[发明专利]聚烯烃基材用的水基分散体

说明书

本发明涉及以涂料用于未处理过的聚烯烃基材的稳定聚合物水分散液。更确切地说，通过在亲水性有机溶剂内形成聚合物盐，并从水与亲水性有机溶剂的混合物中脱除亲水性有机溶剂，来制备丙烯酸类改性的氯化聚烯烃(CPO)聚合物的水分散液。

发明的背景

由于聚烯烃树脂例如聚丙烯具有符合要求的物理性能和较低的价格，它们的用途变得很广泛。聚烯烃材料广泛用于汽车行业，制造各种汽车内部和外部的零件，例如保险杠、侧镜支架、内部仪表盘和门把手。聚烯烃基材上常常需要施加涂料，以获得例如保护性和/或装饰性的涂层。

由于涂料对这些类型的基材附着力差，所以涂布未处理过的聚烯烃基材通常很困难。聚丙烯具有低表面张力和低极性。因此，很难确保所施加的涂层有效地附着到聚丙烯基材的表面。

获得对聚烯烃基材的附着力的两种方法是使基材进行改性或使用增粘的材料。基材的预处理通常包括由例如火焰处理、等离子体气体、电晕放电、紫外光照射或化学方法来氧化表面。这些方法通常存在处理的均匀性的问题或者会增大表面粗糙度或过热而损坏基材。氯化聚烯烃已经被用作增粘剂。据认为它们可通过色散力附着到基材上。氯可提高在各种溶剂内的溶解度，也通过极性相互作用增大底漆对面漆的附着力。

对涂料行业使用有机溶剂方面的环境的担忧，变得日益严重。该担忧不仅延伸到对环境自身的保护，而且延伸到了公众的安全性，如居住和工作条件。由工业和消费公众施加和使用的涂料组合物中产生的有机挥发物不仅常常是令人不舒服的，而且促使形成光化学烟雾。政府已经制定了规则，阐述了关于可能释放到大气中的有机挥发化合物(VOC)的标准。美国环保局(EPA)制订了限制释放到大气中的VOC的量的标准，这些标准计划让美国各州采纳或已经采纳了。关于VOCs的标准例如EPA的和环境担忧尤其与使用可进入大气的有机溶剂的油漆和涂料行业有关。

已经开发了可用作涂布聚丙烯基材的底漆的水性氯化聚烯烃组合物。该类型组合物通常要求形成CPO乳液。这些乳液一般包括马来酸化的CPO、表面活性剂、胺、水和一些场合中的助溶剂。EP774500描述了这些乳液中的一种与丙烯酸类树脂和能够与丙烯酸类树脂反应的交联剂的混合物以提供未处理过的聚丙烯用的水性涂料体系。该体系是混合物而且含有有效量的表面活性剂。

美国专利№5,637,409描述了含有表面活性剂、CPO、单体、溶剂、胺和水的混合物的水性涂料组合物。该分散体与引发剂混合，接着施涂到基材上。然后，单体发生聚合。该技术实际上是两组分体系，含有不符合要求的臭味和必须注意单体的处理。该类体系使得制备无缺陷均匀膜很困难。

发明的概述

本发明涉及丙烯酸类改性的氯化聚烯烃的稳定水分散液及其制备方法。该丙烯酸类改性的氯化聚烯烃的水分散液可有效地用作处理和未处理的聚烯烃基材上的涂料。本发明的水分散液含有低于约10％(重量)的有机溶剂、至少约10％(重量)的固体，而且在约环境温度下，粘度低于约10泊。本发明的水分散液可有效地提供附着力由ASTM方法D3359测得至少为4B的涂层。

在本发明的一个重要方面中，重均分子量至少约为1000的氯化聚烯烃通过用丙烯酸类接枝进行改性。预先形成的丙烯酸类聚合物可以接枝到氯化聚烯烃上，或丙烯酸类单体可以接枝和聚合到氯化聚烯烃上。在本发明的一个重要方面，接枝到氯化聚烯烃上的丙烯酸类，它或是接枝到氯化聚烯烃上的预先形成的丙烯酸类聚合物，或是丙烯酸类单体接枝并聚合到氯化聚烯烃上，它的重均分子量至少约为2000。丙烯酸类为丙烯酸类改性的氯化聚烯烃提供使丙烯酸类改性的氯化聚烯烃有效地形成稳定水分散液的可电离基团。

根据本发明的分散方法，丙烯酸类改性的氯化聚烯烃聚合物合成于有机溶剂内。有机溶剂可以是亲水性有机溶剂、憎水性有机溶剂或憎水性有机溶剂与亲水性有机溶剂的混合物。在本发明的一个重要方面，有机溶剂是亲水性有机溶剂，而且在加工温度下，亲水性溶剂在水中的溶解度至少约为5％(重量)，以溶剂和水的混合物的重量为基准。形成于有机溶剂内的聚合物的酸值至少约为10，其在加工温度下在有机溶剂内的溶解度至少约为25％(重量)，以聚合物和溶剂的重量为基准。

聚合物完全溶解于有机溶剂之后，可以加入中和剂中和聚合物，方式是向已经含有中和剂的水中加入聚合物，或向水中加入聚合物，然后向聚合物/水的混合物中加入中和剂。根据存在于聚合物内的可电离基团类型，重要的是在与水混合之前中和聚合物，使水可分散的中和的可电离基团通常能均匀地分布于整个聚合物内。