CN101068844A - 可辐射固化的可喷涂的涂料组合物 - Google Patents
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Abstract
公开的是包含(a)丙烯酸酯化环氧树脂、和(b)至少一种多官能丙烯酸酯单体的可辐射固化、可喷涂的组合物。本发明的可辐射固化、可喷涂的组合物包含具有氨基的物质。还公开了多层复合涂层,其中至少一层由所述组合物沉积。
Description
发明领域
本发明涉及可喷涂、可辐射固化以及在某些实施方案中基本上不含惰性溶剂和/或单官能反应性稀释剂如单官能丙烯酸酯单体的组合物。该可辐射固化的组合物包含丙烯酸酯化环氧树脂和至少一种多官能丙烯酸酯的混合物,其中该可辐射固化的组合物包含具有氨基的物质。本发明的组合物例如可以是能重复利用的。本发明还涉及多层复合涂层,其中至少一层由本发明的组合物沉积。
背景技术
含有木材表面的制品如家具和橱柜往往涂有一种或多种涂料。为了向所述表面提供色彩,经常使用含染料和/或颜料的调色剂和着色剂。其他表面层如封闭层和面涂层可以单独使用或与所述着色层一同使用。通常,如果没有着色层存在的话将封闭层直接施加在木材表面上,或者如果使用调色剂和/或着色剂的话将封闭层直接施加在这些层上。使用面涂层的话,通常将其施加在封闭层上。
常常需要可辐射固化、基本上无溶剂和/或可喷涂的涂料组合物,尤其是对于木材涂装应用而言。由于木材的热敏性,它经常使得某些热固化涂料不适宜,因此可辐射固化的涂料如通过暴露于紫外线(“UV”)辐射而固化的那些对于木材涂装应用往往是优选的。丙烯酸树脂是可辐射固化的而且常用于木材涂装涂料中。
基本上无溶剂的涂料往往是所期望的,因为溶剂、尤其是有机溶剂可能昂贵、危险、和对环境不友好。喷涂涂料中显著量的有机溶剂的存在因健康和环境原因尤其不合需要。含水或有机溶剂的涂料也可能是效率低而成本高的,因为这些稀释剂通常在固化完成之前从涂料中蒸发。
另外经常需要可喷涂的涂料。当待涂布的制品是不规则形状时,由于会难以用其他方法如辊涂有效地涂布这样的制品,所以可喷涂涂料是特别希望的。可喷涂的涂料是能够通过经由喷枪等装置雾化而得以均匀施加的涂料。可喷涂性是涂料的流变学特性即粘度的函数。通常,认为25℃(77)下粘度约2-约300厘泊的涂料是可喷涂的。过去,在可辐射固化的木材涂料中需要溶剂如水或有机溶剂以达到上述粘度。然而,近来,已经使用反应性稀释剂,如相对低分子量的丙烯酸酯单体,尤其是单官能丙烯酸酯单体以实现可喷涂性。这些稀释剂反应并成为涂层的一部分。然而,这样的基本上无溶剂的涂料组合物通常难以在相对低的膜厚下施加,如小于2.0密尔(50.8微米)或小于1.0密尔(25.4微米)。
已经提出据称是可辐射固化的、无溶剂和/或可喷涂的若干涂料组合物。例如,美国专利No.4,319,811(‘811专利)描述了声称具有这些特征的涂料组合物。‘811专利中所述的组合物基本上无低聚物并通过使作为第一单体的三丙烯酸酯或四丙烯酸酯与具有N-乙烯基酰亚氨基的第二单体共聚而得到。该组合物还可以包括光引发剂、润湿剂、表面活性剂和其他添加剂。
美国专利No.5,453,451(‘451专利)描述了同样声称是可辐射固化的、可喷涂和基本上无溶剂的涂料组合物。‘451专利中所述的组合物包含可聚合的化合物和光引发剂。以该组合物总重量计,所述可聚合的化合物以约80-约99.5wt%的量存在,而且包含丙烯酸酯的混合物,其可以包括单丙烯酸酯、二丙烯酸酯、三丙烯酸酯、聚氨酯改性的丙烯酸酯、聚酯改性的丙烯酸酯或其混合物。以该组合物总重量计,所述光引发剂以约0.5-15wt%的量存在,而且包含自由基型或阳离子型光引发剂。
美国专利No.6,231,931(‘931专利)描述了用基本上100%固体的含丙烯酸酯的可UV固化涂料组合物涂布基材的方法。该丙烯酸酯聚合物可以是单丙烯酸酯、二丙烯酸酯、三丙烯酸酯、聚氨酯改性的丙烯酸酯、聚酯改性的丙烯酸酯或其混合物。按照该‘931专利,当将该组合物喷涂到基材上时,该组合物应当包括至少一种高分子量聚合物和至少一种低分子量聚合物的混合物。该‘931专利还宣称,为了避免在环境温度和压力下喷涂期间的相分离,应当使用40%高分子量聚合物和60%低分子量聚合物的混合物。
然而,这些文献中公开的涂料未能必要地解决近来已经成为可辐射固化、无溶剂的、可喷涂木材涂装涂料的重要考虑因素的几项品质。一种重要的品质是重复利用性,它与回收和再利用材料的能力有关。其他重要的品质包括耐泛黄性、在各种基材如木材、调色剂、醇酸树脂着色剂和封闭层上润湿、对醇酸树脂着色剂的粘附性、韧性、中间涂层粘附性、减少的气味以及外观。因而,提供可辐射固化的、无溶剂和可喷涂的而且还显示出这些品质中的一种或多种的涂料组合物会是有利的。
发明内容
一方面,本发明涉及包含(a)丙烯酸酯化环氧树脂;和(b)至少一种多官能丙烯酸酯的混合物的可辐射固化组合物,其中所述可辐射固化组合物包含具有氨基的物质,以及其中所述可辐射固化组合物是可喷涂的。
另一方面,本发明涉及木材涂装涂料组合物,其包含下列组分的混合物:(a)10-30wt%丙烯酸酯化环氧树脂;(b)35-65wt%至少一种多官能丙烯酸酯;(c)0.01-15wt%光引发剂;(d)10-30wt%胺改性的(甲基)丙烯酸酯;(e)0.01-5wt%流变改性剂;(f)0.01-10wt%表面活性剂;和(g)0.01-10wt%UV光稳定剂,其中所述wt%以组合物的总重计,并且其中所述木材涂装涂料组合物是可喷涂的。
另一方面,本发明涉及多层复合涂层,其包含由封闭层组合物沉积的封闭层和施加在该封闭层至少一部分上的面涂层,其中所述面涂层由面涂层组合物沉积,其中所述封闭层组合物和面涂层组合物中的至少一种包含可辐射固化的组合物,该组合物包含(a)丙烯酸酯化环氧树脂;和(b)至少一种多官能丙烯酸酯的混合物,其中所述可辐射固化组合物包含具有氨基的物质,并且其中所述可辐射固化组合物是可喷涂的。
就以下的详细说明而言,除非其中明确地有相反指示,否则应当理解的是可以采取各种可供选择的变型和步骤顺序。此外,除了在实施例中以外,或者其中另作说明时,表示在说明书和权利要求书中所用的成分量的所有数值应理解为在一切情况下都由术语“约”修饰。因此,除非有相反指示,否则在以下的说明和所附权利要求书中给出的数值参数是近似值,其可以根据待由本发明得到的所需性能而变化。最起码,以及并非作为限制等同原则对权利要求范围的应用的企图,各数值参数应当至少按照所报道的有效数字的数目并采用一般的四舍五入技术来解释。
尽管给出本发明的宽范围的数值范围和参数是近似值,但是在特定的实施例中给出的数值尽可能精确地报道。然而,任何数值固有地包含由它们相应的试验测量中所发现的标准偏差所必然引起的一定误差。
此外,应该理解的是本文列出的任何数值范围希望包括其中所含的所有子范围。例如,“1至10”的范围希望包括在所列举的最小值1和所列举的最大值10(包括端值)之间的所有子范围,即具有等于或大于1的最小值和等于或小于10的最大值。
附图简要说明
图1是连续涂布装置的透视图;和
图2是图1所示的连续涂布装置的截面图。
发明实施方案的详述
本发明涉及组合物如涂料组合物,它是可辐射固化的、可喷涂的、以及在某些实施方案中基本上不含惰性溶剂和/或单官能的反应性稀释剂如单官能丙烯酸酯单体。在某些实施方案中,本发明的组合物可以例如是能重复利用的,具有减少的挥发物,以及显示出良好的耐划伤性、韧性、中间涂层粘附性和/或对油质表面的粘附性。
本发明的可辐射固化、可喷涂组合物包含(a)丙烯酸酯化环氧树脂和(b)至少一种多官能丙烯酸酯、以及在某些实施方案中(c)光引发剂的混合物。本发明的可辐射固化组合物包含具有氨基的物质。在本发明的某些实施方案中,该组合物也基本上不含惰性溶剂和/或单官能反应性稀释剂,如单官能丙烯酸酯单体。
用于本文时,术语“可辐射固化”指的是具有通过暴露于能量源如电子束(EB)、UV光、或可见光下可聚合的活性组分的材料。在某些实施方案中,本发明的组合物通过暴露于UV光下可聚合。用于本文时,术语“可喷涂”指的是能够通过经由喷枪等装置雾化而得以均匀施加的组合物。如同本领域技术人员所理解的那样,可喷涂性是材料粘度的函数。在某些实施方案中,本发明的组合物在25℃(77)和高剪切下的粘度为2-300厘泊,在其他实施方案中为20-150厘泊,或在另外的实施方案中为20-120厘泊。本文中报道的粘度可以用锥板式粘度计在5000周/秒下确定,如本领域技术人员所了解的那样。
如前所述,本发明的组合物包含丙烯酸酯化环氧树脂。如同本领域技术人员了解的那样,丙烯酸酯化环氧树脂通过环氧树脂与(甲基)丙烯酸的反应制成。用于本文时,“(甲基)丙烯酸”以及由其派生的术语希望包括丙烯酸类和甲基丙烯酸。此外,在本发明的某些实施方案中,该丙烯酸酯化环氧树脂包含25℃(77)下粘度小于10,000厘泊,或在一些情况下小于5,000厘泊、或在另外的情况下约为1,000厘泊的低聚物。在本发明的某些实施方案中,该丙烯酸酯化环氧树脂包含Tg(玻璃化转变温度)小于50℃(122)、或在一些情况下小于25℃(77)、或在另外的情况下小于0℃(32)、或在另外情况下小于-10℃(14)的低聚物。
可以用于本发明组合物中的适宜的丙烯酸酯化环氧树脂不受限制地包括下述物质,它们是具有至少一个环氧基团的化合物与每分子具有至少一个α,β-烯键式不饱和双键和至少一个环氧基团反应性基团的化合物的反应产物。在某些实施方案中,该丙烯酸酯化环氧树脂可以包含多官能的丙烯酸酯化环氧树脂。用于本文时,术语“多官能的丙烯酸酯化环氧树脂”指的是丙烯酸酯官能度大于1.0的丙烯酸酯化环氧树脂。
适合用于本发明组合物中的市售丙烯酸酯化环氧树脂的一些具体实例不受限制地包括出自UCB Chemicals Corporation,Smyrna,Georgia的EBECRYL 3200、3201、3211和3212;出自Cognis Corp.,Cincinnati,Ohio的PHOTOMER 4025;出自BASF Corp.,Charlotte,North Carolina的LAROMER 8765;和出自Sartomer Corp.,Exton,Pennsylvania的CN115。
在本发明的某些实施方案中,所述组合物以可辐射固化组合物的总重计包含至少10wt%丙烯酸酯化环氧树脂,或在一些实施方案中包含至少15wt%丙烯酸酯化环氧树脂,或在另外的情况下为20wt%直至80wt%,或在其它的实施方案中包含35wt%直至65wt%丙烯酸酯化环氧树脂。在某些实施方案中,组合物以可辐射固化组合物的总重计包含10wt%直至30wt%丙烯酸酯化环氧树脂。存在于可辐射固化组合物中的丙烯酸酯化环氧树脂的量可以处于这些值的任意组合之间,包括所列的端值。
本发明的组合物还包含至少一种多官能丙烯酸酯。用于本文时,术语“多官能丙烯酸酯”指的是具有大于1.0、如至少2.0的丙烯酸酯官能度的单体或低聚物。适合用于本发明组合物中的多官能丙烯酸酯例如包括相对摩尔质量为170-5000g/mol、如170-1500g/mol的那些。在本发明的组合物中,所述多官能丙烯酸酯可以充当可辐射固化的反应性稀释剂。暴露于辐射下时,引起自由基引发的多官能丙烯酸酯与单体或低聚物的聚合,由此使反应性稀释剂结合到涂料基质中。
适合用于本发明可辐射固化组合物中的多官能丙烯酸酯不受限制地包括二官能、三官能、四官能、五官能、六官能的(甲基)丙烯酸酯及其混合物。用于本文时,“(甲基)丙烯酸酯”以及由其派生的术语希望包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
适宜的多官能丙烯酸酯的代表性实例不受限制地包括乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,3-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、2,3-二甲基丙烷1,3-二丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、乙氧基化的己二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化的己二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、烷氧基化的新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、己二醇二(甲基)丙烯酸酯、二甘醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、硫代二甘醇二丙烯酸酯、丙二醇二甲基丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四(甲基)丙烯酸酯、甘油丙氧基三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化的三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、和四甘醇二(甲基)丙烯酸酯,包括它们的混合物在内。
在某些实施方案中,本发明的可辐射固化组合物以该可辐射组合物的总重计包含少于90wt%多官能丙烯酸酯,或在一些实施方案中为少于85wt%,或在另外的实施方案中为多于20wt%直至少于80wt%,在另外的实施方案中包含35wt%直至65wt%多官能丙烯酸酯。存在于可辐射固化组合物中的多官能丙烯酸酯的量可以处于这些值的任意组合之间,包括所列的端值。
在某些实施方案中,特别是当所述可辐射固化组合物待由UV辐射固化时,本发明的组合物也包含光引发剂。如同本领域技术人员会了解的那样,光引发剂在固化期间吸收辐射并将它转换成可用于聚合的化学能。基于作用方式可以将光引发剂分成两大类,其任一或两者都可以用于本发明的组合物中。裂解型光引发剂包括苯乙酮、α-氨基烷基苯基酮、苯偶姻醚、苯甲酰肟、酰基氧化膦和二酰基氧化膦、以及它们的混合物。夺取型光引发剂包括二苯甲酮、米蚩酮、噻吨酮、蒽醌、莰醌、荧光酮、香豆素酮及其混合物。
可以用于本发明可辐射固化组合物中的光引发剂的非限制性具体实例包括苯偶酰,苯偶姻,苯偶姻甲基醚,苯偶姻异丁基醚苯并苯酚(benzophenol),苯乙酮,二苯甲酮,4,4’-二氯二苯甲酮,4,4’-双(N,N’-二甲基氨基)二苯甲酮,二乙氧基苯乙酮,荧光酮,如出自Spectra Group Ltd.的H-Nu系列引发剂,2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮,1-羟基环己基苯基酮,2-异丙基thixantone,α-氨基烷基苯基酮,如2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-1-丁酮,酰基氧化膦,如2,6-二甲基苯甲酰二苯基氧化膦,2,4,6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦,双(2,4,6-三甲基苯甲酰)苯基氧化膦,2,6-二氯苯甲酰二苯基氧化膦,和2,6-二甲氧基苯甲酰二苯基氧化膦,双酰基氧化膦,如双(2,6-二甲氧基苯甲酰)-2,4,4-三甲基戊基氧化膦,双(2,6-二甲基苯甲酰)-2,4,4-三甲基戊基氧化膦,双(2,4,6-三甲基苯甲酰)-2,4,4-三甲基戊基氧化膦,和双(2,6-二氯苯甲酰)-2,4,4-三甲基戊基氧化膦,以及它们的混合物。
在某些实施方案中,本发明的可辐射固化组合物以该可辐射固化组合物的总重计包含0.01wt%直至15wt%的光引发剂,或在一些实施方案中为0.01wt%直至10wt%,或在另外的实施方案中包含0.01wt%直至5wt%光引发剂。存在于可辐射固化组合物中的光引发剂的量可以处于这些值的任意组合之间,包括所列的端值。
本发明的可辐射固化组合物还包含具有氨基的物质。在本发明的组合物中,所述氨基可以作为丙烯酸酯化环氧树脂的一部分存在,或者作为至少一种多官能丙烯酸酯的一部分存在,或者该氨基可以存在于该可辐射固化组合物另外的组分中。尽管不受任何理论束缚,但是认为本发明组合物中具有至少一个氨基的物质的存在例如影响组合物的反应性,由此提高组合物的固化响应。
在某些实施方案中,本发明的可辐射固化组合物包含胺改性的(甲基)丙烯酸酯。适合用于本发明中的胺改性(甲基)丙烯酸酯是本领域已知的并且不受限制地包括胺改性的聚醚丙烯酸酯、胺改性的聚酯丙烯酸酯、胺改性的丙烯酸酯化环氧树脂、和胺改性的聚氨酯丙烯酸酯,包括它们的混合物在内。
适合用于本发明组合物中的市售胺改性(甲基)丙烯酸酯的代表性的具体实例不受限制地包括出自BASF Corporation,Charlotte,NorthCarolina的LAROMER系列胺改性丙烯酸酯,如LAROMER PO77F、PO94F和LR8996;出自Sartomer Corp.,Exton,Pennsylvania的CN501、CN502、CN550和CN551;以及出自Akcros Chemicals,New Brunswick,New Jersey的ACTILANE 525,584和587。
在某些实施方案中,本发明的可辐射固化组合物以该可辐射固化组合物的总重计包含至少5wt%的具有氨基的物质,或者在一些情况下为至少10wt%,或者在另外的情况下为至少20wt%。在一些实施方案中,可辐射固化组合物以其总重计包含5wt%直至50wt%的具有氨基的物质,或在另外的情况下为10wt%直至30wt%。存在于可辐射固化组合物中的具有氨基的物质的含量可以处于这些值的任意组合之间,包括所列的端值。
在某些实施方案中,本发明的组合物基本上不含单官能的反应性稀释剂(如单官能丙烯酸酯单体)和/或惰性溶剂(如水和惰性有机溶剂)。实际上,已经令人惊讶地发现,即使很少加入或不加入单官能丙烯酸酯单体和/或惰性溶剂,本发明的特定组合物也是可喷涂的,同时保持所需的性能特性,如耐划伤性、韧性、和中间涂层粘附性。本领域技术人员会意识到这样的物质已知是对于达到适合喷涂性的粘度非常希望的低粘度物质。用于本文时,“基本上不含”意味着如果有的话,该物质作为附带的杂质存在于组合物中。换句话说,该物质并非有意加入到组合物中,而是由于它作为构成预期组合物组分的一部分的杂质带入,可能以次要的或无关紧要的水平存在。在某些实施方案中,例如,单官能的反应性稀释剂和/或惰性溶剂以组合物总重计以少于10wt%、或者在一些情况下少于5wt%以及在另外的实施方案中少于2wt%的量存在于本发明的组合物中。例如,在一些实施方案中,本发明的组合物不含单官能的反应性稀释剂。
据信至少部分归因于没有显著量的单官能反应性稀释剂和/或惰性溶剂的存在,本发明的某些组合物与它们包含上述物质的可辐射固化和可喷涂的对应物相比显示出降低的挥发性。事实上,据信单官能丙烯酸酯单体在固化期间不仅反应成为涂料的一部分,而且在固化期间它们也蒸发至比多官能丙烯酸酯更大的程度。由于低挥发性导致减少的气味和/或更安全的操作,这将是本发明的重要特征。
此外,在某些实施方案中,本发明的可辐射固化组合物是可重复利用的。用于本文时,术语“可重复利用”指的是喷涂后保持均质以及再循环后可以再喷涂同时保持性能特性如耐划伤性、韧性、和中间涂层粘附性的组合物。例如,在某些实施方案中,本发明的可辐射固化组合物在120(49℃)下12小时后显示的由热重分析(TGA)测定的重量损失小于10%,或者在一些情况下小于7%,或者在另外的情况下小于2%。本文所报道的TGA重量损失以本领域技术人员所了解的方法确定,并旨在模拟某些喷涂应用条件的喷涂和再循环温度。
此外,本发明的某些实施方案由ASTM D5403方法A测定时显示出小于4%、或在一些情况下小于2%、或在另外的情况下小于1%的重量损失,该方法规定成模拟UV固化和随后的成品熟化期间可UV固化涂料的潜在重量损失。
在某些实施方案中,本发明的可辐射固化组合物包含流变改性剂。许多流变改性剂可以单独地或组合地用于制备本发明的组合物。例如,适宜的流变改性剂不受限制地包括煅烧二氧化硅、有机化粘土、改性脲、纳米氧化铝、非缔合的增稠剂、以及它们的混合物等等。市售的而且可以用于本发明可辐射固化组合物中的适宜的流变改性剂是以名称BYK-410出售的来自BYK-Chemie USA,Wallingford,Connecticut的改性低分子量聚合脲。在某些实施方案中,流变改性剂促进本发明可辐射固化组合物的重复利用性。
在某些实施方案中,本发明的可辐射固化组合物包含0.01wt%直至5wt%流变改性剂,在一些实施方案中为0.1wt%直至2wt%,在另外的实施方案中包含0.1wt%直至1wt%的流变改性剂。存在于可辐射固化组合物中的流变改性剂的量可以处于这些值的任意组合之间,包括所列的端值。
在某些实施方案中,本发明的可辐射固化组合物包含一种或多种适宜的表面活性剂以减少表面张力。表面活性剂包括另外称作润湿剂、消泡剂、乳化剂、分散剂、流平剂等的物质。表面活性剂可以是阴离子性的、阳离子性的和非离子性的,而且各类表面活性剂中的许多是可购得的。本发明的一些实施方案至少包括润湿剂。本发明另外的可辐射固化组合物可以具有附加的表面活性剂以履行额外的作用。可以用于本发明可辐射固化组合物中的一些具体的润湿剂包括基于硅氧烷的出自OSI Specialties,Inc.的SilwetL-77润湿剂,出自BYKChemie的BYK-306润湿/流平剂,和出自Dow Corning的Dow Corning#57流动控制剂,等等。
还可以选择其他适宜的表面活性剂。加入到可辐射固化组合物中的表面活性剂的用量和数目将取决于所选择的具体表面活性剂,但是应当限于实现基材的润湿而不牺牲所需涂料的性能所必需的表面活性剂的最少用量。在某些实施方案中,本发明的可辐射固化组合物包含0.01wt%直至10wt%表面活性剂,在一些实施方案中为0.05wt%直至5wt%,或在另外的实施方案中包含0.1wt%直至3wt%表面活性剂。存在于可辐射固化组合物中的表面活性剂的量可以处于这些值的任意组合之间,包括所列的端值。
在某些实施方案中,本发明的可辐射固化组合物包含UV光稳定剂如适宜的受阻胺或UV吸收剂如取代的苯并三唑或三嗪。可以将许多上述材料中的任一种用于制备本发明的组合物。例如,适宜的UV光稳定剂包括以名称TINUVIN 292出售的受阻胺和以名称TINUVIN 328和TINUVIN 400出售的UV吸收剂,其全都来自Ciba SpecialtyChemicals。
在某些实施方案中,本发明的可辐射固化组合物包含0.01wt%直至10wt%的UV光稳定剂和/或UV吸收剂,在一些实施方案中为0.01wt%直至5wt%,或在另外的实施方案中包含0.01wt%直至2.5wt%的UV光稳定剂和/或UV吸收剂。存在于可辐射固化组合物中的UV光稳定剂和/或UV吸收剂的量可以处于这些值的任意组合之间,包括所列的端值。
本发明的可辐射固化组合物还可以包含其他添加剂。例如,可辐射固化组合物可以包含染料、颜料、砂磨添加剂、抗氧化剂和消光剂(如蜡涂布的或无蜡涂布的二氧化硅或其他无机物质)等等。
通过本领域技术人员已知的任何适宜的涂布方法,例如通过浸涂、直接辊涂、逆辊涂布、幕涂、喷涂、刷涂、真空涂布及其组合,可以将本发明的可辐射固化组合物直接施加在基材表面上或底层上。然而,本发明的组合物特别适合通过喷涂施加。将涂料组合物施加至基材上的方法和装置可以至少部分地由基材的外形和种类确定。所述涂料的干膜厚度例如可以是每层约0.2-3.0密尔(5.1-76.2微米),如每层0.2-2.0密尔(5.1-50.8微米),或者在一些实施方案是每层0.2-1.0密尔(5.1-25.4微米)。事实上,本发明组合物的一个优点在于它们无疑能够以每层小于2.0密尔(50.8微米)或小于1.0密尔(25.4微米)的膜厚施加。可以施加多层。
一旦施加,本发明的组合物可以通过辐射固化。因而,例如,本发明的组合物如同本领域技术人员已知的那样可以通过紫外线辐射固化。在某些实施方案中,可以在少于1分钟内完成固化。
在某些实施方案中,可以将波长范围是180-4000纳米的紫外光源用于固化本发明的组合物。例如,可以使用日光、汞灯、弧光灯、氙灯、镓灯、等等。在一种实例中,本发明的组合物可以由中压汞灯固化,其强度为48-360W/cm,总曝光度为100-2000mJ/cm2,如500-1000mJ/cm2,如由购自EIT Inc.,Sterling,Virginia的POWERMAP UV辐射计所测定的。
当期望小于2.0密尔(50.8微米)或小于1.0密尔的相对低的膜厚时,本发明的组合物可以用连续涂布装置喷涂至基材上,如美国专利No.6,746,535中公开的装置,该专利并入本文作为参考。所述装置的实例如图1和2所示。
如从图1和2可看出的,提供涂料涂布器10,其包含喷涂罩20,传送装置25和多个喷枪30,如高容量-低压(HVLP)喷枪。在图2所示的实施方案中,提供7支喷枪。喷涂罩20安装在框架32上并且具有传送装置25从中穿过的入口34和出口36。待涂布的部件40放在传送装置25上,它将部件40传送至位于喷涂罩20内的喷雾室44。使喷枪30设置在喷涂罩20上以使得各喷枪30的喷嘴部分46穿过喷涂罩20上的开口49并进入喷雾室44中。喷枪30可以设置在喷涂罩20上的任何地方并指向任意所需的方向从而提供所需的喷涂图案。
为获得所需的膜性能,上述装置也可以控制涂布条件。例如,在某些实施方案中,可以将喷雾室44的温度、喷枪排出料流的温度、和/或基材的温度控制在80°直至160(27°直至71℃),如110°直至140(43°直至60℃)。另外,可以操作喷枪30以使得它们形成平均粒径为25-50微米的雾化颗粒。
在一种实例中,使用上述类型的喷雾涂布器,其包括在第一涂布室中封闭层涂布用的4支SATATM HVLP喷枪(0.7毫米喷嘴和匹配的气罩)和在第二涂布室中面涂层用的4支相同的SATATM HVLP喷枪。封闭层和面涂层之一或两者可以由本发明的组合物沉积。在一些实例中,在各室中如下布置喷枪:(1)与水平成45°地、在离传送带的中心线10-14英寸(25.4-35.6厘米)处布置1支侧面喷枪;(2)与水平成90°地以及在离传送带19英寸(48.3厘米)处布置处于传送带中心的1支或2支中心喷枪;和(3)作为第一侧面喷枪的镜像在室中相对一侧上设置另一支侧面喷枪。喷枪在40psig的雾化压力和风机压力下操作。在一些情况下,控制涂料在涂料来源罐处的温度(100(38℃)-180(82℃))和在喷枪区域的温度(100(38℃)-200(93℃)),控制到达喷枪的雾化空气的温度(60(16℃)-200(93℃)),将雾化室温度控制在70(21℃)-150(66℃),和/或将基材温度控制在70(21℃)-140(60℃)。
在另一实例中,用往复机如Cefla Easy 2000TM或Superfici TwinSpray代替使用相同喷枪和流动装置的喷雾涂布机。往复机用电子眼定位基材,然后仅仅涂布那些区域。
本发明还涉及多层复合涂层。本发明的多层复合涂层组合物包含由封闭层组合物沉积的封闭层和施加在该封闭层至少一部分上的面涂层,其中面涂层由面涂层组合物沉积。封闭层组合物和面涂层组合物中的至少一种包含本发明的可辐射固化组合物。在某些实施方案中,封闭层和面涂层组合物都包含本发明的可辐射固化组合物。
在某些实施方案中,本发明的多层复合涂层包含一种或多种底层,如着色剂或底涂层,其中将封闭层组合物和面涂层组合物施加在所述底层上。可以含有彩色涂层的底层例如可以包含可用于涂料应用中的着色组合物,如包括一种或多种颜料或染料以充当着色剂的组合物。所述着色组合物往往包含树脂粘合剂,它例如可以包含一种或多种丙烯酸类聚合物、聚酯、如醇酸树脂、聚氨酯和硝基纤维素。
其中涂层之一或两者包含本发明可辐射固化组合物的本发明的多层复合涂层可以如下沉积:(a)向基材施加封闭层组合物,由该组合物在基材上沉积封闭层;(b)固化封闭层组合物;(c)向基材上施加面涂层组合物,由该组合物在封闭层上沉积面涂层;和(d)固化面涂层。所述涂布步骤例如可以通过喷涂完成。此外,在用面涂层组合物涂布基材之前可以砂磨封闭层涂料组合物。此外,在将封闭层组合物施加到基材上之前,可以将一种或多种底层施加到基材上。
以下实施例说明本发明,然而不能认为它们使本发明局限于其细节。除非另作说明,下列实施例以及整个说明书中所有的份数和百分数都以重量计。
实施例
实施例1
用表1所示组分和重量百分比制成涂料组合物。通过混合丙烯酸酯化环氧树脂和约一半的改性聚醚丙烯酸酯并在搅拌下加入分散添加剂、滑石和二氧化硅来制备涂料。继续搅拌直至固体完全分散为止。接下来,在搅拌下加入余下的丙烯酸酯和流变添加剂。最后,加入其余组分并继续搅拌另外的时间以确保所有组分的完全均化和流变改性剂的缔合。
表1
涂料1 | 涂料2 | 涂料3 | 涂料4 | |
丙烯酸酯化环氧树脂1 | 16.6 | 27.0 | 18.7 | 27.1 |
胺改性的聚醚丙烯酸酯2 | 24.8 | |||
胺改性的聚醚丙烯酸酯3 | 11.6 | 28.1 | 11.7 | |
Anti-Terra U 804 | 0.3 | |||
Disperbyk 1825 | 0.2 | 0.2 | ||
Anti-Terra 2046 | 0.2 | |||
滑石 | 5.5 | 2.5 | ||
二氧化硅 | 4.7 | 2.2 | 4.7 | |
1-羟基环己基苯基酮 | 2.4 | 2.5 | ||
2-羟基,2-甲基,1-苯基丙烷-1-酮 | 2.3 | 2.6 | ||
(2,4,6-三甲基苯甲酰)二苯基氧化膦 | 0.2 | 0.3 | 0.3 | |
双(2,4,6-三甲基苯甲酰)苯基氧化膦 | 0.3 | |||
二苯甲酮 | 0.5 | 0.7 | 0.5 | 0.7 |
Byk 3067 | 0.5 | 0.4 | 0.5 | |
DC 578 | 1.0 | 0.9 | 0.9 | 1.8 |
Byk 4109 | 0.5 | 0.5 | ||
乙氧基化的己二醇二丙烯酸酯 | 40.0 | 34.5 | 26.2 | 33.3 |
二丙二醇二丙烯酸酯 | 10.4 | |||
乙氧基化的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 | 6.8 | 5.2 | 6.6 | 5.2 |
丙烯酸异冰片酯 | 9.2 | 10.4 | ||
Tinuvin 29210 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
Tinuvin 40011 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
1来自UCB Surface Specialties,Smyrna,GA的Ebecryl 3212
2来自BASF Corporation,Charlotte,NC的Laromer PO 94F
3来自BASF Corporation,Charlotte,NC的Laromer PO 77F
4来自Byk-Chemie,Wallingford,CT的分散添加剂
5来自Byk-Chemie,Wallingford,CT的分散添加剂
6来自Byk-Chemie,Wallingford,CT的分散添加剂
7来自Byk-Chemie,Wallingford,CT的改性聚二甲基硅氧烷
8来自Dow Corning,Midland,MI的(聚氧乙烯乙酸酯封端的)硅氧烷
9来自Byk-Chemie,Wallingford,CT的低分子量聚合脲
10来自Ciba Specialty Chemicals,Tarryton,NY的受阻胺光稳定剂
11来自Ciba Specialty Chemicals,Tarryton,NY的UV吸收剂
表1各涂料组合物的粘度在高剪切和25℃(77)下用锥板式粘度计在5000周/秒下测定。结果列于表2中。
表2
涂料 | 高剪切粘度 |
涂料1 | 82cp |
涂料2 | 90cp |
涂料3 | 130cp |
涂料4 | 81cp |
用热重分析评价各涂料组合物的试样在120(49℃)下的重量损失。涂料1、2和涂料4保持在该温度下12小时。涂料3在该温度下30分钟后停止。结果列于表3中。
表3
TGA条件 | 涂料1 | 涂料2 | 涂料3 | 涂料4 |
120(49℃)-30min | <1% | 1% | 2% | <2% |
120(49℃)-12hr | 2.7% | 5.5% | 12% |
此外用ASTM D5403方法A仅在UV固化之后以及在UV固化加上焙烧之后评价各涂料试样的重量损失。用绕线涂敷棒将涂料施加在铝板上从而施加10-15微米(0.4-0.6密尔)的涂层。涂料1和3用购自Western Quartz Products,Inc.的80W/cm中压汞UV固化灯(零件号码25-20008-E)通过暴露于600mJ/cm2下而固化。涂料2和4类似地用800mJ/cm2固化。结果列于表4中。
表4
涂料 | 仅UV固化重量损失% | UV固化加焙烧重量损失% |
涂料1 | 0.5% | 1.8% |
涂料2 | 0.5% | 3.4% |
涂料3 | 1.0% | 4.2% |
涂料4 | 2.1% | 8.0% |
实施例2
用表5所示的组分和重量百分比制成涂料组合物。用实施例1所述过程制备涂料。
表5
说明 | 涂料5 | 涂料6 |
丙烯酸酯化环氧树脂12 | 16.6 | |
胺改性的聚醚丙烯酸酯2 | 24.8 | 24.8 |
SR 49913 | 11.6 | |
SR 50214 | 5.0 | |
Anti-Terra U 806 | 0.3 | 0.3 |
滑石 | 5.5 | 5.5 |
1-羟基环己基苯基酮 | 2.4 | 2.4 |
(2,4,6-三甲基苯甲酰)二苯基氧化膦 | 0.2 | 0.2 |
二苯甲酮 | 0.5 | 0.5 |
DC 578 | 1.0 | 1.0 |
Byk-4109 | 0.5 | 0.5 |
乙氧基化的己二醇二丙烯酸酯 | 40.0 | 40.0 |
3摩尔乙氧基化的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 | 6.8 | 6.8 |
Tinuvin 29210 | 0.5 | 0.5 |
Tinuvin 40011 | 1.0 | 1.0 |
12来自UCB Surface Specialties,Smyrna,GA的Ebecryl 3200
13来自Sartomer,Exton,PA的6摩尔乙氧基化的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯
14来自Sartomer,Exton,PA的9摩尔乙氧基化的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯
用购自PPG Industries,Inc.,Oak Creek,WI的C1179A33和C1265A31使溶剂性彩色层施加到枫木上。喷涂C1179A33并在室温下干燥。喷涂C1265A31,擦去过量涂料并在室温下干燥约15分钟。然后在140(60℃)下焙烧该着色的木材约15分钟。将涂料1、5和6独立地喷涂在着色的木材上并在Leneta黑白图纸(paper charts)上刮涂从而施加约10微米(0.4密尔)的涂层。用实施例1中所述的UV装置通过暴露于600mJ/cm2下固化涂层。将实施例1的涂料2施加在各自的涂层上从而施加另外15微米(0.6密尔)。用实施例1中所述的UV装置通过暴露于900mJ/cm2下固化涂料2。结果列于表6中。
表6
性能 | 涂料1 | 涂料5 | 涂料6 |
表面固化15 | 2 | 1 | 3 |
膜完整性16 | 2 | 1 | 3 |
中间涂层粘附性17 | 1 | 2 | 1 |
15通过用纸巾摩擦涂布表面并观察划痕来评价空气氛围中UV曝光后的表面固化。表面固化分级成1(最少的划痕)最好至3最差。
16通过用拇指指甲刮擦涂布表面来评价膜完整性。膜完整性或韧性分级成1(最为耐形变)至3最差。
17对各自具有施加于其上的涂料2的各个涂层评价中间涂层粘附性。将涂布表面划线并用ASTM D3359和3M 600带测试粘附性。中间涂层粘附性定义为对所涂布的层中内聚密着破坏的耐受性。粘附性分级成1最好至3最差。
尽管以上为了说明已经描述了本发明的特定实施方案,但是对于本领域技术人员而言明显的是,在不脱离所附权利要求限定的本发明的情况下可以进行本发明细节的众多变型。
Claims (68)
1.可辐射固化的组合物,其包含以下组分的混合物:
(a)丙烯酸酯化环氧树脂;和
(b)至少一种多官能的丙烯酸酯,
其中所述可辐射固化组合物包含具有氨基的物质,和
其中所述组合物是可喷涂的。
2.权利要求1的可辐射固化组合物,其中所述可辐射固化组合物基本上不含单官能的反应性稀释剂和/或惰性溶剂。
3.权利要求1的可辐射固化组合物,其中所述可辐射固化组合物在25℃和高剪切下具有20-150厘泊的粘度。
4.权利要求1的可辐射固化组合物,其中所述可辐射固化组合物在25℃和高剪切下具有20-120厘泊的粘度。
5.权利要求1的可辐射固化组合物,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂包含25℃下粘度小于10,000厘泊的低聚物。
6.权利要求5的可辐射固化组合物,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂包含25℃下粘度小于5,000厘泊的低聚物。
7.权利要求1的可辐射固化组合物,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂包含Tg小于50℃的低聚物。
8.权利要求7的可辐射固化组合物,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂包含Tg小于0℃的低聚物。
9.权利要求8的可辐射固化组合物,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂包含Tg小于-10℃的低聚物。
10.权利要求1的可辐射固化组合物,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂是多官能丙烯酸酯化环氧树脂。
11.权利要求1的可辐射固化组合物,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂基于所述可辐射固化组合物的总重量以至少10wt%的量存在。
12.权利要求11的可辐射固化组合物,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂基于所述可辐射固化组合物的总重量以35-65wt%的量存在。
13.权利要求11的可辐射固化组合物,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂基于所述可辐射固化组合物的总重量以10-30wt%的量存在。
14.权利要求1的可辐射固化组合物,其中所述多官能丙烯酸酯具有170-1500g/mol的相对摩尔质量。
15.权利要求1的可辐射固化组合物,其中所述多官能丙烯酸酯基于所述可辐射固化组合物的总重量以少于90wt%的量存在。
16.权利要求15的可辐射固化组合物,其中所述多官能丙烯酸酯基于所述可辐射固化组合物的总重量以35-65wt%的量存在。
17.权利要求1的可辐射固化组合物,其进一步包含(c)光引发剂。
18.权利要求1的可辐射固化组合物,其中所述具有氨基的物质包含胺改性的(甲基)丙烯酸酯。
19.权利要求18的可辐射固化组合物,其中所述具有氨基的物质包含胺改性的聚醚丙烯酸酯。
20.权利要求18的可辐射固化组合物,其中所述胺改性的(甲基)丙烯酸酯基于所述可辐射固化组合物的总重量以至少5wt%的量存在。
21.权利要求20的可辐射固化组合物,其中所述胺改性的(甲基)丙烯酸酯基于所述可辐射固化组合物的总重量以10-30wt%的量存在。
22.权利要求2的可辐射固化组合物,其中所述可辐射固化组合物基于该可辐射固化组合物的总重量包含少于5wt%的单官能反应性稀释剂和/或惰性溶剂。
23.权利要求22的可辐射固化组合物,其中所述可辐射固化组合物基于该可辐射固化组合物的总重量包含少于2wt%的单官能反应性稀释剂和/或惰性溶剂。
24.权利要求2的可辐射固化组合物,其中所述组合物不含单官能的丙烯酸酯单体。
25.权利要求1的可辐射固化组合物,其中所述可辐射固化组合物是可重复利用的。
26.权利要求1的可辐射固化组合物,其中所述可辐射固化组合物在120下12小时显示的由热重分析测定的重量损失小于10%。
27.权利要求26的可辐射固化组合物,其中所述可辐射固化组合物在120下12小时显示的由热重分析测定的重量损失小于7%。
28.权利要求27的可辐射固化组合物,其中所述可辐射固化组合物在120下12小时显示的由热重分析测定的重量损失小于2%。
29.权利要求1的可辐射固化组合物,其进一步包含含有改性的较低分子量聚合脲的流变改性剂。
30.权利要求1的可辐射固化组合物,其中所述可辐射固化组合物是木材涂装组合物。
31.木材涂装涂料组合物,其包含以下组分的混合物:
(a)10-30wt%丙烯酸酯化环氧树脂;
(b)35-65wt%至少一种多官能丙烯酸酯;
(c)0.01-15wt%光引发剂;
(d)10-30wt%胺改性的(甲基)丙烯酸酯;
(e)0.01-5wt%流变改性剂;
(f)0.01-10wt%表面活性剂;和
(g)0.01-10wt%UV光稳定剂,
其中所述重量百分比以所述组合物的总重计,以及
其中所述木材涂装涂料组合物是可喷涂的。
32.权利要求30的木材涂装涂料组合物,其中所述组合物基本上不含单官能的反应性稀释剂和/或惰性溶剂。
33.权利要求30的木材涂装涂料组合物,其中所述组合物在25℃和高剪切下具有20-150厘泊的粘度。
34.权利要求33的木材涂装组合物,其中所述组合物在25℃和高剪切下具有20-120厘泊的粘度。
35.权利要求31的木材涂装组合物,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂包含25℃下粘度小于10,000厘泊的低聚物。
36.权利要求35的木材涂装组合物,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂包含25℃下粘度小于5,000厘泊的低聚物。
37.权利要求31的木材涂装组合物,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂包含Tg小于50℃的低聚物。
38.权利要求37的木材涂装组合物,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂包含Tg小于0℃的低聚物。
39.权利要求38的木材涂装组合物,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂包含Tg小于-10℃的低聚物。
40.权利要求31的木材涂装组合物,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂是多官能的丙烯酸酯化环氧树脂。
41.权利要求31的木材涂装组合物,其中所述多官能丙烯酸酯具有170-1500g/mol的相对摩尔质量。
42.权利要求31的木材涂装组合物,其中所述胺改性的(甲基)丙烯酸酯包含胺改性的聚醚丙烯酸酯。
43.权利要求32的木材涂装组合物,其中所述木材涂装组合物基于该木材涂装组合物的总重量包含少于5wt%的单官能反应性稀释剂和/或惰性溶剂。
44.权利要求43的木材涂装组合物,其中所述木材涂装组合物基于该木材涂装组合物的总重量包含少于2wt%的单官能反应性稀释剂和/或惰性溶剂。
45.权利要求32的木材涂装组合物,其中所述组合物不含单官能的丙烯酸酯单体。
46.权利要求31的木材涂装组合物,其中所述木材涂装组合物是可重复利用的。
47.权利要求31的木材涂装组合物,其中所述木材涂装组合物在120下12小时显示的由热重分析测定的重量损失小于10%。
48.权利要求47的木材涂装组合物,其中所述木材涂装组合物在120下12小时显示的由热重分析测定的重量损失小于7%。
49.权利要求48的木材涂装组合物,其中所述木材涂装组合物在120下12小时显示的由热重分析测定的重量损失小于2%。
50.权利要求31的木材涂装组合物,其中所述流变改性剂包含改性的较低分子量聚合脲。
51.多层复合涂层,其包含由封闭层组合物沉积的封闭层和施加在所述封闭层至少一部分上的面涂层,其中该面涂层由面涂层组合物沉积,其中所述封闭层组合物和所述面涂层组合物中的至少一种包含权利要求1的可辐射固化组合物。
52.权利要求51的多层复合涂层,其进一步包含至少一种由底层组合物沉积的底层,在所述底层上施加所述封闭层组合物。
53.权利要求50的多层复合涂层,其中所述封闭层组合物和所述面涂层组合物都包含权利要求1的可辐射固化组合物。
54.权利要求51的多层复合涂层,其中所述可辐射固化组合物基本上不含单官能的反应性稀释剂和/或惰性溶剂。
55.权利要求51的多层复合涂层,其中所述可辐射固化组合物在25℃和高剪切下具有20-150厘泊的粘度。
56.权利要求55的多层复合涂层,其中所述可辐射固化组合物在25℃和高剪切下具有20-120厘泊的粘度。
57.权利要求51的多层复合涂层,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂包含25℃下粘度小于10,000厘泊的低聚物。
58.权利要求51的多层复合涂层,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂包含Tg小于50℃的低聚物。
59.权利要求58的多层复合涂层,其中所述丙烯酸酯化环氧树脂包含Tg小于-10℃的低聚物。
60.权利要求51的多层复合涂层,其中所述具有氨基的物质包含胺改性的(甲基)丙烯酸酯。
61.权利要求54的多层复合涂层,其中所述可辐射固化组合物基于该可辐射固化组合物的总重量包含少于5wt%的单官能反应性稀释剂和/或惰性溶剂。
62.权利要求61的多层复合涂层,其中所述可辐射固化组合物基于该可辐射固化组合物的总重量包含少于2wt%的单官能反应性稀释剂和/或惰性溶剂。
63.权利要求54的多层复合涂层,其中所述组合物不含单官能的丙烯酸酯单体。
64.权利要求51的多层复合涂层,其中所述可辐射固化组合物是可重复利用的。
65.权利要求51的多层复合涂层,其中所述可辐射固化组合物在120下12小时显示的由热重分析测定的重量损失小于10%。
66.权利要求65的多层复合涂层,其中所述可辐射固化组合物在120下12小时显示的由热重分析测定的重量损失小于7%。
67.权利要求66的多层复合涂层,其中所述可辐射固化组合物在120下12小时显示的由热重分析测定的重量损失小于2%。
68.权利要求51的多层复合涂层,其中所述可辐射固化组合物包含:
(a)10-30wt%丙烯酸酯化环氧树脂;
(b)35-65wt%至少一种多官能丙烯酸酯;
(c)0.01-15wt%光引发剂;
(d)10-30wt%胺改性的(甲基)丙烯酸酯;
(e)0.01-5wt%流变改性剂;
(f)0.01-10wt%表面活性剂;和
(g)0.01-10wt%UV光稳定剂,
其中所述重量百分比以所述组合物的总重计。
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