BR112016008377B1 - Composição aquosa de revestimento - Google Patents
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Abstract
composição aquosa de revestimento. a invenção se refere a uma composição aquosa de revestimento, a qual apresenta uma aceitável estabilidade de armazenagem ao calor e que proporciona a resultante película de revestimento com satisfatória capacidade de lavagem.
Description
[1] A presente invenção se refere a uma composição aquosa de revestimento.
[2] As composições aquosas de revestimento contendo pigmentos, tipicamente, compreendem uma dispersão aquosa de polímero acrílico, um agente coalescente e pigmentos e/ou agentes de expansão. O agente coalescente é geralmente usado para facilitar a formação da película, através da redução da temperatura mínima de formação de película (MFFT) do polímero acrílico. A dosagem do agente coalescente depende da temperatura de transição vítrea (Tg) do polímero acrílico, sendo, normalmente, numa quantidade de pelo menos [Tg (em °C)/2]% em peso, com base no peso de sólidos da dispersão de polímero acrílico. A dispersão aquosa de polímero acrílico na forma de um aglutinante pode compreender partículas de polímero tendo grupos fosfato intimamente ligados à superfície das partículas, formada por polimerização em emulsão do polímero com monômeros etilenicamente insaturados contendo fósforo. Os grupos fosfato podem gerar uma forte interação entre os pigmentos inorgânicos e/ou agentes de expansão e as partículas de polímero. Utilizando esses polímeros funcionalizados com grupos fosfato nas composições de revestimento, com uma concentração de volume de pigmento (PVC) de pelo menos 70%, é possível acentuadamente melhorar a capacidade de lavagem das películas resultantes. Entretanto, essa forte interação tende também a provocar um aumento de viscosidade das composições de revestimento durante o armazenamento, especialmente, quando os monômeros copolimerizados etilenicamente insaturados contendo fósforo estão presentes numa quantidade de 1,0 a 3,5% em peso, com base no peso do polímero acrílico. A indústria de revestimento, geralmente, exige composições de revestimento tendo uma mudança de viscosidade não superior a 15 unidades Krebs (KU), após armazenamento à temperatura de 50°C durante 10 dias.
[3] Portanto, é desejável a provisão de uma composição de revestimento de alta concentração de volume de pigmento (PVC), que proporcione a resultante película de revestimento com melhores condições de lavagem, se comparado com as composições de revestimento compreendendo copolímeros acrílicos que não contêm unidades copolimerizadas contendo fósforo, ao mesmo tempo em que se mantém a desejada estabilidade de armazenamento, conforme descrito acima.
[4] A presente invenção proporciona uma nova composição aquosa de revestimento, com desejada estabilidade de armazenagem ao calor, a qual também proporciona películas de revestimento com satisfatória capacidade de lavagem. A composição aquosa de revestimento da presente invenção combina um copolímero em emulsão, compreendendo de 1,5 a 3,5% em peso de monômeros copolimerizados contendo fósforo, com base no peso de sólidos do copolímero em emulsão, uma específica baixa quantidade de um agente coalescente, e pigmentos e/ou agentes de expansão. De modo surpreendente, a composição aquosa de revestimento da presente invenção apresenta aceitável estabilidade de armazenagem ao calor, conforme evidenciado pela mudança de viscosidade do meio de cisalhamento da composição aquosa de revestimento, dita mudança sendo inferior a 15 KU após armazenamento à temperatura de 50°C durante 10 dias. Em algumas modalidades, a capacidade de lavagem da composição aquosa de revestimento após a secagem é 50% superior a de uma composição de revestimento compreendendo um copolímero em emulsão que não contém unidades copolimerizadas contendo fósforo após a secagem.
[5] A presente invenção proporciona uma composição aquosa de revestimento compreendendo: (a) uma dispersão de copolímero aquosa, compreendendo um copolímero em emulsão tendo uma temperatura de transição vítrea de 8 a 40°C, e compreendendo como unidades copolimerizadas, com base no peso dos sólidos do copolímero em emulsão, de 1 a 3,5% em peso de um monômero contendo fósforo, selecionado de (met)acrilato de fosfoalquila, (met)acrilato de fosfoalcóxi, sais dos mesmos e misturas dos mesmos; em que a dispersão aquosa de copolímero está presente numa quantidade de 2,5 a 7,5% em peso de sólidos, com base no peso total da composição aquosa de revestimento; (b) um agente coalescente tendo uma concentração (Cc), baseada no peso de sólidos da dispersão aquosa de revestimento, sendo determinada como segue: Cc< (2/5 *Tg- CP*100 + 4)/100, onde (Tg) é a temperatura de transição vítrea do copolímero em emulsão em °C; e (Cp) é a concentração do monômero copolimerizado contendo fósforo, baseada no peso de sólidos do copolímero em emulsão; e (c) pigmentos e/ou agentes de expansão.
[6] A dispersão aquosa de polímero de utilidade na presente invenção compreende um ou mais copolímeros em emulsão.
[7] O copolímero em emulsão na dispersão aquosa de polímero pode compreender como unidades copolimerizadas, pelo menos um monômero não iônico etilenicamente insaturado. O termo “monômeros não iônicos” aqui se refere a monômeros não compreendendo carga iônica entre pH = 1-14. Exemplos de adequados monômeros não iônicos etilenicamente insaturados de utilidade para a presente invenção incluem os monômeros de éster (met)acrílico, tais como, acrilato de metila, acrilato de etila, acrilato de butila, acrilato de 2-etilexila, acrilato de decila, acrilato de laurila, metacrilato de metila, metacrilato de butila, metacrilato de isodecila, metacrilato de laurila, metacrilato de hidroxietila, metacrilato de hidroxipropila, e misturas dos mesmos; (met)acrilonitrila; (met)acrilamida; monômeros de funcionalidade amino e funcionalidade ureído; monômeros contendo grupos de funcionalidade aceto-acetato; monômeros etilenicamente insaturados tendo um anel benzênico, tal como, estireno e estirenos substituídos; butadieno; α- olefinas, tais como, etileno, propileno e 1-deceno; acetato de vinila, butirato de vinila, versatato de vinila e outros ésteres vinílicos; monômeros de vinila, tais como, cloreto de vinila e cloreto de vinilideno; e misturas dos mesmos. Numa modalidade preferida, o copolímero em emulsão compreende como unidades copolimerizadas de 85 a 99%, de 90 a 99,5%, ou de 92 a 99% em peso, com base no peso de sólidos do copolímero em emulsão de pelo menos um monômero não iônico etilenicamente insaturado, selecionado de estireno, ésteres C2-C12 alquílicos de ácidos (metil)acrílicos, derivados dos mesmos e misturas dos mesmos.
[8] O termo “acrílico” aqui se refere a ácido (met)acrílico, (met)acrilato de alquila, (met)acrilamida, (met)acrilonitrila, e formas modificadas dos mesmos, por exemplo, (met)acrilato de hidroxialquila. O termo “(met)acrílico” refere-se a qualquer um dentre um componente acrílico, metacrílico e misturas dos mesmos.
[9] O copolímero em emulsão na dispersão aquosa de polímero pode compreender como unidades copolimerizadas pelo menos um monômero etilenicamente insaturado contendo fósforo. Exemplos de adequados monômeros etilenicamente insaturados contendo fósforo incluem (met)acrilatos de fosfoalquila, tais como, (met)acrilato de fosfoetila, (met)acrilato de fosfopropila, e (met)acrilato de fosfobutila, sais dos mesmos e misturas dos mesmos; (met)acrilatos de fosfoalcóxi, tais como, (met)acrilato de fosfoetilenoglicol, (met)acrilato de fosfodietilenoglicol, (met)acrilato de fosfotrietilenoglicol, (met)acrilato de fosfopropilenoglicol, (met)acrilato de fosfodipropilenoglicol, (met)acrilato de fosfotripropilenoglicol, sais dos mesmos e misturas dos mesmos. Monômeros etilenicamente insaturados contendo fósforo preferidos são selecionados de (met)acrilatos de fosfoalquila ou (met)acrilatos de fosfoalcóxi, e sais dos mesmos, especialmente, metacrilato de fosfoetila (PEM).
[10] O copolímero em emulsão na dispersão aquosa de polímero pode compreender, em peso, com base no peso de sólidos do copolímero em emulsão, 1% ou mais de monômeros etilenicamente insaturados contendo fósforo, preferivelmente, 1,5% ou mais, ou mesmo 2% ou mais, e ao mesmo tempo, 3,5% ou menos, 3,0% ou menos, ou mesmo 2,5% ou menos.
[11] O copolímero em emulsão na dispersão aquosa de polímero pode compreender ainda como unidades copolimerizadas, pelo menos um monômero etilenicamente insaturado contendo pelo menos um grupo funcional selecionado de carboxila, anidrido carboxílico, hidroxila, amida e misturas dos mesmos. Exemplos desses tipos de monômeros incluem ácidos carboxílicos ou dicarboxílicos insaturados, preferivelmente, ácido acrílico ou metacrílico, ácido itacônico, e ácido maléico; amidas, preferivelmente, N- alquilolamidas ou ésteres hidroxialquilicos doa ácidos carboxílicos acima mencionados, tais como, acrilamida, metacrilamida, N-metilolacrilamida, N- metilolmetacrilamida, 2-hidroxietilacrilamida, 2-hidroxietilmetacrilamida, acrilato de hidroxietila, metacrilato de hidroxietila, acrilato de hidroxipropila e metacrilato de hidroxipropila. O copolímero em emulsão pode compreender, em peso, com base no peso de sólidos do copolímero em emulsão, até 5%, ou de 0,5 a 3%, de monômeros copolimerizados de ácido carboxílico etilenicamente insaturado.
[12] O copolímero em emulsão na dispersão aquosa de polímero pode compreender, como unidades copolimerizadas, pelo menos um monômero etilenicamente insaturado contendo pelo menos uma funcionalidade de alcoxissilano, preferivelmente, uma funcionalidade de alcoxissilano hidrolisável. Exemplos de adequados monômeros etilenicamente insaturados contendo pelo menos uma funcionalidade de alcoxissilano incluem viniltrialcoxissilanos, tais como, viniltrimetoxissilano, alquilvinildialcoxissilanos, (met)acriloxialquil-trialcoxissilanos, tais como, (met)acriloxietiltrimetoxissilano e (met)acriloxipropil-trimemetoxissilano ou seus derivados. Também, é contemplado que a funcionalidade de silano pode ser adicionada após a polimerização de pelo menos um monômero não iônico etilenicamente insaturado e um monômero precursor com capacidade de reação com alcoxissilano. Um monômero precursor com capacidade de reação com alcoxissilano é um monômero que apresenta um grupo reativo que é capaz, após a polimerização, de reagir com um composto contendo alcoxissilano, para produzir um grupo funcional contendo alcoxissilano fixado ao copolímero.
[13] O copolímero em emulsão pode compreender, em peso, com base no peso de sólidos do copolímero em emulsão, 0,01% ou mais do monômero etilenicamente insaturado copolimerizado, contendo pelo menos uma funcionalidade de alcoxissilano, ou ainda 0,05% ou mais, ou mesmo 0,1% ou mais e, ao mesmo tempo, 3% ou menos, 1,5% ou menos, ou mesmo 1% ou menos.
[14] Numa modalidade preferida, o copolímero em emulsão de utilidade na presente invenção compreende baseado no peso de sólidos do copolímero em emulsão, de 1 a 3,5% em peso de monômeros copolimerizados contendo fósforo, de 35 a 65% em peso de estireno ou seus derivados copolimerizados, de 30 a 60% em peso de éster de ácido (metil)acrílico ou seus derivados copolimerizados, de 0,5% a 3% em peso de monômeros de ácido carboxílico etilenicamente insaturado copolimerizados, e de 0,05 a 1% em peso de monômero etilenicamente insaturado copolimerizado contendo pelo menos uma funcionalidade de alcoxissilano.
[15] O copolímero em emulsão da dispersão aquosa de polímero pode apresentar uma temperatura de transição vítrea (Tg) de 8°C ou mais, 15°C ou mais, ou mesmo 20°C ou mais e, ao mesmo tempo, de 40°C ou menos, 35°C ou menos, ou mesmo de 30°C ou menos. O valor de (Tg) é calculado pela seguinte equação linear: Tg = Wa * Tga + Wb* Tgb + Wc * Tgc onde (Tga), (Tgb) e (Tgc) referem-se à temperatura de transição vítrea (Tg) do Monômero (a), Monômero (b) e Monômero (c), respectivamente; e (Wa), (Wb) e (Wc) referem-se à fração em peso do Monômero (a), Monômero (b) e Monômero (c), respectivamente, com base no peso dos monômeros totais.
[16] A dispersão aquosa de polímero de utilidade na presente invenção pode conter sólidos presentes de 30 a 70% em peso, de 35 a 60% em peso, ou de 40 a 50% em peso, com base no peso total da dispersão aquosa de polímero.
[17] As técnicas de polimerização usadas para preparar os copolímeros em emulsão são bem conhecidas no segmento da técnica, por exemplo, a técnica de polimerização em emulsão. No processo de polimerização em emulsão, convencionais surfactantes podem ser usados. Esses convencionais surfactantes podem incluir emulsificantes aniônicos e/ou emulsificantes não iônicos, por exemplo, sais de metal alcalino ou amônio de sulfatos, sulfonatos ou fosfatos de alquila, arila ou alquilarila; ácidos alquilssulfônicos; sais de sulfossucinato; ácidos graxos, monômeros de surfactante etilenicamente insaturado; e alcoóis ou fenóis etoxilados. A quantidade de surfactante usada, normalmente, é de 0,1 a 6% em peso, com base no peso total de monômeros.
[18] Processos de iniciação térmicos ou processos do tipo redox podem ser usados no processo de polimerização em emulsão. A temperatura reacional pode ser mantida a uma temperatura inferior a 100°C em todo o curso da reação. Uma temperatura reacional preferida é entre 30 e 95°C, ou entre 50 e 90°C. Uma mistura de monômeros pode ser adicionada na forma pura ou como uma emulsão em água. A mistura de monômeros pode ser adicionada em uma ou mais adições, ou de modo contínuo, linearmente ou não, no período de reação, ou qualquer combinação das mesmas.
[19] No processo de polimerização em emulsão, convencionais iniciadores de radical livre podem ser usados. Exemplos de adequados iniciadores de radical livre incluem peróxido de hidrogênio, peróxido de sódio, peróxido de potássio, hidroperóxido de t-butila, hidroperóxido de cumeno, perssulfatos de amônio e/ou metal alcalino, perborato de sódio, ácido fosfórico e sais dos mesmos, permanganato de potássio e sais de amônio ou metal alcalino de ácido peroxidissulfúrico. Os iniciadores de radical livre, tipicamente, podem ser usados em um nível de 0,01 a 3,0 em peso, com base no peso dos monômeros totais. Os sistemas redox, compreendendo os iniciadores descritos acima acoplados a um adequado redutor, podem ser usados no processo de polimerização em emulsão. Exemplos de adequados redutores incluem formaldeído sulfoxilato de sódio, ácido ascórbico, ácido isoascórbico, sais de metal alcalino e amônio de ácidos contendo enxofre, tais como, sulfito, bissulfito, tiossulfato, hidrossulfito, sulfeto, hidrossulfeto ou ditionita de sódio, ácido formadinossulfínico, ácido hidroximetanossulfônico, bissulfito de acetona, aminas, tais como, etanolamina, ácido glicólico, ácido glioxílico hidratado, ácido láctico, ácido glicérico, ácido málico, ácido tartárico, e sais dos ácidos anteriores. Sais metálicos catalisadores de reação redox, tais como, sais de ferro, cobre, manganês, prata, platina, vanádio, níquel, cromo, paládio, ou cobalto podem ser usados. Agentes quelantes para os metais podem ser opcionalmente usados.
[20] O diâmetro médio de partículas do copolímero em emulsão pode ser de 50 a 350 nanômetros (nm), preferivelmente, de 50 a 300 nm, conforme medido por um Dispositivo de Medição de Partículas BI-90. Conquanto que não seja desejado o condicionamento a qualquer teoria, acredita-se que tamanhos de partícula menores que 50 nm ocasionam uma maior instabilidade de cisalhamento do copolímero em emulsão, e que tamanhos de partícula maiores que 300 nm proporcionam uma inferior capacidade de ligação e, portanto, uma fraca condição de lavagem.
[21] A composição aquosa de revestimento da presente invenção pode também compreender a adição de um ou mais agentes coalescentes. O termo “coalescente” aqui se refere a solventes de lenta evaporação ou solventes que não se evaporam, que fundem as partículas de polímero em uma película contínua à condição ambiente. Exemplos de adequados agentes coalescentes incluem éter monobutílico de etilenoglicol, éter monopropílico de etilenoglicol, éter monoexílico de etilenoglicol, éter 2-etilexílico de etilenoglicol, éter fenílico de etilenoglicol, éter monometílico de dietilenoglicol, éter monoetílico de dietilenoglicol, éter monopropílico de dietilenoglicol, éter monobutílico de dietilenoglicol, éter monoexílico de dietilenoglicol, éter monometílico de propilenoglicol, éter monopropílico de propilenoglicol, éter t-butílico de propilenoglicol, éter monobutílico de propilenoglicol, éter monopropílico de dipropilenoglicol, éter t-butílico de dipropilenoglicol, éter monobutílico de dipropilenoglicol, éter metílico de tripropilenoglicol, éter aromático à base de glicol, monoisobutirato de 2,2,4- trimetil-1,3-pentanodiol, alccol benzílico, N-metilpirrolidona, álcool de diacetona, ftalato de dimetila, e misturas dos mesmos. Agentes coalescentes preferidos incluem ftalato de dimetila, 2,2,4-trimetil-1,3-pentanodiolmono(2- metilpropanoato), éter fenílico de propilenoglicol, glutarato de diisobutila, succinato de diisobutila, adipato de diisobutila, e misturas dos mesmos.
[22] A concentração do agente coalescente (Cc), com base no peso de sólidos da dispersão aquosa de copolímero, é determinada como segue: Cc< (2/5*Tg-CP*100 + 4)/100
[23] onde (Tg) é a temperatura de transição vítrea do copolímero em emulsão em °C; e (Cp) é a concentração do monômero copolimerizado contendo fósforo, baseada no peso de sólidos do copolímero em emulsão, Em algumas modalidades, a concentração do agente coalescente é inferior a (2/5*Tg-CP*100 + 2)/100.
[24] A composição aquosa de revestimento da presente invenção pode compreender ainda pigmentos e/ou agentes de expansão. O termo “pigmentos” aqui se refere a materiais que podem proporcionar brancura e cor, incluindo os pigmentos inorgânicos e os pigmentos orgânicos. Os pigmentos inorgânicos, tipicamente, incluem óxidos metálicos. Exemplos de adequados óxidos metálicos incluem dióxido de titânio (TiO2), óxido de zinco, óxido de ferro, sulfeto de zinco, sulfato de bário, carbonato de bário ou misturas dos mesmos. Numa modalidade preferida, o pigmento usado na presente invenção é dióxido de titânio. Tipicamente, o TiO2 existe em duas formas cristalinas, anatásio e rutilo. Adequado TiO2 comercialmente disponível inclui, por exemplo, KRONOSTM 2310, disponível da Kronos Worldwide, Inc., Ti-PureTM R-706, disponível da DuPont (Wilmington, Del.), TiONATM AT1, disponível da Millenium Inorganic Chemicals, ou misturas dos mesmos. O TiO2 pode ser também disponível numa forma de dispersão concentrada. Os pigmentos orgânicos, tipicamente, referem-se a polímeros opacos, tais como, ROPAQUE™ Ultra E, disponível da empresa The Dow Chemical Company (ROPAQUE é uma marca registrada da The Dow Chemical Company). Quando o pigmento compreende TiO2, a sua concentração pode ser numa quantidade de 10% em peso ou menos, 5% em peso ou menos, ou mesmo, 3% em peso ou menos, com base no peso total da composição de revestimento.
[25] O termo “agente de expansão” aqui se refere a componentes brancos transparentes ou semitransparentes, cuja finalidade é reduzir o custo da tinta mediante aumento da área coberta por um determinado peso de pigmento. Exemplos de adequados agentes de expansão incluem carbonato de cálcio, argila, sulfato de cálcio, aluminossilicatos, silicatos, zeólitos, mica, terra diatomácea, vidro sólido ou vidro oco, pérolas de cerâmica, sienito nefelina, feldspato, terra diatomácea, terra diatomácea calcinada, talco (silicato de magnésio hidratado), sílica, alumina, caulim, pirofilita, perlita, barita, volastonita, ou misturas dos mesmos.
[26] A composição aquosa de revestimento da presente invenção pode apresentar uma concentração de volume de pigmento (PVC) de 70% ou mais, 80% ou mais, ou mesmo 95% ou mais. A concentração de volume de pigmento é calculada de acordo com o método de ensaio descrito na Seção de Exemplos, abaixo.
[27] A composição aquosa de revestimento da presente invenção pode compreender ainda um ou mais antiespumantes. O termo “antiespumantes” aqui se refere a aditivos químicos que reduzem e impedem a formação de espuma. Os antiespumantes podem ser antiespumantes à base de silicone, antiespumantes à base de óleos minerais, antiespumantes à base de óxido de etileno/óxido de propileno, poliacrilatos de alquila ou misturas dos mesmos. Adequados antiespumantes comercialmente disponíveis incluem, por exemplo, as emulsões de copolímeros de poliéterssiloxano, TEGOTM Airex 902 W e TEGO Foamex 1488, ambas disponíveis da TEGO, BYK-024, antiespumante de silicone disponível da BYK, ou misturas dos mesmas. Quando presente, a concentração do antiespumante pode ser, com base no peso total da composição aquosa de revestimento, de 0,01 a 1% em peso, de 0,05 a 0,8% em peso ou de 0,1 a 0,5% em peso.
[28] A composição aquosa de revestimento da presente invenção pode compreender ainda um ou mais agentes espessantes. Os agentes espessantes podem incluir álcool polivinílico (PVA), materiais de argila, derivados de ácido, copolímeros de ácidos, espessantes associados a uretano (UAT), poliuretanos de poliéter ureia (PEUPU), poliuretanos de poliéter (PEPU), ou misturas dos mesmos. Exemplos de adequados espessantes incluem as emulsões alcalinas possíveis de expansão (ASE), tais como, polímeros de ácido acrílico neutralizados por sódio ou amônio; emulsões alcalinas possíveis de expansão hidrofobicamente modificadas (HASE), tais como, copolímeros de ácido acrílico hidrofobicamente modificado; espessantes associativos, tais como, uretanos etoxilados hidrofobicamente modificados (HEUR); e espessantes celulósicos, tais como, éteres de metilcelulose, hidroximetilcelulose (HMC), hidroxietilcelulose (HEC), hidroxietilcelulose hidrofobicamente modificada (HMHEC), carboximetilcelulose sódica (SCMC), carboximetil-2-hidroxietilcelulose sódica, 2- hidroxipropilmetilcelulose, 2-hidroxietilmetilcelulose, 2-hidroxibutilmetilcelulose, 2-hidroxietiletilcelulose, e 2-hidroxipropilcelulose. Preferivelmente, o espessante é baseado em HEUR, por exemplo, ACRYSOLTM RM-8W, espessante disponível da empresa The Dow Chemical Company (ACRYSOL é uma marca registrada da The Dow Chemical Company). Quando presente, a concentração do espessante pode ser, com base no peso total da composição aquosa de revestimento, de 0,05 a 3% em peso, de 0,1 a 2% em peso, ou de 0,3 a 1% em peso.
[29] A composição aquosa de revestimento da presente invenção pode compreender ainda a adição de solventes. Exemplos de adequados solventes incluem 2-n-butoxietanol, éter n-butílico de dipropilenoglicol, éter n-butílico de propilenoglicol, éter metílico de dipropilenoglicol, éter metílico de propilenoglicol, éter n-propílico de propilenoglicol, ou misturas dos mesmos. Quando presente, a concentração do solvente, baseada no peso total da composição aquosa de revestimento, pode ser de 0,1% em peso ou mais, 1% em peso ou mais, ou mesmo 3% em peso ou mais e, ao mesmo tempo, de 10% em peso ou menos, 8% em peso ou menos, ou mesmo 5% em peso ou menos.
[30] A composição aquosa de revestimento da presente invenção pode compreender ainda a adição de água. A concentração da água, com base no peso total da composição aquosa de revestimento, pode ser de 20 a 90% em peso, de 25 a 60% em peso ou de 30 a 40% em peso.
[31] A composição aquosa de revestimento da presente invenção pode compreender ainda a adição de um ou mais agentes umectantes. O termo “agentes umectantes” aqui se refere a aditivos químicos que reduzem a tensão superficial da composição de revestimento, fazendo com que a composição de revestimento mais facilmente se espalhe ou mais facilmente penetre na superfície de um substrato. Os agentes umectantes podem incluir os policarboxilatos aniônicos, zwiteriônicos ou não iônicos. Adequados agentes umectantes comercialmente disponíveis incluem, por exemplo, SURFYNOLTM 104, um agente umectante não iônico à base de diol acetacetilênico, disponível da Air Products, BYKTM-346 e BYK-349, siloxanos modificados por poliéter, ambos disponíveis da BYK, ou misturas dos mesmos.
[32] Quando presente, a concentração do agente umectante, com base no peso total da composição aquosa de revestimento, pode ser de 0,1% em peso ou mais, 0,5% em peso ou mais, ou mesmo, 1% em peso ou mais e, ao mesmo tempo, de 2,5% em peso ou menos, 2% em peso ou menos, ou mesmo, de 1% em peso ou menos.
[33] Além dos componentes descritos acima, a composição aquosa de revestimento da presente invenção pode compreender ainda qualquer combinação dentre os seguintes aditivos: agentes tampões, modificadores de reologia não espessantes, umectantes, agentes de eliminação de mofo, biocidas, agentes antidescascamento da pele, colorantes, agentes de fluidez, agentes de reticulação, antioxidantes, plastificantes, agentes de nivelamento, dispersantes, agentes tixotrópicos, promotores de aderência, diluentes e agentes de moagem. Quando presentes, esses aditivos podem se apresentar numa quantidade combinada de 0,001 a 10% em peso, ou de 0,01 a 2% em peso, com base no peso total da composição aquosa de revestimento.
[34] A composição aquosa de revestimento pode ser preparada por meio de técnicas já conhecidas no segmento da técnica. A composição aquosa de revestimento pode ser preparada através da mistura da dispersão aquosa de polímero, do agente coalescente, e dos pigmentos e/ou agentes de expansão acima descritos. Outros opcionais componentes podem ser também adicionados, conforme descrito acima. Os componentes na composição aquosa de revestimento podem ser misturados em qualquer ordem, para proporcionar a composição aquosa de revestimento da presente invenção. Quaisquer dos opcionais componentes acima mencionados podem ser também adicionados à composição durante, ou antes, da mistura, para formar a composição aquosa de revestimento.
[35] A composição aquosa de revestimento da presente invenção apresenta uma desejada estabilidade de armazenagem ao calor. Por exemplo, a mudança de viscosidade do meio de cisalhamento da composição aquosa de revestimento após o tempo de duração ao calor à temperatura de 50°C durante 10 dias é de 15 unidades Kreb (KU) ou menos, de acordo com o método de ensaio descrito na Seção de Exemplos, abaixo. A composição aquosa de revestimento após a secagem forma uma película de revestimento. Em algumas modalidades, a capacidade de lavagem dessa película de revestimento é 50% maior que da película de revestimento feita a partir de uma composição de revestimento sem a presença de unidades copolimerizadas contendo fósforo, conforme citações de utilização no estado da técnica (daqui em diante, referida como “Composição de Revestimento Comparativa”). Numa modalidade preferida, a capacidade de lavagem da película de revestimento feita a partir da composição de revestimento da presente invenção é 70% maior, ou mesmo, 100% maior que da película de revestimento feita a partir da Composição de Revestimento Comparativa. A capacidade de lavagem é aqui medida de acordo com o método de ensaio descrito na Seção de Exemplos, abaixo.
[36] A composição aquosa de revestimento da presente invenção pode ser aplicada a um substrato através de meios adequados, incluindo o uso de escova, imersão, por meio de rolos e também por meio de pulverização. A composição aquosa de revestimento é preferivelmente aplicada por meio de pulverização. As técnicas e equipamentos padronizados para a prática de pulverização, tais como, pulverização por atomização de ar, pulverização de ar, pulverização sem a presença de ar, pulverização em condições de alto volume e baixa pressão, e pulverização eletrostática, tal como, aplicação eletrostática de sino, e métodos manuais ou automáticos podem ser usados. A secagem da composição de revestimento aplicada é geralmente conduzida à temperatura ambiente (22 a 25°C), ou mesmo, 35 a 60°C.
[37] A composição aquosa de revestimento da presente invenção pode ser aplicada e aderida a diversos substratos. Exemplos de adequados substratos incluem madeira, metais, plásticos, espumas, pedras, substratos elastoméricos, vidro, tecido, concreto, ou substratos de cimento. A composição aquosa de revestimento é adequada para diversas aplicações de revestimento, tais como, revestimentos marinhos e de proteção, revestimentos automotivos, revestimentos de madeira, revestimentos de bobina, revestimentos de plástico, revestimentos de pós, revestimentos de latas, e revestimentos de engenharia civil. A composição aquosa de revestimento é particularmente adequada para revestimentos arquitetônicos interiores. A composição aquosa de revestimento pode ser usada isoladamente ou em combinação com outros revestimentos, de modo a formar revestimentos de múltiplas camadas. Por exemplo, um revestimento de múltiplas camadas pode compreender a composição aquosa de revestimento da presente invenção como um primer, uma camada de amarração e, opcionalmente, uma camada de topo.
[38] Algumas modalidades da invenção serão agora descritas, conforme descrição dos Exemplos seguintes, onde todas as partes e percentagens são expressas em peso, a menos que ao contrário indicado.
[39] - DISPONILTM FES 32, surfactante aniônico disponível da Cognis;
[40] - Metacrilato de fosfoetila (PEM), disponível da The Dow Chemical Company;
[41] - Acrilato de butila (BA), estireno (ST), e ácido acrílico (AA), todos disponíveis da Shanghai LangYuan Chemical Co., Ltd.;
[42] - SilquestTM A-171, silano (“A-171”), que é o composto de viniltrimetoxissilano, disponível da Momentive Company;
[43] - Perssulfato de sódio (SPS), hidróxido de sódio (NaOH) e estirenossulfonato de sódio (SSS), todos disponíveis da Shanghai Chemical Reagent Co. Ltd.;
[44] - Propilenoglicol e etilenoglicol, usados como co-solventes e disponíveis da Shanghai Chemical Reagent Co. Ltd.;
[45] - Hidroxietilcelulose (HEC), usada como espessante e disponível da Shanghai Chemical Reagent Co. Ltd.;
[46] - AMP-95TM, disponível da The Dow Chemical Company, é o composto de 2-metil-2-aminopropanol, usado como neutralizante (AMP-95 é uma marca registrada da The Dow Chemical Company);
[47] - OROTANTM 1288, disponível da The Dow Chemical Company, é um poliácido, usado como dispersante (OROTAN é uma marca registrada da The Dow Chemical Company);
[48] - DISPELAIRTM CF-246, antiespumante, disponível da Blackburn Chemicals;
[49] - DB-80, disponível da Jinyang Gaoling Ltd. Co. (China), é caulim calcinado e usado como agente de expansão;
[50] - ASP-170, disponível da Engelhard, é caulim lavado e usado como agente de expansão;
[51] - TI-PURETM R-902, dióxido de titânio, usado como pigmento, disponível da DuPont;
[52] - Talc-800, disponível da Meijia Chemical Company, é pó de talco, usado como agente de expansão;
[53] - CC-700, disponível da Guangfu Building Materials Group (China), é carbonato de cálcio, usado como agente de expansão; e
[54] - TEXANOLTM, um ester-álcool, disponível da Eastman, é o composto de 2,2,4-trimetil-1,3-pentanodiolmono(2-metilpropanoato), usado como agente coalescente.
[55] Os seguintes equipamentos e métodos analíticos padronizados são usados nos Exemplos.
[56] A PVC de uma tinta é calculada conforme segue: (%)PVC = volume de pigmento(s) + volume de agente(s) de expansão/volume seco total da tinta
[57] O teor de volume de sólidos de uma composição de revestimento é calculado como segue: o volume total dos pigmentos e agentes de expansão na composição de revestimento é indicado por (Vp). O volume total de sólidos não voláteis, exceto pigmentos e agentes de expansão, na composição de revestimento (também conhecido por “volume de aglutinante sólido”) é indicado por (Vb). O volume total da composição de revestimento (também conhecido como “volume total de tinta úmida”) é indicado por (Vw). O teor de volume de sólidos da composição de revestimento é medido de acordo com a seguinte equação: Volume de Sólidos = [(Vp + Vb) / Vw] x 100%
[58] Um medidor de viscosidade Stormer, é usado para testar a viscosidade de uma composição de revestimento, de acordo com o método ASTM D562. Após a composição de revestimento ser formada, uma viscosidade inicial de cisalhamento do meio, KU inicial, da composição de revestimento é testada à temperatura ambiente, depois, a composição de revestimento é equilibrada à temperatura ambiente durante a noite. Em seguida, a viscosidade da composição de revestimento é medida e registrada com KU da Noite. A composição de revestimento é depois colocada em um forno, à temperatura de 50°C, durante 10 dias. A viscosidade da composição de revestimento após o armazenamento é testada e registrada como KU Final. A diferença entre a KU da Noite e a KU Final é definida como mudança de viscosidade, ΔKU. Quanto menor for o valor de ΔKU, melhor será a estabilidade do tempo de duração ao calor. O valor de ΔKU precisa ser de 15 KU ou menos para ser considerado aceitável.
[59] A capacidade de lavagem das tintas é determinada usando uma versão modificada do método descrito pela Norma ASTM D 2486-74A. Comparado a esse método ASTM D 2486-74A, são feitas quatro modificações no método de ensaio aqui usado: (1) o meio de lavagem usado consiste de uma solução a 0,5% em peso de detergente de uso doméstico, para tintas com PVC maior que 55% ou um meio de lavagem abrasivo para tintas com PVC inferior a 55%; (2) as películas de revestimento são dispostas sobre discos de vinila, colocados de modo vertical em relação ao maior lado dos discos de vinila; (3) não existem calços sobre as placas metálicas de alumínio das máquinas de lavar; e (4) o material usado para a produção de filamentos das escovas de teste aqui usadas é feito de pelos de porco, ao invés de fibras de náilon. Sobre cada disco de vinila são aplicados quatro revestimentos, sempre fazendo com que um dos mesmos seja derivado da mesma tinta de controle (Exemplo Comparativo C, abaixo) e os outros três sendo amostras, de modo que medições relativas entre o controle e as amostras possam ser obtidas. Para uma dada tinta, quatro amostras de revestimento são feitas e a medição final é obtida através da média dos resultados das quatro amostras. As amostras de revestimento são secas por 7 dias a uma temperatura constante, com uma temperatura de 25°C e uma umidade de 50%, antes do início do teste de lavagem.
[60] Uma emulsão de monômeros foi preparada através da mistura de 706,37 g de BA, 910,15 g de ST, 16,86 g de AA, 38,40 g de PEM, 5,16 g de A-171, 399,49 g de água deionizada e 70,55 g de uma solução aquosa a 31,0% em peso de DISPONIL FES 32, com seguinte emulsificação e agitação. Em seguida, foram introduzidas 10,23 g de uma solução aquosa a 31% em peso de DISPONIL FES 32 e 750 g de água deionizada em um frasco de 5 L de múltiplos gargalos, adaptado com agitação mecânica. Os materiais no frasco foram aquecidos à temperatura de 90°C sob uma atmosfera de nitrogênio. Ao frasco em agitação, 54,8 g da emulsão de monômeros obtida acima foram adicionadas, seguido de 5,46 g de SPSA em 15,6 g de água deionizada. A emulsão de monômeros restante e uma solução de 3,41 g de APS em 207,34 g de água deionizada foram depois adicionadas ao frasco durante 120 minutos, enquanto a temperatura do reator foi mantida em 88°C. Quando metade da emulsão de monômeros restante foi adicionada ao frasco, uma solução de 6,22 g de NaOH e 97,4 g de água deionizada foram adicionadas ao frasco durante 60 minutos. Em seguida, água deionizada foi usada para a lavagem da linha de alimentação da emulsão ao reator. A mistura reacional foi então resfriada para a temperatura ambiente. Durante o resfriamento da mistura reacional, 0,02 g de sulfato ferroso e 0,02 g de EDTA, 4,78 g de hidroperóxido de t-butila (70%) e 2,31 g de ácido isoacórbico em soluções aquosas foram adicionadas dentro do frasco. A dispersão obtida foi neutralizada para um pH de 7,5 a 8,5 com hidróxido de sódio. As propriedades da dispersão resultante são apresentadas na Tabela 1.
[61] As dispersões acrílicas aglutinantes (B-F) foram preparadas conforme o mesmo procedimento descrito acima para a preparação da Dispersão Aglutinante (A), em que as composições do monômero foram preparadas com base nas formulações descritas na Tabela 2. As propriedades das dispersões resultantes são apresentadas abaixo, na Tabela 1. Tabela 1
*Tg é calculada pela equação linear descrita acima. Tabela 2
*Os monômeros totais são PEM, AA, A-171, BA, ST, e SSS, se presentes.
[62] A composição de revestimento do Exemplo 1 foi preparada com base nas formulações descritas na Tabela 3. Os ingredientes de moagem foram misturados usando um dispositivo de dispersão Cowles, de alta velocidade. O aglutinante (A) (95g) foi adicionado dentro do procedimento de moagem. Depois, 6,41 g de Texanol (15% em peso, em relação aos sólidos do aglutinante) foram adicionados à mistura resultante. Dispelair CF-246 (2g) e água deionizada (184,69 g) foram ainda adicionadas à mistura e misturados por 30 minutos, usando um convencional misturador de laboratório. A composição aquosa de revestimento resultante do Exemplo 1 apresentou 82% de PVC e 32,4% de volume de sólidos (“VS”).
[63] As composições de revestimento dos Exemplos 2-5 e Exemplos Comparativos A-C foram preparadas conforme o mesmo procedimento do Exemplo 1, exceto em que o tipo de aglutinante e/ou concentração do agente coalescente foram diferentes, conforme descrito na Tabela 4. Quando da preparação das composições de revestimento com diferentes concentrações de agentes coalescentes, a dosagem de água foi adequadamente modificada, de modo a fazer, respectivamente, o peso total da composição de revestimento igual a 1000 g. A composição de revestimento do Exemplo Comparativo (A) foi substancialmente a mesma que a divulgada na Patente U.S. No. 8.185.714 B2. As composições aquosas de revestimento resultantes dos Exemplos 2-5 e Exemplos Comparativos A-C todas apresentaram um PVC de 82% e um VS de 32,4%.Tabela 3
Tabela 4
[64] Conforme mostrado na Tabela 4, as composições de revestimento dos Exemplos Comparativos A e B proporcionaram películas de revestimento com melhor capacidade de lavagem, se comparado com a composição de revestimento do Exemplo Comparativo C. No entanto, a composição de revestimento do Exemplo Comparativo A tornou-se gelificada após submissão ao calor, e a composição de revestimento do Exemplo Comparativo B mostrou um ΔKU muito superior a 15. Isso indica que as composições de revestimento dos Exemplos Comparativos A-B não apresentam uma aceitável estabilidade de armazenamento.
[65] De modo contrário, as composições de revestimento dos Exemplos 1-5 proporcionaram películas de revestimento com melhor capacidade de lavagem, comparado com composição de revestimento do Exemplo Comparativo C, ao mesmo tempo, em que mostrou também uma aceitável estabilidade de armazenagem ao calor.
Claims (10)
1. Composição aquosa de revestimento, caracterizada pelo fato de que compreende: (a) uma dispersão de copolímero aquosa, compreendendo um copolímero em emulsão tendo uma temperatura de transição vítrea de 8 a 40°C e compreendendo, como unidades copolimerizadas, com base no peso dos sólidos do copolímero em emulsão, de 1 a 3,5% em peso de um monômero contendo fósforo selecionado de (met)acrilato de fosfoalquila, (met)acrilato de fosfoalcóxi, sais dos mesmos e misturas dos mesmos; em que a dispersão aquosa de copolímero está presente em uma quantidade de 2,5 a 7,5% em peso de sólidos, com base no peso total da composição aquosa de revestimento; (b) um agente coalescente tendo uma concentração Cc baseada no peso de sólidos da dispersão aquosa de revestimento, a concentração sendo determinada por: Cc < (2/5*Tg - CP*100 + 4)/100, onde Tg é a temperatura de transição vítrea do copolímero em emulsão em °C e Cp é a concentração do monômero copolimerizado contendo fósforo baseada no peso de sólidos do copolímero em emulsão, em que a Tg é calculada pela equação linear Tg = Wa * Tga + Wb * Tgb + Wc * Tgc , onde (Tga), (Tgb) e (Tgc) referem-se à temperatura de transição vítrea (Tg) do Monômero (a), Monômero (b) e Monômero (c), respectivamente; e (Wa), (Wb) e (Wc) referem-se à fração em peso do Monômero (a), Monômero (b) e Monômero (c), respectivamente, com base no peso dos monômeros totais; e (c) pigmentos e/ou agentes de expansão; em que a composição aquosa de revestimento apresenta uma concentração de volume de pigmento de pelo menos 70%, a concentração de volume de pigmento (PVC) sendo calculada como: (%) PVC = volume de pigmento (s) + volume de agente(s) de expansão/volume seco total da tinta.
2. Composição aquosa de revestimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o copolímero em emulsão apresenta uma temperatura de transição vítrea de 15 a 30°C.
3. Composição aquosa de revestimento, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o copolímero compreende, como unidades copolimerizadas, de 1,5 a 3% em peso do monômero contendo fósforo, com base no peso de sólidos do copolímero em emulsão.
4. Composição aquosa de revestimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o monômero contendo fósforo é selecionado de (met)acrilato de fosfoetila, (met)acrilato de fosfopropila, (met)acrilato de fosfobutila, sais dos mesmos e misturas dos mesmos.
5. Composição aquosa de revestimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a concentração do agente coalescente é inferior a (2/5*Tg-CP*100+ 2)/100.
6. Composição aquosa de revestimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o agente coalescente é selecionado de 2,2,4-trimetil-1,3-pentanodiolmono(2- metilpropanoato), éter de fenil propilenoglicol, glutarato de diisobutila, succinato de diisobutila, adipato de diisobutila, ftalato de dimetila ou misturas dos mesmos.
7. Composição aquosa de revestimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o copolímero em emulsão compreende ainda, como unidades copolimerizadas, um monômero selecionado de ésteres de C2-C12 alquila de um ácido acrílico e um monômero etilenicamente insaturado tendo um anel de benzeno.
8. Composição aquosa de revestimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o pigmento compreende dióxido de titânio.
9. Composição aquosa de revestimento, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o dióxido de titânio está presente em uma quantidade de 10% em peso ou menos, com base no peso total da composição de revestimento.
10. Composição aquosa de revestimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que compreende ainda água, um solvente, um agente umectante, um antiespumante, um espessante ou misturas dos mesmos.
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