專利名稱：采用粘性含水建筑涂料組分的表面無空氣噴涂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用粘性含水建筑涂料組分(諸如木材著色料、油漆、噴漆或者清漆)對表面進行無空氣噴涂的方法，該方法能夠克服非牛頓流，如果必要的話，壓力可達到5巴，這些壓力可通過簡單的手泵實現(xiàn)。非牛頓流的重要性在于它使低壓力噴涂復雜化。手泵(更正確地說是“手動操作的壓縮機”)的重要性是適合于業(yè)余的(也就是自己動手的)使用者使用，該使用者通常是沒有經(jīng)驗的，并且因此不大可能具有技能或者不大可能愿意投資購買當前在工業(yè)上用于噴涂粘性的含水組分的昂貴的復雜型號的高壓噴涂設(shè)備。“無空氣”噴涂方法是在噴涂期間不需要空氣的伴隨流來輔助產(chǎn)生霧化的方法。
建筑涂料組分被設(shè)計施涂于建立在或者作為建筑物的部分的表面上，諸如墻壁，天花板，窗框，門和門框，散熱器和專用的家具。它們還可以用于涂覆和建筑物相關(guān)的表面，該表面是建立在圍繞建筑物的地面(例如花園和庭院)中。這種相關(guān)表面包括墻壁的石頭或者混凝土表面，以及柵欄、大門和棚的刨平的或者粗加工的木制表面。建筑涂料可以由業(yè)余的和/或?qū)I(yè)的油漆工以環(huán)境溫度和濕度噴涂到要噴涂的地方。環(huán)境溫度一般從5攝氏度到45攝氏度。如果它們包含大量的固體材料(例如超過7wt％)，含水建筑涂料組分常常叫做“膠乳”或者“乳液”涂料。
含水的建筑涂料組分包含有機的成膜粘合劑聚合物，其首先用于將該組分的干燥涂料粘合到一個已施涂的表面上，其次用來粘合該組分的任何其它的成分，諸如色料、染料、遮光劑、補充劑和生物殺傷劑進入干燥涂料之內(nèi)。粘合劑聚合物是非牛頓流的重要的原因。
多種傳統(tǒng)的成膜粘合劑聚合物可以應(yīng)用在建筑涂料組分中，但是那些最常采用的是從單烯的不飽和單體中獲得的三個主要類型，并且用通俗語已知是“丙烯酸樹脂”，“乙烯基”或者“苯乙烯共聚物”?！氨┧針漉ァ笔且粋€或多個單烯不飽和的羧酸類(例如甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸丁酯共聚物)的至少兩個烷基酯的共聚物，同時“乙烯基”通常包含諸如醋酸乙烯酯的飽和碳酸的單乙烯基酯，以及丙烯酸的單體或者不同的單乙烯基酯的至少一個的共聚物，通常的碳酸的乙烯基酯包含10到12個碳原子，諸如由鹿特丹的Resolution Europe BV以商標名“Versatate”銷售的那些。“苯乙烯共聚物”是包含和通常是丙烯酸的共聚合單體一起的苯乙烯(或者類似的單乙烯基芳族單體)的共聚物。適當?shù)暮澈蟿┚酆衔锏某浞终f明由GP A Turner為作者的“涂料化學的入門”一書的第三版中給出，該書由倫敦的查普曼和霍爾(Chapman and Hall)于1967年出版，其內(nèi)容在此結(jié)合作為參考。
建筑涂料組分需要一個在至少0.5pa.sec(帕斯卡·秒)的低的絕對粘度(即布氏粘度)，使得如果它們噴涂到豎直表面時，噴涂的涂料通常可以防“流掛”，即在涂料有時間變得足夠干而失去流動性之前，從表面上向下流動。“流掛”在“涂飾產(chǎn)品手冊”一書的插

圖14中示出，該書作者是A H Beckly，并由倫敦的Granada在1983年出版，該插圖14的內(nèi)容在此結(jié)合作為參考。在含水的涂料組分中，多數(shù)粘性經(jīng)常是由長或者中等的鏈長度的摻雜纖維素的增稠劑給予的，并且這些非常有助于非牛頓流。適合于使用在含水建筑涂料組分中的增稠劑的充分說明在由E J Schaller和P R Sperry為作者的，L J Calbo編輯的“涂料添加劑手冊”的第2卷第4章中給出，第2章的內(nèi)容在此結(jié)合作為參考。
Schaller和Sperry解釋說在乳膠涂料中需要增稠劑以調(diào)整粘性，以控制涂料的不同性能，這些性能包括流掛以及薄膜的形成和均勻性。它們列出了能夠增加粘性的多種方法，但是總結(jié)出增稠劑(它們可選擇的稱為“水溶性聚合物”)提供了更有效的和可控制的調(diào)整粘性的手段。Schaller和Sperry繼續(xù)分析了被稱為“非締合型增稠劑”和“締合型增稠劑”兩個類型增稠劑之間的差別。非締合型增稠劑是水溶性的(或者至少水可膨脹的)聚合物，其主要通過它們的聚合體鏈的疊加和/或糾纏，和/或通過它們在涂料組分之內(nèi)占據(jù)大量的空間而增加粘性。這些作用通過它們的聚合體鏈的分子量，剛性和直線性進行促進。締合型增稠劑也是水溶性的(或者至少水可膨脹的)聚合物。它們已經(jīng)在化學性質(zhì)上附加疏水基，這些疏水基能夠自我結(jié)合進入膠束類的裝置之內(nèi)以及非專性的吸附在所有的存在的膠質(zhì)表面上。這些特性類似于傳統(tǒng)的表面活性劑。其導致了聚合體鏈的瞬時的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這增加了涂料組分的布氏粘度。
到目前為止，最重要的非締合型增稠劑是長的，中等的或者短的鏈纖維素醚，被稱為“纖維素制品”，其包含直的和剛性聚合主鏈，使得纖維素塑料在增加含水體系的粘性方面是特別有效的。鏈長度根據(jù)從粘度測量導出的重量平均分子量定義。纖維素制品的例子包括羥乙基纖維素，甲基纖維素，羥丙基甲基纖維素和二乙基羥基纖維素。
長鏈(例如分子量在250000Da之上)和中鏈(例如100000到250000Da)纖維素制品通過鏈纏結(jié)增加了粘性，其使得高布氏粘度在低濃度被實現(xiàn)。然而如果纖維素制品的濃度必須增加到實現(xiàn)對高薄膜構(gòu)造需要的高剪切粘性，它們還賦予涂料組分不希望有的高彈性，這會導致噴涂期間的霧化較差，并且抑制新噴涂的涂料的均勻性。
短鏈纖維素制品(例如分子量在100000Da之下)主要通過濃縮作用(例如體積的占據(jù))增加粘性，因此它們很少會在彈性上產(chǎn)生不希望的增加。然而，需要較高的濃度以實現(xiàn)所需的布氏粘性。這種高濃度使用是昂貴的并且當變干時，它們顯著地損害了所噴涂的涂料的防水性。
締合型增稠劑克服了纖維素制品的缺陷。所產(chǎn)生的瞬時的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使布氏粘度增加，這比得上高分子量纖維素制品所實現(xiàn)的。這允許它們可以以相對小的濃度使用，這樣不會嚴重損害干的涂料的防水性。同樣，締合型增稠劑的分子量相對較低，并且因此它們不會形成產(chǎn)生不希望有的高彈性的糾纏，其中這種高彈性會阻礙噴涂和均勻性。
Schaller和Sperry報告說廣泛疏水的改性的相當性能的四個主要類型已經(jīng)在含水的涂料組分中發(fā)現(xiàn)廣闊的商業(yè)用途。第一主要類型是疏水改性的可溶于堿液的乳液或者“HASE”類型。HASE的商業(yè)的例子具有親水的主鏈，其包括聚合或者共聚不飽和羧酸鹽，或者酸酐，諸如丙烯酸或者甲基丙烯酸或者馬來酸酐。親水的部分，諸如聚烷撐二醇(例如聚乙二醇)附于親水的主鏈上，并且疏水基依次附著于親水的部分上。使用時，這些HASE的溶液被作為自由流動液體增加到在中性的或者弱酸性的pH值的涂料組分中。然后將pH值升高到弱堿性的條件，羧酸根陰離子被形成，布氏粘度得以增加。
締合型增稠劑的第二種類型是疏水的改性羥基烷基(特別乙基)纖維素或者“HMHEC”類型，其通過將長鏈烷基環(huán)氧化物添加到用作非締合型增稠劑類型的羥烷基纖維素而方便地制成。
締合型增稠劑的第三種類型是塊/冷凝共聚物“HEUR”類型，其包括親水塊和通常終止在疏水基中的疏水塊。親水塊由所述的低于10000Da的相對低分子量的聚烷撐氧(特別是聚環(huán)氧乙烷)部分提供，優(yōu)選3400到8000Da。親水塊與例如疏水的尿烷成形二異氰酸酯進行凝結(jié)，諸如二異氰酸甲苯。
締合型增稠劑的第四種類型是疏水改性的聚丙烯酰胺類型，其中疏水基作為自由基共聚物與正的烷基丙烯酰胺相結(jié)合。這些在酸性的涂料組分中最有用。
在Schaller和Sperry的綜述性文章中已經(jīng)引入了締合型增稠劑的第五主要的類型。這是疏水改性的乙氧基氧化物尿烷堿可膨脹的乳液或者“HEURASE”類型。此類型結(jié)合了HASE和HEUR類型的功能。
許多表面，特別是粗加工(即未刨平的)木材的表面，是無涂層的，甚至在它們得益于利用建筑涂料實現(xiàn)裝飾性的或者保護效果的環(huán)境中。據(jù)估計在英國，得益于含水的涂料的表面的三分之二無涂層，因為通過刷子或者滾輪進行涂覆是非常費時的。例如當涂料組分是含水的和粘性時，一塊粗加工木材的標準尺寸柵欄板采用刷子涂覆要花費大約9到10分鐘，或者通過滾輪涂覆要花費4到5分鐘。使用運行在超過50巴的壓力下的電動無空氣高壓噴涂設(shè)備的專業(yè)油漆工能夠在30到60秒內(nèi)對相同板進行涂覆。不幸地，很少有業(yè)余用戶愿意購買這種裝置，他們使用這種高壓也是不舒服的。
使用手動壓縮機能夠加壓到大約3巴的便宜的低壓力噴涂設(shè)備被用于業(yè)余用戶(特別是園林工人)廣泛采用，用于噴射有機溶劑基液體，諸如木材著色料，殺菌劑和生物殺傷劑。這些組分可以簡單的噴射，因為它們具有微不足道的布氏粘度并且包含低的或者零濃度的固體材料。通常低的布氏粘度是必要的，如果這些液體要求滲入木材或者流入植物的難接近的部分時。試圖采用相同的裝置去噴射具有在22攝氏度下至少0.5(但是通常不超過50，并且通常是1到12)pa.sec的布氏粘度，以及固體含量在7wt％之上的含水建筑涂料組分(尤其含水的木材著色料)，會導致小的半徑的大致圓柱形射流的產(chǎn)生，其只是撞擊在目標表面的極小的、大致圓形區(qū)域上。這些區(qū)域的小尺寸使得涂覆過程非常費時。
為了快速涂覆，還需要噴涂設(shè)備能夠每分鐘噴射含水建筑涂料組分大的體積。優(yōu)選地，組分以至少0.2(優(yōu)選0.3到0.7)升/分鐘的體積速度被傳送給優(yōu)選距離為約300mm的目標表面，另外目標表面僅僅能夠緩慢地橫向移動。
由于導致此發(fā)明的新發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可能，當采用粘性含水的非牛頓的建筑涂料組分對表面進行無空氣噴涂的情況下，甚至當包含分散固體物質(zhì)時，能設(shè)計一個快速的方法。而且，該方法使用便宜的噴涂設(shè)備，該噴涂設(shè)備運行在足夠低的由業(yè)余用戶舒適使用的壓力下，并且該壓力能由手動壓縮機容易的產(chǎn)生。
因此，本發(fā)明提供一種采用粘性含水的非牛頓的建筑涂料組分對表面進行無空氣噴涂的方法，該組分采用包括粘合劑聚合物和從色料、染料、遮光劑和補充劑中選擇的成分，該組分適合于涂覆垂直表面，其中a)該組分包含增稠劑，和b)該組分受到2.5到5巴(優(yōu)選3到4.3巴)的壓力，然后從噴嘴噴射，以產(chǎn)生涂料組分的流出物，該流出物具有非收斂的邊界，至少直到其已經(jīng)形成一個寬度方向上至少30mm的前部。
本發(fā)明還提供一種采用粘性含水的非牛頓的建筑涂料組分對表面進行無空氣噴涂的方法，該組分包括粘合劑聚合物和從色料、染料遮光劑和補充劑中選擇的成分，該組分適合于涂覆垂直表面，其中a)該組分包含締合型增稠劑，和b)該組分受到2到5巴的壓力，然后從噴嘴(50)中的排出孔(52)噴射，以產(chǎn)生基本上扁平的涂料組分的流出物(31)。
優(yōu)選地，噴嘴定義了狹槽形式的排出孔，其中狹槽通過噴嘴從組分的流動方向橫向的延伸。更具體地說，排出孔包括具有第一或者“較大”尺寸的細長的出口，其通過噴嘴從組分的常規(guī)流動方向橫向延伸。出口具有垂直于較大尺寸的第二或者“較小”尺寸，其也通過噴嘴從組分的流動方向橫向延伸。總之，較大的和較小尺寸定義通過噴嘴與組分的常規(guī)流動方向橫向的狹槽。優(yōu)選地，較小尺寸具有0.25到0.45mm的最大尺寸(優(yōu)選0.3到0.4mm)，并且較大尺寸具有0.5到1.5mm的尺寸。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當粘性含水的非牛頓的建筑涂料組分在低于2.5巴的壓力下被傳送到噴嘴時，出自排出孔的組分的流出物開始是分叉的，但是它的邊界很快收斂以形成大致圓柱形噴射，其迅速地碎裂形成尺寸不規(guī)則的大的液滴流。當對著目標表面時，大的液滴流僅僅涂覆表面的微小的區(qū)域，因此涂覆整個表面將是非常慢的過程。并且，此微小的目標區(qū)接收涂料組分大量的傳送(特別是在0.2升/分鐘以上的輸送速度)，這將導致組分的過量，如果該表面是垂直的話，其將沿著目標表面滴下。此事件的過程在附圖的圖1中示出。與噴涂設(shè)備有關(guān)的流動的本性不能適當?shù)睦斫猓侨藗儾聹y在壓力低于2.5巴的情況下，當其離開排出孔的出口時，組分的表面張力相對于存在于組分中的慣性力相當大，因此表面張力在流向的邊界處迅速下降，以形成大致圓柱形噴射，隨后形成大的不規(guī)則的液滴。
輸送壓力的增加會加速通過排出孔的流動，據(jù)推測這使得慣性力進一步與表面張力平衡，因此產(chǎn)生更長，更寬和更平的(即扁平的)流動，如圖2所示。流動再次開始具有分叉的邊界，隨后，在流動再一次分裂成大液滴之前，其可能通過表面張力引起收斂。碎裂僅僅發(fā)生在流動已經(jīng)形成相對平的流動之后，該流動具有更寬的前部，其離出口間隔更大并具有更適當?shù)木嚯x。該寬的前部能夠橫向越過目標表面，在其上涂覆涂料組分帶，該帶的寬度類似于使用所述的30mm寬度的小的漆刷所獲取的。因此它提供了一種可用的但是相對緩慢的涂覆方法。
如果輸送壓力增加到超過3巴，推測出慣性力和表面張力趨向更加平衡平衡，其結(jié)果是平的流動加寬，以產(chǎn)生大致拋物線的扇狀尾，如圖3所示。使用超過3.5巴的壓力的情況下，此扇狀尾能夠在碎裂形成大的液滴之前達到超過100mm的寬度。這種寬度相當于相當寬的刷子，因此假設(shè)組分正在每分鐘噴射有效容積，則該組分能夠快速噴涂到目標表面上。當它離開排出孔時，該扇狀尾包括組分的同質(zhì)的分布，其對于可接受的均勻涂層是重要的，但是并不知道扇狀尾是否包括整片的液體或者密集的微滴的霧化的霧或者可能是兩者結(jié)合。
最后，增加壓力到4.5和5巴之間的某處會導致流動在接近于排出孔分裂。這導致排出的組分立即形成非常大的液滴，如圖4所示。這種大的液滴產(chǎn)生非常不均勻的涂層，其通常由條紋的外形所表征。推測出慣性力現(xiàn)在大大超出表而張力控制流動的形狀的能力。因此，將出現(xiàn)不能預(yù)料的在2.5和5巴之間的窗口條件，其允許粘性的非牛頓的含水建筑涂料組分的噴射，其采用足夠由手動操作的壓縮機舒適地產(chǎn)生的低壓。形成最優(yōu)的扇狀尾的優(yōu)選壓力范圍是3.5到4.5巴，但是3.2到3.6巴更適合由身體不是很強壯的女性業(yè)余用戶使用。
選擇最佳噴嘴幾何結(jié)構(gòu)是簡單的問題。建議開始時，噴嘴應(yīng)該被選擇其出口具有在優(yōu)選范圍的大致中間的較大和較小尺寸，分別為所述的0.33mm和0.75mm，然后輸送壓力能夠逐步從3.2巴變化到4.5巴，以研究流動如何隨著該范圍內(nèi)的壓力進行變化。如果更大寬度的流動是優(yōu)選的，噴嘴應(yīng)該用一個具有小于0.33mm的較小尺寸的出口進行替換，以便增加陡峭性，因此減少排出的組分的粘性。這增加了排出物的速度和流動寬度，因為在系統(tǒng)中的慣性力隨速度而增加，因此表面張力更容易克服，以產(chǎn)生更寬的流動。
相反地，如果用于涂覆更窄的物品，諸如門或者窗框，更窄的流動是優(yōu)選的，出口的較小尺寸應(yīng)該增加到超過0.33mm，從而減少剪切并且保持更多粘性。這減少了排出的速度和慣性力，因此表面張力能更好的在流動的寬度中吸收。
為了便于噴射，在高剪切力下，即10000/秒的剪切速率下，優(yōu)選組分的粘度在22攝氏度下應(yīng)該減少到0.015到0.5pa.sec，該剪切速率由ICI錐板式粘度計測量，如ASTM測試D4827-88中描述的。當使用具有3mm初選間距的6mm板根據(jù)在Haake Caber 1使用手冊中描述的過程測量時，優(yōu)選的，組分還應(yīng)該具有低于0.4pa.sec的拉伸粘度，并且特別是低于0.2pa.sec，該使用手冊可以從德國Karsruhe的Thermo Haake(國際)獲得。
排出孔上游并通向排出孔的壓力通風部件對組分的傳送，也可以有效地用于調(diào)節(jié)在出口區(qū)域中的組分的粘度。優(yōu)選地，壓力通風部件應(yīng)該具有通過噴嘴與流動方向橫向的尺寸，從0.5到3(特別是1.3到2.7)mm，以及0.2到4(特別是0.2到3)mm的長度。最便利地，其應(yīng)該是圓柱形以及與出口的較大尺寸幾乎相同的橫向尺寸(即半徑)。壓力通風部件的橫向尺寸的增加和/或縱向尺寸的降低會減少剪切力和粘度損失，導致自排出孔的更緩慢的排出速度和更窄的流動。相反地，壓力通風部件的橫向尺寸的降低和/或縱向尺寸的增加會增加剪切力和粘度損失，導致自排出孔的更快的排出速度和更寬的流動。
優(yōu)選的噴口幾何結(jié)構(gòu)包括采用半球形封頭終止的壓力通風部件，該半球形封頭除了排出孔之外是封閉的。孔口優(yōu)選由想象的侵入到由兩個相對互相傾斜的面組成的楔形物的半球體中，傾斜面接觸以定義在壓力通風部件內(nèi)部的想象的前緣。前緣實際上定義自排出孔的出口的較大尺寸。出口的較小尺寸的最大值由在傾斜面之間的最大距離定義，當它們進入壓力通風部件的半球形封頭中時。
這些平面優(yōu)選是傾斜的，以25度到55度(特別是35度到45度)的角度進入到壓力通風部件。優(yōu)選地，前緣侵入到一個點上，該點在半球體的“末端平面”上或者在其平行平面上，而該平行平面僅僅在末端平面的上游或者下游。半球體的“末端平面”是圓形平面，其半徑等于該半球體形成一半的球體的半徑。
其中該楔形物穿過不比半球體的末端平面更遠，出口具有橢圓的伸出形狀。如果楔形物穿過更遠，伸出形狀是縮減的橢圓形狀，其端部由壓力通風部件的圓柱形部分定義并且因此被縮減，并且具有比該形狀真正是橢圓時更小的曲率。更小的曲率很可能產(chǎn)生均勻的涂層并且特別地，該涂層很少包含條紋。優(yōu)選地，平行平面應(yīng)該僅僅在末端平面的上游或者下游的不超過0.8mm處。
在半球體之內(nèi)的楔形物的互相傾斜面的部分一起定義兩個相對的互相傾斜面，它們基本上是半圓形的。這意味著在排出孔的中部流動的組分在一段較長時間內(nèi)，將比在出口的橫向區(qū)域流動的組分更接近排出孔的表面。因此，在中部的組分將比在橫向區(qū)域的組分在排出孔中接收更多的剪切力，這補償了在中部的組分可能在其它地方接收較少剪切力的這種情況。這種補償可能有助于在目標表面形成更同質(zhì)的涂層。
為了最小化由于不規(guī)則的手動加壓引起的任何壓力脈沖，噴嘴還可以有效的包括一個在壓力通風部件上游并且與其連通的大的室。假如該室相對于壓力通風部件較大，它的精確的尺寸不是嚴格的但是用于引導，建議它的橫向尺寸大約是通風部件橫向尺寸的5到10倍，并且它的長度是5到20(優(yōu)選6到8)mm。
在噴嘴的一種改進型中，其在壓力通風部件的上游另外配備有輔助的(優(yōu)選地圓形的)孔口，其接收在從2.5到5巴的輸送壓力下的組分并且引導其朝著壓力通風部件。輔助孔口的優(yōu)選橫向尺寸為0.8到1.5mm，它的優(yōu)選長度為1.7到2.3mm，并且跨過孔口的壓降優(yōu)選為0.5巴到2巴。優(yōu)選地，從輔助孔口流入如上所述的大的橫向尺寸的室，然后進入壓力通風部件。這種輔助孔口和大的室的利用能夠?qū)闹鞒隹谂懦龅膶恿鞯膶挾仍黾拥酱蟠蟾哂?20mm，通常超過400mm。這提供了極其快速的涂覆方法。
改進噴嘴的沒有預(yù)料到的優(yōu)點是它對于阻塞的抵抗力。大多數(shù)的含水涂料具有低濃度的包含色料或者遮光劑顆粒的不需要的團塊的風險，通常200μm或者更大的團塊，其中μm等于10-6m。這些團塊能夠積聚在噴嘴中并且阻塞它的排出孔。據(jù)推測在改進噴嘴中的剪切力足以破碎該團塊。
其它可能影響慣性力和表面張力之間的平衡并因此影響排出流體的寬度和穩(wěn)定性的因素當然是表面張力本身本身的大小和組分的密度。這兩個因素由用于構(gòu)成現(xiàn)在的建筑涂料組分的復雜的公式所確定，因此它們的任一個都不容易變化。理論上，表面張力能夠通過向組分中加入清潔劑而被減少，但是這通常增加了組分對于水的敏感性，例如涂料對于雨的敏感性。因此，表面張力的變化很少是一個實用的選擇。大多數(shù)的建筑涂料在22攝氏度時具有23到45N.10-3/m的表面張力。
在建筑涂料組分中的密度受到諸如金紅石二氧化鈦(還作為白色色料)的重的無機遮光劑濃度，或者諸如白堊或者粘土的有色色料或者補充劑(extender)的濃度的強烈影響。色料和補充劑濃度被小心地選擇，以產(chǎn)生精確的色彩，色度或者亮度，因此僅僅變化它們的濃度以調(diào)整密度幾乎是不實用的。總之，在沒有對于不透明性和顏色的不能接受的后果情況下，密度不能顯著的變化。通常，建筑涂料組分的密度為1.01到1.6kg/升，木材著色料和殺菌劑通常為1.01到1.2kg/升，涂料為1.2到1.6kg/升，如果諸如金紅石的致密色料或者遮光劑是需要的話。因此對于木材著色料和殺菌劑來說，涂料組分的固體含量可以為7wt％到12wt％，并且對于涂料來說，可達到70wt％以上。
本發(fā)明還提供了采用粘性的非牛頓的含水建筑涂料組分對表面進行無空氣噴涂的裝置，其中該裝置包括a)包含粘合劑聚合物、增稠劑和從色料、染料、遮光劑和補充劑中選擇的成分的容器，b)與該容器連通并且包含排出孔的噴嘴，c)能夠產(chǎn)生2.5到5巴壓力的手動壓縮機，和d)從該容器釋放2.5到5.0巴范圍內(nèi)壓力的減壓閥，借此通過手動壓縮機產(chǎn)生的壓力使得來自容器的組分從排出孔中噴射出。優(yōu)選地，該裝置還包括排出孔上游的輔助孔口和從輔助孔口到排出孔的管道裝置，從而使得組分從排出孔噴射之前能夠通過輔助孔口。
雖然本發(fā)明主要是為使用手動壓縮機設(shè)計的，如果改進的話，其能夠使用通過低壓家用壓縮機產(chǎn)生的壓力，如果它們能夠產(chǎn)生2.5到5巴的壓力。
布氏粘度的測量布氏粘度是在22攝氏度下采用布氏粘度計進行測量，型號HA由位于Massachusetts，Middleboro的布氏工程實驗室公司提供。基本上，布氏粘度計包括攜帶盤的可旋轉(zhuǎn)軸桿，當實施測量時，該盤浸入到涂料組分中，在其表面下面的大約10mm。組分應(yīng)該提供于具有至少100mm直徑的圓筒形容器中，以便避免由于接近容器壁產(chǎn)生的誤差。
為了實施實現(xiàn)本說明書目的的測量，選擇布氏3號軸桿，其浸入組分中并且在10號布氏速度下至少旋轉(zhuǎn)三圈。軸桿連接到轉(zhuǎn)矩測量裝置上，該轉(zhuǎn)矩測量裝置被標準化以根據(jù)組分的粘度表示扭矩，直接的或者在由布氏規(guī)定的乘法器的操作之后。
下面將參照附圖對本發(fā)明和優(yōu)選實施例進行描述，其中圖1是當輸送壓力低于2.5巴時從排出孔排出的流出物的圖形表示。
圖2是當輸送壓力超過2.5巴時從排出孔排出的流出物的圖形表示。
圖3是當輸送壓力在3到4巴的最佳范圍時，自排出孔的出口2排出的扇狀尾液流的圖形表示。
圖4是當輸送壓力超過5巴時從排出孔排出的液流的圖形表示。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的噴嘴的正視圖，圖6是沿圖5的線A-A截取的通過噴嘴的截面，圖7是沿圖5的線B-B截取的通過噴嘴的截面，圖8以較大的比例示出了圖6和7中所示的圍繞半球形封頭和楔形物形狀的區(qū)域，圖9以較大的比例示出了經(jīng)過改進的排出孔，圖10以較大的比例示出了本發(fā)明的改進型的截面，圖11表示連接到用于輸送軟管的連接器的噴嘴。
圖1示出了自排出孔的出口2排出的組分的流出物11的形狀，當輸送壓力小于2.5巴時該形狀是可預(yù)期的。流出物11開始具有扁平外形，其迅速地收斂形成大致圓柱形射流12。射流12是不穩(wěn)定的，并且在撞擊目標表面4的微小的區(qū)域3之前碎裂形成大的不規(guī)則的液滴13，目標表面4與出口2間隔650mm。
圖2示出了增加輸送壓力超過2.5巴的效果，其中排出的流出物21開始具有分叉(divergent)的扁平外形，其在組分通過出口2的橫向方向上大約為30mm的寬度。在碎裂形成大的不規(guī)則液滴22之前，流出物21從出口延伸得更遠。流出物21首先橫向發(fā)散，然后在變得不穩(wěn)定并碎裂形成液滴22之前收斂到縮頸部分24。由于流出物21的較大寬度，有可能將其用于目標表面4a(用虛線示出)的適當快速的涂覆，該目標表面4a設(shè)置在比表面4更接近排出孔2并且在縮頸部分24的上游。
圖3示出了增加輸送壓力達到3.5到4巴的最佳范圍的效果。可以得到扁平的流出物31，其橫向發(fā)散以產(chǎn)生具有大致拋物線的邊界35的形狀，并且保持穩(wěn)定直到其撞擊到目標表面4。在其撞擊目標表面4時，液流31的寬度增加到超過100mm。
圖4示出了超過5巴的輸送壓力的效果，其中排出的流出物41離開排出孔2時仍然具有扁平外形，但是其是不穩(wěn)定的，并且在其到達目標表面4很久之前就迅速地分裂為大的不規(guī)則的液滴43。
圖5示出了優(yōu)選噴嘴50的正視圖，該噴嘴具有通向楔形空間51的開口51a，該空間51(如圖8所示)由互相傾斜面51b限制。如圖8中最好地示出，平面51b侵入穿過壓力通風部件54的半球形封頭54a，因此限定出排出孔52的出口52a。傾斜面對著40度的角度并且終止在一個位于半球形封頭54a的末端面54b的想象的前緣51c。如圖8所示，在傾斜面52b上以及在半球形封頭54a上的點52c和52d之間延伸的距離在通過噴嘴50的組分的流動方向的橫向上延伸，并且定義了出口52a的最大的第二或者較小尺寸。前緣51c在通過出口52a的組分的流動方向的橫向上延伸，并且還垂直于噴嘴50的第二尺寸，并且因此當其在半球形封頭54a之內(nèi)時，前緣51c定義了出口52a的第一或者較大尺寸。
壓力通風部件54的半球形封頭54a是封閉的，除了排出孔52之外。
噴嘴50具有大的室53(如圖6和7中示出)，其與壓力通風部件54連通并且位于壓力通風部件54的上游。大的室53與連接器55連通，該連接器55適于容納軟管(未示出)，通過該軟管，在2.5到5巴壓力下的建筑涂料組分能夠被傳送。大的室53消除任何超壓脈沖并且引導輸送組分進入壓力通風部件54之內(nèi)，從該壓力通風部件54，該組分穿過排出孔52和它的出口52a以形成為流出物31。開口51a和出口52a設(shè)置在由臺肩58限定出的保護通道57內(nèi)。
圖9以大的比例示出了經(jīng)過改進的排出孔52x的出口形狀的投影。排出孔52x由一對互相傾斜面限定出，其延伸超過半球體的末端面并且進入壓力通風部件的圓柱形部分，因此形成在端部59x上的縮減橢圓形。端部59x是從真實的橢圓形插入，并且因此具有較小的曲率，其用來減少涂層產(chǎn)生條紋的趨勢。縮減橢圓形的小直徑是出口的較小尺寸的最大值，同時它的縮減最大直徑是出口的較大尺寸。
圖10示出圖5到9中示出的實施例的一種改進型。在圖10中，兩個部分的噴嘴60具有壓力通風部件64，其比圖6和7中示出的壓力通風部件54更短。壓力通風部件64在壓力下從大的室65中接收組分，在組分已經(jīng)通過輔助孔口66之后，大的室65依次容納組分。大的室65和壓力通風部件64一起作為用于從輔助孔口66輸送組分到排出孔52的管道。輔助孔口66減少由于組分中的團塊引起阻塞的趨勢，并且還導致產(chǎn)生更寬的扇狀尾。
圖11示出與連接器67連通的諸如噴嘴60的噴嘴怎樣通過連接器69連接到輸送軟管(未示出)上，其中該輸送軟管推入配合在連接器69的端部上。
噴嘴可由諸如聚縮醛或者聚丙烯等熱塑性材料模制形成。
通過下面的實例對本發(fā)明進行進一步的說明。
實例1粘性含水的非牛頓木材著色料通過混合表1所示的成分配制成。該木材著色料在22攝氏度下具有2.8到3.0pascal.sec的低的絕對布氏粘度，0.02pa.sec的ICI錐板粘度，35mN/m的表面張力和1.015千克/升的密度。木材著色料被供給到5升容器中，在所述容器中裝配有能夠產(chǎn)生3到至少4.5巴壓力的手動壓縮機。使用該壓縮機，木材著色料從容器中取出，并且通過10mm直徑的軟管輸送到噴嘴中，如參考附圖5到10描述的，并且從其出口排出。
表1
實例2粘性含水的非牛頓柵欄涂料通過混合表2所示的成分配制成。該涂料在22攝氏度下具有2.0pa.sec的低的絕對布氏粘度，0.08pa.sec的拉伸粘度，35mN/m的表面張力和1.027千克/升的密度，以及10.1wt％的固體含量。該涂料被供給到5升容器中，在所述容器中裝配有能夠產(chǎn)生3到至少4.5巴壓力的手動壓縮機。使用該壓縮機，涂料從容器中取出，并且通過10mm直徑的軟管輸送到噴嘴中，如參考附圖10到11描述的，并且從其出口排出。流出物被引導到距噴嘴排出口300mm的垂直表面，流出物以很少的條痕或者滴落涂覆該表面。
表2
*Acrysol TT-615是堿性可膨脹的丙烯酸類聚合物，其通過費城的Rohm andHaas公司供給作為締合型增稠劑。
權(quán)利要求
1.一種采用粘性含水的非牛頓建筑涂料組分對表面進行無空氣噴涂的方法，該涂料組分包括粘合劑聚合物和從色料、染料、遮光劑和補充劑中選擇的成分，該組分適合于涂覆垂直表面，其中a)該組分包含增稠劑，和b)該組分受到2到5巴的壓力，然后從噴嘴(50)中的排出孔(52)噴射，以產(chǎn)生該涂料組分的流出物(31)，該流出物具有非收斂的邊界(35)，至少直到其形成一個寬度方向上不小于最小30mm的前部。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該增稠劑包括締合型增稠劑。
3.一種采用粘性含水的非牛頓建筑涂料組分對表面進行無空氣噴涂的方法，該涂料組分包括粘合劑聚合物和從色料、染料、遮光劑和補充劑中選擇的成分，該組分適合于涂覆垂直表面，其中a)該組分包含締合型增稠劑，和b)該組分受到2到5巴的壓力，然后從噴嘴(50)中的排出孔(52)中噴射，以產(chǎn)生涂料組分的基本上扁平的流出物(31)。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中該組分通過排出孔上游的輔助孔口(66)。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中該組分在22攝氏度下具有至少0.5Pa.sec的布氏粘度。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中該組分從排出孔噴射出，排出孔的孔口是狹槽的形式。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該狹槽基本上是橢圓形或者縮減橢圓形的。
8.如權(quán)利要求6或者7所述的方法，其中流出物呈大致拋物線扇狀尾的形狀。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中該組分具有至少7wt％的固體含量。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中該壓力通過手動操作的壓縮機產(chǎn)生。
11.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中該組分通過排出孔的上游的壓力通風部件。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中壓力通風部件是圓柱形的，其終止在半球形封頭(54a)，包括傾斜面(51b)的楔形假想地侵入該半球形封頭(54a)中并且限定出排出孔。
13.一種采用粘性含水的非牛頓建筑涂料組分對表面進行無空氣噴涂的裝置，其中該裝置包括a)容器，其包含粘合劑聚合物、增稠劑和從色料、染料、遮光劑和補充劑中選擇的成分，b)噴嘴(50)，其與容器連通并且包括排出孔(52)，c)能夠產(chǎn)生2.5到5巴壓力的手動操作的壓縮機，和d)從該容器釋放2.5到5.0巴壓力的減壓閥，借此通過手動壓縮機產(chǎn)生的壓力使得來自容器的組分從排出孔中噴射出。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中該裝置包括排出孔上游的輔助孔口(66)和從輔助孔口到排出孔的管道裝置，從而使得組分在從排出孔噴射之前能夠通過輔助孔口。
15.如權(quán)利要求13或者14所述的裝置，其中所述排出孔包括狹槽(52a)。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中該狹槽的形狀是橢圓形或者縮減橢圓形。
17.如權(quán)利要求15或者16所述的裝置，其中所述噴嘴包含排出孔上游的壓力通風部件(54)。
18.如權(quán)利要求15至17中任一項所述的裝置，其中所述壓力通風部件終止在半球形封頭(54a)，包括互相相對的傾斜面(51b)的楔形假想地侵入該半球形封頭(54a)中，并且限定出排出孔的形狀。
19.如權(quán)利要求13至18中任一項所述的裝置的一種變型，其中所述壓縮機由能產(chǎn)生2.5到5巴壓力的家用裝置替換。
全文摘要
一種采用粘性含水的非牛頓的建筑涂料組分對表面進行無空氣噴涂的方法，其中該涂料組分優(yōu)選包含締合型增稠劑，且受到優(yōu)選由手動操作的壓縮機產(chǎn)生的2.5到5巴的壓力作用，然后從噴嘴(50)中的優(yōu)選的狹槽形狀的排出孔(52)噴射出，以產(chǎn)生具有邊界(35)的組分的流出物(31)，該邊界發(fā)散，至少直到其形成一個寬度方向上至少30mm的前部。該組分優(yōu)選具有至少0.5pa.sec的布氏粘度和7wt％的固體含量。用于實施該方法的裝置包括一個容納涂料組分的容器，具有排出孔的噴嘴，手動操作的壓縮機和在壓力范圍2.5到5巴內(nèi)可致動的減壓閥，以及優(yōu)選位于排出孔上游的輔助孔口。該方法和裝置使得粘性組分能夠采用由手動壓縮機易于產(chǎn)生的較低壓力快速噴涂。
文檔編號B05D1/02GK101022891SQ200580027194
公開日2007年8月22日 申請日期2005年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月13日
發(fā)明者S·因紹斯蒂-埃奇奧拉扎, R·穆佐拉斯 申請人:帝國化學工業(yè)公司