[发明专利]水性涂料组合物

说明书

本发明与基于环氧树脂衍生聚合物的水分散液之涂料组合物有关，在形成食品和饮料容器以及其它金属基材的保护涂层方面，这些组合物特别有用。

现已配制成各种各样供饮料容器，特别是啤酒罐的内涂层用的涂料组合物。这样的涂层必须是连续的（即，无针孔）以防止饮料与金属罐表面相接触;对饮料成分的侵袭即使是在高贮藏温度下也必须是惰性的：必须不影响（或减弱）饮料的味道;并且必须能经受在装卸期间由于饮料罐跌落、撞瘪或其它变形所引起的剧烈弯曲和冲击。尽管可以将高分子涂料制成有机溶剂溶液，但是从成本和环境观点来考虑，一般应尽可能避免使用有机溶剂，而且最好是使用固体含量为100%的涂料或含有被分散在水性介质中的聚合物的乳液涂料。基于环氧树脂的涂料组合物尤为有用，因为由其形成的涂层之特点是具有卓越的抗冲击性，阻挡性和耐饮料成分侵袭性。然而，环氧树脂是比较昂贵的，因此，有人已试验在此类涂料中添加些不太贵的聚合物组分，诸如苯乙烯和（甲基）丙烯酸酯那样的加聚物。这类涂料组合物的一些例子可从属于Ting的美国专利4285847号和属于Chu和Spencer的美国专利4446258号中发现。

美国专利4285847号涉及一种环氧丙烯酸聚合表面活性剂，它是通过离子化的丙烯酸侧链与环氧主链在夺氢点的自由基接枝反应，接着进行中和及在水中的分散而制得的。第二种聚合物是在环氧丙烯酸表面活性剂分散液中就地被乳液聚合而形成一个分离的聚合物相，由于不太贵的第二种聚合物而使贵重的环氧组分之用量减少，达到了降低成本而同时并未丧失所要求的薄膜特性。

在美国专利4446258号中，通过用离子化的预制的丙烯酸聚合物来酯化环氧树脂，接着在水性载体中分散此组合物来制取不同类型的环氧丙烯酸聚合表面活性剂。然后，廉价的第二种聚合物在组合物的分散液中被就地聚合。这种方法另外的好处是能方便地获得一定范围的固含量和粘度，并且通过使用适量的昂贵的胺中和剂来得到具有有效粘度的稳定的水分散液。

以上各专利中所述的那类有用的组合物可含高达25～30%（重量）的廉价单体如苯乙烯，和含通常要求的超过50%（重量）的昂贵的环氧树脂。使用更高比例的廉价单体的尝试通常会引起对罐衬里来说是必不可少的柔软性/阻挡性综合性能的损失。

本发明所提供的环氧树脂基组合物的特征是含大量廉价的聚合物如聚苯乙烯（至少为35%重量），而同时仍保持作为罐涂料所要求的卓越的柔软性和阻挡性。

在一实施例中，本发明涉及一种涂料组合物，它包括：

（a）物质（1）和（2）的反应产物，其中：

（1）一种改性的1，2-环氧树脂，其中部分的1，2-环氧基已与烯键不饱和单体如不饱和羧酸的环氧-反应性基相结合，从而为该树脂提供了不饱和的反应性部位，和

（2）一种可加聚的单体，它可与环氧树脂的不饱和的反应性部位相共聚，形成环氧树脂/加聚物的杂化物;

（b）一种离子型树脂组分，它含有足够量的羧基从而使其本身和上述的反应产物能自动分散在中性的水（pH约为7～10）之中，它是改性环氧树脂的剩余1，2-环氧基与叔胺和一种预制的含羧基加聚物的反应产物;和

（c）一种通过共聚反应制备上述的反应产物（a）时连带地（即同时）形成的加聚物，但是它不与改性环氧树脂的不饱和基团相共聚。

在另一实施例中，本发明涉及一种制备上述组合物的方法。该方法的第一步涉及形成一种离子型可共聚的表面活性剂的分散液，此表面活性剂控制涂料的固体/粘度和涂饰特性。第二步涉及在第一步的可共聚的表面活性剂中使一种或多种可加聚的单体进行乳液聚合。该方法包括：

（a）使1，2-环氧树脂的部分1，2-环氧基与一种环氧-反应性的、烯键不饱和单体如羧基官能单体、最好是甲基丙烯酸反应（例如酯化）;

（b）使该环氧树脂的剩余1，2-环氧基与一种预制的羧基官能加聚物和叔胺相反应;和

（c）在生成的反应产物之水分散液中，使步骤（a）的烯键不饱和单体的烯键不饱和基发生共聚。

按常规将本发明的涂料组合物视为是一种包括多种树脂部分组成掺合物的水分散液。这些树脂部分包括一种通式为PPQ-X-QPP的聚合物A，一种通式为PPQ-X-AP的聚合物B和一种通式为PPQ-X-RR的聚合物C，其中X为一种由1，2-环氧树脂通过其一个或多个的1，2-环氧基反应而衍生的双官能基;Q为一种季铵基;PP为一带羧基的加聚物链，其羧基与Q一起形成季铵盐;RR为带有羧基并通过酯键而被连接到X上的加聚物链;AP为一通过共价键基而被连到X上的加聚物链，共价键基最好是酯基、氨基或季铵基。