确定旋转雾化过程中的平均丝长度的方法以及在涂料开发过程中基于该方法的筛选方法技术

本发明专利技术涉及一种用于确定在涂料组合物的旋转雾化时形成的丝的平均丝长度的方法，该方法包括至少步骤(1)至(3)，即，(1)使用旋转雾化器将涂料组合物雾化，所述旋转雾化器具有作为施加体的能够旋转的钟形碟，任选地，(2)使用至少一台相机检测在方法中在钟形碟边缘形成的丝，和(3)对以这种方式获得的光学数据进行数字评估，从而得出在雾化过程中形成的位于钟形碟的钟形碟边缘的丝的平均丝长度。本发明专利技术还涉及在开发涂料制剂时用于汇编电子数据库和筛选涂料组合物的方法，所述方法在上述方法的基础上进行。础上进行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】确定旋转雾化过程中的平均丝长度的方法以及在涂料开发过程中基于该方法的筛选方法
[0001]本专利技术涉及一种用于确定在涂料组合物的旋转雾化时形成的丝的平均长度的方法，该方法包括至少步骤(1)至(3)，具体地，(1)通过旋转雾化器将涂料组合物雾化，所述旋转雾化器包括作为施加元件的能够旋转的钟形杯，(2)借助于至少一台相机光学捕获在钟形杯边缘处形成的丝，以及(3)对由此获得的光学数据进行数字评估，以给出位于钟形杯边缘的雾化形成的那些丝的平均丝长度，以及还涉及在涂料制剂开发时用于汇编电子数据库和筛选涂料组合物的方法，其在前述方法的基础上进行。
现有技术
[0002]尤其是在当今的汽车工业中，存在一系列涂料组合物，例如底涂料，其通过旋转雾化施加到待涂覆的特定基材上。这样的雾化器具有快速旋转的施加元件如钟形杯，例如，其使要施加的涂料组合物雾化，特别是借助于作用的离心力进行雾化，形成丝，从而产生滴形式的喷雾。涂料组合物通常以静电方式施加，以最大化施加效率并最小化过度喷涂。在钟形杯的边缘，特别是借助于离心力而雾化的涂料通过直接向应用的涂料组合物施加高压而被电荷化(直接电荷化)。在将各种涂料组合物施加到基材上之后，将得到的薄膜(在适当的情况下，以其他薄膜的形式在其上再施以其他涂料组合物之后)固化或烘烤，以得到所需的涂层。
[0003]涂料的优化，特别是以这种方式获得的涂料，关于涂料的特定所需特性，例如防止或至少减少光学缺陷和/或表面缺陷例如针孔、浑浊的发生和/或形成趋势，和/或流平特性，是比较复杂的，通常只能通过经验方法来实现。这意味着，必须首先生产出这样的涂料组合物，或者，典型地，在其中已经改变了不同的参数的整个测试系列，然后，如前段所述，必须将其应用到基材上并固化或烘烤。之后，必须对随后得到的涂层系列进行所需性能的调查，以便对所调查的性能的任何可能的改进进行评估。通常情况下，这个过程必须重复多次，并进一步改变参数，直到在固化和/或烘烤后，所调查的涂层的性能得到所需的改善。
[0004]现有技术中已知的实践是基于其剪切粘度行为(剪切流变学)来研究和表征用于生产这种涂料的涂料组合物，以更好地理解其特定的应用特性。在这里可以利用例如毛细管流变仪。但是，该方法的一个缺点是侧重于研究剪切流变学，它没有考虑或没有充分考虑旋转雾化过程中发生的拉伸粘度的相当大的影响(拉伸流变学)。拉伸粘度是材料在拉伸流中的流动阻力的量度。除了剪切流之外，在所有相关的技术方法中，例如在毛细管入口流和毛细管出口流的情况下，通常都会发生这种拉伸流。在牛顿流动行为的情况下，可以从其与常规确定的剪切粘度的恒定比率(Trouton比率)计算拉伸粘度。另一方面，在非牛顿流动行为的情况下，实际上，在各种应用中，发生频率要高得多，通常需要拉伸粘度作为独立于剪切粘度的参数借助拉伸流变仪通过实验确定，为了充分考虑上述描述和表征中的拉伸流变学特性。特别是当执行上述旋转雾化方法时，拉伸粘度可能对雾化过程和丝分解成液滴然后形成喷雾具有相当大的影响。确定拉伸粘度的技术在现有技术中是已知的。这里典型的是通过毛细管破裂拉伸流变仪(CaBER)确定拉伸粘度。然而，迄今为止，还没有可用的技术
来同等充分考虑拉伸力和剪切力，而又不实际雾化正在研究的材料。
[0005]因此，需要一种方法，该方法能够通过研究涂料组合物的雾化行为，来改善通过该雾化制备的涂层的某些所需性能，例如防止或至少减少光学缺陷和/或表面缺陷的发生和/或形成趋势，而不必经历通常要求的涂覆和烘烤的完全操作以生产这种涂层。但是，同样，这种方法不仅应充分考虑它所引起的剪切流变学，而且还应充分考虑拉伸流变学。
[0006]问题
[0007]因此，本专利技术解决的问题是提供一种方法，该方法使得能够研究并且更具体地改善通过旋转雾化生产的涂层的某些期望的性质，例如防止或至少减少光学缺陷和/或表面缺陷的发生和/或形成趋势，而不必通过常规的涂漆方法将使用的涂料组合物涂覆到基材上，特别是不必为了生产涂层而固化和/或烘烤所得的膜，因为这样做相对昂贵且不便，并且至少在经济上不利。这种方法应同样充分考虑在雾化过程中发生的拉伸行为。本专利技术解决的一个具体问题是提供一种用于水性底涂料作为涂料组合物的方法。
[0008]解决方案
[0009]该问题通过在权利要求中要求保护的主题以及在下文的说明书中描述的该主题的优选实施方案来解决。
[0010]本专利技术的第一主题是一种用于确定在涂料组合物的旋转雾化时形成的丝的平均长度的方法，包括至少步骤(1)至(3)，具体地：
[0011](1)通过旋转雾化器将涂料组合物雾化，所述旋转雾化器包括作为施加元件的能够旋转的钟形杯，
[0012](2)通过至少一台相机光学捕获根据步骤(1)中的雾化在钟形杯边缘形成的丝，和
[0013](3)对通过根据步骤(2)的光学捕获获得的光学数据进行数字评估，以得出在雾化时形成的位于钟形杯边缘的那些丝的平均长度。
[0014]令人惊讶地发现，本专利技术的方法允许研究和表征多种不同涂料组合物，尤其是水性底涂料的旋转雾化行为。令人惊奇地，这是基于确定在雾化时出现的位于钟形杯边缘处的丝的平均长度而完成的，当钟形杯在旋转雾化期间用作旋转施加元件时。
[0015]借助于本专利技术的方法确定的平均丝长度可以被结合到电子数据库中，或者可以汇编和/或更新这样的数据库。因此，本专利技术的第二个主题是一种用于汇编和/或更新包含彼此不同的雾化涂料组合物的平均丝长度的电子数据库的方法，该方法包括至少步骤(1)至(3)，(4A)和(5A)，具体地：
[0016]根据本专利技术用于确定第一涂料组合物(i)的平均丝长度的方法的步骤(1)，(2)和(3)，
[0017](4A)将根据步骤(3)确定的第一涂料组合物(i)的平均丝长度并入电子数据库中，以及
[0018](5A)对与第一涂料组合物(i)不同的至少一种其他涂料组合物，至少重复一次步骤(1)至(3)和(4A)。
[0019]根据步骤(4A)将确定的平均丝长度并入数据库中优选进一步包括将分别确定的平均丝长度的各个标准偏差并入数据库中。
[0020]当实施本专利技术的方法时，充分考虑发生的拉伸粘度对可用于生产涂层的涂料组合物的旋转雾化的影响。这尤其是因为在实施本专利技术的方法时考虑了较高的拉伸速率，即高
达100000s-1
的拉伸速率，因此，其拉伸速率高于确定拉伸粘度的常规CaBER测量的拉伸速率，为此，尤其是在底涂料中，只能达到至多1000s-1
的拉伸速率，因此平均丝长的确定是在上述相对较高的拉伸速率下进行的。与常规的CaBER方法相比，通过本专利技术的方法，即使将旋转雾化的钟形杯设置为仅相对较低的旋转速度(转速)，也可以实现并考虑较高的拉伸粘度和较高的拉伸速率。此外，本专利技术的方法使得可以考虑在旋转雾化过程中除了剪切速率和拉伸速率之外还发生的横向流动。在研究剪切流变学或拉伸流变学的任何常规的、已知的方法中都没有考虑这种横向流动。由于本专利技术的方法连同步骤(1)本身包括旋转雾化的实施，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定在涂料组合物的旋转雾化时形成的丝的平均长度的方法，所述方法包括至少步骤(1)至(3)，具体地：(1)通过旋转雾化器将涂料组合物雾化，所述旋转雾化器包括作为施加元件的能够旋转的钟形杯，(2)通过至少一台相机光学捕获根据步骤(1)中的雾化在钟形杯边缘形成的丝，和(3)对通过根据步骤(2)的光学捕获获得的光学数据进行数字评估，以得出在雾化时形成的位于钟形杯边缘的那些丝的平均长度。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(1)中使用的涂料组合物优选为水性底涂料。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤(1)中使用的涂料组合物包含至少一种可用作粘合剂的聚合物作为组分(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)。4.根据权利要求3所述的方法，其中涂料组合物中的组分(b)包含至少一种效果颜料。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中根据步骤(1)的雾化以用于雾化的涂料组合物的100-1000ml/min的排料速度和/或15000至70000转/分钟的钟形杯转速进行。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中根据步骤(2)的光学捕获通过所述至少一台相机在雾化过程中每秒记录所述钟形杯和所述钟形杯边缘的30000至250000张图像进行。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中根据步骤(3)的数字评估通过对根据步骤(2)获得的光学数据的图像分析和/或视频分析进行。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中根据步骤(3)的数字评估基于根据步骤(2)捕获的至少1000张图像进行。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中根据步骤(3)的数字评估包括至少六个阶段(3a)至(3f)，具体地：(3a)在实施步骤(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处理，以从图像中去除钟形杯，(3b)对根据阶段(3a)进行平滑处理后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，并将由此二值化的图像添加到来自阶段(3b)的反转图像中，以得到没有钟形杯边缘的二值化图像，并反转由此获得的图像，(3d)从根据阶段(3c)获得的图像中去除液滴，破碎的丝和未位于钟形杯边缘的丝，以提供图像，在所述图像上所有剩余的定位对象均为丝，(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丝，以及(3f)将在阶段(3e)之后保留在图像中的所有丝逐渐减少到其像素数，将每个丝的像素数相加，基于像素大小确定每个丝的丝长度，并确定测得的所有丝的整体平均丝长度。10.根据权利要求9所述的方法，其中根据阶段(3d)的去除通过以下完成：(i)确定位于图像上所有对象的所有斜边的长度，(ii)如果对于这些对象确定的斜边值落在限定值h以下，将对象标记为图像上的液滴和/或破碎的丝，并消除这些对象，以及(iii)根据它们在图像上的位置，验证其余对象，即丝，它们是否位于钟形杯边缘，并消除不适用此的那些丝。11.一种用于汇编和/或更新包含彼此不同的雾化涂料组合物的平均丝长度的电子数据库的方法，所述方法包括至少步骤(1)至(3)，(4A)和(5A)，具体地：
步骤(1)，(2)和(3)，如权利要求1-10中任一项对于第一涂料组合物(i)所定义，(4A)将根据步骤(3)确定的第一涂料组合物(i)的平均丝长度并入电子数据库中，以及(5A)对与第一涂料组合物(i)不同的至少一种其他涂料组合物，至少重复一次步骤(1)至(3)和(4A)。12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括至少另外的步骤(3A)，(3B)和(3C)，具体地：(3A)将步骤(1)中雾化的第一涂料组合物(i)施加到基材...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：巴斯夫涂料有限公司，
类型：发明
国别省市：