[发明专利]降低挥发性有机化合物含量的水性成膜组合物

说明书

本申请是于2006年10月30日提交的美国专利申请第11/554,301号的后续，它的全部内容通过参考被结合于此。

技术领域

本发明涉及水性成膜聚合物组合物。更具体地，本发明涉及通过采用较低挥发性的聚结剂来替代现有技术所采用的聚结剂，以降低这些组合物中挥发性有机化合物的浓度(称为VOC含量)，而又不会对组合物其它所需性能带来不利影响。这是通过采用乙二醇类的单苯甲酸酯和二苯甲酸酯的组合替代这些组合物中通常用作聚结剂的较高挥发性的有机化合物来实现的。组合物包括，但不限于涂料，自承性薄膜，粘合剂，密封胶，印墨，罩印清漆和嵌缝胶。

背景技术

众所周知苯甲酸酯类作为增塑剂可用于各种各样有机聚合物组合物。公开仅采用二元醇类的二苯甲酸酯或其与相应的单苯甲酸酯组合的专利包括美国专利第6,583,207号；第5,676,742号和第5,990,214号。

美国专利第6,583,207号(Stanhope等)公开尽管纯的二甘醇二苯甲酸酯在25℃为固体，但是，该酯与至少30重量％的乙二醇单苯甲酸酯或者含有2至8个碳原子的二元醇单苯甲酸酯的掺混物在该温度为液体，而且对水性聚合物组合物是有效的增塑剂。对在苯甲酸酯掺混物在涂料组合物中作为聚结剂的功效未加探讨。

美国专利第5,676,742号(Arendt等)揭示在相应的二苯甲酸酯用作水性嵌缝胶组合物的增塑剂时，二甘醇单苯甲酸酯或二丙二醇单苯甲酸酯的存在提供抗微生物生长的性能。

用作例如涂料，油墨，粘合剂，嵌缝胶和密封胶的水性聚合物组合物通常要求存在如醇类，酯类和二醇醚类的相对挥发性的有机化合物以实现所需的性能。这些性能包括但不限于，在低于聚合物的玻璃化转变温度的温度下成膜聚合物颗粒的聚结性能，在反复的冷冻和融化周期(freeze-thaw)下组合物的抗凝胶化性能，以及粘附性，流平性，可加工性，湿边保持性(wet-edge)和光泽形成(gloss development)，及使用该组合物施涂的薄膜和涂层的耐擦性和耐有机溶剂性。

近来，一些国家和地区的政府已经发布了有关限制用作涂料，油墨，密封胶，粘合剂和相关应用的组合物中的可存在的挥发性有机化合物(VOC)量的规定。这些限制规定已经引发了这些组合物的制造商和配制者们努力寻求取消或者至少部分降低在水性和非水性聚合物组合物中VOC的浓度，而又不会对这些化合物提供的有益性能产生不利影响的方法。

2004年7月13日颁发给L.Brandenburger等的美国专利第6,762,230号揭示了降低含乳胶聚合物的水性涂料组合物中的VOC水平的方法，即采用以下1)或2)的较低分子量的反应产物来替代如Texanol(2，2-二甲基1，3-戊二醇单异丁酸酯)的常用聚结剂：1)内酯与一元醇的反应产物，或2)缩水甘油酯与单羧酸的反应产物。含有这些反应产物的涂料组合物具有的VOC值低于使用Texanol制备的涂料的VOC值。当进行擦净性能评价时，使用这些反应产物制备的涂料的擦净性与用Texanol酯制备的涂料相当。

1993年8月17日颁发给William D.Arendt的美国专利第5,236,987号揭示了采用含8至12个碳原子的一元醇的苯甲酸酯类替代水性涂料组合物中常用的聚结剂。含有苯甲酸异癸酯作为聚结剂的乳胶漆组合物表现出的耐擦性值至少与含有Texanol的组合物相当。苯甲酸异癸酯的VOC含量为22％。

本发明的一个目的是用挥发性较低的苯甲酸酯类来替代Arendt专利中单独挥发性较高的苯甲酸烷基酯类。这种方法的一个明显缺点是，在如涂料或密封胶的最终产品中产生的低挥发性的聚结剂浓度较高，预计会对像耐擦性和耐溶剂性能之类的物理性能产生不利的影响。

本发明基于发现了以下1)、2)和3)的组合不仅是有效的增塑剂，而且是水性聚合物组合物的有效的聚结剂：1)单体的或低聚的乙二醇和/或丙二醇类的一种或多种二苯甲酸酯类，2)较高浓度的至少一种相应的单苯甲酸酯类，和3)不高于10重量％的未反应的苯甲酸。采用优选的单苯甲酸酯与二苯甲酸酯比例范围，使如耐擦性和耐溶剂性的所需涂料性能水平至少与采用含现有技术的挥发性较高的聚结剂的组合物所制备的涂料相当，现有技术的挥发性较高的聚结剂包括上述Arendt专利中提到的苯甲酸烷基酯类。

本发明的酯组合物或可以至少部分地替代以前在水性聚合物组合物中用作聚结剂的较高挥发性的有机化合物而不会对涂料的所需性能产生不利影响，或者可以提高由一定浓度的这些有机化合物赋予的性能水平。

发明概述