[发明专利]包含羧基酯缩酮的水可稀释型涂料组合物、其生产方法和用途

说明书

背景

本公开涉及水可稀释型涂料组合物，具体地涉及包含羧基酯缩酮的水可稀释型颜料组合物，用于生产该组合物的方法，以及该组合物的用途。

已知有多种用于形成涂层的水性组合物，例如胶乳、乳液和水可稀释型组合物。“胶乳”是指水中含有胶乳聚合物粘合剂的组合物。如本领域中已知，胶乳是经乳液聚合形成的亚微米聚合物颗粒的分散液。所述聚合物骨架由能够进行自由基聚合的单体例如(甲基)丙烯酸酯单体，任选地与各种乙烯不饱和共聚单体一起形成。由于用于胶乳的聚合过程使用了乳液聚合技术，在本领域中有时将胶乳称作“乳液”。然而，在本文中胶乳和“乳液涂料组合物”是不同的，后者是指液体粘合剂分散在含水的连续相中的水性系统。乳液涂料组合物与胶乳系统相比较不常见，但是用于一些环氧胺树脂、醇酸树脂和聚氨酯产品中。粘合剂可以包括亲水性的共聚物单体，以帮助树脂在水相中分散。还可以将表面活性剂单独使用或者与共聚单体一起使用。

“水可稀释型涂料组合物”是使用传统的聚合技术，而不是乳液聚合进行制备的，并且通常含有水可混溶的有机溶剂。所述聚合物粘合剂通常经改性以使其与水/有机溶剂系统相容。所述改性可以涉及可以赋予寡聚或多聚粘合剂水可稀释性的亲水性共聚单体例如有机酸。另一种改性是使用表面活性剂将所述的粘合剂分散在水相中，所述表面活性剂在一些情况下可以在合成粘合剂的过程中化学地掺入聚合物粘合剂中。在各个情况下，将所得到的聚合物随后机械分散到水相中。当聚合物颗粒(液体的或者固体的)在水中形成时，水可稀释型的涂料组合物是乳液(对于液体聚合物)或者分散液(对于固体聚合物)。另一种水可稀释型涂料组合物基于在有机溶剂/水的混合物中可溶的聚合物粘合剂，或者在有机溶剂/水的混合物中部分可溶的聚合物粘合剂，由于在液体水相中分散的聚合物链形成聚集物。溶剂在聚合物聚集物与水之间进行分配。热塑性的丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酯、环氧酯和醇酸树脂是水可稀释型涂料组合物中使用的粘合剂的实例。

聚氨酯分散液(PUD)是作为含水聚合物分散液的水可稀释型涂料组合物的实例。制备PUD最常见的方法是将预聚合物分散在水中，并且通过链延伸来建立分子量。所述预聚合物可以通过多元醇、可离子化的共聚单体如2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)和过量的二异氰酸酯反应以产生异氰酸酯末端的预聚合物来形成。所述DMPA单元被转化成其离子形式(例如，通过使用三级胺进行中和)，并且将该预聚合物用水稀释。可离子化的共聚单体改进了聚合物的可分散性，并且有助于使聚合物在水中稳定化。加入胺以将此预聚合物链延伸，在水中产生高分子量的聚合物。取决于共聚单体和链延伸剂的选择，分枝和交联是可能的。N-甲基吡咯烷酮(NMP)经常在PUD合成过程中用于溶解DMPA，并且降低粘度以使得分散更容易进行。水可稀释型涂料组合物的另一个具体情况包括了基于醇酸树脂聚合物粘合剂的那些，所述粘合剂可以具有经中和的酸基团，以使得其能在水可稀释的系统中分散。

尽管所有的水性涂料组合物包含聚合物粘合剂和水，粘合剂的不同性质产生了不同的配方要求。如上文所述的，水可稀释的组合物通常最初溶解在非水溶剂中以降低粘度并帮助在水中分散。所述组合物可以进一步地与多种添加剂进行配制，所述添加剂中如促进膜形成的聚结溶剂(coalescing solvent)。所述聚结溶剂通过降低颗粒的玻璃化转变温度(Tg)来使得聚合物粘合剂颗粒软化，并且使得其能够融合到连续的膜中。因此，当将含有聚结溶剂的水可稀释的涂料组合物涂布到基质上时，涂布被聚结所固化，其中水和聚结溶剂顺次或者同时蒸发。在蒸发过程中，聚结溶剂集合到一起并且使得聚合物粘合剂颗粒软化，使得其融合到缠结的聚合物膜中。在一些情况下，所述聚结剂不蒸发，并且能充当最终膜的塑化剂。通过交联剂或者氧化过程进行的化学固化可以在膜通过溶剂蒸发机制大体上固化之后发生。

按照以下的考虑来指导水可稀释型涂料的溶剂选择：溶解性、反应性、挥发性、毒性、环境性能(environmental profile)和成本。尽管有多种溶剂可以使用并且在商业上使用，在本领域仍然有着对提供了这些特性良好组合的新溶剂的需要。此外，对于可以用作石油来源的溶剂的替代物的“生物来源”的溶剂有着日益增加的需求。对于水可稀释型涂料组合物及其所得到的涂层(包括颜料)而言，很少有生物来源的溶剂能满足日益增加的技术要求。即使是有这样的溶剂时，该溶剂可能具有多种缺点。例如，乙醇是可以容易地从基于生物的来源得到的多用途溶剂，但是其高度的可燃性限制了其在多种应用中的使用。多种生物来源的溶剂的进一步缺点在于它们的化学和物理性质只能调整到有限的程度。

发明简述