染剂，和水溶性乳胶的一部分。并且，消泡剂会使均染剂的作用消失，因此不使用。
本发明的水系涂层剂为针对模内涂层法，用于如图1～图3中所示的所述成膜工序中使用。因此，关于模内涂层法，可参照专利文献1。
并且，被涂膜的待处理物，不仅限于方向盘，也适用汽车的仪表盘、扶手箱、手套箱、头靠、扶手、门套、空气扰流板、保险杠等其他部件。并且，也适用于汽车部件以外的家电制品等的成形品上。
所述涂膜的伸长率为50～400％，优选的为150～200％。涂膜的强度为70～200kg/cm2，优选的为90～110kg/cm2。涂膜具有这样的伸长率和强度，能形成表面性能优越、耐久性高的成型品。在优选值的范围内，制造的制品更稳定。
实施例
以下列举实施例和比较例，对本发明进行进一步说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。且，以下实施例以及比较例中的“％”是指“质量％”。
(实施例1～8，比较例1～4)
将水、成膜助剂和固体成分(树脂、颜料、均染剂、乳化剂、消泡剂和其他成分)，如表1所示配比进行混合，制备水系涂层剂。其中，使用了以下的物质作为成膜助剂和固体成分。添加了可塑剂、湿润剂和防沉淀剂作为其他成分。
树脂：丙烯酸系树脂；旭化成公司制“PolytronF2400”：涂膜伸长率为180％，涂膜强度为100kg
颜料：炭黑；大日精化工业公司制“AFblack”
成膜助剂：甲基吡咯烷酮；三菱化学公司制“NMP”
均染剂：聚醚改性硅氧烷；BYL化学公司制“BYK347”
乳化剂：二磺酸盐；日本乳化剂公司制“NEWCORLA-261A”
消泡剂：二甲基硅氧烷；BYL化学公司制“BYK024”
[表1]
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | |
| 水(％) | 70 | 75 | 80 | 85 | 85 | 90 | 92 | 97 |
| 固体成分(％) | 30 | 26 | 20 | 16 | 15 | 10 | 8 | 3 |
| 树脂(％) | 21 | 17.5 | 14 | 10.5 | 10.5 | 7 | 5.6 | 2.1 |
| 颜料(％) | 4.9 | 4.1 | 3.3 | 2.48 | 2.47 | 1.65 | 1.32 | 0.48 |
| 其它(％) | 1.5 | 1.25 | 0.09 | 1.72 | 0.88 | 0.55 | 0.42 | 0.1 |
| 均染剂(％) | 2.2 | 1.82 | 1.45 | 1.1 | 1.1 | 0.7 | 0.55 | 0.22 |
| 乳化剂(％) | 0.4 | 0.33 | 0.26 | 0.2 | 0.05 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 消泡剂(％) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 成膜助剂(％) | 1.9 | 1.9 | 1.9 | 1.9 | 1.9 | 1.9 | 1.9 | 1.9 |
| 比较例1 | 比较例2 | 比较例3 | 比较例4 | |
| 水(％) | 85 | 85 | 65 | 65 |
| 固体成分(％) | 15 | 15 | 35 | 35 |
| 树脂(％) | 10.5 | 10.5 | 24.5 | 24.5 |
| 颜料(％) | 2.47 | 2.47 | 5.9 | 5.9 |
| 其它(％) | 0.23 | 1.83 | 1.58 | 1.15 |
| 均染剂(％) | 1.1 | 0 | 2.55 | 2.55 |
| 乳化剂(％) | 0.2 | 0.2 | 0.47 | 0.4 |
| 消泡剂(％) | 0.5 | 0 | 0 | 0.5 |
| 成膜助剂(％) | 1.9 | 1.9 | 1.9 | 1.9 |
得到的水系涂层剂的发泡高度，使用发泡高度测量装置来测定，该装置具备如图4所示的内径34mm、外径40mm、高1000mm的透明丙烯酸管。并且，在图4中，41为透明丙烯酸管，42为底部构件，43为涂层剂试样的供给口，44为顶部构件，45为与真空泵相连接的排气口，46为在透明丙烯酸管内的中心所配置的外径为13mm的铁管，47为透明温水循环软管。透明温水循环软管47，由氯乙烯等材料制成，外径约为10mm，内径约为8mm，沿管的纵向，以约2cm的间隔，卷绕在透明丙烯酸管41上。
然后，在透明温水软管47中以60℃的温水进行循环，同时用真空泵将透明丙烯酸管41内部减压至绝对压强约为0.101MPa、表压约为-0.09MPa后，往透明丙烯酸管内41注入涂层剂试样10g，注入试样后将该丙烯酸管41封住。此时，丙烯酸管内部的温度估计为25～35℃左右，紧接着，管内涂层剂溶液中所含有的气体的脱气和此气体的膨胀使涂层剂发泡，测量此时的泡沫的高度(即发泡高度)，测量的结果如表2以及图5所示。并且，表2中也同时记载了固体成分所占的比例。
[表2]
可以观察到涂层剂中的固体成分所占的比例越高，涂层剂的粘性越大。图5表明，固体成分所占的比例超过30％时，则发泡高度急剧降至400mm以下，并且，当加入消泡剂时发泡高度变低，且不加均染剂时发泡高度变低。可以确定，根据本发明的实施例，所形成的涂膜发泡高度较高，且可形成均匀良好的涂膜。
并且，依照下述试验方法测定了涂膜伸长率和强度。结果如表3所示。
(1)试验片的制作
在试验板上，铺上市场上出售的离型纸，在该纸上不产生泡沫地涂布试样，其后，干燥2周。干燥后，进一步使其在离型纸上翻转，保持干燥7天后，从离型纸上将涂膜剥下来制成游离涂膜。接下来，在确认游离涂膜没有翘曲，透过自然光确认没有针孔之后，将其成形为JIS K 6301(硫化橡胶物理试验法)规定的哑铃形状作为试验片。
(2)测定
(i)测定试验片的数个地方的厚度，将最低值作为厚度。
(ii)将试验片冲切，其宽度作为试验片的宽度。
(iii)在离试验片中心20cm的地方，分别放入标线。
(iv)将试验片安装在拉伸试验机上，使夹具间距为60mm，以一定的速度施加力，读取破坏时的负荷P和标线间距离L。
(v)然后，涂膜伸长率E用公式(1)，涂膜强度T用公式(2)计算。
E(％)＝[(L-20)×100]/20...(1)
T(kg/cm2)＝P/A...(2)
(A＝试验片的截面积(B×C)/100，B为试验片的长度，C为试验片的宽度。
本发明的产物测定值为：E＝150～200％，T＝90～110kg/cm2。如此一来，根据本发明的实施例的试验片的伸长率以及强度都很优越。
本发明参照特定的实施例进行了详细地说明，但只要不脱离本发明的主旨范围，可进行各种各样的变更和修正，这对于本领域技术人员是显而易见的。
本申请是基于2009年2月2日提出的日本专利申请特愿2009-021359，其内容在这里被引用作为参考。
工业上利用的可能性
本发明可用于例如汽车的方向盘、仪表盘、扶手箱、手套箱、头靠、扶手、门套、空气扰流板、保险杠等的制造。
Claims (3)
1.一种用于模内涂层法的水系涂层剂，在该模内涂层法中，涂层剂被涂布于在模具内的型腔内壁以形成涂膜后，向待处理物和所述涂膜之间的间隙中注入填充材料，从而在所述待处理物表面形成由所述填充材料形成的被膜以及作为最表层的所述涂膜，其特征在于，
所述水系涂层剂的主成分为水和成膜助剂，10g所述水系涂层剂装入高1m，内径34mm的丙烯酸管内后，在所述丙烯酸管内减压时达到的发泡高度为400mm或以上。
2.如权利要求1所述的水系涂层剂，其特征在于，所述涂层剂中的水和成膜助剂的总和占整个涂层剂的70～97质量％，其余为固体成分。
3.一种涂膜成型品，其特征在于，
该涂膜成型品使用如权利要求1或2所述的水系涂层剂在减压下通过进行模内涂装而形成，所述涂膜的涂膜伸长率为50～400％，涂膜强度为70～200kg/cm2。
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