CN105602305B - Uv可固化的亲水性涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明的名称为UV可固化的亲水性涂料。公开了UV固化亲水性涂料组合物和制备和使用所述组合物的方法。所述组合物包括约40wt.％至约95wt.％的乙烯醚化合物、环氧化合物、具有乙烯醚和环氧官能团的化合物，或其任何组合；约0.1wt.％至约40wt.％的至少一种极性稀释剂；约40wt.％或更少的至少一种非极性稀释剂；和约0.5wt.％至约12wt.％的至少一种光引发剂。

Description

UV可固化的亲水性涂料
背景
通常通过接触角(CA)测量固体表面的湿润性。在平表面上液体的接触角是在固体/液体/气体界面的三种不同类型的表面张力的结果，并且通过杨氏方程测量。固体表面的亲水性指小于90°的接触角，而疏水性指大于90°的接触角。如果接触角小于10°，表面通常指定为亲水性的，前提是表面不在水中反应或溶解。
漆和涂料，尽管保护衬底避免外部环境，但是它们本身变脏。通过增加光散射或通过改性涂料的颜色，污垢使涂料灰暗。污垢也影响涂料的耐久性。亲水性表面使水在淡污水池(thin pool)中展开，随着水搅浑或稀薄和流出，污垢从表面清除。该类型的“自清洁”特性有利于外部漆，因为其保持涂料干净，而不需要大量清洁。
发明内容
本公开提供了具有亲水性质的UV可固化的漆和涂料。在一种实施方式中，亲水性涂料组合物包括约40wt.％至约95wt.％的乙烯醚化合物、环氧化合物、具有乙烯醚和环氧官能团的化合物，或其任何组合；约0.1wt.％至约40wt.％的至少一种极性稀释剂；约40wt.％或更少的至少一种非极性稀释剂；和约0.5wt.％至约12wt.％的至少一种光引发剂，和其中涂料配置为在固化之后具有覆盖约1％至约10％的涂布表面的极性基团。
在另外的实施方式中，将表面改性成亲水性表面的方法涉及将涂料组合物施加至表面，以形成涂布表面，其中涂料组合物包括约40wt.％至约95wt.％的乙烯醚化合物、环氧化合物、具有乙烯醚和环氧官能团的化合物，或其任何组合。涂料可进一步包括约0.1wt.％至约40wt.％的至少一种极性稀释剂、约40wt.％或更少的至少一种非极性稀释剂和约0.5wt.％至约12wt.％的至少一种光引发剂。方法可进一步包括将涂布表面暴露于UV光，以使涂料固化，其中固化涂料具有覆盖约1％至约10％的涂布表面的极性基团，和其中固化涂料具有小于20°的水接触角。
在进一步实施方式中，涂布制品包括衬底和布置在衬底的至少一个表面上的涂料，其中涂料包括约40wt.％至约95wt.％的乙烯醚化合物、环氧化合物、具有乙烯醚和环氧官能团的化合物，或其任何组合。涂料组合物可进一步包括约0.1wt.％至约40wt.％的至少一种极性稀释剂、约40wt.％或更少的至少一种非极性稀释剂，和约0.5wt.％至约12wt.％的至少一种光引发剂。在一些实施方式中，极性基团可覆盖约1％至约10％的涂布表面。
附图简述
图1描绘了根据实施方式阳离子光引发剂依赖性聚合的示意图。
发明详述
本公开不限于描述的具体系统、设备和方法，因为这些可以改变。在本说明书中使用的术语是仅仅为了描述具体形式或实施方式的目的，并且不旨在限制范围。
本公开提供了具有亲水性质的UV可固化的漆和涂料。在一些实施方式中，亲水性涂料组合物包括约40wt.％至约95wt.％的乙烯醚化合物、环氧化合物、具有乙烯醚和环氧官能团的化合物，或其任何组合；约0.1wt.％至约40wt.％的至少一种极性稀释剂；约40wt.％或更少的至少一种非极性稀释剂；和约0.5wt.％至约12wt.％的至少一种光引发剂。
在一些实施方式中，乙烯醚化合物可以是乙烯醚单体、低聚乙烯醚，和其任意组合。在一些实施方式中，乙烯醚化合物可以是高分子量化合物，分子量为约400克/mol至约50,000克/mol。这些高分子量化合物可以是半固体、固体或非常粘的。这样的乙烯醚化合物的非限制性例子包括聚醚乙烯醚、聚丙烯酸酯乙烯醚、聚酯乙烯醚、聚碳酸酯乙烯醚、聚丁二烯乙烯醚、聚异丁烯乙烯醚、聚异丙烯乙烯醚、聚氨基甲酸酯乙烯醚、聚酰亚胺乙烯醚、聚酰胺乙烯醚、聚磷腈乙烯醚、硅氧烷乙烯醚，和其任意组合。
在一些实施方式中，任何阳离子活性乙烯醚化合物也可用于涂料组合物。可使用的乙烯醚化合物的例子包括但不限于三(乙二醇)二乙烯醚、缩水甘油基乙烯醚(GVE)、丁二醇乙烯醚、二(乙二醇)二乙烯醚、1,4-环己烷二甲醇二乙烯醚、4-(1-丙烯氧基甲基)-1,3-二氧环戊-2-酮、2-氯乙基乙烯醚、2-乙基己基乙烯醚、乙基乙烯醚、正丙基乙烯醚、异丙基乙烯醚、正丁基乙烯醚、异丁基乙烯醚、十八基乙烯醚、环己基乙烯醚、丁烷二醇二乙烯醚、羟丁基乙烯醚、环己烷二甲醇单乙烯醚、叔丁基乙烯醚、叔戊基乙烯醚、十二烷基乙烯醚、乙二醇二乙烯醚、乙二醇单乙烯醚、己烷二醇二乙烯醚、己烷二醇单乙烯醚、二甘醇单乙烯醚、三甘醇甲基乙烯醚、四甘醇二乙烯醚、三羟甲基丙烷三乙烯醚、氨基丙基乙烯醚、聚四氢呋喃二乙烯醚、pluriol-E200二乙烯醚(PEG200-DVE)、乙二醇丁基乙烯醚、2-二乙基氨基乙基乙烯醚、二丙二醇二乙烯醚、十八基乙烯醚、乙烯醚封端的芳族酯单体、乙烯醚封端的脂肪族酯单体、乙烯醚封端的脂肪族氨基甲酸乙酯低聚物、乙烯醚封端的芳族氨基甲酸乙酯低聚物，和其任意组合。
可使用的适当的烯醚单体是乙基乙烯醚、丙基乙烯醚、异丁基乙烯醚、十八基乙烯醚、羟丁基乙烯醚、十二烷基乙烯醚、环己基乙烯醚、2-乙基己基乙烯醚、丁基乙烯醚、乙二醇单乙烯醚、二乙二醇二乙烯醚、丁烷二醇单乙烯醚、丁二醇二乙烯醚、己烷二醇二乙烯醚、乙二醇丁基乙烯醚、三甘醇甲基乙烯醚、环己烷二甲醇单乙烯醚、环己烷二甲醇二乙烯醚、2-乙基己基乙烯醚，和任何其组合。
本文公开的乙烯醚化合物可以涂料组合物约40wt.％至约95wt.％、约40wt.％至约75wt.％、约40wt.％至约65wt.％，或约40wt.％至约55wt.％存在于涂料组合物中。具体的例子包括约40wt.％、约50wt.％、约60wt.％、约70wt.％、约80wt.％、约90wt.％、约95wt.％，和这些值的任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
在一些实施方式中，环氧化合物可以是环氧化物单体、低聚环氧化物、环氧树脂、环氧材料，或其任何组合。在一些实施方式中，环氧化合物可以是高分子量化合物，分子量为约400克/mol至约50,000克/mol。环氧化合物的非限制性例子包括4-环氧环己基-甲基-3’,4’-环氧环己烷羧酸酯、新戊基乙二醇二(4-甲基-3,4-环氧基-环己烷羧酸酯)、4-苄氧基甲基环己烷氧化物、双酚A二环氧甘油醚、3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烯羧酸酯、3,4-环氧基-6-甲基环己基-甲基-3,4-环氧基-6-甲基-环己烯羧酸酯、双(3,4-环氧基-6-甲基环己基-甲基)己二酸、双(2,3-环氧环戊基)醚、1,4-丁二醇二环氧甘油醚、间苯二酚二环氧甘油醚、双(3,4-环氧环己基)己二酸、2-(3,4-环氧环己基-5,5-螺-3,4-环氧基)环己烷-间-二噁烷、1,2-环氧基-3-苯氧丙烷、环氧化的1,2,3-三(1-丙烯氧基)丙烷、环氧化的聚丁二烯、苄基3,4-环氧环己基甲醚、3,4-环氧环己基甲醛二苄基缩醛，和其任意组合。
容易获得的环氧材料可用于涂料组合物。这样的环氧材料包括十八烯氧化物；表氯醇；苯乙烯氧化物；乙烯基环己烯氧化物；缩水甘油，缩水甘油基甲基丙烯酸酯；双酚A二环氧甘油醚；3,4-环氧环己基-甲基-3,4-环氧环己烯羧酸酯；3,4-环氧基-6-甲基环己基甲基-3,4-环氧基-6-甲基-环己烯羧酸酯；双(3,4-环氧基-6-甲基环己基甲基)己二酸；双(2,3-环氧环戊基)醚；由聚丙二醇改性的脂肪族环氧化物；二戊烯二氧化物；环氧化的聚丁二烯；包含环氧基官能度的硅氧烷树脂；卤化的环氧树脂；苯酚甲醛酚醛清漆的1,4-丁二醇二环氧甘油醚；间苯二环氧甘油基二酚；双(3,4-环氧环己基)己二酸；2-(3,4-环氧环己基-5,5-螺-3,4-环氧基)环己烷-间-二噁烷；乙烯基环己烯一氧化物；1,2-环氧十六烷；烷基缩水甘油基醚，比如烷基C8-C10缩水甘油基醚、烷基C12-C14缩水甘油基醚、丁基缩水甘油基醚、甲苯基缩水甘油基醚、对叔丁基苯基缩水甘油基醚、多官能缩水甘油基醚、新戊二醇二环氧甘油醚、环己烷二甲醇二环氧甘油醚、三羟甲基乙烷三缩水甘油基醚、三甲醇丙烷三缩水甘油基醚、脂肪族多元醇的聚缩水甘油基醚；聚乙二醇二环氧化物；双酚F环氧化物；9,9-双[4-(2,3-环氧丙氧基)-苯基]芴酮和其任意组合。
该涂料组合物也考虑各种环氧材料的混合物。这样的混合物包括具有两个或更多个重均分子量分布的环氧树脂。它们可包括低分子量(小于200)、中分子量(约200至10,000)和高分子量(大于约10,000)的环氧树脂。可选地或另外，环氧材料可包含具有不同化学性质比如脂肪族和芳族，或具有不同官能度比如极性和非极性的环氧基化合物的混合物。如果需要，可另外结合其他阳离子可聚合的聚合物。
本文公开的环氧化合物可以涂料组合物的约40wt.％至约95wt.％、约40wt.％至约75wt.％、约40wt.％至约65wt.％，或约40wt.％至约55wt.％存在于涂料组合物中。具体的例子包括约40wt.％、约50wt.％、约60wt.％、约70wt.％、约80wt.％、约90wt.％、约95wt.％，和这些值的任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
在一些实施方式中，可用于涂料组合物的具有乙烯醚和环氧官能团二者的化合物包括但不限于2-甲基乙烯基3’,4’-环氧环己基甲醚、2-甲基乙烯基3’,4’-环氧基-6’-甲基环己基甲醚、2-甲基乙烯基3’-甲基-3’,4’-环氧环己基-二甲基甲醚、2-甲基乙烯基5’,6’-环氧基-2’-降冰片基甲醚，和其任意组合。
涂料组合物本文公开的具有乙烯醚和环氧官能团的化合物可以约40wt.％至约95wt.％、约40wt.％至约75wt.％、约40wt.％至约65wt.％，或约40wt.％至约55wt.％存在于涂料组合物中。具体的例子包括约40wt.％、约50wt.％、约60wt.％、约70wt.％、约80wt.％、约90wt.％、约95wt.％，和这些值的任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
在一些实施方式中，涂料组合物也可包括稀释剂。这些稀释剂单体当暴露于UV照射时，可进行聚合。通常稀释剂的分子量本质上较低，并且可用于稀释乙烯醚和环氧化合物并且调整表面张力，以使得配制的涂料可涂布的。在一些实施方式中，稀释剂可以是极性和非极性稀释剂的混合物。通过使用这样的混合物，可控制固化涂料上表面极性基团的量，同时实现期望的粘度。
在一些实施方式中，极性稀释剂可以是具有至少一种极性官能团的低分子量乙烯基乙基单体、具有至少一种极性官能团的低分子量环氧化物单体，和其任意组合。极性稀释剂的非限制性例子包括1,4-丁二醇单乙烯醚、乙二醇单乙烯醚、二甘醇单乙烯醚，4-(羟基甲基)环己基甲基乙烯醚、缩水甘油、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺、乙烯基咪唑、乙烯基甲基乙酰胺(vinyl methyacetamide)，和其任意组合。涂料组合物极性稀释剂可以约0.1wt.％至约40wt.％、约0.1wt.％至约30wt.％、约0.1wt.％至约20wt.％，或约0.1wt.％至约10wt.％存在于涂料组合物中。具体的例子包括约0.1wt.％、约1wt.％、约5wt.％、约10wt.％、约20wt.％、约30wt.％、约40wt.％，和这些值的任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
在一些实施方式中，也可使用非极性稀释剂。具体的例子包括环己烯氧化物、1,2-环氧己烷、1,2-环氧辛烷、1,2-环氧癸烷、1,2-环氧十六烷、1,2-环氧十八烷、表氯醇、苯乙烯氧化物、乙基乙烯醚、正丁基乙烯醚、异丁基乙烯醚、叔丁基乙烯醚、环己基乙烯醚、2-乙基己基乙烯醚、1,4-丁二醇二乙烯醚，和其任意组合。任选地，组合物中可存在的非极性稀释剂为约40wt.％或更少、约30wt.％或更少、约20wt.％或更少，或约1wt.％或更少％。具体的例子包括约0.1wt.％、约1wt.％、约5wt.％、约10wt.％、约20wt.％、约30wt.％、约40wt.％，和这些值的任何两个之间的范围(并且包括其端点)。在一些实施方式中，涂料组合物中可没有非极性稀释剂。
在一些实施方式中，涂料组合物也可包括光引发剂。在一些实施方式中，光引发剂可以是阳离子光引发剂。这些化合物非常热稳定的并且当照射时，释放强的HX型布朗斯台德酸，其随后能够引发环氧环或乙烯醚基团的阳离子聚合。通过在布朗斯台德酸的作用下形成碳鎓离子引发聚合。碳鎓离子可在链增长下与另外的环氧环和/或与乙烯醚基团的双键反应。
图1显示通过照射三芳基锍盐，光酸(photoacid)(HX)的光生作用的实例。然后，光酸与环氧化合物反应以开始聚合反应。如果环氧化物是双官能的和可聚合的单体的混合物存在于溶液中，该聚合反应引起交联的聚合物膜。乙烯醚单体发生类似的阳离子聚合过程。
阳离子光引发剂的非限制性例子包括二芳基碘鎓盐、三芳基锍盐、三芳基硒盐、二烷基苯甲酰甲基锍盐、芳氧基二芳基氧化锍盐、二烷基苯甲酰甲基氧化锍盐、和其任意组合。其他阳离子光引发剂包括(4-正辛氧基苯基)苯基碘鎓六氟锑酸盐、(4-正十一烷氧基苯基)苯基碘鎓六氟锑酸盐、双(4-十二烷基苯基)碘鎓六氟锑酸盐、碘鎓(4-甲基苯基)[4-(2-甲基丙基)苯基]-六氟磷酸盐(1-)、三(4-烷基苯基)锍六氟磷酸盐，和其任意组合。
涂料组合物中可存在的光引发剂为约0.5wt.％至约12wt.％、约0.5wt.％至约10wt.％、约0.5wt.％至约5wt.％，或约0.5wt.％至约1wt.％。具体的例子包括约0.5wt.％、约1wt.％、约5wt.％、约10wt.％、约12wt.％，和这些值的任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
在一些实施方式中，涂料组合物也可包括填料颗粒，以提高涂布表面的亲水性和粗糙度。填料的非限制性例子包括二氧化硅、氧化铝、粘土、氧化锌、二氧化钛、氧化锡等。适当的填料包括二氧化硅、氧化铝和粘土，这是由于它们的高亲水性。适当的粘土材料包括蒙脱土(montmonillonite)K10和KSF、改性的蒙脱土K10、膨润土、Nanomer I-30E等。在一些实施方式中，期望用分散剂比如十六烷基三甲基氯化铵、羟基乙烯基醚单体或羟基环氧化物单体改性粘土，以增加填料材料在涂料溶液中的分散度。在一些实施方式中，可通过搅拌、研磨、超声辅助搅拌或通过本领域已知的其他技术将填料添加至涂料溶液中。涂料组合物中可存在的填料为约2wt.％至约40wt.％、约2wt.％至约30wt.％、约2wt.％至约20wt.％，或约2wt.％至约10wt.％。具体的例子包括约2wt.％、约5wt.％、约10wt.％、约20wt.％、约40wt.％，和这些值的任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
根据本公开的漆可进一步包括一种或多种颜料。术语“颜料”旨在包括但不限于用作着色剂的颜料化合物，包括白色颜料，以及通常本领域称为“不透明剂”和“填料”的成分。颜料可以是任何微粒状的有机或无机化合物并且可为涂料提供使对比色背景变暗(obscure)的能力(遮盖力)。适当的颜料包括颜料红57:1、艳佳丽(Irgalite)蓝、NGA、派力奥根(Paliogen)紫5100、派力奥根紫5890、酞菁绿L8730、立索尔(Lithol)猩红D3700、耐晒蓝15:4、Hostaperm蓝B2G-D、永固红P-F7RK、Hostaperm紫BL、立索尔猩红4440、Bon红C、奥丽色(Oracet)粉RF、派力奥根红3871K、耐晒蓝15:3、派力奥根红3340、耐晒咔唑紫23、立索尔坚牢猩红L4300、Sunbrite黄17、Sunbrite黄747、酞菁蓝L6900和L7020、Spectra Pac C橙16、酞菁蓝K6902和K6910、酞菁蓝D6840和D7080、耐晒品红122、苏丹蓝OS、Neopen蓝FF4012、PV坚牢蓝B2G01、艳佳丽蓝BCA、派力奥根蓝6470、派力奥根橙3040、派力奥根黄152和1560、立索尔坚牢黄0991K、苏丹橙、苏丹橙220、Novoperm黄FGL、Lumogen黄D0790、Suco-黄L1250、Suco-黄D1355、Suco坚牢黄D1 355和D1 351、Hostaperm粉E02、汉撒艳黄SGX03、永固黄GRL02、永固玉红L6B OS、Fa永固红P-F7RK、Fanal粉04830、鲜贵色品红、派力奥根黑L0084、颜料黑K801、炭黑Regal 330、炭黑5250、炭黑5750，其混合物等。
涂料组合物中可存在的颜料为约2wt.％至约10wt.％、约2wt.％至约8wt.％、约2wt.％至约6wt.％，或约2wt.％至约4wt.％。具体的例子包括约2wt.％、约4wt.％、约6wt.％、约8wt.％、约10wt.％，和这些值的任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
本文公开的涂料是亲水性涂料并且配置为在固化之后在涂布表面上具有极性基团。固化涂料的表面上极性基团的数量或量可决定涂料的亲水性。例如，覆盖约1％至约10％的涂布表面的极性基团可为涂料提供最佳亲水性能。过多极性或OH基团可能由于“疏水相互作用”驱使它们在表面下方。相反，过少极性基团不足以驱动水接触角小于20°。
对于具有过多极性基团的聚合物，在膜形成步骤期间疏水相互作用可能占优，其将驱使聚合物块——疏水材料，至气-固界面。小量的粗糙度可引入聚合物表面。这可通过优化涂布和干燥条件以及通过本发明制剂中的填料和颜料实现。具有轻微的表面粗糙度，水接触角将甚至更低，小于10°，确保超级亲水性。
在一些实施方式中，涂布表面上的极性基团可以是酰胺、羧基、羰基、羟基或其任何组合。例如，在一些实施方式中，极性官能团可包括酰胺(-C(O)NH2)、C1-C10烷基酰胺、羧酸(-COOH)、C1-C10烷基羧酸、羟基(-OH)、C1-C10烷基羟基、C1-C10烷氧基、醛(-C(O)H)、C1-C10烷基醛、酮(-C(O)CH3)、C1-C10烷基酮、环氧化物、羰基基团和其组合。本文所述的极性基团可来自涂料的各种组分，比如极性稀释剂、乙烯醚化合物、环氧化合物、具有乙烯醚和环氧官能团二者的化合物，或其任何组合。在一些实施方式中，极性基团可覆盖约1％至约10％、约1％至约8％、约1％至约6％、约1％至约4％，或约1％至约2％的涂布表面，和这些值的任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
本文公开的涂料，当固化时，形成亲水性表面，并且亲水性表面可具有小于20°、小于18°、小于16°、小于14°、小于12°、小于10°和这些值的任何两个之间的范围(并且包括其端点)的接触角。
在另外的实施方式中，涂料组合物可进一步包含一种或多种添加剂。这些添加剂可改变由涂料组合物制备的漆的性质，比如货架期、应用和寿命以及健康和安全性。这样的添加剂可在例如制造漆中的乳液聚合物期间或在制备漆本身期间添加。示意性添加剂可包括流变学改性剂、防腐剂等。
在一些实施方式中，增稠剂和流变学改性剂也可添加至涂料组合物，以实现期望的粘度和流动性质。增稠剂与丙烯酸类聚合物形成多个氢键，从而使得链缠结、成环和/或膨胀，其产生体积限制。增稠剂，比如纤维素衍生物，包括羟基乙基纤维素、甲基纤维素和羧甲基纤维素，可用于涂料组合物。
在一些实施方式中，一种或多种防腐剂可以以低剂量添加至涂料组合物，以防止微生物的生长。可使用防腐剂，比如甲基苯并异噻唑啉酮、氯甲基异噻唑啉酮、偏硼酸钡和1-(3-氯丙烯基)-3,5,7-三氮杂-1-氮鎓金刚烷氯化物。
在一些实施方式中，涂料组合物可进一步包含一种或多种下述添加剂：增塑剂、表面活性剂等。可使用表面活性剂，例如以产生用于粒子形成以及长期粒子稳定性的胶束。表面活性剂可通过静电和位阻机制提供稳定性。可使用离子和非离子表面活性剂。例子可包括但不限于烷基酚乙氧基化物、月桂基硫酸钠、十二烷基苯磺酸盐、烷基聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基烯丙基醚、乙炔乙二醇、聚氧乙烯、硬脂酸和聚氧丙烯。
聚结剂，比如酯醇类、苯甲酸酯醚、乙二醇醚、乙二醇醚酯和N-甲基-2-吡咯烷酮，可添加至涂料组合物。可添加聚结剂，以例如确保在不同气氛条件下的膜形成。它们也可用作临时增塑剂，使得在低于系统的玻璃转变温度的温度下膜形成。在膜形成之后，聚结剂可缓慢扩散至表面并蒸发，这增加膜的硬度和抗粘着性(block resistance)。
在一些实施方式中，一种或多种增塑剂可添加至组合物，以调节漆膜的拉伸性质。增塑剂包括，例如，基于葡萄糖的衍生物、基于甘油的衍生物、丙二醇、乙二醇、邻苯二甲酸酯等。
由于环境管理，期望限制漆中有机溶剂的量，因为已知它们当释放时对环境造成不可逆的破坏。传统上，用于漆的媒介物是有机溶剂，比如甲乙酮、甲苯、二氯甲烷等。因此，需要限制可在涂料中存在的有机溶剂的量。期望公开的新漆和涂料制剂释放非常少的溶剂至大气中。在一些实施方式中，本文所述的涂料组合物可不包括溶剂。此外，在其他实施方式中，涂料组合物可不包括挥发性溶剂。
在混合本文所述的成分之后，UV可固化的涂料准备好待用或其可储存在暗处。对于室内或工业布置，漆可通过常规的涂布技术，比如喷、滚压、刷、喷丝涂装(web)、浸渍等，施加在任何期望的表面或结构上。涂布的膜可用适当的UV源或阳光固化。UV辐射源可以是任何常规的UV辐射源，比如Xe弧灯、Hg弧灯、UV LED或其任何组合。UV辐射的波长可为约200纳米至约400纳米、约200纳米至约350纳米、约200纳米至约300纳米，或约200纳米至约250纳米。波长的具体的例子包括约200纳米、约250纳米、约300纳米、约350纳米、约400纳米，和这些值的任何两个之间的范围(并且包括其端点)。涂布表面可暴露于UV辐射约5分钟至约5小时、约5分钟至约4小时、约5分钟至约3小时、约5分钟至约2小时，或约5分钟至约1小时。暴露时间的具体例子包括约5分钟、约30分钟、约1小时、约2小时、约3小时、约4小时、约5小时，和这些值的任何两个之间的范围(并且包括其端点)。暴露于UV辐射可以是持续的或可以是间歇的或脉冲的。
涂料可用作装饰涂料、工业涂料、保护涂料、自清洁涂料、杀生物的涂料或其任何组合。涂料可通常施加至任何衬底。衬底可以是制品、物体、载体或结构。尽管对于本文使用的衬底未施加具体限制，示例性衬底包括建筑物的外部、交通工具、桥梁、飞机、金属栏杆、栅栏、玻璃、塑料、陶瓷、木材、石头、水泥、织物、纸张、皮革、墙壁、管道、容器、医学设备、厨房用具、厨房橱柜、室外家具、铝板、金属产品、冲洗机器、船、化学装置、汽车、农用设施、器皿、地面表面等。涂料可通过喷、浸渍、滚压、刷，或其任何组合施加至衬底。
本文也公开了将表面改性为亲水性表面的方法。在一些实施方式中，将表面改性为亲水性表面的方法涉及将涂料组合物施加至表面，以形成涂布表面，其中涂料组合物包括约40wt.％至约95wt.％的乙烯醚化合物、环氧化合物、具有乙烯醚和环氧官能团的化合物，或其任何组合。涂料可进一步包括约0.1wt.％至约40wt.％的至少一种极性稀释剂，约40wt.％或更少的至少一种非极性稀释剂，和约0.5wt.％至约12wt.％的至少一种光引发剂。方法可进一步包括将涂布表面暴露于UV光，以使涂料固化，其中固化的涂料具有覆盖约1％至约10％的涂布表面的极性基团，和其中固化涂料具有小于20°的水接触角。
实施例
实施例1：制备亲水性涂料
制备具有下述组分的亲水性涂料：30克的乙烯醚化合物(聚异丁烯乙烯醚)、20克的环氧化合物(新戊基乙二醇二(4-甲基-3,4-环氧环-己烷羧酸酯))、30克的极性稀释剂(1,4-丁二醇单乙烯醚)、15克的填料颗粒(氧化铝)、2克的颜料(艳佳丽蓝)、2.45克的光引发剂(4-正辛氧基苯基)苯基碘鎓六氟锑酸盐)、0.5克的聚结剂(2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单(2-甲基丙酸酯))，和0.05克的杀菌剂。在高剪切下混合所述组分30分钟。
实施例2：制备亲水性涂料
制备具有下述组分的亲水性涂料：50克的2-甲基乙烯基3’,4’-环氧环己基甲醚、30克的极性稀释剂(1,4-丁二醇单乙烯醚)、10克的非极性稀释剂(环己烯氧化物)、5克的填料颗粒(氧化铝)、2克的颜料(艳佳丽蓝)、2.45克的光引发剂(4-正辛氧基苯基)苯基碘鎓六氟锑酸盐)、0.5克的聚结剂(2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单(2-甲基丙酸酯))，和0.05克的杀菌剂。在高剪切下混合所述组分30分钟。
实施例3：评估亲水性能
将实施例1的亲水性涂料涂布在玻璃表面上并且在室温下干燥。用UV光照射表面30分钟。如下测量亲水性涂料的表面自由能和水滴接触角。Zisman绘图方法用于测量表面自由能。沿着X轴绘制各种浓度的氯化镁水溶液的表面张力和沿着Y轴绘制根据cos q的接触角。获得了二者之间的线性关系的图。将图外推，使得测量在接触角0°的表面张力并且定义为固体的表面自由能。测量的玻璃表面的表面自由能是84毫牛/米。
实施例4：评估亲水性涂料
将实施例2的亲水性涂料涂布在玻璃衬底表面上并且在室温下干燥。用UV光照射表面30分钟并且评估下述特性。
亲水性：通过使用DropMaster 500(Kyowa Surface Science Co.,Ltd)测量空气中的水滴接触角并且是10°。
抗水性：将亲水性涂料用海绵在水中以10个往返进行打磨处理，同时施加1kg的负荷，并且在打磨处理之前和之后由重量的改变计算残留膜的量。残留膜的重量是打磨之前初始重量的99％。
耐天气性：亲水性涂料在室中暴露于校准以模拟太阳光谱特征的氙弧灯。所述暴露进行500小时并且评估亲水性、抗水性和耐久性。亲水性涂料在所述暴露之前和之后具备相同的性质。
实施例5：以亲水性漆涂布的物体
金属桌以实施例2的亲水性涂料涂刷并且使得在室温下干燥。用UV光照射表面30分钟。如实施例3中阐释的，测量桌子的表面自由能，并且是85毫牛顿/米。如下测量涂料的自清洁性能：使用油性墨在上面提到的涂布的桌子上画线。也在用没有亲水性质的涂料涂布的桌子上画类似的线。在该实验中也使用未涂布的桌子。水注持续施加在所有三个表面上，并且周期性检查是否仍存在油性线。施加在具有实施例2涂料的桌子上的油性墨在约1分钟后消失，而在未涂布的桌子或用没有亲水性质的涂料的桌子上的油性墨未该改变并且可见。
在上面详细说明中，参考了形成其一部分的附图。在附图中，类似的符号通常表示类似的组件，除非上下文另外指出。在详细说明、附图和权利要求中描述的示意性实施方式并不意味着是限制性的。可使用其他实施方式，并且在不背离本文呈现的主题的精神和范围的情况下，可进行其他改变。容易理解，本公开的方面，如本文大体上描述的和图中阐释的，可以各种不同的构造布置、替换、组合、分开和设计，所有这些明确考虑在本文中。
本公开在预期作为各个方面的示例说明的本申请中所述的特定实施方案方面不受限制。如对本领域技术人员显而易见的，在不背离其精神和范围下，可以进行许多更改和改变。除了本文列举的那些，由上述描述，在本公开范围内的功能等效的方法和装置都对本领域技术人员是显而易见的。这样的更改和变化意欲落入附加权利要求书的范围内。本公开仅受附加权利要求书的各项以及相当于这些权利要求所赋予权利的全部范围一起的限制。应当理解，该公开内容不限于当然可以变化的特定方法、试剂、化合物、组合物或生物系统。还应当理解，本文所使用的术语仅出于描述特定实施方案的目的，而不意欲是限制的。
如在该文档中使用，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“所述”包括复数提及物，除非上下文明确另外指出。除非另外定义，本文使用的所有的技术和科学术语具有如本领域普通技术人员通常理解的相同含义。本公开决不解释为认可本公开中描述的实施方式由于之前的发明而不能早于这些公开。如在该文档中使用，术语“包括”意思是“包括但不限于”。
尽管就“包含(comprising)”各种组分或步骤(解释为意思“包括但不限于”)方面描述各种组合物、方法和设备，但是该组合物、方法和设备也可“基本上由各种组分和步骤组成”或“由各种组分或步骤、组成”，并且此术语应被理解为限定基本上是封闭的成员组。
关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，当适合于上下文和/或应用时，本领域技术人员可以将复数转换为单数和/或将单数转换为复数。为了清楚起见，本文可清楚地给出多种单数/复数变换。
本领域技术人员应当理解，通常，本文中并且特别是在所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中使用的术语通常意欲作为“开放性”术语(例如，术语“包括”应当解释为“包括但不限于”，术语“具有”应当解释为“至少具有”，术语“包含”应当解释为“包含但不限于”等)。本领域技术人员应当进一步理解，如果意欲引入特定数量的权利要求列举项，则这样的意图将在权利要求中明确地列举，并且在不存在这种列举项的情况下，不存在这样的意图。例如，为了有助于理解，以下所附权利要求可以包含引导性的短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求列举项。然而，即使当同一个权利要求包含引导短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词比如“一个”或“一种”时，这种短语的使用不应当解释为暗示由不定冠词“一个”或“一种”引入的权利要求列举项将包含这样引入的权利要求列举项的任何特定权利要求限定为仅包含一个这种列举项的实施方案(例如，“一个”和/或“一种”应当解释为指“至少一个”或“一种或多种”)；这同样适用于以引入权利要求列举项的定冠词的使用。另外，即使明确地叙述特定数量的所引入的权利要求列举项，本领域技术人员应当认识到将这种列举项解释为意指至少所叙述的数量(例如，没有其他修饰的单纯列举项“两个列举项”意指至少两个列举项，或者两个以上列举项)。此外，在其中使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯例的那些情况下，通常这种表述意味着本领域技术人员应当理解的惯例(例如，“具有A、B和C中的至少一个的体系”应当包括，但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起等的体系)。在其中使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯例的那些情况下，通常这种表述意味着本领域技术人员应当理解的惯例(例如，“具有A、B和C中的至少一个的体系”应当包括，但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起等的体系)。本领域技术人员应当进一步理解实际上呈现两个或多个可选择术语的任何转折性词语和/或短语，无论在说明书、权利要求书还是附图中，都应当理解为包括术语的一个、术语的任何一个或全部两个术语的可能性。例如，短语“A或B”应当理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
此外，当公开内容的特征或方面以马库什组的方式描述时，本领域技术人员将认识到，该公开内容由此也以任何单独的成员或马库什组的成员的亚组的方式描述。
如本领域技术人员应当理解的，用于任何和所有目的，如在提供书写描述的方面，本文公开的所有范围也包括任何和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何所列范围可以容易地被认为是充分描述并能够使同一范围可以容易地分解为至少两等份、三等份、四等份、五等份、十等份等。作为非限制性实例，本文所讨论的每个范围可以容易地分解为下三分之一、中间三分之一和上三分之一等。如本领域技术人员也应当理解的，所有语言比如“高达”、“至少”等包括所叙述的数字并且是指可以随后分解为如上所述的子范围的范围。最后，如本领域技术人员应当理解的，范围包括每个单独的成员。因此，例如，具有1-3个单元的组是指具有1、2或3个单元的组。类似地，具有1-5个单元的组指具有1、2、3、4或5个单元的组，以此类推。
各种上面公开的和其他特征和功能，或其可选方式可组合成许多其他不同的系统或应用。各种目前其无法预料的或不可预料的可选形式、修饰、变型或改善可随后被本领域技术人员作出，其每个也旨在包括在公开的实施方式内。

Claims (27)

1.亲水性涂料组合物，其包括：
40wt.％至95wt.％的乙烯醚化合物、环氧化合物、具有乙烯醚和环氧官能团的化合物，或其任何组合；其中：
所述乙烯醚化合物选自聚醚乙烯醚、聚丙烯酸酯乙烯醚、聚酯乙烯醚、聚碳酸酯乙烯醚、聚丁二烯乙烯醚、聚异丁烯乙烯醚、聚异丙烯乙烯醚、聚氨基甲酸酯乙烯醚、聚酰亚胺乙烯醚、聚酰胺乙烯醚、聚磷腈乙烯醚、硅氧烷乙烯醚或其任何组合；
所述环氧化合物选自新戊基乙二醇二(4-甲基-3,4-环氧环己烷羧酸酯)、4-苄氧基甲基环己烷氧化物、1,2-环氧基-3-苯氧丙烷、环氧化的1,2,3-三(1-丙烯氧基)丙烷、苄基3,4-环氧环己基甲醚、3,4-环氧环己基甲醛二苄基缩醛，或其任何组合；
所述具有乙烯醚和环氧官能团的化合物选自2-甲基乙烯基-3’,4’-环氧环己基甲醚、2-甲基乙烯基-3’,4’-环氧基-6’-甲基环己基甲醚、2-甲基乙烯基-3’-甲基-3’,4’-环氧环己基-二甲基甲醚、2-甲基乙烯基-5’,6’-环氧基-2’-降冰片基甲醚，或其任何组合；
0.1wt.％至40wt.％的至少一种极性稀释剂；
0.1wt.％至40wt.％的至少一种非极性稀释剂；和
0.5wt.％至12wt.％的至少一种光引发剂，
其中所述涂料配置为在固化之后具有覆盖1％至10％的涂布表面的极性基团；
其中所述至少一种极性稀释剂是1,4-丁二醇单乙烯醚、乙二醇单乙烯醚、二甘醇单乙烯醚，4-(羟基甲基)环己基甲基乙烯醚、缩水甘油、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺、乙烯基咪唑、乙烯基甲基乙酰胺，或其任何组合。
2.权利要求1所述的亲水性涂料组合物，其中所述至少一种非极性稀释剂是环己烯氧化物、1,2-环氧己烷、1,2-环氧辛烷、1,2-环氧癸烷、1,2-环氧十六烷、1,2-环氧十八烷、表氯醇、苯乙烯氧化物、乙基乙烯醚、正丁基乙烯醚、异丁基乙烯醚、叔丁基乙烯醚、环己基乙烯醚、2-乙基己基乙烯醚、1,4-丁二醇二乙烯醚、苯乙烯氧化物，或其任何组合。
3.权利要求1所述的亲水性涂料组合物，其中所述光引发剂是选自下述的阳离子光引发剂：二芳基碘鎓盐、三芳基锍盐、三芳基硒盐、二烷基苯甲酰甲基锍盐、芳氧基二芳基氧化锍盐、二烷基苯甲酰甲基氧化锍盐或其任何组合。
4.权利要求1所述的亲水性涂料组合物，其中所述光引发剂是选自下述的阳离子光引发剂：(4-正辛氧基苯基)苯基碘鎓六氟锑酸盐、(4-正十一烷氧基苯基)苯基碘鎓六氟锑酸盐、双(4-十二烷基苯基)碘鎓六氟锑酸盐、碘鎓(4-甲基苯基)[4-(2-甲基丙基)苯基]-六氟磷酸盐(1-)、三(4-烷基苯基)锍六氟磷酸盐或其任何组合。
5.权利要求1所述的亲水性涂料组合物，其中在涂布表面上的所述极性基团是酰胺、羧基、羰基、羟基或其任何组合。
6.权利要求1所述的亲水性涂料组合物，进一步包括2wt.％至40wt.％存在的填料。
7.权利要求1所述的亲水性涂料组合物，进一步包括2wt.％至10wt.％存在的颜料。
8.权利要求1所述的亲水性涂料组合物，进一步包括聚结剂、流变学改性剂、增塑剂、表面活性剂中的至少一种，或其任何组合。
9.权利要求1所述的亲水性涂料组合物，其中所述组合物不包括溶剂。
10.权利要求1所述的亲水性涂料组合物，其中所述组合物不包括挥发性溶剂。
11.权利要求1所述的亲水性涂料组合物，其中所述涂料是装饰涂料、工业涂料、保护涂料、自清洁涂料或其任何组合。
12.权利要求1所述的亲水性涂料组合物，其中所述涂料是通过UV辐射可固化的。
13.权利要求12所述的亲水性涂料组合物，其中所述UV辐射的波长为200纳米至400纳米。
14.权利要求1所述的亲水性涂料组合物，其中所述涂料配置为当固化时产生亲水性表面，其中所述亲水性表面具有小于20o的水接触角。
15.将表面改性成亲水性表面的方法，所述方法包括：
将涂料组合物施加至表面，以形成涂布表面，其中所述涂料组合物包括
40wt.％至95wt.％的乙烯醚化合物、环氧化合物、具有乙烯醚和环氧官能团的化合物，或其任何组合；0.1wt.％至40wt.％的至少一种极性稀释剂；0.1wt.％至40wt.％的至少一种非极性稀释剂；和0.5wt.％至12wt.％的至少一种光引发剂；和
将所述涂布表面暴露于UV光，以使所述涂料固化，
其中所述固化涂料具有覆盖1％至10％的涂布表面的极性基团，和其中所述固化涂料具有小于20o的水接触角。
16.权利要求15所述的方法，其中施加所述涂料组合物包括：
施加包括下述的所述涂料组合物：0.1wt.％至40wt.％的至少一种极性稀释剂，
0.1wt.％至40wt.％的至少一种非极性稀释剂，
0.5wt.％至12wt.％的至少一种光引发剂，
和40wt.％至95wt.％的乙烯醚化合物，所述乙烯醚化合物选自聚醚乙烯醚、聚丙烯酸酯乙烯醚、聚酯乙烯醚、聚碳酸酯乙烯醚、聚丁二烯乙烯醚、聚异丁烯乙烯醚、聚异丙烯乙烯醚、聚氨基甲酸酯乙烯醚、聚酰亚胺乙烯醚、聚酰胺乙烯醚、聚磷腈乙烯醚、硅氧烷乙烯醚或其任何组合。
17.权利要求15所述的方法，其中施加所述涂料组合物包括：
施加包括下述的所述涂料组合物：0.1wt.％至40wt.％的至少一种极性稀释剂，
0.1wt.％至40wt.％的至少一种非极性稀释剂，
0.5wt.％至12wt.％的至少一种光引发剂，和
40wt.％至95wt.％的环氧化合物，所述环氧化合物选自4-环氧环己基甲基-3’,4’-环氧环己烷羧酸酯、新戊基乙二醇二(4-甲基-3,4-环氧环己烷羧酸酯)、4-苄氧基甲基环己烷氧化物、双酚A二环氧甘油醚、3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烯羧酸酯、3,4-环氧基-6-甲基环己基甲基-3,4-环氧基-6-甲基-环己烯羧酸酯、双(3,4-环氧基-6-甲基环己基甲基)己二酸、双(2,3-环氧环戊基)醚、1,4-丁二醇二环氧甘油醚、间苯二酚二环氧甘油醚、双(3,4-环氧环己基)己二酸、2-(3,4-环氧环己基-5,5-螺-3,4-环氧基)环己烷-间-二噁烷、1,2-环氧基-3-苯氧丙烷、苄基3,4-环氧环己基甲醚、3,4-环氧环己基甲醛二苄基缩醛，或其任何组合。
18.权利要求15所述的方法，其中施加所述涂料组合物包括：
施加包括下述的所述涂料组合物：40wt.％至95wt.％的乙烯醚化合物、环氧化合物、具有乙烯醚和环氧官能团的化合物，或其任何组合，
0.5wt.％至12wt.％的至少一种光引发剂，
0.1wt.％至40wt.％的至少一种非极性稀释剂，和
0.1wt.％至40wt.％的至少一种极性稀释剂，所述极性稀释剂选自具有至少一种极性官能团的低分子量乙烯基乙基单体、具有至少一种极性官能团的低分子量环氧化物单体，或其任何组合。
19.权利要求15所述的方法，其中施加所述涂料组合物包括：
施加包括下述的所述涂料组合物：40wt.％至95wt.％的乙烯醚化合物或环氧化合物、具有乙烯醚和环氧官能团的化合物，或其组合，
0.1wt.％至40wt.％的至少一种极性稀释剂，
0.1wt.％至40wt.％的至少一种非极性稀释剂，和
0.5wt.％至12wt.％的至少一种光引发剂，所述光引发剂选自二芳基碘鎓盐、三芳基锍盐、三芳基硒盐、二烷基苯甲酰甲基锍盐、芳氧基二芳基氧化锍盐、二烷基苯甲酰甲基-氧化锍盐，或其任何组合。
20.权利要求15所述的方法，其中施加所述涂料组合物包括施加如下涂料组合物：所述涂料组合物进一步包括2wt.％至40wt.％的填料和2wt.％至10wt.％的颜料。
21.权利要求15所述的方法，其中将所述涂料组合物施加至所述表面包括在所述表面上刷、喷、涂铺或滚压。
22.权利要求15所述的方法，其中将所述涂料组合物施加至所述表面包括将所述涂料组合物施加至疏水性表面。
23.权利要求15所述的方法，其中将所述涂布表面暴露于UV光包括将所述涂布表面暴露于200纳米至400纳米的UV光5分钟至5小时。
24.涂布制品，其包括：
衬底；和
布置在所述衬底的至少一个表面上的涂料，其中所述涂料包括40wt.％至95wt.％的乙烯醚化合物、环氧化合物、具有乙烯醚和环氧官能团的化合物，或其任何组合；其中：
所述乙烯醚化合物选自聚醚乙烯醚、聚丙烯酸酯乙烯醚、聚酯乙烯醚、聚碳酸酯乙烯醚、聚丁二烯乙烯醚、聚异丁烯乙烯醚、聚异丙烯乙烯醚、聚氨基甲酸酯乙烯醚、聚酰亚胺乙烯醚、聚酰胺乙烯醚、聚磷腈乙烯醚、硅氧烷乙烯醚或其任何组合；
所述环氧化合物选自新戊基乙二醇二(4-甲基-3,4-环氧环己烷羧酸酯)、4-苄氧基甲基环己烷氧化物、1,2-环氧基-3-苯氧丙烷、环氧化的1,2,3-三(1-丙烯氧基)丙烷、苄基3,4-环氧环己基甲醚、3,4-环氧环己基甲醛二苄基缩醛，或其任何组合；
所述具有乙烯醚和环氧官能团的化合物选自2-甲基乙烯基-3’,4’-环氧环己基甲醚、2-甲基乙烯基-3’,4’-环氧基-6’-甲基环己基甲醚、2-甲基乙烯基-3’-甲基-3’,4’-环氧环己基-二甲基甲醚、2-甲基乙烯基-5’,6’-环氧基-2’-降冰片基甲醚，或其任何组合；
0.1wt.％至40wt.％的至少一种极性稀释剂；
0.1wt.％至40wt.％的至少一种非极性稀释剂；和
0.5wt.％至12wt.％的至少一种光引发剂，和
其中极性基团覆盖1％至10％的涂布表面。
25.权利要求24所述的涂布制品，其中所述至少一种极性稀释剂是具有至少一种极性官能团的低分子量乙烯基乙基单体、具有至少一种极性官能团的低分子量环氧化物单体，或其任何组合。
26.权利要求24所述的涂布制品，其中所述光引发剂是选自下述的阳离子光引发剂：二芳基碘鎓盐、三芳基锍盐、三芳基硒盐、二烷基苯甲酰甲基锍盐、芳氧基二芳基氧化锍盐、二烷基苯甲酰甲基氧化锍盐，或其任何组合。
27.权利要求24所述的涂布制品，其中所述涂料配置为当固化时产生亲水性表面，其中所述亲水性表面具有小于20o的水接触角。
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