CN103298873A - 湿固化型涂料的低湿固化 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低湿固化的湿固化型涂料组合物，该组合物包括湿固化粘结剂组份，其包括：湿固化型粘结剂材料和至少一种有机溶剂；以及保湿剂组份，其包括缓慢蒸发的挥发性保湿剂；其中该保湿剂的存在量足以提高该涂料的固化速率，且足以在50%或更低的相对湿度下提供具有可接受的机械性能和装饰性能的固化涂层；且本发明还涉及使湿固化型涂料组合物在低湿度条件下固化的方法。

Description

湿固化型涂料的低湿固化

发明领域

本发明的领域涉及湿固化型保护涂料，且在一个方面涉及含锌烷基硅酸盐(硅酸锌)涂料。更具体而言，其涉及湿固化型(例如，硅酸锌)涂料在相对低湿度条件下的涂布及固化。

发明背景

湿固化型涂料可用于各种应用以为基材提供保护。例如，具有硅酸盐粘结剂的锌涂料组合物已用于保护钢表面免于生锈。锌组合物也已用于用作高温涂料体系的陶瓷涂料中。这类锌组合物通常呈可用作(例如)金属的底涂料的溶剂型硅酸锌涂料的形式。

溶剂型硅酸锌涂料通常在施加30分钟内即显露良好的耐雨性及良好的抗金属腐蚀保护。然而，这类硅酸锌涂料当在低湿度条件下固化时可形成软的脆性涂层或易于脱层。已报导，在40％相对湿度(或更小)及25℃下固化的这类涂料不太可能达成满意固化，且甚至在长时间固化之后可能仍软且脆。具有湿固化化学品的其他涂料也具有在低湿度条件下固化的问题或不能在低湿度条件下固化。

为避免这类固化问题，涂料工业中的通常做法是，若施加时湿度较低，则将一些湿涂料(例如，硅酸锌涂料)与水一起喷涂，或对于不能预先施加水的化学品而言，直到湿度条件为适当地固化涂料所接受之后再喷涂。

因此，业内需要湿固化涂料(例如，溶剂型硅酸锌涂料)在低相对湿度条件下达成满意固化，同时避免上述问题。

发明概述

已发现，低湿度湿固化涂料(例如，低湿固化硅酸锌涂料)可通过在涂料体系中包含某些缓慢蒸发的挥发性保湿剂(或吸湿性材料)达成，同时避免上文所提及的问题。保湿剂的存在量足以提高涂料的固化速率，且足以在低湿度条件下为固化涂层提供可接受的机械性能和装饰性能。在一个实施方案中，缓慢蒸发的挥发性保湿剂选自二甲亚砜(DMSO)、二甘醇的单醚、碳酸亚丙酯及其混合物。在优选实施方案中，缓慢蒸发的挥发性保湿剂为DMSO。

一方面，本发明涉及湿固化型涂料组合物，该组合物具有湿固化粘结剂组份，其包含湿固化型粘结剂材料和至少一种有机溶剂；以及保湿剂组份，其包含缓慢蒸发的挥发性保湿剂；其中该保湿剂的存在量足以提高涂料的固化速率，且足以在50％或更低的相对湿度下提供具有可接受的机械性能和装饰性能的固化涂层。在本发明的实施方案中，保湿剂的存在量足以提高涂料的固化速率，且足以在40％或更低、或30％或更低、或20％或更低、或10％或更低的相对湿度下提供具有可接受的机械性能和装饰性能的固化涂层。

在一个实施方案中，粘结剂材料在不存在保湿剂的情况下形成，即，形成涂料中所用湿固化型粘结剂的反应介质不包括保湿剂。在这种情况下，将保湿剂和湿固化型粘结剂材料各自分开地添加至涂料组合物中。在本发明的实施方案中，粘结剂组份实质上不含、或不含保湿剂。在这类实施方案中，保湿剂可在制备粘结剂组份之后与粘结剂组份组合。在一个实施方案中，保湿剂可在即将使用涂料之前与粘结剂组份组合，例如在将要施加涂料的位置处原位组合并混合的多部分涂料体系中。在本发明的实施方案中，湿固化型涂料组合物含有约2重量％或更少、或1重量％或更少的胶质二氧化硅，或实质上不含、或不含胶质二氧化硅。

在一个实施方案中，湿固化型粘结剂材料选自基于烷基硅酸盐的材料；基于混成有机烷氧基硅烷的材料；基于聚异氰酸酯的材料，其经由湿固化产生聚脲；基于聚氯胺酮(polyketamine)的材料，其经由湿固化产生游离胺以与环氧化物或异氰酸酯反应；以及异氰酸酯与多元醇的聚氨基甲酸酯组合物，其中异氰酸酯相对于多元醇充分过量，因此需要异氰酸酯的湿固化(产生聚脲)以使涂料适当固化。在一个实施方案中，湿固化型粘结剂材料为基于烷基硅酸盐的材料。在本发明的实施方案中，取决于湿固化型粘结剂材料的类型，涂料组合物可为选自底涂层或顶涂层类型的保护涂料。

在一个实施方案中，本发明涉及两部分硅酸锌涂料组合物，其包含第一烷基硅酸盐组份(A部分)和第二锌组份(B部分)。A部分包含烷基硅酸盐水解产物中间物、二醇醚或醇溶剂、及保湿剂，其中水解产物中间物为烷基硅酸盐与至少一种水混溶性醇官能溶剂的反应产物，且其中二醇醚或醇溶剂为提高该中间物固化速率的类型，且以提高该中间物固化速率的量存在。在一个实施方案中，水解产物中间物在不存在保湿剂的情况下形成，且保湿剂作为A部分的最后组份添加。保湿剂可选自上述保湿剂。在本发明的实施方案中，A部分含有约2重量％或更少、或1重量％或更少的胶质二氧化硅，或实质上不含、或不含胶质二氧化硅。在一个实施方案中，二醇醚或醇溶剂为丙二醇醚。B部分包含金属锌粉末或粉尘。

在本发明的实施方案中，将保湿剂添加至A部分快速固化型烷基硅酸盐组合物(例如由International Paint出售的Interzinc22，QHA285)。然后可将含有保湿剂的Interzinc22A部分与锌组份(B部分)(例如由International Paint出售的Interzinc22，QHA027)混合，以形成低湿固化硅酸锌涂料组合物。

保湿剂(例如，DMSO)可基于包括DMSO的粘结剂组份(A部分)以在以下范围内的量添加：约1重量％至约8重量％、或约2重量％至约7重量％、或约3重量％至约6重量％、或约4重量％至约5重量％。

在一个实施方案中，硅酸锌涂料组合物呈三部分体系的形式，其中保湿剂经由保湿剂组合物(C部分)添加。在一个实施方案中，保湿剂组合物含有一种或多种有机溶剂或水。在保湿剂为DMSO的该三部分体系中，C部分通常应含有水或溶剂以降低DMSO的冰点。在将水与DMSO组合以降低保湿剂(例如，DMSO)组合物的冰点的此一个实施方案中，基于保湿剂组合物(C部分)，水以约10重量％至约18重量％、或约14重量％至约18重量％的量存在。

另一方面，本发明涉及使湿固化型涂料组合物在低湿度条件下固化的方法。在一个实施方案中，该方法包含：提供高湿度湿固化型涂料组合物，其能够在足够高相对湿度下固化，但在50重量％或更低的相对湿度下不能形成具有可接受的机械性能和装饰性能的固化涂层；将缓慢蒸发的挥发性保湿剂添加至该高湿度湿固化型涂料中，该保湿剂的量足以提高涂料在50％或更低的相对湿度下的固化速率，且在如此条件下固化时足以提供具有可接受的机械性能和装饰性能的固化涂层；混合含有该保湿剂的所得组合物，以提供低湿固化涂料组合物；将该低湿固化涂料组合物涂布于基材上；以及在相对湿度为50％或更低的条件下使基材上的涂料固化。湿固化型涂料组合物可为选自上述湿固化型涂料组合物类型的类型。

在本发明的实施方案中，高湿度湿固化型涂料组合物当在40％或更低、或30％或更低、或20％或更低、或10％或更低的相对湿度下固化时不能形成具有可接受的机械性能和装饰性能的固化涂层，而基材上的低湿固化涂料在各别相对湿度条件下固化时产生具有可接受的机械性能和装饰性能的固化涂层。

在审查以下说明之后，本领域熟练技术人员将明了其他目的、优点及新颖特征。

发明详述

低湿度湿固化涂料(例如，低湿固化硅酸锌涂料)包含缓慢蒸发的挥发性保湿剂，该保湿剂的量足以提高涂料的固化速率，并足以在低湿度条件下为固化涂层提供可接受的机械性能和装饰性能。“缓慢蒸发的挥发性保湿剂”意指保湿剂蒸发速率等于或低于湿固化型粘结剂在适当高湿度下(即，在粘结剂在无保湿剂的情况下固化的相对湿度下)的固化速率，且意味着保湿剂容许湿固化型涂料在低于指定相对湿度固化，且当在如此条件下固化时产生具有可接受的机械性能和装饰性能的固化涂层。“可接受的机械性能和装饰性能”意指，当根据标准干燥测试ASTM D1640及D5895测试时，涂料满足或超过针对特定预期应用的最低工业干燥标准；当根据ASTM D4541测试时，具有至少4MPa(580psi)的拉脱强度；对于硅酸锌涂料而言，依照ASTM D4752进行溶剂摩擦测试，在环境温度(即，约20℃至25℃)下在24小时内固化时达到至少4的值；对于其他湿固化涂料而言，依照ASTM D5402进行溶剂摩擦测试，在室温(即，约20℃至25℃)下于24小时内固化时达到至少4的值；以及满足特定预期应用的最低工业装饰标准，例如，用于某些顶涂层应用的最低光泽度。

在本发明的实施方案中，低湿固化硅酸锌涂料为通过将烷基硅酸盐组份(A部分)与锌组份(B部分)混合制得的两部分涂料。

在一个实施方案中，A部分如下制备：首先通过使烷基硅酸盐与至少一种水混溶性醇官能溶剂在酸存在下反应形成烷基硅酸盐水解产物中间物，该酸能够使烷基硅酸盐与醇官能溶剂反应以形成水解产物中间物。在一个实施方案中，烷基硅酸盐为乙基硅酸盐。在一个实施方案中，水混溶性醇官能溶剂可选自乙二醇单丁醚(EB溶剂)、乙二醇单丙醚(EP溶剂)或其组合。在一个实施方案中，酸选自硫酸或盐酸。在一个实施方案中，水解产物反应物任选地包含水，以与烷基硅酸盐反应来改进最终涂料的所施加膜形成及固化速度。然后可将水解产物中间物与保湿剂(例如DMSO)混合，以形成涂料的A部分。

A部分的可选组份可包括用于流挂控制(sag control)的乙基纤维素以及溶解乙基纤维素的合适溶剂；若需要，用于流挂及沉降控制的流变添加剂，例如蓖麻蜡或有机粘土(例如，Bentone品牌有机粘土)；填充矿物颜料，例如粘土、长石或滑石；及彩色颜料，例如黄色或红色氧化铁。在一个实施方案中，用于溶解乙基纤维素的溶剂可选自乙苯、二甲苯及其混合物。

在包括乙基纤维素的实施方案中，可将乙基纤维素溶解于溶剂中，且可将足够量的水解产物中间物与溶解的乙基纤维素混合，以形成良好的高速分配器涡流来分散上文所列示的其他可选组份。然后可在可选组份分散之后添加剩余的水解产物中间物。在一个实施方案中，然后在添加作为A部分的最后组份的保湿剂之前，添加合适稀释溶剂并与其他组份混合。在一个实施方案中，稀释溶剂为能够提高中间物固化速率的二醇醚或醇溶剂。在一个实施方案中，二醇醚或醇溶剂为丙二醇单甲醚(PM溶剂)。在一个实施方案中，可将稀释溶剂的一小部分连同用于溶解乙基纤维素的其他溶剂一起添加至乙基纤维素种，且可如上所述添加稀释溶剂的剩余部分。

在本发明的实施方案中，基于硅酸锌涂料的总重量，烷基硅酸盐(例如，乙基硅酸盐)以约5重量％至约25重量％、或约7重量％至约23重量％、或约9重量％至约21重量％的量存在；水混溶性醇官能溶剂以约1重量％至约15重量％、或约1.5重量％至约12重量％、或约2重量％至约10重量％的量存在；水以0重量％至约3重量％、或0重量％至约2.5重量％、或0重量％至约2重量％的量存在。酸可以催化量存在，以促进所存在的烷基硅酸盐、水及醇官能溶剂的反应。

在本发明的实施方案中，基于总硅酸锌涂料(即，A部分和B部分两者)，乙基纤维素以0重量％至约2重量％、或0重量％至约1.5重量％、或0重量％至约1重量％的量存在；溶解乙基纤维素的溶剂以0重量％至约15重量％、或0重量％至约12重量％、或0重量％至约10重量％的量存在；流变添加剂以0重量％至约3重量％、或0重量％至约2.5重量％、或0重量％至约2重量％的量存在；填充矿物颜料以0重量％至约30重量％、或0重量％至约28重量％、或0重量％至约26重量％的量存在；彩色颜料以0重量％至约0.9重量％、或0重量％至约0.7重量％、或0重量％至约0.5重量％的量存在；且稀释溶剂以0重量％至约15重量％、或0重量％至约12重量％、或0重量％至约10重量％的量存在。基于包括保湿剂的粘结剂组份(A部分)，保湿剂以约1重量％至约8重量％、或约2重量％至约7重量％、或约3重量％至约6重量％、或约4重量％至约5重量％的量存在。

在一个实施方案中，B部分包括具有5微米至8微米平均粒径的金属锌粉末。在一个实施方案中，基于整个硅酸锌涂料，锌粉末以约25重量％至约75重量％、或约30重量％至约70重量％、或约35重量％至约68重量％的量存在。

在本发明的一个实施方案中，中间物水解产物在实质上不存在缓慢蒸发的挥发性保湿剂的情况下形成。“实质上不存在”意指若存在，则保湿剂的量不足以使得涂料在指定的低相对湿度(RH)条件下(例如，在50％RH下、或在40％RH下、或更低)固化并具有可接受的机械性能和装饰性能。在一个实施方案中，中间物水解产物在不存在保湿剂的情况下形成。

已发现，当将DMSO以基于含有保湿剂的A部分大于8重量％的量添加至A部分时，在固化期间RH＞30％时，已观测到泥裂外观及粘附力丧失。而且，与使用8％DMSO时相比，当基于A部分使用多于8％的DMSO时，所施加的底涂层膜中留下较多孔，如通过以下所表明：当多余DMSO仍然存在时，水容易渗入经固化膜中(而非形成珠状)，且当多余DMSO蒸发时，固体的表观体积较高。相信，多余DMSO蒸发后在底涂层膜中所产生的空隙多于使用8％或更少DMSO的情形。同样，在所评价的其他湿固化涂料中，已观测到基于粘结剂多于8％的DMSO引起发白及顶涂层光泽丧失。

在本发明的实施方案中，低湿固化硅酸锌涂料在低于50％RH、或低于45％RH、或低于40％RH、或更低RH(例如，10％RH或更低)的湿度下达成良好的固化性能及最终(固化的)涂层性能。

实施例

已实施以下实施例来说明本发明组合物及方法的一些实施方案。

硅酸锌组合物的实验使用Interzinc22，QHA285(购自InternationalPaint)作为硅酸锌涂料的A部分组份和Interzinc22，QHA027(购自International Paint)作为B部分组份的配制剂来实施。向A部分添加不同量的DMSO及水，如下文表中所显示。

评价DMSO及水的添加及湿度对固化的影响

根据ASTM D4752(MEK摩擦)评价在25℃及20％RH下DMSO及水的添加对涂料体系(上文所述)的固化的影响。还应注意，当在所示测试时间打开室门时，湿度上升至33-35％RH。针对基于A部分的重量％的不同DMSO和水量，将结果显示于下表1中。

表1：在20％RH下DMSO和水的影响

对表1的考察显示，与不含DMSO且仅添加水的硅酸锌体系相比，DMSO的添加改进硅酸锌涂料体系在25℃及20％RH下的固化。

根据ASTM D4752评价在5℃及20％RH、以及25℃及10％RH两种情况下DMSO及水的添加对涂料体系(上文所述)的固化的影响。在评价时间打开门之前将室条件暂时改变为25℃及0％RH，以避免在面板上冷凝而将影响结果。还引入较高湿度以确定在低RH下缓慢固化(在所示时间内)的样品稍后是否将在较高湿度下固化。针对基于A部分的重量％的不同DMSO及水量，将结果显示于下表2及3中。

表2：在5℃及20％RH下DMSO和水的影响

表3：在25℃及10％RH下DMSO和水的影响

对表2及3的考察显示，足够量的DMSO改进涂料的固化且与DMSO组合的水量对固化无显著影响。而且，在低RH测试后增加RH之后，涂料通常继续固化。

还进行了本发明的混成有机烷氧基硅烷(聚硅氧烷)及异氰酸酯湿固化组合物的评价。

混成有机烷氧基硅烷(聚硅氧烷)实施例

将Interfine1080(购自International Paint LLC)单包装湿固化丙烯酸聚硅氧烷整饰涂料(finish coat)原样施加达2mil至3mil dft。其他整饰涂料与所添加DMSO一起施加，如以下：涂料分别与基于Interfine1080的4％及10％DMSO一起施加。在20℃及30％RH下使所有面板在试验台上并排固化。针对基于Interfine1080的重量％的不同DMSO量，将结果显示于下文表4中。

表4：在20℃及30％RH下DMSO的影响

＊当硬干时发白，引起低光泽

对表4的考察显示，DMSO加速Interfine1080在这些条件下的固化，其中10％DMSO比4％DMSO更能加快固化。然而，已证明10％DMSO过多，引起光泽丧失。

异氰酸酯湿固化实施例

将基于HDI的聚异氰酸酯高固体透明涂料Tolonate HDT-LV2与0.1％二月桂酸二丁基锡催化剂一起施加达2mil至3mil dft。类似涂料分别与基于Tolonate HDT-LV2的4％及10％DMSO一起施加。在20℃及30％RH下使所有面板在试验台上并排固化。针对基于Tolonate HDT-LV2的重量％的不同DMSO量，将结果显示于下文表5中。

表5：在20℃及30％RH下DMSO的影响

＊注意到当硬干时存在一些光泽降低

对表5的考察显示，DMSO加速湿固化异氰酸酯体在这些条件下的固化，且较高DMSO含量比较低含量更能提高固化速度。然而，过多DMSO可引起光泽丧失。

Claims (12)

1.一种低湿固化的湿固化型涂料组合物，其包含：

a)湿固化粘结剂组份，其包含：

i)湿固化型粘结剂材料，和

ii)至少一种有机溶剂；以及

b)保湿剂组份，其包含缓慢蒸发的挥发性保湿剂；

其中所述保湿剂的存在量足以提高所述涂料在50%或更低的相对湿度下的固化速率，且当在50%或更低的相对湿度下固化时足以提供具有可接受的机械性能和装饰性能的固化涂层。

2.根据权利要求1的涂料组合物，其中所述湿固化型粘结剂材料选自基于烷基硅酸盐的材料；基于混成有机烷氧基硅烷的材料；基于聚异氰酸酯的材料，其经由湿固化产生聚脲；基于聚氯胺酮的材料，其经由湿固化产生游离胺来与环氧化物或异氰酸酯反应；以及异氰酸酯与多元醇的聚氨基甲酸酯组合物，其中异氰酸酯相对于多元醇充分过量，因此需要异氰酸酯的湿固化(产生聚脲)以使涂料适当固化。

3.根据权利要求1或2的涂料组合物，其中所述湿固化型涂料组合物为两部分硅酸锌涂料组合物，其除所述湿固化型粘结剂和保湿剂组份以外进一步包含锌组份；其中所述湿固化型粘结剂材料为烷基硅酸盐水解产物中间物，其中所述水解产物中间物为烷基硅酸盐与至少一种水混溶性醇官能溶剂的反应产物；其中所述有机溶剂为二醇醚或醇溶剂，其中所述二醇醚或醇溶剂为提高所述中间物固化速率的类型且以提高所述中间物固化速率的量存在；且其中所述锌组份选自锌粉末、氧化锌或其混合物。

4.根据权利要求1-3中任一项的涂料组合物，其中所述保湿剂为二甲亚砜(DMSO)。

5.根据权利要求1-4中任一项的涂料组合物，其中所述保湿剂的存在量足以提高所述涂料的固化速率，且足以在30%或更低的相对湿度下提供具有可接受的机械性能和装饰性能的固化涂层。

6.根据权利要求1-5中任一项的涂料组合物，其中所述涂料组合物含有基于所述涂料组合物0重量%至约4重量%的量的水。

7.根据权利要求1-6中任一项的涂料组合物，其中所述保湿剂以基于粘结剂组份和保湿剂组份的组合约1重量%至约8重量%的量存在。

8.一种使湿固化型涂料组合物在低湿度条件下固化的方法，所述方法包括：

a)提供高湿度湿固化型涂料组合物，其能够在足够高的相对湿度下固化，但在50重量%或更低的相对湿度下不能形成具有可接受的机械性能和装饰性能的固化涂层；

b)将缓慢蒸发的挥发性保湿剂添加至所述高湿度湿固化型涂料中，所述保湿剂的量足以提高所述涂料在50%或更低的相对湿度下的固化速率，且当在如此条件下固化时足以提供具有可接受的机械性能和装饰性能的固化涂层；

c)混合含有所述保湿剂的所得组合物，以提供低湿固化涂料组合物；

d)将所述低湿固化涂料组合物涂布于基材上；以及

e)在相对湿度为50%或更低的条件下使基材上的涂料固化。

9.根据权利要求8的方法，其中所述高湿度湿固化型涂料组合物能够在足够高的相对湿度下固化，但在30重量%或更低的相对湿度下不能形成具有可接受的机械性能和装饰性能的固化涂层。

10.根据权利要求8或9的方法，其中所述保湿剂为DMSO。

11.根据权利要求8-10中任一项的方法，其中所述湿固化型涂料组合物为两部分硅酸锌涂料，其包含粘结剂组份A部分和锌组份B部分，其中所述粘结剂组份A部分为所述高湿度涂料组合物，且其中所述方法进一步包括将锌组份B部分添加至步骤c)的所述低湿固化涂料中。

12.根据权利要求11的方法，其中所述保湿剂以基于步骤c)的所述低湿固化涂料组合物约1重量%至约8重量%的量存在。