自清洁基材及其制造方法 相关申请的交叉引用
本 发 明 要 求 2009 年 8 月 3 日 提 交 的 题 为 “SELF-CLEANING SUBSTRATES AND METHODS FOR MAKING THE SAME” 的美国临时专利申请 No.61/230953 的优先权， 通过引用以 其全文并入文本中。
背景技术
二氧化钛 (TiO2) 在合适的环境条件下可以促进光催化作用。然而， 将含有 TiO2 的 涂料施加于基材例如用于建筑产品而不有害地影响这样的基材的美学特征被证明是困难 的， 且成本效率低。发明内容
本公开涉及通过辊涂来生产着色的、 自清洁基材的方法。辊涂， 也被称为卷涂 (coil coating)， 是一种用于在基材上施加涂料的高速方法。 这些新着色的、 自清洁基材保 留了初始基材的目标颜色和 / 或光泽， 因此使其适合于建筑和其它应用。该着色的、 自清洁 基材也可以是无虹彩的。
“辊涂” ， 有时也称为卷涂等， 其意指一种使用与基材表面接触的辊， 在基材上快速 ( 例如至少每分钟 10 英尺， 例如在 50-800fpm 的范围内 ) 施加涂料的工业方法。辊涂包括 直接辊涂、 逆向 (reverse) 辊涂等。 辊涂通常包括 (i) 支撑辊， (ii) 施加或涂覆辊， 和 (iii) 接收 / 计量辊中的两个或更多个的使用， 其中通过计量辊和施加辊之间的间隙的准确设定 来测量到达施加辊上的涂料材料， 如下文进一步详述的那样。
在一个方面， 一种方法包括通过辊涂片材产品来生产具有预定颜色的着色片材产 品 ( 例如钢或铝 )。该辊涂步骤通常包括将着色涂料施加于片材产品。着色涂料为一种适 于生产具有预定颜色和 / 或预定光泽的着色层的涂料 ( 通常为液体或胶体形式 )。在一个 实施方案中， 着色涂料为可商购产品， 例如胶乳基涂剂 (paint)、 油基涂剂、 硅基涂料、 以及 聚合物涂料等。
预定颜色意指预先选择的颜色， 例如最终使用产品的目标颜色。在一些实施方案 中， 该预定颜色与基材的自然颜色不同。 在一些实施方案中， 该预定颜色通过施加着色涂料 例如具有预定颜色的涂剂来获得。
在一些实施方案中， 着色的片材产品具有预定光泽。预定光泽意指预先选择的光 泽， 例如最终使用产品的目标光泽。在一些实施方案中， 该预定光泽与基材的自然光泽不 同。在一些实施方案中， 该预定光泽通过施加着色涂料， 例如具有预定光泽的涂剂来获得。
在一个实施方案中， 该片材产品为铝合金片材产品。铝合金片材意指由铝合金生 产的铝片材或箔材产品。铝片材产品通常具有在 0.006 英寸到 0.249 英寸 ( 或者有时高达 0.5 或 0.75 英寸 ) 范围内的尺寸。铝箔材产品通常具有小于 0.006 英寸的尺寸。
生产着色片材产品的步骤可以包括将着色涂料转化为着色层， 其中着色层位于片 材产品的外表面上。在一些实施方案中， 该着色层覆盖该片材产品第一侧的基本上全部。“将着色涂料转化为着色层” 等意指将通常为液体形式的着色涂料转化为通常为 固体形式的着色层。该转化可以通过例如改变温度 ( 如由于辐射， 对流， 传导 ) 和 / 或时间 中的一种或多种来实现， 所述改变可以导致溶剂蒸发和 / 或化学反应等。该转化可以伴随 将涂料施加于基材来完成。
“着色层” 意指由着色涂料制得的层， 且其可以具有预定颜色和 / 或光泽。举例来 说， 铝合金片材材料可以具有着色层， 该着色层具有预定颜色和 / 或光泽， 其在建设以及其 它建筑应用等方面可能有用。 在一个实施方案中， 着色层包括有机成分， 如果其暴露于光催 化过程则可以降解。在一个实施方案中， 着色层主要包括碳基或聚合物基材料。在一个实 施方案中， 着色层为液体不可渗透 ( 如水不可渗透 ) 的， 并可防护下方基底 ( 例如铝合金片 材 ) 与可渗入和 / 或接触基底表面的液体或其它材料交换。在一个实施方案中， 着色层的 厚度为至少约 7 微米。在其它实施方案中， 着色层的厚度为至少约 10 微米， 或至少约 20 微 米。在一个实施方案中， 着色层的厚度不大于 150 微米。在其它实施方案中， 着色层的厚度 不大于约 100 微米， 或不大于约 75 微米， 或不大于约 50 微米， 或不大于约 45 微米， 或不大 于约 40 微米。在一个实施方案中， 着色层具有在 20 到 37 微米范围内的厚度。
伴随着该第一着色片材产品的生产， 或在其之后， 可以通过如下方式生产中间片 材产品 ： 在第一着色片材产品的至少一部分着色层上辊涂屏障涂料， 以在至少一部分着色 层上产生屏障层。辊涂方法可以包括将屏障涂料施加于着色层表面， 并将屏障涂料转化为 屏障层。在转化步骤之后， 该屏障层位于至少一部分着色层上。在一个实施方案中， 该屏障 层基本上覆盖着色层。
屏障涂料为适于产生屏障层的涂料 ( 通常为液体或胶体形式 )。在一个实施方 案中， 屏障涂料为含氧化硅的涂料， 例如由 PPG Industries， Pittsburgh， PA 生产的 EASY CLEAN。
“屏障层” 等意指设置为充当对于着色层的屏障的层。在一个实施方案中， 屏障层 可以充当着色层和自清洁层之间的屏障， 由此抑制着色层的有机成分的降解。在一个实施 方案中， 该屏障层具有与自清洁层一致的亲水性， 因而有利于将自清洁层结合至基材。 在一 个实施方案中， 具有屏障层和 / 或自清洁层的基材能够通过由 ASTM D3359-02 于 2002 年 8 月 10 日限定的 Scotch 610 胶带撕拉测试。在一个实施方案中， 屏障层具有至少约 1000 埃 (0.1 微米 ) 的厚度。在其它实施方案中， 屏障层具有至少约 0.15 微米， 或至少约 0.2 微米 的厚度。在一个实施方案中， 屏障层具有不大于约 1 微米的厚度。在其它实施方案中， 屏障 层具有不大于约 0.75 微米， 或不大于约 0.50 微米， 或不大于约 0.4 微米的厚度。在一个实 施方案中， 屏障层具有在 0.2 到 0.3 微米范围内的厚度。
“将屏障涂料转化为屏障层” 等意指将通常为液体形式的屏障涂料改变成通常为 固体形式的屏障层。例如， 可以通过改变温度 ( 如由于辐射， 对流， 传导 ) 和 / 或时间中的 一种或多种来完成该转化， 所述改变可以导致溶剂蒸发和 / 或化学反应等。伴随将涂料于 基材， 可以完成该转化。
在该转化步骤之后， 中间片材产品保留着色片材产品的预定颜色和 / 或保留预定 光泽。这可能是由于氧化硅基屏障涂料的使用和 / 或由于在向片材施加屏障涂料期间对这 种屏障涂料的搅拌。屏障层通常为透明的。
“保留预定颜色” 意指 ： (i) 只具有着色层的基材的颜色与 (ii) 具有着色层和至少一个附加层 ( 例如屏障层、 光催化层 ) 的基材的颜色之间的色差不大于约 10ΔE。 在一些实 施方案中， 该色差不大于约 9ΔE， 或不大于约 8ΔE， 或不大于约 7ΔE， 或不大于约 6ΔE， 或 不大于约 5ΔE， 或不大于约 4ΔE， 或不大于约 3ΔE， 或不大于约 2ΔE， 或不大于约 1ΔE。
“保留预定光泽” 意指 ： (i) 只具有着色层的基材的光泽与 (ii) 具有着色层和至少 一个附加层 ( 例如屏障层、 光催化层 ) 的基材的光泽之间的光泽差异不大于约 20 单位 ( 例 如％光泽单位 )， 根据 ASTM D 523 测定。 在一些实施方案中， 光泽差异不大于约 15 单位， 或 不大于约 13 单位， 或不大于约 10 单位， 或不大于约 9 单位， 或不大于约 8 单位， 或者不大于 约 7 单位， 或不大于约 6 单位， 或不大于约 5 单位， 或不大于约 4 单位， 或不大于约 3 单位， 或不大于约 2 单位， 或不大于约 1 单位。 一种用于测量光泽的仪器为 BYK-GARDNER AG-4430 mirco-TRI-gloss 光泽仪。
伴随着该中间着色片材产品的生产， 或者在其之后， 可以通过如下方式生产自清 洁片材产品 ： 在中间着色片材产品的至少一部分屏障层上通过辊涂自清洁涂料从而在至少 一部分屏障层上产生自清洁层。辊涂方法可以包括向屏障层表面施加自清洁涂料， 以及将 自清洁涂料转化为自清洁层。在转化步骤之后， 该自清洁层位于至少一部分屏障层上。在 一个实施方案中， 自清洁层基本上覆盖屏障层。 “自清洁涂料”意指适合于生产自清洁层的涂料 ( 通常为液体或胶体形式 )。 在一个实施方案中， 自清洁涂料为含有二氧化钛的涂料 ( 例如以溶胶的形式 )， 例如 TOTO(Tokyo， Japan) 的 HYDROTECT 产品和 / 或 KON Corporation(Takeo-city， Japan) 的 SAGAN 产品。在一些实施方案中， 该自清洁涂料无表面活性剂。
“将自清洁涂料转化为自清洁层” 等意指将通常为液体形式的自清洁涂料转化为 通常为固体形式的自清洁层。该转化可以通过例如温度 ( 如由于辐射、 对流、 传导 ) 和 / 或 时间的改变中的一种或多种来完成， 所述改变可以导致溶剂蒸发和 / 或化学反应等。伴随 将涂料施加于基材， 可完成该转化。
“自清洁层” 等意指表面具有高表面张力的表面和 / 或使用光催化作用来促进基材 的清洁的层。在一个实施方案中， 该自清洁层为二氧化钛层。二氧化钛层为含有颗粒尺寸 在 10-50nm 范围内 ( 通常 ) 的二氧化钛颗粒的涂料。在一个实施方案中， 自清洁涂料可以 通过利用阳光、 荧光、 黑光或任何其它波长超过约 300nm 的光源以光催化地分解可见有害 物 (detractant) 来活性地分解与其表面接触的物质， 例如灰尘、 污垢、 油污、 尘土和 / 或霉 菌等 ( 可见有害物 )。接着， 可通过水 ( 例如雨水 ) 从表面去除可见有害物。换句话说， 可 见有害物可以分解为简单的有机或无机化合物， 其重新进入大气中和 / 或在环境条件 ( 例 如热、 风和 / 或雨 ) 作用下洗去， 从而使层自清洁。自清洁层的使用可以提供保持视觉上吸 引人的表面的较简单方法， 以及清洁基材的较简单方法， 而无需可对环境有害的清洁剂， 且 无需可浪费水的专门喷雾。
在一个实施方案中， 自清洁层具有至少约 1000 埃 (0.1 微米 ) 的厚度。在其它实 施方案中， 自清洁层具有至少约 0.15 微米， 或至少约 0.2 微米的厚度。在一个实施方案中， 自清洁层具有不大于约 1 微米的厚度。在其它实施方案中， 自清洁层具有不大于约 0.75 微 米， 或不大于约 0.50 微米， 或不大于约 0.4 微米的厚度。在一个实施方案中， 自清洁层具有 在 0.2 到 0.3 微米范围内的厚度。
在该转化步骤之后， 该自清洁层片材产品保留着色片材产品的预定颜色和 / 或保
留着色片材产品的预定光泽。 这可能是由于含有极少或不含表面活性剂的自清洁涂料的使 用和 / 或具有低发泡能力的表面活性剂的使用。该自清洁层通常为透明的。
在一个实施方案中， 该自清洁层片材产品实现了高润湿性级别。高润湿性级别是 指在片材产品的宽度上， 该产品的自清洁层是基本均匀的。 在一个实施方案中， 包含自清洁 层 30 的基材 1 实现了至少为 H 的均匀性级别， 根据下述的润湿性测试测定。在其它实施方 案中， 包含自清洁层 30 的基材 1 实现了至少为 G 的均匀性级别， 或至少为 F 的均匀性级别， 或至少为 E 的均匀性级别， 或至少为 D 的均匀性级别， 或至少为 C 的均匀性级别， 或至少为 B 的均匀性级别， 或至少为 A 的均匀性级别。
着色涂料、 屏障涂料和自清洁涂料的这些辊涂步骤可以通过使用一系列辊涂设 备， 并且在很短的时间内从一个到另一个的连续地完成。该实施方案对于在将原片材产品 在同一位置变成着色、 自清洁片材产品是有用的。 在其它实施方案中， 着色片材产品在一个 位置生产， 并接着装运到另一位置用以屏障涂料和 / 或自清洁涂料的施加。
可以结合上述的各种方面、 方法和实施方案来生产各种着色、 自清洁基材。 附图说明
图 1 为部分自清洁基材的实施方案的示意性侧视图。 图 2 为部分自清洁基材的实施方案的示意性侧视图。 图 3 为部分自清洁基材的实施方案的示意性侧视图。 图 4 为用于生产自清洁基材的辊涂系统的实施方案的示意图。 图 5 为用于生产自清洁基材的辊涂系统的实施方案的示意图。 图 6 为图解生产自清洁涂料的各种连续方法的流程图。 图 7 为图解生产自清洁基材的各种分批方法的流程图。 图 8a 为图解具有不均匀涂料 ( 其为虹彩的 ) 的自清洁基材的照片。 图 8b 为图解具有不均匀涂料 ( 其为虹彩的 ) 的自清洁基材的照片。 图 9a 为图解由着色基材到具有屏障层和 / 或自清洁层的基材的光泽变化的图。 图 9b 为图解由着色基材到具有屏障层和 / 或自清洁层的基材的颜色变化图。 图 10a 为图解具有均匀， 基本无虹彩的自清洁层的自清洁基材的照片。 图 10b 为图解具有均匀， 基本无虹彩的自清洁层的自清洁基材的照片。 图 11a 为图解对于实施例 3， 样品 LRB 767 的测试条件的图表。 图 11b 为图解对于实施例 3， 样品 LRB 768 的测试条件的图表。 图 11c 为图解对于实施例 3， 样品 LRB 769 的测试条件的图表。 图 11d 为图解对于实施例 3， 样品 LRB 770 的测试条件的图表。 图 12 为图解对于实施例 4， 样品 LRB 776 的测试条件的图表。 图 13 为图解不同实施例基材表面张力的图表。具体实施方案
广义地， 本公开涉及实现了以下项中的一项或多项的组合的基材 ： (i) 自清洁性 能， (ii) 满足消费者接受标准的视觉外观， 以及 (iii) 成本有效的生产方法。在一个实施 方案中， 该基材实现这些标准中的至少两项。 在一个实施方案中， 基材实现这些标准中的至少三项。 在一个方面， 并参照图 1， 基材 1 包括基底 10、 有机层 20、 以及自清洁涂料层 30。 基 底 10 可以为铝合金基底， 如后文更详细的说明。有机层 20 可为涂染层 (painted layer)， 如后文更详细的说明。有机层 20 可具有定制的颜色和光泽， 特别是视觉特性。该自清洁涂 料层 30 通常为透明层， 其有利于自清洁同时获得满足消费者接受标准的外观。例如， 该自 清洁涂料层 30 可以有利于自清洁涂料层下方的材料 ( 例如有机层 20) 的光泽和颜色的保 持， 同时也为无虹彩的。
视觉外观
在一个实施方案中， 自清洁涂料层 30 保持了该自清洁涂料层 30 下方的材料的光 泽， 例如有机层 20 的光泽。例如， 在施加自清洁涂料层 30 后， 基材的光泽可以保持相对不 变。在一个实施方案中， 相对于自清洁涂料层 30 下方的材料的光泽， 具有自清洁涂料层 30 的基材光泽可改变不大于约 20 单位 (％光泽单位 )。在其它实施方案中， 相对于自清洁涂 料层 30 下方的材料的光泽， 具有自清洁涂料层 30 的基材光泽改变不超过约 15 单位， 或不 超过约 13 单位， 或不超过约 10 单位， 或不超过约 9 单位， 或不超过约 8 单位， 或不超过约 7 单位， 或不超过约 6 单位， 或不超过约 5 单位， 或不超过约 4 单位， 或不超过约 3 单位， 或不 超过约 2 单位， 或不超过约 1 单位。
可根据 ASTM D523 测量光泽。一种用于测量光泽的仪器为 BYK-GARDNER AG-4430 micro-TRI-gloss 光泽仪， 其能够以 20°、 60°和 85°测量光泽。在一个实施方案中， 光泽 仪在 20°、 60°和 85°中的一者测量光泽， 且包含该自清洁涂料层 30 的基材在这一角度保 持下方材料的光泽。在一个实施方案中， 光泽仪在 20°、 60°和 85°中的两者测量光泽， 且 包含该自清洁涂料层 30 的基材在这两个角度保持下方材料的光泽。在一个实施方案中， 光 泽仪在 20°、 60°和 85°中的所有三者测量光泽， 且包含该自清洁涂料层 30 的基材在所有 这三个角度保持下方材料的光泽。
在一个实施方案中， 自清洁涂料层 30 保持了该自清洁涂料层 30 下方的材料的颜 色。例如， 在施加该自清洁涂料层 30 后， 基材的颜色可以保持相对不变。在一个实施方案 中， 相对于自清洁涂料层 30 下方的材料的颜色， 具有自清洁涂料层的基材颜色可改变不大 于约 10ΔE。在其它实施方案中， 基材颜色可改变不大于约 9ΔE， 或不大于约 8ΔE， 或不大 于约 7ΔE， 或不大于约 6ΔE， 或不大于约 5ΔE， 或不大于约 4ΔE， 或不大于约 3ΔE， 或不大 于约 2ΔE， 或不大于约 1ΔE。
如本领域技术人员所知， ΔE 为表示两种颜色之间差距 (distance) 的数字。可 以采用 LCH、 LAB 和其它颜色参数， 并通过一致的照明光源 ( 例如限定波长和输出功率的白 光 )， 以该光和该基材之间的一致、 特定距离， 且通过各种 ΔE 方程中的一种来测量 ΔE。在 一个实施方案中， 该 ΔE 方程基于 dE76。 在一个实施方案中， 该 ΔE 方程基于 dE94。 在一个 实施方案中， 该 ΔE 方程基于 dE-CMC。在一个实施方案中， 该 ΔE 方程基于 dE-CMC 2 ∶ 1。 在一个实施方案中， 该 ΔE 方程基于 dE2000。这些 ΔE 方程所涉及的参数为本领域技术人 员所公知， 且例如描述在 ：
(1)A.R.Robertson 的 “Historical development of CIE recommended color difference equations” ， Laboratory for Basic Standards National Research Council of Canada Ottawa， Ontario， Canada K1A OR6， Paper 公开于 ISCC Conference on Color
Discrimination Psychophysics， Williamsburg， VA， 1989， 并 发 表 于 Color Research & Application， Vol.15， Issue 3， Pages 167-170， 由 Wiley Periodicals， Inc.， A Wiley Company 于 2007 年在线公开 ； 和
(2)Colour & Imagine Institute， University of Derby， UK， 的 M.R.Luo 等的 “The development of the CIE 2000 colour-difference formula ： CIEDE2000” ， 在 color Research and Application， Vol.26， Issue 5， pp.340-350， 由 Wiley Periodicals， Inc.， A Wiley Company 于 2001 年在线公开。
这些出版物中的每一个通过引用以其全文并入文本中。
可以使用位于距离基材特定距离处的一致照明光源， 和分光光度计 ( 例如， 来自 Hunterlab， a.k.a.， Hunter Associates Laboratory， Inc.， 11491Sunset Hills Road， Reston， VA 20190-5280) 来测量 ΔE。为了确定在两个不同观察角度的色差， 可以由分光光 度仪在第一角度和第二角度测定该颜色值， 并确定 ΔE。第二角度通常与第二角度差别至 少 15 度， 但是通常与第一角度差别不超过 165 度。在一个实施方案中， 根据 ASTM 2244 测 量 ΔE。在一个实施方案中， 使用 Gretag Macbeth Coloreye 2246 或等同装置测量 ΔE。
该自清洁涂料层 30 可以无虹彩。在一个实施方案中， 包含自清洁涂料层 30 的基 材 1 无虹彩， 由视觉观测来确定。在一个实施方案中， 由视力为 20/20 的人眼在合适的距离 检测基材中的虹彩来完成视觉观测。
均匀性、 厚度和耐久性
为了有利于这些视觉外观性能中的一项或多项， 该自清洁涂料层 30 可以相对均 匀。在一个实施方案中， 包含自清洁涂料层 30 的基材 1 实现了至少为 H 的均匀性级别， 根 据下述的润湿性测试测量。在其它实施方案中， 包含自清洁涂料层 30 的基材 1 实现了至少 为 G 的均匀性级别， 或至少为 F 的均匀性级别， 或至少为 E 的均匀性级别， 或至少为 D 的均 匀性级别， 或至少为 C 的均匀性级别， 或至少为 B 的均匀性级别， 或至少为 A 的均匀性级别， 根据下述的润湿性测试测量。
为了促进这些视觉外观性能中的一项或多项， 该自清洁涂料层 30 可以相对薄。在 一个实施方案中， 自清洁涂料层 30 具有不大于约 1 微米的厚度。 在其它实施方案中， 自清洁 涂料层 30 具有不大于约 0.9， 或不大于约 0.8 微米， 或不大于约 0.7 微米， 或不大于约 0.6 微米， 或不大于约 0.5 微米， 或不大于约 0.4 微米， 或不大于约 0.3 微米， 或不大于约 0.2 微 米的厚度。该自清洁涂料层 30 的厚度应当足够大从而有利于自清洁性能。在一个实施方 案中， 该自清洁涂料层的厚度为至少约 0.05 微米。
该自清洁涂料层 30 可以为耐久的。在一个实施方案中， 包含自清洁涂料层 30 的 基材 1 是耐磨蚀 / 刮擦的 ( 例如在常规的致密化后测量 )。在一个实施方案中， 包含自清洁 涂料层 30 的基材能够一致地通过由 ASTM D3363-05 规定的铅笔硬度测试。在这些铅笔硬 度测试中， 该基材 1 可以一致通过 / 实现 5H 或 6H 级别， 或更高。在一个实施方案中， 该自 清洁层是粘附性的。粘附性意指表面能够通过 ASTM D3359-02(2002 年 8 月 10 日 ) 限定的 Scotch 610 胶带撕拉测试。
自清洁性能
钝性自清洁
该自清洁涂料层 30 有利于自清洁性能。在一个实施方案中， 该自清洁涂料层 30是钝性自清洁层。钝性自清洁层是并不利用光催化作用来促进基材的清洁的自清洁层。钝 性自清洁层通常具有适中的亲水性， 且实现不大于约 40°的水接触角。 在一个实施方案中， 钝性自清洁涂料层实现了不大于约 37°的水接触角。在其它实施方案中， 钝性自清洁涂料 层实现了不大于约 35°的水接触角， 或不大于约 30°的水接触角， 或不大于约 25°的水接 触角， 或不大于约 20°的水接触角， 或不大于约 15°的水接触角。本领域技术人员能够将 这些接触角测量值转化为表面张力值。例如， 低于约 15 度的接触角等同于≥约 70 达因 / cm 的表面张力。对约 20 度的接触角， 表面张力为约 68 达因 /cm。对约 38 度的接触角， 表 面张力为约 59 达因 /cm。
该钝性自清洁涂料层可以通过降低表面张力来促进自清洁性能， 如通过上述低润 湿接触角所表明。结果， 许多污染物 ( 例如有机污染物 ) 不容易粘附在钝性自清洁涂料层 的表面上。此外， 当施加水 ( 例如通过雨或洗涤 ) 时， 污染物易于通过水来去除。
钝性自清洁涂料层通常包括有利于上述视觉外观、 均匀性、 厚度和 / 或耐久性能， 同时促进基材的表面张力降低的材料。一种钝性自清洁涂料层包括氧化硅 (SiO2)， 例如在 通过包括氧化硅的水溶液来施加时。在一个实施方案中， 通过辊涂或喷涂方法来施加氧化 硅， 如在下文更详细说明的那样。在一个实施方案中， 通过 PPG Industries， Pittsburgh， PA 的 EASY CLEAN 的施加来获得钝性氧化硅涂料。 活性自清洁
在一个实施方案中， 该自清洁涂料层 30 是活性自清洁层。活性自清洁层是利用光 催化作用来促进基材的清洁的自清洁层。活性自清洁层通常具有很大的亲水性， 且实现不 大于约 25°的水接触角。在一个实施方案中， 活性自清洁涂料层实现了不大于约 22°的水 接触角。 在其它实施方案中， 活性自清洁涂料层实现了不大于约 20°的水接触角， 或不大于 约 18°的水接触角， 或不大于约 15°的水接触角， 或不大于约 12°的水接触角， 或不大于 约 10°的水接触角， 或不大于约 8°的水接触角， 或不大于约 7°的水接触角。
与钝性自清洁涂料层相似， 通过表面张力的降低， 该活性自清洁涂料层可以促进 自清洁性能， 如上述低的润湿接触角所表明。结果， 许多污染物 ( 例如有机污染物 ) 不会很 容易地粘附于钝性自清洁涂料层的表面。此外， 当施加水 ( 例如通过雨或洗涤 ) 时， 污染物 易于通过水去除。
另外， 活性自清洁涂料层可以通过光催化作用促进清洁。 在该实施方案中， 自清洁 基材可以通过利用阳光、 荧光、 黑光或其它任何波长超过约 300nm 的光源以光催化分解可 见有害物来活性地分解与基材表面接触的物质， 例如灰尘， 污垢， 油污， 尘土和 / 或霉菌等 ( 可见有害物 )。接着， 可通过水 ( 例如雨水 ) 从表面去除可见有害物。换句话说， 可见有 害物可以分解为简单的有机或无机化合物， 其重新进入大气中和 / 或在环境条件 ( 例如热， 风和 / 或雨 ) 作用下洗去， 从而使基材自清洁。自清洁基材的使用提供了保持视觉上吸引 力人的表面的较简单方法， 以及清洁基材的较简单方法， 而无需可对环境有害的清洁剂， 且 无需可浪费水的专门喷雾。
光催化作用意指使用光以激发表面上的催化剂从而释放能量。 催化剂没有因该反 应而消耗。从催化剂释放的能量用于启动反应或反应序列。半导体可以具有光催化性能。
半导体为任何不同的固态结晶物质， 例如锗、 钛、 铟或硅、 或这些结晶物质的氧化 物， 其具有大于绝缘体的电导率。半导体通过带隙能量与绝缘体相区分。带隙能量为电子
从价带移动到导带所必须具有的能量。具有 4.0 电子伏特 (ev) 任意带能将半导体与绝缘 体相分离。半导体具有小于或等于 4.0 电子伏特的带隙。锐钛矿结晶形式的二氧化钛具有 3.2ev 的带隙。
在一个实施方案中， 该活性自清洁涂料层为二氧化钛层。二氧化钛层为含有颗粒 尺寸在 10-50nm 范围内 ( 通常 ) 的二氧化钛颗粒的涂料。该涂料也可以含有粘土、 矿物、 碱 金属和 / 或其它 ( 一种或多种 ) 半导体。
该光催化活性自清洁涂料层可以包括多种光催化活性半导体细颗粒。 颗粒可以均 匀地分散在该层 ( 本文有时称为膜 ) 或也可以非均匀地分散在该膜中。颗粒位于膜中， 使 得至少一部分细颗粒通过膜的表面部分地暴露于环境中， 从而促进自清洁功能。在一个实 施方案中， 使用二氧化钛作为光催化活性半导体。可以使用适宜类型的光催化活性 TiO2 半 导体， 其包括但不限于锐钛矿、 金缸石和板钛矿结晶形式的二氧化钛或它们的组合。在一 个实施方案中， 该光催化活性膜为锐钛矿二氧化钛层， 其中该二氧化钛颗粒的尺寸在约 10 到约 50nm 范围内。在一个实施方案中， 由 TOTO THPC090402WC-A 生产该光催化活性膜， 该 TOTOTHPC090402WC-A 为含有约 0.5-10 重量％氧化硅， 85-95 重量％水， 以及 0.2-5 重量％ 二氧化钛的水基液体。在该实施方案中， TiO2 为活性材料， 氧化硅为成膜剂。在一个实施 方案中， 与水基液体一起使用表面活性剂， 例如有机液体 ( 例如聚 ( 氧 -1， 2- 乙烷二基 )， α- 甲基 -ω-[3-[1， 3， 3， 3- 四甲基 -1-[( 三甲硅基 ) 氧 ]-1- 甲硅烷氧代甲硅烷基 ] 丙氧 基 ]。 据认为， 光催化活性半导体工作的机理如下 ： 一旦该光催化活性半导体例如 TiO2 受到波长超过约 300nm 的紫外线照射时， 电子从价带激发到导带。当电子返回其较低的能 态时， 则能量被发射并与水蒸气或氧分子相互作用分别形成羟自由基和超氧阴离子。羟自 由基和超氧阴离子都是强氧化性物质， 其能够与有机污染物反应并将其分解为较简单的低 分子量氧化产物。
屏障层
在一个实施方案中 ( 现在参照图 2)， 自清洁涂料层 40 可以与第二层 ( 例如非有 机 ) 或屏障层结合。例如， 由于例如活性自清洁涂料层的催化性能， 活性自清洁涂料层 40 可以与有机层 20 例如涂染层不利地相互作用。在这些情况下， 可以使用屏障层 30， 其可以 充当有机层 20 和活性自清洁涂料层 40 之间的屏障。在图解的实施方案中， 该屏障层 30 为 钝性自清洁涂料层 30( 例如含有氧化硅的涂料 )。 在该实施方案中， 这两个层 30、 40 的组合 仍可实现前述的视觉外观、 均匀性、 厚度和 / 或耐久性性能， 同时促进基材的表面张力的降 低和 / 或活性自清洁性能。在这些实施方案中， 屏障层 30 应当足够厚以促进自清洁涂料层 40 与屏障层的粘附， 但其应当足够薄以仍实现前述的视觉外观标准。例如， 该屏障层 30 可 以具有与前述图 1 的自清洁层的厚度和均匀性相似的厚度和均匀性。同样， 该自清洁涂料 层 40 应当足够厚， 以便 (i) 促进与屏障层 30 间的粘附， (ii) 基材 1 的耐久性， 和在一些情 况下， (iii) 足够的表面面积和传质性能以促进光催化， 但其应当足够薄以仍实现前述的视 觉外观标准。例如， 该自清洁涂料层 40 可以具有与前述图 1 的自清洁层的厚度和均匀性相 似的厚度和均匀性。
结合意指与另一个表面连接。例如， 光催化活性膜或层可以通过这两层材料间的 物理相互作用与屏障层至少部分地结合。在一个实施方案中， 第一种材料可以与第二种
材料结合， 同时该第一种材料也可以粘附于该第二种材料。粘附意指表面能够通过 ASTM D3359-02(2002 年 8 月 10 日 ) 限定的 Scotch 610 胶带撕拉测试。
CO2 的去除
在一个实施方案中， 将自清洁涂料层 4 进行配置以还从环境气体中去除 CO2。为去 除二氧化碳而配置涂料 ( 例如含有光催化活性物质的涂料 ) 的方法以及与其相关的系统和 组合物记载于 2007 年 7 月 25 日提交的题为 “SURFACE AND COATINGS FOR THE REMOVAL OF CARBON DIOXIDE” 的在共同持有的美国专利申请 No.11/828,305 中， 通过引用的方式以其全 文并入文本。
基底材料
该基底材料 10 可以为能够具有自清洁涂料的任何材料。在一个实施方案中， 该 基底材料为铝或铝合金， 例如任何铝业协会系列 (aluminiun associationseries)1xxx， 2xxx， 3xxx， 4xxx， 5xxx， 6xxx， 7xxx， 8xxx 或 9xxx 铝合金。如下所述， 由于对铝和 / 或与之 结合的有机材料的热处理施加的热限制， 具有有机层 20 的含铝基底材料 10 特别难以通过 高生产率系统 ( 例如通过辊涂 ) 来生产。该基底材料 10 可以为形变铝产品或铸造铝产品。 在一个实施方案中， 该形变铝产品为片材、 箔材或板材产品。在一个实施方案中， 轧制产品 具有至少约 0.1mm 的厚度。在一个实施方案中， 该形变铝产品为挤压件。在一个实施方案 中， 该形变铝产品为锻造件。 在一个实施方案中， 该基底材料为适用于任何下述商业用途中 的铝合金。在一个实施方案中， 该基底材料 10 为无光铝。在一个实施方案中， 该基底材料 为复合铝产品， 例如层叠铝产品， 包括共同持有的 US 专利 No.6455148 中所述的那些产品。 也可使用其它基底材料例如其它金属 ( 例如钢、 钛 )。 也可以使用非金属材料作为 基底 10。 例如可以利用塑料、 玻璃、 复合物、 纤维、 陶瓷、 水泥、 层叠体、 细粒、 网状物、 筛板、 气 凝胶、 纸张及其组合等作为基底 10。在一种方法中， 该基底 10 可以包含金属和非金属材料 的混合物。例如， 该基底 10 可以包括其间夹有聚合物片材的金属片材。与之相反， 该基底 10 可以包括其间夹有金属材料的非金属材料。存在各种其它组合来生产基底 10。
有机层
该基材 1 可以包含与基底 10 结合的有机层 20。有机层意指主要包括碳基或聚合 物基材料的层。在一个实施方案中， 该有机层 20 是液体 ( 例如水 ) 不可渗透的， 并可防护 下方基底 10 与可以渗入和 / 或接触基底 10 的表面的液体水或其它材料交换。在一个实施 方案中， 该有机层 20 包括由可商购产品， 例如乳胶基涂剂、 油基涂剂、 硅基涂料、 聚合物涂 料等所生产的材料。在一个实施方案中， 该有机层 20 包括预定颜料和 / 或光彩， 从而提供 具有所需颜色和 / 或光泽特征的本体 10。
基底与自清洁层
在一个实施方案中， 并如图 3 所示， 基材 1 包括与基底材料 10 直接接触的自清洁 涂料。例如， 包含铝合金的基底 10 可以直接与钝性自清洁层 30 或活性自清洁层 40 中的任 一个结合。
生产自清洁基材的方法和系统
为了以商业可行的生产速率来生产该自清洁基材， 可以应用辊涂或喷涂。图 4 图 解了通过辊涂来生产自清洁基材的方法和系统的一个实施方案。在该图解的实施方案中， 辊涂系统 500 通过支撑辊 510、 施加或涂覆辊 520 和接受 / 计量辊 530 来涂覆基材 1( 例如
金属带材 )。
以各种方法包括喷涂、 浸涂、 辊涂、 刮涂、 电沉积、 气相沉积、 狭缝涂覆和淋涂向基 材施加液体涂料。对金属基材 ( 例如铝 ) 来说， 通常通过直接接触浴液， 通过与接触浴液的 第二辊接触， 通过直接喷涂于辊上等， 将液体涂料传送到施加辊上。依据要涂覆的材料， 该 辊可以具有金属、 塑料或其它类型的表面。通常对辊涂机中的不同辊赋予与其功能相关的 常规名字。在如图 5 所示的四辊配置中， 施加辊 520 将涂料施加到网 1 上， 而支撑辊或压 印辊 510 提供对网的支撑。如果辊 510 是可变形的 ( 覆盖有橡胶 )， 则其为压印辊， 而不可 变形的辊 510 为支撑辊。接收 / 计量 / 喷射辊 530 从盘中提升涂料， 并与施加辊 520 一起 计量涂料。由于辊 530 具有两种功能， 所以其可具有超过一种名称。在该结构中依据辊的 数量， 通常使用额外的术语例如传输辊和传送辊来描述在特定行业中的辊功能。辊 520 和 辊 530 之间的窄间距称为计量隙， 而辊 530 和网 1 之间的窄间距被称为涂料隙。该支撑辊 510 在施加涂料的位置支撑网 1。如果在施加辊 520 和网 1 之间保持空间， 该支撑辊 510 通 常为刚性的， 并且没有金属与金属的接触。如果支撑辊 510 被迫与施加辊 520 近接触， 则两 辊之一常常覆盖有可变形的材料以阻止金属与金属的接触。在最接近接触的位置 ( 辊 520 和 530) 以相同方向移动的表面被称为正向移动， 而在相反方向 ( 辊 510 和网 1) 的表面称 为反向。为了最均匀的表面外观， 该施加辊 520 沿反向移动用以连续的网施加。在 Dennis J.Coyle 的 Liquid Film Coating， Ed.S.F.Kistler 等 .“Knife and Roll Coating” ， pp 539-542(1997) 中可以找到各种辊组合和流体动力学的描述。
在用于包装和建筑最终用途的涂覆金属基材的领域中， 以下述两种方式中的一种 2 2 涂覆金属基材 ： 以连续的网或以约 1m (10ft ) 片材的形式。连续的 “网” 被重绕成卷用于后 续的修整、 切开、 或生产。最经常使用铝和钢作为基材。采用可变形的施加辊 520 通过正向 或反向辊涂在金属网上施加许多涂料。
为了施加本公开的自清洁涂料， 施加辊 520 通常具有由聚氨酯、 EPDM 橡胶或类似 的柔性材料制成的约 5-50mm 厚的柔性覆盖层。该覆盖层的肖氏 A 硬度， 称为硬度计值， 为 约 45-85( 例如约 65)， 而表面粗糙度 Ra 为约 20-80 微英寸 (micro inch)。通过以下方式 确定 Ra ： 首先找到与整体表面方向平行的等分线， 划分表面使该线之上形成的面积之和等 于该线之下形成的面积之和， 将该等分线之上和之下区域的所有面积的绝对值相加并除以 抽样长度来计算表面粗糙度。 这允许该施加辊 520 将液体涂料传送到网 1， 并且整合任何网 表面的不规则处或辊不规则处， 从而确保以均匀的膜厚的完整覆盖。
在一个实施方案中， 将连续进给并移动的相当厚的金属基材片材 1 通过一个通 道， 可将其弯曲至辊子压力， 但认为是 “不可变形的” ， 与直接与施加辊 520 接触的薄金属 箔、 纸张、 以及类似线辊 528 相反。用于本发明的连续方法的基材厚度通常在约 0.1mm 到 0.8mm 之间， 例如在约 0.100mm 到 0.500mm 之间。根据涂料液体粘度以及所需的涂料厚度， 该施加速率可以在宽范围内变化， 但是通常为从约 5m/ 分钟到 500m/ 分钟， 例如从约 200m/ 分钟到 400m/ 分钟。
提供自清洁涂料前体液体 514 的来源， 并且通常将其保持在合适类型的容器 526 中， 尽管在一些情况下可以将该涂料液体喷涂到施加辊上。该前体液体 514 通常为水性的 并且含有细粒物质， 例如 TiO2 和 SiO2。细粒尺寸通常在 0.01 微米到约 0.2 至 0.3 微米范围 内。该前体液体通常具有约 1 厘泊的粘度 ( 此处一千厘泊 (cP) 等于一帕斯卡 - 秒 )。这些前体液体一经施加就可被风干， UV( 紫外线 ) 或 EB( 电子束 ) 固化， 加热固化等， 从而提供期 望的产得 “固化” 涂料。在一个实施方案中， 该前体液体可以包含合适的表面活性剂以促进 该基材 1 表面的润湿， 例如当包括有机层 20 时。优选的表面活性剂包括不发泡的表面活性 剂。 在一个实施方案中， 该前体液体产生钝性自清洁涂料， 例如由 PPG of Pittsburgh， PA 生 产的 EASY CLEAN。在一个实施方案中， 该前体液体产生活性自清洁涂料， 例如 TOTO， Japan 的 THPC090402WC-A(Waterborne Photocatalyst Clear Coating-A)， 或 Kon Corporation， Japan 的 TPX-220TS 或 TPX-85TS。
容器 526 可以包括搅拌器 ( 未图解 )， 例如搅拌棒， 以促进前体液体的均匀施加以 及获得合适的视觉外观。在一个实施方案中， 对前体液体进行连续或近连续搅拌从而促进 混合和无虹彩的涂料表面的混合和生产。 已经发现在不搅拌的情况下施加的涂料不可实现 无虹彩的外观。在一个实施方案中， 与使用贯穿涂料盘流 (cross coating pan flow) 的泵 系统相结合， 在涂料储存器内使用空气驱动的低速搅拌器。 换句话说， 涂料离开泵并进入该 涂料盘的左侧。该涂料离开盘， 并移回到在该涂料盘右侧的涂料储存器中。
如图 4 所示， 施加辊 520 可以使移动基材 1 的辊涂 ( 与基材相对的辊 ) 反向， 这是 因为湿膜厚度因膜分裂的弯液面 (meniscus) 位置而比正向辊涂的更加均匀。采用施加辊 520 的正向辊涂能向涂料提供液体动力从而保持表面分离。据认为施加辊 520 的光滑度可 以在高的线速度下促进稳定的涂料液滴 / 弯液面的保持。随施加辊变得更快， 将空气拖入 液滴中的趋势能够干扰液滴并导致涂料扰动， 或简单地将空气 “抽 (whip)” 入尚无气泡的液 2 2 体中。施加辊通常向基材 1 施加约 0.3kg/cm -3.0kg/cm (4psi-40psi) 的压力。
如图 4 的实施方案所示， 可使施加辊 520 置于 / 位于与计量辊 530 和支撑辊 510 相对， 其中例如基材的仅一侧是待涂覆的。该支撑辊 510 支撑该移动的基材 1。如上所述， 出于安全原因和辊缺乏圆度所致的涂覆重量变化， 有利地使施加辊 520 位于支撑辊 510 附 近， 但不允许与之实际接触。设置辊使得保持例如约 2-10 度的包角有助于稳定的涂覆过 程。包角为被网覆盖的辊周长部分， 以角度表示。图 4 显示反向辊涂配置， 且这是用于辊涂 基材 1 的多种可能的配置中的一种。为了最好的涂覆外观和均匀性， 该施加辊 520 以相反 方向移动， 从而使网获得更平滑的涂料。 依据施加之后的涂料流和品质标准， 正向辊涂也是 实用的。还可使用的附加顶部导辊 527， 如图 4 所示。
图 5 图解了一种涂覆配置， 其中金属网的两侧在片材张力下都被反向辊涂， 其中 在该实施方案中， 移动的基材两侧均涂覆有相同或不同的涂料液体 514 和 514， 使用了两个 独立的计量辊 530 和两个独立的施加辊 520， 其中每个施加辊 520 与双重支撑辊 510 间隔 开。如所示， 该计量辊 530 和施加辊 520 以相反方向移动， 与图 4 类似。在图 5 中， 该施加 辊 520 以与移动基材 1 相反的方向移动， 该基材 1 首先通过可选的回转辊 528。如所示， 该 初始 ( 首先涂覆 ) 的施加辊置于至少两个， 此处为双重惰辊 510 之间。
在每种情形中， 施加辊 520 和计量辊 530 之间的距离应当足够短以促进紧的测量 隙。紧的测量隙促进薄的均匀自清洁涂料层的生产。
该前体液体 14 优选地接触 / 施加到计量辊 530， 从而涂覆计量辊 530。这个计量 辊 530 是液体涂料首先施加于其的辊， 且可为有效地运送该液体涂料到施加辊 520 的任何 类型。该计量辊 530 可以为多孔或无孔的， 但是通常其表面具有足够高的表面粗糙度， 以确 保测量足够的前体液体到该施加辊 520。在这方面， 该计量辊 530 可以镀镍或镀铬钢， 其具有约 150 的表面粗糙度 (Ra)。如图 5 所示， 将液体 514 保持在合适的容器 526 中， 且该计量 辊与施加辊 520 以正向移动， 以促进前体液体 514 的平稳接收。
辊涂可以按至少约 10 英尺每分钟 (fpm) 的速度生产材料。在一个实施方案中， 辊涂以至少约 25fpm 的速度生产材料。在其它实施方案中， 辊涂以至少约 50fpm， 或至少约 75fpm， 或至少约 125fpm， 或至少约 fpm 的速度生产材料。在一个实施方案中， 辊涂可以按 不大于约 800fpm 的速度生产材料。在其它实施方案中， 辊涂以不大于约 700fpm， 或不大于 约 600fpm 的速度生产材料。在一些情形中， 接收辊和计量辊可以为相同的辊。在其它情形 中， 接收辊与计量辊分离。
当连续辊涂多种涂料例如有机涂料、 屏障层以及活性自清洁层时， 可以设置辊涂 系统对于每种涂料均具有一系列的辊、 炉和 / 或冷却器， 从而促进具有多种涂料的基材的 连续生产。
以下为测量 - 施加辊配置的一些实施方案， 在适当的情况下用于反向辊涂和正向 辊涂配置 ：
图 6 和图 7 图解了生产各种自清洁基材的方法。关于图 6， 通过辊涂 ( 铝合金片材 卷 ) 来生产第一片材产品。该第一片材产品可以包括有机层， 例如涂剂。然后， 在该第一片 材产品上辊涂屏障涂料 ( 卷涂 PPG 易清洁涂料 ； 卷涂其它无机屏障涂料， 其具有与氧化硅类 似的折射率 )。该方法可以到此结束， 其中生产了亲水的卷涂片材产品 ( 易清洁片材 )。或 者， 可接着在该中间产品上辊涂自清洁涂料 ( 卷涂光催化涂料 )。该方法可以到此结束， 其 中生产了活性自清洁超疏水的片材产品 ( 活性光催化片材 )。 或者， 可以将该片材产品与另 一个产品进行层叠来形成铝复合材料。这可以只使用屏障涂料 ( 亲水铝复合材料 ； 易清洁 ACM) 或使用屏障涂料和自清洁涂料 ( 活性自清洁、 超疏水铝复合材料 ； 活性光催化 ACM) 结 合。如图 7 所示， 可以使用分批喷涂方法来获得类似的产品。
商业应用
本文所披露的自清洁基材可用于各种商业应用中， 这是由于其低成本的生产方 法。 例如， 该基材能够用作建造产品， 包括建筑物外墙板， 包括铝复合材料 (ACM)、 泡沫板、 肋 板、 拱腹、 以及防水板等。后涂染产品和其它工厂制造的建筑材料 ( 例如屋顶、 乙烯基侧板、 琉璃瓦和砖 ) 可以是用于使用自清洁涂料进行涂覆的有用基材。其它基材包括用于金属标 牌、 飞机、 汽车 ( 如轿车、 卡车、 拖车 )、 高速公路声音屏障体和防护栏、 以及工业制造排气系 统等的材料。 用于内部程序 (interior program) 的材料也可以受益于自清洁层， 例如金属、
层叠体、 硬件、 塑料、 纸基天花板、 门、 家具、 用于商业建筑的管件以及其它无磨损表面。 该基 材也可以为食品容器例如铝罐， 其中在用食物或可消耗液体填充该罐之前， 就可使用紫外 光来清洁带病菌的壁， 从而延长保存期和提高产品安全性。自清洁基材也可以用于电子设 备、 太阳能设备、 风能设备、 环境传感器、 电池技术和聚合物电子 (polymer electronic)。
可结合上述的各种独特方面， 从而以商业上可行的生产速度来产生视觉上吸引人 的自清洁基材。 在以下说明中部分地给出了本公开的这些和其它方面、 优点及新特征， 且在 本领域技术人员通过考察说明书和附图后将清楚， 或可通过实施本公开而认识这些。
润湿性测试
I. 材料和仪器
1. 对于每种溶液， 挤压型聚乙烯瓶。
2. 溶液 ：
● A-100％蒸馏水
● B-90％蒸馏水， 10％变性乙醇
● C-80％蒸馏水， 20％变性乙醇
● D-70％蒸馏水， 30％变性乙醇
● E-60％蒸馏水， 40％变性乙醇 ● F-50％蒸馏水， 50％变性乙醇 ● G-40％蒸馏水， 60％变性乙醇 ● H-30％蒸馏水， 70％变性乙醇 II. 工序和评价 1. 将经涂覆的基材倾斜距水平约 45°。 2. 使用快速扫掠动作从聚乙烯施加器在网的整个宽度中施加 “A” 溶液。 3. 如果片材是 “A” 可润湿的， 则液流的上边缘在施加后的 5 秒钟之前不会偏离其直线。 4. 如果液流在 5 秒钟之前从最初的直线拉出， 则接着在新的片材包裹体 (sheet wrap) 上尝试 “B” 溶液。如果 “B” 溶液不能润湿该表面， 则尝试 “C” 溶液， 以此类推。
5. 润湿整个网的溶液为润湿性级别。
实施例
实施例 1- 喷涂
用 PPG Easy Coat 喷涂铝合金基材并固化。该涂料是虹彩的。在图 8a-8b 中图解 了该虹彩涂料的照片。
实施例 2- 刷辊 (brush rolled) 基材
生产三个奶油色涂染的铝合金基材。使用第一基材作为对照。通过刷辊用 PPG Easy Clean 涂覆第二基材并固化 ( 钝性涂料 )。通过辊刷用 PPG Easy Clean 涂覆第二基 材并固化 ( 钝性涂料 )， 接着通过辊刷用 TOTO THPC090402 WC-A+THPC090402WC-B 进行涂 覆并固化。通过暴露于 QUV A 灯 1000 小时的时间对三个基材测试颜色和光泽变化。如图 9a-9b 所示， 对单层自清洁涂料和双层自清洁涂料， 下方颜色的光泽仅稍微降低， 而颜色的 变化差异是可忽略的。
实施例 3- 辊涂 - 聚氨酯辊
通过引导卷辊涂线对各种涂染的铝合金基材进行辊涂。用于辊涂的系统与图 5 所 示的类似。在具有预定颜色和光泽的着色铝片材产品上施加屏障涂料。该屏障涂料转化为 屏障层。接着将自清洁涂料施加于屏障层， 然后将其转化为自清洁层。下文进一步详细提 供了辊涂条件和润湿性结果。 所生产的着色自清洁基材保持了该铝合金片材产品的预定颜 色和光泽。如图 10a-10b 所示， 该着色自清洁基材是无虹彩的。如图 10a-10b 所示， 该着色 自清洁基材具有均匀的自清洁层。换句话说， 该铝合金基材获得了无虹彩的表面同时保持 了下方涂剂的颜色和光泽。当施加辊和计量辊之间具有紧密隙时， 通常获得了这些均匀和 视觉上吸引人的表面。
用于实施例 3 测试的条件
概述 ： 该试验的目的是确定是否可通过反向辊涂卷绕体操作施加自清洁涂料体 系。生产了小的卷绕体 (300 直线英尺 ) 用于实地测试。所有四种涂料均施加良好。线试验 确定了粗糙的铬辊 (150Ra) 有助于成功的辊涂用途。每种涂料改善进入基材的表面张力， 如通过接触角测量所确定。如图 13 所示， 表面能从约 45 达因 /cm 变到至少约 68 达因 /cm。 固化温度和时间对涂料外观或表面能变化几乎不具有影响。测试的固化改变为 ： 在长停留 时间内的高炉温 ( 约 650 ℉下持续约 11 秒， 约 410 ℉的 PMT) 以及在短停留时间内的低炉 温 ( 约 250 ℉下持续约 5.5 秒， 低于约 210 ℉的 PMT)。生产了十个 (10) 小的卷绕体用于测 试。
线条件 / 运行细节
● 150FPM 的线速度 (11.2 秒的炉停留时间 )
i. 施加辊， 以超过线速度 50％
ii. 接收辊， 以低于线速度 40％
●两个炉区域设为 250 ℉
i. 高速温度 ： 不等， 参见图 11a-11d
ii. 低速温度 ： 不等， 参见图 11a-11d
●涂料 ：
i.LRB 767-PPG UC108219( 屏障 )
ii.LRB 768-Toto THPC090402WC- 水基 ( 自清洁 )
iii.LRB 769-Kon TPX 220TS( 自清洁 )
iv.LRB 770-Toto TPCA001 溶剂基
●减少溶剂 ： 对于所有涂料均没有
●施加粘度 ： 不需要调整 ； 以接收状态运行 ； 在约 71 ℉下水稀释 (water thin)
●辊类型 ：
i. 顶侧施加器＝聚氨酯 65 硬度， 11.0 英寸直径
ii. 镀铬的顶侧接收辊， 150Ra， 6.0 英寸直径
iii. 底侧施加器， 聚氨酯 55 硬度， 6.0 英寸直径
iv. 镀铬的底侧接收辊， 150Ra， 6.0 英寸直径
●辊方向 ：
i. 反向辊涂， 顶侧 & 底侧涂覆， 相对于片材张力
●辊速 ： 不等， 参见图 11a-11b●基材 ：
i.LRB 767 试验 1-7AAP 的聚酯白颜料 (white) 涂覆表面， 0.035”
ii.LRB 767 试验 8-11AAP 的 kynar( 聚偏氟乙烯和四氟乙烯共聚物 ) 白颜料涂覆 表面， 0.020”
iii.LRB 768 试验 1-4ATC 的 LRB 767 T-3
iv.LRB 768 试验 5-6ATC 的 LRB 767 T-10
v.LRB 769 试验 1-3ATC 的 LRB 767 T-3
vi.LRB 769 试验 4 ATC 的 LRB 767 T-9
vii.LRB 770 试验 1-4 ATC 的 LRB 767-9
viii.LRB 770 试验 5-7 ATC 的 LRB 767 T-2
●所得产品 ( 如下项中的每个的 300 直线英尺卷绕体 ) ：
i. 在聚酯白颜料上方的 LRB 767-1 PPG Ez Clean UC108219
ii. 在聚酯白颜料上方的 LRB 767-2PPG Ez Clean UC108219
iii. 在聚酯白颜料上方的 LRB 767-3 PPG Ez Clean UC108219
iv. 在聚酯白颜料上方的 LRB 767-4 PPG Ez Clean UC108219
v. 在聚酯白颜料上方的 LRB 767-5 PPG Ez Clean UC108219
vi. 在 kynar 白颜料上方的 LRB 767-8PPG Ez Clean UC108219
vii. 在 kynar 白颜料上方的 LRB 767-9PPG Ez Clean UC108219
viii. 在 kynar 白颜料上方的 LRB 767-10PPG Ez Clean UC108219
ix. 在聚酯白颜料上方的 LRB 768-4PPG UC108219+Toto THPC090402WC
x. 在 kynar 白颜料上方的 LRB 768-5PPG UC108219+Toto THPC090402WC
xi. 在聚酯白颜料上方的 LRB 769-3PPG UC108219+Kon 90603
xii. 在 kynar 白颜料上方的 LRB 769-4PPG UC108219+Kon 90603
xii i. 在 kynar 白颜料上方的 LRB 770-4PPG UC108219+Toto TPCA001
产品观测 ：
● LRB 767 样品 ：
i.PPG EZ-Clean， UC108219( 试验 1-11)
1. 良好的涂料流 ( 轻微爪形外观 )
2. 在盘中， 涂料粘度是稳定的
3. 使用水及随后 MEK 擦拭易于清洁涂料
4. 均匀的光泽
5. 外观优于无光光洁度
6. 固化后直接擦拭 ( 允许更长时间以固化 )
● LRB 768 样品 ：
i.Toto THPC090402WC-A( 试验 1-6)
1. 良好的涂料流 ( 轻微爪形外观 )
2. 在盘中， 涂料粘度是稳定的
3. 使用水及随后 MEK 擦拭易于清洁涂料
4. 均匀的光泽5. 两组份混合物
6. 在泵斗中严重发泡
7. 外观优于无光光洁度
8. 固化后直接擦拭
● LRB 769 样品 ：
i.Kon TPX-220TS( 试验 1-4)
1. 良好的涂料流 ( 轻微爪形外观 )
2. 在盘中， 涂料粘度是稳定的
3. 使用水及随后 MEK 擦拭易于清洁涂料
4. 均匀的光泽
5. 外观优于无光光洁度
6. 固化后直接擦拭
● LRB 770 样品 ：
i.TOTO TPCA001( 试验 1-7)
1. 良好的涂料流
2. 在盘中， 涂料粘度是稳定的
3. 使用 MEK 擦拭易于清洁涂料
4. 均匀的光泽
5. 外观优于无光光洁度
6. 固化后直接擦拭
实施例 4- 辊涂
通过导向卷绕辊涂线对各种涂染的铝合金基材进行辊涂。用于辊涂的系统与图 5 所示的类似， 但不同的是， 该施加辊为硬质辊。在下文详细提供了辊涂条件。难以获得无虹 彩的表面， 该硬质 - 硬质辊不利于前体液体的均匀且薄的施加。接着使用聚氨酯辊， 得到良 好的均匀性和厚度。在屏障涂料 (PPG Easy Clean) 的施加之后， 通过辊涂将自清洁涂料 (TOTO) 施加于基材。 将 TOTO 涂料在无表面活性剂的情况下进行施加， 且其粘附于屏障层的 表面。
用于实施例 4 的测试条件
概述， 该试验的目的为 ：
●确定是否可通过含有两个硬质辊的反向辊涂卷绕体操作施加自清洁涂料 ；
●确定在两个组分系统 (TOTO HydroTect) 的自清洁涂料 (TOTO B 部分 ) 中的表 面活性剂部分是否对于润湿该预涂覆的基材必要。该基材预先涂覆有 PPG 的 UC108219 涂 料； 以及
●当使用该两组分涂覆体系时改变泵设备以使泡沫生成最小化。
利用两个硬质辊的线试验具有复杂的结果。成功地施加涂料， 但是没有涂料膜厚 度的控制。该施加方法生产了具有不均匀层区域的片材。辊圆度似乎是个问题 ； 没有可变 形的辊时， 难以去除不均匀度。尽管是在两个硬质辊配置中， 然而， 粗糙的接收辊在几个小 时的操作后被磨损光滑。向自清洁涂料中加入表面活性剂似乎没有纠正不均匀厚度的问 题。这表明， 当将表面活性剂施加到由 PPG 的 UC108219EZ-Clean 屏障涂料制成的屏障层时， 其并不是必要的。当使用 TOTO 自清洁涂料和表面活性剂时， 该泵系统返回管的尺度降 低了泡沫产生。该返回管在泵储存器中的涂料表面下方延伸。生产了小的卷绕体， 标记为 LRB776-8， 只使用 TOTO 涂料的 A 部分 ( 即没有表面活性剂 )。使用聚氨酯施加辊涂覆该卷 绕体。
线条件 / 运行细节
● 150FPM 的线速度 (11.2 秒炉停留时间 )
i. 施加辊， 以超过线速度 50％
ii. 接收辊， 以低于线速度 40％
iii. 炉温度 ： 250 ℉ ( 高和低 )
iv. 涂料 ： Toto THPC090402WC
v. 减少溶剂 ： 无
vi. 施加粘度 ： 不需要调整 ； 以接收状态运行 ； 在约 71 ℉下水稀释
vii. 辊类型 ：
1. 顶侧施加器， 陶瓷， 直径 11.0 英寸
2. 顶侧施加器， 聚氨酯 65 硬度， 直径 11.0 英寸
3. 顶侧接收辊， 镀铬， 150Ra， 直径 6.0 英寸
4. 辊向， 反向辊涂， 相对于片材张力
viii. 辊速 ： 不等， 参见图 12
ix. 基材 ：
1.LRB 776 试验 1-8AAP 的 kynar 白颜料表面， 0.020” ， 预涂覆有 PPG 的 UC108219
产品观察 ：
● LRB 776-No.1 ：
i.Toto THPC090402WC-A， 只有部分 A， 两个硬质辊 ( 试验 1-2)
1. 良好的涂料流 ( 轻微爪形外观 )
2. 在盘中， 涂料粘度是稳定的
3. 使用水及随后 MEK 擦拭易于清洁涂料
4. 均匀的光泽
5. 在泵储存器中没有发泡
6. 不均匀的涂料厚度
7. 没有能力挤出辊缺陷
● LRB 776-No.2 ：
i.Toto THPC090402WC-A， 两个硬质辊 ( 试验 3-5)
1. 将不同量的 TOTO 部分 B 加入 4 加仑的 TOTO 部分 A 中
2. 没有观察到涂料均匀性的改进
● LRB 776-No.3 ：
i.Toto THPC090402WC-A， 只有部分 A， 聚氨酯施加辊 ( 试验 6-8)
1. 均匀的涂料厚度
2. 良好的涂料流 ( 轻微爪形外观 )
3. 涂料易于润湿预涂覆的片材4. 均匀的光泽
5. 在泵储存器中没有发泡
尽管已经详细描述了本发明的各种实施方案， 但本领域技术人员清楚对这些实施 方案的修改和调整。然而必须理解， 这些修改和调整在本公开的精神和范围内。