專利名稱：具有凍融穩(wěn)定性的膠乳粘結(jié)劑、水性涂料和漆以及它們的使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用特定類別的烷氧基化合物(例如，烷氧基化三苯乙烯基苯酚 (alkoxylated tristyrylphenol)和烷氧基化三丁基苯酚)來(lái)改善水性涂料組合物(例如， 漆和紙張涂料組合物)的凍融穩(wěn)定性和開(kāi)放時(shí)間(open time)。特別是，本發(fā)明涉及采用某些基于反應(yīng)性烷氧基化合物的單體、表面活性的烷氧基化合物表面活性劑和表面活性的烷氧基化合物添加劑來(lái)提高水性膠乳分散體、水性膠乳粘結(jié)劑和水性乳膠漆的凍融穩(wěn)定性。
背景技術(shù)：
乳膠漆被用于各種應(yīng)用中，所述應(yīng)用包括內(nèi)部和外部的應(yīng)用，以及無(wú)光、半光澤和有光澤的應(yīng)用中。然而，漆和水性膠乳分散體(尤其是低VOC漆和膠乳分散體)在凍融穩(wěn)定性方面存在不足。這在運(yùn)輸和儲(chǔ)存中尤其成問(wèn)題。自1950年以來(lái)，人們已經(jīng)對(duì)膠乳的凍融(本文中有時(shí)稱為“F/T”)穩(wěn)定性(包括凍融過(guò)程、去穩(wěn)定化機(jī)制以及聚合物結(jié)構(gòu))進(jìn)行了廣泛的研究。文獻(xiàn)BlaCkley，D. C. ,Polymer Lattices-Science and Technology,第 2 版,第 1 卷，Chapman & Hall, 1997 提供了關(guān)于膠乳由冷凍引起的膠體去穩(wěn)定化的全面綜述。冷凍過(guò)程隨著溫度的降低而開(kāi)始，這會(huì)導(dǎo)致冰晶的形成。冰晶結(jié)構(gòu)使得未凍結(jié)的水中的膠乳顆粒濃度逐步增加。最終，在生長(zhǎng)的冰晶結(jié)構(gòu)的壓力下，膠乳顆粒被迫相互接觸，從而造成顆粒凝聚或顆粒間的聚結(jié)。為了在水性介質(zhì)中制備穩(wěn)定的膠乳分散體、或者制備具有凍融穩(wěn)定性的乳膠漆，人們已經(jīng)采用了各種方法。 添加防凍劑(例如，二醇衍生物)的方法已被應(yīng)用于乳膠漆以獲得凍融穩(wěn)定性。這樣，乳膠漆包含有防凍劑，從而允許這些漆即使在遭遇冷凍條件之后，仍然能夠使用。示例性的防凍劑包括乙二醇、二乙二醇和丙二醇。參見(jiàn)文 M Bosen, S. F. , Bowles, W. A. , Ford, Ε. Α.禾口 Person， B. D. , " Antifreezes, “ Ullmann‘ s Encyclopedia of Industrial Chemistry,第 5 版，第A3卷，VCH Verlag，第23-32頁(yè)，1985。然而，要求低VOC或無(wú)VOC則意味著必須降低可用的二醇水平或者消除其使用。文獻(xiàn)AslamazovaJ.R.，Colloid Journal，第61卷，第3 期，1999，第268-273頁(yè)研究了丙烯酸酯膠乳的抗凍性，并揭示了靜電作用對(duì)膠乳顆粒的相互作用的勢(shì)能的影響。在膠體表面運(yùn)用靜電效應(yīng)，帶電的膠乳顆粒之間的庫(kù)侖斥力的相互作用導(dǎo)致勢(shì)能提高。這種電效應(yīng)使膠乳顆粒在冷凍和解凍過(guò)程中穩(wěn)定化。Rajeev Farwaha等(美國(guó)專利No. 5，399，617)披露了可共聚的兩性表面活性劑，并披露了含有所述可共聚的兩性表面活性劑的膠乳共聚物賦予乳膠漆以凍融穩(wěn)定性。Cheng-Le Zhao等(美國(guó)專利No. 6，933，415 B2)披露了含有可聚合的烷氧基化表面活性劑的膠乳聚合物，并披露了其低VOC水性涂料具有優(yōu)異的凍融穩(wěn)定性。Rajeev Farwaha等(美國(guó)專利No. 5，610，225)披露了通過(guò)引入具有長(zhǎng)鏈的聚乙二醇結(jié)構(gòu)的單體以獲得具有凍融穩(wěn)定性的膠乳。Masayoshi Okubo等(美國(guó)專利No. 6，410, 655 B2)披露了包含烯屬不飽和單體的膠乳聚合物的凍融穩(wěn)定性。用作防凍劑的添加劑雖然針對(duì)其目的而言是有效的，但是卻越來(lái)越不理想，因?yàn)樗鼈兪菗]發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)。將乳膠漆施加到基材上后，VOC會(huì)慢慢蒸發(fā)到周圍環(huán)境中。已有嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求在涂料中要減少揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的量，有利的是，使得漆配制物不含VOC或VOC的含量(這其中包括聚結(jié)劑和凍融劑)大大減少。因此， 膠乳粘結(jié)劑制造商不得不開(kāi)發(fā)低VOC的粘結(jié)劑，以滿足漆和涂料行業(yè)的要求。然而，低VOC 涂料和漆必需達(dá)到或超過(guò)在該行業(yè)所規(guī)定的涂料性能標(biāo)準(zhǔn)。在傳統(tǒng)的建筑涂料用膠乳粘結(jié)劑中，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在大于10°C到約40°C之間。 然而，這些建筑涂料通常需要并含有聚結(jié)劑以軟化這些膠乳粘結(jié)劑(即，將相對(duì)具有大于 10°C到約40°C的Tg的膠乳粘結(jié)劑軟化)，或含有防凍劑；這兩者通常都是高VOC溶劑。因此，這些具有較高Tg的膠乳粘結(jié)劑的傳統(tǒng)建筑涂料不能被配制成具有低V0C，而不含溶劑。對(duì)于低VOC應(yīng)用(S卩，低Tg)的粘結(jié)劑，平均Tg接近或低于0°C。然而，Tg低的膠乳粘結(jié)劑在進(jìn)行凍結(jié)/解凍循環(huán)以及暴露于機(jī)械剪切作用時(shí)，會(huì)引起砂紋(grit)。所得的涂膜即使在完全干燥后也較軟且較粘，并容易產(chǎn)生堵塞和積垢效應(yīng)。此外，這種Tg低的膠乳粘結(jié)劑和所獲得的乳膠漆不穩(wěn)定，在低溫環(huán)境下的儲(chǔ)存或運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)凝膠化。Tg低的膠乳粘結(jié)劑和低VOC漆的凍融穩(wěn)定性對(duì)于運(yùn)輸、儲(chǔ)存和實(shí)際應(yīng)用是至關(guān)重要的。因此，需要利用乳液聚合物技術(shù)開(kāi)發(fā)這樣的乳膠漆和膠乳顆粒分散體，其滿足零VOC或低VOC的要求， 同時(shí)提供優(yōu)異的機(jī)械性能和膜性能，而不犧牲這些漆的凍融穩(wěn)定性。發(fā)明概述本發(fā)明涉及采用特定類別的具有大的疏水基團(tuán)的烷氧基化合物(例如，烷氧基化三苯乙烯基苯酚或烷氧基化三丁基苯酚)來(lái)提高膠乳粘結(jié)劑、漆和涂料的凍融穩(wěn)定性、以及其他性能(例如，開(kāi)放時(shí)間、低溫成膜性、耐沾污性、膜光澤、分散性、遮蓋力和耐擦洗性、 抗起泡性、抗粘連性、附著性和水敏性等等)。據(jù)信，在膠乳分散體和漆配制物的凍融過(guò)程中的融解期間，Tg高的膠乳顆粒容易恢復(fù)，而Tg相對(duì)低的顆粒則不能從發(fā)生膠凝的凝聚或聚結(jié)狀態(tài)恢復(fù)。雖然并不局限于理論，但是部分而言，本發(fā)明的理論是利用較大的疏水基團(tuán)的空間位阻效應(yīng)以在軟膠乳顆粒表面形成保護(hù)層，從而將膠乳顆粒穩(wěn)定。吸附或接枝在膠乳顆粒上的大的疏水基團(tuán)、或共聚在膠乳顆粒中的大的疏水基團(tuán)阻止這些膠乳顆粒接近其他軟膠乳顆粒的表面，并增加了這些軟膠乳顆粒之間的間隔距離。烷氧基化合物表面活性劑鏈中的氧化亞烷基(例如，氧化亞乙基)單元還形成與水性介質(zhì)相互作用的層。根據(jù)本發(fā)明，可以制得包含烷氧基化合物的水性涂料組合物(例如，乳膠漆，膠乳分散體)，其在添加很少量的或不添加其他防凍劑(例如，二醇)、聚結(jié)劑和高VOC組分(更通常，不添加防凍劑)的情況下也具有優(yōu)異的凍融穩(wěn)定性?！皟鋈诜€(wěn)定性”或者“為凍融穩(wěn)定的”一般被理解為意味著該組合物/配制物在3次或更多的F/T循環(huán)、通常為5次或更多的F/T循環(huán)中不發(fā)生膠凝?？梢砸远喾N方式利用該烷氧基化合物來(lái)改善膠乳粘結(jié)劑、漆和涂料的凍融穩(wěn)定性。本發(fā)明可以在乳液聚合中采用可聚合的反應(yīng)性烷氧基化單體作為反應(yīng)物，以形成膠乳聚合物。本發(fā)明可以在乳液聚合中采用本文所述的一種或多種表面活性的烷氧基化合物作為表面活性劑(乳化劑)，以形成膠乳聚合物。本發(fā)明可以采用表面活性的烷氧基化合物作為添加劑，以添加到含有膠乳聚合物的水性分散體或濃縮物中。在一方面中，本發(fā)明涉及一種膠乳聚合物，該膠乳聚合物衍生自至少一種第一單體和至少一種可聚合的反應(yīng)性烷氧基化第二單體，該第二單體具有結(jié)構(gòu)式IA
權(quán)利要求
1.一種用于制備低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的乳液聚合物的乳化劑，所述乳化劑符合以下結(jié)構(gòu)式
2.如權(quán)利要求1所述的乳化劑，其中所述低Tg聚合物具有在約-15°C與約12°C之間的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。
3.如權(quán)利要求1所述的乳化劑，其中所述乳化劑符合以下結(jié)構(gòu)式
4. 一種低VOC涂料組合物，其包含至少一種用符合以下結(jié)構(gòu)式的乳化劑中的至少一種制備的乳液聚合物
5.如權(quán)利要求4所述的涂料組合物，其中η是從約20至約50的整數(shù)。
6.如權(quán)利要求4所述的涂料組合物，其中所述乳化劑存在的量大于所述聚合物重量的約 7. 5%。
7.如權(quán)利要求4所述的涂料組合物，其中所述乳化劑符合以下結(jié)構(gòu)式
8.一種改善低VOC涂料組合物的凍融穩(wěn)定性的方法，包括(a)獲得符合以下結(jié)構(gòu)式的乳化劑
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述乳化劑的所述有效量是大于所述聚合物重量的約7. 5%的量。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述乳化劑符合以下結(jié)構(gòu)式
全文摘要
本發(fā)明涉及膠乳聚合物和水性涂料組合物，所述膠乳聚合物和水性涂料組合物具有優(yōu)異的凍融穩(wěn)定性、開(kāi)放時(shí)間、耐沾污性、低溫成膜性、抗起泡性、抗粘連性、附著性、水敏性和低的揮發(fā)性有機(jī)化合物含量。所述膠乳聚合物和水性涂料組合物包含衍生自與烷氧基化合物共聚或共混的單體的膠乳聚合物，所述烷氧基化合物例如是烷氧基化三苯乙烯基苯酚或烷氧基化三丁基苯酚。本發(fā)明還涉及水性涂料組合物，所述水性涂料組合物包含至少一種膠乳聚合物、至少一種顏料、水和至少一種凍融添加劑。通常，所述凍融添加劑以大于所述聚合物的重量的1.3％、2％、4％、7.5％、10％或20％的量添加。
文檔編號(hào)C07C41/05GK102272214SQ200980154001
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者喬斯·魯伊斯, 宗振剛, 李以中 申請(qǐng)人:羅地亞管理公司