CN105315822A - 用于弹性墙面和屋顶涂层的红外反射透明涂料组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用作弹性屋顶涂层，具有极佳红外(IR)反射性的组合物，其包含(i)所测量玻璃态化温度(测量Tg)为-100℃到0℃的一或多种弹性共聚物和一或多种中孔填充剂，优选为基本上不含有机基团或残基的中孔填充剂，所述中孔填充剂从中孔二氧化硅、中孔铝硅酸盐以及中孔氧化铝中选出，其中所述组合物的颜料体积浓度(PVC％)为0.1％到15％。这些组合物提供可以覆盖现有的、己经喷漆或涂有颜色的屋顶或墙面衬底的水性或溶剂型透明涂层以保护其漆面或外观。

Description

用于弹性墙面和屋顶涂层的红外反射透明涂料组合物
技术领域
本发明涉及用于屋顶和墙面涂层，具有极佳红外反射特性的涂料组合物，其包含弹性聚合粘合剂和中孔填充剂，以及使用所述组合物的方法和由此制得的涂层。更确切地说，其涉及水性丙烯酸乳液聚合物或聚硅氧烷弹性屋顶涂层，所述组合物的颜料体积浓度(PVC％)为0.1％到15％，或优选为1％到10％，并且涉及由这些涂料组合物制成的经涂布墙面和屋顶衬底。
背景技术
最近，弹性屋顶涂层作为延长多种屋顶寿命的便宜解决方案而已经变得风行，所述屋顶包括由有机材料制成的屋顶，如组合屋顶、改性沥青屋顶和膜、喷雾聚氨酯泡沫屋顶、热塑性聚烯烃膜、三元乙丙橡胶(ethylenepropylenedienerubber，EPDM)屋顶以及铝和金属屋顶以及甚至瓦片屋顶。白色弹性屋顶涂层适用于降低能源成本，因为其反射掉屋顶的热量，尤其在涂布前屋顶颜色通常是黑色或深色的市区。同时，美国以外的市场满足对往往会随时间褪色或变白的深色调和鲜明颜色的需要。
经白色或浅色着色的外部涂层应用于墙面屋顶、路面、结构等以主要通过使用常规白色不透明颜料(如二氧化钛和氧化锌)和彩色不透明颜料(如氧化铁)来增加太阳能反射率而使热量增加最小化。这些白色颜料反射可见光和红外(IR)辐射，其中每一者分别占总太阳能反射率的约45％和50％。然而，白色或彩色不透明涂层一般不用于陡坡叠瓦屋顶，因为不透明颜色不提供与地沥青瓦的错综复杂的粒料设计和放置有关的颜色变化。另外，高IR反射涂层限于白色或浅色。深色调颜色仅在使用特定IR反射颜料时具有相对较高IR反射率。这些IR反射颜料在颜色选择方面受限制，并且无法在不经过涂层中各颜色的干扰反射率而降低IR反射率的情况下掺合以匹配色调。因此，仅极限制范围的面漆可用于IR反射屋顶和墙面涂层。
最近，温(Wen)等人的美国专利公开2013/0089706A1公开包含聚合物和与沉淀二氧化硅和/或氧化铝粘结的二氧化钛(TiO2)初始粒子的分散IR反射群的红外反射涂层。IR反射群为白色颜料；参见[0040]。涂层为来自应用于金属线圈和屋面粒料的白色底漆的着色涂层组合物；然而，各涂层颜色必须单独配制；并且没有深色调组合物。
此处，透明仍为使具有任何颜色或色调的漆面能够在IR波长范围内反射辐射的涂层所需要的。
本发明人已经试图解决提供有效红外(IR)反射屋顶和墙面涂料组合物的问题，所述涂料组合物在任何衬底上任何颜色的涂层中提供极佳红外反射率。
发明内容
1.根据本发明，用于红外反射屋顶和墙面涂层的组合物包含(i)所测量Tg为-100℃到0℃或优选-80℃到-5℃的一或多种弹性聚合物，和(b)0.1wt.％到25wt.％，或优选0.25wt.％到15wt.％，或更优选1wt.％到10wt.％一或多种从中孔二氧化硅、中孔铝硅酸盐以及中孔氧化铝中选出的中孔填充剂，所述中孔填充剂优选基本上不含有机基团或残基，其中所述组合物的颜料体积浓度(PVC％)为0.1％到15％，或优选为0.5％到10％。
2.根据上文1的组合物，其中所述一或多种聚合物是从水性丙烯酸乳液共聚物、聚硅氧烷、其混合物以及其组合中选出的，优选为两段水性丙烯酸乳液共聚物，其具有所测量玻璃态化温度(测量Tg)为0℃到70℃的硬性段和所测量Tg为-60℃到0℃，优选-10℃到-40℃的软性段。
3.根据上文1或2的组合物，其中所述一或多种中孔填充剂是中孔二氧化硅。
4.根据上文3的组合物，其中所述中孔二氧化硅的平均孔径为1nm到100nm，或优选2.5nm到50nm，或更优选3nm到40nm，或甚至更优选10nm到18nm。
6.根据上文1、2、3、4或5的组合物，所述组合物是透明涂层组合物。
7.根据上文1、2、3、4或5的组合物，其进一步包含IR反射颜料，优选为复合无机颜料，如Cr-Fe颜料。
8.在本发明的另一方面中，使用根据上文1到7中的任一者的组合物的方法包含将所述组合物涂覆到喷漆衬底、经涂布衬底、屋面叠瓦或屋面衬底并且使其干燥。
9.在本发明的又一方面中，经涂布屋面或墙面衬底包含通过根据上文8的方法涂布的屋面或墙面衬底。
具体实施方式
除非另外指明，否则所有温度和压力单位是室温和标准压力(1大气压)。
所有包含圆括号的短语表示所包括的括号中的物质和其不存在中的任一者或两者。举例来说，在替代方案中短语“(甲基)丙烯酸酯”包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
如本文中所用，术语“ASTM”是指宾夕法尼亚州西康舍霍肯ASTM国际组织(ASTMInternational，WestConshohocken，PA)的出版物。
如本文中所用，术语“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯以及其混合物，并且本文中所用的术语“(甲基)丙烯酸”是指丙烯酸、甲基丙烯酸以及其混合物。
如本文中所用，术语“颜料体积浓度”或PVC％是指通过下式计算的数量：
PVC(％)＝(颜料体积+增量剂体积+填充剂体积)×100涂层总干燥体积
如本文中所用，术语“聚合物”在替代方案中是指由一或多种不同单体制成的聚合物，如共聚物、三元共聚物、四元共聚物、五元共聚物等，并且可以是无规、嵌段、接枝、序列或梯度聚合物中的任一种。
如本文中所用，术语“中孔填充剂”是指由硅的氧化物、铝的氧化物、铝硅酸盐或其组合组成的多孔氧化物材料，其中填充剂的平均孔径为2nm到100nm，或优选2.5nm到50nm，其使用基于N2吸附/解吸附等温线的N2吸附和BET计算所计算。这些方法公开于文章“多孔固体表征的建议(RecommendationsfortheCharacterizationofPorousSolids)”，J.罗盖奥勒(J.Rouquerol)等人；《纯粹与应用化学》(Pure&Appl.Chem.)，第66卷，第8期；第1739-1758页；1994中。
如本文中所用，术语“固体”或“总固体”是指对于水性组合物，除水和将在环境或户外应用温度和压力条件(“使用条件”)下蒸发的挥发物或VOC以外，本发明的水性组合物的所有部分。
如本文中所用，术语“聚合物固体”是指任何乳液(共)聚合物中的聚合单体、链转移剂以及非挥发性表面活性剂。
如本文中所用，术语“所测量玻璃态化温度”或“测量Tg”是指如通过差示扫描热量测定(DSC)在由特拉华州纽卡斯尔TA仪器(TAInstrument，NewCastle，Delaware)制造的DSCQ2000上以20℃/min的速率从-90℃到150℃扫描测定的材料玻璃态化温度。Tg是热流与温度曲线的拐点或其导数的曲线上的最大值。
如本文中所用，术语“基本上不含有机基团或残基”是指给定材料具有1000ppm或更低，或优选500ppm或更低这些有机基团或残基，如通过如所属领域中已知的FTIR(其中Si-O-C键处于1032cm-1处)或NMR测定。
如本文中所用，除非另外说明，否则用于任何颜料、增量剂或填充剂的术语“重量平均粒度”是指通过光散射，使用BI-90粒度分析器(纽约豪斯维尔布鲁克海文仪器公司(BrookhavenInstrumentsCorp.Holtsville，NY))并且取粒度分布的重量平均数所测量的粒度。
如本文中所用，术语“重量平均分子量”或“MW”是指如针对在KOH中水解的共聚物的聚丙烯酸(PAA)标准，通过水性凝胶渗透色谱法(GPC)所测量的聚合物的重量平均分子量。
如本文中所用，短语“wt.％”表示重量百分比。
本发明的组合物能够提供透明涂层膜，其能够反射红外辐射并且降低仍明显透明的经涂布表面的温度，进而显露颜色，遮蔽透明涂层下方的叠瓦或其它屋面、墙面或路面衬底的表面轮廓。本发明的涂料组合物形成具有相对较高IR反射率的膜，并且普遍适用于任何着色屋顶或衬底。此外，本发明在不重新形成将以其它方式并入IR反射彩色颜料的各个别彩色涂层的情况下实现高IR反射率水平。
本发明的组合物实现具有如通过ASTMC1549(2002)所测量的范围在25％或更高，或优选40％或更高，或更优选50％或更高的IR反射率水平的涂层。
本发明的中孔填充剂是二氧化硅、氧化铝或铝硅酸盐。这些中孔填充剂可以通过如所属领域中已知的溶胶-凝胶聚合制得。举例来说，中孔填充剂在水包油乳液中通过以下制得：使结构导向剂(如两亲非离子嵌段共聚物)溶解于酸性(约pH＜3，优选≤2，或更优选≤1)水溶液中，添加聚合物膨胀剂(如三烷基苯)，加热混合物，在剪切力下添加氧化物前驱体并且在20℃到80℃(例如35℃到60℃)的温度下加热并老化12到72小时以形成凝胶，并且任选地在有或无孔成形剂情况下加热到较高温度(例如，35℃到140℃，或优选60℃到110℃)持续除总老化时间(12到72小时)外的11到36小时以形成凝胶，并且然后过滤并在水和乙醇中洗涤沉淀物，之后任选地煅烧产物。这些方法详细公开于斯塔基(Stucky)的美国专利第6,592,764B1号与美国公开第2009/0047329号中。
适合的氧化物前驱体可以包括例如金属醇盐，例如硅醇盐，如原硅酸四乙酯(TEOS)、原硅酸四甲酯(TMOS)和铝醇盐，如异丙醇铝；硅酸盐或铝酸盐，如硅酸钠、硅酸铵以及铝酸钠；以及硅或金属卤化物，例如氯化硅(SiCl4)。优选的是，氧化物前驱体是无机的，并且包括硅酸盐和/或铝酸盐，如铝酸钠。当中孔填充剂包括氧化物组合时，氧化物前驱体的比率可以不同以在最终产物中提供所需氧化物比。
氧化物前驱体的适合量可以在按总反应介质(包括水和溶剂)的总重量计约1wt.％到25wt.％范围内。总(一或多种)氧化物前驱体与总(一或多种)结构导向剂的重量比在4∶5到20∶1，或优选1∶1到5∶1范围内。
根据最终产物的所需几何，用于本发明的溶胶-凝胶中孔填充剂产生的适合的结构导向剂可以由多种聚合物、嵌段共聚物、自组装聚合物、纳米粒子、生物活性剂等中选出。在一个实施例中，结构导向剂是两亲聚氧化烯和自组装嵌段共聚物，如PluronicsTMP123TM9a三嵌段PEO-PPO-PEO聚合物(5800Da)或FI27TM(德国勒沃库森巴斯夫(BASF，Leverkusen，DE))。
结构导向剂的适合量在按总反应介质(包括水和溶剂)的总重量计约0.5wt.％到10wt.％范围内。
适合的聚合物膨胀剂是容易溶解结构导向剂并且在水中形成乳液的任何物质，例如三甲基苯。
充当催化剂的适合酸可以是无机酸，如HCl或磷酸，或羧酸，如甲酸或乙酸，或苹果酸。
任选地，可以使用孔成形剂。适合的孔成形剂是氟化盐，例如氟化钠、氟化钾、氟化铵或氟化四烷基铵。孔成形剂的适合量在按总反应介质(包括水和溶剂)的总重量计约0.1wt.％到2wt.％范围内。
制造本发明的中孔填充剂的方法产生基本上不含有机基团或残基(如甲基或烷基或烃结果)的中孔二氧化硅和/或氧化铝。本发明的中孔填充剂基本上不含有机基团或残基可以通过使用如NMR或FTIR的技术以熟悉所属领域的技术人员容易知道的方式观察到。
当本发明的氧化物前驱体是自身有机的(例如，原硅酸四乙酯)时，基本上不含有机基团或残基的中孔填充剂将在pH≤2下形成中孔填充剂或其组合时产生。
本发明的涂料组合物具有较低PVC％以确保其在使用中保持柔性。中孔填充剂可以按组合物的总固体计0.5wt.％到25wt.％，或优选1wt.％到10wt.％的量存在于本发明的组合物中。较高填充剂负载在包含更软和更柔性更低玻璃态化温度聚合物的组合物中是可能的。
优选的是，本发明的组合物是透明涂层组合物，其中弹性聚合物和中孔填充剂在空气中具有类似折射率，折射率差小于0.3，优选小于0.2，或更优选小于0.15。
用作透明涂层的涂层或涂料组合物中的格外高透明度在本发明中是不必要的，因为一些浑浊度是可接受的。在乳液共聚物组合物的情况下，浑浊度在湿聚合物中是常见的；然而，只由本发明的中孔填充剂配制的乳液共聚物一般干燥透明。
在除了中孔二氧化硅和/或氧化铝与IR反射彩色颜料组合的透明涂层之外的组合物中，本发明能够提供用于具有高(＞25％，或优选＞40％)IR反射率的深色着色或深色色调涂层的组合物。
适合的IR反射颜料包括例如含两种或更多种金属氧化物的复合无机颜料，如Cr-Fe颜料。适合IR反射彩色颜料的实例包括例如来自菲柔(Ferro)(俄亥俄州克利夫兰(Cleveland，OH))的CoolColorTM或EclipseTMIR反射颜料或菲柔绿24-10204(FerroGreen24-10204)(俄亥俄州克利夫兰菲柔)或在空气中具有1.7或更大折射率、在0.7到2.5微米红外波长区反射光的任何颜料或着色剂。
适用作本发明的弹性聚合物的丙烯酸乳液共聚物在所属领域中是众所周知的。这些乳液共聚物包含一或多种软性乙烯基或丙烯酸单体(如丙烯酸丁酯、丙烯酸乙基己酯或甲基丙烯酸月桂酯)与按用于制造乳液共聚物的所有单体的重量计0.1wt.％到5wt.％至少一种加成可聚合羧酸单体(如甲基丙烯酸)和按需要与较硬乙烯基或丙烯酸单体(如苯乙烯、丙烯腈以及甲基丙烯酸甲酯)的乳液共聚产物。如所属领域中已知，选择单体混合物以得到所需计算Tg。
优选的是，为了改进包含其的涂层的耐候性，本发明的乳液共聚物包含不含苯乙烯或乙烯基芳香族单体的单体混合物的共聚产物。
用于软性单体组合物的适合乙烯基或丙烯酸单体(a)可以包括例如丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙基己酯(EHA)、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸癸酯(n-DMA)、甲基丙烯酸异癸酯(IDMA)、甲基丙烯酸月桂酯(LMA)、甲基丙烯酸十五烷基酯、甲基丙烯酸硬脂酯(SMA)、丙烯酸辛酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸月桂酯(LA)、甲基丙烯酸(C12到C18)烷基酯、丙烯酸环己酯以及甲基丙烯酸环己酯。
为了改进水性系统中的稳定性，本发明的弹性乳液聚合物包括酸官能团。适合的烯系不饱和酸官能单体包括于软性单体组合物的馈料中，并且可以包括加成可聚合羧酸、其盐、其酐以及含磷或含硫酸官能单体。适合酸单体的实例可以包括例如顺丁烯二酸或酐、(甲基)丙烯酸磷酸烷基酯、(甲基)丙烯酰胺基丙烷磺酸酯，并且优选的是甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酸(AA)以及衣康酸。
优选的是，为了防止耐候性或户外耐久性问题，乙烯基芳香族单体的量的范围应该为按用于形成各乳液共聚物的单体的总重量计19.5wt.％或更低，或优选10wt.％或更低，或更优选5wt.％或更低。
优选的是，为了增加由本发明的水性弹性聚合物组合物制成的机械特性，乳液共聚物包含按用于形成各乳液共聚物的单体的总重量计量为11wt.％或更低，或优选8wt.％或更低的(甲基)丙烯腈的共聚合产物。
可以在软性乙烯基或丙烯酸单体组合物中包括助粘剂单体，如可水解硅烷官能性(甲基)丙烯酸酯，如(甲基)丙烯酰基氧基丙基三烷氧基硅烷，和脲基(甲基)丙烯酸酯。这些助粘剂单体的适合量可以在按用于形成乳液共聚物的单体的总重量计0到5wt.％，或优选0.1wt.％到4wt.％范围内。
弹性丙烯酸乳液共聚物可以通过所属领域中熟知的乳液聚合技术，例如通过在起始剂和一或多种表面活性剂存在下水溶液聚合来聚合。
适用于本发明的弹性丙烯酸乳液共聚物容易通过由疏水性单体(其大部分但并非所有都为适用于本发明中的软性丙烯酸单体(a))制造乳液共聚物的方法如所属领域中已知形成。举例来说，劳(Lau)的美国专利第5,521,266号公开适用于形成由一或多种疏水性单体制成的乳液共聚物的适合聚合方法。举例来说，疏水性单体可以通过与具有疏水性腔的大分子有机化合物混合形成复合混合物并且将复合混合物连同任何其它单体一起馈入反应器中而与所述大分子有机化合物复合。或者，具有疏水性腔的大分子有机化合物可以在馈入单体混合物之前、期间或之后添加到反应器中。具有疏水性腔的适合大分子有机化合物可以包括例如环糊精和环糊精衍生物；具有疏水性腔的环状寡聚糖，如环菊粉己糖、环菊粉庚糖以及环菊粉辛糖；杯芳烃；以及穴状配体。软性丙烯酸单体与具有疏水性腔的大分子有机化合物的比可以在1∶5到5000∶1，优选1∶1到1000∶1范围内。
为了改进耐气泡性和粘着性，适用于本发明的适合弹性乳液共聚物的重量平均分子量为10,000到750,000，优选50,000到500,000。这些乳液共聚物可以通过常规方法制得，如在聚合中包括多种链转移剂。这些包括例如烷基硫醇、卤素化合物以及其它熟知试剂。如正十二烷基硫醇的链转移剂可以按用于形成乳液共聚物的总单体的重量计范围为0.1wt.％到2.0wt.％，或优选0.2wt.％到1.0wt.％，或更优选0.25wt.％到0.8wt.％的量使用。优选的是，链转移剂为疏水性的，如正十二烷基硫醇(n-DDM或DDM)或任何C4到C18硫醇。
适用作弹性聚合物的适合乳液共聚物可以通过在一或多个阶段中逐步水性乳液加成聚合制得，如在所属领域中为常规的。单段和多段乳液共聚物同样适用于制造IR反射涂层和膜。优选的是，出于降低由透明涂层组合物或PVC％为20％或更低的任何其它组合物制成的涂层的粘性的目的，本发明的弹性聚合物包含两段水性丙烯酸乳液共聚物，其具有所测量玻璃态化温度(测量Tg)为0℃到70℃的硬性段和所测量Tg为-60℃到0℃，优选-10℃到-40℃的软性段。
对于多段或两段水性丙烯酸乳液共聚物，如果各对应的聚合物段的所测量Tg的加权平均值在本发明范围内，那么总所测量Tg在本发明弹性聚合物(-100℃到0℃)范围内，因此，例如包含50wt.％所测量Tg为-80℃的一段和50wt.％所测量Tg为20℃的一段的两段聚合物将报告为总所测量Tg为-30℃。
适用作本发明中的弹性聚合物的适合硅氧烷聚合物在所属领域中是众所周知的，并且包括聚硅氧烷，如聚二甲基硅氧烷，和其与可水解硅烷官能性丙烯酸单体的共聚产物，所述丙烯酸单体也可以聚合成丙烯酸乳液共聚物以形成杂化聚合物。硅氧烷聚合物一般在有机溶剂(如乙二醇烷基醚)中配制成溶剂型涂层。使用表面活性剂(如非离子表面活性剂)，杂化聚合物一般可以配制成乳液共聚物。
适用于本发明的硅氧烷聚合物的适合实例是GeniosilTMWP-1或WP-2(德国慕尼黑瓦克化学股份公司(WackerChemieAG，München，DE))。
为了更好实现弹性聚合物有效排出到中孔填充剂和IR反射颜料上，本发明的组合物优选包含一或多种分散剂，例如亲水性分散剂，如聚MAA或多元酸盐，例如碱金属盐，例如聚MAA、其Na盐。可以使用在使用中可以稳定颜料和/或填充剂并且湿润衬底表面的任何分散剂。适合分散剂包括疏水性与亲水性分散剂，并且优选为亲水性分散剂。
亲水性分散剂含有按用于形成共聚物的单体的总重量计小于30wt.％，优选20wt.％或更低的除亲水性单体(如(甲基)丙烯酸烷基酯、二烯或烯烃)之外的单体的聚合产物。更优选亲水性表面活性剂的重量平均分子量为5,000或更高，优选8,500或更高。疏水性分散剂包括乳液共聚物分散剂或嵌段共聚物分散剂，其包含按共聚合单体的总重量计大于20wt.％的聚合物的任何嵌段，所述聚合物的嵌段在使用中在分散剂嵌段的重量平均分子量下将不形成水溶性均聚物(简单混合后在室温下≥50g/L溶解)。因此，如果嵌段共聚物中的单体嵌段在分散剂中的重量平均分子量为1,000，那么为了确定分散剂是否是疏水性的，将评估用于在分散剂中形成嵌段的同一单体的重量平均分子量为1,000的均聚物来看其是否是水溶性的。
适合的亲水性分散剂可以包括例如共聚物分散剂，如TamolTM851(Na聚(MAA))或1124(聚(AA共-丙烯酸羟丙酯))分散剂(密歇根州米德兰陶氏化学(DowChemical，Midland，Mich.))、或RhodolineTM286N分散剂(新泽西州坎特伯雷罗地亚(Rhodia，Cranberry，N.J.))、DisponilTMFes-77，购自(俄亥俄州辛辛那提科宁(Cognis，Cincinnati，Ohio))的脂肪醇聚二醇醚硫酸酯，多元酸盐，如三聚磷酸钾(KTPP)、聚羧酸盐、共聚物酸盐、碱可溶树脂盐、甲基丙烯酸磷酸乙酯(PEM)聚合物和共聚物分散剂、含单磷或寡聚磷或含硫酸盐，其可以是有机或无机的，例如KTPP或磺酸盐。为了避免过度水敏感性和可能的粘着性耗损，任何分散剂应该以按组合物中总聚合物固体计2wt.％或更低的量使用。
本发明的组合物可以另外包含增稠剂，如羟乙基纤维素(HEC)或其改性形式；UV吸收剂；表面活性剂；聚结剂；润湿剂；增稠剂；流变改性剂；干燥迟延剂；塑化剂；杀生物剂；防霉剂；消泡剂；着色剂；以及蜡中的一或多者。
为了确保增强的耐候性，本发明的组合物可以优选地包括一或多种UV吸收剂或光稳定剂，如二苯甲酮(BZP)或丁基化羟基甲苯(BHT)或受阻胺，总量为按组合物的总固体计0wt.％到1wt.％，优选0.05wt.％或更高或最多0.5wt.％。
优选的是，在由包含一或多种可水解硅烷或烷氧基硅烷的组合物制成的涂层中观察到改进的粘着性，所述可水解硅烷或烷氧基硅烷优选具有两个或三个可水解基团。环氧硅烷、氨基硅烷、乙烯基烷氧基硅烷的适合量相同。可以使用环氧硅烷与氨基硅烷的组合。
适合的氨基硅烷可以包含氨基-烷基官能团，并且是可水解的，具有例如一或多个烷氧基或芳基(烷基)氧基官能团优选的是，氨基硅烷具有两个或更多个氨基官能团，和两个或更优选三个可水解基团，即三烷氧基。
适合氨基硅烷的实例包括MomentiveTMSilquestTMA-1120(纽约奥尔巴尼迈图性能材料(MomentivePerformanceMaterials，Albany，NY))或道-康宁Z-6020(Dow-CorningZ-6020)(密歇根州米德兰道康宁(DowCorning，Midland，MI))，其中每一者为氨基乙基氨基丙基三甲氧基硅烷。其它适合的硅烷包括例如道康宁Z-6040，其为缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷；和SilquestWetlinkTM78，(纽约奥尔巴尼迈图性能材料)，缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷。
硅烷可以按乳液共聚物固体的总重量计范围为0.2wt.％或更高，或最高2.0wt.％，优选0.5wt.％或更高，或优选1.5wt.％或更低，或更优选0.7wt.％或更高的量使用。
本发明的水性组合物可以通过在高速分散设备(如考雷司分散器(Cowlesdisperser))或用于嵌缝胶和密封剂的西格马研磨机(Sigmamill)中混合弹性粘合剂与常规组分来制备。
为了用硅烷配制本发明的水性组合物，所述硅烷可以伴随搅拌(如顶部搅拌)添加，优选在添加颜料或填充剂之前添加。
本发明的水性涂料组合物的固体含量可以范围为按组合物的总重量计40wt.％或更高并且最多80wt.％，优选50wt.％到70wt.％。
在另一方面中，本发明提供使用本发明的组合物的方法，其包含将本发明的涂料组合物涂覆到衬底，之后例如在环境温度和湿度下或在高温和环境湿度下干燥。干燥可以包含例如环境干燥。
本发明的组合物可以在任何耐候衬底上使用，如屋顶或墙面，其中适合的衬底为地沥青涂层、屋面油毡、合成聚合物膜；改性沥青膜；泡沫聚氨酯，如喷雾聚氨酯泡沫；金属，如铝；预先喷漆、涂底漆、底涂布、磨损或风化衬底，如金属屋顶、风化热塑性聚烯烃(TPO)、风化聚(氯乙烯)(PVC)、风化硅酮橡胶以及风化EPDM橡胶。次优选的屋面衬底可以包括胶结性衬底和预先喷漆的胶结性衬底。
组合物优选用作顶涂层或顶涂层维持涂层，尤其如果用UV吸收剂或光稳定剂配制，或可用作双涂层系统(例如具有顶涂层或砂胶)中的底涂层或维持底涂层。
实例：以下实例说明本发明的优势。除非另外指明，否则所有温度条件为室温(22℃-24℃)并且所有压力单位为1大气压。
测试方法：实例中使用以下测试方法。
清晰度：用主观1-10量表，通过目视检测涂层膜来测量给定涂层的透明度。可接受的清晰度等级是8或更高，或优选9到10(窗玻璃透明)。混浊度：用主观1-10量表(10＝最佳)视觉检测涂层的混浊度。8或更高是可接受的。
IR反射率：根据ASTMC1549(2002)测量，这是在0.7到2.5微米波长区中从给定涂层或膜反射的入射光，如通过根据制造商的说明书校准的太阳能反射计(型号SSR-ER，德克萨斯州达拉斯设备与服务公司(DevicesandServicesCo.，Dallas，TX))测量。IR辐射是可见光波长区与太阳能反射率的百分率。所测量范围为0到1.0，其中完全反射率是1.0并且可接受读数为0.25或更高。当给定材料在基底膜(如聚酯膜)上涂布时，在涂层涂覆之前单独测量基底膜的IR反射率，并且所测量反射率减去针对经涂布基底膜所测量的值。
太阳能反射率：根据ASTMC1549(2002)测量，这是在0.30到2.5微米波长范围(包括一些IR辐射、一些紫外线(UV)辐射)内由给定衬底或膜反射的入射太阳能的百分率。其通过根据制造商的说明书校准的太阳能反射计(型号SSR-ER，德克萨斯州达拉斯设备与服务公司)测量。所测量范围为0到1.0，其中完全反射率是1.0并且可接受读数为高于0.25。当给定材料在基底膜(如聚酯膜)上涂布时，在涂层涂覆之前单独测量基底膜的太阳能反射率，并且所测量反射率减去针对经涂布基底膜所测量的值。
在以下实例中，使用以下化学缩写：BA：丙烯酸丁酯；BZP：二苯甲酮；MMA：甲基丙烯酸甲酯；AA：丙烯酸；MAA：甲基丙烯酸；EHA：丙烯酸乙基己酯；IA：衣康酸；UMA：甲基丙烯酸乙烯脲基乙酯；n-DDM：正十二烷基硫醇。
在下表1和表2中的IR反射率实例以及下表3中的太阳能反射率实例中，使用加德纳布洛克多空隙方形涂覆器(GardnerBlockMultipleClearancesquareapplicator)(佛罗里达州庞帕诺比奇保罗N.加德纳有限公司(PaulN.GardnerCompanyInc.，PompanoBeach，FL))，将指示涂布材料的涂层膜浇铸在透明MylarTM聚酯(特拉华州威明顿杜邦(DuPont，Wilmington，DE))膜上并且干燥，得到具有625微米到700微米(25密耳到28密耳)指示膜厚度的涂层。
用于以下实例1到实例4的弹性聚合物是两段水性丙烯酸乳液共聚物(丙烯酸乳液共聚物1)，按用于形成共聚物的单体的总重量计，所述共聚物的固体含量为55wt.％，并且软性段为85wt.％并且硬性段为15wt.％，总共聚合酸单体含量为2.36wt.％，并且总测量Tg为-35℃。
用于以下实例的中孔二氧化硅的平均孔径为13nm到14nm，并且基本上不含有机基团。
表1：丙烯酸膜的IR反射率值
(膜厚度是625微米到700微米(25密耳到28密耳))
*-比较实例
如上表1中所展示，本发明的中孔二氧化硅提供IR反射率极大增强的涂料组合物。
表2：负载10wt.％丙烯酸乳液共聚物(90wt.％丙烯酸乳液共聚物1)的各种材料的IR
反射率
1.氧化锌(德国埃森赢创工业股份公司(EvonikIndustriesAG，EssenDE)制造；给定粒度：100-170nm)；2.陶瓷(碱金属铝硅酸盐)微球体(明尼苏达州圣保罗泽兰工业3M(ZeelanIndustries，3M，St.Paul，MN)制造。粒度＝15-25微米；3.疏水性处理非晶形二氧化硅(马萨诸塞州比勒利卡卡巴特公司(CabotCorporation，Billerica，MA))；4.聚合珠粒(CAS号25214-39-5)填充异丁烯气体(瑞典松兹瓦尔阿克苏诺贝尔(AkzoNobel，Sundsvall，Sweden))；5.热解聚硅氧烷表面改性二氧化硅制造。粒度＝9微米(赢创)；6.熔融玻璃制造。粒度＝16-20微米(宾夕法尼亚州马尔文波特氏工业(PottersIndustries，Malvern，PA))；*-比较实例。
如上表1和表2中所展示，本发明的中孔填充剂在较低与较高负载下提供极佳IR反射率。另外，本发明的中孔填充剂实现涂层中的可接受清晰度，因此使用者可以保持透明涂布衬底的颜色或外观。相比而言，为中孔的实例3A二氧化硅含有有机材料，提供与本发明相比低接近20％的IR反射率和较差的涂层清晰度。
表3：太阳能反射率与MPS含量和膜厚度
如上表3中所展示，本发明的中孔二氧化硅填充剂在较低负载下和相当薄的膜中提供大于30％(0.3)太阳能反射率。甚至在较低负载下在较厚膜的情况下，本发明的中孔填充剂提供高于50％的极佳太阳能反射率。

Claims (10)

1.一种适用于红外反射墙面或屋顶涂层的组合物，其包含(i)所测量玻璃态化温度(测量Tg)为-100℃到0℃的一或多种弹性聚合物，和(b)0.1wt.％到25wt.％一或多种从中孔二氧化硅、中孔铝硅酸盐以及中孔氧化铝中选出的中孔填充剂，其中所述组合物的颜料体积浓度(PVC％)为0.1％到15％。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述一或多种聚合物是从水性丙烯酸乳液共聚物、聚硅氧烷、其混合物以及其组合中选出的。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述弹性聚合物的测量Tg为-80℃到-5℃。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述一或多种中孔填充剂是中孔二氧化硅。
5.根据权利要求4所述的组合物，其中所述中孔二氧化硅的平均孔径为1nm到100nm。
6.根据权利要求5所述的组合物，其中所述中孔二氧化硅的平均孔径为2.5nm到50nm。
7.根据权利要求1所述的组合物，其中所述中孔填充剂基本上不含有机基团或残基。
8.根据权利要求1所述的组合物，所述组合物是透明涂层组合物。
9.根据权利要求1所述的组合物，其进一步包含IR反射颜料。
10.一种使用根据权利要求1所述的组合物的方法，其包含将所述组合物涂覆到喷漆衬底、经涂布衬底、屋面叠瓦或屋面衬底上并且使其干燥。
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