CN106164187A - 增粘和/或抑尘涂层 - Google Patents

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杰弗里·L·雅各布斯
李海承
玛莉·卢·莫里斯
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Abstract

本发明提供了一种增粘涂料组合物，所述涂料组合物包含低聚烷基烷氧基硅氧烷，以及含有亲电体部分和烷氧基甲硅烷基部分的化合物。例如，所述亲电体部分可含有硫化物官能团。抑尘涂料组合物包含含有季铵部分的丙烯酸类聚合物，以及低聚烷基烷氧基硅氧烷。所述涂料组合物可施涂至屋顶粒料和/或沥青组合物及其他物质。

Description

增粘和/或抑尘涂层
技术领域
本公开整体涉及增粘或抑尘涂料组合物，和涂覆有此类组合物的制品(例如，涂覆有此类组合物的粒料，诸如屋顶粒料)，及其他方面。
背景技术
沥青屋顶系统及产品通常包括填充或涂覆有各种沥青材料的玻璃纤维或有机毡。通常，有机毡填充有富含油但较不粘稠的饱和沥青。饱和沥青起防腐剂、防水剂和粘合剂的作用。将更硬、更粘稠的涂层沥青涂到饱和基材的一侧或两侧上，可将该基材密封起来。涂层沥青在其中通常包含细分的矿物，用作稳定剂或填料。一直以来，将火成岩矿物粉、二氧化硅、板岩尘、滑石、云母材料、石灰岩和白云石之类的化合物用作填料，以使涂层沥青在寒冷的天气里更不易破碎且更耐震。
沥青屋顶系统及产品的外部表面(或称外表面、暴露表面)一般具有嵌入涂层沥青中的颗粒状材料或屋顶粒料的覆盖物。通常情况下，颗粒状材料保护下方的沥青涂层，避免其由于暴露于光(特别是紫外(UV)光)而遭到破坏。也就是说，粒料将光反射出去，保护沥青以免其由于发生光降解而劣化。此外，此类颗粒状材料改善了耐火性和耐候特性。另外，出于美观考虑，可为颗粒状材料选择各种颜色，或多种颜色的混合。
一般来讲，矿物材料、颗粒或粒料在压力下嵌入涂层沥青，然后因粘附于沥青而保留在涂层沥青内。就每个粒料来说，沥青可被看作粒料按压到其中的“粘性热泥”。沥青一旦冷却，就形成了其中保留粒料的凹坑。
屋顶粒料良好地粘附到屋顶产品是有益的。粒料损失与沥青的光降解加速相关，故导致屋顶的寿命缩短。另外，如果粒料损失，可损及屋顶系统的美观。此外，安装过程中减少粒料损失，使屋顶的安全状况得以改善。
可用多种材料涂覆粒料，而得到既独特又理想的性质。例如，可用油或合成聚合物涂覆粒料，以便抑尘或促进团聚。又如，一般用增粘剂来处理粒料。通常情况下，增粘剂为聚烷基硅氧烷，其使经涂覆粒料的表面疏水，从而能被沥青更好地润湿。这种处理减轻了水浸入粒料-沥青界面这一现象，从而改善了粘附性。使用聚烷基硅氧烷对表面进行处理时，粒料-沥青界面处的粘附力受范德瓦尔斯相互作用支配。
发明内容
本发明描述了用于将第一基材和第二基材粘结在一起的增粘剂涂料组合物，及其他方面。增粘剂涂层通常位于两个基材之间。这种涂层尤其可用于制造屋顶材料，诸如屋顶木瓦。例如，增粘剂涂料组合物可用于促进屋顶粒料与屋顶木瓦的沥青之间的粘结。在多个实施方案中，增粘剂组合物在第一基材(例如，屋顶粒料)和第二基材(例如，沥青)之间提供了共价或离子相互作用，这可带来比范德瓦尔斯相互作用更强的相互作用，从而提供更好的粘附性。
在一些实施方案中，增粘剂涂料组合物包含亲电体部分。亲电体可与天然存在于沥青中或被添加到沥青中的亲核体部分共价结合。优选地，包含亲电体的涂料分子还包含用于共价结合到矿物粒料(诸如屋顶粒料)的烷氧基甲硅烷基部分。因此，该分子可共价结合到粒料和沥青两者，相比依赖经涂覆粒料与屋顶木瓦中的沥青之间的范德瓦尔斯相互作用的涂层，这应当增强粒料粘附于沥青的粘附性。
本发明还描述了抑尘涂料组合物，及其他方面。抑尘涂料组合物尤其可用于抑制与粒料(诸如屋顶粒料)相关的粉尘。在一些实施方案中，抑尘涂料组合物还充当增粘剂涂料组合物。在一些实施方案中，抑尘涂料组合物包含季铵部分。尽管无意于受理论束缚，但据信，季铵化合物凭借带正电的季铵部分和带负电的粉尘颗粒之间的离子相互作用来抑制粉尘。季铵部分也可与沥青中的或被添加到沥青中的某些物质形成离子键，这些物质诸如酸物质，尤其是可被添加到沥青中以实现本领域技术人员已知的目标的多磷酸(PPA)。因此，包含如本文所述的季铵化合物的抑尘涂料组合物也可充当增粘剂。在一些实施方案中，抑尘聚合物为聚丙烯酸酯、聚氨酯等。在特定的实施方案中，涂料聚合物包括具有一个或多个季铵部分的丙烯酸乳液聚合物。
在本文所述的一些实施方案中，涂料组合物包含低聚烷基烷氧基硅氧烷，以及含有亲电体部分和烷氧基甲硅烷基部分的化合物。涂料组合物可以是增粘剂涂料组合物。
在一些实施方案中，本文描述了屋顶粒料，其包括基础屋顶粒料，以及基础粒料上的涂层。所述涂层包含结合到基础粒料的甲硅烷基部分和亲电体部分。
在本文所述的一些实施方案中，涂料组合物包含含有季铵部分的丙烯酸类聚合物。包含季铵部分的丙烯酸类聚合物还可包含羧酸部分、烷氧基甲硅烷基部分和亲电体部分中的一者或多者。该组合物还可包含下列物质中的一种或多种：低聚烷基烷氧基硅氧烷，以及含有亲电体部分和烷氧基甲硅烷基部分的化合物。涂料组合物可以是抑尘涂料组合物或增粘剂组合物。
在本文所述的一些实施方案中，屋顶粒料包括基础屋顶粒料和基础粒料上的涂层，该涂层包含其中含有季铵部分的丙烯酸酯聚合物。包含季铵部分的丙烯酸类聚合物还可包含羧酸部分、甲硅烷基部分和亲电体部分中的一者或多者。甲硅烷基部分可结合到基础粒料。该涂层还可包含下列物质中的一种或多种：低聚烷基烷氧基硅氧烷，以及含有亲电体部分和烷氧基甲硅烷基部分的化合物。至少一些低聚烷基烷氧基硅氧烷(如果存在)可结合到基础粒料，从而可作为结合到基础粒料的烷基甲硅烷基部分存在。含有烷氧基甲硅烷基部分的至少一些化合物(如果存在)可结合到基础粒料，并因此，至少一些烷氧基甲硅烷基部分可作为结合到基础粒料的甲硅烷基部分存在。
在一些实施方案中，提供了一种涂料组合物，其包含低聚烷基烷氧基硅氧烷以及含有亲电体部分和烷氧基甲硅烷基部分的化合物，并且该亲电体部分包括硫化物和/或聚硫化物官能团。
本文所述的组合物、制品、系统或方法的一个或多个实施方案提供了超越现有的组合物、制品、系统或方法的一种或多种优点。阅读下文的具体实施方式后，将更容易理解这些优点。
附图说明
图1是经涂覆粒料的示意图。
图2是屋顶制品中包含的经涂覆的粒料的示意图。
示意图未必按比例绘制。图中所用类似标号均指代类似的组件、步骤等等。然而，应当理解，使用数字指代给定附图中的部件并非旨在限制另一附图中用相同数字标记的部件。另外，使用不同数字指代部件并非旨在表明不同编号部件不可为相同或类似的。
具体实施方式
本公开描述了增粘剂涂料组合物和抑尘涂料组合物，及其他方面。这些涂料组合物可施涂至屋顶粒料及其他物质。在一些实施方案中，增粘剂涂料组合物包含下述化合物：该化合物具有甲硅烷基部分和亲电体部分，其中甲硅烷基部分能够与屋顶粒料共价结合，亲电体部分能够与沥青中的亲核体共价结合。在一些实施方案中，抑尘涂料组合物包含其中含有季铵化合物的聚合物。
在一些实施方案中，增粘剂涂料组合物包含粘合化合物，该粘合化合物包含能够与矿物粒料(例如，经由缩合反应)形成硅氧键的甲硅烷基部分，以及能够与沥青中的亲核体部分(例如，经由SN1或SN2亲核取代)结合的亲电体部分。如果在沥青屋顶木瓦中使用粘合化合物来提升屋顶粒料粘附于沥青的粘附性，则该粘合化合物可共价结合至粒料和沥青这两者。存在典型的增粘剂涂层时，范德瓦尔斯相互作用是使经涂覆粒料粘附至沥青的主要原因。
粘合化合物可包含能够与基础屋顶粒料(例如，矿物屋顶粒料)形成共价键(例如，硅氧键)的任何合适的甲硅烷基部分。优选地，甲硅烷基部分为烷氧基甲硅烷基部分，其中乙醇充当缩合时的离去基团。在一些实施方案中，烷氧基甲硅烷基部分为二烷氧基甲硅烷基部分或三烷氧基甲硅烷基部分。烷氧基基团中的一个或多个可为C1至C4烷氧基基团。
举例来说，粘合化合物可具有以下一般结构：
[CnH(2n+1)O]mSi-[L-E]p(I)，
其中L为任选的连接基，E为亲电体部分，n为0到3的整数，m为1到3的整数，并且p为4-m。
可采用任何合适的连接基。在一些实施方案中，连接基可包含C1至C10烷基或醚主链，诸如C2至C7主链或C3至C5主链。在一些实施方案中，连接基可为疏水性烃链，以利于被沥青润湿。在一些实施方案中，疏水性烃链可为有助于被沥青润湿的取代基(式I中未示出)。在一些实施方案中，连接基可为环状的脂族或芳族连接基。
在一些实施方案中，粘合化合物上可存在两个或更多个亲电体部分。
在一些实施方案中，粘合化合物可为下述聚合物：该聚合物具有一个或多个亲电体部分，以及一个或多个甲硅烷基部分(诸如烷氧基甲硅烷基部分)。可使用任何合适的聚合物。
在一些实施方案中，聚合物包括聚烯烃。为实现本发明的目的，聚烯烃为具有烯烃主链的聚合物。聚合物包括低分子量的低聚物，并具有大范围内的数均分子量，包括(例如)低至300的数均分子量。烯烃包括乙烯、丙烯、丁烯等。这些烯烃可为脂族烯烃、芳族烯烃、环烯烃或其他烯烃。聚烯烃可以是烯烃的均聚物或共聚物。聚烯烃除包含一种或多种烯烃外，还可任选地包含一种或多种其他单体单元，诸如苯乙烯、丙烯酸类树脂、氨基甲酸酯以及本领域已知的其他单体单元。此类共聚物包括无规聚合物和嵌段共聚物。
可采用任何合适的方式对聚合物(诸如聚烯烃)进行化学改性，使其包含反应性基团，诸如亲电体(例如，环氧化物、卤化物等)。可采用任何合适的方式对聚合物进行改性，使其包含甲硅烷基部分，诸如烷氧基甲硅烷基部分。例如，使不饱和双键与改性用化学物质(诸如卤素和过氧化物)分别发生卤化反应和环氧化反应，可轻易地将亲电体纳入聚合物。举例来说，经由SN2反应、硫醇-烯反应等反应，可将烷氧基硅烷附接到聚合物。例如，可经由硫醇-烯反应使巯丙基烷氧基硅烷与聚合物(例如，聚丁二烯)的不饱和碳反应，而进行硅烷接枝。又如，通过使异氰酸丙基烷氧基硅烷与聚合物的羟基端基基团反应，可将异氰酸丙基烷氧基硅烷接枝到聚合物(例如，聚丁二烯)。借助全部环氧化物部分中的一些(留下一些与例如沥青中的亲核体相互作用)，也可将甲硅烷基部分附接到环氧化聚合物。
在一些实施方案中，粘合剂化合物为经改性而包含烷氧基硅烷等的环氧化聚丁二烯聚合物。
在多个实施方案中，粘合剂化合物为经改性而包含亲电体的油，诸如大豆油。可采用任何合适的方式，诸如上文结合聚合物的改性(用卤素或过氧化物与不饱和碳反应)所述的方式对油进行改性，使其包含亲电体。在一些实施方案中，油为环氧化油。在一些实施方案中，油为环氧化大豆油。可对油进行进一步改性以包含甲硅烷基部分。举例来说，使甲硅烷基与环氧化油中由环氧化反应得到的环氧化物部分中的一些反应，可对环氧化油进行改性。
粘合化合物可包含任何合适的亲电体部分。亲电体的示例包括环氧化物部分、含卤素部分、氮丙啶部分、硫化物部分和聚硫化物部分等。沥青中与粘合化合物结合的亲核体部分可以是天然存在于沥青中的亲核体部分，也可以是被添加到沥青中的亲核体部分。天然存在于沥青中的亲核体部分的示例包括羟基、胺、巯基等。
在一些实施方案中，粘合化合物包含可与各种亲核体发生开环反应的环氧化物部分。在应用中使用环氧化物部分有几个优点，包括：a)在形成键的过程中不会产生副产物；b)相对疏水；c)可在市面上买到有用的单体和粘合化合物。
包含环氧化物部分的粘合化合物的示例包括：
1. 3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷，CAS#2602-34-8
2.β-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷，CAS#10217-34-2
3.用不同浓度的烷氧基硅烷改性的环氧化聚丁二烯环氧化聚丁二烯(CrayValley公司，bd 605E)和3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷(CAS#24801-88-5)的反应产物
4.用巯基烷氧基硅烷改性的环氧化聚丁二烯环氧化聚丁二烯(Cray Valley公司，bd 605E)和3-巯基丙基三乙氧基硅烷(CAS#14814-09-6)的反应产物
执行沥青粘附力测试时，若在增粘剂组合物中使用上述化合物来涂覆矿物粒料，则相比普通沥青和用PPA改性的沥青，上述化合物都表现出粘附力改善。
在一些实施方案中，亲电体部分可为硫化物或聚硫化物官能团。涂层(例如屋顶粒料上的涂层)中存在的硫化物和聚硫化物官能团可与沥青中的亲核体形成化学键。除此之外或另选地，涂层中存在的硫化物和二硫化物官能团与沥青中的重金属物质相互作用，而得到金属硫化物络合物。
在多个示例性实施方案中，包含硫化物或聚硫化物部分的粘合化合物包括：
双(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物，CAS#56706-10-6
双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]四硫化物，CAS#40372-72-3
也可使用经3当量的3-巯基丙基三乙氧基硅烷(CAS#14814-09-6)改性的三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)(CAS#33007-83-9)的反应产物、其他合适的材料，以及这些物质的组合。涂覆在矿物屋顶粒料上的此类材料相比普通沥青和用PPA改性的沥青，表现出粘附力改善。
在一些实施方案中，增粘剂组合物除包含如上所述的粘合化合物外，还包含低聚烷基烷氧基硅烷。烷基烷氧基硅烷可包含烃尾，以便更好地由疏水性沥青润湿。经由缩合反应可在粒料表面与烷基烷氧基硅烷之间形成硅氧烷键，并将疏水性烃尾留在粒料表面上。亲水性表面转变成疏水油性表面改善了粒料表面由沥青润湿的效果。涂料组合物可包含任意合适比率的粘合化合物与烷基烷氧基硅烷。例如，涂料组合物可具有比率为约4:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4等的粘合化合物与烷基烷氧基硅烷。
可在涂料组合物中使用任何合适的烷基烷氧基硅烷。合适的烷基烷氧基硅烷的一个示例为异辛基三甲氧基硅烷[(MeO)3SiCH2C(CH3)2CH2C(CH3)2]或其低聚物，或包含该物质一部分的化合物，诸如得自美国密歇根州艾德里安的瓦克化学公司(Wacker ChemicalCorporation，Adrian，Michigan USA)的BS 68。
涂料组合物可任选地包含能够降低粒料表面的表面自由能的一种或多种另外的化合物。所述另外的化合物可包含硅烷官能团等，用于向粒料提供硅氧烷键。在一些实施方案中，涂料组合物包含涂料载体，诸如油。
在一些实施方案中，增粘剂是低分子量环氧树脂或环氧化合物与一种或多种反应物的反应产物。该反应产物也可称为加合物或胺加合物。合适的反应物包括但不限于包含胺基团、羧酸基团、酚基团或硫醇基团的有机化合物。合适的环氧树脂平均包含一个或多个环氧基团，并且可包含2个或更多个环氧基团。环氧树脂的示例包括脂族树脂、脂环族树脂和芳族树脂。脂族树脂包括环氧化植物油、环氧化醚和环氧化酯化合物。脂环族树脂包括：3,4-环氧环己基甲基-3’,4’-环氧环己烷羧酸酯、β-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷和乙烯基环己烯二环氧化物。芳族树脂的示例包括双酚A和双酚F的二缩水甘油醚、线型酚醛和双酚A线型酚醛的缩水甘油醚，以及芳族氨基化合物(诸如氨基酚和苯胺)的缩水甘油基衍生物和二缩水甘油基衍生物。
合适的胺反应物可包含或可不包含硅烷基团，其包括单官能胺、脂族二胺、脂族四胺、氨基醇化合物、氨基硅烷、二氨基硅烷、聚酰胺、氨基官能化树脂、脂环族胺和芳族胺。各种胺反应物在环氧树脂领域是众所周知的，用胺反应物与环氧基团反应时，可按各种化学计量比将各种胺反应物组合使用。这种开环反应是大家熟悉的，并产生单个碳-碳键和羟基基团。由于氨基硅烷与环氧化物部分反应产生了既具有羟基、又具有硅烷基团，并任选地具有环氧基团的新分子，所以氨基硅烷特别适合用作增粘剂。羟基基团增大了该分子的极性，并且硅烷基团(例如烷氧基硅烷)能够发生各种已知用于产生共价键并带来粘附性的化学反应。
本领域的技术人员可设计出反应产物的分子结构，也可轻松地加以控制。这种新分子涉及的范围可从相对简单的低分子量化合物到具有包含一个或多个反应性硅烷基团的多个官能团的支链低聚化合物。具有两个或更多个反应性硅烷基团的后一种化合物可粘合到玻璃或矿物表面上的多个位点，而且可自交联形成相对不可溶的聚合物涂层，因此可用于增粘。此类反应产物对增强粘附性来说非常有用，还永久地将屋顶粒料的表面改性。通过改变胺反应物和环氧反应物，可生成多种多样不同的增粘剂。例如，二环氧化物与单官能胺(诸如乙醇胺和3-氨丙基三乙氧基硅烷)反应，可生成线性分子。反应产物的分子量取决于反应物的纯度，以及环氧化物基团与反应性胺中氢个数的化学计量比。借助这一示例，技术人员可依据使用的氨基硅烷的量，轻易地制备分子量在很大范围内、且硅烷官能度各异的许多不同的增粘剂。此外，也可轻易地控制分子的端基。如果使用了化学计量过量的环氧基团，则端基将为环氧部分。如果使用了过量的胺，则端基将为硅烷基团或羟基(由氨基乙醇封端)。
所有这些反应产物都易于处理、成本较低，并提供出色的湿粘附性，所以十分有用。经由硅烷基团的反应来固化增粘剂，通常生成毒性低的材料和制品。此外，如果得到充分的交联，则最终的经固化树脂(在硅烷基团与矿物表面反应之后，或硅烷基团彼此反应之后)可具有抗溶剂性、抗水性和抗提取性。众所周知，环氧树脂和经固化的环氧树脂通常用作地板、化学槽、输油管、高等复合材料、航海船舶和防腐措施的高性能涂层，以对抗恶劣环境。
本文所述的增粘剂与矿物表面的反应可在各种各样的条件下发生。处理矿物表面(例如屋顶粒料)的方法有多种。这些方法包括用烃类载体油稀释增粘剂，然后喷涂并/或滚筒抛光。另选地，可使用在线混合工艺，将计量好的胺和环氧树脂加入载体流体，来以化学方式形成增粘剂。借助该途径，可在载体料流中、甚至在矿物表面上以化学方式形成增粘剂。
在一些实施方案中，可将本文所述的增粘剂与已知的增粘剂(诸如辛基三甲氧基硅烷)结合使用。通过将这两者结合使用，可调整矿物表面的极性，但在水中沸腾后(模拟湿热性能)仍表现出令人惊讶的良好粘附性。此外，如果使用了本文所述的较高分子量增粘剂，则已知的增粘剂(诸如辛基三甲氧基硅烷)在本质上充当反应性稀释剂，并用于控制粘度。
可将本文所述的抑尘涂料组合物施涂到多尘表面，例如采掘表面、土壤表面或施工表面。为实现本公开的目的，多尘表面具有在该表面上的截面长度小于30微米的颗粒。通常情况下，颗粒松散地位于表面上。表面的示例包括运输道路、开放铁路车中的矿业材料、传送带上的材料、煤和矿业材料如发电厂和钢厂中的铁矿石原料堆、未铺砌路面的乡村道路和屋面粒料表面。多尘表面的特定示例包括聚集体，例如碎石、煤、铁矿石、砂砾和砂石。
本文所述的抑尘涂料组合物优选地可用于抑制与屋顶粒料相关的粉尘。优选地，抑尘涂层抑制与贮藏、转移或运输屋顶粒料(诸如转移进出轨道车、转移进贮藏容器或设施，以及运输过程中)相关的粉尘。
在一些实施方案中，抑尘涂料组合物包含季铵部分。尽管无意于受理论束缚，但据信，季铵部分凭借带正电的季铵部分和带负电的粉尘颗粒之间的离子相互作用来抑制粉尘。季铵部分也可与沥青(尤其是添加了多磷酸(PPA)的沥青)中的某些天然存在的物质或人为添加的物质(诸如酸物质)形成离子键。当然，沥青(包括不含PPA的沥青)中也存在其他可与季铵部分形成离子键的阴离子物质。因此，包含如本文所述的季铵化合物的抑尘涂料组合物也可充当增粘剂。
可将季铵部分掺入聚合物中。在一些实施方案中，抑尘涂料聚合物包括水基聚合物，诸如聚丙烯酸酯(例如丙烯酸乳液聚合物)或热塑性聚合物。这些聚合物可具有约-60℃至约60℃、或更高的玻璃化转变温度(Tg)。在一些实施方案中，这些聚合物具有较低的Tg，诸如低于-20℃的Tg。例如，Tg可低于-30℃。在一些实施方案中，Tg低于-45℃。在特定的实施方案中，涂料聚合物包括具有季铵部分的丙烯酸乳液聚合物。在多个实施方案中，涂料聚合物为美国专利公布2014/0170362中所述的聚合物。
在存在引发剂和任选的表面活性剂的情况下，可对一种或多种丙烯酸酯单体(为实现本公开的目的，包括甲基丙烯酸酯单体)进行乳液聚合，来制备聚丙烯酸酯(为实现本公开的目的，包括聚甲基丙烯酸酯)。所述单体可包括N-乙烯基吡咯烷酮、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、乙酸乙烯酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、(甲基)丙烯酸十八烷基酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯、二甲基丙烯酰胺、N-(羟甲基)-丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚二甲基硅氧烷(甲基)丙烯酸酯、KF2001(巯基改性的二甲基硅氧烷)、全氟丁基磺酰氨基n-甲基乙基丙烯酸酯、和六氟丙烯氧化低聚物阿米酚(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯，等等。也可以加入0-30％的极性单体来改善这些聚合物的强度。这些极性单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺、取代的(甲基)丙烯酰胺诸如N,N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯、N-辛基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯腈、丙烯酸2-羧乙基酯、马来酸酐等，以及这些物质的混合物。
聚合混合物中可包含具有季铵官能团的单体。可使用任何合适的含季铵的单体。在一些实施方案中，单体为包含烷基铵官能团的丙烯酸酯。在一些实施方案中，具有烷基铵官能团的单体的全部三个烷基均为烷基基团。在其他实施方案中，三个烷基中有两个为甲基，并且第三个烷基为具有2至24个碳原子、6至20个碳原子、8至18个碳原子、或者16个碳原子的直链基团、支链基团、环状基团或脂环基团。在一些实施方案中，单体为丙烯酸2-(三烷基铵)乙酯，其可由丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯或甲基丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯与烷基卤化物反应得到。合适的含季铵的单体的另一个示例为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
在一些实施方案中，使用丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯或甲基丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯来执行聚合，然后使聚合物中存在的氨基与合适的烷基卤化物反应，而原位形成相应的铵官能团，由此形成相应的卤化铵官能团。
用于形成聚合物的反应混合物可包含任意合适浓度的具有季铵官能团(或能够转化成具有季铵官能团)的单体。尽管无意于受理论束缚，但据信，季铵官能团的浓度升高将改善抑尘效果。然而，在基于沥青的屋顶材料或者抑尘涂层可能与疏水材料相互作用的其他产品中使用季铵官能团时，对增强抑尘效果的期望(因而铵浓度增大，正电荷增多)同对与疏水材料有效地相互作用的期望应当彼此平衡。为防止水浸入粒料-沥青界面，理想的是粒料表面的大部分都是疏水的。在各种实施方案中，聚合物包含约0.1重量％至约50重量％的季铵官能团。如果聚合物为乳液聚合物，则该聚合物中所包含的季铵单体的重量百分比通常将小于约10％，诸如8％或更少。如果聚合物为溶液聚合物，则该聚合物中所包含的季铵单体的重量百分比可以(但不必)更高，诸如高达约65％或更高。
在实施方案中，在由包括含季铵单体的反应混合物所形成的聚合物中，基于该聚合物的总重量计，所包含的含季铵单体为约2重量％至45重量％、或该聚合物的约2重量％至35重量％、或该聚合物的4重量％至25重量％、或该聚合物的6重量％至15重量％、或该聚合物的7重量％至10重量％，或各种中间水平诸如3重量％、5重量％、6重量％、8重量％，以及2重量％和45重量％之间以1重量％的增量表示的所有其他此类单个值，以及以1重量％的增量涵盖上述单个值的任何范围，诸如2重量％至4重量％、7重量％至38重量％、20重量％至25重量％等等。
在一些实施方案中，具有季铵官能团的聚合物还包括疏水烃官能团，当被涂覆的表面与含沥青制品接触时，该疏水烃官能团可增强对沥青的润湿。疏水烃官能团可具有侧基式烃链，诸如C3或更长的链；如C5-C12链等等。通过将具有疏水烃官能团的单体引入混合物中以进行聚合反应，可将疏水烃官能团结合到聚合物中。在多个实施方案中，具有疏水烃官能团的单体为具有8和12个碳之间的醇的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。醇可为直链、支链或环状的。可用于丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的醇的示例包括辛醇、异辛醇、壬醇、异壬醇、癸醇、十一醇和十二醇。在一些实施方案中，所述醇为异辛醇。
聚合物可包含任何合适浓度的疏水烃官能团。例如，聚合物可包含约50％至约99.9％的烃官能团。在一些实施方案中，在由包含具有疏水烃官能团的单体的反应混合物所形成的聚合物中，相对于该聚合物的总重量，所包含的具有疏水烃类官能团的单体为约50重量％至95重量％、或该聚合物总重量的约60重量％至90重量％、或该聚合物总重量的约75重量％至85重量％，或各种中间水平诸如51重量％、52重量％、53重量％、54重量％，以及50重量％和95重量％之间以1重量％的增量表示的所有其他此类单个值，以及以1重量％的增量涵盖任一上述单个值的任何范围，诸如约54重量％至81重量％、约66重量％至82重量％、约77重量％至79重量％等范围。
在一些实施方案中，聚合物可包含一种或多种甲硅烷基官能团(能够与矿物粒料粘结在一起，例如上文在标题“增粘剂涂料组合物”下所讨论，该讨论内容并入本节中)和亲电体官能团(能够与沥青粒料中的亲核体粘结在一起，例如上文在标题“增粘剂涂料组合物”下所讨论，该讨论内容并入本节中)。通过将具有甲硅烷基官能团或亲电体官能团的单体结合到混合物中以进行聚合反应，可将甲硅烷基官能团或亲电体官能团添加到聚合物中。具有甲硅烷基官能团的丙烯酸酯单体的示例包括(三甲氧基甲硅烷基)甲基丙烯酸丙酯和(三乙氧基甲硅烷基)甲基丙烯酸丙酯。具有亲电体官能团的丙烯酸酯单体的一个示例为甲基丙烯酸缩水甘油酯。
聚合物可包含任何合适浓度的甲硅烷基官能团。例如，聚合物可包含约0％至约10％的甲硅烷基官能团。在一些实施方案中，相对于该聚合物的总重量，在由包含具有甲硅烷基官能团的单体的反应混合物所形成的聚合物包含约0重量％至5重量％的包含甲硅烷基官能团的单体。
聚合物可包含任何合适浓度的亲电体官能团。例如，聚合物可包含约0％至约10％的亲电体官能团。在一些实施方案中，在由包含具有亲电体官能团的单体的反应混合物所形成的聚合物中，相对于该聚合物总重量，所包含的亲电体官能团的单体为约0重量％至5重量％。
在一些实施方案中，聚合物反应混合物包含阴离子单体。例如，反应混合物可包含下列物质中的一种或多种：丙烯酸、甲基丙烯酸、它们的盐或它们的混合物。在一些实施方案中，阴离子单体为丙烯酸或甲基丙烯酸，该酸在聚合反应之前或之后通过中和作用转化成相应的羧酸盐。在一些实施方案中，聚合物反应混合物包含基于聚合物的总重量计约0重量％至5重量％的阴离子单体。
具有季铵官能团的聚合物的聚合反应通过技术人员所熟知的常规热聚合或辐射聚合技术进行。例如，在一些实施方案中，将单体混合，并通过光化辐射或电离辐射对其进行照射。在一些实施方案中，在照射过程中，将空气部分地排除或限制在反应区域内。在一些实施方案中，形成单体乳液，并通过紫外引发作用或热引发作用进行聚合反应。该乳液为油包水乳液或水包油乳液。在一些实施方案中，在水、含水混合物等溶剂或除水以外的溶剂中形成单体溶液，并通过类似于乳液反应的紫外引发作用或热引发作用进行聚合反应。
在一些采用紫外辐射的实施方案中，使用光引发剂通过光引发剂的光解作用引发聚合反应。在一些此类实施方案中，根据所用的紫外辐射的波长来选择光引发剂。当采用光引发剂时，聚合混合物中所包含的光引发剂基于单体的总重量计为约0.01重量％至5重量％，例如基于单体的总重量计为约0.1重量％至2重量％，或基于单体的总重量计为约0.2重量％至1重量％。合适的光引发剂的非限制性示例包括下列任一种光引发剂：紫外光引发聚合领域的技术人员所熟知的金属碘化物、烷基金属化合物或偶氮化合物；以及由美国纽约州塔里敦的汽巴精化公司(Ciba Specialty Chemicals Corp.,Tarrytown,NY)以商品名出售的那些光引发剂；由日本东京的太阳化学公司(Sun ChemicalCompany,Tokyo,Japan)以商品名出售的那些光引发剂；由美国北卡罗来纳州夏洛特的巴斯夫公司(BASF Corporation,Charlotte,NC)以商品名出售的那些光引发剂。就乳液聚合反应而言，优选水溶性引发剂。
在一些采用热分解引发聚合反应的实施方案中，用于制备具有季铵官能团单体的聚合物的单体乳液聚合反应通过以下方式进行：将单体、表面活性剂和热引发剂在水中混合，然后将乳液加热至一定温度，在该温度下，引发剂将以适当速率发生分解以维持适当的聚合速率。合适的热引发剂的非限制性示例包括热引发聚合领域的技术人员常用的任何有机过氧化物或偶氮化合物，诸如过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈(AIBN)，以及由美国特拉华州威明顿的杜邦公司(duPont deNemours and Company,Wilmington,DE)以商品名出售的热引发剂。就乳液聚合反应而言，优选水溶性引发剂。
在其他实施方案中，形成单体乳液，并通过紫外引发作用或热引发作用进行聚合反应。该乳液为油包水乳液或水包油乳液。在一些此类实施方案中，乳液为水包油乳液，其中通过采用一种或多种表面活性剂将一种或多种单体稳定在大量水相中。在多个实施方案中，表面活性剂在本质上为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂或非离子表面活性剂，并且其结构未受到其他特别限制。在一些实施方案中，表面活性剂也是一种单体，并被结合到聚合物中。在其他实施方案中，表面活性剂存在于聚合反应容器中，但并未因聚合反应而结合到聚合物中。
用于形成单体(该单体用于形成具有铵官能团的聚合物)的水包油乳液的非离子表面活性剂的非限制性示例包括：环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物，诸如由美国北卡罗来纳州夏洛特的巴斯夫公司(BASF Corporation,Charlotte,NC)以商品名或出售的那些；由环氧乙烷与脂肪醇、壬基酚、十二醇等等反应形成的乙氧基化物，包括由美国密歇根州米德兰的陶氏化学公司(DOW Chemical Company,Midland,MI)以商品名出售的那些；油醇；山梨醇酯；烷基多苷，诸如癸基葡萄糖苷；山梨醇三硬脂酸酯；以及它们中的一者或多者的组合。
用于形成单体(该单体用于形成具有季铵官能团的聚合物)的水包油乳液的阳离子表面活性剂的非限制性示例包括：苯扎氯铵、西曲溴铵、双十八烷基二甲基氯化铵、十二烷基甲基葡糖醇聚醚-10羟丙基氯化铵、四甲基氢氧化铵、单烷基三甲基氯化铵、单烷基二甲基苄基氯化铵、二烷基乙基甲基乙基硫酸铵、三烷基甲基氯化铵、聚氧乙烯单烷基甲基氯化铵和氯化双季铵盐；由荷兰阿姆斯特丹的阿克苏诺贝尔公司(Akzo Nobel N.V.,Amsterdam,Netherlands)以商品名和出售的铵官能团表面活性剂；以及它们的混合物。在本发明的两性离子聚合物的聚合反应中，特别用于形成水包油乳液的表面活性剂是表面活性剂，例如，C/12、C/25、C/12-75等等。在一些实施方案中，C/25有效用于在水中制备单体的高固体乳液，从而制备本文所述的聚合物。
在水包油乳液聚合反应中采用阳离子表面活性剂时，其用量基于单体的总重量计为约0.1重量％至6.0重量％，或为单体的约0.3重量％至4.0重量％，或各种中间水平诸如1.1重量％、1.2重量％、1.3重量％、1.4重量％、1.5重量％、1.6重量％、1.7重量％、1.8重量％、1.9重量％、2.1重量％、2.2重量％，以及1.0重量％和6.0重量％之间以0.1重量％的增量表示的所有其他此类单个值，以及以0.1重量％的增量涵盖上述单个值的任何范围，诸如2.3重量％至4.6重量％、4.5重量％至4.7重量％等等。
用于形成单体(该单体用于形成本文所述的聚合物)的水包油乳液的两性离子表面活性剂的非限制性示例包括：甜菜碱和磺基甜菜碱，诸如椰油酰胺丙基甜菜碱、羟基磺基甜菜碱和椰油酰胺丙基羟基磺基甜菜碱；其他两性离子表面活性剂包括卵磷脂、3-[(3-胆酰胺丙基)二甲氨基]-1-丙磺酸内酯(CHAPS)和2-[1-(2-羟乙基)-2-十一烷基-4,5-二氢咪唑鎓-1-基]乙酸钠(月桂酰基两性乙酸钠)。在水包油乳液聚合反应中采用两性离子表面活性剂时，其用量基于单体的总重量计为约01重量％至10.0重量％，或为单体的约0.3重量％至6.0重量％，或各种中间水平诸如1.1重量％、1.2重量％、1.3重量％、1.4重量％、1.5重量％、1.6重量％、1.7重量％、1.8重量％、1.9重量％、2.1重量％、2.2重量％，以及1.0重量％和10.0重量％之间以0.1重量％的增量表示的所有其他此类单个值，以及以0.1重量％的增量涵盖上述单个值的任何范围，诸如2.3重量％至4.6重量％、4.5重量％至4.7重量％等等。
在一些实施方案中，用于制备具有铵官能团的聚合物的单体乳液聚合反应通过以下方式进行：将单体、表面活性剂和紫外引发剂在水中混合，然后用紫外辐射以与所选引发剂的优选分解波长对应的波长照射一段时间。在其他实施方案中，单体的乳液聚合反应通过以下方式进行：将单体、表面活性剂和热引发剂在水中混合，然后将乳液加热至一定温度，在该温度下，将以适当的速率诱导热引发剂的分解。在单体混合物中采用了甲基丙烯酸或丙烯酸的一些实施方案中，将氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化铵或氢氧化钾加入到单体混合物中，以中和酸官能团并形成相应的盐。在其他实施方案中，在聚合反应完成后进行这种中和。在实施方案中，中和意指将水相的pH从约2和3之间调节至约4和7之间，例如约5和6之间。
在一些实施方案中，采用C/25有效用于制备单体的高固体乳液。在该语境中，“固体”定义为乳液中除水以外的所有成分。所形成的高固体乳液的水中总固体含量例如为约15重量％和60重量％、或水中总固体含量为约25重量％至60重量％、或水中固体含量为约30重量％至50重量％，或各种中间水平诸如16重量％、17重量％、18重量％、19重量％、20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％、26重量％、27重量％，以及15重量％和60重量％的水中固体含量之间以1重量％的增量表示的所有其他此类单个值，以及以1重量％的增量涵盖上述单个值的任何范围，诸如23重量％至46重量％、45重量％至57重量％等等。
一般来讲，所采用的乳液聚合条件和方法与传统乳液聚合方法相同或类似。在一些实施方案中，利用热引发作用进行水包油乳液聚合反应。在此类实施方案中，一种可用的聚合引发剂为V-50(可购自日本大阪的和光纯药工业株式会社(Wako Pure ChemicalIndustries Ltd.,Osaka,Japan))。在一些此类实施方案中，在聚合之前和聚合期间将乳液的温度调节到约30℃至100℃，例如调节到约40℃至80℃，或约40℃至60℃，或约45℃至55℃。在高温下将乳液搅拌适当的时间，以分解基本上所有热引发剂，并使加入到乳液中的基本上所有单体都发生反应，从而形成聚合的乳液。在一些实施方案中，将高温维持约2小时至24小时，或约4小时至18小时，或约8小时至16小时。在一些实施方案中，有必要在聚合过程中添加额外的热引发剂，以使添加到反应容器中的基本上所有单体含量完成反应。应当理解，聚合反应的完成是通过仔细调节条件而实现的，并且技术人员将会凭借标准分析技术，诸如残留单体含量的气相色谱分析，来获知聚合的完成情况。
在其他实施方案中，聚合反应为溶剂聚合反应，其中单体在一种溶剂或在两种或更多种溶剂的混合物中形成溶液。溶剂包括水，但在一些实施方案中，采用非水性溶剂或溶剂混合物。在多个实施方案中，合适的溶剂和溶剂混合物的示例包括以下物质中的一种或多种：乙醇、甲醇、甲苯、甲基乙基酮、乙酸乙酯、异丙醇、四氢呋喃、1-甲基-2-吡咯烷酮、2-丁酮、乙腈、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、叔丁醇、甲基异丁基酮、甲基叔丁基醚和乙二醇。一般来讲，所采用的溶剂聚合条件和方法与传统溶剂聚合方法相同或类似。在一些实施方案中，利用热引发作用进行溶剂聚合。在此类实施方案中，一种可用的聚合引发剂为67。在一些此类实施方案中，在聚合之前和聚合期间将单体溶液温度调节到约30℃至150℃，例如调节到约50℃至130℃，或约60℃至120℃，或约60℃至100℃。在高温下将溶液搅拌适当的时间，以分解基本上所有热引发剂，并使基本上所有单体都发生反应，从而形成聚合物溶液。在一些实施方案中，将高温维持约2小时至24小时，或约4小时至18小时，或约8小时至16小时的时间。在一些实施方案中，有必要在聚合过程中添加额外的热引发剂，以使添加到反应容器中的基本上所有单体含量完成反应。应当理解，聚合反应的完成是通过仔细调节条件而实现的，并且技术人员将会凭借标准分析技术，诸如残留单体含量的气相色谱分析，来获知聚合的完成情况。
在一些实施方案中，如上所述的溶剂聚合反应为紫外聚合反应；也就是说，采用紫外引发剂替代热引发剂，并且聚合过程基本上与上述溶剂聚合过程一致，不同之处在于采用紫外辐射以与所选引发剂的优选分解波长对应的波长照射溶液一段时间。在一些实施方案中，在不对溶液加热的情况下进行溶液紫外聚合反应。在其他实施方案中，进一步对溶液加热，例如，以有利于随着聚合过程中溶液粘度的增加而进行混合。
在一些实施方案中，抑尘涂层聚合物组合物与烷基烷氧基硅烷混合(无论聚合物是否包含甲硅烷基官能团)。烷基烷氧基硅烷可包含烃尾，以便更好地用疏水性沥青来润湿。通过缩合反应可在粒料表面和烷基烷氧基硅烷之间形成硅氧键，并将疏水性烃尾留在粒料表面上。亲水性表面转变成疏水油性表面改善了粒料表面由沥青润湿的效果。涂料组合物可包含任何合适比率的抑尘涂层聚合物和烷基烷氧基硅烷。例如，组合物可包含比率为约4:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4等的抑尘化合物和烷基烷氧基硅烷。
可在涂料组合物中使用任何合适的烷基烷氧基硅烷。优选地，烷基烷氧基硅烷(如果存在)的存在量不会影响(例如，阻碍)季铵官能团。合适的烷基烷氧基硅烷的一个示例为异辛基三甲氧基硅烷[(MeO)3SiCH2C(CH3)2CH2C(CH3)2]或其低聚物，或包含该物质一部分的化合物，诸如得自美国密歇根州艾德里安的瓦克化学公司(Wacker ChemicalCorporation，Adrian，Michigan USA)的BS 68。
在下面的实施例部分中证明了，含有季铵的聚丙烯酸酯含水分散体表现出抑尘作用。这些含水分散体也可包含硅烷和硅烷醇官能部分、环氧部分、或两者。反应性硅烷和硅烷醇官能团可使硅氧烷牢牢结合在矿物屋顶粒料上。环氧部分可能会与沥青中的反应性物质形成化学键(例如，如上文在标题“增粘剂涂料组合物”下所讨论)。
对于未改性的沥青和PPA改性的沥青而言，经由包含上述材料之一和烷基硅氧烷低聚物的配方处理过的粒料相对于对照物表现出改善的抑尘效果，并且在粒料表面和屋顶沥青之间表现出增强的亲和力。
若采用包含这些材料的硅烷醇官能形式、烷基硅氧烷低聚物和环氧官能硅烷的配方来处理粒料，则由环氧硅烷为PPA改性的沥青提供的改善粘附性不会受到影响。相比于对照物或烷基硅氧烷低聚物和环氧官能硅烷的组合，对于传统抑尘剂材料3M FastbondTM绝缘粘合剂49(3M FastbondTM Insulation Adhesive 49)而言，这些相同的组合也表现出改善的抑尘效果。
美国专利公布2014/0170362所述的对丙烯酸两性离子型两亲聚合物(A-ZAP乳液聚合物)进行的初始测试证实，相比于现有商用防尘抑制剂溶液3M FastbondTM绝缘粘合剂49(3M FastbondTM Insulation Adhesive 49)，这类带电的丙烯酸乳液提供了改善的抑尘效果。如上文在标题“增粘剂涂料组合物”下以及实施例1下所述，已经证实，缩水甘油基官能硅烷表面处理可在粒料表面与沥青之间提供增强的粘附力。然而，将A-ZAP和缩水甘油基官能硅烷表面处理相结合时，所得表面的粉尘较少，但与沥青的亲和力并未提高。下文的实施例(实施例2)描述了包含A-ZAP改性形式的配方，其相对于对照物显示出增强的抑尘效果，又表现出对沥青增强的亲和力。下文的实施例还描述了具有增强的抑尘作用，同时不会影响缩水甘油基官能硅烷表面处理的粘附特性的配方。
已发现，A-ZAP和其他含季铵部分的丙烯酸聚合物同时提供了有益的抑尘效果以及矿物粒料与沥青之间改善的粘附性，还会在与各种组分混合时，提供改善的润湿特性。在多个示例性实施方案中，用于提供改善的粘附性和抑尘特性的涂料组合物包含具有季铵部分的丙烯酸类聚合物、非离子单体，并且还可包含酸性单体。合适的酸性单体包括例如丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基膦酸、乙烯基磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、它们的合适组合，以及本领域已知的其他合适组分。示例性非离子单体包括例如N-乙烯基吡咯烷酮、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、乙酸乙烯酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、(甲基)丙烯酸十八烷酯、(甲基)丙烯酸十八酯、二甲基丙烯酰胺、N-(羟甲基)-丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚二甲基硅氧烷(甲基)丙烯酸酯、KF 2001(巯基改性的二甲基硅氧烷)、全氟丁基磺酰氨基n-甲基乙基丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、阿米酚(甲基)丙烯酸酯、六氟丙烯氧化低聚物、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、它们的合适组合，以及本领域已知的其他合适组分。
示例性涂料组合物还包含可与例如羧基官能团相互作用的离子交联剂。在示例性实施方案中，该涂料组合物还包含锆类物质。锆类物质可与羧基部分形成强离子键，并且/或者与羟基部分形成氢键。在多个示例性实施方案中，锆类物质可包括醋酸锆、碳酸锆铵、碳酸锆钾、三乙醇胺锆、乳酸锆的钠盐、它们的合适组合、以及本领域已知的其他合适材料。
在一些示例性实施方案中，锆部分可在其自身结构中包含桥联羟基基团。不受理论的约束，据信这类锆类物质能使丙烯酸聚合物发生交联，例如，改善与沥青的粘附性，并增强对于屋顶粒料的多孔表面的附着。键合可借由例如丙烯酸聚合物的羧基部分、沥青(与经涂布的基材诸如屋顶粒料接触)中存在的羧基和羟基部分、以及基材或基材涂层(诸如二氧化硅涂层)上存在的羟基基团而发生。在一个示例性实施方案中，随着乙酸酯基团从醋酸锆脱离，并随着醇(羟基)桥的形成，会产生由例如醋酸锆形成的聚合锆结构。这种反应可由存在的碱土金属氧化物(如氧化镁、氧化钙和其他氧化物)催化。
将包括具有季铵部分和羧基部分的丙烯酸类聚合物的涂料组合物与硅酸盐涂层提供到屋顶粒料(诸如矿物屋顶粒料)上时，这种组合物可以和锆一起提供特别的优势。硅酸盐涂层通常包含碱性氧化物，并且矿物基材可包含例如氧化镁和氧化钙。在一个示例性实施方案中，锆交联剂(诸如醋酸锆)能够由醇桥键桥接到矿物基材表面。羟基可与硅表面的硅醇基团形成氢键。聚合锆络合物，或交联的丙烯酸聚合物和锆络合物能够在多孔硅酸盐涂层内机械地缠结，并且/或者可由氢键连接至硅烷醇部分，例如在示例性组合物中由SILRES BS68提供的硅烷醇部分。据信基材和/或经涂布的基材与硅烷醇部分之间的附着会改善例如基材或经涂布的基材与沥青之间的粘附性。
在多个示例性实施方案中，丙烯酸类聚合物包含季铵部分和介于0.5重量％和5重量％之间、1重量％和4重量％之间，或约2重量％的羧基部分。所提供的锆(诸如醋酸锆)的量会得到化学计量比在约0.5:1和20:1之间、1:1和16:1之间、或约1:1和10:1之间的锆与羧基部分。这种用量提供了改善的粘附性和抑尘效果的组合，而不会带来不期望的脱落和/或使粉尘增加的情况。因此，观察到在具有季铵部分和锆的丙烯酸类聚合物中引入羧基部分的涂料组合物能同时提供改善的粘附性和抑尘特性，如实施例中进一步阐述。在将此类涂层施加到基材(诸如屋顶粒料)上，随后将经涂布的基材部分地嵌入沥青中时，这些优势会特别明显。
本文所述的增粘剂涂料组合物和抑尘涂料组合物可用于任何合适的目的。在一些实施方案中，一种或多种此类涂料组合物被用于涂覆屋顶粒料。在一些实施方案中，经涂覆的屋顶粒料被掺入到屋顶材料中。屋顶材料通常包括毡块、沥青和屋顶粒料。
各种各样的材料均可用作屋顶材料的毡块。一般来讲，毡块可包括玻璃纤维或纤维素纤维的非织造毡块。玻璃纤维毡块常用于沥青屋顶产品行业。然而，也可采用纤维素毡块，有时也称为有机毡块或油毡。
玻璃纤维毡块可从美国俄亥俄州托莱多的欧文斯科宁玻璃纤维公司(Owens-Corning Fiberglass Corporation,Toledo,Ohio)和美国科罗拉多州丹佛的Manville屋顶系统公司(Manville Roofing Systems,Denver,Colo)商购获得。一般认为，任何具有相似物理性质的玻璃纤维毡块均可获得令人满意的结果。通常，玻璃纤维毡块由吹制的硅酸盐玻璃纤维在直径为约30-200微米的流中以非织造形式制成，得到约1-5毫米厚的毡块。
纤维素毡(干毡)通常由碎布、木材和其他纤维素纤维或含有纤维素的纤维的各种组合以适当比例混合而制成，以提供所需强度、吸收能力和弹性。
屋顶沥青有时称为“沥青稀释油”，是包含沥青材料混合物的石油基流体。在屋顶材料的制造过程中，通常可取的是，使用“饱和”沥青浸泡吸水毡或玻璃纤维毡块，直至其浸渍或渗透达到可能的最大程度，使得沥青适用于该用途。饱和沥青的油性成分含量较高，以提供防水性和其他防腐作用。用饱和沥青饱和的毡块一般通过涂覆较硬或粘性较大的“涂层沥青”进行两侧密封，该涂层沥青本身由矿物粒料覆盖保护。就基于玻璃纤维毡块的沥青屋顶产品而言，容易理解到，涂层沥青可直接涂覆在不饱和玻璃纤维毡块上。
通常以改变沥青稀释油发生软化的温度的方式对其进行处理，从而制备用于饱和沥青和涂层沥青的沥青。一般来讲，饱和沥青的软化温度可以在约37℃至约72℃之间变化，而理想的涂层沥青的软化温度可能高达约127℃。屋顶行业中所用的软化温度各异，并且可改变软化温度以便在各种天气下应用于屋顶系统。
在实施方案中，可将多磷酸(PPA)添加到沥青中，以改变沥青的等级。用热风吹过经PPA改性的沥青时，可将沥青吹拂一段较长的时间至较高软化点，同时较少地减小室温下的穿透深度。参见如美国专利7,951,239。这种硬化效果可归因于沥青相和PPA之间的优先反应。
通常将屋顶粒料施加于沥青表面，例如，屋顶木瓦上的沥青表面。一般来讲，其包括自然形态的或由陶瓷涂层人工染色的有色板岩或岩石粒料。
一般来讲，任何不透明且致密、并且通过筛选最大覆盖率而进行适当分级的矿物材料通常可用于屋顶产品中。通常，这些材料被粉碎并分级得到所需尺寸。可使用在屋顶材料行业中可用的任何尺寸的粒料或尺寸分布。在多个示例性实施方案中，粒料的尺寸在约200至1680微米之间，或420至1500微米之间，或约40至12US筛目之间。为此类粒料着色的方法是本领域普遍已知的。参见例如Beyard等人在美国专利3,752,696中的描述。
合适的基础粒料可选自一类较广的相对多孔或无孔的耐候岩石或矿物材料。合适的材料可包括火成岩、暗色岩、板岩，粘板岩、玄武石、绿岩、石英、石英岩、某些花岗岩或某些由粘土或其他陶瓷制成的合成粒料。粒料可涂覆有各种材料，以提供所需特性。这些涂层可以是连续的或不连续的。可以依次或同时施加多个涂层。
在一些实施方案中，可将粒料制成具有光催化性的粒料。光催化剂在转让给3M创新有限公司(3M Innovative Properties Company)的美国专利6,569,520、6,881,701和美国专利公布US2005/0142329中进一步描述。普遍认为光催化剂在活化或暴露于日光后，既形成氧化位点又形成还原位点。据信这些位点会产生高度反应性物质，诸如羟基自由基，其能够预防或抑制藻类或其他生物群在涂覆制品上的生长，在有水存在的情况下尤为如此。本领域内的技术人员传统认可的许多光催化剂都适用于本发明。光催化剂的具体示例包括过渡金属光催化剂。合适的过渡金属光催化剂的示例包括TiO2、ZnO、WO3、SnO2、CaTiO3、Fe2O3、MoO3、Nb2O5、TixZr(i_x)O2、SiC、SrTiO3、CdS、GaP、InP、GaAs、BaTiO3、KNbO3、Ta2O5、Bi2O3、NiO、Cu2O、SiO2、MoS2、InPb、RuO2、CeO2、Ti(OH)4等等，以及它们的组合。特别优选的光催化剂包括结晶锐钛矿TiO2、结晶金红石TiO2、结晶ZnO，以及它们的组合。
为了改善光谱效率，光催化剂可掺杂有非金属元素，诸如C、N、S、F，或掺杂有金属或金属氧化物，诸如Pt、Pd、Au、Ag、Os、Rh、RuO2、Nb、Cu、Sn、Ni、Fe，或它们的组合。在一些实施方案中，可将粒料制成抗菌粒料。这种功能化屋顶粒料的示例可见于例如WO 02/10244中。在一些实施方案中，随着氧化亚铜的加入，粒料被制成抗微生物的。参见例如美国专利3,528,842。
在一些实施方案中，屋顶粒料表现出对红外光的反射。这种功能化屋顶粒料的示例可见于例如美国专利申请公布2005/0142329中。通常，这种粒料提供非白色的建筑表面，在770nm和2500nm之间的波长范围内的基本上所有点处，其反射率为至少约20％。
可在沥青基屋顶系统中使用各种添加剂，诸如稳定剂和填料。例如，可将添加剂例如稳定剂、抗氧化剂、表面活性剂等添加至粒料上的增粘涂层。另外，可采用火成岩矿物粉、二氧化硅、板岩尘、滑石、云母材料、白云石、石灰岩和暗色岩作为涂层沥青中的稳定剂或填料。
这些化合物用于常规系统中，并且它们可用于包括本文所述的增粘剂或经涂布的抑尘粒料的改良系统。此类材料使沥青基底在抗碎性、抗冲击性和拉伸强度方面得到改善。另外，它们提供了防火保护。并且，它们还节省了原材料成本并提供了改善的耐候性特性。添加剂也可包括反射性颗粒，例如反射红外光的添加剂。示例包括转让给3M创新有限公司(3M Innovative Properties Company)的美国专利申请2007/021825中所描述的那些。
如本文所述，在屋顶粒料、矿物填料或其他合适基材的表面上提供一个或多个涂层提供了若干独特的功能和好处。例如，使共价或离子反应性部分存在于粒料或基材表面上，而不是混合进粒料或基材所嵌入的沥青中，允许人们对沥青和粒料和/或涂层的流变性进行独立调整。此外，由于涂层(例如经涂布的粒料或矿物填料)和沥青相互接触时反应才会发生，因此可以更容易地控制涂料组合物和沥青之间的反应。
现在参见图1，示出了经涂覆的屋顶粒料100的实施方案的示意图。经涂布的粒料100包括基础粒料101和该基础粒料上的涂层103。基础粒料101和涂层103可以是如上所述的屋顶粒料和涂层。
现在参见图2，示出了屋顶制品200的实施方案的示意图。屋顶制品200包括基材203和设置在该基材203上的沥青层201。屋顶制品200还包括部分地嵌入沥青层201中的屋顶粒料100。屋顶制品200、沥青层201、基材203和粒料100均可符合上文的描述。例如，如果屋顶制品200为屋顶木瓦，则基材201可为例如如上所述的玻璃纤维垫或毛毡。
定义
除非另外指明，否则本文所用的所有的科学和技术术语具有在本领域中所普遍使用的含义。本文给出的定义旨在有利于理解本文频繁使用的某些术语，并无限制本发明范围之意。
除非本文内容另外明确指明，否则如本说明书和所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”涵盖了具有多个指代对象的实施方案。
除非本文内容另外明确指明，否则本说明书和所附权利要求书中使用的术语“或”一般以包括“和/或”的意义使用。术语“和/或”指所列要素中的一个或全部，或者所列要素中的任何两个或更多个的组合。
如本文所用，“具有”、“包括”、“包含”、“含有”等等均以其开放性意义使用，并且一般是指“包括但不限于”。应当理解，“基本上由...组成”、“由...组成”等等包含在“包括”等等之中。如本文所用，当“基本上由……组成”涉及组合物、制品、系统、方法等时，意味着组合物、制品、系统、方法等的组成要素限于所枚举的组成要素，以及对该组合物、制品、系统、方法等的基本特性和新颖特性无实质性影响的任何其他组成要素。
词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案是不可用的，并且并不旨在将其他实施方案排除在本公开(包括权利要求书)的范围之外。
另外，在本文中，由端点界定的数值范围包括该范围内所含的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等，或者10或更少包括10、9.4、7.6、5、4.3、2.9、1.62、0.3等)。当值的范围“多达”某个特定值时，该值包括在该范围内。
如本文所用，术语“约”包括出现在任何测量中的实验误差范围。
如本文所用，“粘合化合物”是能够与基础屋顶粒料以及沥青中的反应性基团形成共价键或离子键的化合物。粘合剂化合物可包括在增粘剂涂料组合物中。可将增粘剂涂料组合物施用至基础屋顶粒料，以形成经涂覆的屋顶粒料。
出于本发明的目的，对化合物的参考包括对以下物质的参考：该化合物的盐、该化合物的水合物、该化合物的多晶型物、该化合物的异构体(包括结构异构体和立体异构体诸如对映异构体和非对映异构体)等等。
援引并入：本文所引用的任何专利或非专利文献，据此全文以引用的方式，并以不与本文提出的公开内容相冲突的程度并入本文。
在上文的详细说明中，公开了化合物、组合物、制品、系统和方法的若干具体实施方案。应当理解，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，可设想并进行其他实施方案。因此，详细说明不应被视为具有限制意义。
虽然本公开的大部分内容都涉及到屋顶粒料，但应当理解，本文所述的增粘剂涂层或抑尘涂层可用于任何合适的目的。例如，增粘剂涂层可用于增强任何合适的第一基材与任何合适的第二基材之间的粘附性；尤其是可与硅烷部分形成硅氧烷键的任何第一基材，和具有亲核体部分的任何第二基材。以另一个实例的方式，抑尘涂层可用于抑制任何合适的粉尘，诸如土壤粉尘、矿物粒料粉尘等等。本文所述的涂层也可适用于其他沥青组合物以改善性能，例如用于道路、建筑材料和其他合适的材料，并且可例如被涂布或与矿物填料一起掺入此类材料中。
在下文的非限制性实施例中，提供了如上所述的化合物、组合物、制品、系统和方法的例示性实施方案。这些示例并非旨在对本文提出的公开内容的范围作出任何限制。除非另外指明，否则实施例以及说明书的余下部分中的所有份数、百分数、比率等均按重量计。
实施例
实施例1：采用包含烷氧基硅烷和亲电体的化合物进行增粘
下表1中列出了实施例1中所用的材料。
表1
实施例1中所用的材料
材料合成
1.10％硅烷Mod ePB的合成：用3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷(164223-64-A)改性的环氧化聚丁二烯(BD 605E)：在100ml玻璃广口瓶中加入50.0g环氧化聚丁二烯(BD 605E)、10.51g 3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷和痕量(<0.05g)的二月桂酸二正丁基锡。用机械搅拌器将混合物在室温下搅拌10分钟。然后用热油浴将混合物加热至80℃，同时保持有力的搅动。将该反应温度保持40分钟，然后冷却至室温。将产物存储在密封小瓶中，以避免发生任何水解反应。
2.20％硅烷Mod ePB的合成：用3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷(164223-64-B)改性的环氧化聚丁二烯(BD 605E)：在100ml玻璃广口瓶中加入50.0g环氧化聚丁二烯(BD 605E)、21.02g 3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷和痕量(<0.05g)的二月桂酸二正丁基锡。用机械搅拌器将混合物在室温下搅拌10分钟。然后用热油浴将混合物加热至80℃，同时保持有力的搅动。将该反应温度保持40分钟，然后冷却至室温。将产物存储在密封小瓶中，以避免发生任何水解反应。
3.30％硅烷Mod ePB的合成：用3-巯基丙基三乙氧基硅烷(164223-66)改性的环氧化聚丁二烯(BD 605E)：在100ml玻璃广口瓶中加入50.0g环氧化聚丁二烯(BD 605E)和0.1g2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。用机械搅拌器将混合物在室温下搅拌，直至所有的2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮均溶解到液体聚合物中。得到均匀混合物后，将15.0g 3-巯基丙基三乙氧基硅烷加入该混合物中。将反应混合物在室温下搅拌10分钟，然后将反应混合物紫外照射30分钟(Sylvania蓝色黑光灯F15T8/BLB，15，低强度紫外灯)，同时保持有力的搅动。紫外照射后，将产物存储在密封小瓶中，以避免发生任何水解反应。
程序1：粒料处理—对照批次：将一千克未经后处理的3M白色屋顶粒料(WA9300)加热到360℉，然后与15克水以及0.5克3M FastbondTM绝缘粘合剂49(3M FastbondTMInsulation Adhesive 49)混合。混合45秒后，加入0.5克环烷油与0.1克BS68的混合物，继续混合共5分钟。然后在176℉下将粒料热处理一个小时。
对于实验批次，代替BS 68或者除BS 68之外加入环氧官能化的硅烷组分，使其在所有实施例中总计达0.2磅/吨增粘剂。
程序2：粒料拒水性：按照以下方式测试拒水性：将25.0g经处理的粒料置于20ml试管中，然后将试管倒置在平坦表面上，从而形成锥形料堆。将试管底部按压到锥形粒料堆的顶端上，形成直径15mm的凹痕。将大约3至5滴去离子水滴入凹痕，并记录水消失的时间。
程序3：粒料沥青润湿性：按照以下方式测试润湿性：将10g经处理的粒料置于50ml去离子水中。使用刮刀将2g润湿性沥青(SC800，轻制，经由圣保罗市公共工程(City ofSt.Paul Public Works)购自明尼苏达州圣保罗公园的阿什兰石油公司(AshlandPetroleum Company,St.Paul Park,MN))混入粒料中，连续搅拌一分钟。对粒料表面由沥青所覆盖的比例进行估算。
程序4：粒料与沥青粘附性的“德克萨斯沸腾(Texas Boil)”测试：德克萨斯沸腾测试是德克萨斯法Tex-530-C或ASTM D 3625“使用开水测试水对沥青涂层集料的影响”的修改版。该方法中使用#11白色屋顶粒料(+16目)来代替铺路集料。将150克粒料和6.8克沥青加热到325℉，并保持一小时。将粒料于沥青中搅拌，直到所有粒料都均匀地涂布上沥青，并使其冷却。将沥青/粒料混合物沸腾10分钟。冷却后，使混合物过夜干燥。在一个膏剂罐内装入粒料与沥青的混合物，在另一个膏剂罐内装入沸腾后且干燥后的粒料与沥青的混合物。使用色度计来测量经处理的粒料L*(a)的L*、粒料加沥青L*(b)的L*、以及沸腾后的粒料加沥青L*(c)的L*。根据以下公式来计算沥青损失％：
沥青损失％＝(L*(c)–L*(b))/(L*(a)–L*(b))×100
程序5：粒料与沥青粘附性的摩擦测试：干摩擦测试是在磨损条件下测定粒料对矿物表面型屋顶的粘附性的标准测试方法。程序在ASTM标准D4977“粒料对矿物表面型屋顶的粘附性的磨损测试方法(Test Method for Granule Adhesion to Mineral SurfacedRoofing by Abrasion)”中有所描述。遵照该标准进行干摩擦测试。将要进行湿摩擦测试的样品在装有水的浸泡槽中于室温下放置7天时间。浸泡期结束后，将待测样品从浸泡槽中取出，轻轻擦拭后称重并记录初始重量。按照上文提及的ASTM标准中所概述的进行摩擦测试，然后记录最终重量。所报告的平均干损失和平均湿损失是9个所测试样品的平均值。根据以下关系计算归一化的湿摩擦数据：
湿摩擦(归一化)＝0.25/干摩擦×湿摩擦
结果示于下表2中。表2中示出了对照批次。这些对照批次仅包含作为增粘剂的BS68，以及作为抑尘剂的3M FastbondTM绝缘粘合剂49(3M FastbondTM InsulationAdhesive 49)，并且不包含环氧官能的硅烷。每个对照批次的组成均相同。表2示出了多个对照批次的结果。
实施例1的样品7、8、13、14和17均为对照批次，它们为包含环氧官能的硅烷的样品提供了比较基础。值得注意，对照批次处理配方提供了足够的拒水性(60分钟及以上)和足够的沥青润湿性(95％-100％)。由德克萨斯沸腾测试测得的对照配方的粒料粘附性的平均损失值为，使用普通沥青时有20.9％的损失，使用PPA改性的沥青时有18.6％的损失。
实施例1的样品1至6证明了，当涂层处理剂包括硅烷改性的环氧化聚丁二烯时，会得到改善的德克萨斯沸腾测试结果。
实施例1的样品9至12、15、16和18证明了，当涂层处理剂包括缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷或β-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷以及BS68时，会得到改善的德克萨斯沸腾测试结果。
实施例1的样品19至22证明了，使用Dow D.E.R.TM331环氧树脂(DowD.E.R.TM331Epoxy Resin)和单独施用或与BS68组合施用的AMEO作为涂层处理剂时，会得到改善的德克萨斯沸腾测试结果。
使用摩擦测试对实施例1的样品14至16的粒料粘附性进行评估。与对照样品14相比，样品15、16展示出改善的粘附性(粒料损失较低)。
实施例2：采用包含季铵部分的聚合物进行抑尘
下表3中列出了实施例2中所用的材料。
表3
实施例2中所用的材料
两亲性聚合物的一般合成程序：以表4中所列比例，在干净的反应瓶中制备单体、表面活性剂和引发剂的水溶液。用氮气吹扫该混合物2分钟。密封反应瓶，并将其置于50℃预加热的水浴中，同时进行机械混合。在50℃下将反应混合物加热17小时，同时进行混合。通过分析固体％对反应混合物进行分析。遵照上述程序，合成表4中的每种聚合物。
表4
按照上述技术制备的两亲性聚合物的列表
每个DMAEA样品的pH为9.5-10，并且它们都没有产生稳定的乳液聚合物。每个DMAEA-MCl样品的pH为约6.5-7，并且每个均产生了稳定的乳白色乳液聚合物。根据下面概述的程序，将三个样品(1、2和5)施用于粒料并测试。
程序6：粒料处理方法：如上文实施例1中所述那样制备对照样品。加入季铵聚合物(样品1、2和5，表4)代替3M FastbondTM绝缘粘合剂49(3M FastbondTM InsulationAdhesive 49)。参照表5中组分量的变化。
粒料拒水性：如上文实施例1中所述那样进行。
粒料沥青润湿性：如上文实施例1中所述那样进行。
使用“德克萨斯沸腾”测试的粒料与沥青粘附性：如上文实施例1中所述那样进行。
使用摩擦测试的粒料与沥青粘附性：如上文实施例1中所述那样进行。
程序7：粒料粉尘测试：使用得自明尼苏达州肖维尤市TSI有限公司(TSIIncorporated，Shoreview，MN)的DustTrakTMDRX 8533型气溶胶监测仪评估处理过的粒料的粉尘测量。通过软管将制作的4.5英寸×3.5英寸×4.5英寸集尘室连接到DustTrakTM的入口。将400克处理过的粒料从漏斗释放到集尘室中，同时运行DustTrakTM一分钟。以mg/m3记录平均总粉尘读数。
结果：对照样品(1至6、18、27和34)仅含有作为增粘剂的BS68(在油中输送)，以及作为抑尘剂的3M FastbondTM绝缘粘合剂49。对照样品为含季铵类物质提供了比较基础。需注意，对照样品处理配方提供了足够的拒水性(60分钟及以上)和足够的沥青润湿性(95％-100％)。对照配方的抑尘效果的平均值为15.0mg/m3。由德克萨斯沸腾测试测得的对照配方的粒料粘附性的平均损失值为，使用普通沥青时有23.4％的损失，使用PPA改性的沥青时有19.6％的损失。
A-ZAP单独提供了显著抑尘效果。样品7表示A-ZAP单独在粒料表面上的性能。抑尘效果为10.3mg/m3，这低于对照样品的平均值，但是仅含A-ZAP的粒料具有远高于普通沥青和PPA改性的沥青二者的对照样品的沥青损失。
在相同的负载和施用条件下，相比于3M FastbondTM绝缘粘合剂49，A-ZAP提供了改善的抑尘效果。样品8至13比较了，不同负载浓度的对照抑尘剂、3M FastbondTM绝缘粘合剂49与A-ZAP的效果，其他因素保持相同。在每种浓度下，用A-ZAP改性的粒料表现出更大的抑尘效果，即在这些处理条件下，需要1磅/吨浓度的3M FastbondTM绝缘粘合剂49来得到使用0.25磅/吨浓度的A-ZAP可实现的相同抑尘效果。A-ZAP和BS 68的组合没有改善普通沥青相对于对照物的德克萨斯沸腾沥青损失。样品14和15以更高负载的BS68对这些结果进行扩展。在这种情况下，A-ZAP相对于对照物再次表现出改善的抑尘效果，但随着A-ZAP的负载增加，普通沥青相对于对照物的德克萨斯沸腾沥青损失变高。
A-ZAP加上环氧官能的硅烷处理表现出更好的抑尘效果，但相对于结合相同硅烷处理使用的3M FastbondTM绝缘粘合剂49，减少了德克萨斯沸腾保留。样品16-17和19-20是这种比较的平行样品。就PPA改性沥青的德克萨斯沸腾沥青损失而言，用3M FastbondTM绝缘粘合剂49所得的值是用A-ZAP所得的值的一半。
如通过样品21至23所证实的，添加了BS-68的含季胺聚合物提供了优异的抑尘效果和优异的PPA改性沥青的德克萨斯沸腾保留。如样品24至26所证实的，当不包括BS-68时，抑尘效果优异，但德克萨斯沸腾保留差。
样品28和29用作比较例，表明用3M FastbondTM绝缘粘合剂49、BS 68和环氧官能的硅烷增粘剂处理的粒料相对于对照物表现出改善的PPA改性沥青的德克萨斯沸腾沥青损失，但相对于对照物抑尘性能变差。样品30也用作比较例，与样品28具有相同负载的BS 68和环氧官能的硅烷增粘剂。这种处理表现出优异的抑尘效果，但没有改善增粘的证据。
在样品31至33中，将硅烷官能的聚合物(样品1和5，表4)与环氧官能的硅烷和BS 68组合施用。这些处理提供了优异的PPA改性沥青的德克萨斯沸腾保留，其效果与用仅含BS-68的样品1和5实现的效果相同(样品22和23)。这相同的两种聚合物也表现出优异的抑尘效果。具有不含硅烷官能团的季铵部分的聚合物(样品2、样品31)确实产生了可以与由环氧官能的硅烷(样品22和23)单独提供的德克萨斯沸腾保留区分开的德克萨斯沸腾保留，但也表现出了优异的抑尘效果。如样品30中所示，具有环氧官能的硅烷的A-ZAP减少了德克萨斯沸腾保留，这与其他观察结果一致。
样品35和36比较了用a)得到先前测试中最佳粘附性的浓度的抑尘剂A-ZAP和硅烷官能团聚合物(样品1，表4)和b)更高浓度的BS68处理的粒料。相对于样品35以及相对于对照物，用硅烷官能团聚合物制备的样品(36)表现出改善的PPA改性沥青的德克萨斯沸腾沥青保留。
表5
实施例2的结果
实施例3：含硫化物官能团的化合物
下表6列出了实施例3中所用的材料。
表6
实施例3中所用的材料
材料合成
1.由3-巯基丙基三乙氧基硅烷合成双(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物。将3-巯基丙基三乙氧基硅烷(式量＝238.42，30克，0.1258摩尔)和二氯甲烷(100克)放入带有磁力搅拌棒的250mL圆底烧瓶中，置于冰浴中。用5分钟将磺酰氯(S02C12，式量＝134.96，9.34克，0.0692摩尔)滴加到混合物中，同时使用磁力搅拌棒剧烈搅拌。将烧瓶保持在冰浴中继续搅拌混合物1小时。在减压下使用旋转蒸发仪，通过蒸发溶剂和未反应的反应物来对反应进行干燥。
2.由3-巯基丙基三乙氧基硅烷和三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)合成聚硫化物材料。将3-巯基丙基三乙氧基硅烷(式量＝238.42，21.53克，0.09摩尔)、三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)(式量＝398.55，10.0克，0.025摩尔)和二氯甲烷(100克)放入带有磁力搅拌棒的250mL圆底烧瓶中，置于冰浴中。用5分钟将磺酰氯(SO2Cl2，式量＝134.96，12.29克，0.091摩尔)滴加到混合物中，同时使用磁力搅拌棒剧烈搅拌。将烧瓶保持在冰浴中继续搅拌混合物1小时。在减压下使用旋转蒸发仪，通过蒸发溶剂和未反应的反应物来对反应进行干燥。
粒料拒水性：如上文实施例1中所述那样进行。
粒料沥青润湿性：如上文实施例1中所述那样进行。
使用“德克萨斯沸腾”测试的粒料与沥青粘附性：如上文实施例1中所述那样进行。
使用摩擦测试的粒料与沥青粘附性：如上文实施例1中所述那样进行。
程序8：粒料处理方法：在金属罐中或在托盘上，于360℉下烘箱加热1000克的粒料约1小时。在滴瓶中将油和有机硅按所需比例混合。制备所需量的约2至5倍，以确保测量精度。为得到1.0磅/吨浓度的3M FastbondTM绝缘粘合剂49，在称量盘中称出0.50克的3MFastbondTM绝缘粘合剂49和15克的去离子水，并轻轻摇动盘子来混合。将粒料容器从烘箱中取出，并将其内容物转移到油漆摇动器上的金属罐中。接通摇动器，用水/3M FastbondTM绝缘粘合剂49的混合物使粒料骤冷。将粒料摇动45秒。在秤上将含有该有机硅和油的滴瓶去皮。通过使用重量损失的方法，将适当量的有机硅和油混合物添加至粒料。将粒料摇动总共5分钟得到将用于染色测试的样品，或摇动3分钟得到将用于颜色测量的样品。然后将内容物取出并转移到3磅盒中。然后将其放置在176℉烘箱中1小时，以完成对处理过的粒料的固化。
对于下面的实施例3的样品，在上述程序中，向二硫化物组分添加油和有机硅(SILRES BS68)。对于这些样品中的每一个，处理剂由以下组成：1.0磅/吨的3M FastbondTM绝缘粘合剂49；总计0.2磅/吨的二硫化物+SILRES BS68；1.0磅/吨的Cross L500环烷油。使用双(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物(盖斯特公司(Gelest))制备样品2至7，使用双(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物(赢创公司(Evonik)Si 266)制备样品8和9，使用根据“材料合成1”由3-巯基丙基三乙氧基硅烷制备的双(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物制备样品10。使用根据“材料合成2”由3-巯基丙基三乙氧基硅烷和三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)制备的聚硫化物材料制备样品11。使用双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]四硫化物(盖斯特公司(Gelest))制备样品14和15。
在样品8至12和样品16至18中，进行程序8，不同的是使用桶混合器并制备5千克批次。对于样品8至11和样品15至17，二硫化物/BS68的比率为50/50。样品14不包括BS68。对照样品13和18含有0％二硫化物。
表7
实施例3的结果
样品1至7表明，相比于含0％二硫化物的对照样品1，添加二硫化物改善了粒料粘附性(例如，更低的德克萨斯沸腾沥青损失)。样品8至11表明，相比于含0％二硫化物的对照样品1，添加二硫化物改善了归一化湿重损失摩擦测试中的性能。样品14和15表明，相比于含0％四硫化物的对照样品13，含四硫化物的粒料处理改善了粒料粘附性(例如，更低的德克萨斯沸腾沥青损失)。
实施例4：含聚合型锆化合物的化合物
下表7列出了实施例4中所用的材料。
表8
实施例4中所用的材料
粒料拒水性：如上文实施例1中所述那样进行。
粒料沥青润湿性：如上文实施例1中所述那样进行。
使用“德克萨斯沸腾”测试的粒料与沥青粘附性：如上文实施例1中所述那样进行。
使用摩擦测试的粒料与沥青粘附性：如上文实施例1中所述那样进行。
粒料粉尘测试：如上文实施例2中所述那样进行。
程序9：粒料处理方法：在金属罐中或在托盘上，于360℉下烘箱加热1000克的粒料约1小时。在滴瓶中将油和有机硅按所需比例混合。制备所需量的约2至5倍，以确保测量精度。为得到1.0磅/吨浓度的3M FastbondTM绝缘粘合剂49，在称量盘中称出0.50克的3MFastbondTM绝缘粘合剂49和15克的去离子水，并轻轻摇动盘子来混合。将粒料容器从烘箱中取出，并将其内容物转移到油漆摇动器上的金属罐中。接通摇动器，用水/3M FastbondTM绝缘粘合剂49的混合物使粒料骤冷。将粒料摇动45秒。在秤上将含有该有机硅和油的滴瓶去皮。通过使用重量损失的方法，将适当量的有机硅和油混合物添加至粒料。将粒料摇动总共5分钟得到将用于染色测试的样品，或摇动3分钟得到将用于颜色测量的样品。然后将内容物取出并转移到3磅盒中。然后将其放置在176℉烘箱中1小时，以完成对处理过的粒料的固化。
程序10：用A-ZAP和乙酸锆的粒料处理：在金属罐中或在托盘上，于360℉下烘箱加热1000克的粒料约1小时。在滴瓶中将油和有机硅按所需比例混合。制备所需量的约2至5倍，以确保测量精度。为得到0.5磅/吨浓度的A-ZAP，在称量盘中称出0.25克的A-ZAP和15克的去离子水，并轻轻摇动盘子来混合。添加所需量的乙酸锆溶液，并轻轻摇动盘子来混合。将粒料容器从烘箱中取出，并将其内容物转移到油漆摇动器上的金属罐中。接通摇动器，用水/A-ZAP/乙酸锆的混合物使粒料骤冷。将粒料摇动45秒。在秤上将含有该有机硅和油的滴瓶去皮。通过使用重量损失的方法，将适当量的有机硅和油混合物添加至粒料。将粒料摇动总共5分钟得到将用于染色测试的样品，或摇动3分钟得到将用于颜色测量的样品。然后将内容物取出并转移到3磅盒中。然后将其放置在176℉烘箱中1小时，以完成对处理过的粒料的固化。
程序11：用A-ZAP和其他多价交联剂的粒料处理：在金属罐中或在托盘上，于360℉下烘箱加热1000克的粒料约1小时。在滴瓶中将油和有机硅按所需比例混合。制备所需量的约2至5倍，以确保测量精度。为得到0.5磅/吨浓度的A-ZAP，在称量盘中称出0.25克的A-ZAP和15克的去离子水，并轻轻摇动盘子来混合。添加所需量的多价交联剂溶液，并轻轻摇动盘子来混合。将粒料容器从烘箱中取出，并将其内容物转移到油漆摇动器上的金属罐中。接通摇动器，用水/A-ZAP/多价交联剂的混合物使粒料骤冷。将粒料摇动45秒。在秤上将含有该有机硅和油的滴瓶去皮。通过使用重量损失的方法，将适当量的有机硅和油混合物添加至粒料。将粒料摇动总共5分钟得到将用于染色测试的样品，或摇动3分钟得到将用于颜色测量的样品。然后将内容物取出并转移到3磅盒中。然后将其放置在176℉烘箱中1小时，以完成对处理过的粒料的固化。多价交联剂包括ZINPLEX 15和乙酸钙。
根据程序10用0.5磅/吨的A-ZAP、0.2磅/吨的SILRES BS68和1.0磅/吨的L500环烷油制备样品1至8。根据程序10制备样品9至17，不同的是，使用桶混合器制备5千克批次。如表中所示施用A-ZAP和ZrAc，以及0.2磅/吨的SILRES BS68和1.0磅/吨的L500环烷油。用1.0磅/吨的3M FastbondTM绝缘粘合剂49、0.2磅/吨的SILRES BS68和1.0磅/吨的L500环烷油制备对照样品17。
根据程序10制备样品19至20，不同的是，使用桶混合器制备5千克批次。如表中所示施用A-ZAP和ZrAc，以及0.2磅/吨的SILRES BS68和1.0磅/吨的L500环烷油。用1.0磅/吨的3M FastbondTM绝缘粘合剂49、0.2磅/吨的SILRES BS68和1.0磅/吨的L500环烷油制备对照样品18。
根据程序10制备样品22，不同的是，使用桶混合器制备5千克批次。如表中所示施用A-ZAP和ZrAc，以及0.2磅/吨的SILRES BS68和1.0磅/吨的L500环烷油。用1.0磅/吨的3MFastbondTM绝缘粘合剂49、0.2磅/吨的SILRES BS68和1.0磅/吨的L500环烷油制备对照样品21。
根据程序10制备样品23和24，根据程序11制备样品25和26，其中如表中所示施用A-ZAP、ZrAc和CaAc，以及0.2磅/吨的SILRES BS68和1.0磅/吨的L500环烷油。
根据程序11制备样品27至33，其中如表中所示施用A-ZAP和ZINPLEX 15，以及0.2磅/吨的SILRES BS68和1.0磅/吨的L500环烷油。
表9
实施例4的结果
样品1至8的德克萨斯沸腾数据和粉尘测试数据给出了包含与乙酸锆交联的A-ZAP的涂层的改善性能窗口。在1:1至1:200的化学计量比(样品3至8)下，与对照样品1相比，德克萨斯沸腾沥青损失得到改善。在高于10:1的比率下，观察到更高的粉尘水平。特别是在比例为1:1和1:10之间的样品3至6中观察到粘附性和粉尘均改善的改善性能。
对于将乙酸锆添加至A-ZAP涂层的一系列添加值，德克萨斯沸腾数据大为改善。在这些实施例中，与无乙酸锆的对照样品17相比，在包含乙酸锆和A-ZAP的样品9至16中观察到了改善的德克萨斯沸腾数据。
相对于对照样品18，样品19和20的交联的A-ZAP组合物表现出改善的归一化的湿重损失结果。较高的1.0磅/吨负载的样品20显著地改善了抑尘效果。
表10
实施例4的结果
表11
实施例4的结果
包含乙酸钙作为替代的多价阳离子的样品25和26可以被视为比较例，并且如通过德克萨斯沸腾测试中沥青损失测量的那样，没有展示出改善的粘附性。相似地，包含氧化锌的样品27至33可以被视为比较例，并且如通过德克萨斯沸腾测试中沥青损失测量的那样，没有展示出改善的粘附性。

Claims (16)

1.一种涂料组合物，所述涂料组合物包含：
低聚烷基烷氧基硅氧烷；以及
含有亲电体部分和烷氧基甲硅烷基部分的化合物。
2.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述亲电体部分为环氧官能团。
3.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述亲电体部分包含硫化物官能团。
4.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述亲电体部分包含聚硫化物官能团。
5.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述亲电体部分包含选自由双(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物和双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]四硫化物组成的组中的硫化物。
6.根据权利要求1所述的涂料组合物，所述涂料组合物还包含含有季铵部分的丙烯酸类聚合物。
7.一种屋顶粒料，所述屋顶粒料包括：
基础屋顶粒料；和
所述基础粒料上的涂层，所述涂层包含结合到所述基础粒料的甲硅烷基部分和亲电体部分。
8.根据权利要求7所述的屋顶粒料，其中所述亲电体部分为环氧官能团。
9.根据权利要求7所述的屋顶粒料，其中所述亲电体部分包含硫化物官能团。
10.根据权利要求7所述的涂料组合物，其中所述亲电体部分包含聚硫化物官能团。
11.一种构造材料，所述构造材料包括：
基材；
所述基材上的沥青涂层；和
部分地嵌入所述沥青中的多个粒料，所述粒料各自包括基础粒料和至少部分地处于所述基础粒料和所述沥青涂层之间的涂料组合物；
其中所述涂料组合物包含甲硅烷基部分和亲电体部分。
12.根据权利要求11所述的构造材料，其中所述亲电体部分为环氧官能团。
13.根据权利要求11所述的构造材料，其中所述亲电体部分为硫化物官能团。
14.根据权利要求11所述的涂料组合物，其中所述亲电体部分包含聚硫化物官能团。
15.根据权利要求11所述的构造材料，其中所述亲电体部分包含选自由双(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物和双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]四硫化物组成的组中的硫化物。
16.根据权利要求11所述的构造材料，其中所述沥青包含多磷酸。
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