專利名稱：防染色水性涂料組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合用作木質(zhì)基材用防染色(Stain-blocking)涂料的水性涂料組合物。更具體而言，本發(fā)明涉及一種最適合作為底漆或中間漆(mid-coat)施加至木質(zhì)基材且包含苯こ烯-丙烯酸類樹(shù)脂與取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物組合的涂料組合物。
背景技術(shù)：
由于最近環(huán)境法對(duì)不同涂料體系中揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的容許量設(shè)定限制，已明確地由溶劑性涂料轉(zhuǎn)向水性體系。施加有常規(guī)溶劑性涂料組合物的許多基材的特征在于含有水溶性染色劑。溶劑性涂料有效地防止這些染色劑染色，因?yàn)樵撊旧珓┎槐煌苛先軇┤芙?。然而，?dāng)將水性涂料施加至該類基材時(shí),這些染色劑可由基材浸出至涂料中，由此使其變色。木質(zhì)基材尤其含有大量水溶性發(fā)色染色劑其中，單寧和木素可容易地由基材浸出至水性涂料中，使涂層表面出現(xiàn)變色而造成染色。該浸出可在施加時(shí)或在涂層使用壽命期間發(fā)生。此外，可由木材浸出的其他染色劑為萜類化合物基樹(shù)脂和生物堿如帶氯菌素?；暮褪┘又粱牡耐苛系娜旧€可由外部來(lái)源造成。例如，香煙的煙塵造成尼古丁染色，這使得光著色的涂料變色，并且來(lái)自鋼筆的墨水可能造成基材上標(biāo)記物染色。當(dāng)(再)涂覆該類染色基材時(shí)，可能出現(xiàn)不希望的面漆變色。上述各染色作用在涂料中都是非常不希望的并且專利文獻(xiàn)由此記載了改進(jìn)水性涂料的防染色特性，尤其是防單寧染色特性的許多嘗試。過(guò)去發(fā)現(xiàn)活性顏料如氧化鋅、鋁鋯磷硅酸鹽或鋇磷硅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于著色的水性涂料的子集中而不能用于透明涂料中。此外，這些活性顔料可能在含有它們的涂料中造成失穩(wěn)的聚合物膠凝和絮凝。因此，希望開(kāi)發(fā)出不含活性顔料的防染色水性涂料組合物。W02005071023 (Nuplex Resins B. V.)公開(kāi)了ー種適用于透明涂層的防染色水性涂料組合物，其包含有機(jī)粘合劑和至少ー種具有層狀結(jié)構(gòu)和帶有正電荷層的晶體結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)納米顆粒作為防染劑。在其天然或原位合成(as-synthesized)狀態(tài)中,這些無(wú)機(jī)顆粒作為由大量初級(jí)顆粒組成的聚集體存在。為了提供透明涂料，無(wú)機(jī)顆粒不能如此聚集并且由此在涂料生產(chǎn)中聚集體必須首先破碎至其初級(jí)顆粒水平或甚至進(jìn)一步破碎。這通過(guò)將顆粒漿料與合適陰離子分散劑組合而實(shí)現(xiàn)，但該方法步驟耗時(shí)耗能且降低涂料組合物的配制空間。此外，在實(shí)踐中，已發(fā)現(xiàn)含有這些無(wú)機(jī)顆粒的涂料在防止木質(zhì)基材中木節(jié)提取物染色時(shí) 無(wú)效。代替將無(wú)機(jī)顆粒加入水性涂料組合物中，某些作者已提出將強(qiáng)酸或陽(yáng)離子官能團(tuán)摻入涂料粘合劑骨架中以降低或消除染色劑擴(kuò)散。美國(guó)專利申請(qǐng)2003/0073778 (Rohm & Haas)描述了ー種防染色水性涂料組合物，其包含0. 1-10重量％至少ー種帶有PKa (在20° C下于水中)小于4的酸側(cè)基的單體及其鹽。然而，將該類酸基摻入粘合劑中確實(shí)導(dǎo)致涂料親水性提高，這導(dǎo)致防水性降低。美國(guó)專利號(hào)5，312，863 (Rohm & Haas)描述了ー種防染色涂料組合物，其包含摻有由酸質(zhì)子化胺官能膠乳或季銨官能團(tuán)提供的陽(yáng)離子官能團(tuán)的陽(yáng)離子膠乳聚合物粘合劑的水分散體。該組合物的主要缺點(diǎn)為呈陽(yáng)離子的涂料成分的有限適用性。本發(fā)明試圖提供ー種不具有現(xiàn) 有技術(shù)記載的缺點(diǎn)的防染色水性涂料組合物。發(fā)明描述根據(jù)本發(fā)明，提供ー種防染色水性涂料組合物，其任選為透明或半透明的且包含
(a)苯こ烯-丙烯酸類樹(shù)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(shù)脂在重量上超過(guò)所述取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物。本發(fā)明由此涉及兩種樹(shù)脂組分的具體共混物，不受理論限制，所述兩種樹(shù)脂組分協(xié)同增效地促進(jìn)整個(gè)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(shù)脂(a)應(yīng)超過(guò)取代苯こ烯-丙烯酸類樹(shù)脂
(b)。例如，已發(fā)現(xiàn)當(dāng)苯こ烯-丙烯酸類樹(shù)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(shí)，水性組合物特別有效。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，苯こ烯-丙烯酸類樹(shù)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(shù)脂a)和取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物的實(shí)際形式不受限制。然而，在本發(fā)明的有效實(shí)施方案中，苯こ烯-丙烯酸類樹(shù)脂a)的特征在于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為5-95° C。額外或獨(dú)立地，取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物的特征應(yīng)優(yōu)選在于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為10-50° C。本發(fā)明另一方面涉及ー種涂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(shù)脂；和(b)取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物的水性涂料組合物涂覆。水性組合物通常作為ー個(gè)或多個(gè)底漆層或作為ー個(gè)或多個(gè)中間漆層施加。合適基材為木質(zhì)的且優(yōu)選基材為含單寧的粗紋理天然木材。對(duì)于該類木材，優(yōu)選涂料組合物具有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。使用該類高固體涂料組合物，對(duì)于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(yōu)異的防染色結(jié)果。涂料組合物的總固體含量可通過(guò)整個(gè)涂料組合物中的高和低固體聚合物用量控制。本發(fā)明進(jìn)一步涉及可通過(guò)上述方法獲得的涂覆基材。定義本文所用在括號(hào)內(nèi)包括“甲基”的術(shù)語(yǔ)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(shù)語(yǔ)“(甲基)丙烯酰胺”是指丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺，或兩者的混合物，如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員容易理解的那樣。本文所用術(shù)語(yǔ)“揮發(fā)性有機(jī)化合物”(VOC)定義為在大氣壓下沸點(diǎn)低于250° C的含碳化合物。測(cè)量本發(fā)明涂料或涂料物質(zhì)的VOC排放應(yīng)根據(jù)ISO 11890-2:2006進(jìn)行。該ISO標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量條件應(yīng)涉及定量地測(cè)量VOC的全部含量。VOC應(yīng)以全部配制劑的重量％表示，即在全部配制劑以及VOC計(jì)算中也包括水。測(cè)量涂料或涂料物質(zhì)的固體含量根據(jù)EPA測(cè)試方法24 (40CFR 60，附錄A)進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，計(jì)算的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)對(duì)于苯こ烯-丙烯酸類樹(shù)脂(a)為5-95°C，并且對(duì)于取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物(b)為10-50° C。本文所用計(jì)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(yè)(1956))計(jì)算的值，由此計(jì)算単體⑴和⑵的共聚物的Tg 1/Tg(計(jì)算)=w(I)/Tg(I) +w(2)/Tg(2)，其中Tg(計(jì)算)為對(duì)于共聚物計(jì)算的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；w(l)為共聚物中単體
(I)的重量分?jǐn)?shù)；w⑵為共聚物中単體⑵的重量分?jǐn)?shù)；Tg(I)為單體⑴均聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；Tg(2)為單體(2)均聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。均聚物的玻璃化轉(zhuǎn)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(xù)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(jù)ISO測(cè)試方法ISO 2115測(cè)量。根據(jù)該方法，在合適的溫度梯度下以干燥空氣流干燥聚合物分散體，并且測(cè)定兼具膜的凝聚(透明)部分與非凝聚(白色)部分的溫度(° C)。發(fā)明詳述各自作為在水基介質(zhì)中分散體提供的兩種上述樹(shù)脂[(a)、(b)]在混合下組合以形成本發(fā)明涂料組合物。這些分散體可由已知市售來(lái)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)，并且合適的第二粘合劑(b)為 Hydroplio I ite055 (可由 Eliokem Inc.，Ohio獲得)。或者，預(yù)期這些粘合劑水分散體各自可通過(guò)如下文描述的獨(dú)立聚合合適單體混合物而提供。獨(dú)立聚合均應(yīng)在水介質(zhì)中在攪拌/混合下進(jìn)行。如本領(lǐng)域已知，設(shè)定水基介質(zhì)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。由于所得乳液應(yīng)為VOC容許的，優(yōu)選使親水性助溶劑如水基介質(zhì)中存在的低級(jí)醇的量最低。獨(dú)立聚合優(yōu)選為本領(lǐng)域已知的自由基乳液聚合。優(yōu)選的產(chǎn)生自由基的手段為化學(xué)引發(fā)劑，尤其是過(guò)氧化物如過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸銨、過(guò)氧化氫以及全部類別的有機(jī)過(guò)氧化物和氫過(guò)氧化物如氫過(guò)氧化枯烯和氫過(guò)氧化叔丁基。其他合適的引發(fā)劑優(yōu)選為接枝物連接的水溶性氧化還原體系，其例如包括過(guò)氧化氫和重金屬鹽；過(guò)氧化氫和ニ氧化硫；或過(guò)氧化氫和焦亞硫酸鈉。引發(fā)劑用量基于單體例如為0. 05-5重量％，優(yōu)選0. 1-4重量％。獨(dú)立聚合通常應(yīng)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(jìn)行。合適的話，可將常規(guī)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于M. Ash&I. Ash, Handbook of Industrial Surfactants,第 3版，Synapse Information Resources Inc.中。在乳液聚合過(guò)程中，可將單體直接計(jì)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(guī)乳化劑將單體乳化于水中。合適的話，可使用降低所形成聚合物的分子量的常規(guī)調(diào)節(jié)劑。所述調(diào)節(jié)劑優(yōu)選為包含結(jié)合形式硫的有機(jī)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。鹵素化合物、醛、酮、甲酸、烯醇醚、烯胺、羥胺、鹵代烴、醇、こ苯和ニ甲苯也適合作為調(diào)節(jié)劑。第一樹(shù)脂供應(yīng)
樹(shù)脂(a)為可作為包含如下組分的単體混合物的聚合產(chǎn)物獲得的苯こ烯_丙烯酸類樹(shù)脂基于全部單體為至多40重量％，優(yōu)選10-40重量％，更優(yōu)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(shí)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(nèi)酯加合物。含有酯基的丙烯酸類単體的實(shí)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(huán)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(yōu)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(fā)明的實(shí)施方案中，苯こ烯-丙烯酸類樹(shù)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(chǎn)物。所述單體混合物優(yōu)選包含10-40重量％ (基于全部單體)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(yōu)選包含20-30重量％(基于全部単體)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(shù)脂(a)應(yīng)具有500，000-1, 000, 000的重均分子量和不低于5° C且不高于95° C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。第二樹(shù)脂供應(yīng)涂料組合物的第二樹(shù)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(chǎn)物提供基于單體總重量為至多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(yīng)存在于單體混合物中。取代苯こ烯應(yīng)理解為意指具有以下通式(I)的苯こ烯
權(quán)利要求
1.ー種防染色水性涂料組合物，其包含 (a)苯こ烯-丙烯酸類樹(shù)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(shù)脂在重量上超過(guò)所述取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的防染色組合物，其中苯こ烯-丙烯酸類樹(shù)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(jù)權(quán)利要求2的防染色組合物，其中所述重量比為75 25-60 40，優(yōu)選70 30-60 40。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的防染色組合物，其中所述苯こ烯-丙烯酸類樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為5-95° C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)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(zhuǎn)變溫度(Tg)為10-50° C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的防染色涂料組合物，其具有30-80重量％或25-75體積％的總固體含量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的防染色組合物，其為透明或半透明的。
8.一種涂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涂料組合物涂覆 i)苯こ烯-丙烯酸類樹(shù)脂；和 )取代苯こ烯-丙烯酸酯共聚物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中基材用根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的防染色水性涂料組合物涂覆。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的方法，其中所述水性涂料組合物作為ー個(gè)或多個(gè)底漆層施カロ。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9的方法，其中所述水性涂料組合物作為ー個(gè)或多個(gè)中間漆層施カロ。
12.ー種包含水可提取染色劑的涂覆基材，其可通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求8-11中任一項(xiàng)的方法獲得。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的涂覆基材，其中所述基材為木質(zhì)的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的涂覆基材，其中所述基材包括含單寧的粗紋理天然木材。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的涂覆基材，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(fā)明公開(kāi)一種防染色水性涂料組合物，所述組合物包含(a)苯乙烯-丙烯酸類樹(shù)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(shù)脂在重量上超過(guò)所述取代苯乙烯-丙烯酸酯共聚物。還公開(kāi)一種其中將所述水性涂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(hào)C09D133/06GK102652159SQ201080055441
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者A·容根, J·R·舒爾茨, T·伯恩霍弗 申請(qǐng)人:阿克佐諾貝爾國(guó)際涂料股份有限公司