CN101372546A - 可辐射固化的配方 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可辐射固化的配方,更具体地,涉及低聚体硅氧烷组分在可辐射固化配方中的用途,其在固化状态下提供了对于金属基材的特定程度的腐蚀防护。更加具体地,本发明涉及低聚体硅氧烷组分在可辐射固化配方中的用途,其特征在于,该低聚体硅氧烷组分可通过在硼酸的存在下至少一种通式I的环氧-官能硅烷的受控水解和缩合获得,R1-SiR’m (OR)3-m(I),并且,基团R、R’和R”相同或不同且在各种情形下为氢(H)或者线型、支化或环状、视需要经取代的具有1~6个碳原子的烷基,基团A和A’相同或不同且在各种情形下为具有1~10个碳原子的二价烷基,且m为0或1。
Description
技术领域
本发明涉及低聚体硅氧烷组分在可辐射固化配方中的用途,其在固化状态下提供了对于金属基材的特定程度的腐蚀防护。
背景技术
可辐射固化的配方是已知的。
烯属不饱和预聚物描述于,例如,P.K.T.Oldring(编者)、“Chemistryand Technology of UV and EB Formulations for Coatings、Inks andPaints”、第II.卷、SITA Technology、London 1991,基于例如环氧丙烯酸酯(第31~68页)、尿烷丙烯酸酯(第73~123页)和蜜胺丙烯酸酯(第208~214页)。这类配方也经常在专利文献中提到:实例包括JP 62110779和EP 947 565。
金属基底的涂覆向可辐射固化配方提出了特定问题,因为收缩过程可能导致粘合力损失。由此,对于这类基底通常使用含磷酸的粘结促进剂。其实例为US 5 128 387(啤酒罐的涂料)和JP 2001172554(各种罐的涂料)。
已知环氧丙烯酸酯在金属基底上显示优异的粘合力和有效的腐蚀防护。但是,这类涂料的缺陷在于固化之后低水平的可变形性。对于一些涂覆工艺(例如卷材涂覆)来说,不形成裂纹的涂覆工件的变形性是关键的。但是,由于它们的芳族部分,这类涂料存在变黄的趋势。
WO 03/022945描述了用于金属基底的低粘度可辐射固化的配方,其基于可辐射固化树脂、单官能反应性稀释剂、和酸性粘结促进剂。使用的树脂为可从许多供应商获得的典型商品。
EP 902 040也涉及可辐射固化的配方。其中描述的为尿烷(甲基)丙烯酸酯与不饱和羧酸的单官能酯,将其用含有碳环或杂环的醇酯化。
但是,所有情形下现有技术中已知的体系存在缺陷;更特别地,可变形性和稳定性经常不满足所提出的要求。
发明内容
本发明的目的是发现可辐射固化的配方,其一方面在涂覆之后可容易变形,即柔韧的,且另一方面也确保了对于金属基底的杰出腐蚀防护。
令人吃惊地发现,如果配方中包括低聚体硅氧烷组分,金属基底上基于可辐射固化配方的漆料的抗腐蚀性将增加。本发明的可辐射固化配方为可通过IR或UV辐射、电子束、微波辐射、激光束或等离子体固化的配方。
由此,本发明的第一主题在于低聚体硅氧烷组分在可辐射固化配方、更特别地漆料中的用途。特别适宜的是水解和缩合的有机硅烷,其可通过在硼酸[H3BO3或B(OH)3]的存在下至少一种通式I的环氧官能硅烷的受控水解和缩合获得,
R1-SiR’m(OR)3-m (I)
其中,R1为基团
或
且基团R、R’和R”相同或不同且在各种情形下为氢(H)或者具有1~6个碳原子的线型、支化或环状、视需要经取代的烷基,优选为H、甲基、乙基、正丙基、正丁基,基团A和A’相同或不同且在各种情形下为具有1~10个碳原子的二价烷基,优选地对于A’为-(CH2)-、-(CH2)2-、-(CH2)3-、-(CH2)(CH)(CH3)(CH2)-以及对于A为-(CH2)-,且m为0或1。
本发明的主题还在于可辐射固化的配方,其包括至少一种可辐射固化树脂和至少2重量%的至少一种低聚体硅氧烷组分,基于该整个配方。依据本发明的优选可辐射固化配方更特别地为由如下组成的配方:
A)至少一种可辐射固化的树脂,
B)至少2重量%的至少一种低聚体硅氧烷组分,基于该整个配方,
C)任选的一种或多种粘结促进剂,
D)任选的一种或多种可辐射固化的反应性稀释剂,
E)任选的一种或多种光引发剂,
F)任选的一种或多种颜料和其它助剂。
本发明的可辐射固化配方具有的优点是,在施用时,实现了改进的柔韧性优异的腐蚀防护。
本发明配方的一种重要组分为可辐射固化树脂A)。这些为本领域技术人员已知的体系。可辐射固化树脂、低聚物和/或聚合物的制备,描述于,例如,“Radiation Curing in Polymer Science & Technology、第I卷:Fundamentals und Methods”、J.P.Fouassier、J.F.Rabek、Elsevier AppliedScience、London and New York、1993、第5章、第226~236页;“Lackharze”[漆料树脂]、D.Stoye、W.Freitag、Hanser-Verlag、Wien、1996、第85、94-98、169和265页;和EP 947 565。
对于树脂A),依据原材料区分为,例如,环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、聚丙烯酸酯丙烯酸酯、和尿烷丙烯酸酯,单独地或者以混合物形式。后者可以是基于,例如,聚酯或聚醚。相应的甲基丙烯酸酯也是已知的。其它可聚合的基团为环氧化物和乙烯基醚。也可以将这些连接于不同基础树脂。
该配方中A)的用量可以从5%~95%重量、优选10%~39%重量变化。特别优选为聚酯尿烷丙烯酸酯。其实例为VESTICOAT EP 110 IBOA(Degussa GmbH、德国、Coatings & Colorants的商品、双官能聚酯尿烷丙烯酸酯)和EBECRYL 1256(Cytec的商品)。
本发明配方的另一重要组分为低聚体硅氧烷组分(B)。低聚体硅氧烷组分B)相对于整个配方的比例更特别地为2重量%~25重量%,优选为5重量%~15重量%。对于这类水解的有机硅烷(B)的制备,一种公知方法为溶胶凝胶法,由C.J.Brinker und G.W.Scherer全面地描述于Sol-GelScience:The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing、Academic Press、New York(1990)。
更特别优选为可通过在硼酸的存在下至少一种通式I的环氧官能硅烷的受控水解和缩合获得的低聚体硅氧烷组分,
R1-SiR’m(OR)3-m (I)
其中,R1为基团
或
且基团R、R’和R”相同或不同且在各种情形下为氢(H)或者具有1~6个碳原子的线型、支化或环状、视需要经取代的烷基,优选为H、甲基、乙基、正丙基、正丁基,基团A和A’相同或不同且在各种情形下为具有1~10个碳原子的二价烷基,优选地对于A’为-(CH2)-、-(CH2)2-、-(CH2)3-、-(CH2)(CH)(CH3)(CH2)-以及对于A为-(CH2)-,且m为0或1。
典型地,溶胶凝胶体系的制备通常使用过量的水。此时目的在于使水解尽可能完全。不幸地,许多硅烷在这些条件下并不经历完全的水解。例如,在3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷的水解中,甚至使用高浓度的酸性催化剂如HCl或乙酸,即使几小时之后,且即使在高温下水解之后,仍残留大约90%的单体部分(GC TCD面积百分比)。
出于该目的,在平行施用时,已提供了一种新方法,其容许环氧官能硅烷、更特别地3-缩水甘油基氧基丙基烷氧基硅烷自身或者含有3-缩水甘油基氧基丙基烷氧基硅烷的有机烷氧基硅烷的相应混合物,使用硼酸可靠地且尽可能完全地与亚化学计量的水水解,并至少按比例(anteilig)缩合。
在涂料的固化期间,使用的硅氧烷低聚体与,例如,有机聚酯尿烷丙烯酸酯共交联且能够通过另外的官能团促进改进的基材粘结。
水解和缩合期间,可以另外存在至少一种通式II的另外的有机官能硅烷
R2-SiR’n(OR)3-n (II)
其中,R2为具有1~20个碳原子的线型、支化或环状、视需要经取代的烷基,例如被带有N、O、S或卤素的基团取代,如氟代烷基、氨基烷基、巯基烷基、甲基丙烯酸基烷基或OR,即OH或者烷氧基,更特别地甲氧基或乙氧基,R’为甲基,基团R独立地为氢或者具有1~6个碳原子的线型、支化或环状的烷基,且n为0或1。依据式II,在本发明的方法中能够有益地使用甲氧基硅烷或乙氧基硅烷,其更特别地带有下列的官能团R2:甲氧基、乙氧基、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、正辛基、异辛基、十三氟-1,1,2,2-四氢辛基,这里仅作为举例,例如,但是并非排他性地:甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、正丙基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十三氟-1,1,2,2-四氢辛基三甲氧基硅烷、十三氟-1,1,2,2-四氢辛基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酸基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸基丙基三乙氧基硅烷、巯基丙基三甲氧基硅烷、巯基丙基三乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷。
在硅氧烷组分的制备中,每摩尔所用硅烷中的烷氧基官能团使用0.001~≤5mol的水;除了用作水解催化剂的硼酸和缩合组分之外,不使用其它的水解催化剂或缩合催化剂,且该反应中形成的缩合物基于Si-O-B和/或Si-O-Si键。
该反应中,每摩尔所使用的式I和/或II的烷氧基官能团,优选使用0.05~5mol,更优选0.1~2mol,非常特别优选0.15~1mol,更特别地0.15~1mol之间的全部数值,例如,但是并非排除地,0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9mol的水。
该方法中进一步优选的是,每摩尔所使用的硅烷,0.001~1mol的硼,特别优选0.01~0.5mol,更特别地0.07~0.76mol的硼,有益地将其以硼酸[H3BO3或B(OH)3]的形式引入。
另外,在该方法中,有益地在0~200℃的温度范围下、优选在40~150℃下、更优选50~100℃、非常特别优选60~80℃下进行该反应。
因此,更特别地通过彻底混合进行该反应0.1~100h、优选0.5~20h、更优选1~10h、非常特别优选2~6h。
在所述方法的情形下,同样可以有益地从这样获得的产物混合物中以减压下的传统蒸馏方式至少按比例(anteilig)除去存在的醇和/或硼酸酯。但是,也可以通过短路径蒸发器和/或薄膜蒸发器的方式从产物中除去这些成分。
另外,这样获得的产物可以-如果必要的话-进行过滤或者离心分离,由此分离掉悬浮的颗粒。为此可以使用,例如,过滤器或离心机来进行。
更特别优选地,通式I的缩水甘油基氧基丙基烷氧基硅烷为缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷或者缩水甘油基氧基丙基三乙氧基硅烷。
举例来说,使用硼酸或者在硼酸的存在下,能够有益地采用每摩尔所用烷氧基官能团使用0.05~5、优选0.1~2、更特别地0.15~1mol的水的用水量,进行3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷(GLYMO)的实质上彻底的水解。更特别地,能够通过硼酸催化剂的方式在仅7小时的时间内将几乎全部的GLYMO反应为低聚体产物。本文中实质上彻底的水解含义为,在进行水解之后反应空间中小于20%重量或面积%(GC-WLb%)的初始使用的单体硅烷保持未水解。
优选地,通过标准气相色谱(HP 5890系列II,热导检测器)的方式实现反应监测(测量反应混合物中单体硅烷的浓度)。通常可以借助于热电偶实现温度测量。例如,通过压电压力传感器(Piezodruckaufnehmer)(例如Vacubrand DVR 2)的方式实现压力测量。另外可以借助于29Si NMR光谱检测产物的残留单体含量,且有益地使其位于5~17mol%的范围内。通过借助于29Si NMR光谱测量M、D和T结构单元,确定产物的交联度。在本发明的硅烷缩合物中,M结构单元的分数优选范围为14~35mol%,且D结构的分数范围为36~42mol%,且T结构的分数范围为15~34%。可以借助于13C NMR光谱测量环氧基团的加氢甲醇解(hydromethanolysis)。有益地,本发明的产物组合物仅含有3~7mol%部分的打开的环氧化物,基于初始使用的环氧化物部分。
任选地,本发明的配方可以含有粘结促进剂C)。用于金属基底的可辐射固化配方的粘结促进剂通常由磷酸和/或膦酸和/或其与官能化丙烯酸酯的反应产物(例如酯)组成。游离磷酸基团担负着直接粘结于金属,丙烯酸酯基团则确保了与涂料基材的粘结。这类产物描述于,例如,WO 01/98413、JP 08231564、和JP 06313127,其公开内容由此引入作为参考。
典型商品为Cytec的EBECRYL 169和170,VIANOVA的ALDITOLVxl 6219,Sartomer的CD 9050和CD 9052,Rhodia的SIPOMERPAM-100、SIPOMER PAM-200和SIPOMER PAM-300,和Rahn的GENORAD 40。配方中C的用量为0.1重量%~10重量%,优选为1重量%~5重量%。
本发明的配方同样可以包括可辐射固化的反应性稀释剂D)。可辐射固化的反应性稀释剂D)和它们的制备描述于,例如,“Radiation Curing inPolymer Science & Technology,第I卷:Fundamentals und Methods”,J.P.Fouassier,J.F.Rabek,Elsevier Applied Science,London and New York,1993,第5章,第237~240页。反应性稀释剂D)通常为在室温为液体的含丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的物质,且其由此能够降低配方的整体粘度。这类产品的实例更特别地为丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸羟基丙酯、三羟甲基丙烷缩甲醛单丙烯酸酯、丙烯酸四氢糠酯、丙烯酸苯氧基乙酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、丙烯酸月桂酯、和/或这些反应性稀释剂的丙氧基化或乙氧基化变体,和/或尿烷化反应性稀释剂如EBECRYL 1039(Cytec)和其它。也适宜的是能够在自由基聚合的条件下与,例如,乙烯基醚或烯丙基醚反应的其它液体组分。配方中D)的用量为5重量%~90重量%,优选为10重量%~70重量%。
本发明的配方同样可以包括光引发剂E)。适宜的光引发剂和它们的制备描述于,例如,“Radiation Curing in Polymer Science & Technology,第II卷:Photoinitiating Systems”,J.P.Fouassier,J.F.Rabek,ElsevierApplied Science,London and New York,1993。它们经常为α-羟基酮类或其衍生物。如果存在,可以包括含量为0.2重量%~10重量%的光引发剂。
用于本发明的可辐射固化配方的适宜颜料F)描述于,例如,“Radiation Curing in Polymer Science & Technology,第IV卷:PracticalAspects and Application”,J.P.Fouassier,J.F.Rabek,Elsevier AppliedScience,London und New York,1993,第5章,第87~105页,且用量可以为1重量%~40重量%。抗腐蚀颜料的实例,例如,在Pigment+Füllstoff Tabellen,O.Lückert,Vincentz Verlag Hannover,2002第6版中找到。实例包括下列:SHIELDEX C 303(Grace Davison)和HALOX Coil X100、HALOX Coil X 200和HALOX CW 491()、HEUCOPHOSSAPP或者ZPA(Heubach)、K-White TC 720(Tayca)和HOMBICOR(Sachtleben)。当然,简单无机盐如磷酸锌,例如,也是适宜的。
用于可辐射固化配方的其它助剂F)存在于各种组合物中并用于不同目的,其实例为流动助剂、消光剂、脱气剂等。
它们的一些描述于手册“SELECTED DEGUSSA PRODUCTS FORRADIATION CURING AND PRINTING INKS”,Tego Coating & InkAdditives,Essen,2003出版。这类添加剂的用量从0.01重量%~5重量%变化,如果存在的话。
本发明的另一主题为本发明的可辐射固化配方作为底漆、中间涂层、罩面漆或者清漆和/或在涂料中的用途。更特别优选的是由下列组成的可辐射固化配方作为底漆、中间涂层、罩面漆和/或清漆的用途:
A)至少一种可辐射固化的树脂,
B)至少2重量%的至少一种低聚体硅氧烷组分,基于该整个配方,
C)任选的一种或多种粘结促进剂,
D)任选的一种或多种可辐射固化的反应性稀释剂,
E)任选的一种或多种光引发剂,
F)任选的一种或多种颜料和其它助剂。
该可辐射固化配方可以通过涂料技术中已知的施加技术来施用,如刮涂、辊涂、喷雾涂覆或喷射涂覆。
最适宜的金属基底为钢材,任选地预处理的,但是铝和根据腐蚀防护的理由施加涂层的其它金属或合金也适合作为金属基底。
在光引发剂的存在下在UV光下或者不存在光引发剂下在电子束下进行固化。固化漆料的性能很大程度上与固化方法无关。
UV固化和UV灯描述于,例如,“Radiation Curing in Polymer Science& Technology,第I卷:Fundamentals and Methods”,J.P.Fouassier,J.F.Rabek,Elsevier Applied Science,London und New York,1993,第8章,第453~503页。
本发明的主题还在于本发明的可辐射固化配方用于通过卷材涂覆法制备涂层的用途,对于如上所述的优选形式,其也可应用于本发明的该主题。
本发明的主题还在于含有或者基于依据本发明的可辐射固化配方的涂料。本发明范围内同样且更特别地包含含有或者基于可辐射固化配方的固化涂料。
本发明的涂料可以单独地或者作为多涂层构造的一个涂层来使用,例如,可以将其施用作为底漆、作为中间涂层或者作为罩面漆或清漆。可以以传统热学上、或者替换地通过辐射的方式,将本发明涂层之上或之下的涂料固化。
即使未进一步注释,认为本领域技术人员仍将能够最大范围地利用上述说明。由此,优选的实施方案和实施例旨在解释,无论怎样都绝非具有任何限制作用的描述性公开内容。
具体实施方式
本发明下面参照实施例进行详细阐明。以类似的方式可获得本发明的替换的实施方案。
实施例
使用物质 | 产品说明,制造商 |
VESTICOAT EP 110/IBOA | 可辐射固化树脂,Degussa GmbH,Coatings& Colorants,溶解在25% IBOA中 |
IBOA | 丙烯酸异冰片酯,Cytec,单官能反应性稀释剂 |
IRGACURE 184 | 光引发剂,Ciba |
Dynasilan GL YMO | 3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷,Degussa GmbH |
水解有机硅烷的制备(Dynasilan Glymo)
将10g Dynasylan GLYMO与1.14g水(1.5mol/mol Si)和0.2g硼酸混合并将混合物在70℃下搅拌2小时。随后,在1毫巴和70℃下,在减压下除去产生的水解醇。产物为无色的低聚体,其在储存至少3个月内是稳定的。
UV漆料的配方和固化的一般制备说明
将所有配方组分混合并使用磁力搅拌器搅拌20分钟。
通过刮涂法将该可操作的配方施用到钢板(Bonder Bleche 1303)上并随后在UV灯(3m/min,Minicure,汞蒸汽灯,80W/cm,Technigraf)下固化。
所有%重量的数字都是基于该配方的总重。
试验 | 1 | 2* |
Vesticoat EP 110/IBOA | 48.5 | 48.5 |
IBOA | 36.8 | 43.5 |
水解的Dynasilan Glymo | 6.7 | - |
IRGACURE 184 | 8 | 8 |
240h盐喷雾试验(划痕蠕变[cm]) | 2.7 | 8.1 |
Errichsen杯突深度[mm] | 9.5 | 10.5 |
膜厚[μm] | 28-32 | 31-34 |
*非本发明,对比试验
所有漆层具有足够的柔韧性(杯突深度值>5mm)。仅仅本发明配方在240h的盐喷雾试验(DIN 53167)之后显示足够的腐蚀防护(划痕蠕变<5cm)。
Claims (15)
1.低聚体硅氧烷组分在可辐射固化配方中的用途。
3.一种可辐射固化的配方,其包括至少一种可辐射固化的树脂和至少2重量%的至少一种低聚体硅氧烷组分,基于该整个配方。
4.权利要求3的可辐射固化的配方,其由如下组成:
A)至少一种可辐射固化的树脂,
B)至少2重量%的至少一种低聚体硅氧烷组分,基于该整个配方,
C)任选的一种或多种粘结促进剂,
D)任选的一种或多种可辐射固化的反应性稀释剂,
E)任选的一种或多种光引发剂,
F)任选的一种或多种颜料和其它助剂。
5.权利要求3或4的可辐射固化的配方,其特征在于,包括作为可辐射固化树脂的环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、聚丙烯酸酯丙烯酸酯、和尿烷丙烯酸酯,单独地或者以混合物形式。
6.权利要求3~5中一项或多项的可辐射固化的配方,其特征在于,包括作为可辐射固化树脂的聚酯尿烷丙烯酸酯。
7.权利要求3~6中一项或多项的可辐射固化的配方,其特征在于,可辐射固化树脂的用量为5重量%~95重量%,优选为10重量%~39重量%。
9.权利要求8的可辐射固化的配方,其特征在于,在水解和缩合期间,另外存在至少一种通式II的另外的有机官能硅烷,
R2-SiR’n(OR)3-n(II)
其中,R2为具有1~20个碳原子的线型、支化或环状、视需要经取代的烷基,R’为甲基,基团R独立地为氢或者具有1~6个碳原子的线型、支化或环状的烷基,且n为0或1。
10.权利要求3~9中一项或多项的可辐射固化的配方,其特征在于,低聚体硅氧烷组分相对于整个配方的比例为2~25重量%,优选为5~15重量%。
11.权利要求8~10中一项或多项的可辐射固化的配方,其特征在于,式I的硅烷为3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷或3-缩水甘油基氧基丙基三乙氧基硅烷。
12.权利要求4~11中一项或多项的可辐射固化的配方,其特征在于,包括作为粘结促进剂C)的磷酸和/或膦酸和/或其与官能化丙烯酸酯的反应产物,数量为0.1重量%~10重量%。
13.权利要求4~12中一项或多项的可辐射固化的配方,其特征在于,所述反应性稀释剂D)选自丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸羟基丙酯、三羟甲基丙烷缩甲醛单丙烯酸酯、丙烯酸四氢糠酯、丙烯酸苯氧基乙酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、丙烯酸月桂酯、和/或这些反应性稀释剂的丙氧基化或乙氧基化变体,和/或尿烷化反应性稀释剂。
14.权利要求3~13中一项或多项的可辐射固化的配方作为底漆、中间涂层、罩面漆或清漆和/或在涂料中或用于通过卷材涂覆工艺制备涂层的用途。
15.含有或者基于权利要求3~13中一项或多项的可辐射固化的配方的涂料。
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