CN102405265B - 包含甲硅烷基化聚醚表面活性剂的涂料和印刷油墨组合物以及由其制得的制品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及含有包含耐水解的双甲硅烷基亚烃基的甲硅烷基化聚醚化合物的涂料和印刷油墨组合物。更特别地,包含双甲硅烷基亚烃基的甲硅烷基化聚醚化合物提供给涂料和油墨组合物制剂在整个pH范围内的灵活性、均匀和流动性以及表面润湿,并且不与涂料和油墨组合物的其他组分反应,由此提供配制的涂料和油墨的长期储存稳定性。包含甲硅烷基化聚醚化合物的这些涂料和油墨组合物不会放出有机硅物质,并且因此提供用这些涂料和油墨组合物处理的具有均匀外观和光泽的制品。
Description
发明领域
本发明涉及含有包含耐水解的双甲硅烷基亚烃基的甲硅烷基化聚醚化合物的涂料和印刷油墨组合物。更特别地,包含双甲硅烷基亚烃基的甲硅烷基化聚醚化合物提供给制剂在整个pH范围内的灵活性、均匀和流动性(leveling-and-flow)以及表面润湿,并且不与涂料和油墨组合物的其他组分反应,由此提供配制的涂料和油墨的长期储存稳定性。包含甲硅烷基化聚醚化合物的这些涂料和油墨组合物不会放出有机硅物质,并且因此预期提供用这些涂料和油墨组合物处理的制品具有均匀外观和光泽。
发明背景
组合物局部施涂于有生命和无生命的物体表面以进行所希望的改变,包括控制润湿、铺展、流动、均匀(leveling)、发泡、去污等的过程。当用于水溶液中以改进活性成分运送到被处理的表面时,含三硅氧烷的聚醚化合物被发现是可用的,能够控制这些过程以实现所希望的效果。然而,含三硅氧烷的聚醚化合物可与水或者涂料和油墨组合物中的其他组分反应而生成低含量的有机硅氧烷物质。这些有机硅氧烷物质释放到环境中,影响均匀流动性并且产生具有不均一和差的外观(通常称为“鱼眼”)的涂覆物体。
近年来,从资源节省和环境污染的观点出发,已经转移到用水基(waterborn)涂料和油墨代替溶剂基(solvent-borne)涂料。例如,已经研究了水基涂料用于汽车用的底漆涂料、底涂料和顶涂料。由于它们较高的表面能,因此水基涂料和油墨润湿表面不足,并且通常具有差的流动和均匀性能。需要具有赋予涂料和油墨低表面能而不产生现有不希望的有机硅物质的特征的用于水基涂料的润湿以及均匀和流动剂。为了符合该要求,基于丙烯酰基的聚合物、改性硅油等迄今用作流动和均匀剂。然而,用这些常规技术不一定实现满意的润湿以及流动和均匀性能并且消除涂料缺陷,尤其是在需要使用高外观水平的领域例如汽车中。因此通常加入大浓度的有机表面活性剂或者具有非常低表面张力的特殊全氟烷基官能化表面活性剂以得到好的外观。使用非常高浓度的有机表面活性剂的问题之一是对涂料的其他性能例如在再涂覆或打毛(roughen)再涂覆膜表面中的层与层的粘结性能施加不利影响。
常规的有机表面活性剂对涂料情形中的均匀问题仅提供了不充足的解决方案,并且需要可以制得绝对光滑的涂覆膜的新型表面活性剂。作为选择,特殊的氟基表面活性剂面临来自毒理学和生物累积前沿(toxicologicalandbioaccumulationfronts)的压力。美国环境保护协会(EPA)提出对这类全氟烷基材料严格管制,该全氟烷基材料具有分解成毒性全氟羧酸盐如全氟辛酸(PFOA),和全氟烷基磺酸盐包括全氟辛烷基磺酸盐(PFOS)的潜能。预期这些物质生物累积、持久存在于环境中,并且可被认为“高度毒性”。另外,研究表明当用某些氟聚合物制成的物品在城市垃圾焚化炉中燃烧时,全氟烷基磺酸盐和羧酸盐可能释放在空气中。
因此,鉴定出可以避免环境和健康问题的非氟化表面活性剂是重要的。本发明描述了包含甲硅烷基化聚醚化合物的涂料和油墨组合物的可用性和应用,所述组合物预期提供改进的外观、流动、均匀和润湿优点,同时有助于避免这类潜在的环境和健康问题。
发明概述
本发明提供了一种涂料组合物,其包含:
(a)至少一种通式(1)的甲硅烷基化聚醚化合物:
(R1)(R2)(R3)SiR4Si(R5)(R6)R7(C2H4O)a(C3H6O)b(C4H8O)cR8(1)
其中
每次出现的R1、R2、R3、R5和R6独立地是1-10个碳原子的单价烃基;
每次出现的R4独立地是1-3个碳原子的二价亚烃基;
每次出现的R7独立地是具有以下结构的二价有机基团:
-CH2-CH(R9)(R10)gO-
其中每次出现的R9独立地是氢原子或甲基;每次出现的R10独立地是1-6个碳原子的二价亚烷基;和下标g为0或1;
每次出现的R8独立地选自氢原子、单价烃基和1-12个碳原子的酰基;和
每次出现的下标a、b和c是整数,其中a为0-40,b为0-18和c为0-18,条件是2≤a+b+c≤40;和
(b)至少一种涂覆树脂。
本发明进一步提供一种印刷油墨组合物,其包含:
(a)至少一种通式(1)的甲硅烷基化聚醚化合物:
(R1)(R2)(R3)SiR4Si(R5)(R6)R7(C2H4O)a(C3H6O)b(C4H8O)cR8(1)
其中
每次出现的R1、R2、R3、R5和R6独立地是1-10个碳原子的单价烃基;
每次出现的R4独立地是1-3个碳原子的二价亚烃基;
每次出现的R7独立地是具有以下结构的二价有机基团:
-CH2-CH(R9)(R10)gO-
其中每次出现的R9独立地是氢原子或甲基;每次出现的R10独立地是1-6个碳原子的二价亚烷基;和下标g为0或1;
每次出现的R8独立地选自氢原子、单价烃基和1-12个碳原子的酰基;和
每次出现的下标a、b和c是整数,其中a为0-40,b为0-18和c为0-18,条件是2≤a+b+c≤40;和
(b)至少一种印刷油墨树脂。
当与包含有机表面活性剂和润湿剂的涂料和油墨组合物相比时,本发明的涂料和印刷油墨组合物预期表现出增强的外观、润湿、均匀流动性,同时不产生不希望的含三硅氧烷的聚醚表面活性剂的有机有机硅化合物,或者不包含具有不希望的氟原子的表面活性剂。
除了在实施例中或者在另外说明的情况下,说明书和权利要求中所述的表示材料的量、反应条件、持续时间、材料的定量性能等的所有数值将被理解为在所有情形下由术语“约”修饰。
还将理解本文列出的任何数值范围意在包括该范围内的所有子范围和这些范围或子范围的各个端点的任何组合。
将进一步理解在说明书中明确或隐含公开和/或在权利要求中描述的属于一组结构、组成和/或功能相关的化合物、材料或物质的任何化合物、材料或物质包括该组的单个代表物质及其所有组合。
发明详述
本发明提供了包含至少一种通式(1)的甲硅烷基化聚醚化合物的涂料和印刷油墨组合物:
(R1)(R2)(R3)SiR4Si(R5)(R6)R7(C2H4O)a(C3H6O)b(C4H8O)cR8(1)
其中
每次出现的R1、R2、R3、R5和R6独立地是1-10个碳原子的单价烃基;
每次出现的R4独立地是1-3个碳原子的二价亚烃基;
每次出现的R7独立地是具有以下结构的二价有机基团:
-CH2-CH(R9)(R10)gO-
其中每次出现的R9独立地是氢原子或甲基;每次出现的R10独立地是1-6个碳原子的二价亚烷基;和下标g为0或1;
每次出现的R8独立地选自氢原子、单价烃基和1-12个碳原子的酰基;和
每次出现的下标a、b和c是整数,其中a为0-40,b为0-18和c为0-18,条件是2≤a+b+c≤40。
在本发明的上下文中,本文定义的术语“均匀”被理解为是指施涂的涂料形成光滑膜的能力,其中由施涂器例如刷子或辊留下的缺陷在干燥过程期间消失。本文定义的术语“流动”是指涂料的铺展能力和可以施涂涂料的容易性。本文所述的术语“润湿”是制剂充分润湿基材表面而没有针孔和缺陷的能力。
本文使用的单价烃基包括直链、支化和环状的烷基、烯基和炔基、芳烷基和芳基。烷基的具体非限定例子包括甲基、乙基、丙基和异丁基。烯基的具体非限定例子包括乙烯基、丙烯基、烯丙基和甲基烯丙基。炔基的具体非限定例子包括乙炔基、丙炔基和甲基乙炔基。芳烷基的具体非限定例子包括苄基和苯乙基。芳基的具体非限定例子包括苯基。
本文使用的二价烃基包括直链、支化和环状的亚烷基、亚烯基和亚炔基、亚芳烷基和亚芳基。亚烷基的具体非限定例子包括亚甲基、亚乙基、亚丙基和亚异丁基。亚烯基的具体非限定例子包括亚乙烯基和亚丙烯基。亚炔基的具体非限定例子包括亚乙炔基、亚丙炔基和甲基亚乙炔基。亚芳烷基的具体非限定例子包括亚二甲苯基。亚芳基的具体非限定例子包括亚苯基。
术语“取代的”脂族或芳族是指其中碳主链可以具有位于主链内的杂原子或者与碳主链相连的杂原子或含杂原子的基团的脂族基团或芳族基团。
术语“有机基团”是指脂族烃基、芳族烃基,或者取代的脂族或取代的芳族基团。
甲硅烷基化聚醚化合物(a)在基材上提供了均匀的涂料或油墨。甲硅烷基化聚醚化合物的制备描述于U.S.专利申请公开US20070249560A1和US20070269467A1中,其均以它们的整体在此引入作为参考。
甲硅烷基化聚醚化合物(a)的式(1)的取代基已经在上面描述。例如对于甲硅烷基化聚醚化合物(a),R1、R2、R3、R5和R6是1-6个碳原子的烷基;R4是1-3个碳原子的亚烷基;R7是-CH2CH2CH2O-或-CH2CH(CH3)CH2O-;R8是氢原子、1-6个碳原子的烷基或乙酰基;a为3-10;b为0-10和c为0-8。例如,甲硅烷基化聚醚化合物(a)是:其中R1、R2、R3、R5和R6是甲基、乙基、丙基、异丙基或异丁基;R4是亚乙基;R7是-CH2CH2CHO-;R8是氢原子、甲基或乙酰基;a为5-8;b为0-5;c为0-2。甲硅烷基化聚醚化合物(a)的另一个例子是:其中R1、R2、R3、R5和R6是甲基;并且a为5-8;b为0-3和c为0。
甲硅烷基化聚醚化合物(a)的代表性和非限定例子是
(CH3)3SiCH2Si(CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)2H、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)3CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)7CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)20CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH(CH3)CH2O(CH2CH2O)4CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)4(CH2CH(CH3)O)1CH3、
(CH3CH2)3SiCH2CH2Si(CH2CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)4(CH2CH(CH3)O)1CH3、
(CH3CH2CH2)3SiCH2CH2Si(CH2CH2CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)4(CH2CH(CH3)O)1CH3、
(CH3)2(CH3CH2CH2)SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)4(CH2CH(CH3)O)1CH3、
(CH3)2(C6H5CH2CH2)SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)7(CH2CH(CH3)O)1CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)5(CH2CH(CH3)O)2CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)15(CH2CH(CH3)O)5H、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)2(CH2CH(CH3)O)18CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)8(CH2CH(CH3)O)3CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)4(CH2CH(CH2CH3)O)1CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)10(CH2CH(CH2CH3)O)5CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)10(CH2CH(CH2CH3)O)10C(=O)CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)4CH2CH(CH3)OCH2CH(CH2CH3)OH、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)8(CH2CH(CH3)O)5CH2CH(CH2CH3)OH、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)4(CH2CH(CH3)O)1CH3、
(CH3)3SiCH2CH2CH2Si(CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)4CH3、
(CH3)3SiCH2CH2CH2Si(CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)5C(=O)CH3、
(CH3)3SiCH2CH2CH2Si(CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)4(CH2CH(CH3)O)1CH3、
(CH3CH2)3SiCH2CH2CH2Si(CH2CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)4(CH2CH(CH3)O)1CH3、
(CH3)3SiCH2CH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)4(CH2CH(CH3)O)1CH3,及其混合物。
包含上述甲硅烷基化聚醚化合物的本发明的涂料和印刷油墨组合物在6-7.5的pH范围外,即在极端环境条件中表现出增强的耐水解性。极端环境被定义为pH低于6或高于7.5的水溶液,或者就Bronsted酸度或碱度或者Lewis酸度或碱度而言的非含水等价物。增强的耐水解性可以通过各种试验证明,但本文使用的增强的耐水解性是指70摩尔%或更多的本发明的耐水解组合物在暴露于含水酸性条件24小时,其中溶液具有3的pH后,并且在暴露于含水碱性条件24小时,其中溶液具有大于11的pH后保持不变或不反应。在酸性条件下,本发明的组合物在超过48小时的时间在3或更小的pH下保留70摩尔%的原始浓度或更高;特别地,本发明的组合物在超过2星期的时间在3或更小的pH下表现出保留70摩尔%或更高;更特别地,本发明的组合物在超过1个月的时间在3或更小的pH下表现出保留70摩尔%或更高;并且最特别地,本发明的组合物在超过6个月的时间在3或更小的pH下表现出保留70摩尔%或更高。在碱性条件下,本发明的组合物在超过2星期的时间在11或更大的pH下表现出保留70摩尔%或更高;特别地,本发明的组合物在超过4星期的时间在11或更大的pH下表现出保留70摩尔%或更高;更特别地,本发明的组合物在超过6个月的时间在11或更大的pH下表现出保留70摩尔%或更高;并且最特别地,本发明的组合物在超过1年的时间在11或更大的pH下表现出保留70摩尔%或更高。
本发明的涂料和印刷油墨组合物可以各种形式使用:作为液体溶液、固体于液体中的分散液、液体于液体中的分散液如前述乳液、固体混合物或固体溶液,单独地或者以前面列出的形式彼此的组合使用。
涂料
一般而言,涂料制剂将需要润湿剂或表面活性剂用于乳化、组分相容、均匀、流动和减少表面缺陷的目的。另外,这些添加剂可以在固化或干燥膜中提供改进,例如改进的耐磨性、防粘连性、亲水性和憎水性。涂料制剂可以作为溶剂基涂料、水基涂料、高固含量涂料、电沉积涂料、可辐射固化涂料、超临界载体涂料、纯涂料和粉末涂料存在。
漆面通常不是完全光滑,而是具有或多或少的纹理化表面,其被称为波纹或者桔皮。这些表面可以是具有短波纹的细微纹理化的,或者是具有长波纹的粗糙纹理化的。在大多数情形中,这些波纹是不需要的并且需要表面活性剂提供流动、均匀和润湿,以实现以任何方式光滑的表面。
本发明的涂料组合物可以用作:用于内部和外部应用的建筑涂料;用于汽车、船舶、飞机、各种陆地运输、器具、金属家具、机器和设备、线圈、金属容器、绝缘漆、管、包装、套印、释放装置、预先处理的木材、木材家具、塑料基材、刮去涂料、不粘炊具、吸音天花板瓷砖、纤维胶料和通用金属的原始装置制造商(OEM)的产品涂料或罩面漆;和特殊用途的涂料例如工业维护涂料、汽车整饰、交通用漆和各种涂料例如屋顶、罐、甲板涂料,砖石建筑涂料,砖石防水以及混凝土固化和密封涂料等。
典型的涂覆树脂(b)包括,但不限于聚酯、醇酸树脂、丙烯酸类树脂、环氧树脂、聚氨酯、氯化聚烯烃、聚偏二氯乙烯、氨基甲酸酯-聚酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酸-氨基甲酸酯共聚物、聚氯乙烯、环氧酯、环氧-氨基树脂、环氧-酚醛树脂、酚醛树脂、苯乙烯-丙烯酸类共聚物、环氧丙烯酸类树脂、氨基甲酸酯-丙烯酸类共聚物、有机硅、丙烯酸-聚酯、环氧-聚酰胺、聚乙酸乙烯酯、乙烯基-丙烯酸类聚合物、有机硅、硅氧烷-丙烯酸类共聚物、乙酸乙烯酯-乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯酸类共聚物、沥青、煤焦油、聚烯烃、聚酰胺、烃、乙酸乙烯酯-丙烯酸类共聚物和硅烷体系,及其混合物、共聚物和三聚物,并且以本领域已知并且常规的量用于特定的涂料应用。
因此,本发明的目的是提供包含能够用于但不限于以下物质中的甲硅烷基化聚醚化合物的新型涂料组合物:聚酯、丙烯酸类树脂、环氧树脂、聚氨酯、氨基甲酸酯-聚酯共聚物、丙烯酸-氨基甲酸酯共聚物、环氧酯、环氧-氨基树脂、苯乙烯-丙烯酸类共聚物、环氧丙烯酸、氨基甲酸酯-丙烯酸类共聚物、有机硅、丙烯酸-聚酯、环氧-聚酰胺、聚乙酸乙烯酯、乙烯基-丙烯酸类共聚物、有机硅、硅氧烷-丙烯酸类共聚物、乙酸乙烯酯-乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯酸类共聚物、聚酰胺、烃、乙酸乙烯酯-丙烯酸类共聚物和硅烷体系,及其混合物、共聚物和三聚物,所述涂料组合物用于需要高水平的外观并且不具有与包含全氟化表面活性剂或三硅氧烷表面活性剂的涂料相关的缺陷。
缓冲剂、防腐剂和本领域已知的其他标准添加剂可以已知并且常规的量包括在本发明的涂料组合物中。
溶剂可以包括在本发明的涂料组合物中。一般而言,溶剂在室温下为液态。合适的溶剂包括水、醇、芳族溶剂、油(即矿物油、植物油、硅油等)、植物油低级烷基酯、脂肪酸、酮、乙二醇、聚乙二醇、二醇、石蜡等。在本发明的一种具体实施方式中,溶剂可以是2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、正甲基吡咯烷酮或烷氧基化(尤其是乙氧基化)变型。
助表面活性剂可以包括在本发明的涂料组合物中。根据本发明的一种实施方式,典型的助表面活性剂包括非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂、两性离子表面活性剂、聚合物表面活性剂,或其任意混合物。助表面活性剂通常是基于烃的。
此外,如U.S.专利5,558,806中所述具有不影响超铺展的短链憎水物的其他助表面活性剂也是有用的,该专利在此引入作为参考。
其他可用的助表面活性剂包括:烷氧基化物,尤其是包含嵌段共聚物的乙氧基化物,包括环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷的共聚物,及其混合物;烷基芳基烷氧基化物,尤其是乙氧基化物或丙氧基化物和它们的衍生物,包括烷基酚乙氧基化物;芳基芳基烷氧基化物,尤其是乙氧基化物或丙氧基化物和它们的衍生物;胺烷氧基化物,尤其是胺乙氧基化物;脂肪酸烷氧基化物;脂肪醇烷氧基化物;烷基磺酸盐;烷基苯磺酸盐和烷基萘磺酸盐;硫酸化脂肪醇、胺或酸酰胺;羟乙基磺酸钠的酸酯;磺基琥珀酸钠的酯;硫酸化或磺化脂肪酸酯;石油磺酸盐(petroleumsulfonate);N-酰基肌氨酸盐;烷基聚糖苷;烷基乙氧基化胺等。
在本发明的一种实施方式中,用于涂料组合物中的助表面活性剂的量为组合物总量的约0.01-约5重量%。在本发明的另一种实施方式中,用于涂料组合物中的助表面活性剂的量为组合物总量的约0.05-约2重量%。在本发明的又一种实施方式中,用于涂料组合物中的助表面活性剂的量为组合物总量的约0.01-1重量%。
助表面活性剂的具体例子包括烷基炔属二醇(SURFONYL-AirProducts)、吡咯烷酮基表面活性剂(例如SURFADONE-LP100-ISP)、硫酸2-乙基己酯、异癸醇乙氧基化物(例如RHODASURFDA530-Rhodia)、亚乙基二胺烷氧基化物(TETRONICS-BASF)、环氧乙烷/环氧丙烷共聚物(PLURONICS-BASF)、Gemini型表面活性剂(Rhodia)和二苯醚Gemini型表面活性剂(例如DOWFAX-DowChemical)。
在本发明的特定实施方式中,助表面活性剂是选自环氧乙烷/环氧丙烷共聚物(EO/PO);胺乙氧基化物;烷基聚糖苷;和氧代十三烷醇乙氧基化物的至少一种。
当式(1)的下标a满足条件2≤a≤5时,可建议使用如下所述的助表面活性剂以获得本发明组合物的优点。
如上文更全面描述的本发明的甲硅烷基化聚醚化合物(a)以相对少量用于涂料制剂中。在本发明的一种实施方式中,用于涂料组合物中的甲硅烷基化聚醚化合物(a)的量为组合物总量的约0.01-约5重量%。优选地,用于涂料组合物中的甲硅烷基化聚醚化合物(a)的量为组合物总量的约0.05-约2重量%。并且最优选地,用于涂料组合物中的甲硅烷基化聚醚化合物(a)的量为组合物总量的约0.01-1重量%。
取决于涂料的性质和施涂方式,本发明的甲硅烷基化聚醚化合物(a)可以作为固体、液体、溶液或乳液使用。
水基涂料通常包含表面活性剂以使分散液稳定或者形成涂覆树脂的乳液。甲硅烷基化聚醚化合物(a)应该与用于使涂覆树脂(b)的分散液或乳液稳定的表面活性剂相容。特别地,甲硅烷基化聚醚化合物(a)应该含有相对于氧亚丙基单元和氧亚丁基单元而言非常高含量的氧亚乙基单元以及不与水反应的R8基团。适用于水基涂料的优选的甲硅烷基化聚醚化合物是如下式(1)的那些:其中R1、R2、R3、R5和R6是甲基;R4是亚甲基或亚乙基;R7是-CH2CH2CH2O-或-CH2CH(CH3)CH2O-;R8是氢或甲基;并且a为1-20;b为0-4;c为0-4,条件是a大于或等于5倍(b+c)。
可用于水基涂料组合物中的甲硅烷基化聚醚化合物的优选并且非限定例子包括:
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)7CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)7H、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)20CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH(CH3)CH2O(CH2CH2O)4CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)10(CH2CH(CH3)O)1CH3,和
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)4(CH2CH(CH3)O)1CH3。
许多涂覆树脂可用于水基涂料制剂中,包括聚酯、丙烯酸类树脂、乙烯基丙烯酸类聚合物、聚氨酯、乙酸乙烯酯等。通过蒸发水相随后聚合物分子凝结,乳液点阵(lattice)形成膜。聚合物为了形成内聚膜,重均分子量必须足够高,优选大于20,000克/摩尔,更优选为50,000克/摩尔至2,000,000克/摩尔,并且最优选为75,000克/摩尔至500,000克/摩尔。另外,涂覆树脂的玻璃转变温度,称为Tg,必须高于涂料组合物的最小成膜温度(MFFT)。涂覆树脂的Tg优选为小于40℃,更优选为-20℃至35℃并且最优选为0℃至20℃。
优选的水基涂覆树脂是丙烯酸类树脂。丙烯酸类树脂可以包含反应性官能团,包括羧酸根、环氧基、羟基、胺、酰胺或乙烯基。在丙烯酸类树脂的制备中可用的单体包括,但不限于,丙烯腈、丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸甲氧基乙酯、丙烯酸二氨基乙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸硬脂基酯(stearicmethacrylate)、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、甲基丙烯酸2-羟基丙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和丙烯酸缩水甘油酯。
丙烯酸类树脂也可以包含含有反应性基团例如碳-碳双键或碳-碳三键的共聚单体。典型的非限定共聚单体包括苯乙烯、乙酸乙烯酯、氯乙烯、乙烯醇等。
丙烯酸类树脂的制备描述于“Waterborne&SolventBasedAcrylicsandtheirEndUserApplications”,P.Oldring,andP.Lam(eds.),JohnWiley&Sons,NewYork1997中,其全部内容在此引入作为参考。
丙烯酸类树脂的代表性非限定例子包括可商购获得的苯乙烯丙烯酸类乳液聚合物,例如554、540、77和95,以及SCX2500,全部可从SCJohnsonPolymerofRacine,Wisconsin商购获得。可以使用的可商购获得的优选反应性聚合物材料的其他具体例子包括可从ZENECAResinsofWilmington,Mass.获得的丙烯酸类乳液、水基氨基甲酸酯聚合物和水基氨基甲酸酯丙烯酸类共聚物,以及可从DowCorporationofMidland,Michigan.获得的丙烯酸和乙烯基丙烯酸胶乳。
本发明的可辐射固化涂料组合物可以包含当暴露于辐射,例如紫外线或电子束辐射时固化的各种涂覆树脂。这类涂覆树脂包括环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、丙烯酸酯化环氧化植物油、脂肪酸改性的丙烯酸酯和环氧化物。所述树脂聚合物在纯的或100%活性形式中高度粘稠,并且在不用稀释剂稀释它们以减小粘度的情况下不能施涂。稀释剂是溶剂或反应性单体化合物,称为反应性稀释剂。典型的非限定稀释剂包括单丙烯酸酯、二丙烯酸酯、三丙烯酸酯和多丙烯酸酯。反应性稀释剂的代表性非限定例子包括一缩二丙二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、二丙烯酸1,6-己二醇酯、乙氧基化双酚A二丙烯酸酯、三丙烯酸季戊四醇酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化三丙烯酸甘油酯、三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、五丙烯酸二季戊四醇酯,和六丙烯酸二季戊四醇酯。
可用于可辐射固化涂料组合物中的甲硅烷基化聚醚化合物(a)可溶于涂覆树脂和反应性稀释剂的混合物。特别地,甲硅烷基化聚醚化合物(a)应该含有氧亚乙基单元和氧亚丙基或氧亚丁基单元的混合物。适用于辐射固化涂料的优选的甲硅烷基化聚醚化合物是如下式(1)的那些:其中R1、R2、R3、R5和R6是甲基;R4是亚甲基、亚乙基或亚丙基;R7是-CH2CH2CH2O-或-CH2CH(CH3)CH2O-;R8是氢、甲基或乙酰基;并且a为2-10;b为2-10;c为0-10,条件是a/(b+c)比为0.1-5,优选为0.5-2并且最优选为1-1.5。
用于可辐射固化涂料组合物的甲硅烷基化聚醚化合物(a)的代表性并且非限定性例子包括:
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)4(CH2CH(CH3)O)1CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)8(CH2CH(CH3)O)3CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)4(CH2CH(CH2CH3)O)4CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)10(CH2CH(CH2CH3)O)5CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)10(CH2CH(CH2CH3)O)10C(=O)CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)4CH2CH(CH3)OCH2CH(CH2CH3)OH、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)8(CH2CH(CH3)O)5CH2CH(CH2CH3)OH、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)4(CH2CH(CH3)O)8CH3、
(CH3)3SiCH2CH2CH2Si(CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)4(CH2CH(CH3)O)1C(=O)CH3、
(CH3CH2)3SiCH2CH2CH2Si(CH2CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)4(CH2CH(CH3)O)1CH3、
(CH3)3SiCH2CH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)4(CH2CH(CH3)O)1CH3,及其混合物。
本发明的可辐射固化涂料组合物的其他任选组分包括非反应性稀释剂、光引发剂和光协同剂、颜料等。这些其他组分和包含它们的制剂的描述在“Chemistry&TechnologyofUV&EBFormulationforCoatings,Inks&Paints”,vol.IV,C.Lowe,G.Webster,S.KesselandI.McDonald,JohnWiley&Sons,NewYork,1997中描述,并且以其整体在此引入作为参考。
高固体含量涂料和溶剂基涂料需要可溶于涂覆树脂和溶剂混合物中的甲硅烷基化聚醚化合物。适用于这些制剂中的甲硅烷基化聚醚化合物(a)是之前描述用于辐射固化涂料的那些。
适用于高固体含量涂料和溶剂基涂料的涂覆树脂(b)包括环氧树脂、溶剂基聚丙烯酸酯、聚异氰酸酯树脂和聚氨酯树脂。具体的丙烯酸类树脂和环氧树脂描述于H.Coyard,P.Deligny,N.Tuck,“ResinsforSurfaceCoatingsAcrylics&Epoxies”,volI,2nded.,P.Oldring(ed.),JohnWiley&Sons,NewYork,2001中,并且以其整体在此引入作为参考。
粉末涂料是当施涂时凝结的粒状固体材料。由于涂料的物理形式是固体,因此均匀流动性性能非常差。用于粉末涂料组合物的典型涂覆树脂(b)是热塑性树脂或热固性树脂。热塑性树脂包括聚氯乙烯、热塑性聚酯、聚乙烯、聚丙烯和聚酰胺。热固性树脂包括环氧树脂、不饱和聚醚树脂和丙烯酸类树脂。热塑性涂覆树脂的重均分子量为10,000-2,000,000克/摩尔,并且优选为30,000-250,000克/摩尔。热固性涂覆树脂的重均分子量为1,000-10,000克/摩尔,并且优选为3,000-6,000克/摩尔。粉末涂料描述于T.A.Misev,“PowderCoatingsChemistryandTechnology,JohnWiley&Sons,NewYork,1991中,并且以其整体在此引入作为参考。
适用于粉末涂料的甲硅烷基化聚醚化合物(a)优选为固体材料。适用于粉末涂料组合物的优选的甲硅烷基化聚醚化合物是如下式(1)的那些:其中R1、R2、R3、R5和R6是甲基;R4是亚甲基、亚乙基或亚丙基;R7是-CH2CH2CH2O-或-CH2CH(CH3)CH2O-;R8是氢、甲基或乙酰基;并且a为15-40;b为2-2;c为0,条件是b/a比为0-0.15,并且优选为0。
适用于粉末涂料的甲硅烷基化聚醚化合物(a)的代表性并且非限定性例子包括:
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)15CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)30CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)40CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)18H、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)25C(=O)CH3、
CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2O(CH2CH2O)35CH2CH(CH3)OH,及其混合物。
印刷油墨
印刷油墨和形象艺术品是包含颜料、染料或者可用于提供给印刷材料美观或功能的任何类型有色物质的均匀产品。这些功能包括可见性、流变性、耐光性和其他可用于产品鉴定或保护的参数。可以处理颜料以使得以均匀形式保持,这将允许用合适的印刷装置使它们从液体转换到固体。为此,可以使用由粘合剂和溶剂构成的载体以提供给油墨组合物必需的流动性。使用的印刷技术可以影响用于制备油墨的粘合剂和溶剂的可能应用。
如上文更全面描述的本发明的甲硅烷基化聚醚化合物(a)以相对少量用于油墨制剂中。在本发明的一种实施方式中,用于油墨组合物中的甲硅烷基化聚醚化合物(a)的量为组合物总量的约0.01-约5重量%。优选地,用于油墨组合物中的甲硅烷基化聚醚化合物(a)的量为组合物总量的约0.05-约2重量%。并且最优选地,用于油墨组合物中的甲硅烷基化聚醚化合物(a)的量为组合物总量的约0.01-1重量%。
油墨技术广义上可以分成以下类型:光刻工艺(光刻和胶印技术属于其中);排印工艺(凸版印刷属于其中)或凹版印刷工艺(凹版印刷技术属于其中);和无压印刷工艺(NonImpactProcess)以及特别用于计算机化编辑的数字成像系统。可以注意到所有工艺涉及的一个最关键问题是在具有非常不同的表面活性的各种性质的基材上,液体油墨转化到固态。因此在印刷油墨体系中,液体和固体的表面活性是印刷质量的重要部分。
在通过凸版印刷或凹版印刷工艺施涂的液体油墨中,就组成而言油墨技术可以十分相似并且主要不同在于就粘度、溶剂类型、颜料浓度和由最终应用导致的其他参数而言的油墨规格。
液体油墨可被分成溶剂基、自由基固化(UV)或水基体系。
使用的溶剂的性质将明显地影响用于设计油墨的粘合剂和聚合物选择。在溶剂基体系中,将使用低沸点醇和酯。因此选择所用的树脂类型以便可溶于这些溶剂。最常用的等级是硝基纤维素、聚氨酯、可溶性丙烯酸类、聚酰胺、酮或马来酸树脂、聚氯乙烯、环氧树脂、异氰酸酯、聚乙烯缩丁醛等。
在水基体系中,溶剂主要是水,树脂通常以它们可以稀释或溶于水中但一旦施涂将耐水和湿气的方式设计。通过使用具有当干燥时释放和/或封锁它们的亲水性或水溶性部分的能力的阴离子(或阳离子)基聚合物,克服了这种明显的矛盾。还使用基于用合适的固化剂比如异氰酸酯或环氧树脂或蜜胺固化的非离子聚合物的固化聚合物。典型产品包括丙烯酸类聚合物和苯乙烯丙烯酸类聚合物乳液或胶乳、聚氨酯分散液、环氧树脂分散液、聚丙烯酸酯、聚乙烯基类(polyvinylic)分散液、可溶性聚酰胺或马来酸树脂等。
自由基固化油墨(UV)通常不含有溶剂,但主要由当必要时用单体稀释的低分子量聚合物或低聚物构成。选择不同的组分以使得当用UV灯与光引发剂结合激发时组分在自由基聚合下固化。典型的聚合物包括丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、氨基甲酸酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯和它们的带有不饱和度,尤其是碳-碳双键或碳-碳三键的相关单体。
颜料、增稠剂和本领域已知的其他标准添加剂可以已知并且常规的量包括在本发明的印刷油墨组合物中。
在液体油墨中,赋予给油墨视觉外观的颜料、填料或颗粒应该非常充分地分散和研磨,以在基材上和在从压制机上转移期间达到合适的流动和均匀性。为此,通常使用表面活性分散剂或者充当聚合物分散剂的粘合剂。上述树脂的具体等级具有合适地分散并且将颜料保持在合适形式的能力。许多不同性质的表面活性剂也可用于分散颜料。阴离子分散剂(比如烷基磷酸盐、膦酸盐或硫酸盐等)、阳离子分散剂(比如季铵)、两性分散剂(比如甜菜碱或烷基乙氧基化物(比如以前使用的壬基酚乙氧基化物、醇乙氧基化物等))特别有用。由于它们的化学结构和稳定颜料颗粒的静电方法,因此表面活性剂可能造成不同的缺陷例如水敏感性、泡沫形成、涂层间粘合力的干扰。表面活性剂可以补偿或最小化这些缺陷。
可以使用其他组分以实现油墨所需的性能,例如油墨从印刷装置的转移、基材的润湿、粘合力、特定抗性(比如耐热性或耐化学性)或性能(比如光泽)。
除了粘合剂外,可以提供具有其他功能的另外组分,例如消泡剂(减少泡沫的活性)或抗发泡剂(防止泡沫形成的活性)。合适的消泡剂包括非有机硅基消泡剂。通常避免有机硅,因为有机硅物质可能导致多种缺陷,其中鱼眼是最关键的一种。非有机硅基消泡剂主要包含矿物油基材料和可以用憎水性固体乳化的非矿物基材料。
由于消泡剂可能产生均匀和润湿性问题,因此使用润湿剂或铺展剂可以最小化或抑制这些影响。典型的均匀和润湿剂也包括有机硅基和非有机硅基表面活性剂。典型的非有机硅基材料包括二烯属(diethylenic)表面活性剂、烷基表面活性剂和烷基芳基乙氧基化物表面活性剂。
本发明的印刷油墨也可以包含可使用非有机硅基添加剂减小或调节摩擦系数(COF)的组分。该非有机硅基添加剂是天然、化学或石油衍生物,比如天然蜡(巴西棕榈蜡等)、烯烃蜡(PE或PP蜡)、化学蜡(酰胺)。其他添加剂可以包括增塑剂(比如邻苯二甲酸酯、磷酸酯)、二醇和凝结剂。较少希望有机硅基添加剂和氟化蜡。
二醇和凝结剂也可用于被设计成改变成膜温度或干燥速度的水基油墨中。可用的凝结剂包括氧化物基二醇醚溶剂,例如乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丙醚、丁基卡必醇、一缩二丙二醇二甲醚和丁基乙二醇(butylglycol)、丁基二甘醇,和基于酯的溶剂例如乙二醇单丁醚乙酸酯、二甘醇单乙醚乙酸酯、甲氧基乙酸丙酯和丁基乙酸纤维素。
本发明的印刷油墨组合物也可以包括粘结促进剂。这些中,最典型的已知产品是钛螯合物,包括乙酰丙酮化钛;锆盐,包括碳酸锆或丙酸锆;氧化锌溶液;聚氮丙啶(尽管是致癌材料);有机官能硅烷,包括γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷和γ-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、β-(2-氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷;和亚胺,例如聚乙烯亚胺。
许多其他添加剂也可以包括荧光增白剂、润湿剂(脲或酚基材料以避免表皮干燥)、UV吸收剂(用于光稳定性)、流变剂(触变剂或下垂减少剂或增稠剂)、胺(用于pH调节)、杀虫剂等。
典型的水基油墨制剂如下:用表面活性剂或在水中的丙烯酸类溶液树脂制备的有机颜料分散液;聚合物乳液(苯乙烯丙烯酸类聚合物或氨基甲酸酯分散液);丙烯酸类溶液树脂;聚乙烯蜡分散液;消泡剂;润湿剂;触变剂;增稠剂;凝结剂;醇;和水。
涂料或油墨组合物的制备
本发明的涂料或油墨组合物可以通过本领域已知的方法制备。
尽管加入顺序并不关键,但用于制备水基涂料的典型步骤包括:将溶剂、分散剂、消泡剂、颜料、增量剂(extender)和填料装入高速或低速混合机,在高速下研磨材料,并且然后用涂覆树脂(b)或油墨树脂(b)、凝结剂、防腐剂、缓冲剂、润湿剂和本发明的甲硅烷基化聚醚化合物稀释(letdown)混合物。
可以使用高速混合机例如Cowles混合机在5-80℃的温度下进行高速混合1-60分钟,优选为5-30分钟并且最优选为15-25分钟。低速混合通常是刀片机械搅拌机。
可以采用涂料或油墨组合物的汽提、喷射或蒸馏以除去有害空气污染物(HAP或HAPS)和挥发性有机化合物(VOC)。可以将另外的水或其他非挥发组分加入涂料或油墨组合物以补充在汽提、喷射或蒸馏步骤期间除去的任何水或其他非挥发组分。
基本不含有害空气污染物(HAP或HAPS)和挥发性有机化合物(VOC)的涂料或油墨组合物是有利的。有害空气污染物和挥发性有机化合物对与涂料或油墨组合物接触的工人而言造成健康和安全风险,有助于空气污染,并且通常需要使生产设备被当地政府机构允许。
有害空气污染物是在1990年的清洁空气法令修正案中确定的用于涂料或油墨中的任何化合物。有害空气污染物可以是稳定剂、溶剂或者引入转化或钝化涂料的其他组分。1990年的清洁空气法令修正案确定了有害空气污染物,其包括乙酰胺、丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯腈、烯丙氯、苯胺、苯、1,3-丁二烯、己内酰胺、儿茶酚、异丙苯、1,2-二氯乙烷、二氯乙醚、二乙醇胺、二甲基氨基偶氮苯、二甲基甲酰胺、邻苯二甲酸二甲酯、表氯醇、丙烯酸乙酯、乙苯、二溴乙烯、乙烯亚胺、甲醛、六氯苯、正己烷、氢醌、异佛尔酮、马来酸酐、甲醇、甲乙酮、甲基异丁酮、二氯甲烷、萘、硝基苯、2-硝基丙烷、五氯酚、酚、环氧丙烷、苯乙烯、1,1,2,2-四氯乙烷、甲苯、2,4-甲苯二异氰酸酯、1,1,1-三氯乙烷、三氯乙烯、2,4,6-三氯酚、乙酸乙烯酯、氯乙烯、二甲苯、间-二甲苯、邻-二甲苯、对-二甲苯及其组合。
“基本不含有害空气污染物”是指有害空气污染物的含量特别地小于约1重量%,更特别地小于约0.2重量%,甚至更特别地小于约0.05重量%并且最特别地小于约0.01重量%,所述重量百分比基于组合物的总重量。
挥发性有机化合物(VOC)是参与任何大气光化学反应的任何有机化合物,并且包括所有挥发性有机化合物,除了环境保护协会(EPA)指定为具有可忽略的光化学反应活性的那些化合物。典型的挥发性有机化合物包括甲醇、乙醇、正丙醇、2-丙醇、正丁醇、2-丁醇、叔丁醇及其组合。
挥发性有机化合物含量低是指涂料或油墨组合物中挥发性有机化合物的含量特别地小于约10重量%,更特别地小于约5重量%,甚至更特别地小于约2重量%并且最特别地小于约1重量%,所述重量百分比基于组合物的总重量。涂料中挥发性有机化合物的量根据EPA方法24由非挥发物百分比计算,其中排除溶剂和水后进行校正。非挥发物含量基于ASTM标准D2369和D3960测量。一般而言,将材料样品放入盘中并且放入110℃的对流炉中1小时。然后测量盘中留下的重量。
粉末涂料在包括预混组分、热熔体配混、冷却、粒化、细研磨和分类步骤的多步工艺中制备。一般而言,预混涂覆树脂(b)、颜料、填料、添加剂、硬化剂和甲硅烷基化聚醚化合物(a)。转筒混合机、双锥共混机、水平混合机、高速共混机和锥形混合机全部适用于制备预混物。热熔体配混包括将预混物装入配混机,其使预混物转化成熔融相并且分散填料和颜料。可以使用挤出机、Z-刀片混合机和加热的双辊研磨机。组分在50℃-180℃温度下加工1分钟-10小时,更优选在70℃-150℃下2分钟-4小时,并且最优选在110℃-130℃下10分钟-2小时。配混后,冷却粉末涂料组合物并且在冷却辊之间挤压,形成易碎的连续条并且通过kibler装置压成片。成片的组合物在细研磨工艺中成型为细颗粒。研磨工艺可以通过锤磨机、针盘磨机(pindiscmill),ZSPCircoplex分类磨机,对置喷磨机(opposedjetmill)等完成。粒径分类使用分类磨机、气流分类、使用转筒筛分机的筛分、振动筛分机、气动转筒筛分和离心分离筛子完成。
使用本发明组合物处理表面的方法
用本发明的涂料或油墨组合物处理表面的方法是本领域已知的。涂料和油墨可以使用各种方法,包括喷涂、刷涂、浸涂、电沉积、旋涂、转印等施涂。
实施例
现在将结合以下实施例描述本发明,这些实施例将被看作是本发明某些实施方式的示例说明,但不应被看成限制本发明。
实施例1
制备硅基聚醚共聚物
(CH3)3Si(CH2)2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)7.5CH3
将200mL圆底烧瓶装备磁性搅拌棒、回流冷凝器w/N2入口、热电偶、加料漏斗和加热套。将乙烯基三甲基硅烷(25.7克,0.257摩尔)和Karstedt催化剂(10ppm)装入烧瓶,并且在N2下加热至30℃。将二氯甲基硅烷(24.3克,0.257摩尔)装入加料漏斗,并且滴加到圆底烧瓶中。注意到立即放热,并且继续加料1小时。加料后,将反应保持在40℃下1小时,并且然后通过GC分析。我们发现>98%转化成五甲基氯二碳二硅烷(pentamethylchlorodicarbodisilane)。产品溶于甲苯(100克)中,装入500mL圆底烧瓶,并且使溶液冷却至0℃。
将二氢-双-(2-甲氧基乙氧基)铝酸钠溶液(Vitride,于甲苯中70%;39.3克溶液,0.135摩尔)装入加料漏斗并且在一定速率下滴加到溶液中以保持反应温度<5℃(总加料~2小时)。完成加料后,使反应加热至室温,并且再搅拌2小时。取出反应样品,中和并且通过GC分析;我们发现定量转化成五甲基二碳硅烷反应产物。反应混合物用0.5NHCl缓慢中和,然后用水(3x100毫升)萃取并且在Mg2SO4上干燥,过滤并且装瓶成于22%的甲苯溶液(110克)。
将200mL圆底烧瓶装备磁性搅拌棒、回流冷凝器w/N2入口、热电偶、加料漏斗和加热套。将烯丙基起始、甲基封端的聚环氧乙烷(CH2=CHCH2O(CH2CH2O)75CH3;33.7克;0.0810摩尔)、氯铂酸(10ppm)和丙酸钠(50毫克)装入圆底烧瓶,搅拌并且加热至80℃。将硅烷于甲苯中的溶液(45.5克22%溶液;10.0克,0.0623摩尔)装入加料漏斗并且滴加到烧瓶中。注意到微小放热,并且继续加料45min。完成加料后,将反应保持在85℃下1小时。测试反应样品的Si-H含量,并且发现剩余0ccH2/克。汽提混合物(~10毫升Hg,100℃)1.5小时以除去甲苯,使其冷却至<40℃,用Celite和碳酸氢钠处理,搅拌、压滤并且装瓶。产量为42.1克澄清的淡黄色流体。
实施例2
制备硅基聚醚共聚物
(CH3)3SiCH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)7.5CH3
通过使三甲基氯甲基硅烷(12.3克,0.1摩尔)与镁碎片(2.88克,0.12摩尔)在四氢呋喃(50毫升)中反应制备三甲基氯甲基硅烷的格氏试剂。然后将格氏试剂滴加到溶于四氢呋喃(50毫升)的二甲基氯硅烷(9.46克,0.1摩尔)中。在室温下搅拌混合物过夜,用盐酸溶液(20毫升)中止反应,并且用二乙醚(100毫升)萃取。有机层用蒸馏水清洗三次并且用无水硫酸钠干燥。通过在118-119℃下蒸馏精制混合物,得到(三甲基甲硅烷基甲基)二甲基硅烷产物(13.0克,89%产率),为澄清无色液体。
根据类似于实施例1的步骤,使(三甲基甲硅烷基甲基)二甲基硅烷与烯丙基起始、甲基封端的聚环氧乙烷(CH2=CHCH2O(CH2CH2O)7.5CH3反应。
实施例3
制备硅基聚醚共聚物
(CH3)3Si(CH2)3Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)7.5CH3
将三甲基烯丙基硅烷(11.4克,0.1摩尔)、二甲基氯硅烷(9.5克,0.1摩尔)和10微升铂(0)-1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷络合物(于二甲苯中0.1摩尔)装入装有氮气入口和冷凝器的100毫升三颈圆底烧瓶。将混合物在室温下搅拌30分钟并且加热至70℃,持续2小时。使用1HNMR方法监控反应。冷却至室温后,加入四氢呋喃(50毫升)并且使溶液冷却至-80℃。将氢化铝锂(1.0克)加入溶液并且搅拌直到混合物升温至室温。在室温下搅拌混合物过夜。加入盐酸溶液(10毫升)以中止反应,分离有机层并且用水清洗三次,并且在无水硫酸钠上干燥。混合物通过真空蒸馏精制,在60-61℃下在1-2毫米Hg下收集,得到作为澄清无色液体的(3-(三甲基甲硅烷基)丙基)二甲基硅烷912.3克,70.7%产率。
根据类似于实施例1的步骤,使(3-(三甲基甲硅烷基)丙基)二甲基硅烷与烯丙基起始、甲基封端的聚环氧乙烷(CH2=CHCH2O(CH2CH2O)7.5CH3反应。
实施例4
制备硅基聚醚共聚物
(CH3)3Si(CH2)2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)25CH3
根据类似于实施例1的步骤,使(三甲基甲硅烷基乙基)二甲基硅烷与烯丙基起始、甲基封端的聚环氧乙烷(CH2=CHCH2O(CH2CH2O)25CH3反应。
实施例5
制备硅基聚醚共聚物
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)10(CH2CH(CH2CH3)O)5CH3
根据类似于实施例1的步骤,使(三甲基甲硅烷基乙基)二甲基硅烷与烯丙基起始、甲基封端的聚环氧乙烷(CH2=CHCH2O(CH2CH2O)10(CH2CH(CH2CH3)O)5CH3反应。
实施例6-8、比较例9-12
表面张力和铺展性能
表1提供了比较的三硅氧烷聚醚和以下通式结构的基于有机硅氧烷聚醚化合物的描述:
MDxD’yM
其中M是(CH3)3SiO1/2;D是(CH3)2SiO2/2和D’是CH3Si(CH2CH2CH2O)-(CH2CH2O)7.5R。
表1.比较的有机硅氧烷聚醚表面活性剂的组成
x | y | R | |
比较例9 | 0 | 1 | CH3 |
比较例10 | 0 | 1 | H |
比较例11 | 20 | 3 | CH3 |
另外,比较例12是OPE,一种包含10个聚氧乙烯单元的辛基酚乙氧基化物,并且是一种非有机硅有机表面活性剂。该产品可作为X-100从DowChemicalCompany,Midland,MI获得。
表2说明了本发明的甲硅烷基化聚醚化合物减小含水表面张力由此表现出作为表面活性剂的可用性的能力。使用Kruss表面张力计,用喷砂的铂刀片作为传感器测量表面张力。在于作为平衡助剂的0.005MNaCl水(去离子)中制备各组分的0.1wt%溶液。
表2显示这些组合物的溶液提供的表面张力相对于常规表面活性剂显著减小。
本发明的组合物还提供了类似于比较例9和10的铺展性能。另外,本发明的甲硅烷基化聚醚化合物提供了相对于常规有机硅聚醚比较例11和常规有机表面活性剂比较例12的改进的铺展。
通过以下方式测量铺展:将10μL表面活性剂溶液的液滴施于聚乙酸酯膜(USI,“CrystalClearWriteonFilm”)并且在30秒后在50-70%相对湿度(在22-25℃)测量铺展直径(mm)。用自动移液管施加溶液以提供可再现体积的液滴。使用进一步用Millipore过滤体系精制的去离子水制备表面活性剂溶液。
表2:表面张力和铺展性能
1nd是指未测量。
对于本发明的代表性组合物,使用HPLC测量水解稳定性。各种组成的溶液在0.5wt%下在pH4-pH11的pH范围内制备,并且通过HPLC监控随时间变化的分解。
分析方法
使用表3中列出的实验条件通过反相色谱技术分析样品。
表3:用于HPLC方法的溶剂梯度
检测器:ELSD/LTA(蒸发光散射与低温适配器)
条件:30℃,1.95SLPMN2
柱:PhenomenexLUNAC18端盖,5微米,75x4.6mm
流动速率:1.0mL/min.
注射体积:10微升
样品:于甲醇中0.050g/mL
表4-6说明本发明的甲硅烷基化聚醚化合物在类似的pH条件下提供了相对于标准硅氧烷基表面活性剂比较例9的提高的耐水解分解性。
比较例9表明在低于5的pH值和高于9的pH值下快速水解,然而本发明显示在相同条件下较高的耐水解性。
表4:通过HPLC得到的甲硅烷基化聚醚化合物的水解稳定性
1nd是指未测量。
表5:通过HPLC得到的甲硅烷基化聚醚化合物的水解稳定性
1nd是指未测量。
表6:通过HPLC得到的比较的基于硅氧烷的表面活性剂的水解稳定性
与在酸性和碱性条件下(在5或以下的pH值下和在5或以上的pH值下)进行快速水解的常规基于硅氧烷的表面活性剂不同,本发明的甲硅烷基化聚醚化合物提供了相对于常规三硅氧烷烷氧基化物(例如比较例9)的增加的耐水解性。当铺展性能随着时间降低时,观察到水解的人为结果(artifact)。因此,本发明的有机改性的三硅氧烷表面活性剂(即实施例3)以及比较例表面活性剂(即比较例9)的溶液在希望的使用含量和pH下制备。测量随时间变化的铺展以说明耐水解性。
表7包含常规有机改性的三硅氧烷乙氧基化物表面活性剂的说明性例子,其表现出在pH3-pH10的pH范围内随时间水解分解,铺展性能降低。这里,0.4重量%的比较例9的溶液在pH3、4、5和10下制备。根据上述步骤测量铺展。
表7还包含本发明的甲硅烷基化聚醚化合物的说明性例子,其中相对于比较例9的常规三硅氧烷乙氧基化物表面活性剂,实施例1的产品在pH3-pH10的pH范围内具有改进的耐水解性。
表7:比较例7的相对于时间的pH对铺展性能的影响。
实施例13-17
助表面活性剂对实施例1的共混物铺展性能的影响
通过将本发明的甲硅烷基化聚醚化合物与常规的有机基助表面活性剂共混确定其他组分对铺展的影响。助表面活性剂示于表8中。
共混物作为物理混合物制备,其中有机硅重量分数由α(alpha)表示,这表示助表面活性剂构成共混物余下的比率。例如当α=0时表示组合物包含0%甲硅烷基化聚醚组分和100%助表面活性剂,而α=1.0表示组合物包含100%甲硅烷基化聚醚组分并且没有(0%)助表面活性剂。两种组分的混合物由重量分数α表示,其中α范围如下:0≤α≤1.0。例如当α=0.25时表示表面活性剂混合物由25%甲硅烷基化聚醚组分和75%助表面活性剂组成。这些共混物然后在水中稀释至所希望的浓度用于铺展评价。
根据上述步骤所述,在总表面活性剂的0.1重量%下测量铺展。结果示于表9中。
表8-常规助表面活性剂的说明
表9说明本发明的助表面活性剂的代表性例子提供了有利的铺展结果,并且在一些情形中提供了意想不到的协同增强,其中混合物的铺展直径超过了单个组分。
表9:助表面活性剂对实施例1的共混物铺展性能的影响
*在相对浓度(即α=0.25)下的单独甲硅烷基化聚醚化合物1是得自实施例1的0.025%产物。
以下实施例描述了这些新的表面活性剂组合物提供改进的流动、均匀和润湿性能的实用性和应用。
实施例18
制备如表10中所示基于RohmandHaas1421的模型水基改性的丙烯酸清漆制剂(pH9.1)。组分以它们在表10中所列的顺序缓慢混合。将两滴红色染料加入制剂以使得涂层照片对比度更大。通过标准压延(drawdown)将涂料施涂于不透明的图(由Leneta公司生产,型号2A)。干膜厚度为~1密耳。施涂后1小时进行视觉评价。使用视觉外观测量以0-5等级定级样品,0表征针孔出现率高并且完全没有流动、均匀和润湿的涂料,5表征无缺陷的涂料。
表10:水基丙烯酸涂料制剂
实施例19
制备如表11中所示基于VTW1236/40WANMP(由CytecSurfaceSpecialtiesInc.生产)的模型水基聚氨酯分散液(PUD)清漆。组分以它们在表11中所列的顺序缓慢混合。将两滴红色染料加入制剂以使得涂层照片对比度更大。通过标准压延(drawdown)将涂料施涂于由ACT实验室提供的4”x8”冷轧钢(CRS)上。使用前,通过用精密作业擦布(delicatetaskwipe)(由Kimwipes生产)从板上除去过量的机油。干膜厚度为~1密耳。施涂后1小时进行视觉评价。使用视觉外观测量以0-5等级定级样品,0表征针孔出现率高并且完全没有流动、均匀和润湿的涂料,5表征无缺陷的涂料。
表11:PUD清漆制剂
制备基于Joncryl537体系(JohnsonPolymer)的常规印刷油墨制剂以说明本发明表面活性剂的功效和优点,并且示于表12中。使用自动涂膜机、25微米棒在25-30DIN杯#4下进行涂料的施涂,并且使其在3种不同基材上空气干燥:低密度聚乙烯;高密度聚乙烯;和共挤出的聚丙烯MB400(Mobil),制剂在pH9.5下。施涂后1小时进行视觉评价。使用视觉外观测量以0-5等级定级样品,0表征针孔出现率高并且完全没有流动、均匀和润湿的涂料,5表征无缺陷的涂料。用BykGardner光泽计在60°测量涂层的光泽。
表14.印刷油墨制剂
尽管参照某些实施方式描述了本发明,但本领域技术人员将理解可以作出各种改变并且等价物可以代替本发明的要素,只要不偏离本发明的范围。另外,可以进行许多改进以使特定的情形或材料适用于本发明的教导,只要不偏离本发明的基本范围。因此,本发明不意在限于作为构思的用于实施本发明方法的最好方式公开的特定实施方式,而是本发明将包括落入附属权利要求范围内的所有实施方式。
Claims (11)
1.一种涂料组合物,包含:
(a)至少一种通式(1)的甲硅烷基化聚醚化合物:
(R1)(R2)(R3)SiR4Si(R5)(R6)R7(C2H4O)a(C3H6O)b(C4H8O)cR8(1)
其中
R1、R2、R3、R5和R6是甲基;
R4是亚甲基或亚乙基;
R7是–CH2CH2CH2O-或–CH2CH(CH3)CH2O-;
R8是氢或甲基;
每次出现的下标a、b和c是整数,其中a为1-20,b为0和c为0,条件是(i)a大于或等于5倍(b+c)和(ii)使用的甲硅烷基化聚醚化合物(a)为0.01-5重量%,基于组合物的总重量;和
(b)至少一种水基(甲基)丙烯酸类涂覆树脂,其中所述树脂是含水乳液,连续相包含水并且非连续相包含聚合物,所述聚合物源自以下至少一种单体和包含以下至少一种反应性官能团,并且重均分子量为50,000克/摩尔至2,000,000克/摩尔和玻璃转变温度为–20℃至35℃,所述单体选自丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸甲氧基乙酯、丙烯酸二氨基乙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸硬脂基酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、甲基丙烯酸2-羟基丙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和丙烯酸缩水甘油酯,和所述反应性官能团选自羧酸根、环氧基、羟基、胺、酰胺或乙烯基。
2.权利要求1的组合物,其中甲硅烷基化聚醚化合物选自:
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)7CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)20CH3、和
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH(CH3)CH2O(CH2CH2O)4CH3。
3.权利要求1的组合物,其中基于组合物的总重量,使用的甲硅烷基化聚醚化合物(a)为0.01-1重量%。
4.权利要求1的组合物,其中所述水基(甲基)丙烯酸类涂覆树脂是源自以下至少一种单体的聚合物,所述单体选自丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸甲氧基乙酯、丙烯酸二氨基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、丙烯酰胺和丙烯酸缩水甘油酯。
5.一种印刷油墨组合物,其包含:
(a)至少一种通式(1)的甲硅烷基化聚醚化合物:
(R1)(R2)(R3)SiR4Si(R5)(R6)R7(C2H4O)a(C3H6O)b(C4H8O)cR8(1)
其中
R1、R2、R3、R5和R6各自是甲基;
R4是亚甲基或亚乙基;
R7是–CH2CH2CH2O-或–CH2CH(CH3)CH2O-;
R8是氢或甲基;和
每次出现的下标a、b和c是整数,其中a为1-20,b为0和c为0,条件是(i)a大于或等于5倍(b+c)和(ii)使用的甲硅烷基化聚醚化合物(a)为0.01-5重量%,基于组合物的总重量;和
(b)至少一种水基印刷油墨树脂,其中所述水基印刷油墨树脂是阴离子基苯乙烯丙烯酸类聚合物乳液或阳离子基苯乙烯丙烯酸类聚合物乳液。
6.权利要求5的印刷油墨组合物,其中甲硅烷基化聚醚化合物(a)选自:
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)7CH3、
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH2CH2O(CH2CH2O)20CH3、和
(CH3)3SiCH2CH2Si(CH3)2CH2CH(CH3)CH2O(CH2CH2O)4CH3。
7.权利要求5-6任一项的印刷油墨组合物,其进一步包含至少一种选自以下的助表面活性剂:烷氧基化物、环氧乙烷的共聚物、环氧丙烷的共聚物、环氧丁烷的共聚物、烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、硫酸化脂肪醇、硫酸化脂肪胺、硫酸化脂肪酸酰胺、羟乙基磺酸钠的酸酯、磺基琥珀酸钠的酯、硫酸化脂肪酸酯、磺化脂肪酸酯、石油磺酸盐、N-酰基肌氨酸盐、烷基聚糖苷、烷基炔属二醇、吡咯烷酮基表面活性剂、2-乙基己基硫酸盐和二苯醚Gemini型表面活性剂。
8.权利要求7的印刷油墨组合物,其中烷氧基化物为乙氧基化物。
9.权利要求5-6任一项的印刷油墨组合物,其进一步包含至少一种选自以下的助表面活性剂:芳基芳基烷氧基化物、胺烷氧基化物、脂肪酸烷氧基化物、脂肪醇烷氧基化物和亚乙基二胺烷氧基化物。
10.权利要求5-6任一项的印刷油墨组合物,其进一步包含至少一种选自以下的助表面活性剂:环氧乙烷的嵌段共聚物、烷基酚乙氧基化物、烷基酚丙氧基化物、胺乙氧基化物、烷基乙氧基化胺、异癸醇乙氧基化物、环氧乙烷/环氧丙烷共聚物和氧代十三烷基醇乙氧基化物。
11.一种用权利要求5-10任一项的印刷油墨组合物印刷的基材。
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