CN102482517A - 无尖端干涸的低voc着色剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于为表面涂料或涂料着色或上色的着色剂组合物，其具有低挥发性有机化物(VOC)浓度，不含烷基酚聚氧乙烯醚表面活性剂(APE)和有害空气污染物(HAPS)。此外，该着色剂组合物的性能与含有高VOC浓度的着色剂相当或更好。该着色剂组合物包含着色剂组分，包含聚酰胺的分散剂，表面活性剂，水和任选的添加剂。聚酰胺为高分子量聚酰胺，其具有至少2个氨基锚定基团，且表面活性剂包含磷酸，磷酸酯或它们的盐。

Description

无尖端干涸的低VOC着色剂
在先申请的交叉参考
本申请要求2009年7月2日提交的U.S临时申请No.61/222,731的权益，其全部内容作为参考结合于此。
技术领域
本发明一般涉及用于建筑或装饰涂料，例如基于醇酸树脂的和基于乳胶的漆的低挥发性有机物(VOC)销售网点着色剂。
背景技术
建筑或装饰涂料包括用于室外或室内的建筑用漆。多年来，这种漆已被用于保护和装饰的用途。这些漆用于保护涂覆了该漆的基材免受光照、受热和腐蚀的影响。漆的功能性目的包括其填补和保护其保护的表面的不平整的能力。大多数的漆由四种基本原料组成：1)粘合剂或树脂；2)着色物(颜料和/或着色剂)；3)溶剂；和4)添加剂。当漆应用在表面时，溶剂蒸发，同时粘合剂，颜料和添加剂仍保留在表面并形成具有保护性的干的固体薄膜。
直到1940年代，几乎所有的漆都是基于溶剂的。而今在21世纪初，超过70％的建筑涂料为基于水的漆，而这是由于其相当的性能和美国的环境法规。由于在基于溶剂的醇酸树脂和基于水的丙烯酸乳胶中兼容，因此需要通用着色剂。着色剂用于建筑涂料不仅是外观需要，同时也是基于其他性能参数，包括光泽指标、耐候性和遮蔽属性。已通过使用含有挥发性有机化合物(VOC)的着色剂来提高这些参数。
来自于消费者和联邦以及州的各种监管机构对于漆的VOC的关注导致的结果就是，人们已意识到在漆的着色物中低VOC着色剂的益处。除了VOC，监管机构如环保局(EPA)还控制有害气体污染物(HAPS)，其包括烷基酚乙氧基化物表面活性剂(APE)。APE在漆中作为润湿剂使用，同时还用于颜料分散，以及暂时稳定颜料分散体以免再聚集和再团聚。
通用的着色剂组合物在例如WO-A2006/102011中公开。颜料分散体的一般应用在US-A 5,934,513，US-A 5,897,698，US-A 5,340,394和US-B6,287,377中有所公开。
尽管事实上人们已经了解通用着色剂组合物有一定时间，甚至有人了尝试了低VOC含量，但仍然存在着对具有出色涂覆应用的超低VOC通用着色剂组合物的需要，该着色剂组合物的性能相当或超过现有的常规VOC通用着色剂。
摘要
因此，需要具有理想色度特性的着色剂组合物，其为经济上合适的，并且还包括无尖端干涸，光泽指标及粘度的高水平。上述着色剂组合物可用于对装饰涂料着色。此外，上述着色剂组合物还可用于在销售网点的配制机上对装饰涂料进行着色。
示例性的着色剂组合物含有着色剂组分，包括具有至少两个氨基锚定基团的聚酰胺的分散剂，表面活性剂和水。任选地，着色剂组合物包含一种或多种添加剂。
根据至少一个实施方案，着色剂组合物含有大约5％-大约70重量％的颜料，大约1％-大约30重量％的分散剂，该分散剂包括具有至少两个氨基锚定基团的聚酰胺，大约0.1％-大约30重量％的表面活性剂，其包括磷酸酯，残余的醇，或磷酸以及大约1-大约75重量％的水。
可以理解的是，上述一般说明和下述详细说明均是解释性和示例性的，其用于为上述描述的材料、组合物和方法提供进一步的说明。
附图简要说明
下面结合附图进行详细介绍，其中相似标记代表相似元素，其中：
图1为条形图，其显示了实施例低VOC着色剂组合物和对比着色物在不同底漆时的颜色DE的对比。
图2为条形图，其显示了实施例低VOC着色剂组合物和对比着色物在半光漆(semi gloss paint)中的抗粘连性平均值的对比。
图3为条形图，其显示了实施例低VOC着色剂组合物和对比着色物在不同底漆中的KU粘度平均值的对比。
图4为条形图，其显示了实施例低VOC着色剂组合物和对比着色物在不同底漆中的耐洗涮性平均值的对比。
图5为条形图，其显示了实施例低VOC着色剂组合物和对比着色物在不同底漆中的摆杆硬度(pendulum hardness)平均值的对比。
图6为条形图，其显示了五种不同的低VOC着色剂在两种不同时间下的无尖端干涸性质。
图7为条形图，其显示了实施例低VOC着色剂组合物和对比着色物在半光漆中两种不同干燥时间下在20°角下测量的光泽指标平均值的对比。
图8为条形图，其显示了实施例低VOC着色剂组合物和对比着色物在半光漆中两种不同干燥时间下在60°角下测量的光泽指标平均值的对比。
图9为条形图，其显示了实施例低VOC着色剂组合物和对比着色物在平光漆(flat paint)中两种不同干燥时间下在85°角下测量的光泽指标平均值的对比。
图10为条形图，其显示了实施例低VOC着色剂组合物和对比着色物在平光漆中两种不同干燥时间下在60°角下测量的光泽指标平均值的对比。
发明详述
定义
除非另有定义，本文中使用的所有技术和科学术语均为其通常理解的含义。
本文中所使用的下述每一个术语均与其在本部分的含义相关。
本文中使用的冠词a和an指一个或一个以上(即，至少一个)语法对象。举例如，an element指一个或多个元素。
术语“大约”由本领域技术人员领会，并会根据其使用的上下文在一定程度上有所不同。通常，“大约”涵盖基准值减/加所述值的10％的范围。例如，“大约25”涵盖了22.5％-27.5％的范围。
可以理解的是，本文中任意范围内的任何和所有全部或部分整数均包含在其中。
本文中所使用的“百分重量比”或“重量百分比”或“重量％”，除非另有说明，均指组分重量相对于整个着色剂组合物重量的百分比。
本文中所使用的“表面涂料”指涂覆于基材用于装饰和建筑目的的膜或薄层，其包括漆。
本文中所使用的“通用着色剂”指可在基于溶剂的醇酸树脂乳液和基于水的乳胶乳液形成的表面涂料中均能兼容的着色剂。
本文中所使用的“销售网点着色剂(point-of-sale colorant)”或“销售网点着色物(point-of-sale tinting)”指消费者在购买表面涂料时加入的着色剂。
本文中使用的“颜料”，通常为有机或无机干粉，其为一种可以为另一种物质或混合物赋予颜色的物质。“着色剂”也为一种可为其他物质或混合物赋予颜色的物质，其通常包括至少一种颜料和其他添加剂。“染料”和“染色剂”同样是赋予颜色的试剂。“金属效果试剂(metal effect agent)”指为漆膜赋予金属光泽和相关性质的药剂。
本文中使用的“着色剂组分”指任意的颜料、着色剂、染色剂、染料或金属效果试剂。
本文中使用的“颗粒度”指颗粒的直径。
本文中使用的“颗粒度分布”指一组值或数学函数，其定义了根据粒子大小排序的粒子的相对含量。
本文中使用的“化学制成(chemically made)”指自然界不存在的制成的化合物。
本文中使用的“氨基锚定基团”指聚酰胺中向其他物质提供亲合性的氨基基团。
本文中使用的“疏水部分(hydrophobic part)”指化合物中对水很少或无亲合性的部分。
本文中使用的“水溶性”指可以部分或完全溶解在水中的物质。
本文中使用的“多功能胺”指具有不同功能的一组胺。
本文中使用的“磷酸酯”指由磷酸形成的酯。“磷酸酯”还包括在酯化过程中未从酯中分离出的任何残留的醇。
本文中使用的“碱金属”指从元素周期表碱金属族中选择的任意元素。
本文中使用的“单酯”，“双酯”和“三酯”分别指一个、两个或三个酯形成的酯。
本文中使用的“共酯(coester)”指由酯的组合形成的化合物。
本文中使用的“脂肪醇”指非芳香醇。
本文中所使用的“基于溶剂的醇酸树脂表面涂料”指包括聚合物粘合剂和溶剂的表面涂料。聚合物粘合剂可为干燥油，天然，半合成或合成树脂，比如聚丙烯酸酯，聚氨酯，改性醇酸树脂或其他成膜聚合物。
本文中使用的“基于水的乳胶表面涂料”指包括树脂分散体和水，但不使用在基于溶剂的醇酸树脂表面涂料中的聚合物粘合剂的表面涂料。
本文中使用的“颜料体积浓度”指颜料在表面涂料中的体积浓度。
本文中使用的“底漆”指用于将表面涂料聚集在一起并施用在基材上的树脂分散体或聚合物粘合剂。
本文中使用的“增量剂(extender)”指一种通常为白色或略带颜色的物质，使用该物质是因为其物理或化学性质。增量剂具有为表面涂料赋予特定所需性质的性质。上述所需的性质可包括稳定表面涂料，防止流挂(sagging)，使表面涂料消光，或者改善表面涂料的流变性能。此外，增量剂可用于降低表面涂料的价格。
本文中使用的“修饰剂(modifier)”指加入表面涂料以改变或改善表面涂料特定物理或化学性质的物质。
本文中使用的“增稠剂”指一种在加入水相混合物后，在基本不改变其他性质的情况下增大粘度的物质。其提供形体(body)，增加稳定性，和/或改善添加成分的悬浮性。
本文中使用的“挥发性有机化合物(VOC)”指在包括室温的通常条件下蒸气压为0.01kPa或更大或在特定的使用条件下具有相应的蒸气压的有机化合物，。
本文中使用的“VOC浓度”指每体积总着色剂组合物中所含有的VOC的质量。
本文中使用的“基本上不含”，除非另有说明，是指在总的着色剂组合物中含有小于大约0.5重量％所指代的组分。
本文中使用的“有害空气污染物(HAPS)”指Clean Air Act中第112(b)中所列出的化合物。
本文中所使用的“长链不饱和脂肪酸”指具有至少一个不饱和链基团和至少16个碳原子的脂肪酸。
说明
为了用于表面涂料，着色剂需要具有稳定的高物理性能表现，比如Krebs单位(KU)粘度下降，ICI粘度下降，抗粘连性，摩擦变色(rub up)浮色(color floating)，摆杆硬度，耐洗刷性，边缘湿润/指压干燥(wet edge/dryto touch)，去污性，表面活性剂浸出，醇酸树脂划格法附着力(adhesionsheen)，以及机械稳定性。此外，通常还需要高光泽指标。进一步由于环境的原因，消费者和政府监管部门希望非常低至零VOC的着色剂，其不含APE和HAPS。已证明这种性质的组合是很难实现的。
此外，为便于销售网点着色，通常在消费者购买表面涂料时将着色剂组合物配入其中。配入着色剂组合物通常包括使用人工或自动着色机。这两种机器，同时还包括其他的具有配给喷嘴的配制设备，在配给后会保留一些着色剂组合物。因此，需要具有无尖端干涸性质的着色剂组合物，以防止配给喷嘴中干涸。
申请人发现了一种具有低至零VOC的着色剂组合物，其基本上具有和普通的具有较高VOC含量的着色剂组合物相当或更高的性能。该着色剂组合物进一步具有无尖端干涸的性质，且可不含APE和HAPS。
根据一个或多个实施方案，着色剂组合物包括着色剂组分，含有聚酰胺的分散剂，表面活性剂和水。任选地，着色剂组合物可包含其他添加剂。
在另一个实施方案中，着色剂组合物含有大约5％-大约70重量％的着色剂组分，大约1％-大约30重量％的分散剂，大约0.1％-大约30重量％的表面活性剂，大约1％-大约75重量％的水。如果存在，可选的添加剂最多可为大约30重量％。
在至少一个示例性的实施方案中，着色剂组合物的VOC浓度可为大约50g/L或更低。在另一个实施方案中，VOC浓度可为从大约0.1-大约50g/L。仍在另一个实施方案中，VOC浓度可为从0.1％-大约15g/L。仍在另一个实施方案中，VOC浓度可为7g/L或更低。
在另一示例性实施方案中，着色剂组合物可基本上不含烷基酚乙氧基化物(APE)表面活性剂。这类表面活性剂通常由可与环氧乙烷反应的支化壬基酚或辛基酚制备得到。“基本上不含APE”指着色剂组合物具有低于大约0.5％的APE。在另一个实施方案中，着色剂组合物具有低于大约0.1％的APE。仍在另一个实施方案中，着色剂组合物不含APE。
在某些实施方案中，着色剂组合物基本上不含有害空气污染物(HAPS)。基本上不含HAPS指着色剂组合物具有低于大约0.5％的HAPS。在另一个实施方案中，着色剂组合物含有低于大约0.1％的HAPS。在另一个实施方案中，着色剂组合物不含HAPS。
着色剂组分
着色剂组分包括任意一种或多种颜料、着色剂、染色剂、染料或金属效果试剂。在许多实施方案中，着色剂组分包含至少一种具有或不具有填料的颜料。
示例性的颜料包括有机颜料和无机颜料。为覆盖整个色彩空间的色调和色度，可使用颜料的各种组合。例如，可使用白色颜料、黑色颜料、黄色颜料、橙色颜料、红色颜料、蓝色颜料和绿色颜料。在进一步的实施方案中，着色剂组分可含有有色颜料的组合。有色颜料的组合可包括至少两种有机颜料、至少两种无机颜料，或者至少一种有机颜料和至少一种无机颜料的组合。
用于产生上面列出的颜色的颜料组分的实例包括：氧化钛(C I颜料白(C I Pigment White)6)，炭黑(C I颜料黑(C I Pigment Black)7)，氧化铁黑(C I颜料黑11)，氧化铁棕(C I颜料棕(C I Pigment Brown)7)，氧化铁黄(C I颜料黄(C I Pigment Yellow)42)，钒酸铋(C I颜料黄184)，偶氮黄(CI颜料黄1)，偶氮黄(C I颜料黄3)，偶氮黄(C I颜料黄65)，偶氮黄(C I颜料黄74)，联苯胺黄(C I颜料黄83)，偶氮黄(C I颜料黄97)，苯并咪唑酮黄(C I颜料黄194)，disazopyrazolone orange(C I颜料橙(C IPigment Orange)34)，苯并咪唑酮橙(C I颜料橙36)，苯并咪唑酮橙(C I颜料橙62)，吡唑并喹啉酮橙()(C I颜料橙67)，二酮吡咯并吡咯橙(C I颜料橙73)，氧化铁红(C I颜料红(C I Pigment Red)101)，喹吖啶酮红(C I颜料红122)，喹吖啶酮紫(C I颜料紫(C I Pigment Violet)19)，萘酚红(C I颜料红188)，二酮吡咯并吡咯(DPP)红(C I颜料红254)，DPP红(C I颜料红255)，酞菁蓝(C I颜料蓝(C I Pigment Blue)15:1)，酞菁蓝(C I颜料蓝15:2)，酞菁蓝(C I颜料蓝15:3)，和酞菁绿(C I颜料绿(C I PigmentGreen)7)。
在一个实施方案中，颜料为颗粒状。颜料颗粒通常的颗粒度分布为大部分的颜料颗粒度分布在大约0.1-大约3微米的范围内。
在着色剂组分包括填料的实施方案中，填料可为无色或有色。典型地，填料为无色。示例性的填料为天然或化学合成的，颗粒度在大约1-大约300微米的范围内。填料的例子可包括滑石，硫酸钡，碳酸钙，高岭土，凹凸棒土，碳酸镁和煅烧硅铝酸盐。填料的一些具体的例子包括NICRON504(可商购自Luzenac North America的滑石粉)，BLANCFIXE(可商购自的Solvay的硫酸钡)，OMYACARB(可商购自Omya的碳酸钙)，和ATTAGEL(可商购自BASF的凹凸棒土)。
分散剂
在至少一个实施方案中，分散剂可为聚酰胺。该聚酰胺包含至少两个氨基锚定基团。氨基锚定基团至少提供对颜料表面的亲合力。在更进一步的实施方案中，聚酰胺包含链的不饱和的疏水部分。不饱和的疏水部分至少在氧存在下提供交联性。在另一更进一步的实施方案中，聚酰胺可具有高分子量。上述聚酰胺至少提供对于通用着色剂的颜料磨碎料的改善的兼容性。通用着色剂为可与溶剂性和基于水的表面覆盖物兼容的着色剂。此外，上述聚酰胺可以至少是在无需低分子量APE表面活性剂的情况下提供颜色接受性。
在至少某些实施方案中，聚酰胺包含如下的结构：
Figure BDA0000139787000000101
R，R′，R″，和R″′各自独立地为烷基、芳基、烷氧基或取代烷氧基，或脂肪酸。此外，R，R′，R″，R″′可各自不同，部分相同或完全相同。
上述聚酰胺的实例含有三个氨基锚定基团，不过也可含有更多的氨基锚定基团。聚酰胺的一个实例包括多功能胺，其可改善着色剂组合物的稳定性。在更进一步的实施方案中，聚酰胺可溶于水中。
在某些实施方案中，聚酰胺为基于脂肪酸的聚酰胺。基于脂肪酸的聚酰胺为含有脂肪酸作为至少部分R的聚酰胺。脂肪酸的实例可包括长链不饱和脂肪酸。特定的长链不饱和脂肪酸包括至少18个碳原子。具体的例子包括油酸和亚油酸。
在其他实施方案中，聚酰胺的胺值为至少大约40KOH/g。在一优选实施方案中，胺值为至少45KOH/g。在一更为优选的实施方案中，胺值为大约45-大约50KOH/g。聚酰胺可包括至少大约25KOH/g的酸值。在一优选实施方案中，酸值为至少大约35KOH/g。在另一优选实施方案中，酸值为大约45-大约50KOH/g。
在一具体实施方案中，聚酰胺可具有至少1500g/mol的分子量。在一优选实施方案中，分子量为至少2500g/mol。在另一更为优选实施方案中，分子量为从大约2500-大约3000g/mol。在另一个实施方案中，分子量可为从大约2700-大约2900g/mol。在另一个实施方案中，分子量可为大约2800g/mol。分子量在上述范围内可使聚酰胺具有多功能胺。
聚酰胺应在pH值约7.1-约9.4之间结合入着色剂组合物中。在特定实施方案中，pH值可从大约8-大约8.5。聚酰胺通常包含大约1-大约30重量％的着色剂组合物。在具体的实施方案中，聚酰胺可含有大约4-大约25重量％的着色剂组合物。在优选实施方案中，聚酰胺可含有大约5-大约20重量％的着色剂组合物。在另一更为优选实施方案中，聚酰胺可含有大约5-大约15重量％的着色剂组合物。
表面活性剂
表面活性剂应改善颜料在着色剂组合物中的湿润性，同时还应改善着色剂在于分散剂的聚酰胺同时使用时的稳定性。在很多实施方案中，表面活性剂不含有VOC。在某些实施方案中，表面活性剂可为磷酸或磷酸酯。磷酸酯还可含有酯化过程中残留的醇。在某些实施方案中，磷酸酯可为阴离子型或非离子型，并形成单酯，二酯或三酯。在某些实施方案中，表面活性剂可为脂肪醇的磷酸共酯。在具体实施方案中，磷酸共酯可包括单酯/二酯混合物。在优选实施方案中，磷酸酯可为阴离子型，并为单酯或二酯。磷酸单酯或磷酸二酯的实例如下：
Figure BDA0000139787000000111
R和R′可各自包括氢、烷基、芳基、烷氧基或取代烷氧基。此外，R和R′可各自不同或相同。在某些实施方案中，R和R′可各自独立地为烷基。在优选实施方案中，R和R′可包括异辛基，辛基，十三烷基或2-苯基庚基。M可包括，除其他元素或官能团外，氢，碱金属或铵。在某些实施方案中，M包括钾。
在其他实施方案中，表面活性剂可为磷酸盐或磷酸酯。盐的实例为于碱金属和铵形成的盐。在某些实施方案中，碱金属可为钾或钠。在某些实施方案中，磷酸酯或盐不含APE。在更进一步的实施方案中，磷酸酯不含如二乙二醇(DEG)、二乙烯高重力溶剂(DG-HG)或异丙醇(IPA)的溶剂，这些溶剂会对VOC有所贡献。
表面活性剂典型含有大约0.1-大约30重量％的着色剂组合物。在某些实施方案，第二表面活性剂组分含有大约2％-大约20重量％的着色剂组合物。可以根据表面涂料应用的着色剂和颜料的类型来选择特定的用量。可根据着色剂组合物中分散剂的用量来选择特定的用量。含有较高分散剂浓度的着色剂组合物可具有较低的表面活性剂浓度。
任选的添加剂
在某些实施方案中，着色剂组合物包括除分散剂和表面活性剂之外的附加添加剂。其他的添加剂加入着色剂组合物的量为整个着色剂组合物的大约30％或更少。
任选添加剂的实例包括聚乙二醇、卵磷脂、聚氧乙烯脂肪醚、聚氨酯多元醇、增稠剂、流变改性剂、聚羧酸的钠盐、消泡剂和杀虫剂。卵磷脂的实例为大豆卵磷脂。其他任选的添加剂包括用来影响着色剂组合物pH值的烧碱和/或2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)。
聚乙二醇可为润湿剂。聚乙二醇的实例包括分子量在大约300g/mol-大约400g/mol的聚乙二醇，包括PEG300和PEG400。PEG300和PEG400对着色剂组合物的无尖端干涸性质也有所贡献。在特定实施方案中，PEG300或PEG400构成大约1％-大约5重量％的着色剂组合物。在优选实施方案中，PEG300构成大约1％-大约3重量％的着色剂。
制备着色剂组合物的示例性方法
在一个实施方案中，可通过在立式砂磨机中研磨颜料来制备着色剂组合物。磨机中的研磨介质的实例包括2mm的玻璃球或0.8-1.25mm的氧化锆介质。在另一个实施方案中，可在水平磨机中使用类似的研磨介质。在某些实施方案中，着色剂组合物可研磨至赫格曼细度(Hegman grind)6。在某些实施方案中，研磨的温度可保持在大约100°F-大约110°F。可通过使用水冷套来使研磨保持在特定的温度范围内。在大多数实施方案中，着色剂组合物可通过磨机一或两次。但是，也可经过更多次的研磨以在所需的流速生产所需的着色剂性能。
示例性着色剂组合物的性质
对于用于替代销售网点漆中使用的常规VOC着色物的低VOC着色剂组合物而言，低VOC着色剂组合物应含有相同或更好的物理性质。通常测量的漆的物理性质包括光泽指标，Krebs单位(KU)粘度下降，ICI粘度下降，抗粘连性，摩擦变色，浮色，摆杆硬度，耐洗刷性，边缘湿润/指压干燥，去污性，表面活性剂浸出，醇酸树脂划格法附着力和机械稳定性。
在具体实施方案中，考察了加入着色剂组合物后的漆的光泽指标。可在至少三种不同角度下测量光泽指标，包括20°，60°，和85°。为满足消费者的需要，在20°下测试的半光漆应具有至少13的光泽指标。现有的含有高VOC着色物的高VOC半光漆的光泽指标为大约13-大约19。但是，含有实施例低VOC着色剂组合物的半光漆出乎意料地通常具有改善的光泽指标。在具体的实施方案中，在向半光漆中加入实施例低VOC着色剂组合物后，在20°角下测量的光泽指标至少为13。在更多的具体实施方案中，在20°角下测量的光泽指标至少为20。在其他更多具体的实施方案中，在20°角下测量的光泽指标至少为大约21.5-大约25。
类似的，传统质量的半光漆的60°角下的光泽指标为至少大约45。含有实施例低VOC着色剂组合物的半光漆的具体实施方案中，60°角下的光泽指标为至少大约45。在更多的具体实施方案中，60°角下的光泽指标为至少大约50。在其他更多的具体实施方案中，60°角下的光泽指标为大约54-大约60。
与此相反，当向需要保持低光泽指标的平光基底中加入实施例低VOC着色剂组合物时，在60°或85°角下测量的光泽指标为低于大约1.5或更高，相较于含有高VOC着色物的类似的漆。在具体实施方案中，光泽指标低于大约1。在更多的具体实施方案中，光泽指标低于大约0.5。
另一个影响到着色剂组合物可取性的物理性质为在加入该着色剂后漆的粘度下降程度。如果粘度下降过大，则漆的粘度对于刷涂或辊涂至表面来说太低。可通过Krebs单位(Krebs Units UN)来测量粘度的下降。对于需要保持所需的粘度用于刷涂或滚刷的漆而言，着色剂组合物引起的粘度下降应在大约75KU-大约135KU的范围内。在具体实施方案中，粘度下降在大约90-大约130KU的范围内。在更多的具体实施方案中，粘度下降的范围应在95KU-120KU内。
此外，对于在销售网点的着色，还需要着色组合物具有无尖端干涸的性质，从而使得着色组合物长期可在所需的速度下进行配给而不发生干涸。无尖端干涸性可以这样地测量，即比较某一特定时间之后的每体积配给的着色剂的着色剂质量百分比，或者配给率，与开始配给时的百分比进行比较。在至少某些实施方案中，实施例低VOC着色剂组合物在配给14天后且无任何冲洗的情况下，在初始配给率的10％之内。在具体实施方案中，14天后的配给率在初始配给率的7％之内。在更多的具体实施方好似中，14天后的配给率在初始配给率的4％之内。在其他具体实施方案中，14天后的配给率在初始配给率的1％之内。在对实施例低VOC着色剂组合物进行配给时，配给尖端基本上没有干涸，甚至在不添加传统的导致传统的高VOC浓度的乙二醇的情况下。
包括着色剂组合物的表面覆盖物
着色剂组合物可用于表面覆盖物以用来着色或为表面覆盖物提供所需的颜色。在特定的实施方案中，表面覆盖物可为销售网点表面涂料，其意味着在消费者购买涂料时为表面涂料着色或染色。销售网点的着色或染色通常用于室内和室外用漆。着色剂组合物可用于任何底漆，从平光到高光。在某些实施方案中，漆的颜料体积浓度为从0-大约85。
大多数漆由四种基本原料构成，包括1)粘合剂或树脂；2)颜料和/或着色剂；3)溶剂；和4)添加剂。当漆涂覆在表面时，溶剂蒸发，表面上留下的粘合剂、颜料和添加剂形成了干的固体膜。直到1940年代，几乎所有的漆均是基于溶剂的。今天，由于其相媲美的性能和环境法规，超过70％的表面涂料为基于水的漆。
在特定实施方案中，着色剂组合物可为通用着色剂。通用着色剂与基于溶剂的醇酸表面涂料和基于水的乳胶涂料兼容。在使用通用着色剂时，在多种不同的底漆中可使用相同的着色剂组合物。在其中着色剂组合物是兼容的的示例性的底漆包括，丙烯酸类，苯乙烯丙烯酸类，聚醋酸乙烯，乙烯基醋酸乙烯(EVA)型聚合物或醇酸树脂。在某些实施方案中，醇酸树脂底漆包括基于溶剂的或水可缩减的(water-reducible)增稠醇酸树脂。在更进一步的实施方案中，醇酸树脂可通过使用传统的，缔合的或混合增稠剂增稠。
实施例
下述实施例1-5中，制备了示例性的低VOC着色剂组合物。
实施例1、黑色着色剂
  原料   重量份数
  水   31.8
  流变改性剂   1.7
  PEG 300   2.7
  NaOH(50％)   0.5
  聚酰胺B   6.3
  磷酸酯C(Phosphate Ester C)   16.5
  卵磷脂   3
  消泡剂   0.6
  杀菌剂   0.3
  C I颜料黑7   8.6
  增量剂   28
  总计   100
实施例2、绿色着色剂
  原料   重量份数
  水   31.1
  PEG 300   1.7
  NaOH(50％)   0.5
  聚酰胺B   4.7
  磷酸酯C   16.9
  卵磷脂   2.6
  消泡剂   0.6
  杀菌剂   0.3
  C I颜料绿7   9.6
  增量剂   32
  总计   100
实施例3、品红着色剂
  原料   重量份数
  水   41.9
  PEG 300   1.7
  NaOH(50％)   0.5
  聚酰胺B   4.5
  磷酸酯C   16.2
  卵磷脂   2.7
  消泡剂   0.5
  杀菌剂   0.3
  C I颜料红122   9.7
  增量剂   22
  总计   100
实施例4、黄色着色剂
  原料   重量份数
  水   32
  PEG 300   1.1
  NaOH(50％)   0.5
  聚酰胺B   6.5
  磷酸酯C   12
  卵磷脂   1
  消泡剂   0.5
  杀菌剂   0.3
  C I颜料黄74   37.2
  增量剂   8.9
  总计   100
实施例5、红色着色剂
  原料   重量份数
  水   21.1
  PEG 300   2
  NaOH(50％)   0.5
  聚酰胺B   13.1
  磷酸酯C   4
  马来酸酐共聚物钠盐   1
  流变改性剂   1.5
  消泡剂   0.5
  杀菌剂   0.3
  C I颜料红101   53
  增量剂   3
  总计   100
在对比例A-E中，制备了含有和上述实施例1-5中相同浓度的5种颜料的常规VOC着色物。
对比例A、黑色着色剂
  原料   重量份数
  水   22
  二乙二醇   34
  APE   4.5
  异丙胺磺酸盐   2.5
  AMP 95   0.5
  消泡剂   0.5
  C I颜料黑7   8.6
  增量剂   27.4
  总计   100
对比例B、绿色着色剂
  原料   重量份数
  水   30
  二乙二醇   17
  APE   3.5
  卵磷脂   2.0
  AMP 95   0.5
  消泡剂   0.5
  非离子型表面活性剂   0.5
  C I颜料绿7   9.6
  增量剂   36.4
  总计   100
对比例C、品红着色剂
  原料   重量份数
  水   21
  二乙二醇   48
  APE   3.5
  苯乙烯马来酸共聚物   2.0
  异丙胺磺酸盐   0.5
  AMP 95   0.5
  消泡剂   0.5
  C I颜料红122   9.7
  增量剂   14.3
  总计   100
对比例D、黄色着色剂
  原料   重量份数
  水   25
  二乙二醇   10
  APE   3.5
  苯乙烯马来酸共聚物   1.0
  卵磷脂   3.0
  二乙二醇   10.4
  AMP 95   0.5
  消泡剂   0.5
  C I颜料黄74   37.2
  增量剂   8.9
  总计   100
对比例E、红色氧化物着色剂
  原料   重量份数
  水   10.5
  二乙二醇   14
  乙二醇   10.6
  APE   3.7
  苯乙烯马来酸共聚物   1.7
  异丙胺磺酸盐   1.5
  AMP 95   0.5
  消泡剂   0.5
  非离子表面活性剂   0.5
  C I颜料红101   53
  增量剂   3.5
  总计   100
分别使用Brookfield和ICI粘度计来测量KU和ICI粘度。以50℃、14天来测量所有的低VOC着色剂的储存稳定性，已发现在烘箱试验中稳定。在CIE Lab和/或FMC-II中测量颜色读数。CIE Lab是指根据CIE(国际照明委员会International Commission on Illumination)于1976年建立的CIE Lab色彩空间形成的色差方程式。FMC-II指根据Friele，Mac Adam，和Chickering于1943年设计的CIE色彩空间形成的色差方程式。颜色读数可记录在datacolor分光光度计中。分别在Paul Gardner和BYKGardner仪器中测量擦拭和摆杆硬度。
使用平光基底和半光基底来制备着色涂料，也使用了高光基底用于评估摆杆硬度。在制备了着色剂组合物并将其分散在底漆中后，测量其物理性能。将低VOC着色剂组合物的物理性能与现有的常规VOC着色物(标记为
Figure BDA0000139787000000211
由BASF生产的着色剂)进行比较。在图中，“对比”指常规的高VOC着色物，“不含APEO/低VOC”指实施例的低VOC着色剂组合物。常规的高VOC着色物包括具有VOC浓度为大约250-大约500g/L的着色物。
实施例1-5制备低/无VOC配方制备着色剂组合物。实施例1-5的着色剂组合物分别为五种颜色：B(黑色)，D(酞菁绿)，V(品红)，AX(绿黄)和F(氧化铁红)。此外，使用了类似于实施例1-5的着色剂组合物来形成另外7种颜色，C(氧化铁黄)，E(酞菁蓝)，I(氧化铁棕)，KX(白色)，L(生褐)，R(有机红)，和T(中黄)。在对比例A-E中制备了传统的具有高VOC的着色剂组合物。对比例A-E的着色剂组合物分别形成了五种颜色：B(黑色)，D(酞菁绿)，V(品红)，AX(绿黄)和F(氧化铁红)。形成上述颜色的颜料的浓度与向实施例1-5的着色剂组合物中加入的颜料的浓度相同。此外，使用了类似与对比例A-E的着色剂组合物来形成另外7种颜色，C(氧化铁黄)，E(酞菁蓝)，I(氧化铁棕)，KX(白色)，L(生褐)，R(有机红)，和T(中黄)。
在图1中，显示了含有在四种不同基底中的实施例1-5的着色剂组合物的漆的颜色ΔE。基底为四种不同的室内搪瓷丙烯酸乳胶自助型(do-it-yourself)漆。基底为：平光超纯(flat ultrapure)，平光着重色(flataccent)，半光纯白(semi gloss pure white)和半光着重色(semi gloss accent)。颜色ΔE(DE)是两种不同的漆的色差的度量。在这种情况下，测量了含有根据实施例1-5的实施例低VOC着色剂组合物和根据对比例A-E的高VOC着色物(含有大约250-大约500g/L的VOC)的漆的DE。使用FMC-II来测量该数值，其中任何1.0以下的数值都是肉眼在色度、色调和亮度上难以察觉的色差。如图1所示，在四种不同基底中的五个实施例着色剂组合物的DE值均小于1.0。图1示出了新的低VOC着色剂与现有的高VOC着色剂之间的线性关系。新的着色剂和现有的着色剂在色度、色调和亮度上都很接近且DE都＜＝1。因此，相对于现有的可商购的高VOC着色物(比如
Figure BDA0000139787000000221
BASF生产)，消费者在使用根据本发明实施例中的低或无VOC的着色剂组合物时不会感觉到颜色质量的下降。
在图2-5和7-10中，对比物平均值是指这样的常规高VOC着色物的平均值，即其含有与用于上述12个示例性着色剂组合物中的相同的12种颜料，且在其中5种颜料是根据对比例A-E。而不含AEPO/低VOC平均值是指根据实施例的12种着色剂组合物的平均值。
图2示出了半光漆的抗粘连性。抗粘连性是指涂料被分开的能力。通过ASTM D 4946标准测试方法来测量抗粘连指标，其中包括将干漆切成片，将这些片放在一起，以及在一定的时间间隔后这些片之间如何拉开。在图2中，将对比物抗粘连性平均值和不含AEPO/低VOC抗粘连平均值在室温和120°F进行对比，间隔时间为整夜，三天和七天。如图2中所示，示例性着色剂组合物的抗粘连指标与高VOC着色物的抗粘连指标在一个数字范围之内。而抗粘连指标在一个数字之内是在公差范围内，且消费者不会察觉到实质上的差别。
图3示出了底漆1-8的Krebs单位(KU)粘度数据。底漆1为室内平光粉彩底漆。底漆2为6oz着色剂加量室内平光粉彩底漆。底漆3为低VOC室内平光粉彩底漆。底漆4为6oz着色剂加量低VOC室内平光粉彩底漆。底漆5为半光着重色底漆。底漆6为12oz着色剂加量半光着重色底漆。底漆7为低VOC半光着重色底漆。底漆8为12oz着色剂加量低VOC半光着重色底漆。KU粘度为用Krebs单位粘度计测量的Krebs单位粘度。在加入了着色剂组合物后不会引起漆粘度的大幅下降是合适的。如果着色剂组合物使得漆的粘度下降太多，则该漆就很难用于刷涂和辊涂。如图3中所示，对比物实施例和示例性着色剂组合物的KU粘度平均值的差值在4％以内，这意味着对消费者而言基本上没有差别。
图4示出了加入对比高VOC着色剂和加入示例性着色剂组合物的四种底漆的耐擦洗性平均值。测试的四种底漆包括常规的VOC室内用平光粉彩底漆，低VOC室内用平光粉彩底漆，常规VOC半光着重色底漆，和低VOC半光着重色底漆。耐擦洗性是指漆在被用刷洗物体揉搓时防止被破坏的能力。如图4所示，在擦洗测试仪中得到的含有对比物的往复次数平均值和示例性实施方案的往复次数平均值的差别在大约10％之内。而往复次数小于10％的差别意味着对于消费者而言是不明显的。
图5示出了高光漆(high gloss paint)和半光漆的摆杆硬度数据。摆杆硬度测试通过在涂料表面摆动的钟摆提供关于漆的硬度的数据。在两次摆动之内的摆动值对于潜在的消费者而言都是不明显的。如图5所示，对于用于高光室内用基底而言，使用了示例性着色剂组合物的摆杆硬度的平均值高于使用了对比物着色剂组合物的平均值。虽然当加入半光着重色基底时示例性实施方案的摆杆硬度低于使用对比物的，但其仍在两次摆动的范围之内。
图6示出了实施例1-5的着色剂组合物的无尖端干涸性质。在销售点着色剂中，通常通过自动机器将所需颜色需要的着色剂量的着色剂组分通过配给加入底漆中。如果着色剂在配制机中干涸，则无法加入正确量的着色剂且颜色有可能错误。因此，销售点着色剂需要具有无尖端干涸的性质。最终是希望在从开始配给到配给至少14天后仍能达到类似的着色剂配给量，即使在这期间内不对尖端进行任何清洗。
为了测试实施例1-5的着色剂组合物的无尖端干涸的性质，将实施例的着色剂组合物加入了典型的用于着色物的自动配制机中，该机器可由该行业中的各个厂家处商购。不同于通常的高VOC着色物(200-500g/L)，着色剂组合物加入机器中而没有加入任何乙二醇或二乙二醇。每周一次配给1盎司的着色剂组合物4-6周，来检查着色剂组合物的无尖端干涸性质的适用性。图6中的图表示出了着色剂在开始配给和其后14天的结果。没有进行每天的清洗。某些配制机使用加湿器或其他特殊设备来达到无尖端干涸，而本新配方的开发则能够使得在无需上述辅助措施下达到无尖端干涸。
在另一个无尖端干涸的测试中，实施例5的低VOC F作为一个基准值。将3克着色剂组合物放置在盖子内，并在室温下过夜。第二天早上，通过用手指轻压来测试其的潮湿性和运动性。如果在第二天早上用手指测试该着色剂组合物潮湿且可运动则通过测试，而如果施加压力后该着色剂组合物无法运动则不通过测试。能够通过该测试的着色剂组合物不仅在自动配制机上具有无尖端干涸的性质，而且能够防止那些不使用配制机的小的漆销售店中的干涸。
图7-10对比了含有实施例低VOC着色剂组合物的漆的光泽指标平均值与含有高VOC着色物的光泽指标平均值。在图7-8中，将实施例低VOC着色剂组合物和高VOC着色物加入了常规半光基底和低VOC半光基底中。在将每个配好的漆干燥过夜并继续干燥3天后，测试其在20°角的光泽指标值，结果见图7，60°度角的结果见图8。如图7和8所示，含有实施例低VOC着色剂组合物的漆的光泽指标优于常规的VOC着色物，特别是在20°角的测量值。
图9-10中，向常规室内用平光基底和低VOC室内用平光基底中加入了实施例低VOC着色剂组合物和常规VOC着色物。在将每个配好的漆干燥过夜并继续干燥3天后，测试其在85°角的光泽指标值，结果见图9，60°度角的结果见图10。图9-10示出了含有实施例低VOC着色剂组合物的漆的光泽指标基本上和常规的VOC着色物的光泽指标相同。
本申请中引用的所有专利和公开出版物的全文均作为参考文献结合于本申请中。
虽然本申请已经结合实施方案进行了描述，但本领域技术人员可以知晓，对以上的实施例进行增加、删减、修改，或者替换那些有或没有在以上实施例中具体描述的，都没有背离在附加的权利要求中的产品和方法的精神和范围。

Claims (20)

1.着色剂组合物，其包含：
着色剂组分；
分散剂，其含有含有至少两个氨基锚定基团的聚酰胺；
表面活性剂；
水；和
任选的添加剂。
2.如权利要求1所述的着色剂组合物，其包含：
大约5-大约70重量％的着色剂组分；
大约1-大约30重量％的含有含有至少两个氨基锚定基团的聚酰胺的分散剂；
大约0.1-大约30重量％的表面活性剂；
大约1％-大约75重量％的水；
大约0％-大约30重量％的任选的添加剂。
3.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中着色剂组合物尖端干涸，在配给所述着色剂组合物14天后的配给率在初始配为制率的10％之内。
4.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中，当所述着色剂组合物加入到半光漆时，在20°角测量的光泽指标为至少13。
5.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中所述着色剂组合物含有颜料和填料。
6.如权利要求5所述的着色剂组合物，其中所述的填料的颗粒度为大约1-大约300微米。
7.如权利要求5所述的着色剂组合物，其中所述填料包括滑石粉、硫酸钡、碳酸钙、高岭土、凹凸棒土、碳酸镁和煅烧硅铝酸盐中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中分散剂中的聚酰胺含有多于2个氨基锚定基团。
9.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中分散剂中的聚酰胺的分子量为大约1500g/mol或更高。
10.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中分散剂的聚酰胺为基于脂肪酸的聚酰胺。
11.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中分散剂的聚酰胺具有疏水部分，该部分含有长链不不饱和脂肪酸。
12.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中表面活性剂包括磷酸酯，磷酸，以及它们的盐。
13.如权利要求12所述的着色剂组合物，其中表面活性剂为磷酸酯或磷酸的碱金属盐或铵盐。
14.如权利要求12所述的着色剂组合物，其中磷酸酯为单酯，双酯或其组合。
15.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中该组合物含有选自由聚乙二醇、卵磷脂、聚氧乙烯脂肪醚、聚氨酯多元醇、增稠剂、流变改性剂、聚羧酸的钠盐、消泡剂、增量剂和杀虫剂及其组合组成的组中的添加剂中的一种或多种。
16.如权利要求15所述的着色剂组合物，其中的一种或多种添加剂至少包含具有大约300-大约400g/mol分子量的聚乙二醇。
17.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中所述着色剂组合物与基于溶剂的醇酸树脂表面涂料和基于水的乳胶表面涂料相容。
18.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中所述着色剂组合物的挥发性有机化合物(VOC)浓度为大约50g/L或更低。
19.如权利要求18所述的着色剂组合物，其中所述着色剂组合物的VOC浓度为从大约0.1-大约15g/L。
20.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中所述着色剂组合物基本上不含烷基酚乙氧基化物表面活性剂(APE)。
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