CN100351022C - 改进厚涂层干燥时间的方法 - Google Patents

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Abstract

所公开的是改进含有快干粘合剂的外用水性厚涂层的干燥时间的方法，其中将涂层作为至少两层分离的涂层和以“湿层覆盖湿层”的方式来涂布。

Description

改进厚涂层干燥时间的方法
技术领域
本发明涉及改进水性厚涂层干燥时间的方法。更具体地说，本发明涉及通过涂布至少两层分离的涂层来改善含有快干粘合剂的水性厚涂层的干燥时间的方法。
背景技术
涂料可作为厚涂层(即湿态厚度至少为0.4毫米)来涂布以提高耐久性，改善诸如隔音、绝缘、遮盖和保护基材等特定性能。典型地，可能需要使用厚涂层的用途包括屋顶涂料和路标或路线漆。涂布厚涂层的一个缺陷是干燥时间过长。特别是对于在温度、湿度可变和天气变化不定的情况下使用的外用涂料，这一缺点就成了大问题。而对于在尽可能短的时间内使车辆在刚涂布的路标漆上通行的应用来说，该问题就更加严重。
涂料工业中有许多用于加速外用厚涂层中所用的产品的干燥时间的化学和方法。很多产品使用溶剂基快干涂料。低沸点、易挥发的有机溶剂在涂料被涂到地面上之后迅速蒸发，以使刚涂布的路标具有所期望的快干特性。但是，此类涂料配料除将挥发性有机溶剂释放到环境中以外，还将使工人暴露于有机溶剂的蒸气中。因为这些缺点以及来自政府和社区的日益严厉的环境法令，特别希望开发更多的在保留快速干燥性能和/或特性的同时对环境更友好的涂料。
人们已做了许多努力来开发水性或水基涂料体系。主要是由于水的高沸点、高蒸发潜热、强极性和强的氢键作用，水性涂层的干燥时间通常比有机溶剂基涂层的干燥时间更长。干燥时间强烈地依赖于在涂布涂料时大气气氛的相对湿度。在高湿度的情况下，可能需要数小时或者更长的时间来干燥水性涂层。干燥速度的延迟问题对于更快涂布的路标漆特别严重。过长的干燥时间严重限制了水性涂料的使用性，特别是对路线漆和路标漆来说更是如此，这是由于过长的干燥时间导致较长时间的交通中断。
在试图制备干燥时间较短的水性涂料、即迅速或快速干燥或固化的涂料中，设计了使用盐或酸及其组合来诱导凝固的方法，如含有对PH值敏感的粘合剂的体系。这些涂料包括在以下公布的专利申请和已授权的专利中公开的那些涂料：
(a)EP-A-0,066,108公开了水性路标组合物，其中该粘合剂是纯丙烯酸类树脂、羧基化苯乙烯/富马酸二丁酯共聚物和聚多官能胺如聚甲基吖丙啶的混合物。
(b)EP-B-0,322,188公开了含有成膜胶乳聚合物、弱碱官能化合成胶乳聚合物和挥发性碱的水性涂料组合物。
(c)EP-B-0,409,459公开了水性涂料组合物，其含有Tg不低于0℃且阴离子稳定的乳液聚合物、多胺官能化聚合物和挥发性碱，其中碱的用量使该组合物具有使基本上全部多胺官能化聚合物处于非离子状态的pH值，和其中多胺官能化聚合物的50重量％以上将在挥发性碱蒸发时在5-7的pH下仍可溶解。处于非离子状态(即脱质子化)时，多胺与阴离子稳定的乳液以及可能存在于组合物中的任何其它阴离子成分之间的相互作用被消除。挥发性碱必须具有足够的挥发性，以便在空气干燥的条件下释放。在不存在挥发性碱的情况下，质子化胺部分与阴离子成分相互作用，导致涂料组合物不稳定。
(d)US-A-5,804,627公开了制备用于外用表面的快干涂层的方法，该方法包括将水性组合物涂在这些表面上，其中该水性组合物含有Tg高于0℃且阴离子稳定的乳液聚合物、多胺官能化聚合物和挥发性碱，其中多胺官能化聚合物含有约20重量％至约100重量％的含胺基的单体单元，挥发性碱的量足以使组合物的pH值升至使基本上全部多胺官能化聚合物处于非离子状态的值，并使挥发性碱蒸发以制备该涂层。
(e)US-A-5,922,398公开了含有含胺官能侧基的胶乳粒子的水性涂料组合物。胶乳粒子具有大于约0℃的Tg且能在涂布温度下成膜。加入一定量的碱(例如氨)以将组合物的pH值提高至使基本上全部胺官能团处于非离子状态的值。在成膜时，碱蒸发，使侧胺部分被质子化。然后所得的侧铵部分与阴离子表面活性剂发生相互作用，导致该水性体系不稳定，从而加速干燥。
(f)US-A-5,824,734公开了水性涂料组合物，其含有胺官能化胶乳聚合物、交联的单体和小于5重量％的亲水性单体，其中该胶乳聚合物含有以聚合物固体重量计的0.1-5重量％的仲或叔氨基丙烯酸酯。该组合物也含有矿物性颜料。在pH值至少为7的条件下制备胺官能化胶乳聚合物。聚合之后，调高pH值，优选pH值在8-9.5之间，以保证体系的稳定性。当pH值降低时，聚合物粒子和矿物颜料粒子的分散体的稳定性降低，导致聚合物和矿物粒子沉淀和干燥。
(g)US-A-5,947,632公开了含有多种通用材料的水性涂料组合物，其中包括滑石粉、空心球状聚合物、固态聚合物(例如酸、钠或钾形式的离子交换树脂珠粒)和无机化合物(例如无机超吸收性凝胶，苏米卡(Sumica)凝胶)。这些材料的共同特点是其在同样的第一步中与水性粘合剂一起使用时或在后续步骤使用时可加速涂层的干燥。
然而，仍然需要改进的方法，特别是那些以最低成本来加速外用水性厚涂层的干燥时间的方法。
发明内容
本发明涉及改进涂层干燥时间的方法，包括以下步骤：
(a)制备含有快干粘合剂的水性涂料配料；
(b)将涂料配料的第一部分涂在基材上，形成第一湿涂层；
(c)在第一湿涂层干燥之前，将涂料配料的至少一种第二部分涂第一湿涂层上，形成至少一层第二湿涂层；
(d)将第一湿涂层和至少一层第二湿涂层干燥；
其中第一湿涂层和至少一层第二湿涂层的总厚度为0.4毫米-0.5毫米，优选0.5毫米-2.5毫米，最优选0.6毫米-1.5毫米。
在本发明的一个实施方案中，该方法使用以涂料配料总重量计的25重量％-75重量％的第一部分。
在本发明的另一个实施方案中，该方法使用至少一种第二部分，其是单次涂布的，和是以涂料配料总重量计的25重量％-75重量％。
在本发明的优选实施方案中，该方法使用以涂料配料总重量计的50重量％的第一部分和以涂料配料总重量计的50重量％的单独第二部分。
在本发明的更优选实施方案中，该方法进一步包括这样的步骤，即在涂布第一湿涂层之前或之后、包括在涂布任何第二层或后续涂层之前或之后，将吸收剂涂在基材上。
本文所用的“水性”指这样的组合物，其含有以组合物总重量计的大于60重量％、优选70重量％和最优选80重量％的水作为涂料配料的介质。这样，至多含40重量％的有机溶剂的涂料配料在此定义范围内。
这里所说的术语“路”是通用术语，包括连续、长期或间歇地供行人、车辆、拖拉机或飞机使用的任何室内或室外的固体表面。“路”的一些非限制性例子包括高速公路、街道、私人车道、人行道、跑道、出租车道、柏油路、停车场、屋顶、室内地面(例如工厂地面、商业街内的地面)和其它路面。表面材料可以是砖石、焦油、沥青、树脂、混凝土、水泥、石头、灰泥、瓦、木材、聚合物材料及其组合。
对于用于建筑物、墙、屋顶和其它结构的内表面或外表面的路标漆、路标、房屋涂料、防护涂料来说，本发明方法可用于改进其干燥时间。基材的表面可以是木材、金属(如铝、钢及其它金属)、聚合物、石膏等。其它的应用包括涂在各种制品如广告牌、船支和汽车的金属基材上。而在所有这些基材上可能已有一层或多层或新或旧的涂层或漆层。
可通过本领域熟练技术人员已知的多种方法将该涂料配料涂在基材表面上。一些例子包括刷涂、喷涂、挤出、浸渍及其组合。
用于本发明方法的涂料配料需含有快干粘合剂。如上所述，许多这些快干粘合剂是本领域已知的。适用的快干粘合剂包括：
(a)水性分散体，其含有：
(i)阴离子稳定的且Tg至少为-10℃的聚合物；
(ii)由胺或亚胺单体形成的多胺官能化聚合物；和
(iii)挥发性碱，其用量足以使多胺官能化聚合物的共轭酸脱质子化；
(b)水性分散体，其含有：
(i)多胺官能化聚合物，其是含有胺官能侧基的胶乳聚合物，其中该胶乳聚合物的Tg至少为-10℃；和
(ii)挥发性碱，其用量足以使所述多胺官能化聚合物的共轭酸脱质子化；
(c)水性分散体，其含有：
(i)多胺官能化聚合物，其是含有胺官能侧基和酸官能侧基的胶乳聚合物，
其中胺官能团对酸官能团的比例大于3∶1，和
其中所述胶乳聚合物的Tg至少为-10℃；和
(ii)挥发性碱，其用量足以使所述多胺官能化聚合物的共轭酸脱质子化；
(d)水性分散体，其含有：
(i)多胺官能化聚合物，其是含有胺官能侧基的胶乳聚合物，其中含胺官能侧基的所述胶乳聚合物的Tg至少为-10℃；
(ii)含有酸官能侧基的胶乳聚合物，
其中含酸官能团的所述胶乳聚合物的Tg至少为-10℃；
(iii)挥发性碱，其用量足以使所述多胺官能化聚合物的共轭酸脱质子化；
(e)水性分散体，其含有：
(i)含有多胺官能化聚合物的水乳液，该聚合物的Tg至少为-10℃，其由以下可聚合的单体形成：
(A)丙烯酸或甲基丙烯酸的烷基酯类，其中烷基酯部分含有1-18个碳原子；
(B)以所述丙烯酸酯类成膜聚合物计的0.1-5重量％的至少一种仲氨基或叔氨基丙烯酸酯单体、或仲氨基或叔氨基甲基丙烯酸酯单体；和
(C)以丙烯酸酯类成膜聚合物计的0.1-5重量％的可交联单体，该单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和N-羟烷基丙烯酰胺；和所述多胺官能化聚合物，其含有以所述成膜聚合物计的小于3重量％的本文引用的亲水性单体；和
(ii)挥发性碱，其用量足以使所述多胺官能化聚合物的共轭酸脱质子化；
(f)一种组合物，其含有：
(i)含有含强阳离子侧基的聚合物的水性分散体，
其中所述含强阳离子侧基的聚合物的Tg至少为-10℃；和
(ii)含有含弱酸侧基的聚合物的水性分散体，
其中所述含弱酸侧基的聚合物的Tg等于或大于-10℃；和
(g)含有含强阳离子侧基和弱酸侧基的聚合物的水性分散体，其中该聚合物的Tg至少为-10℃。
除快干粘合剂以外，涂料配料中也任选含有能进一步加速涂层干燥的吸收剂。合适的吸收剂包括有机超吸收性聚合物、离子交换树脂、空心球状聚合物、分子筛，滑石粉、无机吸收剂如无机超吸收性凝胶和Sumica凝胶、多孔碳质材料、无孔碳质材料及其混合物。
在本发明中吸收剂的用量在以快干粘合剂总重量计的0.01重量％-90重量％的范围内。优选的范围是0.1重量％-70重量％，更优选0.1重量％-30重量％。
涂料配料也可含有传统的涂料组分，特别是那些在外用厚涂层用途中使用的组分，其包括：增稠剂；流变改性剂；染料；螯合剂；抗微生物剂；分散剂；颜料，如二氧化钛、有机颜料、炭黑；增量剂，如碳酸钙、滑石粉、粘土、二氧化硅和硅酸盐类；填料，如玻璃或聚合物微球，石英和砂；防冻剂；增塑剂；增粘剂，如硅烷类；凝聚剂；润温剂；表面活性剂；防滑添加剂；交联剂；消泡剂；着色剂；增粘剂；石蜡；防腐剂；防冻/熔剂；防腐蚀剂；和抗絮凝剂，但不限于此。
本文所述的范围是封闭式的，相关范围的最大值和最小值可以组合。
具体实施方式
实施例
根据表I制备涂料配料。
                               表I-涂料配料A
  组分   涂料配料A(g)
  FASTRACKTM2706快干粘合剂，产自罗姆和哈斯公司，费城，PA(EP-B-0,409,459中已公开)   460.1
  TAMOLTM901(30％)分散剂(聚电解质的铵盐)，产自罗姆和哈斯公司，费城，PA   7.2
  SURFYNOLTMCT-136乙炔类表面活性剂，产自航空制品与化学品有限公司，Allentown，PA   2.8
  DREWPLUSTML-493消泡剂，产自Ashland化学公司，Drew工业部，Boonton，NJ   2.0
  TI-PURETMR-900二氧化钛，产自E.I.Dupont de Nemours&公司，Wilmington，DE   100.0
  OMYACARBTM-5碳酸钙，产自Pluess-Staufer工业公司，Proctor，VT   760.6
  15分钟后，加入
  甲醇   30.0
  TEXANOL溶剂酯醇，产自Eastman化学公司，Kingsport，TN   23.0
  DREWPLUSTML-493消泡剂，产自Ashland化学公司，Drew工业部，Boonton，NJ   3.5
  NATROSOL250HR(2％)增稠剂，产自Hercules公司   7.0
  水   11.6
  总重(g)   1407.8
通过几种不同的涂布方法评价涂料配料A。以下述方式检测各方法的干燥时间：
(1)将各涂料配料的4英寸(0.1016米)宽线涂在原有路标上，涂成特定的湿膜厚度；
(2)任选在上述部分仍处于湿态时，将各涂料配料的随后部分涂在第一部分上(按照所希望的涂布次数重复此步骤)；
(3)在一定的时间间隔下，使一辆福特型F-350轻型卡车以约20英里每小时(32公里/小时)的速度驶过这些线；
(4)检查周围的路面，检查是否有被卡车轮胎带起并沉积在路面上其它地方的白色涂料；
(5)记录几乎没有或完全没有涂料沉积到路面上的时间(“无痕迹时间”)。
其条件及结果如表II所示。
                              表II-涂料配料A的评价
  涂布方法   涂料配料A的第一部分   涂料配料A的第二部分*   涂层总厚度   吸收剂   干燥至无痕迹的时间
  1(对比)   0.762毫米(湿态)100％   --   0.762毫米(湿态)   无   4分钟
  2   0.381毫米(湿态)50％   0.381毫米(湿态)50％   0.762毫米(湿态)   无   2分钟
  3(对比)   0.762毫米(湿态)100％   --   0.762毫米(湿态)   离子交换树脂”   1.5分钟
  4   0.381毫米(湿态)50％   0.381毫米(湿态)50％   0.762毫米(湿态)   离子交换树脂**   0.5分钟
*在涂布第一部分之后约0.5秒时涂布(“湿层覆盖湿层”)
**规格为150克/米2的AmberliteIR 120H离子交换树脂(在第一和第二涂层之间涂布)，可从罗姆和哈斯公司，费城，PA获得。
我们意外地发现，与涂布总湿膜厚度相同的单涂层的方法相比，通过涂布两层分离的涂料涂层(“湿层覆盖湿层”)的办法可显著缩短干燥时间[方法2与方法1(对比)比较，方法4与方法3(对比)比较]。

Claims (5)

1.制备路标涂层的方法，包括以下步骤：
(a)制备含有快干粘合剂的水性涂料配料；
(b)将涂料配料的第一部分涂在基材上，形成第一湿涂层；其中所述第一部分是以涂料配料总重量计的25重量％-75重量％；
(c)在所述第一湿涂层干燥之前，将涂料配料的至少一种第二部分涂在第一湿涂层上，形成至少一层第二湿涂层；其中所述至少一种第二部分是单次涂布的，其是以涂料配料总重量计的25重量％-75重量％；
(d)使所述第一湿涂层和所述至少一层第二湿涂层干燥；
其中所述第一湿涂层和所述至少一层第二湿涂层的总厚度为0.4毫米-0.5毫米。
2.权利要求1的方法，其中所述第一部分是以涂料配料总重量计的50重量％，和其中所述至少一种第二部分是以涂料配料总重量计的50重量％。
3.权利要求1的方法，其中所述快干粘合剂含有：
(a)阴离子稳定的且Tg高于-10℃的聚合物；
(b)由胺单体或亚胺单体形成的多胺官能化聚合物；和
(c)挥发性碱，其用量足以使所述多胺官能化聚合物的共轭酸脱质子化。
4.权利要求1的方法，其中所述快干粘合剂含有：
(i)含有含胺官能侧基的胶乳聚合物的多胺官能化聚合物，其中所述胶乳聚合物的Tg至少为-10℃；和
(ii)挥发性碱，其用量足以使所述多胺官能化聚合物的共轭酸脱质子化。
5.权利要求1的方法，进一步包括以下步骤：在涂布所述第一湿涂层之前或之后将吸收剂涂在所述基材上，
其中所述吸收剂选自离子交换树脂，空心球状聚合物，分子筛，滑石粉，无机超吸收性凝胶，苏米卡凝胶，多孔碳质材料，无孔碳质材料及其混合物。
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