水性涂料組合物和其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種水性涂料組合物W及制造運(yùn)類水性涂料組合物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)GB 18582方法，涂料組合物需要具有低含量的揮發(fā)性有機(jī)組分(VOC)，例如每 升涂布組合物小于150克VOC。具有低玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(Tg)(例如Tg是45°C或更低）的水性聚 合物粘合劑廣泛用于具有低VOC含量的涂料組合物中。然而，運(yùn)類涂料組合物通常提供具有 不合需要的低硬度的涂料膜。舉例來說，根據(jù)ASTM D3363方法的鉛筆硬度B通常引起不太令 人滿意的抗粘連性和/或抗刮擦性。相比之下，具有較高Tg的聚合物粘合劑可提供具有較高 硬度的涂料膜，但促進(jìn)薄膜形成而所需的更高用量的聚結(jié)劑通常引起更高的VOC含量。因 此，增加涂料膜硬度而不增加涂料組合物的VOC含量是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。
[0003] 已嘗試向低Tg聚合物粘合劑分散液中添加膠態(tài)二氧化娃W增加所得涂料膜的硬 度，同時(shí)保持涂料組合物中聚結(jié)劑的用量。然而，運(yùn)些含有膠態(tài)二氧化娃的涂料組合物通常 提供具有不令人滿意的防水性和耐醇性W及不合需要的低清晰度的涂料膜。許多應(yīng)用（如 在木材涂料中）中的水性涂料組合物需要具有足夠的防水性和48%耐醇性，例如根據(jù)BS: ENl 2720:2009方法，防水性程度是至少3并且48 %耐醇性程度是至少3。對(duì)于木材涂料，涂料 膜將需要具有至少20%或更高的清晰度值。
[0004] 因此，需要提供具有低VOC含量的涂料組合物，其提供具有經(jīng)平衡的高硬度、高清 晰度、良好防水性和良好耐醇性的特性的涂料膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供具有低VOC含量的新型水性涂料組合物，其提供具有經(jīng)平衡的高硬度、 高清晰度、良好防水性和良好耐醇性的特性的涂料膜。本發(fā)明的水性涂料組合物包含水性 乳液聚合物、膠態(tài)二氧化娃和烷基硅烷，并且根據(jù)GB 18582方法，其VOC含量是每升涂料組 合物小于150克。根據(jù)ASTM D3363方法，由運(yùn)類水性涂料組合物制成的涂料膜具有皿或更高 的鉛筆硬度，根據(jù)BS: EN12720:2009方法，清晰度值是至少20%，并且防水性程度是至少3且 48 %耐醇性程度是至少3。
[0006] 在第一方面中，本發(fā)明是水性涂料組合物，其包含，
[0007] (a) W涂料組合物的總固體重量計(jì)，W50到88重量％的量存在的水性乳液聚合物；
[000引（b) W乳液聚合物的重量計(jì)，W14到80固體重量％的量存在的膠態(tài)二氧化娃；
[0009] (C)式(I)的烷基硅烷：
[0011]其中Ri是具有超過4個(gè)碳原子的飽和烷基;R2是具有1到3個(gè)碳原子的烷氧基，并且n 是1到3的整數(shù);其中烷基硅烷與膠態(tài)二氧化娃的固體重量的重量比是0.11到0.23;和
[0012] (d)水；
[0013] 其中涂料組合物中揮發(fā)性有機(jī)組分的含量小于150g/L。
[0014] 在第二方面中，本發(fā)明是水性涂料組合物，其包含，
[001引（a似涂料組合物的總固體重量計(jì)，60到86.4重量％的丙締酸乳液共聚物，其包含 至少一種締系不飽和非離子性單體和至少一種締系不飽和單體作為共聚單元，所述至少一 種締系不飽和單體具有選自幾基、乙酷乙酸醋、烷氧基硅烷、簇基、脈基、酷胺、酷亞胺、氨基 或其混合物的官能團(tuán)；
[0016] (b) W乳液聚合物的重量計(jì)，17到42固體重量％的膠態(tài)二氧化娃；
[0017] (C巧（I)的烷基硅烷：
[0019]其中Ri是具有巧Ijie個(gè)碳原子的飽和烷基瓜是具有巧Ij3個(gè)碳原子的烷氧基，并且n 是1到3的整數(shù);其中烷基硅烷與膠態(tài)二氧化娃的固體重量的重量比是0.15到0.2;
[0020] (d)水；
[0021] (e) W涂料組合物的總固體重量計(jì)，0.5到4.5重量％的聚結(jié)劑；
[0022] (f) W涂料組合物的總固體重量計(jì)，0到4重量％的消光劑;和
[0023] (g) W涂料組合物的總固體重量計(jì)，0到1重量％的交聯(lián)劑；
[0024] 其中涂料組合物中揮發(fā)性有機(jī)組分的含量小于150g/L。
[0025] 在第=方面中，本發(fā)明是制備第一或第二態(tài)樣的水性涂料組合物的方法。所述方 法包含滲合W下各者：
[0026] (a) W涂料組合物的總固體重量計(jì)，W50到88重量％的量存在的水性乳液聚合物；
[0027] (b) W乳液聚合物的重量計(jì)，W14到80固體重量％的量存在的膠態(tài)二氧化娃；
[002引（C)式（I)的烷基硅烷：
[0030]其中Ri是具有超過4個(gè)碳原子的飽和烷基;R2是具有1到3個(gè)碳原子的烷氧基，并且n 是1到3的整數(shù);其中烷基硅烷與膠態(tài)二氧化娃的固體重量的重量比是0.11到0.23;和 [003。 （d)水；
[0032] 其中涂料組合物中揮發(fā)性有機(jī)組分的含量小于150g/L。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 本發(fā)明的水性涂料組合物包含一或多種水性乳液聚合物。乳液聚合物可包含一或 多種丙締酸(共）聚合物。本發(fā)明中的"丙締酸類"包括（甲基）丙締酸、丙締酸（甲基)燒醋、 (甲基)丙締酷胺、（甲基)丙締臘及其經(jīng)改質(zhì)的形式，例如丙締酸（甲基巧圣基烷基醋。
[0034] 適用于本發(fā)明的乳液聚合物可包含一或多種締系不飽和非離子性單體作為共聚 單元。本文中，"非離子性單體"指不具有抑=1-14之間的離子性電荷的單體。適合的締系不 飽和非離子性單體實(shí)例包括（甲基）丙締酸醋單體，如丙締酸甲醋、丙締酸乙醋、丙締酸下 醋、丙締酸2-乙基己醋、丙締酸壬醋、丙締酸癸醋、丙締酸月桂醋、丙締酸徑乙醋、丙締酸徑 丙醋、甲基丙締酸甲醋、甲基丙締酸乙醋、甲基丙締酸下醋、甲基丙締酸壬醋、甲基丙締酸異 癸醋、甲基丙締酸月桂醋、甲基丙締酸徑乙醋及甲基丙締酸徑丙醋；（甲基）丙締臘;苯乙締 及被取代的苯乙締;下二締；乙締、丙締、1-癸締；乙酸乙締醋、下酸乙締醋、叔碳酸乙締醋及 其它乙締醋；乙締基單體，例如氯乙締及偏二氯乙締;或其混合物。W總單體重量計(jì)，締系不 飽和非離子性單體優(yōu)選包含90到98重量％ (甲基)丙締酸醋單體。
[0035] 適用于本發(fā)明的乳液聚合物可包含一或多種締系不飽和陰離子性單體作為共聚 單元。"締系不飽和陰離子性單體"包括例如可聚合酸、酢和金屬離子(例如Li、化、K、Ca)和 其錠離子鹽。適合的可聚合締系不飽和陰離子性單體的實(shí)例包括丙締酸、甲基丙締酸、衣康 酸、甲基丙締酸憐酸乙醋、乙締基麟酸、締丙基麟酸、反下締二酸、順下締二酸、衣康酸單甲 醋、反下締二酸單甲醋、反下締二酸單下醋、順下締二酸酢、2-丙締酷胺基-2-甲基-1-丙橫 酸、2-丙締酷胺基-2-甲基-1-丙橫酸的鋼鹽、2-丙締酷胺基-2-甲基-丙烷橫酸的錠鹽、乙締 基橫酸鋼、締丙酸橫酸的鋼鹽等，和其混合物。
[0036] W乳液聚合物的重量計(jì)，適用于本發(fā)明的乳液聚合物可包含0.1重量％或更多的 共聚締系不飽和陰離子性單體，0.5重量％或更多，或甚至1重量％或更多，并且同時(shí)是20重 量％或更少、10重量％或更少或甚至5重量％或更少。
[0037] 適用于本發(fā)明的乳液聚合物可進(jìn)一步包含一或多種具有一或多個(gè)官能團(tuán)的締系 不飽和單體作為共聚單元。官能團(tuán)可選自幾基、乙酷乙酸醋、烷氧基硅烷、脈基、酷胺、酷亞 胺、氨基或其混合物。優(yōu)選地，使用具有幾基的締系不飽和單體，例如二丙酬丙締酷胺。
[0038] W乳液聚合物的重量計(jì)，適用于本發(fā)明的乳液聚合物可包含0.1重量％或更多的 含有共聚官能團(tuán)的締系不飽和單體，其可W是0.5重量％或更多，或甚至1重量％或更多，并 且同時(shí)是20重量％或更少，10重量％或更少或甚至5重量％或更少。
[0039] 用于制備乳液共聚物的聚合技術(shù)在所屬領(lǐng)域中是眾所周知的，例如乳液聚合。在 乳液聚合方法中，可使用常規(guī)表面活性劑。運(yùn)些常規(guī)表面活性劑可包括陰離子性和/或非離 子性乳化劑，例如烷基、芳基或烷基芳基硫酸、橫酸或憐酸的堿金屬或錠鹽;烷基橫酸;橫基 下二酸鹽;脂肪酸;締系不飽和表面活性劑單體;和乙氧基化醇或苯酪。優(yōu)選表面活性劑是 反應(yīng)性表面活性劑。適合的市售表面活性劑包括例如基于烷基締丙基橫基下二酸鋼的 TREM? LF-40表面活性劑，其可從Co即is購得;ADEKA? Resoap SR-IO反應(yīng)性陰離子乳化 劑，其可從Adeka購得;基于憐酸醋壬基苯酪錠乙氧基化物的DEXTR0L? 0C-1525表面活性 劑，其可從Dexter購得;LATEMUL? PD-104陰離子性可聚合表面活性劑，其可從花王化學(xué)公 司化ao畑emicals)購得；H口EN0L? KH-IO陰離子性可聚合表面活性劑，其可從Daiichi Kogyo Seiyaku Co丄td購得;或其混合物。W單體的總重量計(jì)，所用表面活性劑的量通常是 0.巧化重量％。
[0040] 在乳液聚合方法中，可使用常規(guī)自由基引發(fā)劑。適合的自由基引發(fā)劑的實(shí)例包括 過氧化氨、過氧化鋼、過氧化鐘、叔下基過氧化氨、過氧化氨異丙苯、過硫酸錠和/或堿金屬 過硫酸鹽、過棚酸鋼、過憐酸和其鹽、高儘酸鐘W及過二硫酸的錠或堿金屬鹽。W單體的總 重量計(jì)，自由基引發(fā)劑通?？蒦〇.〇1至1]3.0重量％的含量使用。
[0041] 在乳液聚合方法中，包含上述引發(fā)劑、適合的還原劑和金屬鹽催化劑的氧化還原 系統(tǒng)可W用于方法中。適合的還原劑的實(shí)例包括甲醒次硫酸鋼、抗壞血酸、異抗壞血酸、含 硫的酸堿金屬和錠鹽(例如亞硫酸鋼、亞硫酸氨鹽、硫代硫酸鹽、次硫酸鹽、硫化物、硫氨化 物或連二亞硫酸鹽）、甲脈亞橫酸、徑甲基橫酸、丙酬亞硫酸氨鹽、胺(如乙醇胺）、乙醇酸、乙 醒酸水合物、乳酸、甘油酸、蘋果酸、酒石酸和前述酸的鹽?？蒞使用催化鐵、銅、儘、銀、銷、 饑、儀、銘、鈕或鉆的金屬鹽的氧化還原反應(yīng)。也可W使用金屬的馨合劑。
[0042] 在乳液聚合方法中，也可W使用一或多種鏈轉(zhuǎn)移劑。適合的鏈轉(zhuǎn)移劑的實(shí)例包括 3-琉基丙酸、十二烷基硫醇、3-琉基丙酸甲醋、苯硫酪、杜酷花酸烷基硫醇(azela