CN102153932B - 单组分型室温固化的含水顶涂层组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有高耐候性和耐污性的含水顶涂层组合物。更具体地，本发明涉及一种具有优良的耐候性和耐污性的使用了有机-无机混合粘合剂的单组分型室温固化的含水顶涂层组合物。

Description

单组分型室温固化的含水顶涂层组合物
技术领域
本发明涉及一种具有高耐候性和耐污性的含水顶涂层组合物。更具体地，本发明涉及一种具有优良的耐候性与耐污性的使用了有机-无机混合粘合剂的室温固化的含水顶涂层组合物。
背景技术
除了具有基本的保护基体的功能之外，涂层通常还具有美学功能。考虑到这个方面，人们已经开展了很多研究以使涂层的外观保持它的最佳原始状态。这些研究带来的结果是，各种类型的含溶剂顶涂层组合物被开发出来并得到成功应用。
近来，随着全球范围内对环境与能量的兴趣日益增加，人们采取了许多措施限制使用源于化石燃料的有机溶剂或挥发性有机物。许多国家包括韩国正在起草或实施针对使用这些源于化石燃料的有机溶剂或挥发性有机物的强制规定。
为了满足这些要求，人们已经开发了单组分型或双组分型高温固化的涂料组合物，其比传统的溶剂型丙烯酸涂层组合物具有更好的耐候性与耐污性，且其能够提供非常柔软和坚韧的涂膜。然而，这些组合物在施工性能、线路状况等方面尚存在局限性。因此，有必要开发用于制备具有高耐候性与耐污性的新型环保的单组分型室温固化的顶涂层组合物的技术。
发明内容
要解决的问题
为了解决上述现有技术中所存在的问题，本发明的一个目的是提供一种新型环保的单组分型室温固化的顶涂层组合物，其比传统的含溶剂的丙烯酸涂层组合物具有更好的耐候性与耐污性，并能够提供非常柔软和坚韧的涂膜。
技术手段
为了实现上述目的，本发明提供了一种单组分型室温固化的含水顶涂层组合物，其含有40-60wt％的有机-无机混合共聚物乳液，5-20wt％体质颜料，1-20wt％颜料，3-10wt％成膜剂和5-40wt％水。
本发明详述如下。
在本发明中，有机-无机混合物共聚物乳液优选为包含丙烯酸单体和带有烷氧基甲硅烷基或环氧甲硅烷基的单体的含水乳液，其以能使硅氧烷交联存在于丙烯酸聚合物主链上的方式合成。在乳液聚合中，主链上的甲硅烷基与水反应并被水解形成硅醇，使所述硅醇缩合交联形成稳定的硅氧键。所述交联在室温下进行，硅氧烷的键强度为443KJ/mol，其可与氟树脂中的碳-氟键的强度484KJ/mol相比拟，因而所述硅氧烷显示出极佳的耐候性。
在本发明中，有机-无机混合物共聚物乳液的玻璃化转变温度(Tg)优选为25-45℃，以具有更好的耐污性。如果玻璃化转变温度低于25℃，则涂层可能由于该较低的玻璃化转变温度而容易被污染。如果玻璃化转变温度高于45℃，则涂膜中容易产生裂隙。为了解决该问题，需要使用大量的成膜剂。
在本发明中，涂层组合物中的有机-无机混合共聚物乳液的含量为40-60wt％。如果本发明涂层组合物中的有机-无机混合共聚物乳液的含量低于40wt％，则涂膜与基体间的粘附性以及耐久性可能会降低。如果本发明涂层组合物中的有机-无机混合共聚物乳液的含量高于60wt％，则涂层可能会变得过于柔软或者可能产生剥落的问题。
在本发明中，有机-无机混合共聚物乳液优选具有40-50wt％的固含量。如果有机-无机混合共聚物乳液中的固含量低于40wt％，则涂层制剂的设计可能会受到限制。如果有机-无机混合共聚物乳液中的固含量高于50wt％，则乳液本身的稳定性可能会有问题。
可使用例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸和它们的混合物作为本发明有机-无机混合共聚物乳液中的丙烯酸单体，但不限于此。可使用例如环氧硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和它们的混合物作为本发明有机-无机混合共聚物乳液中带有烷氧基甲硅烷基或环氧甲硅烷基的单体。
根据本发明的含水顶涂层组合物使用具有优良耐候性的有机-无机混合共聚物乳液作为粘合剂，所述乳液是通过丙烯酸单体和带有烷氧基甲硅烷基或环氧甲硅烷基的单体的共聚制备得到的。通过所述粘合剂，该组合物的耐候性可得到显著改善，且涂层表面可具有亲水性从而具有良好的耐污性。此外，由于该组合物的分子大小比含溶剂的丙烯酸树脂更大，涂膜可以变得更柔软和坚韧，导致极佳的耐用性。另外，由于可以使应用的挥发性有机化合物的量至最小化，本发明非常环保。
在本发明中，涂层组合物中的体质颜料的含量为5-20wt％。如果本发明涂层组合物中的体质颜料的含量低于5wt％，则涂层的硬度可能降低。如果本发明涂层组合物中的体质颜料的含量高于20wt％，则固化的涂层可能有裂隙，且其耐水性可能降低。
作为本发明中的体质颜料，可使用在含水顶涂层组合物中常规使用的那些，例如硫酸钡、碳酸钙、二氧化硅、白云石、滑石、高岭土、云母、硅灰石、绿泥石、硅酸铝、氢氧化铝和它们的混合物，但不限于此。他们可以根据所需涂层的硬度和性质单独或作为混合物使用。
在本发明中，涂层组合物中的颜料含量为1-20wt％。如果本发明涂层组合物中的颜料含量低于1wt％，则遮盖力有可能降低。如果本发明涂层组合物中的颜料含量高于20wt％，则可能降低涂膜特性和增加生产成本。
作为本发明中的颜料，可使用在含水顶涂层组合物中常规使用的那些，例如二氧化钛、炭黑、酞菁、氧化铁和它们的混合物，但不限于此。他们可根据所需涂膜的着色特性单独或组合物使用。
在本发明中，成膜剂在成膜时能通过改善粘结剂颗粒的聚结使涂层致密，并能通过改善湿润特性增强与基体的粘附。此外，它能通过降低乳液粘合剂的最低成膜温度，促进含水涂层组合物在低温下成膜。在本发明中，涂层组合物中的成膜剂含量为3-10wt％。如果涂层组合物中的成膜剂含量低于3wt％，则低温下成膜可能变差。如果涂层组合物中的成膜剂含量高于10wt％，则干燥速度可能变得很慢。
作为本发明的成膜剂，可使用商用成膜剂例如Texanol(商标，伊士曼)，丁基卡必醇(商标，美国陶氏)，丁基溶纤剂(商标，美国陶氏)等，但不限于此。
使用水作为本发明的主要溶剂。用水作为化合物的溶剂或组合物中的颗粒的分散介质。在本发明中，涂层组合物中的水含量为5-40wt％。用水作溶剂是一个非常重要的因素，这样可使本发明的涂层化合物具有环保特性。在本发明中，优选使用纯净水或去离子水。
如有必要，本发明的含水顶涂层组合物还可以含有一种或多种不同的添加剂。可含有例如分散剂、表面活性剂等等用于稳定分散液并与乳液树脂相容。此外，可含有流变改性剂，以防止在涂层组合物贮存期间发生沉淀或沉降并获得良好的施工性能。还可包含消泡剂以防止泡沫稳定化。
这些添加剂的实例包括Disperbyk-190(商标，BYK)，Orotan-1850E(商标，美国陶氏)等作为分散剂；Surfynol104(商标，Airproduct)，其不含表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)化合物；以及流变改性剂Natrosol+330(商标，Hercules)，但不限于此。
发明效果
本发明的含水顶涂层组合物具有极佳的耐候性和耐污性，且因为该组合物用水作为主要溶剂以及用含有有机硅改性丙烯酰基的有机-无机混合共聚物乳液作为主要粘结剂，因此非常环保。此外，尽管本发明是一种单组分型组合物，但其能在室温固化条件下形成性质极佳的涂膜，因此施工性能得到显著改善，借此，可将本发明的组合物与传统的双组分型或单组分型高温固化涂层组合物区别开来。因此，本发明能使涂层的美观外形和性能保持的更久，从而比传统的含水和含溶剂的顶涂层组合物更适用于长期保护构筑物。
具体实施方式
下面将通过实施例和对比例对本发明进行更加详细的阐述。然而，本发明的范围并不限于此。
漆浆的制备
向不锈钢容器中加入18g水，1g表面活性剂(不含APEO)，0.2g增稠剂和0.3g消泡剂，搅拌约30分钟，向其中加入0.5g湿润分散剂，再搅拌5分钟。然后，在慢速搅拌下向其中加入10g体质颜料和15g氧化钛。加料完成后，升高分散机每分钟的转数，使叶轮片的圆周速度达到18～21m/s，在此转速下，分散该混合物15分钟。
有机-无机混合粘合剂的制备
步骤1
向配有搅拌机、温度计和冷凝器的反应器中加入50g离子交换水，25g甲基丙烯酸甲酯，10g丙烯酸丁酯，10g甲基丙烯酸丁酯，5g甲基丙烯酸环己酯，1gSR1025(α-硫代-ω-(1-(烷氧基)甲基-2-(2-丙烯氧基)乙氧基)-聚(氧-1，2-乙烷-双-基)的铵盐)，Adeka)和0.15g过硫酸钾，升温至80℃。维持反应在该温度下约60分钟，制备得到种子乳液聚合物。
步骤2
将500g离子交换水，8gSR1025(α-硫代-ω-(1-(烷氧基)甲基-2-(2-丙烯氧基)乙氧基)-聚(氧-1，2-乙烷-双-基)的铵盐，Adeka)，200g甲基丙烯酸甲酯，60g丙烯酸丁酯，60g甲基丙烯酸丁酯，40g甲基丙烯酸环己酯，40g甲基丙烯酸，15g甲基三甲氧基硅烷，5g甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和1.2g过硫酸钾进行混合，搅拌形成预乳液。然后，在3小时内将预乳液连续不断地加入到反应器中，使反应温度在80℃维持1小时得到核乳液。
步骤3
维持反应的时间结束后，将混合物冷却至40℃，向其中加入4.5g氨水，将反应物放置2小时制得稳定的核乳液。
根据上述步骤得到的产物是一种聚合物乳液，其直径为165.5nm，固含量为45.2％，粘度为40cps，玻璃化转变温度为40℃。
实施例
在缓慢搅拌上述分散的漆浆的同时，向其中缓缓加入50g上述的有机-无机混合粘合剂，并搅拌该混合物10分钟。向其中加入5g成膜剂，搅拌混合物约10分钟。结果获得100g含水涂层组合物。
对比例1
在缓慢搅拌上述分散的漆浆的同时，向其中缓缓加入50g100％丙烯酸乳液，并搅拌该混合物10分钟。向其中加入5g成膜剂，搅拌混合物约10分钟。结果获得100g含水涂层组合物。
对比例2
在缓慢搅拌上述分散的漆浆的同时，向其中缓缓加入50g丙烯酰基氨酯水分散树脂，并搅拌该混合物10分钟。向其中加入5g成膜剂，搅拌混合物约10分钟。结果获得100g含水涂层组合物。
【表1】
组分 名称 实施例 对比例1 对比例2
水 去离子水 18 18 18
特性评价
通过空气喷涂实施例和对比例1和2制备得到的涂层组合物涂覆1.5T冷轧钢板，获得厚度为80微米的干膜，然后在相对湿度为50±10％的条件下，于23±2℃下至少干燥7天。那时，干燥空间是通风的，但涂覆的表面不能直接与强风接触。
在QUV-B600小时后，根据ASTMG53，通过观察涂膜评价耐候性。根据ASTMD522评价柔性。通过使用油灰刀进行强制剥离试验评价粘附特性。使用自主设计的方法评价耐污性，下面将对其进行详细阐述。
将10g炭黑颜料作为污染物用90g水弄湿，然后搅拌混合物制成悬浮液。随后，使用表面皿将污染物覆盖到制备的涂层样品上，并用粘附剂或胶带密封。将如此制备的样品置于50℃的烤箱中并在其中维持1小时。之后，移走表面皿，在流水下通过用刷子轻轻地摩擦冲洗样品。然后观察移走污染物之后的的涂层状态。
【表2】
表2结果显示，本实施例的含水顶涂层组合物具有极佳的耐候性和耐污性，因而在作为顶涂层施用时能长久的维持美观的外形。

Claims (1)

1.一种单组分型室温固化的含水顶涂层组合物，其由40-60wt％的有机-无机混合共聚物核乳液，5-20wt％体质颜料，1-20wt％颜料，3-10wt％成膜剂，5-40wt％水，以及1-5wt％选自分散剂、表面活性剂、流变改性剂、消泡剂和它们的混合物的添加剂组成；其中所述有机-无机混合共聚物核乳液为包含丙烯酸单体和带有烷氧基甲硅烷基的单体的含水乳液树脂；其中所述有机-无机混合共聚物核乳液具有40-50wt％的固含量；
所述有机-无机混合物共聚物核乳液的玻璃化转变温度为25-45℃；
其中所述丙烯酸单体是甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸环己酯和甲基丙烯酸的混合物；
其中所述带有烷氧基甲硅烷基的单体是甲基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的混合物；
其中所述体质颜料是二氧化硅；
其中在乳液聚合中，主链上的甲硅烷基与水反应并被水解形成硅醇，使所述硅醇缩合交联形成稳定的硅氧键，所述交联在室温下进行；以及
其中所述颜料选自二氧化钛、炭黑、酞菁、氧化铁和它们的混合物。
CN201110034574.7A 2010-02-01 2011-01-31 单组分型室温固化的含水顶涂层组合物 Active CN102153932B (zh)

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