CN104136913A - 利用湿色测量预测由涂料成分得到的涂料金属光泽的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明关注于用于控制由包含薄片，如金属铝薄片的涂料成分，如汽车OEM或修补漆得到的涂料的金属光泽的方法。因此，通过调整加入到涂料成分的消光剂的量，能够从有光泽到无光泽(褪光)结束来控制由涂料成分得到的涂料的光泽。方法包括利用本发明的光泽预测设备，测量应用在测试基底上的一层涂料成分的反射(L值)。随后测量由该层得到的涂料的金属光泽。在使加入到成分中的一种或更多种消光剂的量变化的情况下重复方法，并且在图表上绘制金属光泽相对于反射。随后借助曲线拟合方程，绘制金属光泽预测曲线。随后通过测量目标涂料成分的湿层的反射，利用光泽预测曲线，能够预测将会由来自目标涂料成分的涂料产生的金属光泽。该方法在涂料成分，如汽车OEM和修补漆的制造期间最有用。
Description
技术领域
本发明关注于一种预测由应用在基底上的一层涂料成分得到的涂料的金属光泽的方法，其中所述涂料成分包含金属薄片。方法更特别地关注于一种在制造修补漆的时候在实时基础上预测将由汽车OEM和这样的修补漆得到的涂料的金属光泽的质量保证方法。
背景技术
取决于涂料成分在汽车应用中的最终用途，比如应用在汽车车身上的应用对比于应用在车保险杠上的应用，典型地通过向成分中加入添加剂，比如用以减少光泽的消光剂，来调整由薄片提供的金属光泽。涂料成分中的消光剂的量越大，由所述涂料成分得到的涂料的金属光泽越低，反之亦然。因此，在作成涂料成分，比如汽车OEM漆或修补漆时，漆制造商典型地检查所述涂料成分的样本，以确定由其得到的涂料的金属光泽。于是，不时地获取正在制造的这样的涂料成分的等分部分，在测试基底上应用成想要的厚度的层，干燥和/或固化成涂料，并测量其光泽以检查光泽是否在想要的光泽范围中。随后调整处理参数并重复上述测试过程，直到被调整的涂料成分落在想要的光泽范围内为止。
上面提到的测试过程不仅费时和麻烦，而且还造成制造处理中的频繁中断。结果，可能不利地影响所得到的涂料成分的批次到批次间质量。于是，存在对于开发一种能够仍然在制造涂料成分的时候就能预测将由所述涂料成分得到的涂料的光泽，以使得能够在实时基础上容易地调整制造处理以得到想要的金属光泽的方法的需要。
发明内容
本发明关注于一种金属光泽预测方法，包括：
(a)通过包含S0涂料成分的金属光泽预测设备的容器，在测试基底上分布包含金属薄片的所述S0涂料成分的大体均匀厚度的L0层；
(b)把来自光源的成预设的入射角的具有预设的强度的光束投射在所述L0层上；
(c)利用光学测量仪器，测量以预设的反射角从所述L0层反射的所述束的B0反射；
(d)把所述L0层固化或干燥成C0涂料；
(e)利用光泽计测量所述C0涂料在预设的金属光泽角度下的Y0金属光泽；
(f)把所述L0层的所述B0反射和所述C0涂料的所述Y0金属光泽存储在计算机的计算机可用存储介质中；
(g)针对S1到Sn涂料成分重复所述步骤(a)到(f) 以确定L1到Ln层的B1到Bn反射和C1到Cn涂料的Y1到Yn金属光泽，其中n范围在从4到20，所述S1到Sn涂料成分分别包括基于100重量份数的所述涂料成分的F1到Fn重量份数的一种或更多种消光剂；
(h)定位图表上的在所述图表的X轴上的所述L0到Ln层的所述B0到Bn与在所述图表的Y轴上的所述C0到Cn涂料的所述Y0到Yn金属光泽相交的位置处的相交点；
(i)利用曲线拟合方程在所述图表上产生金属光泽预测曲线；
(j)通过包含目标涂料成分的所述金属光泽预测设备的所述容器，在所述测试基底上分布所述目标涂料成分的所述大体均匀厚度的LT层，所述目标涂料成分还包括所述消光剂；
(k)把来自所述光源的成所述预设的入射角并且处于所述预设的强度的光束投射到所述LT层上；
(l)利用所述光学测量设备，测量以所述预设的反射角从所述LT层反射的所述束的BT反射；
(m)在所述图表的所述X轴上定位所述LT层的所述BT；
(n)在所述金属光泽预测曲线上，定位与所述图表的所述X轴上的所述BT相交的相交点；和
(o)通过定位在所述图表的所述Y轴上的与所述金属光泽预测曲线上的所述相交点相交的YT，预测由所述目标层得到的目标涂料在所述预设的金属光泽角度下的金属光泽，所述金属光泽预测曲线上的所述相交点与所述图表的所述X轴上的所述BT相交。
附图说明
图1和图2宽泛地图解本发明的金属光泽预测设备的实施例之一。
图3宽泛地图解由本发明的金属光泽预测方法产生的金属光泽预测曲线。
具体实施方式
如这里所定义：
“薄片”意味着在表现出光泽的涂料成分中利用的常规金属薄片，比如铝薄片。薄片还可包括常规云母薄片，无机薄片，有机薄片，或者它们的组合。
“涂料成分”意味着包含向应用在基底，比如汽车汽车车身、保险杠或挡泥板上的涂料成分提供光亮外观（即，光泽）的一种或更多种薄片的涂料成分。“光泽”意味着随着观察角度的改变，即，从90°改变到180°，比如金属铝薄片之类的薄片的明亮度或亮度上的视觉改变。从亮外观到暗外观的视觉改变越大，光泽越好。光泽加强了汽车的直线和曲线；于是，光泽在达到涂料的这种所追求的外观方面非常重要。包含金属薄片，比如铝薄片的汽车涂料成分通常用于获得被高度追求的金属光泽的光亮外观。可以通过向涂料成分中加入添加剂，比如由威尔明顿（特拉华）的杜邦公司供应的TU09-GC01消光剂来控制光泽，以通过适合地增加或减小加入到包含有金属薄片的涂料成分中的消光剂的量，来向由所述涂料成分得到的涂料赋予有光泽的(无消光剂)、半光泽的或者无光泽的外观。在生产涂料成分时，涂料成分的各种组分，比如颜料、薄片、粘结剂聚合物、溶剂等被混合，并且典型地在研磨碾碎机中被研磨。于是，通过在作成涂料成分的时候，确认来自涂料成分的涂料的金属光泽，能够在制造期间实时地调整加入到混合物中的消光剂的量，以最终达成将会提供想要的金属光泽的涂料成分。
当直接测量时，来自处于其湿状态的涂料成分的层的光泽能够与当这样的层干燥和/或固化成涂料时能够得到的金属光泽关联。然而，由于归因于溶剂从涂料成分的湿层蒸发和/或涂料成分的湿层的交联，所述涂料成分的湿层的光学性质不断改变，因此很难使这样的湿的光学性质测量结果与一旦所述湿层干燥和/或固化成涂料而由该层得到的涂料的金属光泽相关联。本发明的方法和设备提供用以达成上述关联的解决方案。
适合于本发明的方法的光泽预测设备之一包括图1和图2中所示的设备1。设备1包括由放置在支撑架6上的驱动器4，比如电马达旋转的测试基底2(优选为圆盘)。安装在驱动器4的轴上的测试基底2可被放置在水平位置或者垂直位置。图1和图2中所示的设备2的测试基底2被垂直放置，这是优选的。测试基底2可由任何适合的材料，比如钢、塑料或铝制成。测试基底2的表面优选地具有和例如汽车车身或汽车保险杠相同的平滑度，以使得获得的结果如同接近于将会在相似的漆应用条件下获得的结果。
如图1中所示，设备1具备邻近测试基底2放置的容器8。容器8具备开口10(优选为狭缝)，当被倒入容器8中时，涂料成分(S0)12可通过开口10而作为大体均匀厚度的L0层14被应用在测试基底2的表面上的测量区域16上。用于产生L0层14的涂料成分(S0)12包含基于100重量份数的涂料成分(S0)12的F0重量份数的一种或更多种消光剂。优选地，S0涂料成分不包含任何消光剂。当测试基底2被驱动器4旋转(优选地约1/4转)时创建L0层14。开口10邻近基底2以使得在开口10和基底2之间所得到的间隙控制L0层的厚度。典型地，L0层具备范围可以在从6微米到2300微米内的厚度。
本发明的金属光泽预测设备1包括常规的光学测量机构16，所述光学测量机构16具备常规的平行光管，用于产生能够从常规光源22被投射到测试区域16上的成预设的角度的具有预设的强度的光束20。常规的光学测量仪器26典型地测量关于表面颜色的反射的常规L、a、b颜色数据，其中L因子提及亮度或暗度，“a”因子提及(+a)红色到绿色(-a)，并且“b”因子提及(+b)黄色到蓝色(-b)。申请人意外发现利用来自作为(上面的“B反射”)被报告的“L”值的数据造成数据的最接近曲线拟合。可以利用任意入射角和反射角。然而，典型地采用115°的反射角(高观察者)，并且优选地在存在L0层14的光学特性的显著改变之前测量B反射，L0层14的光学特性取决于从其产生L0层14的涂料成分的物理和化学性质。因此，涂料成分中的溶剂的含量越高，期间能够测量反射的窗口将会越长，反之亦然。作为清漆的涂料成分(包含溶解在溶剂中的高分子量非反应的粘结剂聚合物的那些涂料成分)典型地将具有比作为瓷漆的涂料成分(包含粘结剂聚合物（包含反应基团）的那些涂料成分，所述反应基团与在被应用为基底上的层之前混合的交联剂上的交联基团进行化学反应)更长的测量窗口。典型地，在L0层14被应用在测试基底2上之后的2秒到2分钟内测量反射。随后利用常规光学测量仪器26，比如由大瀑布城（密歇根）的X-Rite供应的MA-68光泽测量设备，能够测量离开L0层14的光束20的B0反射24。典型地，在L0层14被应用在测试基底2上之后的2秒到2分钟内，测量光泽。
在测量反射之后，允许L0层14干燥和/或固化成C0涂料，并在预设的光泽角下，借助光泽计(图1中未示出)测量其Y0光泽，所述预设的光泽角优选为60°。通常，在把涂料成分12应用在基底2上之后，在4小时到48小时内，优选在6小时到24小时内测量Y0光泽。典型地，L0层14干燥和/或固化所要求的时间取决于构成涂料成分的化学制品，并且当涂料成分为瓷漆的形式时，在固化步骤期间将典型地有也已知为交联剂的活化剂。
用于配置计算机可读程序代码设备的装置被用于引起常规计算机把L0层14的B0反射24和Y0光泽存储在计算机(图1中未示出)的计算机可用存储介质中。计算机优选地与光学测量仪器26和光泽计通信。如果想要的话，则计算机可以与远程计算机，比如用于从连接到本发明的光泽预测设备的一个或更多个计算机收集信息的现场外计算机通信。
如果想要的话，那么在测量C0涂料的Y0光泽之后，可以利用驱动器4进一步旋转基底2，以利用刮刀28把C0涂料14刮到废物容器30中，并且随后可以清洁基底2。替换地，可以取下基底2，并从基底2刮掉C0涂料，并且随后清洁基底2。
随后按照S1，S2，…Sn(n在1到100的范围内，优选为2到50，并且更优选为5到20)涂料成分12的顺序重复上述过程，S1，S2，…Sn涂料成分12包含范围从F1到Fn重量份数(按每100重量份数的涂料成分计)的增加的量的消光剂。可以优选地按适合的增量来增加加入到涂料成分中的一种或更多种消光剂，比如在每100重量份数的涂料成分中的0.001，0.01，0.1，0.5，1，5，10，15重量份数，其中F1优选为范围在从0.001重量份数到5重量份数(按每100重量份数的涂料成分计)，并且Fn优选为范围在从5.1重量份数到60重量份数(按每100重量份数的涂料成分计)。如上面描述那样，测量来自L1层14（L1层14来自S1涂料成分）的B1反射24 和C1涂料的Y1光泽，并且用于配置计算机可读程序代码设备的装置被用于引起计算机把L1层14的B1反射24和C1涂料的Y1光泽存储在计算机的计算机可用存储介质中。重复该处理，直到来自Ln层14的Bn反射和来自涂料成分12n的Cn涂料的Yn光泽被测量并被存储在计算机的计算机可用存储介质中为止。
替换地，允许L0层14的复制层干燥和/或固化成C0涂料，并在预设的光泽角下借助光泽计(图1中未示出)测量其Y0光泽，所述预设的光泽角优选为60°。通常，在把涂料成分12应用在基底2上之后，在4小时到48小时内，优选为6小时到24小时内测量Y0光泽。可借助适合的装置，比如刮刀，把上面提到的L0层14的复制层应用在另一类似的基底(包括玻璃基底)上。
用于配置计算机可读程序代码设备的装置被用于引起计算机在图表上定位在图表的X轴上的L0到Ln层14的B0到Bn反射与在图表的Y轴上的分别基于S0到Sn涂料成分的S0到Sn涂料的Y0到Yn金属光泽相交的位置处的相交点。用于配置计算机可读程序代码设备的装置随后被用于引起计算机利用曲线拟合方程在图表上产生金属光泽预测曲线。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为下式：
光泽 Y = a(Bn)2+b(Bn)+c (1)
R2=Z (2)
其中所述常数a、b、c和R2是用曲线拟合处理，比如在由雷蒙德（华盛顿）的微软公司供应的Microsoft Office Excel? 2003中描述的曲线拟合处理确定的。Z是曲线拟合接近图表上的实验数据点的程度的统计度量。当Z等于1时，认为是理想的拟合，即，所有的实验数据点都被置于拟合曲线上。所有必需并且有关的信息被存储在计算机可用存储介质上。
如果想要的话，图表上的金属光泽预测曲线可被显示在常规监视器上，和/或借助常规打印机打印在纸上，所述监视器和打印机两者都与计算机通信。一旦产生了图表上的金属光泽预测曲线，用户就可利用本发明的光泽预测设备来控制包含已知或未知量的消光剂的目标涂料成分的金属光泽，而不用经历把层固化成涂料的麻烦并且费时的处理。在允许涂料成分的制造商迅速调整涂料成分的配料，以确保所得到的涂料成分具有想要的程度的金属光泽的生产设置中，可以利用分布在本发明的金属光泽预测设备1的基底2上的来自目标涂料成分的LT层14(也已知为目标层)，LT层14优选地具有与在创建金属光泽预测曲线中利用的各层相同的大体均匀的厚度。
如上面描述那样，测量来自LT层14（LT层14来自目标涂料成分）的BT反射24，并且用于配置计算机可读程序代码设备的装置被用于引起计算机把LT层14的BT反射24存储在计算机的计算机可用存储介质中。
用于配置计算机可读程序代码设备的装置被用于引起计算机定位在图表的X轴上的LT层的BT反射。用于配置计算机可读程序代码设备的装置被用于引起计算机定位金属光泽预测曲线上的与图表的X轴上的BT相交的相交点。最后，用于配置计算机可读程序代码设备的装置被用于引起计算机通过定位在图表的Y轴上的与薄片量预测曲线上的与在图表的X轴上的BT相交的相交点相交的YT光泽，预测由LT层得到的目标涂料的金属光泽。
结果，一旦金属光泽预测曲线被存储在设备1的计算机中，正在作成的涂料成分的等分部分就可被应用成一层，并测量该层的湿光泽以预测由所述成分得到的涂料的金属光泽。如果金属光泽落在想要的规格之外，那么通过在容纳基础上监测和调整加入的消光剂的量，可以在不中断的情况下实时调整制造处理。
在德国专利申请DT 2525701A1中，几乎没有描述本发明的上述金属光泽预测设备1的各方面。应理解基底2不必被垂直放置，或者必须具有圆盘形状。其它实施例，比如其中基底被水平放置或者基底采取带形状等的那些实施例也很好地适合用于本发明的方法。例如，如在共同转让的Hustert的美国专利6,583,878中描述的采取辊形状的基底也很好地适合用于本发明的方法。
本发明的方法的一个实施例利用图1的金属光泽预测设备1。所述方法包括通过包含涂料成分12的容器8，在基底2上分布涂料成分12的大体均匀厚度的L0层14。随后把来自光源22的成预设的入射角的具有预设的强度的光束20投射到L0层的测量区域16上。借助光学测量仪器26，以预设的反射角测量光束20的B0反射。把L0层干燥和/或固化成C0涂料，并利用光泽计测量预设的角度下的C0涂料的Y0光泽。随后把L0层的B0反射和C0涂料的Y0光泽存储在计算机的计算机可用存储介质中。针对S1到Sn涂料成分12重复上述步骤以分别确定L1到Ln层的B1到Bn反射和C1到Cn涂料的Y1到Yn光泽，其中n在从1到100的范围内，所述S1到Sn涂料成分12进一步分别包括基于100重量份数的所述涂料成分的F1到Fn重量份数的一种或更多种消光剂。
例子
以下的表1列出了涂料成分样本，所述涂料成分样本包括与包含20重量份数的EcoMax? Silver TU109-4003瓷漆的罐混合物（pot mix）混合的增加的量(重量份数)的消光剂(由威尔明顿（特拉华）的杜邦公司供应的TUG09-GC01消光剂)，其中例子1不包含消光剂。在设备1的基底2上应用这些例子1到5的层，并在115°下利用由大瀑布城（密歇根）的X-Rite供应的MA-68颜色仪器26测量各层的反射，并报告来自这些反射的L值。向例子1到6的每一个中以2:1的体积比加入由威尔明顿（特拉华）的杜邦公司供应的TU09AS活化剂，并且利用刮刀在玻璃基底上应用基本上和在设备1的基底2上产生的层相同的复制层，并且在20℃、 50%湿度的条件下24小时后，利用由哥伦比亚（马里兰）的BYK Instruments供应的Haz-Gloss Meter成60°测量由这些例子得到的对应涂料的金属光泽：
表1
| 例子1 | 例子2 | 例子3 | 例子4 | 例子5 | |
| 湿的B0反射(L值) | 33.48 | 36.95 | 42.72 | 44.52 | 45.53 |
| 干的金属光泽 | 105 | 90 | 68 | 40 | 7.2 |
如图3中所示，随后定位图表上的在图表的X轴上的L0到Ln层的B0到Bn与在图表的Y轴上的S0到Sn涂料成分的粗薄片的F0到Fn量相交的位置处的相交点。
随后利用曲线拟合方程，利用比如上面提到的二次多项式方程(1)产生金属光泽预测曲线，比如图3中所示的预测曲线。方程(1)中的项“a”为-0.8291。方程(1)中的项“b”为58.655，并且方程中的项“c”为-934.34。统计度量Z为0.9374。所有前述的项是利用上面提到的Microsoft Excel?程序获得的。对本领域的普通技术人员来说，将容易地显见到0.9374的统计度量Z指示金属光泽预测曲线是对于Z为1的理想拟合来说非常接近的拟合。
随后通过首先通过金属光泽预测设备1的容器8（所述容器8包含还包括未知或已知量的一种或更多种消光剂的目标涂料成分）在基底2上分布目标涂料成分的优选为相同的大体均匀厚度的LT层，来利用本发明的方法预测目标涂料成分的金属光泽。随后把来自光源22的成预设的入射角并处于预设的强度的光束20投射到LT层的测量区域16上，并用光学测量仪器26测量以预设的反射角从LT层反射的束的BT反射的L值。随后定位金属光泽预测曲线上的与在所述图表的X轴上的BT反射相交的相交点，并且然后通过定位在图表的Y轴上的YT来预测由LT层得到的涂料在预设的光泽角度下的金属光泽。
因此，本领域的普通技术人员能够容易地看出，仅仅通过测量从其产生涂料的涂料成分的湿层的光泽，利用本发明的方法的金属光泽预测曲线就能够容易地预测涂料的金属光泽。
本发明的方法和设备最适合用于确保由来自涂料成分的涂料得到的汽车OEM和修补漆的金属光泽落入到想要的范围内。
Claims (14)
1.一种金属光泽预测方法，包括：
(a) 通过包含S0涂料成分的金属光泽预测设备的容器，在测试基底上分布包含金属薄片的所述S0涂料成分的大体均匀厚度的L0层；
(b)把来自光源的成预设的入射角的具有预设的强度的光束投射在所述L0层上；
(c)利用光学测量仪器，测量以预设的反射角从所述L0层反射的所述束的B0反射；
(d)把所述L0层固化或干燥成C0涂料；
(e)利用光泽计测量所述C0涂料在预设的金属光泽角下的Y0金属光泽；
(f)把所述L0层的所述B0反射和所述C0涂料的所述Y0金属光泽存储在计算机的计算机可用存储介质中；
(g)针对S1到Sn涂料成分重复所述步骤(a)到(f) 以确定L1到Ln层的B1到Bn反射和C1到Cn涂料的Y1到Yn金属光泽，其中n范围在从4到20，所述S1到Sn涂料成分分别包括基于100重量份数的所述涂料成分的F1到Fn重量份数的一种或更多种消光剂；
(h)定位图表上的在所述图表的X轴上的所述L0到Ln层的所述B0到Bn与在所述图表的Y轴上的所述C0到Cn涂料的所述Y0到Yn金属光泽相交的位置处的相交点；
(i)利用曲线拟合方程在所述图表上产生金属光泽预测曲线；
(j)通过包含目标涂料成分的所述金属光泽预测设备的所述容器，在所述测试基底上分布所述目标涂料成分的所述大体均匀厚度的LT层，所述目标涂料成分还包括所述消光剂；
(k)把来自所述光源的成所述预设的入射角并且处于所述预设的强度的光束投射到所述LT层上；
(l)利用所述光学测量设备，测量以所述预设的反射角从所述LT层反射的所述束的BT反射；
(m)在所述图表的所述X轴上定位所述LT层的所述BT；
(n)在所述金属光泽预测曲线上，定位与所述图表的所述X轴上的所述BT相交的相交点；和
(o)通过定位在所述图表的所述Y轴上的与所述金属光泽预测曲线上的所述相交点相交的YT，预测由所述目标层得到的目标涂料在所述预设的金属光泽角下的金属光泽，所述金属光泽预测曲线上的所述相交点与所述图表的所述X轴上的所述BT相交。
2.按照权利要求1所述的方法，其中所述光学测量设备是分光光度计。
3.按照权利要求1所述的方法，其中所述光学测量仪器与所述计算机通信。
4.按照权利要求1所述的方法，其中所述金属光泽计与所述计算机通信。
5.按照权利要求1所述的方法，其中所述开口是与所述测试基底邻近的狭缝，以使得在所述狭缝和所述测试基底之间所得到的间隙控制所述L0和所述L1到Ln层的厚度。
6.按照权利要求1所述的方法，其中所述L0和所述L1到Ln层具有范围从6微米到2300微米的相同厚度。
7.按照权利要求1所述的方法，其中所述测试基底是大体垂直地放置在所述金属光泽预测设备的支撑架上的圆盘。
8.按照权利要求1所述的方法，其中所述曲线拟合方程是二次多项式方程。
9.按照权利要求8所述的方法，其中所述二次多项式方程是下式：
金属光泽 Y = a(Bn)2+b(Bn)+c
R2=Z
其中所述常数a、b、c和Z是用曲线拟合处理确定的。
10.按照权利要求1所述的方法，包括把所述目标涂料的所述预测的金属光泽显示在CRT监视器上。
11.按照权利要求1所述的方法，包括把所述目标涂料的所述预测的金属光泽从所述计算机传送给远程计算机。
12.按照权利要求1所述的方法，其中所述涂料成分是汽车OEM或修补漆。
13.按照权利要求12所述的方法，其中所述消光剂是滑石、硅石或硫酸钡。
14.按照权利要求1所述的方法，其中所述金属薄片是铝薄片、云母薄片、无机薄片、有机薄片、或者它们的组合。
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