包含含水聚合物分散體、交聯(lián)劑和表面活性劑的防霧涂料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了防霧涂料組合物,所述組合物包含含水聚合物分散體、交聯(lián)劑和表面活性劑。經(jīng)干燥和固化的涂料組合物在25℃水中浸泡1小時后,在8秒內(nèi)不呈現(xiàn)起霧。在較佳實(shí)施例中,經(jīng)干燥和固化的涂料組合物在50℃水中浸泡24小時后,在60秒內(nèi)不呈現(xiàn)起霧。還描述包括設(shè)置在基材上的經(jīng)干燥和固化的涂料組合物的制品,以及在基材上提供防霧涂料的方法。
【專利說明】包含含水聚合物分散體、交聯(lián)劑和表面活性劑的防霧涂料
【背景技術(shù)】
[0001] 如例如美國專利No. 7, 008, 979中所述,在高濕度和高溫條件下,或在存在較大溫 度和濕度差的界面邊界處,發(fā)生霧的形成。已提出報(bào)導(dǎo)可降低表面"起霧"趨勢的涂料(即 防起霧涂料)。
[0002] 為防止該起霧,已知使用各種表面活性劑以向制品提供防霧特性。例如,將親水性 試劑加入聚氨酯中以賦予防霧特性。已提出用于透明表面的防霧涂料組合物,所述防霧涂 料組合物包含三維交聯(lián)的聚氨酯,其交聯(lián)結(jié)構(gòu)的開放域內(nèi)設(shè)有游離的表面活性劑。通過使 異氰酸酯與多官能多元醇反應(yīng),獲得聚氨酯,隨后使由此制備的聚氨酯與親水性表面活性 劑接觸以使表面活性劑的分子擴(kuò)散至涂料的內(nèi)部,來制備涂料組合物。(參見例如Radisch 等人的美國專利No. 4, 551,484和4, 609, 688。)
[0003] 然而,表面活性劑不經(jīng)由化學(xué)反應(yīng)進(jìn)入聚氨酯中,而是物理設(shè)置在聚合結(jié)構(gòu)內(nèi)。因 此,固化涂料易發(fā)生不可取的表面活性劑浸出和溶蝕,從而降低涂料組合物的防霧特性。
[0004] 還已提出,使表面活性劑經(jīng)由反應(yīng)進(jìn)入聚氨酯涂料組合物中,從而向涂料組合物 賦予防霧特性。例如,已提出向聚氨酯中加入磺化"樹脂"以制備具有各種特性(包括防霧 特征)的涂料。所述樹脂通過二醇或二胺與二羧酸酯反應(yīng),隨后使雙鍵磺化或使胺季化而 制得。所述樹脂旨在通過以首尾相連方式反應(yīng)進(jìn)入聚氨酯主鏈中而非作為側(cè)基,來提高聚 氨酯涂料的親水特征和吸水性。以首尾相連方式反應(yīng)而非保持側(cè)接在聚氨酯鏈的末端的此 類樹脂不能提供親水性基團(tuán)與疏水性基團(tuán)的明確劃分,并且在該方面不能作為表面活性劑 起作用,即它們不提供不同親水性部分與疏水性部分之間的合作來減小界面張力。(參見例 如Blair等人的美國專利No. 3, 822, 238。)
[0005] 還已提出可用作透明基材的涂料的聚氨酯組合物,其具有改善的自行復(fù)原特性, 并且防止形成表面濕氣。所述聚氨酯組合物由異氰酸酯與多元醇混合物(包括雙官能磺化 聚醚多元醇和三官能多元醇)的反應(yīng)來制備。此類聚氨酯組合物僅摻入向涂料賦予親水性 特征的多元醇組合,并且不另外向組合物中摻入表面活性劑物質(zhì)。(參見例如Fock等人的 美國專利 No. 4, 754, 152。)
[0006] 然而,這些組合物既不提供永久抗霧特性(即在反覆洗滌或在水中長時間浸泡后 維持的抗霧特性),也不在使用超過數(shù)小時時仍有效。
[0007] 另外,已知向用聚乙烯吡咯烷酮作為親水性試劑制備的聚氨酯中摻入包含反應(yīng) 性官能團(tuán)的非離子表面活性劑。例如,已知摻入異氰酸酯預(yù)聚物的防霧涂料組合物,所述 異氰酸酯預(yù)聚物與聚乙烯吡咯烷酮聚合物反應(yīng),其反應(yīng)產(chǎn)物隨后與具有與異氰酸酯反應(yīng)的 反應(yīng)基團(tuán)(例如羥基反應(yīng)性基團(tuán))的非離子表面活性劑反應(yīng)。然而,聚乙烯吡咯烷酮聚 合物盡管用于提高聚氨酯基質(zhì)的親水性并且改善防霧特性,但是通常降低固化聚氨酯表 面的抗刮性、耐化學(xué)性、水敏性和耐久性。因此,盡管已知這些組合物在固化時提供防霧 特性,但它們的溶劑敏感性、柔韌性和抗刮特性不夠理想。(參見例如Creasy的美國專利 No. 4, 467, 073。)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 盡管已描述各種防霧涂料,但工業(yè)上將發(fā)現(xiàn)可提供持續(xù)耐久防霧特性的替代性組 合物的優(yōu)點(diǎn)。
[0009] 在一個實(shí)施例中,描述了防霧涂料組合物,所述組合物包含含水聚合物分散體、交 聯(lián)劑和表面活性劑,其中經(jīng)干燥和固化的涂料組合物在25°C水中浸泡1小時后,在8秒內(nèi)不 呈現(xiàn)起霧。在較佳實(shí)施例中,經(jīng)干燥和固化的涂料組合物在50°C水中浸泡24小時后,在60 秒內(nèi)不呈現(xiàn)起霧。
[0010] 還描述包含設(shè)置在基材上的經(jīng)干燥和固化的涂料組合物的制品,以及在基材上提 供防霧涂料的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 本文描述的涂料組合物適于賦予防霧特征。涂料組合物包含含水聚合物分散體, 通常包含可制成膠乳的含水聚合物分散體,并且更通常包含可制成堿性pH穩(wěn)定膠乳的含 水聚合物分散體。較佳的聚合物分散體包括聚氨酯聚合物分散體、丙烯酸類聚合物分散體、 以及它們的混合物。所述聚合物通常是熱塑性的。
[0012] 術(shù)語"聚氨酯"包括包含聚氨酯片段的任何聚合材料。術(shù)語"聚氨酯片段"指通過 有機(jī)基團(tuán)連接的至少兩個氨基甲酸酯和/或脲基團(tuán)。
[0013] 術(shù)語"丙烯酸"包括丙烯酸、甲基丙烯酸、這些酸的酯、或丙烯腈的任何聚合物或共 聚物。
[0014] 熱塑性聚氨酯組合物一般為二異氰酸酯與短鏈二醇(還稱作增鏈劑)以及二異氰 酸酯與長鏈雙官能二醇(稱為多元醇)的反應(yīng)產(chǎn)物。聚氨酯的特征為具有連接衍生自二異 氰酸酯和二醇的片段的氨基甲酸酯基團(tuán),即-NH-(C = 0)-0-。此類氨基甲酸酯基團(tuán)包含羰 基,即雙鍵鍵合氧原子的碳原子C = 0。
[0015] 長鏈多元醇的非限制性例子為聚醚多元醇、聚酯多元醇、丙烯酸類多元醇、以及此 類多元醇的混合物。通常,基于聚酯的熱塑性氨基甲酸酯因提供良好耐磨性和耐化學(xué)性而 眾所周知。最終樹脂由呈嵌段結(jié)構(gòu)的線性聚合鏈組成。此類鏈包含低極性片段(稱為"軟 片段"),其與較短的高極性片段(稱為"硬片段")交替。兩類片段由共價鍵連接,形成無 規(guī)共聚物或嵌段共聚物。
[0016] 聚酯多元醇通過有機(jī)多元羧酸或其酸酐與有機(jī)多元醇和/或環(huán)氧化物的聚酯化 反應(yīng)來制備。通常,多元羧酸和多元醇為脂族或芳族二元酸和二醇。通常用于制備聚酯的 二醇包括但不限于無環(huán)鏈烷二醇如乙二醇和新戊二醇,和環(huán)狀二醇如氫化雙酚A、環(huán)己二醇 和環(huán)己二甲醇。還可使用較高官能度的多元醇。非限制性例子包括三羥甲基丙烷和季戊四 醇,以及較高分子量多元醇如通過氧基烷基化低分子量多元醇制得的那些。
[0017] 聚酯的酸組分主要由每分子具有2至18個碳原子的單體羧酸或酸酐組成。其中 可使用的酸為鄰苯二甲酸、對苯二甲酸、六氫鄰苯二甲酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、馬來酸、 戊二酸、氯菌酸、癸酸和十二烷酸。還可使用高級多元羧酸,如偏苯三酸和丙三羧酸。應(yīng)當(dāng) 理解,在上文提及酸之處,可使用形成酸酐的那些酸的酸酐替代酸。還可使用酸的低級烷基 酯,如戊二酸二甲酯和對苯二甲酸二甲酯。
[0018] 除聚酯多元醇以外,還可使用包含羥基的丙烯酸類聚合物或丙烯酸類多元醇作為 多元醇組分。
[0019] 聚醚多元醇的例子為聚亞烷基醚多元醇,包括具有下列通式的那些:
[0020]
【權(quán)利要求】
1. 一種防霧涂料組合物,包含: 含水聚合物分散體; 交聯(lián)劑;和 表面活性劑; 其中經(jīng)干燥和固化的涂料組合物在25°C水中浸泡1小時后,在8秒內(nèi)不呈現(xiàn)起霧。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防霧涂料組合物,其中所述經(jīng)干燥和固化的涂料組合物包 含至少約40重量%的含有羧酸酯的聚合物,所述聚合物選自聚氨酯聚合物、丙烯酸類聚合 物、或它們的混合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的防霧涂料組合物,其中所述聚合物包含碳酸酯部分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2-3所述的防霧涂料組合物,其中相對于所述聚合物,所述表面活性 劑是不反應(yīng)的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的防霧涂料組合物,其中所述交聯(lián)劑為包含至少三 個末端氮丙啶基團(tuán)的氮丙啶交聯(lián)劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的防霧涂料組合物,其中所述氮丙啶交聯(lián)劑包含環(huán)氧烷重復(fù)單 J Li 〇
7. 根據(jù)權(quán)利要求5-6所述的防霧涂料組合物,其中所述氮丙啶交聯(lián)劑為乙氧基化烷基 多(甲基)丙烯酸酯與烷基氮丙啶的反應(yīng)產(chǎn)物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的防霧涂料組合物,其中所述交聯(lián)劑具有下列通式
其中R'為氫或烷基基團(tuán); R"為氫或甲基; X、y和z獨(dú)立地為至少1 ;并且 Μ為二價連接基團(tuán)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5-8所述的防霧涂料組合物,其中所述涂料組合物包含至少10重量% 固體的氮丙啶交聯(lián)劑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的防霧涂料組合物,其中所述表面活性劑為非離 子表面活性劑。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10所述的防霧涂料組合物,其中所述表面活性劑包含聚環(huán)氧烷重 復(fù)單元。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9-10所述的防霧涂料組合物,其中所述表面活性劑還包含有機(jī)硅表 面活性劑、離子表面活性劑、或它們的混合物。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求所述的防霧涂料組合物,其中所述涂料組合物還包含聚環(huán)氧烷 的酸或鹽。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求所述的防霧涂料組合物,其中所述經(jīng)干燥和固化的涂料包含至 多40重量%的無機(jī)氧化物納米粒子。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的防霧涂料組合物,其中所述無機(jī)氧化物納米粒子包含二氧 化硅、氧化鋁、或它們的混合物。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14-15所述的防霧涂料組合物,其中所述納米粒子包含硅烷表面處 理,所述硅烷表面處理包含水分散性基團(tuán)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1-16中任一項(xiàng)所述的防霧涂料組合物,其中所述經(jīng)干燥和固化的涂 料組合物在50°C水中浸泡120小時或65°C水中浸泡120小時后,在60秒內(nèi)不呈現(xiàn)起霧。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1-17中任一項(xiàng)所述的防霧涂料組合物,其中所述經(jīng)固化的防霧涂料 具有至少90 %的透射。
19. 一種制品,包括基材和權(quán)利要求1-18中任一項(xiàng)所述的經(jīng)干燥和固化的防霧涂料。
20. -種在基材表面上提供防霧涂料的方法,所述方法包括: 提供根據(jù)權(quán)利要求1-19中任一項(xiàng)所述的含水防霧涂料組合物; 將所述涂料組合物施涂到基材;以及 使所述涂料組合物干燥和固化。
【文檔編號】C09D5/02GK104053731SQ201280061245
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月15日
【發(fā)明者】景乃勇, 盧永上, 解蕩, 喻志剛, J·L·巴蒂斯蒂, A·L·萊文, C·M·伊利塔羅, M·B·阿里 申請人:3M創(chuàng)新有限公司