用粘性水性建筑涂料组合物非空气辅助喷涂表面

摘要

用适于遮蔽表面上的痕迹的粘性水性建筑涂料组合物(例如油漆)非空气辅助(例如，无空气)喷涂表面的方法、装置和涂料组合物，所述组合物表现出非－牛顿流动并且包含粘合剂聚合物和超过30wt％的固体成分(尤其是选自增稠剂、遮光剂、颜料和/或补充剂的那些成分)，其中组合物在由手泵或电泵可产生的2.5到5巴的压力下从喷嘴中的孔被排出。适当的组合物具有至少0.5Pa.sec和优选地不超过50Pa.sec的布氏粘度，以及包括用于通过扁圆形或圆形的孔进行喷涂的大量缔合性增稠剂，或可选地，具有从0.05到0.5Pa.sec的表观拉伸粘度。优选地，喷嘴具有对组合物赋予横向力以便使其以旋涡运动进入孔的设备。

说明书

【0001】本发明涉及用粘性水性建筑涂料组合物非空气辅助喷涂表面的 方法和装置，所述组合物是适于遮蔽表面上的痕迹的组合物，所述方法 能够应用不超过5巴的压力处理非牛顿流动。实际上，“非空气辅助喷涂 (non-pneumatically assisted spray-coating)”通常意味着，喷雾的形成不 是由注入空气来辅助，而是有时应用其它气体如二氧化碳代替空气，因 此简言之，“无空气的(airless)”在本说明书中将用以表示，其中喷雾形 成不由空气或任何其它气体辅助的喷涂。本发明还涉及在所述方法和装 置中使用的涂料组合物。

【0002】压力达到5巴的意义是，这是可以从简单的手工操作压缩机—— 通常不精确地被称为“手泵”——获得的压力。也有可能使用电泵产生这 样的压力。

【0003】建筑涂料组合物几乎总是油漆，因此简言之，在本说明书中将 频繁地使用“油漆(paint)”来一般性地指代建筑涂料组合物。适于遮蔽 痕迹的大部分油漆由于它们的假塑性性质而表现出非牛顿流动，这使得 它们在受到高剪切时经历粘度的非线性降低。尽管进行了70余年的喷涂 (尽管是在高压下)，但是仍然没有简单的或可靠的方法来预测这种粘 度的非线性降低将会如何影响所得到的喷雾的性质。

【0004】建筑油漆被设计应用于建筑中所见的表面或作为建筑的一部分 所见的表面，例如墙、天花板、窗框、门和门框、散热器和订做的家具。 一些油漆被特别设计应用于建筑的外表面和建筑周围的陆地(例如花园 和庭院)上所见的表面。这样的表面通常是石头、砖或混凝土，并且期 望油漆能够较好地遮蔽表面上的痕迹。油漆旨在在环境温度和湿度下由 业余或专业油漆工现场应用。现场粉刷过程遇到的欧洲环境温度一般是 从5℃到45℃。对于较好地适用于遮蔽痕迹的油漆而言，它们应该包含足 够的遮光剂、颜料和/或补充剂，以使得油漆的总固体含量为至少30wt％ (基于干燥之前油漆的总重量)，以及优选地，固体含量为从40wt％到 70wt％，最优选的范围是43wt％到55wt％。“补充剂”是例如粘土和/或白垩 的固体颗粒，其被加入建筑涂料组合物，以便使颜料和/或遮光剂颗粒间 隔开，从而增加它们的着色和/或遮光效应。对它们的更详细描述在1967 年由Chapman and Hall of London出版的G P ATurner的“Introduction to Paint Chemistry”第三版中给出，在本文中并入其内容以作参考。

【0005】应用可以使用刷子或辊进行，或者如果油漆工是专业的，可以 通过使用超过130巴的压力产生的(任选地，空气辅助)喷雾来进行。大 面积的喷涂比用刷子粉刷快5到10倍，但是对于业余人员的应用，即，“自 己动手”的油漆工而言，使用的高压设备太昂贵和太危险。

【0006】便宜的低压喷雾装置——其使用手泵可以被加压到大约3巴—— 被业余人员(尤其是园丁)广泛地用于喷射有机溶剂基液体例如木材着 色料、杀真菌剂和杀虫剂，所述液体包含低含量或零含量固体材料并且 具有可以忽略的布氏粘度(Brookfield viscosities)，这意味着它们表现出 使它们容易喷射的牛顿流动。使用这样的装置喷射水性油漆的尝试—— 所述油漆的布氏粘度在22℃时超过0.5Pa.sec并且固体含量高于7wt％—— 产生小半径的近似圆柱形的喷雾，其只是在微小的和大约圆形区域的目 标表面上产生影响。这种区域的小尺寸将使粉刷过程非常费时。

【0007】2005年出版的手册“Cuprinol introducing a major breakthrough in Fence Treatments for 2005”描述了商业可用的装置，其使用通过手泵产生 的达5巴的压力来喷射非牛顿建筑涂料组合物。建筑涂料组合物被包含在 贮存器中，其由泵加压以输送组合物通过喷嘴到达在喷嘴中形成的伸长 狭缝，组合物以扇形扁平喷雾从该狭缝排出。但是，已经发现，该装置 仅仅可以成功用于固体含量低于大约12wt％的建筑涂料组合物，对于其它 情况，该建筑涂料组合物要么不能从狭缝中排出，要么不能作为可使用 的喷雾或喷射而排出。当固体含量高时失败的一个可能的原因是，在油 漆进入喷嘴的流动中，太多能量被消耗于剪切临近狭缝壁的流体和使油 漆中的固体颗粒旋转。在解释可以如何克服这个问题之前，描述一些水 性建筑油漆的形成和它们获得其粘度的方式是有帮助的。

【0008】水性建筑油漆一般包括有机膜形成粘合剂聚合物的水乳胶，该 粘合剂聚合物的作用首先是将组合物的干燥涂层粘合到它所应用的表 面，其次是将组合物的任意其它成分例如颜料、染料、遮光剂、补充剂 (extender)和生物杀灭剂(biocides)粘合到干燥的涂层中。粘合剂聚合 物是非牛顿流动的主要原因。

【0009】多种传统膜形成粘合剂聚合物可以在水性建筑油漆中使用，但 是那些最通常使用的是从烯键式不饱和单体得到的三种广义类型，它们 被通俗地称为“丙烯酸类”、“乙烯基类”或“苯乙烯类”。“丙烯酸类 (acrylics)”通常是至少二种单-烯键式不饱和羧酸的烷基酯的共聚物(例 如，丙烯酸或甲基丙烯酸的甲酯、乙酯、丁酯或2-乙基已酯，例如甲基丙 烯酸甲酯/丙烯酸丁酯共聚物)，其任选地带有一些非酯化的酸(例如丙 烯酸或甲基丙烯酸)。“乙烯基类(vinyls)”通常包括饱和羧酸的单乙烯 基酯例如醋酸乙烯酯和丙烯酸单体或其它单乙烯基酯中的至少一种的共 聚物，其它单乙烯基酯例如，包含10到12个碳原子的羧酸的乙烯基酯， 如由Resolution Europe BV of Rotterdam以商品名“Versatate”销售的那些。 “苯乙烯类(styrenics)”是包含苯乙烯(或类似的单乙烯基芳族单体)连 同可共聚单体的共聚物，所述可共聚单体通常是丙烯酸或甲基丙烯酸的 烷基酯。对合适的水性粘合剂聚合物的更详细描述在前述Turner中给出。

【0010】建筑油漆需要具有的低剪切下的粘度(即，在22℃时的布氏粘 度)是至少0.5Pa.sec(帕斯卡.秒)，因此，如果它们以范围为0.02到0.05 mm的常规厚度被应用到垂直表面，应用的涂料一般会抵抗“流挂 (sagging)”，即，在涂料有时间足够干燥以丧失其流动性之前，从表面 流下来。“流挂”在A H Beckly的、由Granade of London在1983年出版的 “Handbook of Painting and Decorating Products”中的版面14中说明，版面14 的内容并入本文以作参考。在水性油漆中，大部分粘度通常通过包含长 链长或中等链长的纤维素增稠剂而赋予，并且这些非常有助于非牛顿流 动。对适用于水性建筑涂料组合物的增稠剂的更加详细的描述，在由L J Calbo编辑的“The handbook of Coatings Additives”第二卷第4章中由E J Schaller和P R Sperry给出，在本文中引入第二章的内容作为参考。

【0011】Schaller和Sperry解释，在水性乳胶漆中需要增稠剂来调节粘度， 以便控制油漆的多种性质，包括流挂，也包括成膜和均涂性。他们列出 了其中粘度可以被增加的多种方法，但结论是，增稠剂(他们选择性地 称为“水溶性聚合物”)提供有效得多的和可控制的调整粘度的方法。 Schaller和Sperry继续区分被称为“非缔合性增稠剂”和“缔合性增稠剂”的 二类增稠剂。非缔合性增稠剂是水溶性(或至少是水膨胀的)聚合物， 其主要是通过它们聚合物链的重叠和/或缠结和/或通过它们对油漆中大 体积空间的占据来增加粘度。这些作用通过它们聚合物链的分子量、硬 度和平直度被促进。缔合性增稠剂也是水溶性(或至少是水膨胀的)聚 合物。它们具有化学连接的疏水基团，所述基团能够自缔合为胶束样装 配物以及能够非特异性吸收到存在的所有胶体表面上。这一行为类似于 常规表面活性剂的行为。它产生暂时的聚合物链网络，这增强了油漆的 布氏粘度。

【0012】到目前为止，最重要的非缔合性增稠剂是长链、中链或短链纤 维素醚，其被称为“纤维素类”，其包括直的和刚性的聚合物骨架，使纤 维素类在增加水性体系的粘度方面特别有效。链长度以得自粘度测定的 重均分子量而定义。纤维素类的实例包括羟乙基纤维素、羧甲基纤维素 钠、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和乙基羟乙基纤维素。

【0013】长链(例如分子量大于250 000Da)和中链(例如100 000到250 000Da)纤维素类通过链缠结增加粘度，链缠结能够在低浓度下获得高 的布氏粘度。但是，如果长链和中链纤维素类的浓度必须被增加以便在 高剪切下(其对于高度成膜是必须的)获得高粘度，它们将在喷雾过程 中抑制涂料组合物的雾化，导致过度的和不均匀的成膜和流挂。

【0014】短链纤维素类(例如，分子量低于100 000Da)主要通过浓度影 响(例如，体积的占据)增加粘度，因此它们不太可能在喷雾期间抑制 雾化。但是，需要高浓度来获得所需的布氏粘度。使用这样的高浓度是 昂贵的，而且，它们对干燥涂层的防水性明显有害，使它易受雨或水缩 合的攻击。

【0015】缔合性增稠剂的分子量相对低，并且它们克服了纤维素类的一 些缺点。它们产生的暂时网络产生增加的布氏粘度，与用高分子量纤维 素类得到的布氏粘度相当。这允许它们以相对小的浓度被使用，这不严 重损害干燥涂层的防水性。

【0016】Schaller和Sperry报道，四种主要类型的缔合性增稠剂在水性涂 料组合物中具有商业用途。第一种主要类型是疏水改性的碱可溶乳液或 “HASE”型。商业的HASE型实例具有亲水性骨架，其包括聚合的或共聚 的不饱和羧酸或酸酐例如丙烯酸或甲基丙烯酸或马来酐的盐。亲水部分 例如聚烷撑二醇(例如聚乙二醇)被连接到亲水骨架，并且疏水基团又 被连接到亲水部分。在使用中，在中性或弱酸性pH下，这些HASE增稠剂 的溶液作为自由流动的液体被加入到涂料组合物中。随后，通过升高pH 到弱碱性条件(比如8到9)从而形成羧酸根阴离子，引起布氏粘度增加。

【0017】第二种类型的缔合性增稠剂是疏水改性羟烷基(尤其是乙基) 纤维素类或“HMHEC”型，其通过将长链烷基环氧化物加入到被用作非缔 合性增稠剂类型的羟烷基纤维素中而方便地制备。

【0018】第三种类型的缔合性增稠剂是嵌段/缩合共聚物“HEUR”型，其 包括亲水性嵌段和疏水性嵌段，通常终止于疏水基团。亲水性嵌段可以 由相对低分子量，比如低于10 000Da，优选地，3400到8 000Da的聚环氧 烷(尤其是聚环氧乙烷)部分来提供。亲水性嵌段与例如疏水的形成氨 基甲酸乙酯的二异氰酸酯例如甲苯二异氰酸酯缩合。

【0019】第四种类型的缔合性增稠剂是疏水改性聚丙烯酰胺型，其中疏 水基团作为与N-烷基丙烯酰胺的自由基共聚物被掺入。它们在酸性涂料 组合物中最有用。

【0020】第五种主要类型的缔合性增稠剂已经从Schaller和Sperry的综 述中被介绍。这是疏水改性乙氧基氧化物氨基甲酸乙酯碱膨胀乳液或 “HEURASE”类型。这个类型结合了HASE和HEUR类型的功能。

【0021】现在已经发现，在非牛顿建筑涂料组合物具有高的固体含量并 且由于增稠剂产生显著量的其粘度时，仍然存在允许有用的非空气辅助 喷雾组合物的条件，甚至当组合物使用便宜的喷雾装置——所述装置在 应用简单的和便宜的手泵容易产生的足够低的压力下操作——被喷雾时 也如此，这些手泵可以由业余人员买得起和安全地使用。

【0022】因此，本发明提供用适于遮蔽表面上的痕迹的粘性水性建筑涂 料组合物(例如油漆)非空气辅助(例如，无空气)喷涂表面的方法， 所述组合物表现出非-牛顿流动并且包含粘合剂聚合物和其它固体成分 (尤其那些选自增稠剂、遮光剂、颜料和补充剂的成分)，并且所述方 法包括在压力下从在喷嘴中形成的孔排出组合物，其中：

a)组合物的固体含量是组合物总重量的至少30wt％(优选地，35wt％ 到65wt％，并且最优选地，40wt％到53wt％)，

b)当在22℃测定时，组合物具有的布氏粘度是至少0.5Pa.sec，并且优 选地，不超过50Pa.sec，以及最优选地，布氏粘度从1到12Pa.sec，

c)组合物包含基于组合物的总重量为0.08wt％到0.6wt％的增稠剂， 其中超过50wt％(基于增稠剂的总重量)是缔合性增稠剂，

d)孔具有或者扁圆的周边，或者优选地具有圆形的周边，和

e)组合物在从孔中排出之前，受到从2.5到5巴的压力。

【0023】已经发现，通过上述量的主要缔合性增稠剂来增稠，赋予组合 物这样的表观拉伸粘度：其甚至在不高于能够通过手泵适当产生的压力 的压力下，也允许进行有效的喷雾，特别是在孔是椭圆形并且优选为圆 形时。“扁圆形”意味具有弯曲的周边(包括椭圆形的周边)，其中周边 具有最长的直径，也具有较短的直径，但是最短的直径不少于最长直径 长度的一半(优选地不小于最长直径长度的至少五分之四)。优选地， 组合物应该包含不超过0.4wt％的增稠剂从而使倾注能力(pouring ability) 的任何损失最小化，和至少0.1wt％的增稠剂从而使丧失抗流挂性的风险 最小化。优选地，增稠剂应该包含60wt％到80wt％(基于增稠剂的总重量) 的缔合性增稠剂，其余为非缔合性增稠剂。可能具有超过80wt％和多达 100wt％的缔合性增稠剂，但这是昂贵的。缔合性增稠剂的最优选浓度是 基于组合物总重量从0.1wt％到0.3wt％。

【0024】可选地，本发明提供用适于遮蔽表面上的痕迹的粘性水性建筑 涂料组合物(例如油漆)非空气辅助(例如，无空气)喷涂表面的方法， 所述组合物表现出非-牛顿流动并且包含粘合剂聚合物和其它固体成分 (尤其那些选自增稠剂、遮光剂、颜料和补充剂的成分)，并且所述方 法包括在压力下从在喷嘴中形成的孔排出组合物，其中：

a)组合物的固体含量是基于组合物总重量的至少30wt％(优选地， 35wt％到65wt％，并且最优选地，40wt％到53wt％)，

b)当在25℃测定时，组合物具有的表观拉伸粘度是从0.05到0.5 Pa.sec(优选地，从0.15到0.35Pa.sec)；和当在22℃测定时，布 氏粘度是至少0.5Pa.sec，优选地，不超过50Pa.sec，最优选地， 布氏粘度是从1到12Pa.sec，和

c)组合物在从孔中排出之前，受到从2.5到5巴的压力。

【0025】已经发现，选择具有上述范围的表观拉伸粘度的组合物，甚至 在能够通过手泵适当产生的压力下，允许进行有效的喷雾，特别是在孔 是扁圆形或优选为圆形时。

【0026】为了这一描述的目的，复合的非牛顿流体例如水性建筑涂料组 合物的表观拉伸粘度η_a被定义为：

其中，σ为25℃下涂料组合物的表面张力，δd/δt是依据可从德国， Karlsruhe，Thermo Haake(International)得到的Haake CaBER1 Instruction Manual中描述的方法，组合物的垂直毛细管丝的中点处的直径d相对于 时间t的减小速率，所述毛细管是在组合物被布置在二个垂直相对的板之 间并且板被快速拉开时形成的。本文中引入Haake CaBER 1 Instruction Manual的内容作为参考。“中点”意味着与板距离相等的点。“CaBER”表 示“毛细管破裂拉伸流变仪(Capillary Break-up Extensional Rheometer)”。

【0027】为了这一描述的目的所使用的方法包括，将油漆布置在二个垂 直相对的直径为6mm的板之间，板的起始间隔是3mm。随后板在50ms 期间被快速地垂直拉开，达到7到20mm的间隔，从而产生连接二个板的 液体毛细管丝。表面张力和重力下排出的结果是，丝变细并且最终分成 二个单独的小滴，一个小滴粘附于上面的板，另一个小滴粘附于下面的 板。为了测定δd/δt的目的，应用激光测微计进行足够数目的丝变细时中 点直径的连续测量。测量优选地在频率从1到30kHz下，在从0.1到1秒的 时间段内进行，通过试验选择针对具体组合物的精确频率和时间段，使 误差旨在确保足够的中点直径d测定，从而使得能够绘制出可靠的d相对 于时间t的曲线图。大于700μm的直径优选地被忽略，以便最小化由于重 力产生的初始变形，并且至少当这样进行时，曲线图包括基本上线性的 部分。这部分的梯度被取作δd/δt。需要注意：在板分离期间以恒定的速 率移动板，并且特别地，应该不存在由于任何最终减速造成的缓冲。

【0028】选择板之间的最终距离以产生这样的毛细管丝：其使用期限足 够长以至于允许进行足够数目的有效测量，用于测定δd/δt的目的。例如， 大约20mm(比如19.8mm)的最终间隔优选用于高布氏粘度的组合物，而 14到15mm(比如14.5mm)的最终距离优选用于中等布氏粘度，以及大约 8mm(比如7.9mm)的最终间隔优选用于低布氏粘度。

【0029】对于非牛顿组合物而言，优选改进方法来测定δd/δt。所述方法 包括如上所述测定δd/δt，随后，将板快速地放回到它们的起始位置，随 后，在板已经被放回起始位置之后，尽可能快地重复测定。必须允许组 合物有足够的时间(通常从0.1到30秒，这取决于具体的组合物)来恢 复足够的结构以便能够再次形成丝。随后，进行足够的另外的相似的δd/δt 重复测定，以允许可靠地构建δd/δt对时间的曲线图。该曲线图已经被发 现产生δd/δt的渐进值，这在预测组合物喷雾特性方面更有用。

【0030】如果表观拉伸粘度超过0.5Pa.sec，则建筑涂料组合物最佳地， 以喷雾或大的液滴流被排出，其产生快速从垂直表面流挂或流下的过厚 涂层，和最坏地(例如，如果表观拉伸粘度超过2Pa.sec)，组合物可能 根本未排出。如果表观拉伸粘度降低到0.05Pa.sec以下，建筑涂料组合 物将作为细的喷雾被排出，其不能有效地涂覆垂直表面，并且其易于被 未受保护的油漆工(通常是业余人员)吸入或易于在有风的室外条件下 被吹离方向。

【0031】对于有效的无流挂涂料，优选的是，按体积计50％的被喷射油 漆应该被喷射为具有直径范围150到300μm(最优选180到250μm)的 小滴。优选地，不超过按体积计5％到20％(优选8％到15％)的被喷射 油漆应当被喷射为具有低于100μm直径的小滴，否则，会有喷雾被吸入 或被风吹落的不希望的危险。还优选的是，不超过按体积计5％到20％(优 选8％到15％)的被喷射油漆应当被喷射为具有高于300μm的直径的小 滴。

【0032】作为获得适宜的表观拉伸粘度的优选但不充分的条件，优选的 是，当处于孔上游(入口，upstream)的高剪切下时，油漆在25℃下的 高剪切粘度应降低为0.015到1.0Pa.sec(优选地，0.02到0.12Pa.sec)， 其中高剪切意味着，比如剪切速率为10⁴/秒。在这样的剪切速率下的粘度 可以通过ICI锥板式粘度计测定，如在ASTM Test D4827-88中描述。

【0033】可能影响喷射有效性的其它因素当然是油漆的表面张力及其密 度。这二者都与用于制造现代油漆的复杂配方密切相关，因此，改变任 何一个都不容易。理论上，表面张力(和从而表观拉伸粘度)可以通过 加入清洁剂到油漆中被降低，但这将增加油漆对水的敏感性。因此，表 面张力的变化很少作为实际选择。大部分建筑涂料在20℃时将具有20到 60(优选地，23至45)N.10^-3/m范围的表面张力。

【0034】油漆的密度被它们的大量无机遮光剂如金红石型二氧化钛(其 也作为白颜料)或有色颜料或补充剂如碳酸钙或碳酸镁或粘土的浓度强 烈影响。颜料和补充剂浓度被仔细地选择，以给出具有精确色调、色度 或亮度的颜色，因此，仅仅为了调节密度而改变它们的浓度也很少作为 实际选择。简而言之，在没有不透明性和颜色的不可接受的后果的情况 下，密度不能被明显改变，并且眼睛对于颜色的变化非常敏感。通常， 对于具有大于30wt％固体含量的组合物，水性油漆的密度从1.1到1.6 千克/升。

【0035】在本发明的操作中，油漆在能够通过手动压缩机加压的贮存器 中被提供，从而将油漆通过软管穿过喷嘴泵到喷嘴中形成的出口孔，油 漆从所述出口孔被喷射。孔的周边优选地是圆形的，但是可以是扁圆形 的。优选地，孔具有从0.5到2(优选地，0.7到1.3mm)的最长直径和 优选地从0.2到1mm以及最优选地0.3到0.7mm的轴向长度。

【0036】也优选的是，当油漆穿过喷嘴时对其施加横向力(剪力)，从 而旋转油漆流使其以基本上螺旋旋涡运动穿过孔，这增加了油漆上的剪 切力，其又被认为帮助流体雾化为适宜尺寸小滴的喷雾。“横向的”意味 着与组合物从其进入喷嘴到其通过孔离开的总传送方向成一定角度。

【0037】横向力可以通过例如来自表面的反作用力的方式被施加，所述 表面以一定的角度(优选地，25°到65°)倾斜于涂料组合物穿过喷嘴的 总流动方向，也就是说，倾斜于喷嘴的纵轴。适合的表面可以由一个或 多个位于喷嘴的向上游延伸的延伸部分中的螺旋刃带(类似枪中的膛线) 提供。但是，提供适当反作用力的优选的方式包括圆环，在其中已经切 割出多个(优选地，3或4个)基本上(即，至少部分地)切向的槽，所 述槽从环的外周延伸到其内周。槽优选地是0.5到1.5mm宽以及环的内 半径和外半径分别优选为从4到6mm和从5到7mm，当然，条件是外半 径比内半径大。开槽的环优选地与喷嘴一体化制造，从而喷嘴和环形成 同一整体组件的一部分，并且该整体组件不旋转，因此，横向力来自表 面而没有任何流体偶合的辅助。优选地，开槽的环从加压贮存器通过槽 上游的圆盘中形成的部分环形间隙接受油漆，所述间隙与槽的外端连通。

【0038】一旦喷雾离开孔，当其朝着待涂覆表面行进时，其扩展以限定 出圆锥形状，因此允许涂覆更宽的带。在距离孔100到150mm处，圆锥 体的优选最大直径是从100到250mm，从而最小化圆锥体成为不规则而 导致表面较不均匀涂覆的风险。

【0039】也优选的是，当油漆从贮存器传送到喷嘴时使其流动通过滤器， 以便剪切和破碎任何团块，例如，可能在油漆中存在的颜料或补充剂的 团块。优选的滤器包括具有矩形缝隙的网孔，所述矩形缝隙的边是0.8到 1.5mm长。油漆优选通过柔性软管和刚性喷管的串联组合从贮存器被输 送到喷嘴，所述组合并入用于停止和开启油漆输送的触发机构。输送装 置的多个部件当油漆通过它们时都对油漆施加一些剪切，并且该剪切会 影响油漆的粘度，因此在整个喷雾装置的设计中必须考虑这一点。

【0040】喷嘴的几何形状应该随着组合物的意图输送速率而选择。已经 发现，涂料组合物在0.3到1.3升/分钟的速率下，以及优选地，0.5到1 升/分钟下被最佳地输送。喷雾稳定性可以被环境温度影响，环境温度可 以增加或降低组合物的表观拉伸粘度。认为0.6到0.9升/分钟的输送速率 受温度变化影响最小。

【0041】选择最适的喷嘴尺寸是简单的事情。建议在开始时，处于优选 范围的大约中点的喷嘴尺寸应该被选择，随后，尺寸可以随手泵的压力 变化被可能地改变，以便研究对于任何具体的油漆、流动和输送速率如 何随压力而变化。

【0042】任选地，采用通过在出口孔上游并导向出口孔的压力通风系统 (优选为圆柱形)来输送组合物，以便使压力的起伏最小化，压力起伏 可能伴随业余人员对手泵的操纵而发生，所述业余人员可能在泵送运行 时变得疲倦。优选地，压力通风系统应该具有的横向于通过喷嘴的流体 的尺寸为0.5到3(特别是，1.3到2.7)mm和长度为0.2到4(特别地， 0.2到3)mm。

【0043】本发明还提供用适于遮蔽表面上的痕迹的粘性水性建筑涂料组 合物非空气辅助(例如，无空气)喷涂表面的装置，所述组合物表现出 非-牛顿流动，并且其中所述装置包括：

a)可加压的贮存器，其包括建筑涂料组合物(例如，油漆)，所述 组合物具有的固体含量是基于组合物总重量的至少30wt％(优选地， 35wt％到65wt％，并且最优选地，40wt％到53wt％)，并且所述组合 物包括按重量计(基于组合物的总重量)从0.08到0.6(优选地，0.1 到0.4)的增稠剂，其中超过50wt％(优选地，至少60wt％，和最优 选地，至少80wt％)的增稠剂(基于增稠剂的总重量)是缔合性增 稠剂，并且组合物具有的布氏粘度是至少0.5Pa.sec，和优选地，不 超过50Pa.sec，并且最优选地，布氏粘度是从1到12Pa.sec，和

b)与贮存器连通的喷嘴，所述喷嘴终止于扁圆形或圆形的出口孔，

c)压缩机，其能将组合物加压为2.5至5巴，和

d)压力释放阀，其被设置为，在压力达到2.5到5.0巴范围的值时， 释放贮存器的压力。

【0044】本发明可选地提供用适于遮蔽表面上的痕迹的粘性水性建筑涂 料组合物非空气辅助(例如，无空气)喷涂表面的装置，所述组合物表 现出非-牛顿流动，并且其中所述装置包括：

a)可加压的贮存器，其包括建筑涂料组合物(例如，油漆)，所述 组合物具有的固体含量是基于组合物总重量的至少30wt％(优选地， 35wt％到65wt％，并且最优选地，40wt％到53wt％)，并且所述组 合物在25℃测量时具有0.05至0.5Pa.sec的表观拉伸粘度和至少0.5 Pa.sec的布氏粘度，

b)与贮存器连通的喷嘴，所述喷嘴终止于出口孔，

c)压缩机，其能将组合物加压为2.5至5巴，和

d)压力释放阀，其被设置为，在压力达到2.5到5.0巴范围的值时， 释放贮存器的压力。

【0045】尽管两个上述装置都可以使用手泵，但每一个装置都可以应用 由低压家用压缩机产生的压力——如果它们能产生2.5到5巴的压力。相 似地，在适当的情况下，电泵可以被用于产生压力。

【0046】本发明进一步提供了粘性水性建筑涂料组合物，其表现出非牛 顿流动，并且适合于以2.5到5巴的压力喷射到表面上以遮蔽所述表面上 的痕迹，所述组合物具有的固体含量是基于组合物总重量的至少30wt％ (优选地，35wt％到65wt％，并且最优选地，40wt％到53wt％)，并且 所述组合物包括按重量计(基于组合物的总重量)从0.08到0.6(优选地， 0.1到0.4)的增稠剂，其中超过50wt％(优选地，至少60wt％，和最优 选地，至少80wt％)的增稠剂(基于增稠剂的总重量)是缔合性增稠剂， 以及所述组合物具有的布氏粘度是至少0.5Pa.sec，和优选地，不超过50 Pa.sec，以及最优选地，布氏粘度是从1到12Pa.sec。

本发明可选地提供了粘性水性建筑涂料组合物，其表现出非牛顿流 动，并且适合于以2.5到5巴的压力喷射到表面上以遮蔽所述表面上的痕 迹，所述组合物包含粘合剂聚合物和其它固体成分，其中所述组合物具 有的固体含量是基于组合物总重量的至少30wt％(优选地，35wt％到 65wt％，并且最优选地，40wt％到53wt％)，并且所述组合物在25℃测 量时具有0.05至0.5Pa.sec的表观拉伸粘度，和至少0.5Pa.sec、并且优 选地不超过50Pa.sec的布氏粘度，并且最优选地，为从1到12Pa.sec的 布氏粘度。

布氏粘度的测定

【0047】布氏粘度在22℃时使用布氏粘度计型号HA测定，所述粘度计 如位于马萨诸塞州Middleboro的Brookfield Engineering Laboratories Incorporated提供。布氏粘度计主要包括带有圆盘的可旋转的锭子 (spindle)，当进行测量时，圆盘被浸入到涂料组合物中大约其表面下 10mm。组合物应该在具有至少100mm直径的圆柱形容器中被提供，以 避免由于接近容器壁而引起的误差。

【0048】为了这一描述的目的而进行测量，选择3号布氏锭子，其被浸 入到组合物中并且随后以10号布氏速度(Brookfield Speed)旋转至少三 转。锭子与扭矩测量设备连接，所述设备被校准，以直接地或在Brookfield 指定的倍增器操作之后，根据组合物粘度来表示扭矩。

表面张力测定

【0049】表面张力在20℃使用De Nuoy方法测定，其使用丝线直径为0.44 mm和环直径为13mm的丝线环。为了实施此方法，环被水平布置在组 合物的表面，从而其保持成弯月面。将环从弯月面垂直上拉并且使用弹 簧扭力天平测量进行这一行为所需的最小力。

【0050】现在，本发明和其装置的优选实施方式将参考附图被阐述，其 中：

图1是分解透视图，显示用于根据本发明的装置中的喷嘴组件的部件，

图2是在图1中显示的有槽圆盘的平面图，

图3是在图1中显示的开槽环的平面图，

图4是并入根据本发明的喷嘴的装置的概略图，

图5是分解透视图，显示根据本发明的可选喷嘴组件的部件，

图6是在图5中显示的可选有槽圆盘的透视图，

图7是在图5中显示的可选有槽圆盘的A-A线上的剖面图，

图8是在图5中显示的一体化喷嘴和开槽环的透视图，

图9是在图5中显示的一体化喷嘴和环的B-B线上的剖面图，

图10是示出当从反方向看时图5的部件的分解透视图，和

图11是当装配好准备使用时通过图5和10显示的部件的剖面图。

【0051】图1示出了用于根据本发明的装置中的喷嘴组件的部件的分解 图。所述部件包括：

i)喷嘴5，其具有外缘5c并包括圆柱形的出口孔1，出口孔1具 有喷嘴5的突出体5b的末端5a中形成的圆周，

ii)开槽环(grooved ring)2，其具有上游面2a，其中形成三个对称 定位的基本为切向的槽(groove)16，所述槽也在图3中以虚线显示 并且与喷嘴5的纵轴呈45°倾斜，

iii)有槽圆盘(slotted disc)3，其具有三个部分周向槽(partially circumferential slot)13，槽13靠近周向凸缘14底部对称围绕圆盘3 而定位，凸缘14在使用时向下游突出并限定空间15，和

iv)滤器4，其包括丝网12和密封垫圈4a。

【0052】在使用中，通过协作(co-operating)如图11中31和32所示类 型的连接部件，这些部件被相互接触而保持在一起，从而，环2被保持 在被圆盘3的凸缘14限定的空间15中，以及圆盘3和环2的装配组合 通过滤器4的垫圈4a被保持在喷嘴5中，滤器4通过如31和32显示类 型的连接部件向喷嘴5的外缘5c推进。

【0053】为使用装置，油漆6被倒入如图4中显示的5升贮存器7中， 并且使用手泵8产生2.5到5巴的泵送压力。在可选的实施方式中，可以 使用电泵产生压力。柔性软管9从贮存器7导向可通过触发器10a被打 开的阀10，因此，一打开阀10，油漆6在压力下通过刚性喷管11行进 穿过滤器4的丝网12。丝网12过滤和剪切油漆6，其随后离开滤器4， 运行穿过喷嘴5的圆柱形伸长部分5d，到达有槽圆盘3的上游面，随后 流过槽13进入开槽环2中的槽16中。

【0054】槽16在环2的外周18和内周17之间延伸。当油漆6穿过槽 16时，油漆6(仍然在压力下)对环2施加旋转力使它旋转。随后油漆6 进入环2和出口孔1之间的空间，该空间具有如图9显示的突出部分25b 的内表面25d限定的类型。在这个空间中，油漆6和旋转环2之间的粘 性流体偶合使环2对油漆6的流动施加横向力，所述力与切向槽6施加 到油漆上的流动方向的横向部分一起，引起和/或加强流动油漆6的旋转 (即旋涡)。

【0055】油漆6的旋涡流体进入出口孔1，其通过出口孔1以旋涡(即， 螺旋)运动行进。随后，它从孔1被排出，在孔1上雾化并且形成油漆6 的圆锥19，圆锥19在涂覆过程中可以对准和施用于表面20。

【0056】在可选的实施方式中，有槽圆盘3和旋转环2被省略并且螺旋 运动是由与枪中的膛线相似的螺旋刃带(未显示)赋予的，螺旋刃带在 喷嘴部分5d中被提供。

【0057】图5到11显示用于根据本发明装置的更优选的喷嘴组件的实施 方式。具体地，图5显示在从喷嘴25突出的突出(frustral)圆锥形部分 25b的远端25a(参看图10)中形成的圆柱形圆孔21。喷嘴25与开槽环 22一体化，开槽环22包括在外周28和内周27之间延伸并且与喷嘴25 的长轴呈45°倾斜的基本上切向的槽26。被内周27所限定的圆柱形空间 22a(参看图9)与圆锥形部分25b的内表面25d所限定的空间25c对准 连通。

【0058】图5还显示有槽圆盘23，其包括四个对称布置的部分周向延伸 的槽23a(在图6中最佳可见)，槽23a位于临近圆周凸缘23b的底部， 凸缘23b在使用时向下游突出。凸缘23b被设定尺寸以便紧密配合喷嘴 25中形成的环形凹槽25e。最后，图5还显示了具有垫圈24a和24b和 丝网24c的滤器24。

【0059】图11显示，通过协作螺纹连接部件31和32被保持在其装配位 置时的图5到10的部件。部件32还将喷管11保持与滤器24流体密切 接触。垫圈24b将圆盘23保持在喷嘴25中槽26上游和临近槽26的适 当位置，园盘23的附属凸缘23b在凹缘25e内的适当位置。

【0060】同样为了使用装置，油漆6被倒入到5升的贮存器7中并且使 用手泵8产生2.5到5巴的泵送压力。如在上述实施方式中，还可以使用 电泵产生压力。泵送压力的作用是使油漆6以从入口进入喷嘴25到通过 孔21排出的总方向运送通过装置，但其它方式对喷雾形成没有明显的作 用，因此，该方法基本上是非空气辅助的，这对于常规的空气辅助喷雾 是期望的情况。

【0061】阀10被打开并且油漆6在压力下流过柔性软管9以及阀10通 过刚性喷管11直接到达如图11中显示的滤器24的网孔24c。在本实施 方式中，伸长的喷嘴部分5d被省略。油漆6被网孔24c过滤和剪切，随 后其接触有槽圆盘23的上游面。随后，它穿过部分周向延伸的槽23a， 进入在开槽环22中形成的基本上切向的槽26中，结果是，横向反作用 力由表面26a施加在油漆6的流动上。横向反作用力为油漆流动赋予了 螺旋或旋涡运动，油漆流动以螺旋或旋涡运动运送通过喷嘴25中的空间 22a和25c。随后，旋涡油漆从出口孔21被排出，使得在涂覆过程中， 油漆6的喷雾圆锥19被对准和应用到表面20。

【0062】喷嘴部件可以由金属制成或从热塑性材料例如聚缩醛或聚丙烯 成型。

【0063】本发明通过下列实施例进一步阐述，其中实施例A和实施例B 是比较性的。

实施例1

【0064】通过将表1中显示的成分混合在一起，制备粘性水性非-牛顿油 漆，其具有46.6的固体含量并且适合于遮蔽表面上的痕迹。油漆包括缔 合性增稠剂并且具有8到9的pH值。其布氏粘度、其表面张力、其表观 拉伸粘度及其密度都是在22℃下，并且也在表1中示出。该油漆在25℃ 也具有0.06Pa.sec的ICI锥板粘度。

【0065】将油漆填充到参考图5到11所描述的装置的5升贮存器中。使 用手泵，将油漆加压到4巴，随后，打开阀，以允许油漆从贮存器中排 出和输送通过10mm直径的柔性软管、经过阀和喷管、穿过滤器进入喷 嘴中。油漆的螺旋状旋转流体通过喷嘴出口孔被排出。油漆充分雾化， 在距离孔150mm处得到大约200mm直径的圆锥形喷雾。涂料被喷涂到 表面上并且产生均匀的涂层，其能够遮蔽居民建筑的外墙上发现的普通 类型的痕迹。如果喷雾以其中喷管沿着由圆形旋转组成的回路移动的方 式进行，结合有引起其横向于表面所需的直线方向上的侧向移位，则取 得更有效的结果。

比较实施例A和B

【0066】当通过刷子施用时适于遮蔽表面上的痕迹的传统的粘性水性非 牛顿油漆，是通过将表1中实施例A中显示的成分混合在一起而制备的。 另外，由早先提到的手册中倡导的栅栏油漆类型，是通过将表2中显示 的成分混合在一起而制备的。油漆的表面张力、表观拉伸粘度、布氏粘 度和密度显示在表1中。

【0067】再将这二种油漆如实施例1所进行的那样喷涂到表面上。传统 的痕迹遮蔽油漆(实施例A)不能喷涂，而栅栏油漆过度雾化得到宽的 圆锥形喷雾，其容易被吹离方向。

表1

 

成分实施例1 重量份 实施例A 重量份 实施例B 参看表2水32.6325.43矿物油防沫剂0.310.45马来酸酐/烯烃共聚物颜 料分散剂             1.081.00生物杀灭剂0.670.80苯甲醇0.91.00阴离子表面活性剂0.180.20白云石3.93.00煅烧粘土9.009.00陶土4.905.27金红石型二氧化钛10.8110.55中度链长的羟乙基纤维 素：非缔合性增稠剂  00.54疏水改性的短链长的羟乙 基纤维素：缔合性增稠剂0.180^*粘合剂聚合物32.4234.20氨0.110.12“Ropaque”有孔的聚合物 颜料                   2.697.60^**Acrysol TT6150.200性质Wt％固体46.5648.6510.1表面张力 10^-3N/m 39.940.640布氏粘度Pa.sec4.6160.06^***表观拉伸粘度Pa.sec0.330.025最后板分离mm7.919.87.9

 

密度kg/l1.241.271.03

^*粘合剂聚合物是51wt％甲基丙烯酸甲酯、48wt％已基丙烯酸2-乙酯和 1wt％丙烯酸的共聚物的水乳胶。

^**Acrysol TT-615是碱可膨胀的丙烯酸聚合物，作为缔合性增稠剂由 Rohm and Haas Company of Philadelphia供应。

^***通过应用其渐近值的改进方法测定。

表2

 

成分重量％水88.7乙酸乙烯酯/乙烯基“Versate”共聚物4.4^*Acrysol TT-615缔合性增稠剂0.5颜料2.9蜡状乳液2.3生物杀灭剂0.5聚结溶剂、氨和消泡剂0.7总固体含量10.1