CN101528812A - 适宜的用于乳胶漆的烷醇胺 - Google Patents
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Abstract
公开了乳胶漆配制剂及它们的使用方法,所述配制剂含有作为中和剂的N-正丁基乙醇胺(BAE)。BAE使得该漆配制剂具有低的气味、提高的施工时限以及减少的挥发性有机物(VOC)。BAE还有助于颜料分散,使得在漆配制剂中需要较少的颜料分散剂,在配制剂中配制剂的颜料体积浓度(PVC)为38%到80%。
Description
相关申请的交叉引用
本申请为2005年8月09提交的US申请11/200,224的部分继续申请,该US申请11/200,224是2003年4月22提交的US申请10/420,448的继续申请,其内容通过引用结合在本文中,且该申请要求2002年5月08提交的US临时申请60/378,830的权益。
技术领域
本发明涉及乳胶漆。更具体地,本发明涉及含有N-正丁基乙醇胺的乳胶漆。
背景技术
在乳胶漆配制剂中存在中和剂以使得pH上升到8至10之间的最佳值,典型地为约8.5到9.3。为了使漆中的粘合聚合物进行适当聚结,至少一些中和剂必须在漆膜的干燥/固化期间蒸发,这降低其pH值。尽管在乳胶漆配制剂中已经使用了氨和各种低分子量脂肪族胺,但是它们给漆配制剂带来了不需要的且不舒适的气味。
2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)也已经被用作乳胶漆中的中和剂。尽管其与其他已经使用的材料相比具有更少的气味问题,但是其仍然具有一些气味。另外,其会增加漆配制剂中的挥发性有机物含量(VOC)。因此,存在对具有更少的气味和更低的VOC的乳胶漆配制剂需要。
发明概述
一方面,本发明为一种乳胶漆配制剂,其包含:
a)一种或者多种粘合剂;
b)一种或者多种颜料;
c)水;和
d)N-正丁基乙醇胺;
其中,配制剂的颜料体积浓度为38%到80%。
另一方面,本发明为一种包括将乳胶漆配制剂施涂到基材上的方法。
发明的详细描述
除非文中另有说明,在本说明书以及权利要求书中,术语颜料、粘合剂、共溶剂、杀生物剂、表面活性剂、添加剂,以及类似术语,还包括这样的材料的混合物。除非另有说明,所有的百分比都是重量百分比。
乳胶漆配制剂是用于住宅和工业表面的装饰性或者半功能性涂装的复合多组分配制剂。乳胶漆配制剂的配制和制备为本领域技术人员所公知。一般地,乳胶漆配制剂含有一种或者多种颜料、一种或者多种粘合剂、液态载体、和一种或者多种添加剂。添加剂包括,例如,中和剂、流平剂和表面活性剂、流变改性剂、共溶剂、腐蚀抑制剂、和杀生物剂。
在乳胶漆中存在中和剂以使得pH上升到8至10之间的最佳值,典型地为约8.5到9.3。中和剂可在制备工艺至少三个不同地方加入到漆配制剂中:添加到颜料分散体中、添加到树脂分散体中和/或最后添加到漆配制剂中。至少一些中和剂在干燥/固化期间蒸发,从而降低漆膜的pH,这对于粘合聚合物的适当聚结而言是必须的。
尽管氨和各种低分子量脂肪族胺已经用于乳胶漆配制剂中,但是它们给乳胶漆配制剂带来不希望且不舒适的气味。2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)在需要低气味的高端漆配制剂中普遍被用作中和剂。然而,人们发现N-正丁基乙醇胺(n-C4H9-NH-CH2CH2OH)(BAE)较AMP而言,作为乳胶漆的中和剂更为优越。BAE具有低气味、优良的协助颜料进行分散的性质、优良的协助防水的性质、优良的腐蚀抑制作用和优良的流平和乳化作用。含有BAE中和剂的乳胶漆与含有AMP中和剂的乳胶漆相比,被测得具有更低的挥发性有机物含量(VOC)。BAE延长漆配制剂的施工时限。因为典型地加入作为挥发性有机物的共溶剂来延长施工时限,因此可降低漆配制剂中的挥发性有机物含量。
BAE提供优异的颜料分散性。对于具有较高PVC类物质含量,典型地为38%到80%的无光漆配制剂而言这是优势。另外,BAE具有自然的杀生物剂协同活性,即,BAE/杀生物剂混合物在控制微生物方面比含有相同量的中和剂和杀生物剂的AMP/杀生物剂混合物更有效用。这意味着当使用BAE作为中和剂时,使用较少的杀生物剂就可以得到相同的微生物杀灭效果。基于含有丙烯酸酯类、醋酸乙烯酯和/或苯乙烯的共聚物树脂的乳胶漆配制剂,典型地每一百加仑乳胶漆配制剂成品含有约2到10磅BAE。
颜料为漆提供了颜色和遮盖力(hiding value)。另外,加入一些颜料以使得以相对低的成本赋予漆体积。颜料是分散在漆配制剂中的细研磨颗粒或粉末。颜料在载体中是不溶的。有两种主要类型颜料,主颜料和体质颜料。主颜料提供颜色,并且是遮盖能力的主要来源。二氧化钛是占主导地位的白色颜料。它通过散射入射光和遮盖被施涂漆的表面来提供白色。彩色颜料通过选择吸收入射光来提供颜色。有机颜料包括,例如,例如酞菁蓝和酞菁绿的铜酞菁、喹吖酮颜料和汉沙黄。无机颜料包括,例如,炭黑、氧化铁、钴蓝、棕色氧化物、赭石和棕土。主颜料一般与体质颜料或颜料一起使用。通常使用的体质颜料包括粘土,例如高岭土和陶土;硅石、硅藻土和滑石(硅酸镁);碳酸钙,例如白垩粉或大理石粉;以及氧化锌。
粘合剂提供耐久和柔韧的基质,颜料分散并悬浮在基料中。其将颜料颗粒结合到一起并且给漆膜提供了整体性和粘附性。乳胶漆的粘合剂一般通过自由基引发的单体混合物的水性乳液聚合反应而制备,所述单体混合物含有丙烯酸烷基酯(丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和/或2-乙基己基丙烯酸酯),甲基丙烯酸烷基酯,乙烯醇/醋酸酯,苯乙烯,和在更小范围内的丙烯腈和乙烯类单体。100%丙烯酸类树脂具有比较好的性能,但是通常比较贵。纯的乙烯基(聚乙烯醇/醋酸酯)树脂比较便宜,但是耐水性差。在北美,最通常使用混合的乙烯基-丙烯酸类树脂和100%丙烯酸类树脂。苯乙烯-丙烯酸类树脂通常在欧洲使用以及用在工业保养型漆中。粘合剂典型地分散在水中,作为聚合物胶乳。
颜料体积浓度(PVC)表示在漆配制剂中颜料相对于粘合剂的相对比例。其为该颜料或该多种颜料的体积与该粘合剂或该多种粘合剂和该颜料或该多种颜料的总体积的比值。为了计算各成分的体积,需要将存在于配制剂中的量除以其密度。颜料体积浓度如下计算:
%PVC=[颜料体积/(颜料体积+粘合剂体积)]×100
颜料典型地降低粘合剂的光亮或者光泽,因此,一般说来随着PVC增加,漆变得较少光泽。与不同含量的漆光泽相关的典型的PVC值为:光泽,15%PVC;半光泽,25%PVC;缎纹光泽(satin),35%PVC,蛋壳光泽,35-45%PVC;以及无光泽,38-80%PVC。较高质量的无光漆,其内用的和外用的,通常都具有约38%到50%的PVC。
乳胶漆配制剂的成分是溶解、悬浮和/或分散在载体中的。水是乳胶漆中的唯一重要载体。毕竟乳胶漆配制剂中的其它组分已经进行了说明,水构成配制剂的平衡。典型地使用去离子水。
添加剂是以小的量加入以对漆配制剂和/或漆膜提供特定性能的另外成分,所述特定性能例如防霉性、消泡、光稳定性,和/或在施涂过程中的良好的流动和流平。除上述的中和剂之外,可存在于漆配制剂中的其它添加剂包括下列类型材料的的一些或全部。
共溶剂有时存在于漆配制剂中以帮助膜形成、抗冻结和/或增强刷涂性能,例如通过提高施工时限。施工时限是涂层施加到基材后保持可处理的时间。在施工时限内允许再次刷涂或新施涂的涂层在搭接(lap)进行″溶入″,而不产生刷痕、失去光泽或在最终的干燥涂层上产生搭接线。搭接面是基材上区域,在该区域,在之前被涂覆的但仍然润湿的紧邻基材区域的部分上被施涂另外涂层。典型地,共溶剂的量可以是基于漆配制剂的液体总含量的10到20%或更多。典型的共溶剂是短链水溶性醇类和二醇类,例如乙二醇、二甘醇、丙二醇和甘油。然而,这些共溶剂对水性涂层的一些优点例如低粘性、低气味和低污染具有副作用。因为共溶剂通常是挥发性有机物,所以仅使用最低必需量。
加入流平剂以改变表面张力并且改进润湿性。流平剂是表面活性剂的下位概念,用于确保漆配制剂在被涂覆的表面上流动并完全湿润被涂敷的表面。降低的漆配制剂和表面之间的接触角,能得到更好的流动流平性,且更好的表面润湿性使得湿润的漆配制剂和干燥漆膜的更好粘附。表面活性剂作为颜料研磨操作的助磨剂液是重要的。
加入流变改性剂以增稠漆配制剂和增加其屈服应力,从而使得颜料在树脂中通过混合形成稳定悬浮。流变改性剂还被添加用来优化漆的施涂性能。加入颜料分散剂来产生稳定的的颜料分散体。颜料分散剂通过直接与颜料颗粒进行机械的和静电的相互作用来发挥功能。流变改性剂通过增加水-树脂体系的屈服应力来发挥功能。
腐蚀抑制剂和闪锈抑制剂,虽然并不是必要的,但将其加入到许多乳胶漆中来抑制带色的腐蚀产物从涂漆的金属物体表面(例如,在干燥墙面上外露的钉子头)迁移到漆的表面。此外,一些漆配制剂设计师还加入防锈剂来防止铁合金漆罐在漆储存期间的腐蚀。
加入杀生物剂和防霉剂来控制微生物在漆配制剂和/或漆膜中的生长。微生物能够在乳胶漆中生殖,导致细丝状的生长、有害的气味和功能性漆成分的选择性消耗。加入一些杀生物剂仅仅是控制在漆配制剂储存期间的微生物(所谓的罐内杀生物剂),而加入其它杀生物剂来赋予干燥/固化的漆膜以生物稳定性(所谓的干膜杀生物剂)。一些杀生物剂能够防止罐内和干膜两者的生物生长。典型的杀生物剂包括异噻唑啉酮,例如5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉(isothizolin)-3-酮;苯并异噻唑啉酮;三嗪类,例如六氢-1,3,5-三-2-羟乙基-s-三嗪;1-(3-氯烯丙基)-3,5,7-三氮杂-1-氮鎓金刚烷氯化物(75);吡啶硫酮锌;戊二醛;溴硝醇;和酚类。
水和其它挥发性材料从湿润乳胶漆膜的蒸发就开始了聚结过程,通过该过程粘合剂颗粒聚结成为连续相或膜。然而,许多胶乳粘合剂的聚结并不会适当地发生,除非存在少量的蒸发比较慢的溶剂。2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯,(ester alcohol)和2-乙基己基苯甲酸酯(VELATER378)是常用的聚结剂。
除上述添加剂之外,漆配制剂还可包含其它添加剂例如,如光稳定剂、热稳定剂(特别是对于烘烤涂层)、交联剂(主要和含有可交联基团的特定树脂一起使用)、固化催化剂、划痕/滑动助剂和消光剂。
漆配制剂的制备为本领域技术人员所熟知。在第一阶段,通常称为研磨阶段,将干燥颜料分散成载体的部分。颜料分散剂和一些其它添加剂也在研磨阶过程中加入。一旦颜料被分散,在第二阶段,通常称为稀释阶段,加入其余成分,包括粘合剂。对物理性能,例如粘度和pH值进行测定。可能最终添加载体和/或其它成分来调节漆配制剂的性能。然后将漆配制剂包装并发送给用户。
工业应用
本发明的漆配制剂可用作乳胶漆,典型地用作可用于内部和外部施涂的无光乳胶漆。可将它们施涂到各种各样的基材上例如,例如,纸、木材、混凝土、金属、玻璃、陶瓷、塑料、石膏,和屋顶基材例如沥青涂层、屋顶油毡、泡沫聚氨酯绝热物;或施涂到通过使用本领域公知的各种技术例如刷涂、辊涂、拖涂、空气辅助或无气喷涂和静电喷涂而预先涂敷的、涂过底漆的、涂过底涂层的、磨损的或风化的基材上。
本发明的有利性能可以通过参考下列实施例观察到,所述实施例举例说明了本发明但是并不是对本发明的限制。
实施例
术语表
Haas,Philadelphia,PA)
AMP 2-氨基-2-甲基-1-丙醇(Dow,Midland,MI)
BAE N-正丁基乙醇胺(n-C4H9-NH-CH2CH2OH)(Arkema,Philadelphia,
PA)
Wallingford,CT,USA)
粒的共混物(BYK Chemie,Wallingford,CT,USA)
Colloid 226/35 35%水溶性阴离子颜料分散剂,粘度稳定剂(Rhodia,Cranbury,NJ)
Colloid 640 疏对水性二氧化硅型消泡剂(Rhodia,Cranbury,NJ)
VL 油基消泡剂(Cognis,Cincinnati,OH)
(Unimin Specialty Minerals,New Canaan,CT)
Polyphobe 102 流变改性剂,丙烯酸类聚合物在水中的25%乳液(Dow,Midland,
MI)
GXL 含有9.3%1,2-苯异噻唑啉-3-酮的防腐剂(Avecia,Wilmington,
DE)
Philadelphia,PA)
Snowflake PE 中等/细颗粒尺寸,宽颗粒尺寸分布的湿润研磨的大理石(IMERYS,
Paris,France)
ester alcohol 三甲基羟基戊基异丁酸酯(Eastman Chemical,Kingsport,TN)
Nemours&Co.,Wilmington,DE)
Nemours&Co.,Wilmington,DE)
Tris buffer 三-(羟甲基)氨基甲烷
Chemicals,Florham Park,NJ)
MI)
实施例1
该实施例说明BAE作为杀生物剂协同剂的有效性。
用于测量在660nm处的光学密度的384孔微量滴定板上的每个插孔都用下述溶液装满:25μl用Tris缓冲到pH=7.5的烷基烷醇胺溶液(AMP或者BAE)、25μl的pH=7.5的营养物/接种物溶液(营养物=TSB)和25μl的调节到pH=7.5的杀生物剂溶液,总体积为75μl。在整个实验中温度维持在25℃。光学密度测定以15分钟的间隔进行。确定的是,微生物的浓度与光学吸收率在所有情况下都呈线性关系,因此将光学密度作为微生物密度的直接度量。由光学密度测量,可计算出微生物生长的最大速率以及18小时和48小时端点的微生物密度。
表1显示绿脓杆菌(ATCC 10145)经不同的含量的TROYSAN785杀生物剂处理,在18小时时候的终点浓度。
表1
杀生物剂浓度
500ppm 300ppm 200ppm 100ppm 50ppm
胺(浓度)
AMP(1000ppm) 0.33 0.36 0.38 0.4 0.4
BAE(1000ppm) 0.12 0.18 0.22 0.23 0.23
AMP(2000ppm) 0.15 0.21 0.23 0.23 0.23
BAE(2000ppm) 0.06 0.08 0.08 0.09 0.09
表2显示最大生长斜率(数值以每分钟milli-OD单元给出)(15个最佳符合生长曲线线性部分的点)。
表2
杀生物剂浓度
500ppm 300ppm 200ppm 100ppm
胺(浓度)
AMP(1000ppm) 0.414 0.443 0.415 0.328
BAE(1000ppm) 0 0.039 0.06 0.126
AMP(2000ppm) 0.131 0.343 0.368 0.318
BAE(2000ppm) 0.093 0.113 0.105 0.098
实施例2
该实施例说明BAE作为中和剂在漆配制剂中的一般应用。BAE和AMP分别地加入到高质量无光内用乳胶漆配制剂中。加入量以磅来表示。漆配制剂为:去离子水,150.0;丙二醇,25.9;GXL,0.5;Colloid 226/35,8.0;NP-9,2.2;Colloid 640,3.5;Polyphobe 102,15.0;R-902,250.0;Snowflake PE,125.0;4,125.0;和烷醇胺(或者AMP或者BAE),5.0。将得到的混合物进行高速分散,然后用含有下述物质的混合物进行稀释:Latex 379G,419.8;Filmer IBT,16.8;和Colloid640,3.5。用Polyphobe 102,14.5;烷醇胺,2.0;和去离子水,51.3;将pH值调节至9.0±0.2,且将粘度调节至90±2KU。总重量:1218.0磅。总产量:101.0加仑。得到的漆配制剂中的颜料体积浓度(PVC)为约40%。
评价程序
涂层通过使用如下的ASTM测试方法进行评价:分散细度,D 1210;粘度Stormer粘度计D 562;pH,E 70;干燥时间,D 1640;气味,D 1296;光泽/光亮D 523;不透明性,3-mil刮涂(drawdown),D 2805;包装稳定性-125°F下2周,D 1849;刷洗性,D 2486;和膜孔隙性。
颜料容纳力 用1%重量漆的各着色剂对漆进行着色,并使用3-mil Bird涂敷器施涂到密封图表上。干燥后,相对的色浓度根据下面的ASTM标准得分表评定等级。所使用的着色剂为Colortrend Universal Colorants,Series888-1045F Red Iron Oxide,7214E Thalo Blue,和2009L富锰棕土。
显色 当漆开始干燥时,使用与上述一样的刮涂施涂;轻轻打磨(rub)1-in区域以将任何凝聚的着色剂再分散。对打磨的区域相对于未摩擦区域的颜色变化根据下列的ASTM标准得分表评定等级。
施涂性能 三分之二的24×32-Inch Upson Board板用一种乳胶底漆涂层涂底漆,并使得干燥24小时。底漆的一部分着色为灰色(额定反射比(nominalreflectance)为25),并以3英寸条水平地横穿涂底漆的区域中心的方式进行施涂。干燥48小时后,测试板即可用于测试漆的施涂。
使用3-in辊(EZ Painter No.3 FPS)在整块板上随意地施涂漆,直到灰色条被涂去(湿润)。扩散速率通过漆使用量和每加仑漆的重量进行计算。干燥一夜后,将第二涂层施涂到三分之一的板上。十五分钟后,施涂覆盖第一涂层和第二涂层区域各3英寸的6-in搭接涂层(lap coat)。使得涂漆的板干燥一夜,然后将4×4英寸的修补(touch up)施涂到两涂层区域。
对漆还进行如下评价:施涂的容易程度;扩展速率;实际不透明性;发泡性;飞溅性;流平性;陷穴;光彩(sheen)均匀性;单涂层相对于双涂层区域;涂底漆的相对于未涂底漆的区域;搭接区域;和修补区域。
一些观测值是主观的并且已经用下列ASTM标准化得分系统评定等级,以免冗长的描述:
表3
具有不同中和剂的无光内用乳胶漆的评价
实施例3
该实施例显示含有BAE的漆配制剂与含有AMP的漆配制剂相比具有较低的VOCs。
下述漆配制剂如实施例2所述进行制备。
表4
该配制剂根据实施例2所述进行评价。挥发性有机物含量(VOC)根据ASTMD39606进行测量。
表5
具有不同中和剂的乳胶漆的评价
实施例4
该实施例说明BAE是比AMP好的颜料分散剂。
分别将AMP和BAE掺入到半光泽乳胶漆配制剂中,除了典型使用的阴离子颜料分散剂()的量从每100加仑6.00磅减少到每100加仑2.00磅并且烷醇胺(或者AMP或者BAE)的量从每100加仑4.00磅增加到每100加仑6.00磅。
将得到的混合物以高速进行分散,然后用含有下述物质的混合物进行稀释:481,562.35;ester alcohol,15.75;丙二醇,8.64;1.00;RM-8,35.95;和去离子水,83.33。得到的漆配制剂的颜料体积浓度(PVC)为23.024%,总体积为约100加仑。
接着,在研磨的同时将另外的二氧化钛颜料加入到各漆配制剂中。加入颜料直到研磨温度上升到50℃并且其它可观察到的研磨性能(杂音、浆液浓度)表明已经加入了过多颜料为止。可将另外的260克颜料加入到含有AMP的漆配制剂中,同时可将另外的606克颜料加入到含有BAE的漆中。
实施例5
该实施例说明BAE是比AMP更好的颜料分散剂。
制备实施例4的漆配制剂,除了配制剂中每100加仑含有4.00磅的烷醇胺(AMP或者BAE)并且不存在颜料分散剂。另外的烷醇胺量需要制备与每加仑含有6.00磅颜料分散剂的漆配制剂等效果的漆配制剂。对于AMP,要求每100加仑漆配制剂10.27磅。对于BAE,要求每100加仑漆配制剂仅5.74磅。
表6
水敏感性
漆配制剂 等级
标准漆 3
过量AMP 1
过量BAE 10
表7
光泽
漆配制剂 20°光泽 60°光泽 85°光泽
标准漆 13.5 50.6 64.1
过量AMP 14.9 49.9 66.1
过量BAE 16.9 54.3 63.6
表8
颜料容纳力
漆配制剂 氧化铁红 Phthallo 富锰棕土
Blue
标准漆 10 10 10
过量AMP 10 10 10
过量BAE 10 10 10
已经对本发明进行了描述,我们现在要求下述权利要求以及其等价权利要求。
Claims (17)
1.一种乳胶漆配制剂,包含:
a)一种或者多种粘合剂;
b)一种或者多种颜料;
c)水;和
d)N-正丁基乙醇胺;
其中,配制剂的颜料体积浓度为38%到80%。
2.如权利要求1所述的乳胶漆配制剂,其中每100加仑配制剂包含2到10磅的N-正丁基乙醇胺。
3.如权利要求1所述的乳胶漆配制剂,其中粘合剂为乙烯基-丙烯酸类树脂。
4.如权利要求1所述的乳胶漆配制剂,其中粘合剂是100%丙烯酸类树脂。
5.如权利要求1所述的乳胶漆配制剂,其中配制剂的颜料体积浓度为38%到50%。
6.如权利要求5所述的乳胶漆配制剂,其中每100加仑配制剂包含2到10磅的N-正丁基乙醇胺。
7.如权利要求6所述的乳胶漆配制剂,其中配制剂另外包含共溶剂。
8.如权利要求7所述的乳胶漆配制剂,其中配制剂另外包含一种或者多种选自流平剂、流变改性剂、腐蚀抑制剂、杀生物剂、防霉剂和消泡剂的添加剂。
9.如权利要求7所述的乳胶漆配制剂,其中配制剂另外包含杀生物剂。
10.如权利要求6所述的乳胶漆配制剂,其中粘合剂为乙烯基丙烯酸类树脂。
11.如权利要求6所述的乳胶漆配制剂,其中粘合剂是100%丙烯酸类树脂。
12.如权利要求1所述的乳胶漆配制剂,其中配制剂另外包含杀生物剂。
13.如权利要求1所述的乳胶漆配制剂,其中配制剂另外包含共溶剂。
14.如权利要求13所述的乳胶漆配制剂,其中配制剂另外包含一种或者多种选自流平剂、流变改性剂、腐蚀抑制剂、杀生物剂、防霉剂和消泡剂的添加剂。
15.一种方法,包括将乳胶漆配制剂施涂到基材上,其中该乳胶漆配制剂包含:一种或者多种粘合剂、一种或者多种颜料、一种或者多种共溶剂、一种或者多种杀生物剂、N-正丁基乙醇胺和水,其中配制剂的颜料体积浓度为38%到80%。
16.如权利要求15所述的方法,其中每100加仑配制剂包含2到10磅的N-正丁基乙醇胺。
17.如权利要求16所述的方法,其中配制剂的颜料体积浓度为38%到50%。
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