防染色水性塗料組合物的製作方法

2023-09-23 17:35:25 2

專利名稱：防染色水性塗料組合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種適合用作木質基材用防染色(Stain-blocking)塗料的水性塗料組合物。更具體而言，本發明涉及一種最適合作為底漆或中間漆(mid-coat)施加至木質基材且包含苯こ烯-丙烯酸類樹脂與取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物組合的塗料組合物。
背景技術：
由於最近環境法對不同塗料體系中揮發性有機化合物(VOC)的容許量設定限制，已明確地由溶劑性塗料轉向水性體系。施加有常規溶劑性塗料組合物的許多基材的特徵在於含有水溶性染色劑。溶劑性塗料有效地防止這些染色劑染色，因為該染色劑不被塗料溶劑溶解。然而，當將水性塗料施加至該類基材時,這些染色劑可由基材浸出至塗料中，由此使其變色。木質基材尤其含有大量水溶性發色染色劑其中，單寧和木素可容易地由基材浸出至水性塗料中，使塗層表面出現變色而造成染色。該浸出可在施加時或在塗層使用壽命期間發生。此外，可由木材浸出的其他染色劑為萜類化合物基樹脂和生物鹼如帶氯菌素。基材和施加至基材的塗料的染色還可由外部來源造成。例如，香菸的煙塵造成尼古丁染色，這使得光著色的塗料變色，並且來自鋼筆的墨水可能造成基材上標記物染色。當(再)塗覆該類染色基材時，可能出現不希望的面漆變色。上述各染色作用在塗料中都是非常不希望的並且專利文獻由此記載了改進水性塗料的防染色特性，尤其是防單寧染色特性的許多嘗試。過去發現活性顏料如氧化鋅、鋁鋯磷矽酸鹽或鋇磷矽酸鹽在防止尤其由單寧造成的染色中十分有效。然而，這些活性顔料明顯僅能用於著色的水性塗料的子集中而不能用於透明塗料中。此外，這些活性顔料可能在含有它們的塗料中造成失穩的聚合物膠凝和絮凝。因此，希望開發出不含活性顔料的防染色水性塗料組合物。W02005071023 (Nuplex Resins B. V.)公開了ー種適用於透明塗層的防染色水性塗料組合物，其包含有機粘合劑和至少ー種具有層狀結構和帶有正電荷層的晶體結構的無機納米顆粒作為防染劑。在其天然或原位合成(as-synthesized)狀態中,這些無機顆粒作為由大量初級顆粒組成的聚集體存在。為了提供透明塗料，無機顆粒不能如此聚集並且由此在塗料生產中聚集體必須首先破碎至其初級顆粒水平或甚至進一步破碎。這通過將顆粒漿料與合適陰離子分散劑組合而實現，但該方法步驟耗時耗能且降低塗料組合物的配製空間。此外，在實踐中，已發現含有這些無機顆粒的塗料在防止木質基材中木節提取物染色時 無效。代替將無機顆粒加入水性塗料組合物中，某些作者已提出將強酸或陽離子官能團摻入塗料粘合劑骨架中以降低或消除染色劑擴散。美國專利申請2003/0073778 (Rohm & Haas)描述了ー種防染色水性塗料組合物，其包含0. 1-10重量％至少ー種帶有PKa (在20° C下於水中)小於4的酸側基的單體及其鹽。然而，將該類酸基摻入粘合劑中確實導致塗料親水性提高，這導致防水性降低。美國專利號5，312，863 (Rohm & Haas)描述了ー種防染色塗料組合物，其包含摻有由酸質子化胺官能膠乳或季銨官能團提供的陽離子官能團的陽離子膠乳聚合物粘合劑的水分散體。該組合物的主要缺點為呈陽離子的塗料成分的有限適用性。本發明試圖提供ー種不具有現 有技術記載的缺點的防染色水性塗料組合物。發明描述根據本發明，提供ー種防染色水性塗料組合物，其任選為透明或半透明的且包含
(a)苯こ烯-丙烯酸類樹脂；和(b)取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物，其中提供的所述苯こ烯-丙烯酸類樹脂在重量上超過所述取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物。本發明由此涉及兩種樹脂組分的具體共混物，不受理論限制，所述兩種樹脂組分協同增效地促進整個水性組合物的防染色能力。如上所述，提供的苯こ烯-丙烯酸類樹脂(a)應超過取代苯こ烯-丙烯酸類樹脂
(b)。例如，已發現當苯こ烯-丙烯酸類樹脂與取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物的重量比為80 20-55 45，特別是75 25-60 40，更特別是70 30-60 40時，水性組合物特別有效。在一個特別優選的實施方案中，苯こ烯-丙烯酸類樹脂與取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物的重量比為約2 I。苯こ烯-丙烯酸類樹脂a)和取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物的實際形式不受限制。然而，在本發明的有效實施方案中，苯こ烯-丙烯酸類樹脂a)的特徵在於玻璃化轉變溫度(Tg)為5-95° C。額外或獨立地，取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物的特徵應優選在於玻璃化轉變溫度(Tg)為10-50° C。本發明另一方面涉及ー種塗覆包含水可提取染色劑的基材的方法，其中所述基材用包含(a)苯こ烯-丙烯酸類樹脂；和(b)取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物的水性塗料組合物塗覆。水性組合物通常作為ー個或多個底漆層或作為ー個或多個中間漆層施加。合適基材為木質的且優選基材為含單寧的粗紋理天然木材。對於該類木材，優選塗料組合物具有30-80重量％或25-75體積％的總固體含量以確保木材表面孔的充分填充。使用該類高固體塗料組合物，對於包括ー種或多種選自橡木、印茄木(merbau)、落葉松木和雙龍瓣豆木(Sapupira)的木材的基材獲得優異的防染色結果。塗料組合物的總固體含量可通過整個塗料組合物中的高和低固體聚合物用量控制。本發明進一步涉及可通過上述方法獲得的塗覆基材。定義本文所用在括號內包括「甲基」的術語如「(甲基)丙烯酸酷」意指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，或兩者的混合物。類似地，術語「(甲基)丙烯醯胺」是指丙烯醯胺或甲基丙烯醯胺，或兩者的混合物，如本領域熟練技術人員容易理解的那樣。本文所用術語「揮發性有機化合物」(VOC)定義為在大氣壓下沸點低於250° C的含碳化合物。測量本發明塗料或塗料物質的VOC排放應根據ISO 11890-2:2006進行。該ISO標準的測量條件應涉及定量地測量VOC的全部含量。VOC應以全部配製劑的重量％表示，即在全部配製劑以及VOC計算中也包括水。測量塗料或塗料物質的固體含量根據EPA測試方法24 (40CFR 60，附錄A)進行。根據本發明的優選實施方案，計算的玻璃化轉變溫度(Tg)對於苯こ烯-丙烯酸類樹脂(a)為5-95°C，並且對於取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物(b)為10-50° C。本文所用計算的Tg值為使用Fox方程式(T. G. Fox, Bull. Am. Physics Soc.第I卷,第3期,第123頁(1956))計算的值，由此計算単體⑴和⑵的共聚物的Tg 1/Tg(計算)=w(I)/Tg(I) +w(2)/Tg(2)，其中Tg(計算)為對於共聚物計算的玻璃化轉變溫度；w(l)為共聚物中単體
(I)的重量分數；w⑵為共聚物中単體⑵的重量分數；Tg(I)為單體⑴均聚物的玻璃化轉變溫度；Tg(2)為單體(2)均聚物的玻璃化轉變溫度。均聚物的玻璃化轉變溫度例如可在「Emulsion Polymerization and Emulsion Polymers，，，編輯 P. A. Lovell 和M. S. El-Aasser, John Wiley and Sons, 1997 中找到。最低成膜溫度(MFFT)，也稱為最低膜形成溫度(MFT)，為膠乳形成連續膜的最低溫度，如肉眼看不到破裂或粉狀的膜外觀所證明的那樣。如本文所用，MFFT(MFT)根據ISO測試方法ISO 2115測量。根據該方法，在合適的溫度梯度下以乾燥空氣流乾燥聚合物分散體，並且測定兼具膜的凝聚(透明)部分與非凝聚(白色)部分的溫度(° C)。發明詳述各自作為在水基介質中分散體提供的兩種上述樹脂[(a)、(b)]在混合下組合以形成本發明塗料組合物。這些分散體可由已知市售來源提供。例如，合適的第一粘合劑(a)為Setaqua6776(可由 Nuplex Resins B. V.獲得)和 Joncryl 8284(可由 BASF PerformanceChemicals 獲得)，並且合適的第二粘合劑(b)為 Hydroplio I ite055 (可由 Eliokem Inc.，Ohio獲得)。或者，預期這些粘合劑水分散體各自可通過如下文描述的獨立聚合合適單體混合物而提供。獨立聚合均應在水介質中在攪拌/混合下進行。如本領域已知，設定水基介質的體積可使得待獲得的(取代)苯こ烯-丙烯酸類乳液提供所需的物理特性。由於所得乳液應為VOC容許的，優選使親水性助溶劑如水基介質中存在的低級醇的量最低。獨立聚合優選為本領域已知的自由基乳液聚合。優選的產生自由基的手段為化學引發劑，尤其是過氧化物如過硫酸鉀、過硫酸銨、過氧化氫以及全部類別的有機過氧化物和氫過氧化物如氫過氧化枯烯和氫過氧化叔丁基。其他合適的引發劑優選為接枝物連接的水溶性氧化還原體系，其例如包括過氧化氫和重金屬鹽；過氧化氫和ニ氧化硫；或過氧化氫和焦亞硫酸鈉。引發劑用量基於單體例如為0. 05-5重量％，優選0. 1-4重量％。獨立聚合通常應在氧氣不存在下-即在惰性氣氛中-且在20-110° C或更通常30-90° C的溫度下進行。合適的話，可將常規離子、非離子或兩性乳化劑加入聚合批料中，其中所述乳化劑例如描述於M. Ash&I. Ash, Handbook of Industrial Surfactants,第 3版，Synapse Information Resources Inc.中。在乳液聚合過程中，可將單體直接計量加入初始獲得的混合物或可將其以含水乳液或微乳液形式加入聚合批料中。為此，使用上述常規乳化劑將單體乳化於水中。合適的話，可使用降低所形成聚合物的分子量的常規調節劑。所述調節劑優選為包含結合形式硫的有機化合物，例如硫醇、ニ硫化物和聚硫化物、硫代羧酸和ニ硫代羧酸的酷和硫化物以及烯醇硫化物。滷素化合物、醛、酮、甲酸、烯醇醚、烯胺、羥胺、滷代烴、醇、こ苯和ニ甲苯也適合作為調節劑。第一樹脂供應
樹脂(a)為可作為包含如下組分的単體混合物的聚合產物獲得的苯こ烯_丙烯酸類樹脂基於全部單體為至多40重量％，優選10-40重量％，更優選20-30重量％的苯こ烯；和一種或多種丙烯酸類單體如(甲基)丙烯酸、含有羥基的(甲基)丙烯酸類単體、(甲基)丙烯酸酯和(甲基)丙烯腈。含 有羥基的(甲基)丙烯酸類単體的實例包括(甲基)丙烯酸2-羥基こ酷、(甲基)丙烯酸3-羥基丙酷、(甲基)丙烯酸4-羥基丁酯及其e-己內酯加合物。含有酯基的丙烯酸類単體的實例包括(甲基)丙烯酸甲酷、(甲基)丙烯酸こ酷、(甲基)丙烯酸丁酷、(甲基)丙烯酸異丁酷、(甲基 )丙烯酸正戊酷、(甲基)丙烯酸新戊酷、(甲基)丙烯酸環己酷、(甲基)丙烯酸2-己酷、(甲基)丙烯酸2-こ基己酯和(甲基)丙烯酸異冰片酷。待與苯こ烯聚合的丙烯酸類單體優選選自(甲基)丙烯酸甲酷、(甲基)丙烯酸こ酷、(甲基)丙烯酸丁酷、(甲基)丙烯酸異丁酷、(甲基)丙烯酸2-こ基己酯及其混合物。在本發明的實施方案中，苯こ烯-丙烯酸類樹脂(a)為包含苯こ烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸2-こ基己酯的單體混合物的聚合產物。所述單體混合物優選包含10-40重量％ (基於全部單體)苯こ烯、10-40重量％甲基丙烯酸甲酯和30-60重量％丙烯酸2-こ基己酷。所述單體混合物更優選包含20-30重量％(基於全部単體)苯こ烯、20-30重量％甲基丙烯酸甲酯和45-55重量％丙烯酸2-こ基己酷。苯こ烯-丙烯酸類樹脂(a)應具有500，000-1, 000, 000的重均分子量和不低於5° C且不高於95° C的玻璃化轉變溫度。第二樹脂供應塗料組合物的第二樹脂組分(b)為取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物。該共聚物作為包含如下組分的単體混合物的聚合產物提供基於單體總重量為至多40重量％的ー種或多種取代苯こ烯；和ー種或多種(甲基)丙烯酸酷。甲基丙烯酸烷基酯單體和丙烯酸烷基酯單體均應存在於單體混合物中。取代苯こ烯應理解為意指具有以下通式(I)的苯こ烯
權利要求
1.ー種防染色水性塗料組合物，其包含 (a)苯こ烯-丙烯酸類樹脂；和 (b)取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物， 其中提供的所述苯こ烯-丙烯酸類樹脂在重量上超過所述取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物。
2.根據權利要求I的防染色組合物，其中苯こ烯-丙烯酸類樹脂與取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物的重量比為80 20-55 45。
3.根據權利要求2的防染色組合物，其中所述重量比為75 25-60 40，優選70 30-60 40。
4.根據權利要求1-3中任一項的防染色組合物，其中所述苯こ烯-丙烯酸類樹脂的玻璃化轉變溫度(Tg)為5-95° C。
5.根據權利要求1-4中任一項的防染色組合物，其中所述取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物的玻璃化轉變溫度(Tg)為10-50° C。
6.根據權利要求1-5中任一項的防染色塗料組合物，其具有30-80重量％或25-75體積％的總固體含量。
7.根據權利要求1-6中任一項的防染色組合物，其為透明或半透明的。
8.一種塗覆包含水可提取染色劑的基材的方法，其中所述基材用包含如下組分的水性塗料組合物塗覆 i)苯こ烯-丙烯酸類樹脂；和 )取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物。
9.根據權利要求8的方法，其中基材用根據權利要求1-7中任一項的防染色水性塗料組合物塗覆。
10.根據權利要求8或9的方法，其中所述水性塗料組合物作為ー個或多個底漆層施カロ。
11.根據權利要求8或9的方法，其中所述水性塗料組合物作為ー個或多個中間漆層施カロ。
12.ー種包含水可提取染色劑的塗覆基材，其可通過根據權利要求8-11中任一項的方法獲得。
13.根據權利要求12的塗覆基材，其中所述基材為木質的。
14.根據權利要求13的塗覆基材，其中所述基材包括含單寧的粗紋理天然木材。
15.根據權利要求13或14的塗覆基材，其中所述基材包括ー種或多種選自橡木、印茄木、落葉松木和雙龍瓣豆木的木材。
全文摘要
本發明公開一種防染色水性塗料組合物，所述組合物包含(a)苯乙烯-丙烯酸類樹脂；和(b)取代苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，其中提供的所述苯乙烯-丙烯酸類樹脂在重量上超過所述取代苯乙烯-丙烯酸酯共聚物。還公開一種其中將所述水性塗料組合物施加至包含水可提取染色劑的基材如含單寧的粗紋理天然木材的方法。
文檔編號C09D133/06GK102652159SQ201080055441
公開日2012年8月29日 申請日期2010年12月14日 優先權日2009年12月17日
發明者A·容根, J·R·舒爾茨, T·伯恩霍弗 申請人:阿克佐諾貝爾國際塗料股份有限公司