TWI408188B - 單液型塗料及高光澤塗層之形成方法 - Google Patents

Description

單液型塗料及高光澤塗層之形成方法

本發明係關於一種高光澤塗層，更特別關於其應用之單液型塗料。

當施加一入射角60度之可見光於塗層後，以泛用光澤度計於反射角60度之位置測量反射光的光強度。若光強度超過90%，甚至達到100%的全反射，則此塗層即所謂的高光澤塗層。目前高光澤塗層應用之主要塗料為雙液型塗料。所謂的雙液型塗料，一般包含樹脂、硬化劑、顏料、以及其他加工助劑。硬化劑的種類端視樹脂種類而定，若樹脂為環氧樹脂，則硬化劑為陽離子型硬化劑。若樹脂為丙烯酸類樹脂(俗稱壓克力)，則硬化劑為自由基型起始劑如熱起始劑或光起始劑。若樹脂為聚氨酯，則硬化劑可為胺類或醇類如雙醇(diol)、三醇(triol)、或多醇(polyol)。一般而言，雙液型的熟化時間需三天以上，提高了時間成本且不利量產。然而，若採用不需硬化劑的單液型塗料，雖然可以縮短熟化時間，但無法達到高光澤的需求。綜上所述，目前亟需一種塗料，可同時兼顧短熟化時間及高光澤這兩種需求。

本發明提供一種單液型塗料，包括顏料溶液與聚氨酯溶液；其中聚氨酯溶液係聚氨酯樹脂溶於混合溶劑中；顏料溶液係奈米級顏料分散於單甲基醚丙二醇乙酸酯中。

本發明亦提供一種高光澤塗層之形成方法，包括將聚氨酯樹脂溶於混合溶劑中，形成聚氨酯溶液；將奈米級顏料分散於單甲基醚丙二醇乙酸酯中，形成顏料溶液；將聚氨酯溶液加入顏料溶液中，形成單液型塗料；將單液型塗料噴塗於物件上；低溫烘烤單液型塗料成膜；以及將物件置於濕氣環境中硬化單液型塗料，以形成高光澤塗層。

在本發明之高光澤塗層的形成方法中，首先製備聚氨酯溶液。將聚氨酯樹脂(polyurethane，PU)溶於混合溶劑中即可形成聚氨酯溶液。如前所述，硬化聚氨酯可藉由添加硬化劑如胺類或醇類。但此種作法即所謂的雙液型塗料，將大幅延長熟化時間。另一種硬化方式為高熱硬化法。然而某些物件如顯示器框架的常見材料在超過65℃後將扭曲變形，因此塗料在噴塗或塗佈於上述物件後不適合採用高熱硬化法。因此本發明之聚氨酯採用的硬化法為濕氣硬化法，主要利用空氣中的濕氣作為聚氨酯的硬化劑。此種作法不需額外添加硬化劑，可簡化作業複雜度，同時將熟化時間縮短至3－6小時，可大幅降低作業的週期時間(cycle time)。在本發明一實施例中，聚氨酯的異氰酸酯基約占5至7重量百分比，且聚氨酯基的分子量約介於2000至20000之間。用以溶解聚氨酯樹脂之混合溶劑與聚氨酯樹脂的重量比例約介於2：1至1：1之間。混合溶劑需考量到與聚氨酯樹脂的相容性以及適中的揮發度及沸點。在本發明一實施例中，混合溶劑之沸點約介於70℃至150℃之間，如7重量份單甲基醚丙二醇乙酸酯(propylene glycol methyl ether acetate)、3重量份C_2－8 醇類、以及5重量份C_2－5 酯類的混合物。必需注意的是，在烘烤溫度需低於65℃以避免物件變形的情況下，若混合溶劑之沸點太高，則需較久的低溫烘烤時間以去除混合溶劑。但若混合溶劑之沸點太低，則快速揮發的有機溶劑將造成塗層表面產生凹凸不平的現象。

將奈米級顏料分散於單甲基醚丙二醇乙酸酯中，即可形成顏料溶液，分散的方式可為常見的機械攪拌分散，亦可添加研磨珠進行珠磨分散。奈米級顏料的粒徑約介於50nm至500nm之間，如全球奈米技研所售之90s、52s、或32s。用以分散奈米級顏料之單甲基醚丙二醇乙酸酯與奈米級顏料之重量比例約介於2：1至8：1之間。

在這必需說明的是，上述顏料溶液與聚氨酯溶液的置備順序並無先後之分，亦可同時置備。將聚氨酯溶液加入顏料溶液中即形成單液型塗料。在本發明一實施例中，聚氨酯溶液與顏料溶液的重量比例約介於1：2至3：1之間。必需注意的是，若上述混合為少量置備如小於2kg，則將聚氨酯溶液加入顏料溶液或者將顏料溶液加入聚氨酯溶液的差異不大。但上述混合步驟若為大量置備，如大於工業等級的10kg，則此混合步驟必需將聚氨酯溶液加入顏料溶液中，其形成之單液型塗料在形成塗層後才具有高光澤性。這是因為在將顏料溶液加入聚氨酯溶液時，相對少量的奈米級顏料會被聚氨酯包覆住，因此無法展現應有的光澤度。

接著將上述單液型塗料噴塗於物件如電腦外殼、顯示器框架、手機外殼等高單價3C產品上。雖然將塗料形成於物件上的方法很多，但噴塗的方式較符合本發明的需求。之後低溫烘烤單液型塗料成膜，以揮發方式去除混合溶劑。低溫烘烤的溫度約介於30℃至60℃之間，避免過高溫度傷害物件。最後將物件置於濕氣環境中硬化單液型塗料，以形成高光澤塗層。濕氣環境的濕度以20%至100%之間為佳，越高的濕度其對應之硬化時間越短。在本發明一實施例中，硬化時間約介於3－6小時之間。經上述步驟，即可形成一膜厚約16－45微米之高光澤塗層，其60度視角之反射率約介於90%至100%之間。上述高光澤塗層的顏色可為C.I.NO.P.Bk 7號(黑色)、P.Y 139’、150’(黃色)、P.R 122’、177’、254’(紅色)、P.B 15：1’、15：3’(藍色)、P.G 7’、36’(綠色)、以及P.V 23(紫色)等顏色。

為使本技藝人士更清楚本發明之特徵，特舉例於下述實施例進一步說明。

將5g之奈米級顏料(全球奈米技研所售之90s)攪拌分散於25g之單甲基醚丙二醇乙酸酯，形成顏料溶液。取25g之乙酸乙酯、15g之異丙醇、以及10g之單甲基醚丙二醇乙酸酯，均勻混合後形成混合溶液。將25g之聚氨酯樹脂溶於上述混合溶液形成聚氨酯溶液後，將聚氨酯溶液倒入顏料溶劑中形成單液型塗料。將此塗料噴塗於顯示器框架上後，以60℃之烘箱低溫烘烤30分鐘後，取出置於相對溼度為50%之環境4小時，即得20微米厚之高光澤塗層。以德國畢克(BYK)化學所售之光澤度計測量，其60度視角之反射率約為93%。

雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (13)

1. 一種單液型塗料，包括：一顏料溶液與一聚氨酯溶液；其中該聚氨酯溶液係一聚氨酯樹脂溶於一混合溶劑中；該顏料溶液係一奈米級顏料分散於一單甲基醚丙二醇乙酸酯中；其中該聚氨酯溶液與該顏料溶液之重量比例約介於1：2至3：1之間；其中該聚氨酯溶液中，該聚氨酯樹脂與該混合溶劑之重量比例介於約1：1至1：2之間；其中該顏料溶液中，該奈米級顏料與該單甲基醚丙二醇乙酸酯之重量比例約介於1：2至1：8之間；其中該聚氨酯樹脂包括5至7重量百分比之異氰酸酯基，且其分子量約介於2000至20000之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之單液型塗料，其中該混合溶劑之沸點約介於70℃至150℃之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之單液型塗料，其中該混合溶劑係單甲基醚丙二醇乙酸酯、C_2-8 之醇類、以及C_2-5 之酯類之混合物。
4. 如申請專利範圍第1項所述之單液型塗料，其中該奈米級顏料之平均粒徑約介於50-500奈米。
5. 一種高光澤塗層之形成方法，包括：將一聚氨酯樹脂溶於一混合溶劑中，形成一聚氨酯溶 液；將一奈米級顏料分散於一單甲基醚丙二醇乙酸酯中，形成一顏料溶液；將該聚氨酯溶液加入該顏料溶液中，形成一單液型塗料；將該單液型塗料噴塗於一物件上；低溫烘烤該單液型塗料成膜；以及將該物件置於一濕氣環境中硬化該單液型塗料，以形成一高光澤塗層；其中該聚氨酯溶液與該顏料溶液之重量比例約介於1：2至3：1之間；其中該聚氨酯溶液中，該聚氨酯樹脂與該混合溶劑之重量比例介於約1：1至1：2之間；其中該顏料溶液中，該奈米級顏料與該單甲基醚丙二醇乙酸酯之重量比例約介於1：2至1：8之間；其中該聚氨酯樹脂包括5至7重量百分比之異氰酸酯基，且其分子量約介於2000至20000之間。
6. 如申請專利範圍第5項所述之高光澤塗層之形成方法，其中該混合溶劑之沸點約介於70℃至150℃之間。
7. 如申請專利範圍第5項所述之高光澤塗層之形成方法，其中該混合溶劑係單甲基醚丙二醇乙酸酯、C_2-8 醇類、以及C_2-5 酯類的混合物。
8. 如申請專利範圍第5項所述之高光澤塗層之形成方法，其中該奈米級顏料之平均粒徑約介於50-500奈米。
9. 如申請專利範圍第5項所述之高光澤塗層之形成方法，其中該低溫烘烤之溫度約介於30℃至60℃之間。
10. 如申請專利範圍第5項所述之高光澤塗層之形成方法，其中該濕氣環境之濕度約介於20%至100%。
11. 如申請專利範圍第5項所述之高光澤塗層之形成方法，其中該單液型塗料於該濕氣環境中之硬化時間約介於3至6小時。
12. 如申請專利範圍第5項所述之高光澤塗層之形成方法，其中該高光澤塗層其60度視角之反射率約介於90%至100%之間。
13. 如申請專利範圍第5項所述之高光澤塗層之形成方法，其中該高光澤塗層之厚度約介於16微米至45微米之間。