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CN114401794A - 用于监视涂层材料组合物的旋转雾化的装置 - Google Patents

用于监视涂层材料组合物的旋转雾化的装置 Download PDF

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CN114401794A
CN114401794A CN202080058766.9A CN202080058766A CN114401794A CN 114401794 A CN114401794 A CN 114401794A CN 202080058766 A CN202080058766 A CN 202080058766A CN 114401794 A CN114401794 A CN 114401794A
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coating material
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spray
atomization
rotary
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CN202080058766.9A
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J·C·霍扎普法尔
G·维格
D·布里塞尼克
K·舍费尔
H·利布茨基
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Original Assignee
BASF Coatings GmbH
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Abstract

本发明涉及一种用于执行并光学监视涂层材料组合物的旋转雾化的装置(1)，其中，所述装置(1)包括：至少一个旋转雾化器(2)，其包括作为施加元件的能够旋转的可安装钟形杯(3)；至少一个供应单元(4)，其用于将涂层材料组合物供应到旋转雾化器(2)；至少一个相机(5)；以及至少一个光学测量单元(6)，一种用于执行并光学监视涂层材料组合物的旋转雾化的所述装置的用途，以及一种用于确定在涂层材料组合物的所述旋转雾化期间在旋转雾化器的钟形杯的边缘上形成的细丝的平均长度和/或用于确定喷雾内的液滴大小分布的至少一个特征变量和/或所述喷雾的均匀性的方法，喷雾在涂层材料组合物的所述旋转雾化时形成，其中所述方法是利用装置(1)执行的。

Description

用于监视涂层材料组合物的旋转雾化的装置
技术领域
本发明涉及一种用于执行并光学监视涂层材料组合物的旋转雾化的装置(1)，其中所述装置(1)包括：至少一个旋转雾化器(2)，其包括作为施加元件的能够旋转的可安装钟形杯(bell cup)(3)；至少一个供应单元(4)，其用于将涂层材料组合物供应到旋转雾化器(2)；至少一个相机(5)；以及至少一个光学测量单元(6)，涉及一种用于执行并光学监视涂层材料组合物的旋转雾化的所述装置的用途，以及涉及一种用于确定在涂层材料组合物的所述旋转雾化期间在旋转雾化器的钟形杯的边缘上形成的细丝(filament)的平均长度和/或用于确定喷雾的均匀性和/或所述喷雾内的液滴大小分布的至少一个特征变量的方法，喷雾在涂层材料组合物的所述旋转雾化时形成，其中所述方法是利用装置(1)进行的。
背景技术
如今，特别是在汽车工业中，存在一系列涂层材料组合物，诸如底涂层(basecoat)材料，它们借助于旋转雾化而被施加到待涂覆的特定基材。此类雾化器以快速旋转的施加元件(诸如钟形杯)为特征，其例如将待施加的涂层材料组合物雾化，雾化特别地借助于作用的离心力发生，形成细丝，以产生液滴形式的喷雾剂。涂层材料组合物通常被静电地施加，以便最大化施加效率并最小化过度喷涂。在钟形杯的边缘处，通过将高电压直接施加到用于施加的涂层材料组合物来对特别地借助于离心力雾化的涂层材料充电(直接充电)。在将相应的涂层材料组合物施加到基材上之后，所得膜——在适当的情况下，在该所得膜之上以另外的膜的形式附加地施加其它涂层材料组合物之后——被固化或烘烤以得到所得的期望涂层。
关于涂层的特定期望特性，诸如防止或至少减少光学缺陷和/或表面缺陷(诸如例如针孔、混浊度和/或流平特性)的形成趋势和/或发生率，优化涂层(特别是以该方式获得的涂层)是相对复杂的并且通常只能通过经验手段来实现。这意味着必须首先产生此类涂层材料组合物或者通常是其整个测试系列(其中不同的参数已经改变)，然后，如前一段所述，必须将其施加到基材并使其固化或烘烤。之后，必须关于期望特性来调查随后获得的涂层系列，以便允许评估所调查特性的任何可能的改善。通常，该过程必须随着参数的进一步变化而多次重复，直到在固化和/或烘烤之后已经实现所调查的涂层的一种或多种特性的期望改善。
因此，需要提供一种方法，其通过调查涂层材料组合物的雾化行为，能够改善借助于该雾化产生的涂层的某些期望特性，诸如防止或至少减少光学缺陷和/或表面缺陷的形成趋势和/或发生率，而不必经历通常需要的用于产生此类涂层的涂覆和烘烤的完整操作。
此外，需要提供此类方法，其允许进行简单的调查并实现快速且高效的涂料(paint)开发，而不必阻碍用于汽车OEM或补漆(refinish)应用的传统喷涂间的能力。
发明内容
问题
因此，本发明解决的一个问题是提供一种方法，该方法可以调查且更具体地改善将通过旋转雾化产生的涂层的某些期望特性，诸如防止或至少减少光学缺陷和/或表面缺陷的形成趋势和/或发生率，而不必借助于传统涂漆(painting)工艺将使用的相应涂层材料组合物施加到基材，并且特别不必为了产生涂层而固化和/或烘烤所得膜，因为这样做比较昂贵且不方便，并且至少在经济方面是不利的。同时，此类方法应该允许进行简单的调查，并且应该能够实现快速且高效的涂料开发，而不必阻碍用于汽车OEM或补漆应用的传统喷涂间的能力。
解决方案
该问题通过权利要求中要求保护的主题以及通过在下面描述中描述的该主题的优选实施例来解决。
本发明的第一主题是一种用于执行并光学监视涂层材料组合物的旋转雾化的装置(1)，其中所述装置(1)包括
至少一个旋转雾化器(2)，其包括作为施加元件的能够旋转的可安装钟形杯(3)，
至少一个供应单元(4)，其用于将涂层材料组合物供应到旋转雾化器(2)，
至少一个相机(5)，其用于光学捕获在钟形杯(3)的边缘处由涂层材料组合物的雾化形成的细丝，以及
至少一个光学测量单元(6)，其用于通过对整个喷雾进行横向光学测量来光学捕获由涂层材料组合物的雾化形成的喷雾液滴。
本发明的另一主题是一种用于光学监视涂层材料组合物的旋转雾化的本发明装置(1)的用途。
本发明的另一主题是一种用于确定在涂层材料组合物的旋转雾化期间在旋转雾化器的钟形杯的边缘上形成的细丝的平均长度和/或用于确定喷雾的均匀性和/或所述喷雾内的液滴大小分布的至少一个特征变量的方法，喷雾在涂层材料组合物的旋转雾化时形成，其特征在于，该方法是利用本发明的装置(1)进行的。
令人惊讶地发现，本发明的装置(1)允许关于改善由旋转雾化产生的涂层的某些期望特性进行简单的调查，诸如防止或至少减少光学缺陷和/或表面缺陷发生的形成趋势和/或发生率，而不必借助于传统涂漆工艺将使用的相应涂层材料组合物施加到基材，并且特别不必为了产生涂层而固化和/或烘烤所得膜。进一步令人惊讶地发现，装置(1)允许快速且高效的涂料开发，而不必阻碍用于汽车OEM或修补漆应用的传统喷涂间的能力。
令人惊讶地发现，本发明的装置(1)不仅允许确定在涂层材料组合物的旋转雾化期间在旋转雾化器的钟形杯的边缘上形成的细丝的平均长度，而且允许确定喷雾的均匀性和/或所述喷雾内的液滴大小分布的至少一个特征变量，喷雾被一个接一个地执行、在涂层材料组合物的旋转雾化时形成，但特别可替代地，还允许同时确定细丝的平均长度和喷雾的均匀性/液滴大小分布的至少一个特征变量这二者。
令人惊讶地，通过基于平均细丝长度和/或所确定的来实现本发明的方法，可以实现对借助于旋转雾化产生的涂层的某些期望特性的调查，特别是改善，特别是关于防止或至少减少光学缺陷和/或表面缺陷的形成趋势和/或发生率，在该情况下不必借助于传统的涂漆过程将使用的特定涂层材料组合物施加到基材，并且不必为了产生涂层而对所得膜进行固化和/或烘烤。
令人惊讶地发现，本发明用于在涂料配方开发中筛选涂层材料组合物的方法成本较低，并且因此具有优于对应的传统方法的(时间-)经济和财务优势。通过本发明的装置(1)，能够令人惊讶地基于确定的平均细丝长度和/或基于确定的液滴大小分布和/或均匀性，来以足够高的概率估计是否可以预期在要产生的涂层中存在某些光学缺陷和/或表面缺陷，而根本不产生涂层。令人惊讶地，这是通过如下实现的：确定位于旋转雾化器的钟形杯边缘处在雾化时发生的细丝的平均长度和/或确定在形成喷雾剂的雾化时发生的液滴的均匀性和/或液滴大小分布，以及这些确定的特征变量的相关性和/或这些确定的细丝长度与上述光学缺陷和/或表面缺陷的发生率或它们的预防/减少的相关性。取决于雾化期间发生的这些平均细丝长度，和/或取决于雾化期间发生的这些粒径分布和/或液滴的均匀性，因此可以能够监视所得特性，诸如要产生的涂层的光学特性和/或表面特性，并且特别是防止或至少减少光学缺陷和/或表面缺陷的发生率。换句话说，借助于本发明的方法，由于对涂层材料组合物的雾化行为的调查，可以对最终涂层的定性特性(诸如外观、流平、混浊度或针孔的发生率)进行预测。因此，本发明的方法以及本发明的装置(1)允许一种简单且高效的质量保证技术，并且能够有目的地开发涂层材料组合物，而无需依赖于(模型)基材上的相对昂贵且不方便的涂层过程。特别地，这里可以省略固化和/或烘烤的步骤。
具体实施方式
本发明的装置(1)
本发明的装置(1)包括：至少一个旋转雾化器(2)，其包括作为施加元件的能够旋转的可安装钟形杯(3)；至少一个供应单元(4)，其用于将涂层材料组合物供应到旋转雾化器(2)；至少一个相机(5)；以及至少一个光学测量单元(6)。
雾化器(2)和钟形杯(3)
装置(1)的雾化器(2)是旋转雾化器，其包括作为施加元件的可安装钟形杯(3)，该可安装钟形杯进而能够旋转。
通过利用雾化器(2)实现的“旋转雾化”或优选地“高速旋转雾化”的概念是本领域技术人员已知的概念。此类旋转雾化器的特征在于旋转施加元件，其由于作用的离心力将待施加的涂层材料组合物雾化成液滴形式的喷雾或喷雾剂。在该情况下，施加元件是钟形杯(3)，优选为金属钟形杯(3)。
在借助于雾化器进行旋转雾化的过程中，所谓的细丝首先在钟形杯(3)的边缘处发展，并且然后在进一步的雾化过程中进一步分解成上述液滴，然后形成喷雾或喷雾剂。因此，细丝构成这些液滴的前体。细丝可以通过它们的细丝长度(也称为“线长度”)和它们的直径(也称为“线直径”)来描述和表征。
可选地，雾化的涂层材料组合物可以通过施加电压在钟形杯(3)的边缘处经历静电充电。然而，在本发明的情况下，这不是必需的，而仅仅是可选的。
雾化器(2)的钟形杯(3)的旋转速度(旋转速率)是可调节的。在当前情况下，旋转速度优选为至少10000转/分钟(rpm)并且至多为70000转/分钟。旋转速率优选地在15000至70000rpm的范围内，更优选在17000至70000rpm的范围内，更特别地在18000至65000rpm或18000至60000rpm的范围内。在每分钟15000转或更高的旋转速度下，该类旋转雾化器在本发明的意义上优选称为高速旋转雾化器。一般的旋转雾化，并且特别是高速旋转雾化在汽车工业中普遍存在。用于这些过程的(高速)旋转雾化器可商购获得；示例包括杜尔(Dürr)公司的
Figure GDA0003553580780000061
系列产品。此类雾化器优选适用于汽车工业中使用的多种不同涂层材料组合物(诸如油漆)的静电施加。在本发明的方法中特别优选地用作涂层材料组合物的是底涂层材料，更特别是水性底涂层材料。涂层材料组合物可以被静电施加，但不是必须的。在静电施加的情况下，通过优选将电压(诸如高压)直接施加到待施加的涂层材料组合物，对在钟形杯边缘处通过离心力雾化的涂层材料组合物进行静电充电(直接充电)。间接充电也是可能的。在该情况下，通过雾化涂层材料形成液滴，然后在形成喷雾时“在飞行中”对液滴充电。
待雾化的涂层材料组合物的排放率是可调节的。用于雾化的涂层材料组合物的排放率优选为在50至1000ml/min的范围内，更优选为在100至800ml/min的范围内，非常优选为在150至600ml/min的范围内，更特别地在200至550ml/min的范围内。
用于雾化的涂层材料组合物的排放率优选在100至1000ml/min或在200至550ml/min的范围内，和/或钟形杯的旋转速度在15000至70000转/分钟或在15000至60000rpm的范围内。
优选地，旋转雾化器(2)的可安装钟形杯(3)为直锯齿状、交叉锯齿状或非锯齿状。在这方面，术语“可安装”是指钟形杯(3)可以被另一钟形杯(3)更换：例如，取决于所用涂层材料组合物的性质和组成，非锯齿状钟形杯(3)可以被交叉锯齿状钟形杯(3)更换。例如，在透明涂层的情况下，使用交叉锯齿状钟形杯(3)特别有利，对于底涂层使用直锯齿状钟形杯(3)，以及对于填充剂/引物(primer)使用非锯齿状钟形杯(3)。
优选地，装置(1)的雾化器(2)处于倾斜位置，并且至少一个相机(5)和至少一个光学测量单元(6)彼此独立地各自相对于倾斜雾化器(2)以0°至90°，更优选>0至<90°(诸如从10至80°)范围内的倾斜角定位在装置(1)内。
优选地，至少一个旋转雾化器(2)在装置(1)内具有固定位置。因此，优选地，雾化器(2)是不可移动的。优选地，这同样适用于供应单元(4)。然而，可替代地，至少一个旋转雾化器(2)可以在装置(1)内具有可调节的位置，即，可以是可移动的。
供应单元(4)
装置(1)包括至少一个供应单元(4)，用于将涂层材料组合物供应到旋转雾化器(2)。
优选地，装置(1)的至少一个供应单元(4)在装置(1)内具有固定位置。因此，优选地，供应单元(4)是不可移动的。优选地，这同样适用于雾化器(2)。
优选地，供应单元(4)包含涂层材料组合物。优选地，装置(1)的供应单元(4)包括：至少一个容器(4a)，其可以包含涂层材料组合物，特别是当它是1K涂层材料组合物时；以及部件(4b)，其用于将涂层材料组合物从至少一个容器(4a)提供至雾化器(2)。可选地，装置(1)的供应单元(4)可以包括至少一个另外的容器(4c)，其包含水和/或至少一种有机溶剂。容器(4c)中存在的水和/或有机溶剂和/或来自另一可选存在的气压单元的气压可用于在雾化之后冲洗涂料供应。
至少一个容器(4a)还能够仅包含涂层材料组合物的一部分，特别地当它是2K涂层材料组合物时。在该情况下，容器(4a)可以例如包括具有2K涂层材料组合物的“粘合剂组合物”，并且至少一个另外的容器(4d)可以进而包含具有2K涂层材料组合物的“交联剂”组合物。在该情况下，供应单元(4)进一步优选包括用于混合至少“粘合剂组合物”和“交联剂组合物”的混合单元。在该情况下，包括混合单元的供应单元(4)进一步包括一个部件(4b)，诸如用于将混合组分提供给雾化器(2)的管道。此外，供应单元(4)还可以优选包含至少两个部件(4b)，即，用于将“粘合剂组合物”从至少一个容器(4a)提供给雾化器(2)(第一部件)以及用于将“交联剂组合物”从至少一个容器(4d)提供给雾化器(2)(第二部件)。如果使用2K雾化器，情况尤其如此。可选地，装置(1)的供应单元(4)可以包括至少一个另外的容器(4c)，其包含水和/或至少一种有机溶剂。容器(4c)中存在的水和/或有机溶剂和/或来自另一可选存在的气压单元的气压可用于在雾化之后冲洗涂料供应。
优选地，供应单元(4)是涂料供应单元。
相机(5)
优选地，至少一个相机(5)和至少一个光学测量单元(6)二者在装置(1)内都是可移动的和/或可调节的。调节可以特别地借助于电调节来实现。
相机(5)可用于在钟的钟形杯(3)的钟形杯边缘处光学捕获雾化过程。以该方式，可以获得关于在雾化期间直接在钟形杯边缘处形成的细丝的分解信息。优选地对雾化过程进行拍照，和/或通过利用相机(5)准备对应的视频记录。
所使用的相机(5)优选为高速相机。此类相机的示例是来自日本的Photron Tokyo的
Figure GDA0003553580780000081
系列的型号，诸如
Figure GDA0003553580780000082
SA-Z型号。
优选地，至少一个相机(5)能够在雾化期间每秒记录钟形杯(3)及其边缘的至少30000至250000张图像，更优选地，钟形杯(3)以及更特别地钟形杯边缘的每秒40000至220000张图像，更优选地每秒50000到200000张图像，非常优选地60000到180000张图像，甚至更优选每秒70000到160000张图像，以及更特别地每秒80000到120000张图像。图像的分辨率可以可变地设置。例如，每张图像的512×256像素的分辨率是可能的。
光学测量单元(6)
至少一个光学测量单元(6)允许通过穿过整个喷雾的横向光学测量来光学捕获由涂层材料组合物的雾化形成的喷雾的液滴。
横向测量的实现方式允许完整地捕获整个喷雾，并且因此完整地捕获形成喷雾的整个液滴光谱。结果，可以捕获形成喷雾的所有液滴大小。可以整体测量喷雾(而不仅仅是喷雾的各个区域)。横向测量允许对雾化喷雾中多个位置处的液滴进行位置分辨(即，特定点)光学测量，这比不横向地进行测量要精确得多。
至少一个光学测量单元(6)优选地在装置(1)内是可移动的，特别是电可移动的，和/或可调节的。在该情况下，该装置的雾化器(2)的雾化头优选处于固定位置。调节可以特别地借助于电调节来实现。
优选地，该至少一个光学测量单元(6)包含至少一个激光器(7)或激光源(7)并且允许对在雾化后形成的喷雾内包含的液滴进行散射光调查，并且在这些液滴上执行。该测量优选使用至少一个激光器(7)来完成。
优选地，该至少一个光学测量单元(6)是用于执行相位多普勒风速测量(PDA)和/或用于执行时移技术(TS)的部件。根据借助于PDA获得的光学数据，可以确定液滴大小分布的至少一个特征变量。根据借助于TS获得的光学数据，可以确定喷雾的均匀性和液滴大小分布的至少一个特征变量。
优选地，该至少一个光学测量单元(6)进一步包含至少一个检测器(9)，其特别地允许检测由喷雾的液滴散射的光。
当至少一个光学测量单元(6)是用于执行相位多普勒风速测量(PDA)的部件时，用于确定液滴大小分布的过程可以借助于相位多普勒风速测量(PDA)进行。该技术对于本领域技术人员来说基本上是已知的，例如从F.Onofri等人的Part.Part.Sys.Charact.1996,13,第112-124页和A.Tratnig等人的J.Food.Engin.2009,95,第126-134页已知。PDA技术是一种基于在两个相干激光束的相交体积中形成干涉平面图案的测量方法。根据本发明调查的在流体中移动的颗粒(诸如例如雾化喷雾剂中的液滴，即喷雾)在以称为多普勒频率的频率通过激光束的交叉体积时对光进行散射，该频率与测量位置的粘度成正比。根据散射光信号在优选使用的至少两个检测器(这些检测器位于空间中的不同位置)处的相位位置的差异，可以确定颗粒表面的曲率半径。在球形颗粒的情况下，这导致颗粒直径；因此，在液滴的情况下，它会导致相应的液滴直径。为了高测量精度，特别地在散射角方面设计测量系统是有利的，使得单一散射机制(反射或一阶折射)占主导地位。散射光信号通常通过光电倍增管转换为电子信号，然后使用协方差处理器或借助于FFT分析(快速傅里叶变换分析)针对多普勒频率和相位位置的差异来评估该电子信号。优选地，布拉格基元(cell)的使用使得可以对两个激光束之一的波长进行受控操纵，并因此生成持续的干涉平面图案。PDA系统通过使用不同的接收孔径(掩模(mask))来测量接收到的光信号中典型的相移(即，相位位置的差异)。在借助于PDA的实现方式的情况下，优选使用可用于检测具有518.8μm的最大可能液滴直径的液滴的掩模。
适用于实现PDA方法的相应仪器可商购获得，示例是DantecDynamics的Single-PDA(P60、Lexel氩激光器、FibreFlow)。优选地，PDA在反射中以514.5nm(正交偏振)的波长以60-70°的角度在前向散射中操作。在该情况下，接收光学器件优选具有500mm的焦距；发射光学器件优选地具有400mm的焦距。优选地，借助于PDA的光学测量相对于所使用的倾斜雾化器(优选以45°倾斜角)在径向-轴向方向中横向进行。然而，原则上，如上所述，0至90°，优选地>0至<90°，诸如10至80°的范围内的倾斜角是可能的。光学测量在与横向轴倾斜的雾化器的侧面的竖直下方优选25mm处发生。测量示出了将在该位置处结束的液滴形成过程。优选地规定(mandate)所限定的横向速度，使得经由相关联的时间分辨信号对检测到的单个事件进行位置分辨。与光栅分辨的测量的比较对加权全局特征分布值产生相同的结果，但也允许对横向轴上的任何期望区间范围的调查。此外，该技术比光栅技术快多倍(factor)，因此可以在恒定流速下减少材料支出。
当至少一个光学测量单元(6)是用于执行(TS)的部件时，用于确定液滴大小分布的过程可以另外地或可替代地借助于时移技术(TS)发生。时移技术(TS)同样为本领域技术人员所熟知，例如从W.
Figure GDA0003553580780000101
等人ICLASS 2015,13th Triennial InternationalConference on Liquid Atomization and Spray Systems,台南,中国台湾,第1-7页的文章以及M.Kuhnhenn等人ILASS Europe 2016,27th Annual Conference on LiquidAtomization and Spray Systems,September 4-7,2016,Brighton UK,第1-8页的文章以及从W.
Figure GDA0003553580780000113
等人Particuology 2016,29,第80-85页已知。
时移技术(TS)是一种测量方法，其基于颗粒(诸如在本发明的情况下，通过雾化产生的喷雾剂(喷雾)的液滴)对光(例如激光)的反向散射。TS技术基于单个颗粒对成形光束(诸如激光束)中的光散射。单个颗粒的散射光被解释为存在于所用检测器位置的所有散射级的总和。近似于几何光学，这对应于分析单个光束通过颗粒的传播，其具有不同数量的内部反射。用于实现时移技术的激光束通常由透镜聚焦。已经被颗粒散射的光被分为垂直偏振光和平行偏振光，并且优选地由至少两个光电检测器分别捕获。来自检测器的信号进而提供用于查明对液滴大小分布和/或均匀性的确定的必要信息。所使用的照明光束的波长与待测量的颗粒处于相同数量级或小于该数量级。因此，应该选择激光束，使得其不超过液滴的大小，以便给出时移信号。如果超过该值，则该信号不再是确定上述大小的合适依据。否则会出现问题，即不同散射的信号分量重叠，并且因此无法单独捕获和区分。时移技术可用于确定颗粒的特性，诸如用于确定液滴大小分布。此外，时移技术(TS)允许区分气泡(即透明液滴(T))和含固体颗粒(即不透明液滴(NT))。
适用于这些目的的对应仪器是可商购的，示例是来自AOM Systems的
Figure GDA0003553580780000111
系列的仪器。借助于
Figure GDA0003553580780000112
系列仪器实现横向测量虽然基本上是已知的，但在现有技术中仅用于确定喷雾射流的宽度，而不是用于确定喷雾的均匀性和/或液滴大小分布的特征变量。
借助于TS的光学测量优选相对于所使用的倾斜雾化器(优选以45°倾斜角)在径向-轴向方向中横向进行。然而，原则上，如上所述，0至90°，优选地>0至<90°，诸如10至80°的范围内的倾斜角是可能的。光学测量在与横向轴倾斜的雾化器的钟形杯的竖直下方优选25mm处发生。测量示出了将在该位置处结束的液滴形成过程。优选地规定所限定的横向速度，使得经由相关联的时间分辨信号对检测到的单个事件进行位置分辨。与光栅分辨的测量的比较对加权全局特征分布值产生相同的结果，但也允许对横向轴上的任何期望区间范围的调查。此外，该技术比光栅技术快多倍，因此可以在恒定流速下减少材料支出。
装置(1)
优选地，装置(1)为测量室，并且进一步包含用于收集喷涂的涂层材料组合物的屏蔽单元(8)。更优选地，所述测量室是不可移动的。在该情况下，装置(1)优选地是独立的喷雾轮廓仪(profiler)。
可替代地并且还优选地，装置(1)的至少一个旋转雾化器(2)、至少一个供应单元(4)、至少一个相机(5)和至少一个光学测量单元(6)被定位在移动支架(11)上，使得装置(1)的至少一部分是可移动的。优选地，装置(1)本身总体上是可移动的。特别地，此类装置(1)定位于喷涂间或喷涂站内，或者定位于喷涂间或喷涂站的前方。
优选地，本发明的装置(1)进一步包括至少一个控制单元(10)。特别地，控制单元(10)允许控制雾化器(2)、至少一个相机(5)和至少一个光学测量单元(6)。
本发明的装置(1)的示例性实施例示于图1、图2和图3中。
根据图1的本发明装置(1)是测量室的形式。优选地，所述测量室是不可移动的。在该情况下，装置(1)优选地是独立的喷雾轮廓仪。该装置(1)包含：旋转雾化器(2)，其包括作为施加元件的能够旋转的可安装钟形杯(3)；至少一个供应单元(4)，其用于将涂层材料组合物供应到旋转雾化器(2)；至少一个相机(5)，其用于光学捕获通过在钟形杯(3)的边缘处的涂层材料组合物的雾化形成的细丝；以及至少一个光学测量单元(6)，其用于通过对整个喷雾进行横向光学测量来光学捕获由涂层材料组合物的雾化形成的喷雾的液滴。装置(1)进一步包含用于收集喷涂的涂层材料组合物的屏蔽单元(8)。涂料供应单元(4)包括包含涂层材料组合物的至少一个容器(4a)、包括溶剂的至少一个容器(4c)以及用于供应的部件(4b)。容器(4c)用于在雾化后冲洗涂料供应。优选地，根据图1的本发明的装置(1)进一步包括用于将空气提供到室中的供气单元以及排气单元。
根据图2和图3的本发明的装置(1)至少部分地定位在移动支架(11)上并且定位在喷涂间或喷雾站内(图2)或者定位在喷涂间或喷雾站的前方2(图3)。旋转雾化器(2)、供应单元(4)、相机(5)和光学测量单元(6)定位于移动支架(11)上，该旋转雾化器(2)包括作为施加元件的能够旋转的可安装钟形杯(3)，供应单元(4)用于将涂层材料组合物供应到旋转雾化器(2)。涂料供应单元(4)包括：包含涂层材料组合物的至少一个容器(4a)、包括溶剂的至少一个容器(4c)以及用于供应的部件(4b)。容器(4c)用于在雾化后冲洗涂料供应。
本发明的用途
本发明的另一主题是用于光学监视涂层材料组合物的旋转雾化的本发明的装置(1)的用途。本发明的装置(1)当然可以另外用于执行所述旋转雾化。
此外，本发明的装置(1)还优选用于确定在涂层材料组合物的旋转雾化时形成的细丝的平均长度和/或用于确定喷雾内的液滴大小分布的至少一个特征变量和/或所述喷雾的均匀性，喷雾在涂层材料组合物的旋转雾化时形成。
上面结合本发明的装置(1)描述的所有优选实施例也是与装置(1)的本发明的用途相关的优选实施例。
本发明的方法
本发明的另一主题是一种用于确定在涂层材料组合物的旋转雾化期间在旋转雾化器的钟形杯的边缘上形成的细丝的平均长度和/或用于确定喷雾内的液滴大小分布的至少一个特征变量和/或所述喷雾的均匀性的方法，喷雾在涂层材料组合物的旋转雾化时形成，其特征在于，该方法通过利用本发明的装置(1)进行。
上面描述的与本发明的装置(1)及其本发明用途相关的所有优选实施例也是与本发明方法相关的优选实施例。
优选地，本发明的方法是一种用于同时确定在涂层材料组合物的旋转雾化期间在旋转雾化器的钟形杯的边缘上形成的细丝的平均长度以及喷雾内液滴大小分布的至少一个特征变量和/或所述喷雾的均匀性的方法。然而，本发明的方法也可以用于一个接一个地确定细丝的平均长度和液滴大小分布的至少一个特征变量/喷雾的均匀性。在该情况下不需要特定的顺序。
在本发明的意义上，喷雾的均匀性对应于两个商TT1/TTotal1和TT2/TTotal2彼此之比率，作为透明和不透明液滴在喷雾内两个不同位置处的局部分布的度量，其中TT1对应于第一位置1处的透明液滴数，TT2对应于第二位置2处的透明液滴数，TTotal1对应于位置1处的喷雾的所有液滴数并因此对应于透明液滴和不透明液滴的总和，以及TTotal2对应于位置2处的喷雾的所有液滴数并因此对应于透明液滴和不透明液滴的总和，位置1比位置2更靠近喷雾的中心。比位置2更靠近喷雾的中心的位置1优选表示喷雾内与位置2不同的区域段。比位置2更靠近喷雾中心的位置1与位置2相比位于喷雾内部更远的位置，相应地，该位置2在喷雾中更向外，并且无论如何比位置1更向外。如果喷雾被设想为以圆锥的形式，则位置1比位置2位于圆锥内部更远的位置。位置1和2二者优选地位于穿过整个喷雾的测量轴上。基于位于喷雾内并且对应于100％的数字的测量轴的部分的总长度，喷雾内的两个位置1和2之间的距离优选地为测量轴的该长度的至少10％，更优选地至少15％，非常优选地至少20％，以及更特别地至少25％。
根据本发明，由雾化形成的液滴的大小分布的确定需要确定技术人员已知的至少一个特征变量，诸如液滴的合适平均直径，诸如特别是D10(算术直径；“1,0”力矩)，D30(体积当量平均直径；“3,0”力矩)，D32(Sauter直径(SMD)；“3,2”力矩)，dN,50％(基于数量(number)的中位数)和/或dV,50％(基于体积的中位数)。这里液滴大小分布的确定包括至少一个此类特征变量的确定，更具体地，液滴的D10的确定。上述特征变量在每种情况下是液滴大小分布的对应数值平均值。这里使用大写字母“D”标记分布的力矩；索引指定对应的力矩。这里用小写字母“d”标记的特征变量是对应累积分布曲线的百分位数(10％、50％、90％)，其中50％百分位数对应于中位数。索引“N”属于基于数量的分布，索引“V”属于基于体积的分布。作为前述至少一个特征变量的另一示例，将命名液滴速度，该液滴速度也可以通过本发明的装置(1)测量。
更优选地，本发明的方法是一种方法，其包括至少以下步骤(Ia)、(IIa)和(IIIa)和/或(Ib)、(IIb)和(IIIb)：
(Ia)借助于装置(1)的旋转雾化器(2)雾化涂层材料组合物，
(IIa)借助于至少一个相机(5)光学捕获在钟形杯(3)的边缘处根据步骤(Ia)在雾化时形成的细丝，以及
(IIIa)对由根据步骤(IIa)的光学捕获获得的光学数据进行数字评估，以给出位于钟形杯(3)的边缘处的在雾化时形成的那些细丝的平均长度
和/或
(Ib)借助于装置(1)的旋转雾化器(2)雾化涂层材料组合物，该雾化产生喷雾，
(IIb)借助于至少一个光学测量单元(6)通过对整个喷雾的横向光学测量来光学捕获通过根据步骤(Ib)的雾化形成的喷雾的液滴，以及
(IIIb)基于由根据步骤(IIb)的光学捕获获得的光学数据，来确定喷雾内液滴大小分布的至少一个特征变量和/或喷雾的均匀性。
优选地，在本发明的方法中执行一方面步骤(Ia)、(IIa)和(IIIa)以及另一方面步骤(Ib)、(IIb)和(IIIb)。更优选地，这两个系列的步骤同时执行。特别地，步骤(Ia)和步骤(Ib)二者同时执行，和/或步骤(IIa)和步骤(IIb)二者同时执行，和/或步骤(IIIa)和步骤(IIIb)二者同时执行。然而，可替代地，这两个系列的步骤可以一个接一个地执行。在该情况下，不需要特定的顺序。
步骤(Ia)、(IIa)和(IIIa)
步骤(Ia)是借助于装置(1)的旋转雾化器(2)雾化涂层材料组合物。本发明的方法的步骤(IIa)为借助于至少一个相机(5)光学捕获在钟形杯边缘处根据步骤(Ia)在雾化时形成的细丝。
本发明的方法的步骤(IIIa)提供了对由根据步骤(IIa)的光学捕获获得的光学数据的数字评估。该数字评估的目的是确定在雾化期间直接在钟形杯边际(即钟形杯边缘)处形成的那些细丝的平均长度。
根据步骤(IIIa)的数字评估可以借助于根据步骤(IIa)获得的光学数据的图像分析和/或视频分析(诸如由相机(5)在步骤(IIa)内记录的图像和/或视频)来完成。
步骤(IIIa)优选在软件(诸如基于
Figure GDA0003553580780000161
代码的
Figure GDA0003553580780000162
软件)的支持下进行。
根据步骤(IIIa)的数字评估优选包括对根据步骤(IIa)获得的光学数据的图像和/或视频处理的两个或更多个阶段。在步骤(IIa)中记录的图像中的优选至少1000张图像，更优选至少1500张图像，非常优选至少2000张图像用作根据步骤(IIIa)进行数字评估的光学数据基础。
根据步骤(IIIa)的对平均细丝长度的确定优选地包括平均细丝长度的标准偏差。
步骤(IIIa)优选地分多个阶段执行。
根据步骤(IIIa)的数字评估优选在至少六个阶段(3a)至(3f)中执行，具体地
(3a)在实现步骤(2)之后，借助于高斯滤波器对作为光学数据获得的图像进行平滑化，以从图像中去除钟形杯，
(3b)对根据阶段(3a)平滑的图像进行二值化和反转，
(3c)对阶段(3a)中使用的图像进行二值化，并将如此二值化的图像与阶段(3b)的反转图像相加，以给出不具有钟形边缘的二值化图像，并对由此获得的图像进行反转，
(3d)从根据阶段(3c)获得的图像中去除不位于钟形杯边缘处的细丝、破碎的(fragmented)细丝和液滴，以给出所有定位的剩余对象都是细丝的图像，
(3e)从根据阶段(3d)获得的图像中去除那些不完全位于图像内的细丝，以及
(3f)将阶段(3e)之后图像中剩余的所有细丝逐渐变细(taper)到它们的像素数、将细丝中每个细丝的像素数相加、基于像素大小确定细丝中每个细丝的细丝长度、并确定所有测量的细丝的整体的平均细丝长度。
根据阶段(3d)的去除优选地通过如下实现：(i)确定位于图像上的所有对象的所有直角斜边(hypotenuse)的长度，(ii)如果针对这些对象确定的直角斜边值低于定义值h，则将对象标记为图像上的液滴和/或破碎的细丝，并消除这些对象，以及(iii)基于剩余对象(即，细丝)在图像上的位置来验证该剩余对象，以确定它们是否位于钟形杯边缘，并消除那些不适用的细丝。这里的值h对应于15个像素(或300μm)。
下面更详细地阐明各个阶段。
在第一阶段(3a)中，钟形杯优选地在记录的相应图像内被移除并用作数字评估的基础。为此，高斯滤波器用于将每个图像平滑到整个钟形杯(特别地，整个钟形)不再可见的程度。
在第二阶段(3b)中，如此平滑的图像优选地被二值化和反转。
在第三阶段(3c)中，原始图像(即在阶段(3a)中使用的图像)优选地被二值化并且与来自阶段(3b)的反转图像相加在一起。结果，获得了无钟形边缘的二值化图像系列，并且该系列图像进而优选地被反转以用于进一步评估。
在每种情况下都进行二值化，特别是为了更有效地将用于测量的细丝与图片的背景区分开。
在第四阶段(3d)中，优选地定义条件，通过该条件可以将细丝与诸如液滴的其它对象区分开。这里，首先，优选地，借助于对象的xmin、xmax、ymin和ymax来计算相应图片中的所有对象(包括细丝)的直角斜边。该值是借助于报告这些极值的MATLAB函数获得的，因此对于每个对象报告在x方向上的对应的x值，即xmin和xmax，以及对于每个对象报告在y方向中上的对应的y值，即ymin和ymax。对象的直角斜边必须大于被视为细丝的对象的特定值h。这里的值h对应于15个像素(或300μm)。因此，所有较小的对象(诸如液滴)不再被考虑用于正在进行的评估。此外，每个对象都必须具有y值，该y值位于钟形边缘紧邻处(其已在图像上被移除)。这里的y值对应于位于在y方向上的定义距离上的值，每个对象必须位于该距离上以便被视为位于钟形边缘的细丝。在该上下文中，“紧邻”的概念包括距钟形边缘不超过5个像素的距离和/或钟形边缘下方至多5个像素的位置的y值。因此，不与钟形杯边缘相连的所有碎片(特别地所有相对较长的碎片)都相对于对细丝长度的确定的评估而被排除，并且唯一考虑的细丝是位于钟形杯边缘处的那些。
在第五阶段(3e)中，在实现阶段(3d)之后仍然保留在相应图片内的所有对象优选地被验证它们的最小x值是否大于0并且它们的最大x值是否小于256。在进一步的过程中只考虑满足该条件的对象。因此，被仅有的评估的细丝是完整地位于记录的图像帧内的细丝。图片中的所有剩余对象优选地被编号。
在第六阶段(3f)中，阶段(3e)之后剩余的所有对象优选地被单独调用并且优选地借助于骨架(skeleton)方法被逐渐变细。该方法是本领域技术人员已知的。结果，每个对象的仅一个像素然后至多连接到另一像素。随后，将每个对象或细丝的像素数一起计算。因为像素大小是已知的，所以可以计算出细丝的实际长度。该图像评估评估出每张图片大约15000个细丝。这确保了在确定细丝长度时具有高的统计基础。从针对调查的细丝确定的所有细丝长度的整体中，然后获得这些细丝的平均长度作为结果。以该方式，获得位于钟形杯的钟形杯边缘处的在雾化时形成的那些细丝的平均长度。
本发明的方法至少包括步骤(Ia)、(IIa)和(IIIa)，在其的一个替代方案中，但也可以可选地包括进一步的步骤。步骤(Ia)、(IIa)和(IIIa)优选以数字顺序执行。
步骤(Ib)、(IIb)和(IIIb)
步骤(Ib)是借助于装置(1)的旋转雾化器(2)雾化涂层材料组合物，该雾化产生喷雾。步骤(IIb)是借助于至少一个光学测量单元(6)通过对整个喷雾的横向光学测量来光学捕获由根据步骤(Ib)的雾化形成的喷雾的液滴。
根据步骤(IIb)的横向光学测量可以以不同的横向速度执行。该速度可以是线性的或非线性的。通过选择横向速度可以简化区域加权：例如，使横向速度随着区域段的增加而增加可以实现该目的，并且因此区域和停留时间的乘积是恒定的。优选地选择横向速度以诸如在喷雾的每个区域段获得至少10000个计数。在该上下文中，术语“计数”是指在喷雾内或喷雾的不同区域段内的测量中检测到的液滴数。在时移技术(TS)的情况下，可以进一步区分透明液滴的计数和非透明液滴的计数。区域段表示喷雾内的位置。
根据本发明的方法的步骤(IIb)的光学捕获优选地借助于相位多普勒风速测量(PDA)和/或借助于时移技术(TS)进行。根据在借助于PDA执行步骤(IIb)时获得的光学数据，可以在步骤(IIIb)中确定液滴大小分布的至少一个特征变量。根据在借助于TS执行步骤(IIb)时获得的光学数据，可以在步骤(IIIb)中确定液滴大小分布的至少一个特征变量和喷雾的均匀性。
步骤(IIb)的光学捕获优选地在被重复穿过的测量轴上进行。重复优选1至5次，并且更优选地发生至少5次。特别优选地，测量以每次测量至少10000个计数和/或喷雾内每个区域段至少10000个计数来进行。各个事件的重复测量优选通过被包含在系统内的评估工具来防止。
步骤(IIb)可以在雾化器(2)相对于根据步骤(IIb)执行测量的测量设施的不同倾斜角下执行。因此，可以将倾斜角从0°改变到90°。
本发明的方法的步骤(IIIb)设想基于凭借根据步骤(IIb)的光学捕获所获得的光学数据，来确定喷雾内液滴大小分布的至少一个特征变量和/或喷雾的均匀性。
如上所述，根据本发明，确定由根据步骤(Ib)的雾化所形成的液滴的液滴大小分布优选地需要确定技术人员已知的对应特征变量，诸如D10(算术直径；“1,0”力矩)，D30(体积当量平均直径“3,0”力矩)，D32(Sauter直径(SMD)；“3,2”力矩)，dN,50％(基于数量的中位数)和/或dV,50％(基于体积的中位数)，其中在步骤(IIIb)内确定液滴大小分布的这些特征变量中的至少一个特征变量。特别地，确定液滴大小分布包括确定液滴的D10。如果步骤(IIb)是借助于PDA和/或TS执行的，则这特别地被完成。
如果步骤(IIb)是借助于PDA执行的，则针对步骤(IIIb)内的任何期望容差，优选地经由算法来评估在实现步骤(IIb)之后所获得的光学数据。针对使用的PDA系统的10％左右的容差将验证限制为球形液滴；增加也会将轻微变形的液滴带入评价中。结果，变得可以评价沿测量轴的所测量的液滴的球形度。
如果借助于TS执行步骤(IIb)，则针对任何期望的容差，优选地同样经由算法来评估在实现步骤(IIb)之后所获得的光学数据。
特别是如果在执行步骤(IIb)时使用TS，则可以确定喷雾的均匀性。根据步骤(IIb)的实现借助于TS所获得的数据因此可以针对液滴的透明光谱(T)和不透明光谱(NT)进行评估。两个光谱中的所测量的液滴数量的比率用作透明和不透明液滴的局部分布的度量。可以沿测量轴进行整体评估。具体地，优选在沿测量轴的x＝5mm或x＝25mm的位置处确定透明液滴(T)与液滴总数(Total)的比率。然后这些位置对应于上述位置1(x＝5mm)和2(x＝25mm)。进而，由对应的值形成比率，以便描述从内向外变化的喷雾射流均匀性。
被创造性使用的涂层材料组合物
根据本发明使用的涂层材料组合物优选包括
·用作粘合剂的至少一种聚合物，作为组分(a)，
·至少一种颜料和/或至少一种填料，作为组分(b)，以及
·水和/或至少一种有机溶剂，作为组分(c)。
在本发明的意义上，术语“包括”或“包含”特别是与根据本发明使用的涂层材料组合物结合时，优选具有“由……组成”的含义。关于根据本发明使用的涂层材料组合物，例如，它不仅可以包括组分(a)、(b)和(c)，而且还可以包含在下文中识别的一种或多种其它可选组分。所有这些组分可以各自存在于它们的优选实施例中，如下所述。
根据本发明使用的涂层材料组合物优选是可用于汽车工业的涂层材料组合物。这里可以使用可用作OEM涂料体系的一部分的涂层材料组合物，以及可用作修补漆体系的一部分的那些涂层材料组合物。可用于汽车工业的涂层材料组合物的示例是电涂(electrocoat)材料、引物(primer)、表面涂料(surfacer)、填料、底涂层材料，特别是水性底涂层材料(含水底涂层材料)、顶涂材料，其包括透明涂层(clearcoat)材料，特别是溶剂型透明涂层材料。特别优选地使用水性底涂层材料。
底涂层材料的概念是本领域技术人员已知的并且例如在
Figure GDA0003553580780000211
Lexikon,Lacke und Druckfarben,Georg Thieme Verlag,1998,10th edition,page 57中定义的。因此，底涂层材料更特别地是中间涂层材料，其赋予颜色和/或赋予颜色和光学效果，用于汽车涂饰(finishing)和一般工业涂层。它通常应用于表面涂料预处理或引物预处理的金属或塑料基材，或偶尔直接应用于塑料基材。其它可能的基材包括现有的饰面，可能进一步需要预处理(例如，通过打磨)。现在完全习惯于施加多于一层的底涂层。因此，在此类情况下，第一底涂层表示第二底涂层的基材。为了保护底涂层，特别是免受环境影响，要在其上施加至少一种附加透明涂层。水性底涂层材料是含水底涂层材料，其中基于水性底涂层材料中水和有机溶剂的总重量(以重量％计)，水的分数大于有机溶剂的分数。
基于涂层材料组合物的总重量，存在于根据本发明使用的涂层材料组合物中的所有组分(诸如组分(a)、(b)和(c))以及下面识别的可选的一种或多种另外的可选组分的重量％的分数加起来至多为100重量％。
在每种情况下基于涂层材料组合物的总重量，根据本发明使用的涂层材料组合物的固体含量优选为在10-45重量％，更优选11-42.5重量％，非常优选12-40重量％，更特别地13-37.5重量％的范围内。固体含量(即非挥发性部分)根据下面描述的方法确定。
组分(a)
在本发明的意义上并与DIN EN ISO 4618(德文版，日期：2007年3月)一致，术语“粘合剂”优选指组合物(诸如根据本发明采用的涂层材料组合物)的除了它包含的颜料和/或填料之外的非挥发性部分——负责形成膜的那些部分。非挥发性部分可以根据下面所述的方法确定。因此，粘合剂构成是对组合物(诸如根据本发明使用的涂层材料组合物)的粘合剂含量有贡献的任何组分。示例将是底涂层材料，诸如含水底涂层材料，其包括可用作粘合剂的至少一种聚合物作为组分(a)，诸如例如下述的SCS聚合物；诸如三聚氰胺树脂的交联剂；和/或聚合物添加剂。
特别优选用作组分(a)的是所谓的种子-核-壳聚合物(SCS聚合物)。此类聚合物和包括此类聚合物的含水分散体例如从WO 2016/116299 A1中已知。聚合物优选为(甲基)丙烯酸共聚物。聚合物优选以含水分散体的形式使用。特别优选用作组分(a)的是具有在100-500nm的范围内平均粒径的聚合物，其可通过烯属不饱和单体的三种单体混合物(A)、(B)和(C)(优选彼此不同)在水中的连续基团(radical)乳液聚合来制备，其中
混合物(A)包括至少50重量％的单体，其具有在25℃下在水中小于0.5g/l的溶解度，并且由混合物(A)制备的聚合物具有10至65℃的玻璃转变温度，
混合物(B)包括至少一种多不饱和单体，并且由混合物(B)制备的聚合物具有-35至15℃的玻璃转变温度，并且
由混合物(C)制备的聚合物具有-50至15℃的玻璃转变温度，
以及其中
i.首先使混合物(A)聚合，
ii.然后在根据i.制备的聚合物的存在下使混合物(B)聚合，以及
iii.此后在根据ii.制备的聚合物的存在下使混合物(C)聚合。
聚合物的制备包括在每种情况下烯属不饱和单体的三种混合物(A)、(B)和(C)在水中的连续基团乳液聚合。因此它是一种多阶段基团乳液聚合，其中i.首先使混合物(A)聚合，然后ii.在根据i.制备的聚合物的存在下使混合物(B)聚合，以及此外，iii.在根据ii.制备的聚合物的存在下使混合物(C)聚合。因此，所有三种单体混合物通过在每种情况下单独执行的基团乳液聚合(即阶段或聚合阶段)来聚合，这些阶段相继发生。就时间而言，阶段可能一个紧接着一个地发生。同样可能的是，在一个阶段结束后，将所讨论的反应溶液储存一段时间和/或转移到不同的反应容器中，并且然后才执行下一阶段。聚合物的制备优选不包括除了单体混合物(A)、(B)和(C)的聚合之外的聚合步骤。
混合物(A)、(B)和(C)是烯属不饱和单体的混合物。合适的烯属不饱和单体可以是单或多烯属不饱和的。例如，合适的单烯属不饱和单体的示例特别地包括(甲基)丙烯酸酯基单烯属不饱和单体、含有烯丙基的单烯属不饱和单体和含有乙烯基的其它单烯属不饱和单体，诸如乙烯基芳族单体。针对本发明的目的，术语(甲基)丙烯酸的或(甲基)丙烯酸酯包括甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯二者。尽管不一定排他地，无论如何优选使用的是基于(甲基)丙烯酸酯的单烯属不饱和单体。
混合物(A)包括至少50重量％，优选至少55重量％的在25℃下具有小于0.5g/l的溶解度的烯属不饱和单体。一种此类优选单体是苯乙烯。单体在水中的溶解度借助于下面描述的方法来确定。单体混合物(A)优选不含羟基官能单体。同样优选地，单体混合物(A)不含酸官能单体。非常优选地，单体混合物(A)根本不含具有包含杂原子的官能团的单体。这意味着杂原子(如果存在)仅以桥接基团的形式存在。例如，在上述基于(甲基)丙烯酸酯的单烯属不饱和单体中就是这种情况，其具有烷基作为基团R。单体混合物(A)优选唯一地包括单烯属不饱和单体。单体混合物(A)优选包括：至少一种具有烷基基团的(甲基)丙烯酸单不饱和酯；以及至少一种单烯属不饱和单体，其包含乙烯基并且具有在乙烯基上设置的芳族基团或混合饱和脂族-芳族基团，在这种情况下，基团的脂族部分是烷基。选择存在于混合物(A)中的单体，使得由它们制备的聚合物具有10至65℃、优选30至50℃的玻璃转变温度。这里的玻璃转变温度可以借助于下面描述的方法确定。在阶段i中通过单体混合物(A)的乳液聚合来制备的聚合物也称为种子。种子优选地具有20至125nm的平均粒径。
混合物(B)包括至少一种多烯属不饱和单体，优选为至少一种二烯属不饱和单体。对应的优选单体是己二醇二丙烯酸酯。单体混合物(B)优选不包含羟基官能单体。同样优选地，单体混合物(B)不包含酸官能单体。非常优选地，单体混合物(B)根本不包含具有含杂原子的官能团的单体。这意味着杂原子(如果存在)仅以桥接基团的形式存在。例如，在上述基于(甲基)丙烯酸酯的单烯属不饱和单体将烷基作为基团R时就是这种情况。除了至少一种多烯属不饱和单体之外，无论如何单体混合物(B)优选地包括以下单体：首先，至少一种具有烷基基团的(甲基)丙烯酸单不饱和酯；以及其次，至少一种单烯属不饱和单体，其包含乙烯基并且具有在乙烯基上设置的芳族基团或混合饱和脂族-芳族基团，在这种情况下，基团的脂族部分是烷基。基于单体混合物(B)中单体的总摩尔量，多不饱和单体的比例优选为0.05-3mol％。选择存在于混合物(B)中的单体，使得由其制备的聚合物具有-35至15℃，优选-25至+7℃的玻璃转变温度。通过单体混合物(B)的乳液聚合在阶段ii中在种子的存在下所制备的聚合物也被称为核。因此，在阶段ii.之后，所得聚合物包括种子和核。在阶段ii之后获得的聚合物优选地具有80至280nm，优选120至250nm的平均粒径。
选择存在于混合物(C)中的单体，使得由其制备的聚合物具有-50至15℃、优选-20至+12℃的玻璃转变温度。该玻璃转变温度可以通过下面描述的方法确定。优选地选择混合物(C)的烯属不饱和单体，使得包括种子、核和壳的所得聚合物具有10至25的酸值。因此，混合物(C)优选地包括至少一种α-β不饱和羧酸，特别优选(甲基)丙烯酸。混合物(C)中的烯属不饱和单体优选另外地或可替代地以这样的方式选择，使得包括种子、核和壳的所得聚合物具有0至30，优选10至25的OH值。所有上述酸值和OH值是基于所用单体混合物的整体而计算处的值。单体混合物(C)优选包括至少一种α-β不饱和羧酸和至少一种具有被羟基取代的烷基的(甲基)丙烯酸单不饱和酯。特别优选地，单体混合物(C)包括至少一种α-β不饱和羧酸、至少一种具有被羟基取代的烷基的(甲基)丙烯酸单不饱和酯以及至少一种具有烷基的(甲基)丙烯酸单不饱和酯。当本发明提及烷基而没有进一步具体说明时，该提及总是指不具有官能团和杂原子的纯烷基。在种子和核的存在下通过单体混合物(C)的乳液聚合在阶段iii.中制备的聚合物也称为壳。因此，阶段iii.之后的结果是包括种子、核和壳的聚合物，换句话说，是聚合物(b)。在其制备之后，聚合物(b)具有100-500nm、优选125-400nm、非常优选130-300nm的平均粒径。
在每种情况下基于涂层材料组合物的总重量，根据本发明使用的涂层材料组合物优选包括1.0至20重量％，更优选1.5至19重量％，非常优选2.0至18.0重量％，更特别地2.5至17.5重量％，最优选3.0至15.0重量％的组分(a)(诸如至少一种SCS聚合物)的分数。涂层材料组合物中组分(a)的分数的确定和说明可以经由确定包括组分(a)的含水分散体的固体含量(也称为非挥发性分数、固体含量或固体分数)来进行。
作为组分(a)的至少一种上述SCS聚合物的附加或替代、优选附加，根据本发明使用的涂层材料组合物可包括与SCS聚合物不同的至少一种聚合物作为组分(a)的粘合剂，该至少一种聚合物更特别地选自如下组成的组的至少一种聚合物：聚氨酯、聚脲、聚酯、聚(甲基)丙烯酸酯和/或所述聚合物的共聚物，更特别地聚氨酯-聚(甲基)丙烯酸酯和/或聚氨酯-聚脲。
优选的聚氨酯在例如德国专利申请DE 199 48 004 A1第4页第19行至第11页第29行(聚氨酯预聚物B1)、欧洲专利申请EP 0 228 003 A1第3页第24行至第5页第40行、欧洲专利申请EP 0 634 431 A1第3页第38行至第8页第9行以及国际专利申请WO 92/15405第2页第35行至第10页第32行中描述。
优选的聚酯在例如DE 4009858 A1第6栏第53行至第7栏第61行和第10栏第24行至第13栏第3行或WO 2014/033135 A2第2页第24行至第7页第10行以及第28页第13行至第29页第13行中描述。
优选的聚氨酯-聚(甲基)丙烯酸酯共聚物((甲基)丙烯酸酯化的聚氨酯)及其制备在例如WO 91/15528 A1第3页第21行至第20页第33行以及DE 4437535 A1第2页第27行至第6页第22行中描述。
优选的聚氨酯-聚脲共聚物是聚氨酯-聚脲颗粒，优选平均粒径为40-2000nm的那些，其中在每种情况下以反应形式的聚氨酯-聚脲颗粒包括：包含异氰酸酯基团且包括阴离子基团和/或可转化为阴离子基团的基团的至少一种聚氨酯预聚物；以及包含两个伯氨基团和一个或两个仲氨基团的至少一种多胺。此类共聚物优选以含水分散体的形式使用。这些类型的聚合物原则上可通过例如多异氰酸酯与多元醇以及多胺的传统加聚来制备。
与SCS聚合物不同的此类聚合物在涂层材料组合物中的分数优选小于SCS聚合物的分数。所述聚合物优选是羟基官能的并且特别优选具有15-200mg KOH/g，更优选20-150mg KOH/g的OH值。
特别优选地，根据本发明使用的涂层材料组合物包括至少一种羟基官能聚氨酯-聚(甲基)丙烯酸酯共聚物；进一步优选地，它们包括至少一种羟基官能聚氨酯-聚(甲基)丙烯酸酯共聚物和至少一种羟基官能聚酯，以及可选地，优选羟基官能聚氨酯-聚脲共聚物。
在每种情况下基于涂层材料组合物的总重量，除了SCS聚合物之外，作为组分(a)的粘合剂的另外聚合物的分数可以广泛变化并且优选在1.0至25.0重量％、更优选3.0至20.0重量％、非常优选5.0至15.0重量％的范围内。
涂层材料组合物可进一步包括至少一种传统的典型的交联剂。如果它包括交联剂，则所讨论的物质优选是至少一种氨基树脂和/或至少一种封端或游离的多异氰酸酯，优选氨基树脂。在氨基树脂中，特别优选三聚氰胺树脂。在涂层材料组合物包括交联剂的情况下，在每种情况下基于涂层材料组合物的总重量，这些交联剂的分数，更特别地是氨基树脂和/或封端或游离的多异氰酸酯，更优选为氨基树脂，进而优选为三聚氰胺树脂的分数优选为在0.5-20.0重量％，更优选1.0-15.0重量％，非常优选1.5-10.0重量％的范围内。交联剂的分数优选小于涂层材料组合物中SCS聚合物的分数。
组分(b)
技术人员熟悉术语“颜料”和“填料”。
例如，术语“填料”从DIN 55943(日期：2001年10月)为本领域技术人员所知。本发明意义上的“填料”优选是基本上(优选完全地)不溶于根据本发明使用的涂层材料组合物(诸如例如含水底涂层材料)并且其特别地用于增加体积的目的的组分。本发明意义上的“填料”优选地在其折射率方面不同于“颜料”，对于填料而言，该折射率小于1.7。本领域技术人员已知的任何常规填料均可用作组分(b)。合适的填料的示例是高岭土、白云石、方解石、白垩、硫酸钙、硫酸钡、石墨、硅酸盐，诸如硅酸镁，特别是对应的页硅酸盐，诸如锂蒙脱石、膨润土、蒙脱石、滑石和/或云母，二氧化硅，特别是气相二氧化硅，氢氧化物，诸如氢氧化铝或氢氧化镁，或有机填料，诸如纺织纤维、纤维素纤维、聚乙烯纤维或聚合物粉末。
术语“颜料”同样是技术人员例如从DIN 55943(日期：2001年10月)已知的。在本发明的意义上，“颜料”优选是指粉末或片状形式的组分，其基本上、优选完全不溶于根据本发明使用的涂层材料组合物，诸如含水底涂层材料。这些“颜料”优选是着色剂和/或由于它们的磁、电和/或电磁特性而可以用作颜料的物质。颜料与“填料”的不同之处在于它们的折射率，该折射率对于颜料来说是≥1.7。
术语“颜料”优选包含彩色颜料和效果(effect)颜料。
技术人员熟悉彩色颜料的概念。为了本发明的目的，术语“赋予颜色的颜料”和“彩色颜料”是可互换的。在DIN 55943(日期：2001年10月)中涉及颜料的相应定义及其进一步的规格。使用的彩色颜料可以包括有机和/或无机颜料。使用的特别优选的彩色颜料是白色颜料、彩色颜料和/或黑色颜料。白色颜料的示例是二氧化钛、锌白、硫化锌和立德粉。黑色颜料的示例是炭黑、铁锰黑和尖晶石黑。彩色颜料的示例是氧化铬、氧化铬水合物绿、钴绿、群青绿、钴蓝、群青蓝、锰蓝、群青紫、钴和锰紫、红氧化铁、硫硒化镉、钼酸盐红和群青红、棕色氧化铁、混合棕色、尖晶石相和刚玉相，以及铬橙、黄氧化铁、镍钛黄、铬钛黄、硫化镉、硫化镉锌、铬黄和钒酸铋。
技术人员熟悉效果颜料的概念。例如，在
Figure GDA0003553580780000281
Lexikon,Lacke undDruckfarben,Georg Thieme Verlag,1998,10th edition,pages 176and 471中可以找到对应的定义。颜料的一般定义及其进一步的规范在DIN 55943(日期：2001年10月)中进行了说明。效果颜料优选是赋予光学效果或颜色和光学效果，特别是光学效果的颜料。因此，术语“赋予光学效果和赋予颜色的颜料”、“光学效果颜料”和“效果颜料”优选是可互换的。优选的效果颜料例如是片状金属效果颜料，诸如小叶状铝颜料、金青铜、氧化青铜和/或氧化铁-铝颜料，诸如珠光精华的珠光颜料、碱式碳酸铅、氯氧化铋和/或金属氧化物-云母颜料，和/或其它效果颜料，诸如小叶状石墨、小叶状氧化铁、来自PVD膜的多层效果颜料和/或液晶聚合物颜料。特别优选小叶形式的效果颜料，特别是小叶状铝颜料和金属氧化物-云母颜料。
根据本发明使用的涂层材料组合物，诸如水性底涂层材料，例如特别优选包括至少一种效果颜料作为组分(b)。
在每种情况下基于涂层材料组合物的总重量，根据本发明使用的涂层材料组合物优选包括1-20重量％，更优选1.5-18重量％，非常优选2-16重量％，更特别地2.5-15重量％，最优选3-12重量％或3-10重量％的范围内的作为组分(b)的效果颜料的分数。在每种情况下基于涂层材料组合物的总重量，涂层材料组合物中所有颜料和/或填料的总分数优选为0.5至40.0重量％，更优选2.0至20.0重量％，非常优选3.0至15.0重量％的范围内。
涂层材料组合物中组分(b)(诸如至少一种效果颜料)与组分(a)(诸如至少一种SCS聚合物)的相对重量比优选在4:1至1:4的范围内，更优选在2:1至1:4的范围内，非常优选在2:1至1:3的范围中，更特别地在1:1至1:3或1:1至1:2.5的范围内。
组分(c)
根据本发明使用的涂层材料组合物优选是含水的。它优选是一种体系，在每种情况下基于涂层材料组合物的总重量，该体系主要包括主要是水(优选至少20重量％的量)以及较小分数的有机溶剂(优选<20重量％的量)作为其溶剂(即，作为组分(c))。
在每种情况下基于涂层材料组合物的总重量，根据本发明使用的涂层材料组合物优选包括至少20重量％，更优选至少25重量％，非常优选至少30重量％，更特别地至少35重量％的水的分数。
在每种情况下基于涂层材料组合物的总重量，根据本发明使用的涂层材料组合物优选包括20至65重量％的范围内，更优选25至60重量％的范围内，非常优选30至55重量％的范围内的水的分数。
在每种情况下基于涂层材料组合物的总重量，根据本发明使用的涂层材料组合物优选包括在<20重量％范围内，更优选在0至<20重量％范围内，非常优选在0.5至<20重量％或至15重量％范围内的有机溶剂的分数。
此类有机溶剂的示例包括杂环、脂族或芳族烃、一元或多元醇，特别是甲醇和/或乙醇、醚、酯、酮和酰胺，诸如N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯、丁醇、乙二醇和丁基乙二醇以及它们的乙酸酯、丁基二甘醇、二甘醇二甲醚、环己酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、丙酮、异佛尔酮或它们的混合物。
另外的可选组分
根据本发明使用的涂层材料组合物可以可选地进一步包括至少一种增稠剂(也称为稠化剂)作为组分(d)。此类增稠剂的示例是无机增稠剂，例如金属硅酸盐，诸如页硅酸盐，以及有机增稠剂，例如聚(甲基)丙烯酸增稠剂和/或(甲基)丙烯酸-(甲基)丙烯酸酯共聚物增稠剂、聚氨酯增稠剂，以及聚合蜡。金属硅酸盐优选选自绿土。绿土特别优选选自蒙脱石和锂蒙脱石的组。蒙脱石和锂蒙脱石更特别地选自由铝镁硅酸盐以及钠镁层状硅酸盐和钠镁氟锂层状硅酸盐组成的组。例如，这些无机层状硅酸盐以商标名
Figure GDA0003553580780000301
出售。基于聚(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸-(甲基)丙烯酸酯共聚物增稠剂的稠化剂可选地用合适的碱交联和/或中和。此类稠化剂的示例是“碱溶胀乳液”(ASE)和它们的疏水改性变体、“疏水改性碱溶胀乳液”(HASE)。这些稠化剂优选是阴离子的。诸如
Figure GDA0003553580780000302
AS 1130的对应产品是可商购获得的。基于聚氨酯的稠化剂(例如聚氨酯缔合稠化剂)可选地用合适的碱交联和/或中和。诸如
Figure GDA0003553580780000303
PU1250的对应产品可商购获得。合适的聚合物蜡的示例包括基于乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的可选改性的聚合蜡。对应的产品例如可以以商品名
Figure GDA0003553580780000304
8421商购获得。
取决于期望的应用，根据本发明使用的涂层材料组合物可以包括一种或多种常用添加剂作为另外的一种或多种组分(d)。例如，涂层材料组合物可以包括至少一种添加剂，该添加剂选自由以下构成的组：反应性稀释剂、光稳定剂、抗氧化剂、脱气剂、乳化剂、滑爽添加剂、聚合抑制剂、基团聚合引发剂、粘合促进剂、流动控制剂、成膜助剂、流挂控制剂(SCA)、阻燃剂、缓蚀剂、干燥剂、杀菌剂和消光剂。它们可以以已知和惯用的比例被使用。
根据本发明使用的涂层材料组合物可以使用常规和已知的混合方法和混合单元来产生。
确定方法
1.平均细丝长度的确定
借助于高速相机Fastcam SA-Z(来自日本东京Photron)以每秒100000张图像的图像速率和512×256像素的分辨率来记录钟形边缘处细丝的分解。相机表示本发明的装置(1)的相机(5)。图像分析每记录使用2000张图像。首先，各个图像在多个步骤中被处理，以便能够评估细丝的长度。在第一处理步骤中，从各个图像中去除钟形边缘。为此，借助于高斯滤波器对每个图像进行平滑化，使得只有钟形边缘仍然可见。这些图像随后被二值化和反转(a)。之后，原始图像也被二值化(b)并与反转图像(a)相加。得到的结果是不具有钟形边缘的二值化图像系列，并将该系列的图像反转(c)以供进一步评估。在下一步骤中，定义条件使得细丝可以与其它对象区分开来。首先，确定所有对象的直角斜边，借助于对象的xmin、xmax、ymin和ymax来计算直角斜边。对象的直角斜边必须大于被视为细丝的其对象的定义值h。后续评估不再考虑所有较小的对象，诸如液滴。此外，每个对象必须具有位于钟形边缘紧邻处的y值。因此，为了评估细丝长度，排除了未接合到钟形边缘的较长碎片。最后，要求剩余的对象满足其最小x值大于0且最大x值小于256的条件。因此，仅有的被评估的细丝是完整地位于记录图像帧框(frame)的细丝。能够满足四个条件的所有对象都被单独调用并使用骨架方法使其逐渐变细。结果，每个对象至多只有一个像素与另一像素相连。随后，计算每个细丝的像素数。因为像素大小是已知的，所以可以计算出细丝的实际长度。该图像分析评估每张图片大约15000个细丝。这确保了确定细丝长度的高统计基础。
2.确定粒径分布，包括D10以及特征变量TT1/TTotal1和TT2/TTotal2的比率，作为雾化产 生的喷雾的均匀性的度量
使用来自DantecDynamics(P60、Lexel氩激光器、FibreFlow)的商业单PDA以及来自AOM系统
Figure GDA0003553580780000311
的商业时移仪器确定母(parent)粒径分布。两种仪器均根据制造商信息进行构造和校准。时移仪器
Figure GDA0003553580780000312
的设置由制造商针对要使用的材料范围进行调整。PDA在反射中以514.5nm的波长(正交偏振)以60-70°的角度在前向散射中操作。这里的接收光学器件具有500mm的焦距，发射光学器件具有400mm的焦距。对于这两个系统，构造都相对于雾化器被校准。测量是在与横向轴倾斜的雾化器侧面竖直下方25mm在相对于倾斜的雾化器(倾斜角45°)的径向轴向方向上横向进行的。在该情况下，定义的横向速率是预定的，并且因此，经由相关联的时间分辨信号对检测到的各个事件进行空间分辨。与光栅分辨测量的比较产生了关于加权全局分布特征的相同结果，但也允许调查横向轴上的任何期望区间范围。此外，该方法比光栅法快几倍，从而可以减少恒定流速下的材料支出。以最大验证容差捕获可检测的液滴。然后针对任何期望的容差经由算法评估原始数据。所用PDA系统的约10％的容差将验证限制到球形颗粒；增加还将略微变形的液滴纳入考虑中。结果，可以考虑沿测量轴的所测量的液滴的球形度。
Figure GDA0003553580780000321
系统能够区分透明和不透明的液滴。测量轴反复行进，并采用两种测量方法。系统的内部分析设施可防止对各个事件的重复测量。因此，由此获得的数据可以针对透明光谱(T)和不透明光谱(NT)进行评估。两个光谱中所测量的液滴数量的比率用作透明和不透明液滴的局部分布的度量。可以沿测量轴进行整体评估。具体地，在沿测量轴的x＝5mm的位置1和x＝25mm的位置2处确定透明颗粒(T)与颗粒总数(Total)的比率；进而由对应的值形成比率，以便描述从内向外喷雾射流的变化的均匀性。对于这两个系统，单PDA和
Figure GDA0003553580780000322
原始数据可用作确定常规分布力矩(诸如D10值)的基础。
3.膜厚度的确定
使用来自ElektroPhysik的
Figure GDA0003553580780000323
3100-4100仪器根据DIN EN ISO2808(日期：2007年5月)方法12A来确定膜厚度。
4.对膜厚度相关的流平和针孔的发生率的评价
为了评价膜厚度相关的流平和针孔的发生率，根据以下通用协议产生楔形(wedge)多涂层涂料系统：
被标准电涂层(来自BASF Coatings GmbH的
Figure GDA0003553580780000324
800)涂覆的尺寸为30×50cm的钢板借助于粘合带(Tesaband，19mm)被设置在一个纵向边缘处以便确定涂覆之后的膜厚度差。水性底涂层材料以0-40μm的目标膜厚度(干燥材料的膜厚度)被静电施加为一个楔形。这里的排放率在300到400ml/min之间；ESTA钟的旋转速度在23000到43000rpm之间变化；具体选择的每个施加参数的确切数字在下面的实验部分中说明。在室温(18至23℃)下闪蒸4-5分钟后，系统在强制空气烘箱中在60℃下干燥10分钟。去除粘合带之后，通过重力喷枪手动将商业双组分透明涂层材料(来自BASF Coatings GmbH的
Figure GDA0003553580780000325
)以40-45μm的目标膜厚度(干燥材料的膜厚度)施加到干燥的水性底涂层。所得透明涂层在室温(18至23℃)下被闪蒸10分钟；然后在强制空气烘箱中在140℃下固化另外20分钟。
根据以下通用协议可视地评价针孔的发生率：检查水性底涂层材料的干膜厚度，并且对于底涂层膜厚度楔形，在钢板上标记0-20μm和20μm直至楔形末端的范围。可视地评估水性底涂层楔形的两个独立区域中的针孔。对每个区域的针孔数量进行计数。所有结果都归一化为200cm2的面积，并且然后相加得出总数。此外，在适当的情况下，记录不再出现针孔的水性底涂层楔形的干膜厚度。
根据以下通用协议评价膜厚度相关的流平：检查水性底涂层材料的干膜厚度，并且对于底涂层膜厚度楔形，在钢板上标记不同区域(例如10-15μm、15-20μm和20-25μm)。使用来自Byk-Gardner GmbH的波形扫描(Wave scan)仪器在预先确定的底涂层膜厚度区域内确定并评价膜厚度相关的流平。为此，激光束以60°角照射到被调查的表面上，并且反射光在短波范围(0.3至1.2mm)和长波范围(1.2至12mm)内的波动由在10cm的距离处仪器记录(长波＝LW；短波＝SW；数字越低，外观越好)。此外，作为在多涂层系统的表面中反映的图像清晰度的度量，借助仪器来确定“图像清晰度”(DOI)的特征参数(值越高，外观越好)。
5.混浊度的确定
为了确定混浊度，根据以下通用协议产生多涂层涂料系统：
被常规的表面涂料系统涂覆的尺寸为32×60cm的钢板借助于双施加而进一步被水性底涂层材料涂覆：在第一步骤中以8-9μm的目标膜厚度以静电方式施加，以及在第二步骤中，在室温下闪蒸2分钟后，以4-5μm的目标膜厚度同样以静电方式制成。在室温(18至23℃)下进一步闪蒸5分钟后，将所得水性底涂层在强制空气烘箱中在80℃下干燥5分钟。两种底涂层施加均以43 000rpm的旋转速度和300ml/min的排放率进行。被施加在干燥的水性底涂层顶部上的是具有40-45μm目标膜厚度的商业双组分透明涂层材料(来自BASF CoatingsGmbH的ProGloss)。所得透明涂层在室温(18至23℃)下闪蒸10分钟；然后在强制空气烘箱中在140℃下进一步固化20分钟。
然后使用来自BYK-Gardner GmbH的cloud-runner仪器来评价混浊度。仪器输出包括“mottling15”、“mottling45”和“mottling60”的三个特征参数的参数，该三个参数可以看作是在相对于所使用的测量光源的反射角的15°、45°和60°角测量的混浊度的度量。值越高，混浊度越明显。
6.湿润度的确定
对涂层材料组合物(诸如水性底涂层材料)施加到基材后形成的膜的湿润度进行评价。在该情况下，涂层材料组合物借助于旋转雾化以静电方式施加为期望目标膜厚度(干燥材料的膜厚度)(诸如在15μm至40μm范围内的目标膜厚度)的恒定层。排放率在300到400ml/min之间，并且旋转雾化器的ESTA钟的旋转速度在23000到43000rpm的范围内(在每种情况下具体选择的施加参数的精确细节在下文实验部分内的相关点处说明)。在施加结束后一分钟可视地评价在基材上形成的膜的湿润度。湿润度以1到5的等级记录(1＝非常干燥到5＝非常湿润)。
7.爆裂发生率的确定
为了确定爆裂(pop)倾向，根据以下通用协议，采用基于DIN EN ISO 28199-1(日期：2010年1月)和DIN EN ISO 28199-3(日期：2010年1月)的方法产生多涂层涂料系统：类似于DIN EN ISO 28199-1第8.2节(版本A)来制备被固化的阴极电涂层(EC)(来自BASFCoatings GmbH的
Figure GDA0003553580780000341
800)涂覆的尺寸为57cm×20cm的穿孔钢板(根据DINEN ISO 28199-1，第8.1节，版本A)。在基于DIN EN ISO 28199-1第8.3节的方法中，随后是以具有0μm至30μm的范围内的目标膜厚度(干燥材料的膜厚度；干膜厚度)以楔形形式在单次施加中进行含水底涂层材料的静电施加。在没有预先闪蒸时间的情况下，将所得底涂层在强制空气烘箱中在80℃下临时干燥5分钟。根据DIN EN ISO 28199-3第5节确定爆裂极限，即发生爆裂的底涂层膜厚度。
8.延伸发生率的确定
为了确定延伸(run)的倾向，根据以下通用协议，采用基于DIN EN ISO 28199-1(日期：2010年1月)和DIN EN ISO 28199-3(日期：2010年1月)的方法产生多涂层涂料系统：类似于DIN EN ISO 28199-1第8.2节(版本A)来制备被固化的阴极电涂层(EC)(来自BASFCoatings GmbH的
Figure GDA0003553580780000351
800)涂覆的尺寸为57cm×20cm的穿孔钢板(根据DINEN ISO 28199-1，第8.1节，版本A)。在基于DIN EN ISO 28199-1第8.3节的方法中，随后是以具有0μm至40μm的范围内的目标膜厚度(干燥材料的膜厚度)以楔形形式在单次施加中进行含水底涂层材料的静电施加。在18-23℃下闪蒸10分钟之后，将所得底涂层在强制空气烘箱中在80℃下临时干燥5分钟。这里的面板被闪蒸并在竖直地立着时进行临时干燥。根据DIN EN ISO 28199-3第4节确定延伸倾向。除了延伸超过距穿孔底部边缘10mm长度处的膜厚度外，还要确定从中可以可视地观察到在穿孔处的延伸的第一倾向的膜厚度。
9.条纹的评价
借助于专利说明书DE 10 2009 050 075B4中描述的方法来评价条纹(streakiness)。其中所述和定义的均匀性指数或平均均匀性指数同样能够捕获施加时条纹的发生率，尽管这些指数已在所述专利说明书中用于评估混浊度。对应值越高，基材上可见的条纹越明显。
本发明示例和比较示例
下面的本发明示例和比较示例用于说明本发明，但不应解释为限制性的。
除非另有说明，在每种情况下，份数是重量份数，并且百分比数是的重量百分比。
1.含水底涂层材料的产生
1.1水性底涂层材料WBL1和WBL2的产生
将表1.1中“水相”下方列出的组分按所述顺序一起搅拌以形成含水混合物。在下一步骤中，在每种情况下，由“铝颜料预混物”和“云母预混物”下方列出的组分制备出预混物。这些预混物被分别加入到含水混合物中。在加入每种预混物后搅拌10分钟。然后使用去离子水和二甲基乙醇胺将pH值设定为8，并且在1000s-1的剪切载荷下将喷雾粘度设定为95±10mPa·s，该粘度被在23℃下使用旋转粘度计(具有来自Anton Paar的C-LTD80/QC加热系统的Rheolab QC)来测量。
含水分散体AD1包括具有25.6wt％的固体含量和8.85的pH的多级SCS聚丙烯酸酯，其通过利用随后在不同阶段i.至iii.中采用的三种不同单体混合物(A)、(B)和(C)来制备。含水聚氨酯-聚脲分散体PD1具有40.2wt％的固体含量和7.4的pH值。浆料(paste)P1至P5是颜料浆料(P1至P3)或填料浆料(P4和P5)。ML1是一种用于产生效果颜料浆料的混合清漆(varnish)。
表1.1：水性底涂层材料WBL1和WBL2的产生
Figure GDA0003553580780000361
Figure GDA0003553580780000371
Figure GDA0003553580780000381
1.2水性底涂层材料WBL3至WBL6的产生
将表1.2中“水相”下列出的组分按所述顺序一起搅拌以形成含水混合物。在下一步骤中，由“铝颜料预混物”下列出的组分产生预混物。将该预混物加入到含水混合物中。添加后搅拌10分钟。然后使用去离子水和二甲基乙醇胺将pH值设定为8，并且在1000s-1的剪切载荷下将喷雾粘度设定为85±5mPa·s，该粘度在23℃下使用旋转粘度计(具有来自AntonPaar的C-LTD80/QC加热系统的Rheolab QC)来测量。
在系列WBL3至WBL4中，在每种情况下，铝颜料的分数以及由此的颜料/粘合剂的比率降低。系列WBL5至WBL6也是如此。
表1.2：水性底涂层材料WBL3至WBL6的产生
Figure GDA0003553580780000382
Figure GDA0003553580780000391
1.3水性底涂层材料WBL7至WBL10的产生
将表1.3中“水相”下列出的组分按所述顺序一起搅拌以形成含水混合物。在下一步骤中，由“铝颜料预混物”下列出的组分产生预混物。将该预混物添加到含水混合物。添加后搅拌10分钟。然后使用去离子水和二甲基乙醇胺将pH值设定为8，并且在1000s-1的剪切载荷下将喷雾粘度设定为85±5mPa·s，该粘度在23℃下使用旋转粘度计(具有来自AntonPaar的C-LTD80/QC加热系统的Rheolab QC)来测量。
在系列WBL7至WBL8中，在每种情况下，铝颜料的分数以及由此的颜料/粘合剂的比率降低。系列WBL9至WBL10也是如此。
ML2是一种用于产生效果颜料浆料的混合清漆。
表1.3：水性底涂层材料WBL7至WBL10的产生
Figure GDA0003553580780000401
Figure GDA0003553580780000411
2.含水底涂层材料及其所得涂层的特性的调查和比较
2.1上述含水底涂层材料用作涂层材料组合物。对这些涂层材料组合物中的每一种执行旋转雾化并且光学监视所述旋转雾化过程。这是通过使用本发明的装置(1)来完成的。从供应单元(4)将涂层材料组合物提供给设有钟形杯(3)的旋转雾化器(2)，并通过使用装置(1)内的相机(5)和光学测量单元(6)对旋转雾化过程进行光学监视。相机(5)用于光学捕获在钟形杯(3)边缘处由涂层材料组合物的雾化形成的细丝，并且光学测量单元(6)用于通过对整个喷雾进行横向光学测量来光学捕获由涂层材料组合物的雾化形成的喷雾的液滴。以每秒100000张图像的图像速率和512×256像素的分辨率的高速相机(HSC)FastcamSA-Z(来自日本东京Photron)被用作相机(5)。根据上面所述的确定方法来确定平均细丝长度。来自DantecDynamics(P60,Lexel氩激光器,FibreFlow)的商业单PDA和/或来自AOMSystems
Figure GDA0003553580780000412
的商业时移仪器用作光学测量单元(6)。根据上面所述的确定方法来确定均匀性和D10值。
2.2关于使用雾化喷涂的条纹发生率和均匀性的在水性底涂层材料WBL5和WBL9之间的比较
根据上述方法关于条纹和喷涂均匀性对水性底涂层材料WBL5和WBL9(这些材料各自包含相同量的相同铝颜料)进行调查。表2.1总结了结果。
表2.1：通过均匀性指数HI(根据专利DE 10 2009 050 075B4)和变量TT1/TTotal1、TT2/TTotal2及其比率对条纹的比较
Figure GDA0003553580780000421
与均匀性指数HI结合的数字15至110与在执行测量时选择的以°为单位的相应角度相关，其中要确定的相应数据被确定为距镜面角一定数量的°。例如，HI15表示该均匀性指数与在距镜面角15°的距离处捕获的数据有关。
WBL5和WBL9具有相同的着色(pigmentation)，但它们的基本组分不同。
表2.1中的数字示出了，借助于根据专利DE 10 2009 050 075 B4的均匀性指数确定的条纹发展趋势的差异与x＝5mm(内部)处的TT1/TTotal1和x＝25mm(外部)处的TT2/TTotal2的比率相关：
由TT1/TTotal1和TT2/TTotal2形成的比值越大，雾化喷雾中不透明(NT)颗粒(即含有(效果)颜料的颗粒)从内到外增加的程度越大。这意味着在施加期间，材料被更强烈地分离成具有不同(效果)颜料浓度的区域，并且因此更不均匀或更容易产生条纹。
与仅测量透明颗粒或仅测量不透明颗粒的现有技术方法相比，本发明用于表征雾化的方法包括区分透明颗粒和不透明颗粒，并将两条信息彼此组合。如上面给出的示例所示，该区分和组合对于理解着色涂料雾化中所涉及的过程是必要的。
2.3在针孔发生率方面在水性底涂层材料WBL1和WBL2之间的比较
根据上述方法对水性底涂层材料WBL1和WBL2的针孔发生率进行了调查。表2.2a和2.2b总结了结果。
表2.2a针孔发生率调查结果
Figure GDA0003553580780000431
与WBL1相比，WBL2被证明在针孔发生率方面更为关键。该行为与较大的D10值相关，该值是在WBL2与WBL1相比的情况下通过实验获得的，并且是较粗的雾化和增加的湿润度的度量。
表2.2b：针孔发生率调查结果
Figure GDA0003553580780000432
与WBL1相比，WBL2被证明在针孔发生率方面更为关键，特别是在23000rpm的相对较低旋转速度下。该行为与较大的细丝长度相关，该细丝长度是在WBL2与WBL1相比的情况下通过实验获得的，并且进而是较粗的雾化和增加的湿润度的度量。
2.4关于混浊度、针孔发生率和膜厚度相关的流平的评价在水性底涂层材料WBL3至WBL10之间的比较
根据上述方法关于混浊度、针孔和膜厚度相关的流平的评价对水性底涂层材料WBL3至WBL10进行了调查。表2.3a、2.3b、2.4a和2.4b总结了结果。
表2.3a：针孔和混浊度(采用来自Byk-Gardner的cloud-runner测量)的调查结果
Figure GDA0003553580780000441
在分别直接比较样品对WBL3和WBL7、WBL4和WBL8以及WBL6和WBL10时，每个样品对包含相同的颜料和相同量的颜料，发现了，在300ml/min的排放率和在43000rpm的速度下，材料WBL7、WBL8和WBL10各自具有小于对应的参考样品WBL3、WBL4和WBL6的D10，并且因此可以经历更精细的雾化。这反映在明显更优的针孔稳健性和更低的混浊度上。
表2.3b：针孔和混浊度(采用来自Byk-Gardner的cloud-runner测量)的调查结果
Figure GDA0003553580780000442
在分别直接比较样品对WBL3和WBL7、WBL4和WBL8、WBL5和WBL9、WBL6和WBL10时，每个样品对包含相同的颜料和相同量的颜料，发现了，在300ml/min的排放率和在43000rpm的速度下，底涂层材料WBL7至WBL10各自具有小于对应的参考样品WBL3至WBL6的细丝长度，并且因此可以经历更精细的雾化。这反映在明显更优的针孔稳健性和更低的混浊度上。
表2.4a：膜厚度相关的流平的调查结果
Figure GDA0003553580780000451
WBL3和WBL5各自具有0.35的颜料/粘合剂比，而WBL4和WBL6各自具有0.13的颜料/粘合剂比。实验结果示出D10值以及由此所得的雾化特性与外观/流平之间的相关性，这里作为膜厚度的函数：与具有0.35(WBL3和WBL5)和0.13(WBL4和WBL6)的相同颜料/粘合剂比的样品比较，发现了，较大的D10值(换句话说，较粗且因此较湿的雾化)导致较差的流平，如获得的短波和DOI数字所示。
表2.4b：膜厚度相关的流平的调查结果
Figure GDA0003553580780000452
WBL3和WBL5各自具有0.35的颜料/粘合剂比，而WBL4和WBL6各自具有0.13的颜料/粘合剂比。实验结果示出细丝长度或由此所得的雾化特性与外观/流平之间的相关性，这里作为膜厚度的函数：与具有0.35(WBL3和WBL5)和0.13(WBL4和WBL6)的相同颜料/粘合剂比的样品比较，发现了，较长的细丝长度(换句话说，较粗且因此较湿的雾化)导致较差的流平，如获得的短波和DOI数字所示。
6.4示例表明，借助于本发明的装置和方法，能够对与最终涂层的定性特性(针孔数量、混浊度或流平度和外观)相关(并且特别地，比现有技术中的其它方法更好地相关)的涂料雾化进行预测。因此，本发明的方法能够实现简单且高效的质量保证方法。它可能有助于专注于涂料开发，并且从而至少部分地消除对模型基材上昂贵且不方便的涂层操作(包括材料的烘烤)的需要。

Claims (15)

1.一种用于执行并光学监视涂层材料组合物的旋转雾化的装置(1)，其中，所述装置(1)包括：
至少一个旋转雾化器(2)，其包括作为施加元件的能够旋转的可安装钟形杯(3)，
至少一个供应单元(4)，其用于将涂层材料组合物供应到所述旋转雾化器(2)，
至少一个相机(5)，其用于光学捕获在所述钟形杯(3)的边缘处由所述涂层材料组合物的雾化形成的细丝，以及
至少一个光学测量单元(6)，其用于通过对整个喷雾进行横向光学测量来光学捕获由所述涂层材料组合物的雾化形成的喷雾的液滴。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述雾化器(2)处于倾斜位置，并且所述至少一个相机(5)和所述至少一个光学测量单元(6)相对于所述倾斜的雾化器(2)以0°至90°的倾斜角彼此独立地定位在所述装置(1)内。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述至少一个相机(5)和所述至少一个光学测量单元(6)二者在所述装置(1)内是可移动的和/或是可调节的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个旋转雾化器(2)和所述至少一个供应单元(4)各自在所述装置(1)内具有固定位置，或者特征在于，至少所述旋转雾化器(2)具有可调节位置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个相机(5)能够在雾化期间每秒记录所述钟形杯(3)及其边缘的至少30000至250000张图像。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个光学测量单元(6)包含至少一个激光器(7)并且可选地还包含至少一个检测器(9)，并允许执行对在雾化后形成的所述喷雾内包含的所述液滴的散射光调查。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个光学测量单元(6)是用于执行相位多普勒风速测量(PDA)和/或用于执行时移技术(TS)的部件。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述旋转雾化器(2)的所述钟形杯(3)是直锯齿状、交叉锯齿状或非锯齿状。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置(1)是测量室，并且进一步包含用于收集所喷涂的涂层材料组合物的屏蔽单元(8)。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置(1)的所述至少一个旋转雾化器(2)、所述至少一个供应单元(4)、所述至少一个相机(5)和所述至少一个光学测量单元(6)被定位在移动支架上，以使得所述装置(1)的至少部分是可移动的。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置(1)被定位在喷涂间或喷涂站内，或者被定位在喷涂间或喷涂站的前方。
12.一种根据权利要求1至11中任一项所述的用于执行并光学监视涂层材料组合物的旋转雾化的装置的用途。
13.一种用于确定在涂层材料组合物的旋转雾化时形成的细丝的平均长度和/或用于确定喷雾内所述液滴大小分布的至少一个特征变量和/或所述喷雾的均匀性的方法，所述喷雾在涂层材料组合物的旋转雾化期间在旋转雾化器的所述钟形杯的所述边缘上形成，其特征在于，所述方法是利用权利要求1至11中任一项所述的装置执行的。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，它是一种用于同时确定在涂层材料组合物的旋转雾化期间在旋转雾化器的所述钟形杯的所述边缘上形成的细丝的所述平均长度和所述喷雾内所述液滴大小分布的至少一个特征变量和/或所述喷雾的所述均匀性的方法，或者特征在于，它是一种用于一个接一个地确定在涂层材料组合物的旋转雾化期间在旋转雾化器的所述钟形杯的所述边缘上形成的细丝的所述平均长度和所述喷雾内的所述液滴大小分布的至少一个特征变量和/或所述喷雾的所述均匀性的方法，其中，不需要特定的顺序。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤(Ia)、(IIa)和(IIIa)和/或(Ib)、(IIb)和(IIIb)：
(Ia)借助于所述装置(1)的所述旋转雾化器(2)来雾化所述涂层材料组合物，
(IIa)借助于所述至少一个相机(5)来光学捕获在所述钟形杯(3)的所述边缘处根据步骤(Ia)在雾化时形成的所述细丝，以及
(IIIa)对由根据步骤(IIa)的所述光学捕获获得的所述光学数据进行数字评估，以给出位于所述钟形杯(3)的所述边缘处的在雾化时形成的那些细丝的所述平均长度，
和/或
(Ib)借助于所述装置(1)的所述旋转雾化器(2)来雾化所述涂层材料组合物，所述雾化产生喷雾，
(IIb)借助于所述至少一个光学测量单元(6)对整个喷雾进行横向光学测量，来光学捕获由根据步骤(Ib)的雾化形成的所述喷雾的所述液滴，以及
(IIIb)基于由根据步骤(IIb)的所述光学捕获获得的光学数据，来确定所述喷雾内所述液滴大小分布的至少一个特征变量和/或所述喷雾的所述均匀性。
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