專利名稱：包含玻璃微粒的水基涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尤其可用于在隨后進(jìn)行高溫回火的鈉鈣硅石玻璃片材上提供涂料區(qū)的硅酸鈉水基涂料組合物。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知用于給汽車和建筑玻璃涂漆的各種涂料組合物。這些涂料例如用于在用作機(jī)動(dòng)車輛風(fēng)擋玻璃、側(cè)窗(sidelite)和后窗(backlite)的窗用玻璃周邊表面附近形成不透明邊界。
一般來說，這些組合物是由金屬氧化物在有機(jī)載體中的混合物形成的陶瓷組合物。通過調(diào)節(jié)金屬氧化物的這種混合物，可產(chǎn)生最終所得的燒結(jié)陶瓷涂料特定的顏色。例如，燒結(jié)到汽車窗用玻璃上的不透明周邊涂料帶一般為黑色，且可包括象氧化鉻、氧化鈷和氧化鎳之類的氧化物。這種組合物中所包括的有機(jī)載體，如松油、礦物油、低分子量石油餾分及諸如此類被用來使該陶瓷涂料通過刷涂、刮涂或絲網(wǎng)印刷而施用到玻璃表面上。該金屬氧化物相互之間是非反應(yīng)性的，而且與該陶瓷涂料通常所含的其它材料如玻璃料也不反應(yīng)。這些玻璃料是能夠?qū)⑻沾赏苛献罱K一起熔合到玻璃片材上，以保證該陶瓷涂料能夠在冷卻至室溫之后保持在該玻璃片材上的附著。如果將這些材料施用到玻璃片材上，是將它們加熱至一般高于玻璃軟化點(diǎn)的高溫下，以固化該涂料并使得該經(jīng)涂漆的玻璃片材適用于在隨后的高溫成型工藝中進(jìn)一步處理。
考慮到環(huán)境和商業(yè)因素，如果能夠開發(fā)出用于替代這種有機(jī)載體涂料的水基涂料，這將是理想的。還需要開發(fā)出一種能夠在較低溫度下、而不是在陶瓷/有機(jī)載體涂料固化一般所需的高溫下進(jìn)行固化的水基涂料。在涂料的固化過程中，將具有涂料涂層的玻璃暴露于如此高溫，往往會(huì)使玻璃片材產(chǎn)生非所需的光學(xué)扭曲。為了適用作常用陶瓷涂料的替代物，該水基涂料需要提供一種耐久且與玻璃粘附良好的均勻涂層。題為“用于玻璃片材的水基涂料”的美國(guó)專利5，518，535就公開了這樣一種水基涂料。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種與玻璃粘附性優(yōu)異的水基涂料組合物。本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠在較低溫度下固化并具有優(yōu)異耐久性的水基涂料。本發(fā)明的再一目的是提供一種適合在可能會(huì)暴露于較寬范圍高溫(通常為6750C(12500F)或更高)的玻璃上的水基涂料，其中所述高溫是在該玻璃的回火過程中產(chǎn)生的。
我們以前申請(qǐng)的PCT/GB97/03424已描述并要求了能夠?qū)崿F(xiàn)這些目的的水基涂料組合物，其中包含(ⅰ)占所述組合物20-45％重量的水溶性硅酸鈉；(ⅱ)占所述組合物5-25％重量的水；(ⅲ)其量足以使所述組合物的pH值至少為約10.5的水溶性堿；(ⅳ)細(xì)分散的金屬氧化物粉末，選自銅、鐵、鎳、鈷的氧化物及其混合物，占所述組合物的20-45％重量，且其粒度小于7微米；(ⅴ)占所述組合物10-55％重量且平均直徑為5-20微米的玻璃顆粒，包括熔點(diǎn)至少約925℃(1700°F)的鈉鈣硅石玻璃；以及至少一種選自以下的材料(ⅵ)熔點(diǎn)低于705℃(1300°F)且占所述組合物0-10％重量的玻璃料，其平均粒度低于10微米；和(ⅶ)占所述組合物0-10％重量的氧化鋅。
按照本發(fā)明，一種特別適用作回火鈉鈣硅石玻璃上涂層的水基涂料組合物包含(ⅰ)占所述組合物20-45％重量的水溶性硅酸鈉；(ⅱ)占所述組合物5-25％重量的水；(ⅲ)其量足以使所述組合物的pH值至少為約10.5的水溶性堿；(ⅳ)細(xì)分散的金屬氧化物粉末，選自銅、鐵、鎳、鈷的氧化物及其混合物，占所述組合物的20-45％重量，且其粒度小于7微米；(ⅴ)占所述組合物3-55％重量且平均直徑為5-20微米的玻璃顆粒，包括熔點(diǎn)至少約925℃(1700°F)的鈉鈣硅石玻璃；以及至少一種選自以下的材料(ⅵ)熔點(diǎn)低于705℃(1300°F)且占所述組合物0-20％重量的玻璃料粉末，其平均粒徑低于10微米；和(ⅶ)占所述組合物0-20％重量的氧化鋅。
根據(jù)在先申請(qǐng)PCT/GB97/03424，前述的組合物范圍要滿足至少一項(xiàng)以下條件(a)鈉鈣硅石玻璃顆粒的含量低于所述組合物的10％重量，(b)所述低熔點(diǎn)玻璃料粉末的量超過所述組合物的10％重量，和(c)氧化鋅的量超過所述組合物的10％重量。
此外，該組合物優(yōu)選包含少量氫氧化鋁。本發(fā)明還包括一種在至少一部分的玻璃片材上提供涂料固化涂層的方法。
本發(fā)明組合物是一種無鉻的水基涂料，可用作玻璃的涂層，例如用于風(fēng)擋玻璃外圍附近的“遮蔽(black out)”區(qū)。如上所述，該組合物包含水溶性硅酸鈉、水、水溶性堿、能夠賦予該涂料以黑色至灰色顏色的細(xì)分散的金屬氧化物粉末、以及鈉鈣硅石玻璃的顆粒。我們未曾預(yù)料地發(fā)現(xiàn)，通過包含這些玻璃顆粒，無論是粉末還是球體，該涂料在較寬的高玻燒結(jié)溫度范圍內(nèi)顯著地提高了穩(wěn)定性。這對(duì)于將帶有涂料區(qū)的玻璃片材進(jìn)行回火是重要的?；鼗饻囟饶軌虺^675℃(1250°F)。此外，該涂料優(yōu)選包括一種低熔點(diǎn)玻璃料以提高與玻璃、可能用于風(fēng)擋玻璃層壓品的PVB、以及在汽車中常用于密封并粘連玻璃的氨基甲酸乙酯的粘附性。它還可以或作為選擇地包括氧化鋅以提高該涂料與玻璃的粘附性。以下詳細(xì)討論包括可選組分在內(nèi)的所有這些組分。
水溶性硅酸鈉占本發(fā)明組合物的約20-45％重量，更優(yōu)選占所述組合物的約30-38％重量，即，本文所用的“所述組合物的重量百分?jǐn)?shù)”是指所述組合物總重量的分?jǐn)?shù)。它們可包含單個(gè)硅酸鈉或硅酸鹽混合物?？捎糜诒景l(fā)明組合物的水溶性硅酸鈉可由結(jié)構(gòu)式SiO2∶Na2O表示，其中兩種氧化物的摩爾比為約2∶1-4∶1。除了水溶性硅酸鈉，該組合物還可包括類似結(jié)構(gòu)式的水溶性硅酸鉀。如果包括，它們的量一般較少，優(yōu)選低于所述組合物的10％重量，一般為約5-10％重量。
該組合物的另一所需組分為水，其含量為組合物總重量的約5-25％重量，優(yōu)選為約10-25％重量。該組合物還包括一種水溶性堿，用于將該涂料組合物的pH值調(diào)節(jié)至至少約10.5，優(yōu)選約12.5以上，更優(yōu)選約13.5。pH值要求在堿性側(cè)，這可由所需pH值表示。該聚合物具有這種pH值是必需的，這樣可賦予該涂料以理想的儲(chǔ)存期。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，pH值例如超過約13的本發(fā)明涂料的實(shí)施方案能夠儲(chǔ)存穩(wěn)定至少3個(gè)月?？梢允褂玫乃苄詨A的例子包括(但不限于)氫氧化鈉和氫氧化鉀，其中優(yōu)選氫氧化鈉。堿的用量取決于例如特定的堿及其使用濃度。例如，2N氫氧化鈉堿一般占所述組合物的約2-10％重量，更優(yōu)選約3-8％重量，最佳為約3-6％重量。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員根據(jù)本公開內(nèi)容顯然可以看出堿的最佳用量和種類。
該組合物還包含選自氧化銅、氧化鐵、氧化鎳、氧化鈷及其混合物的細(xì)分散的金屬氧化物顏料，其中優(yōu)選包含氧化銅。這種顏料可賦予涂料以黑色，且占所述組合物的20-45％重量，優(yōu)選占所述組合物的約30-40％重量。該細(xì)分散粉末顏料的平均粒度(直徑)低于約7微米，優(yōu)選約3-7微米，最優(yōu)選約5微米。這些組合物的顏色可以由黑色變化至灰色，這取決于該混合物以及金屬氧化物的百分?jǐn)?shù)。優(yōu)選的氧化銅可得到一種黑色涂料組合物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在涂料組合物中使用氧化鉻并不理想，因?yàn)樗鼤?huì)影響涂料對(duì)玻璃的粘附性，因此本發(fā)明的涂料是無鉻的。
通過在涂料組合物中加入鈉鈣硅石玻璃的顆粒，可以顯著提高該涂料組合物在玻璃回火過程所經(jīng)歷的甚高溫度下保持其優(yōu)異物理性能的能力。即使該玻璃顆粒沒有在涂料燒結(jié)溫度下熔化，這種改進(jìn)的溫度穩(wěn)定性也會(huì)實(shí)現(xiàn)。夾雜玻璃顆粒據(jù)信往往可減緩玻璃基材與涂料之間通常在加熱和冷卻時(shí)由于其熱膨脹率的差異而產(chǎn)生的剪切應(yīng)力。實(shí)際上，夾雜玻璃顆粒往往使涂料與玻璃基材的熱膨脹系數(shù)更加靠近。而且，夾雜不溶于涂料的玻璃顆粒尚未表現(xiàn)出對(duì)該涂料的耐久性或其它物理性能，如耐刮擦性的不利影響。實(shí)際上，我們相信，這種改進(jìn)的高溫涂料穩(wěn)定性部分是由于該玻璃顆粒能夠向涂料層提供不會(huì)在涂料燒結(jié)溫度下熔化的附加結(jié)構(gòu)。盡管提出這種理論是試圖解釋通過加入鈉鈣硅石玻璃顆粒所產(chǎn)生的固化涂料的高溫穩(wěn)定性能的顯著提高，但其準(zhǔn)確性及其理解并非本發(fā)明之實(shí)踐所必需的。該涂料能夠在其基體內(nèi)容納較寬范圍的玻璃料的加入。
這些顆粒由任何鈉鈣硅石玻璃制成，這種玻璃類型是玻璃工業(yè)熟知的。用于汽車和建筑工業(yè)的鈉鈣硅石玻璃通常由浮法玻璃工藝制成。其特征一般在于以下的基本組成，其中各組分的量基于總的玻璃組合物的重量百分?jǐn)?shù)二氧化硅68-75；氧化鋁0-5；氧化鈣5-15；氧化鎂0-10；氧化鈉10-18；和氧化鉀0-5。此外，氧化鈣+氧化鎂為6-15％，且氧化鈉+氧化鉀為10-20％。這種玻璃可包括少量的著色劑，如氧化鐵、氧化鈷或氧化銅。通常加入二氧化鈦或氧化鈰之類的UV吸收劑以提高光學(xué)性能。無論有或沒有這些著色劑或其它添加劑，鈉鈣硅石玻璃都可用于本發(fā)明的涂料組合物。包含在涂料組合物中的玻璃顆粒最好與該涂料所要施用的玻璃類似或相同，但這不是必需的。本發(fā)明的改進(jìn)并不苛求使用特定的鈉鈣硅石玻璃。該玻璃顆?？梢允欠勰┗蚯驙畹摹Ｒ话銇碚f，該顆粒的直徑平均低于20微米，優(yōu)選3-15微米。該顆粒的直徑更優(yōu)選在約5-7微米的范圍內(nèi)。
鈉鈣硅石顆粒在涂料組合物中的量為基于所述涂料組合物總重的3-55％重量。高熔點(diǎn)玻璃顆粒在水基涂料中的量?jī)?yōu)選為5-45％重量，最佳為7-40％重量。這些顆?？赏ㄟ^將玻璃研磨成所需直徑而得到或可購(gòu)得。如果該涂料要通過絲網(wǎng)印刷法進(jìn)行施用，那么球狀顆粒最為理想，因?yàn)樗鼈冚^少研磨絲網(wǎng)。球狀顆?？衫鐝腃ataphoteInc.以品名Glass ShotTM玻璃顆粒購(gòu)得。在球狀顆粒的情況下，其粒度為5-20微米，或甚至更小，因?yàn)樗鼈冏钸m合使用，但較小粒度不易購(gòu)得。
除了上述必需組分之外，該無鉻涂料還包括至少一種粘附促進(jìn)劑，選自低熔點(diǎn)玻璃料粉末或氧化鋅。這些材料中的至少一種必需包含在該涂料組合物中。但最理想的是，只有低熔點(diǎn)玻璃料包含在所述組合物中。但氧化鋅也可單獨(dú)與低熔點(diǎn)玻璃料一起引入或替代其而引入。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些粘附促進(jìn)劑能夠促進(jìn)涂料與玻璃的粘附性。此外，如果將該涂料與例如層壓風(fēng)擋玻璃中的乙烯基化物接觸時(shí)，這些粘附促進(jìn)劑還可按如下所述促進(jìn)該乙烯基化物與玻璃的粘附性。該涂料能夠容納較寬范圍的低熔點(diǎn)玻璃料。
該涂料最好但可選地包括少量的玻璃料粉末。該玻璃料是一種能夠在低于約705℃(1300°F)時(shí)熔化的玻璃材料。尤其是將該涂料施用到倚靠乙烯基化物的玻璃表面上時(shí)，例如在層壓風(fēng)擋玻璃時(shí)，它在水基涂料組合物中的最佳量包括最高為本發(fā)明黑色涂料組合物的約20％重量，更優(yōu)選約2-10％重量，最優(yōu)選約2-8％重量。最優(yōu)選的是，該低熔點(diǎn)玻璃料在所述組合物中的量為基于組合物總重量的約5％重量。如果使用，該玻璃料以粉末形式加入該涂料組合物中，其平均粒徑低于約10微米，優(yōu)選約3-7微米，最優(yōu)選平均約7微米?？捎糜诒景l(fā)明組合物的優(yōu)選玻璃料(通常稱作搪瓷用玻璃料)的例子為鋅、硼、鉍、鈦、鋯、和鋁之類金屬的硅酸鹽及其混合物，如硅酸鈦玻璃、硅酸硼鋅玻璃和硅酸硼鉍玻璃。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果涂料中的玻璃料的加入量在所公開的范圍內(nèi)的較高含量，例如高于約10％重量，某些或所有的玻璃料最好不是鋅基玻璃料。我們發(fā)現(xiàn)，鋅基玻璃料往往促使涂料膠凝，因此硼基、或其他非鋅基玻璃料最好以較高含量使用。如果該涂料用在外玻璃表面，即在層壓風(fēng)擋玻璃中并不倚靠乙烯基化物的表面上，那么這些較高含量的玻璃料特別理想。許多這些玻璃料易于從General Colors Co.和O.Hommell Co.購(gòu)得。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容顯然看出可用于本發(fā)明的其它玻璃料。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將這種低熔點(diǎn)料粉末包含在玻璃組合物中可顯著提高該涂料與玻璃、PVB或氨基甲酸乙酯密封劑(如果與該涂料接觸使用)的粘附性。已知的是，PVB用于層壓風(fēng)擋玻璃內(nèi)且氨基甲酸乙酯密封劑用于玻璃和車體之間。盡管玻璃料一般不溶于水，但未曾預(yù)料地發(fā)現(xiàn)，該玻璃料似乎至少部分溶于我們的水基涂料組合物。我們相信，這是由于在我們的組合物中使用了高含量的堿(如，NaOH)。玻璃料能夠與涂料組合物的其它水溶性組分，如硅酸鈉一起可溶的能力可使該玻璃料與涂料組合物的其它水溶性組分相互作用，從而提高固化涂料的粘附性。
可包含在該涂料中的另一可選組分是氧化鋅，它作為另一種粘附促進(jìn)劑。如果包含在組合物中，它一般占最高約20％重量，優(yōu)選2-10％重量，更優(yōu)選約3-6％重量。如果包含，它最好占所述組合物重量的約4-6％重量。優(yōu)選用于該涂料組合物的氧化鋅的平均粒度為約2-3微米，但粒度并不是關(guān)鍵性的。本發(fā)明人相信，氧化鋅可降低該硅酸鹽涂料組合物的膨脹系數(shù)，使之與玻璃組合物的膨脹系數(shù)更加匹配，因此在加熱和冷卻玻璃時(shí)，涂料中較少出現(xiàn)應(yīng)力。它還可提高乙烯基化物與氨基甲酸乙酯密封劑的粘附性。
包含在本發(fā)明黑色涂料組合物中的另一可選的、但理想的組分是表面活性劑。表面活性劑是熟知的材料，通常加入涂料中以提高該液體涂料在所要施用的基材上的潤(rùn)濕特性。這種材料的例子為由3M公司制造的“FC-171”。其它表面活性劑也是本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的。它最好占所述涂料組合物的約0.1-1.0％重量，更優(yōu)選約0.25-0.5％重量。另一可選的、但理想的組分是氫氧化鋁，它在所述組合物中的含量?jī)?yōu)選高達(dá)所述組合物的約5％重量。它一般作為氫氧化鋁水合物加入涂料中，而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)能夠提高該涂料的儲(chǔ)存期并提高該涂料與玻璃片材的粘附性。
盡管該涂料組合物特別適用于在汽車和建筑玻璃中使用的鈉鈣硅石玻璃，但其用途并不局限于此。它還可用于其它玻璃如拱肩或裝飾玻璃板。
為了制備該涂料組合物，一般一起加入各組分，然后球磨至得到各組分的基本上均勻混合物。這種研磨還可使各組分，如玻璃顆粒和可選組分如玻璃料具有所需粒徑，如果它們的起始粒度大于成品涂料的理想粒度的話。即，在某些情況下，這些組分可起始以較大粒度加入混合物中，然后在研磨各組分時(shí)將其降至較小顆粒。這種混合一般在室溫下進(jìn)行。通常，堿在球磨之后或在研磨的最后階段加入。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，涂料組合物在一段時(shí)間之后通常變得更加粘稠，這是由于加入了鈉鈣硅石玻璃顆粒之類的顆粒。因此，我們優(yōu)選在剛好使用該涂料之前，將鈉鈣硅石玻璃粉末和低熔點(diǎn)玻璃料加入其它組分的混合物中。換句話說，硅酸鹽、水、堿和著色劑的混合物可混合在一起。這表示占所述成品涂料組合物的約50-90％重量。然后根據(jù)需要混入玻璃料、玻璃粉末、和氧化鋅以形成成品涂料組合物。
制備出本發(fā)明組合物之后，可通過任何技術(shù)將它施用到基材，特別是玻璃基材上。該玻璃片材可由玻璃制造領(lǐng)域一般已知的任何種類玻璃制成。典型地，可用于本發(fā)明的玻璃片材為鈉鈣硅石汽車和建筑窗用玻璃，一般通過熟知的浮法玻璃工藝制成。
操作時(shí)，通過常規(guī)的涂料施用方法，如絲網(wǎng)印刷法，按照預(yù)定圖案，將該涂料作為均勻?qū)邮┯玫讲Ａ牡谋砻嫔希渲惺褂猛克⑵鲗⒃撏苛瞎芜^絲網(wǎng)，使涂料強(qiáng)制通過該圖案到達(dá)玻璃片材上。涂漆領(lǐng)域熟知，利用絲網(wǎng)印刷法將涂料帶施用到汽車窗用玻璃的表面上。在這種情況下，特別理想地在絲網(wǎng)印刷過程中在涂料周圍保持潮濕環(huán)境。對(duì)于本發(fā)明的優(yōu)選涂料組合物，該潮濕環(huán)境最好保持在約70±5％的相對(duì)濕度。通過將涂料的含水量保持在施用所需的粘度上，保持這種潮濕環(huán)境可延長(zhǎng)使用這種涂料施用絲網(wǎng)體系。該環(huán)境最好可例如通過授予Boaz的題為“用于將涂層施用到玻璃上的裝置和方法”的美國(guó)專利5，509，964所述發(fā)明而得到。
其中涂料可施用到玻璃片材上的預(yù)定圖案可包括，例如，位于汽車窗用玻璃周邊表面上的不透明隱蔽帶。這種隱蔽帶是汽車玻璃窗領(lǐng)域所熟知的，可用于防止用于將窗玻璃安裝在車輛開口中的粘合劑發(fā)生日光照射誘導(dǎo)降解，并用于隱蔽位于窗玻璃邊緣之下的附屬硬件和結(jié)構(gòu)組件。該帶一般延伸至窗玻璃的邊緣，其寬度足以隱蔽下方的粘合劑和結(jié)構(gòu)組件，但要足夠窄以賦予車輛使用者以最大視野。清楚的是，可以使用其它預(yù)定圖案將各種涂料區(qū)施用到玻璃表面上，這取決于固化涂料區(qū)的最終用途。
如果將涂層作為“遮蔽”區(qū)施用到汽車玻璃上，那么該涂層的厚度優(yōu)選為約12-16微米。該涂層可施用至任何厚度，但最佳厚度由所需的特定用途確定。
本發(fā)明的可固化組合物在施用到基材上之后往往通過高溫烘烤足夠時(shí)間以驅(qū)走水并固化該涂層而固化。該步驟可在任何溫度下，但最好在玻璃軟化點(diǎn)之下的某個(gè)溫度下進(jìn)行。由于水分蒸發(fā)和固化可優(yōu)選在中溫，如約400℃以下，甚至約100-200℃下進(jìn)行，該涂漆玻璃并不發(fā)生軟化，因此可防止在中溫時(shí)發(fā)生扭曲。
這不同于需要加熱至玻璃軟化點(diǎn)之上某個(gè)溫度才能固化這些涂料的常規(guī)有機(jī)載體涂料。施用到玻璃片材上的涂料組合物一般首先固化至該涂漆玻璃能夠作進(jìn)一步處理，即，將該涂漆玻璃片材彎曲至所需最終形狀。將玻璃加熱至玻璃軟化點(diǎn)之上以固化有機(jī)載體涂料將使該玻璃有可能發(fā)生扭曲。隨后同樣在這些高溫下，在第二燒結(jié)時(shí)彎曲所述涂漆玻璃會(huì)再次使該玻璃產(chǎn)品有第二次扭曲的機(jī)會(huì)。因此，本發(fā)明涂料由于能夠在低于玻璃軟化點(diǎn)的相對(duì)較低溫度下固化，因此理想地最大程度地減少了玻璃產(chǎn)品發(fā)生扭曲的可能性。
水基黑色涂料組合物的這種干燥和固化可通過任何方式進(jìn)行。兩種特別優(yōu)選的方式包括將施用到玻璃上的涂料接受紅外(IR)輻射或微波輻射(例如在微波爐中)。后一方式最為優(yōu)選，因?yàn)樗梢蕴峁┏沙叽巛^小的緊湊型裝置，它耗能較少且所需保養(yǎng)一般較少。
在30.5厘米×30.5厘米(12"×12")型風(fēng)擋樣品的情況下，這時(shí)它具體將該涂料組合物施用到其表面的一部分作為“遮蔽”帶，結(jié)果該涂層能夠在150℃的IR爐中固化約1分鐘，或在微波爐(4千瓦功率)中固化約1分鐘。所用涂料組合物以及所涂區(qū)域的特定實(shí)施方案給出了可用于固化本發(fā)明涂料的最佳特定參數(shù)。
當(dāng)然，本發(fā)明中溫可固化組合物是非常有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)樗鼈儽绕鹈黠@需要高溫才能固化的組合物明顯節(jié)能。此外，如上所述，如果基材是玻璃，那么當(dāng)將其暴露于固化常規(guī)有機(jī)載體玻璃涂層所需的明顯高溫時(shí)，玻璃片材會(huì)發(fā)揮光學(xué)扭曲。本發(fā)明組合物克服了已有技術(shù)涂層需要高溫才能固化涂料的這種缺陷。盡管該涂料如上所述可特別用于玻璃，它還可用于涂料其它基材，包括例如金屬或塑料。
一般來說，涂覆汽車玻璃隨后要進(jìn)行成型，包括，將玻璃在玻璃韌化爐中經(jīng)受約620℃(1150°F)或更高的高溫，如果將玻璃回火，該溫度可以是675℃(1250°F)或更高。這可使涂層進(jìn)一步固化，但這不是在基材上得到耐久粘結(jié)涂層所必需的。
以下實(shí)施例是本文所公開的較寬范圍組合物中的涂料組合物實(shí)施方案。所有組分量都是總的涂料組合物的重量百分?jǐn)?shù)。涂料#1 2 3硅酸鈉 25 28 23碎玻璃(鈉鈣玻璃，7微米粒徑) 25 27 30硅酸鉀 0 1.0 1.0水 14.9 10 7氫氧化鈉(50％溶液) 2 3.0 3.9氧化銅 28 26.030氧化鋅 0 1.0 0玻璃料(硅酸硼鉍) 5.03.9 5.0表面活性劑(FC-171，3M公司) 0.10.1 0.1通過絲網(wǎng)印刷，將上述黑色涂料組合物印刷到玻璃(鈉鈣硅石)片材上至16微米厚，然后在120℃的IR爐中固化3分鐘。
該黑色固化涂料具有均勻的涂層，而且通過將涂漆玻璃置于60℃熱水浴中5天顯示出與玻璃的優(yōu)異粘附性，這樣該涂料不會(huì)脫層。
另外通過下述試驗(yàn)來測(cè)試涂料與氨基甲酸乙酯型粘合劑的粘附性，因?yàn)檫@些粘合劑材料常用于接觸玻璃以安裝到車輛中。
氨基甲酸乙酯粘合劑/涂料/玻璃粘附試驗(yàn)對(duì)玻璃板的表面進(jìn)行印刷，然后將涂料完全固化，即，將其通過一個(gè)能夠?qū)⒉ＡЪ訜嶂?50℃以上的爐子。首先施用一層Essex玻璃底漆-制劑No43519，制成用于氨基甲酸乙酯粘附的涂漆表面的一部分(條)。在該制成表面上，施用另一層Essex玻璃底漆No43520A。將底漆在室溫下干燥約10分鐘，然后將Essex氨基甲酸乙酯聚合物粘合劑的“珠?！笔┯玫皆摰灼嵬繉由?。按照相同方式制備出第二玻璃板，只是沒有施用氨基甲酸乙酯粘合劑。將兩塊玻璃板壓制接觸以使氨基甲酸乙酯粘合劑與第二玻璃板的底漆接觸，在板的涂漆表面之間留出約6毫米(0.25")。將這對(duì)玻璃板在空氣中固化72小時(shí)。為了通過粘附性試驗(yàn)，氨基甲酸乙酯而不是粘附表面必需在玻璃板相互扭曲時(shí)破裂。將粘附對(duì)在所選時(shí)間內(nèi)浸漬在66℃(150°F)的水中之后，測(cè)試粘附可靠性。
以上涂料組合物都具有優(yōu)異的粘附性并成功地通過氨基甲酸乙酯粘附試驗(yàn)。
如下制備出另外4種涂料組合物涂料№#4 #5 #6 #7硅酸鈉 32 30 28 25.0鈉鈣硅石玻璃*0 0 30 30.0硅酸鉀 3.8 3.8 0.0 0.0水 20.020.010.812.8氧化銅4 0.0 33.027.025玻璃料(硅酸硼鉍) 0.0 7.0 0.0 5.0氧化鋅 0.0 2.0 0.0 0.0氫氧化鋁 0.0 0.0 2.0 0.0氫氧化鈉(50％溶液) 4.0 4.0 2.0 2.0表面活性劑(FC-171，3M公司) 0.2 0.2 0.2 0.2*(玻璃粉末的平均直徑為7微米)按照以上所述測(cè)試本文所公開的較寬范圍內(nèi)的兩種涂料組合物(#6和#7)以及不在該范圍內(nèi)的兩種對(duì)比涂料(#4和#5)與氨基甲酸乙酯聚合物粘合劑的粘附性，并如下測(cè)試與聚乙烯縮丁醛(在風(fēng)擋玻璃中用作中間層)的粘附性乙烯基化物/涂料/玻璃粘附性“敲擊(Pummel)”試驗(yàn)在一對(duì)層壓玻璃板上得到7.5厘米(3")的涂料邊緣，其中涂料在某個(gè)表面上與聚乙烯醇縮丁醛中間層接觸。將該層壓品冷卻并穩(wěn)定在-10℃達(dá)4小時(shí)。在4小時(shí)結(jié)束時(shí)，迅速移開該層壓品并將涂漆部分放在鐵砧之上，然后將該部分經(jīng)受來自重錘的5分鐘系列打擊。在該溫度下，該乙烯基化物硬而且與碎玻璃顆粒的粘附性差。玻璃顆粒與乙烯基化物的粘附性通過與#1-#10，3，所確定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較而評(píng)估，其中#1表示乙烯基化物/涂料/玻璃的粘附性完全喪失，#10表示乙烯基化物/涂料/玻璃的完全粘附。
敲擊試驗(yàn)的乙烯基化物/涂料/玻璃的結(jié)果#4涂料#1-#2敲擊試驗(yàn)#5涂料#4-#6敲擊試驗(yàn)#6涂料#6-#8敲擊試驗(yàn)#7涂料#6-#8敲擊試驗(yàn)以下時(shí)間之后的氨基甲酸乙酯/涂料/玻璃粘附測(cè)試的結(jié)果4小時(shí)24小時(shí)48小時(shí)120小時(shí)#4涂料失敗 - - -#5涂料通過 通過 通過 通過#6涂料通過 通過 通過 通過#7涂料通過 通過 通過 通過由以上測(cè)試結(jié)果可以看出，在涂料組合物中包含鈉鈣硅石玻璃粉末可顯著提高該涂料與玻璃的粘附性?？梢钥闯?，玻璃料在該涂料組合物中的含量為2-7％也可提高固化涂料組合物與玻璃的粘附性。但發(fā)現(xiàn)，超出本發(fā)明組合物所規(guī)定的用量并不理想，因?yàn)橥苛线@樣容易“膠凝”。
權(quán)利要求
1．一種與玻璃具有優(yōu)異粘附性的水基涂料組合物，包含(ⅰ)占所述組合物20-45％重量的水溶性硅酸鈉；(ⅱ)占所述組合物5-25％重量的水；(ⅲ)其量足以使所述組合物pH值至少為10.5的水溶性堿；(ⅳ)細(xì)分散的金屬氧化物粉末，選自銅、鐵、鎳、鈷的氧化物及其混合物，占所述組合物的20-45％重量，且其平均粒度小于7微米；(ⅴ)占所述組合物3-55％重量、平均直徑小于20微米且熔點(diǎn)至少約925℃(1700°F)的鈉鈣硅石玻璃顆粒；以及至少一種選自以下的材料(ⅵ)熔點(diǎn)低于705℃(1300°F)且占所述組合物高達(dá)20％重量的玻璃料，其平均粒度低于10微米；和(ⅶ)占所述組合物高達(dá)20％重量的氧化鋅，其前提是滿足以下條件中的至少一項(xiàng)(a)鈉鈣硅石玻璃顆粒的含量低于所述組合物的10％重量，(b)所述低熔點(diǎn)玻璃料粉末的量超過所述組合物的10％重量，和(c)氧化鋅的量超過所述組合物的10％重量。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的水基涂料組合物，其中所述鈉鈣硅石顆粒的重量百分?jǐn)?shù)組成為二氧化硅68-75；氧化鋁0-5；氧化鈣5-15；氧化鎂0-10；氧化鈉10-18；和氧化鉀0-5，其中氧化鈣+氧化鎂為6-15％，且氧化鈉+氧化鉀為10-20％重量。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的水基涂料組合物，其中所述組合物還包含硅酸鉀。
4．根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的水基涂料組合物，其中所述低熔點(diǎn)玻璃料粉末至少占所述組合物的2％重量。
5．根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的水基涂料組合物，其中所述組合物還包含0.1-1.00％重量的表面活性劑。
6．根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的水基涂料組合物，它還包含高達(dá)約5％重量的氫氧化鋁。
7．根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的水基涂料組合物，其中所述低熔點(diǎn)玻璃料是一種金屬硅酸鹽，其中所述金屬選自鋅、硼、鉍、鈦、鋯、和鋁及其混合物。
8．根據(jù)權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)的水基涂料組合物，它與玻璃具有優(yōu)異的粘附性，其中水占所述組合物的至少10％重量；所述金屬氧化物粉末為細(xì)分散的氧化銅粉末，占所述組合物的25-45％重量，且平均粒度為3-7微米；所述鈉鈣硅石玻璃顆粒的平均直徑為3-10微米；所述玻璃料粉末的熔點(diǎn)低于705℃(1300°F)，占所述組合物的2-8％重量，平均粒徑為約3-7微米，且為選自鋅、硼、鉍、鈦鋯、和鋁的一種金屬的硅酸鹽及其混合物；且所述的組合物還包含占所述組合物0.1-10％重量的表面活性劑。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的涂料組合物，其中所述組合物還包含氫氧化鋁。
10．一種生產(chǎn)涂料涂覆玻璃片材的方法，包括將按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的組合物施用到所述片材的至少一部分上，干燥去除水，然后在400℃以下的溫度加熱固化。
11．根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述玻璃片材是汽車或建筑窗用玻璃片材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包含硅酸鈉、水、水溶性堿、金屬氧化物顏料、鈉鈣硅石玻璃顆粒、以及至少一種低熔點(diǎn)玻璃料或氧化鋅的水基涂料組合物。它優(yōu)選僅包含玻璃料且還優(yōu)選包含表面活性劑和氫氧化鋁。本發(fā)明還涉及一種在至少一部分所述片材上帶有涂料的玻璃片材。
文檔編號(hào)C03C17/00GK1285859SQ9881302
公開日2001年2月28日 申請(qǐng)日期1998年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月18日
發(fā)明者普雷馬卡然·塔克·博阿茲 申請(qǐng)人:威斯通全球技術(shù)公司