CN106414632A - 用于卷材涂覆的涂料组合物、此种涂料组合物的制备方法和卷材涂覆方法 - Google Patents

用于卷材涂覆的涂料组合物、此种涂料组合物的制备方法和卷材涂覆方法 Download PDF

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Abstract

提供了用于卷材涂覆的涂料组合物、此种涂料组合物的制备方法和卷材涂覆方法。在一个示例性实施方案中，涂料组合物包含水性载体和分散在水性载体中的成膜粘合剂。所述成膜粘合剂包含环氧树脂‑胺加合物和封闭聚异氰酸酯交联剂。所述成膜粘合剂在经受至少165.5℃(330°F)的加热之前具有缔合的胺/酸基团。所述涂料组合物还包含颜料和研磨树脂。基于所述涂料组合物的总重量，所述涂料组合物的固体含量为至少约40重量％。

Description

用于卷材涂覆的涂料组合物、此种涂料组合物的制备方法和 卷材涂覆方法
技术领域
本发明一般性地涉及涂料组合物、用于制备涂料组合物的方法和用于应用涂料组合物的方法，并且更特别地，本发明涉及用于卷材涂覆的涂料组合物、用于制备用于卷材涂覆的涂料组合物的方法和卷材涂覆方法。
背景技术
卷材涂覆是用于在制造成成品之前用底漆、底漆涂层或顶漆涂层涂覆金属的连续的自动化工艺。金属基材(通常为钢或铝的金属基材)以卷材形式从辊轧机传送。金属卷材被定位在涂覆线的开端，并且在一个连续过程中，将卷材退卷，预清洁，预处理，预涂底漆并预涂漆(通常使用辊涂)，之后在另一端重新卷绕并包装用于运输。该过程可每秒进行长达约213米(700英尺)。
常规的卷材涂覆漆(在本文中称为“涂料组合物”)具有一些缺点。通常，基于涂料组合物的总重量，涂料组合物包含约20重量％至约30重量％的非挥发性颗粒，并且还包含挥发性溶剂。因此，为了符合政府的环境法规，要求在工艺炉上存在挥发性有机化合物(VOC)的收集器和氧化器以使释放到大气中的VOC最小化。另外，金属在涂覆之后的腐蚀也是现有的问题。
因此，期望提供在卷材涂覆工艺之后展现出提高的抗腐蚀性的具有相对高固体含量的水基卷材涂料组合物。另外，期望提供用于制备这样的涂料组合物的方法。还期望提供使用这样的涂料组合物的卷材涂覆方法。此外，从后续对本发明的详细说明和所附权利要求书并结合附图和本发明背景，本发明的其他期望特征和特性将变得明显。
发明内容
提供了用于卷材涂覆的涂料组合物、这样的涂料组合物的制备方法和卷材涂覆方法。在一个示例性实施方案中，涂料组合物包含水性载体和分散在水性载体中的成膜粘合剂。所述成膜粘合剂包含环氧树脂-胺加合物和封闭聚异氰酸酯交联剂。所述成膜粘合剂在经受至少约165.5℃(330°F)的加热之前具有缔合的胺/酸基团。所述涂料组合物还包含颜料和研磨树脂。基于所述涂料组合物的总重量，所述涂料组合物的固体含量为至少约40重量％。
在另一个示例性实施方案中，用于制备涂料组合物的方法包括将聚环氧化物和聚醚多元醇合并以形成混合物并加热该混合物。向该混合物添加交联剂并向该混合物添加阳离子基团形成剂。向该混合物添加酸以形成成膜粘合剂。将成膜粘合剂与颜料糊剂合并。基于涂料组合物的总重量，涂料组合物的固体含量为至少约40重量％。成膜粘合剂在经受至少约165.5℃(330°F)的加热之前具有缔合的胺/酸基团。
在还一个示例性实施方案中，用于卷材涂覆金属卷材的方法包括将金属卷材从卷材退卷成金属带。将金属带清洁并用涂料组合物涂覆金属带的至少一个表面以形成经涂覆的金属带。所述涂料组合物包含水性载体和分散在水性载体中的成膜粘合剂。所述成膜粘合剂包含环氧树脂-胺加合物和封闭聚异氰酸酯交联剂。所述成膜粘合剂在经受至少约165.5℃(330°F)的加热之前具有缔合的胺/酸基团。所述成膜粘合剂还包含颜料和研磨树脂。基于所述涂料组合物的总重量，所述涂料组合物的固体含量为至少约40重量％。将经涂覆的金属带加热。
附图简述
在下文中，将结合以下附图对本发明进行描述，其中相同的附图标记表示相同的元素，并且其中：
图1是常规卷材涂覆工艺的侧视图。
发明详述
以下详细描述本质上仅是示例性的，并非旨在限制本发明或者本发明的应用或用途。此外，不旨在受前述背景技术或以下详细描述中所示的任何理论的限制。
本文中设想的多个实施方案涉及用于卷材涂覆的涂料组合物。不同于用于卷材涂覆的常规涂料组合物，本文中设想的涂料组合物是非挥发性固体含量为基于涂料组合物的总重量的至少40重量百分比(重量％)的水基组合物。就此而言，本文中设想的涂料组合物表现出优于常规涂料组合物的抗腐蚀性。本文中设想的涂料组合物的更高的固体含量还导致比常规涂料组合物更低的VOC含量。尽管本文中所示的涂料组合物被描述为可用于卷材涂覆工艺，但是应当理解，所述涂料组合物不局限于此并且可用于在任何涂漆工艺(例如，喷涂、浸涂、辊涂、刷涂等)中涂覆和/或涂漆大部分(如果不是全部的话)金属结构，例如冲压金属部件，例如汽车工业中制造并使用的那些，挤出金属部件、模制金属部件等。
图1中示出了常规卷材涂覆工艺10的侧视图。卷材涂覆工艺是卷材的金属带被输送通过整个涂覆工艺的连续输送操作。金属带可以是钢带、铝带、铸铁带或其他金属带或者金属合金带。卷材12被首先输送到入口聚集器塔14中并且在涂覆之后被输送到出口聚集器塔16，聚集器塔14，16允许以恒定速度持续进行涂覆操作，甚至当卷材的金属带的进入延迟(例如开始新的卷)或者金属带在涂覆后的卷绕延迟(例如切割金属以结束一卷并开始新卷)时也如此。一般将卷材清洁以除去油或碎屑，在预处理站18处进行预处理并在干燥器20中进行干燥。然后，用底漆22在带的一侧或两侧上对金属带涂底漆，并在固化炉24中烘烤以固化底漆。随后，
用顶涂层组合物26在至少一侧上对金属带进行涂覆。通常通过辊涂对金属带进行涂覆，但是也可通过刷涂、喷涂、浸涂等来进行涂覆。由于安全性问题顶涂料在卷材涂覆工艺中一般不通过电沉积来施加。可在另一侧上施加单独的背衬或不同的顶涂层。将顶涂层沉积至厚度为约15.24微米(μm)(0.6密耳)至约25.4μm(1密耳)。将顶涂层在整理炉(finishing oven)28中在约204.4℃(400°F)至约537.8℃(1000°F)的温度下烘烤并在水淬30中淬火。然后，将金属带输送到出口聚集器塔16中并在此重新卷绕。
根据一个示例性实施方案，用于卷材涂覆工艺的涂料组合物(即，顶涂层组合物26)包含成膜粘合剂、水性载体、颜料和研磨树脂。用于形成涂料组合物的主要乳剂的成膜粘合剂是环氧树脂胺加合物和封闭聚异氰酸酯交联剂并且分散在水性介质中。所述粘合剂的存在量为按固体重量计的约30％至50％。本文中设想的涂料组合物中的成膜粘合剂如下形成：使聚环氧化物与聚合物多元醇(在下文进行描述)接触并一起加热，对其反应产物进行扩链，随后与阳离子碱基团形成剂反应，所述形成剂也在下文进行描述。然后，将得到的反应产物与交联剂合并。
用于形成成膜粘合剂的聚环氧化物是1，2-环氧当量大于1(例如，为约2)的聚合物，即平均每个分子具有两个环氧基团的聚环氧化物。示例性的聚环氧化物是环状多元醇的聚缩水甘油醚。特别合适的是多元酚(例如双酚A)的聚缩水甘油醚。这些聚环氧化物可通过多元酚与表氯醇或二氯丙醇在碱存在下的醚化来产生。多元酚的实例是2，2-双-(4-羟基苯基)丙烷、1，1-双-(4-羟基苯基)乙烷、2-甲基-1，1-双-(4-羟基苯基)丙烷、2，2-双-(4-羟基-3-叔丁基苯基)丙烷、双-(2-羟基萘基)甲烷、1，5-二羟基-3-萘等。其他环状多元醇的实例包括脂环族多元醇，特别是环脂族多元醇，例如1，2-环己二醇、1，4-环己二醇、1，2-双(羟基甲基)环己烷、1，3-双(羟基甲基)环己烷和氢化双酚A。
其他聚环氧化物的实例是多元醇的聚缩水甘油醚，所述多元醇例如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇等。聚环氧化物的分子量为至少约200，例如约200至2000，例如约340至约2000。
在一个示例性实施方案中，与聚环氧化物接触并加热的聚合物多元醇是由使环状多元醇与环氧乙烷反应形成的聚醚多元醇。任选地，聚醚多元醇可通过使环状多元醇与环氧乙烷和亚烷基链中具有3至4个碳原子的环氧烷烃的混合物反应而形成。
聚醚多元醇通过本领域中已知的技术来制备。典型的反应条件如下：将环状多元醇装到能够维持压力的反应器中。如果该环状多元醇是液体或低熔点固体(例如环己烷二甲醇)，则将其以纯的形式添加到反应器中。如果该环状多元醇是固体或高粘度液体，则可将其溶解于合适的溶剂中。例如，可将双酚A溶解为甲基异丁酮中的50％溶液。可将间苯二酚溶解在水中。基于反应混合物的总重量，通常向反应混合物添加约0.5重量％至2重量％的催化剂，例如叔胺，例如N，N’-二甲基环己胺，或者碱金属氢氧化物，例如氢氧化钠或氢氧化钾。将环状多元醇加热到约82℃(180°F)至约104℃(219°F)，并将反应器用氮加压到约2.8至约4.2千克/平方厘米(kg/cm2)(约40至约60磅/平方英寸(psi))。
将环氧乙烷也在压力下(通常在约5.6至约7.0kg/cm2(约80至约100psi)下)随冷却以增量方式缓慢地进料到反应器中以除去当环氧乙烷与环状多元醇反应时获得的放热热量。在持续约3至4小时的添加期间，使反应容器的温度保持在约82℃(180°F)至约121℃(250°F)。在完成环氧乙烷添加时，使反应混合物在约93℃(199°F)至121℃(250°F)下保持约1至2小时以完成反应。如果存在溶剂的话，则将其汽提出，并且如果使用氢氧化钠或氢氧化钾的话，则可用酸(例如磷酸)将其中和并过滤掉盐。如果使用环氧乙烷和高级环氧烷烃的混合物的话，则在一个实施方案中，首先用高级环氧烷烃进行反应，然后用环氧乙烷进行反应。
可使用的环状多元醇的实例是多元酚和环脂族多元醇，例如上文结合聚环氧化物的制备提及的那些。此外，可使用环状多元醇，例如芳族二醇、间苯二酚、芳基-烷基二醇(例如多种异构的二甲苯二醇)和杂环二醇，例如1，4-哌嗪二乙醇。
如上所述，除环氧乙烷之外，还可使用环氧乙烷和在亚烷基链中包含3至6，例如3至4个碳原子的环氧烷烃的混合物。这样的环氧烷烃的实例是1-2-环氧丙烷、1-甲基-1，2-环氧丙烷、1，2-环氧丁烷、单环氧丁烷、表氯醇、缩水甘油、环己烷氧化物和苯乙烯氧化物，其中优选1，2-环氧丙烷。
在一个实施方案中，环状多元醇-环氧烷烃缩合物是二官能的或三官能的，即其平均每分子包含2至3个羟基。可采用更高官能的聚醚，但是胶凝化可提出挑战。更高官能度聚醚的一个实例是环状多元醇(例如蔗糖)与环氧乙烷的反应产物。
环状多元醇与环氧烷烃的当量比应为1∶3至20，例如1∶3至15。当该比小于1∶3时，所得涂料的柔性不足。当该比率大于1∶20时，固化膜将具有更差的抗盐雾腐蚀性。用于本文中设想的涂料组合物的示例性环状多元醇-环氧烷烃缩合物被认为具有以下结构式：
R-((OX)m(OC2H4)n-OH)z
其中R是环状基团，m等于0至18，n等于1至15，n加m等于1至20，X是3至8个碳原子的亚烷基，并且Z等于2至3。
聚环氧化物和聚醚多元醇可通过将二者简单地混合在一起来接触，任选地在溶剂存在下混合，所述溶剂例如芳族烃，例如甲苯、二甲苯和酮，例如甲基乙基酮和甲基异丁基酮。将聚环氧化物和聚醚多元醇一起加热，例如在至少75℃(167°F)，例如至少90℃(194°F)，例如100℃(212°F)至180℃(356°F)的温度下加热，通常在催化剂(例如0.05重量％至2重量％的叔胺或季铵碱)存在下加热。聚环氧化物和聚醚多元醇一起加热的时间根据接触量、其如何接触、搅拌程度、温度和催化剂的存在而变化。通常，当使聚环氧化物和聚醚多元醇在搅拌反应器中接触时，则将其加热足以增加反应混合物的环氧当量的时间。在一个实施方案中，环氧当量应增加超过其原始值的至少25％，例如至少50％，例如约75％至150％，所述环氧当量根据ASTM D-1652来确定(包含1克当量环氧化物的树脂固体的克数)。在一个实施方案中，聚醚多元醇中活性氢(例如，羟基)的当量与聚环氧化物中1，2-环氧的当量的比应为约小于1，例如为约0.1至约0.8∶1，例如约0.3至约0.6∶1。
使聚环氧化物和聚醚多元醇接触并一起加热以形成树脂性反应产物或树脂。尽管树脂性反应产物的性质尚未完全了解，但是认为其是约15重量％至45重量％的扩链聚环氧化物(即，与聚醚多元醇分子连接在一起的聚环氧化物分子)以及约55重量％至约85重量％的未反应聚醚多元醇和未反应聚环氧化物或与自身反应的聚环氧化物的混合物。
在另一个示例性实施方案中，用于形成成膜粘合剂的聚合物多元醇是聚酯多元醇。聚酯多元醇可通过有机多元羧酸或其酸酐与含有伯羟基或仲羟基的有机多元醇的聚酯化来制备。通常来说，所述多元羧酸和多元醇是脂族或芳族二元酸和二醇。通常用于制备聚酯的二醇包括亚烷基二醇，例如乙二醇和丁二醇；新戊二醇以及其他二醇，例如环己烷二甲醇。
聚酯的酸组分主要由每分子具有2至28个碳原子的单体羧酸或酸酐组成。可用的酸有酞酸、异酞酸、对苯二甲酸、四氢酞酸、六氢酞酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、马来酸、戊二酸、氯菌酸、四氯酞酸等。当提及上文的酸时，应当理解，可使用形成酸酐的这些酸的酸酐来代替酸。
除由多元醇的多元酸形成的聚酯多元醇之外，还可使用内酯聚酯。这些产物由内酯(例如ε-己内酯)与多元醇的反应来形成。由该反应获得的聚内酯多元醇特征在于存在端羟基和由内酯衍生的再现聚酯部分，即：
其中n至少为4，例如4至6，并且至少n+2R是氢且其余的R取代基选自氢、烷基、环烷基和烷氧基，取代基均不包含多于12个碳原子，并且内酯环中取代基的碳原子总数不超过12。
用作起始材料的内酯可以是在环中具有至少6个碳原子，例如6至8个碳原子，并且环中与氧基连接的碳原子上具有至少两个氢取代基的任何内酯或内酯组合。用作起始材料的内酯可由以下通式来表示：
其中n和R具有上文提及的含义。
本文中可用的内酯是其中上述结构中n等于4的ε-己内酯。在一个实施方案中，所述内酯是未经取代的ε-己内酯，其中n等于4并且上述结构中的所有R均为氢。ε-己内酯是特别有用的，因为其可容易地以商业量获得并且提供优异的涂料特性。可单独或组合地利用多种内酯。适用于本文的聚己内酯多元醇的分子量为530至2000道尔顿。
合适的脂族二醇的实例包括乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，10-癸二醇和1，4-环己烷二甲醇。合适的脂族三醇的实例是三羟甲基丙烷。合适的聚己内酯多元醇的分子量为530至2000。
己内酯的聚合通过与含有伯羟基的有机多元醇反应来引发。特别适用于本文的有机多元醇是脂族二醇和三醇，例如含有2至10个碳原子的亚烷基二醇。
使聚环氧化物和聚合物多元醇的树脂性反应产物与阳离子基团形成剂(例如，胺)反应，然后用酸中和。用于加合环氧树脂的胺是单胺，特别是具有伯羟基的仲胺。当使含有伯羟基的仲胺与聚环氧化物中的端环氧化物基团反应时，所得物是其中胺已变成叔胺并且含有伯羟基的胺/环氧加合物。可用的伯胺和仲胺的实例包括二乙胺、甲基乙基胺、甲基乙醇胺、乙基乙醇胺、单乙醇胺、乙胺、二甲基胺、二乙胺、丙胺、二丙胺、异丙胺、二异丙胺、丁胺、二丁胺等。特别可用的是烷醇胺，例如甲基乙醇胺。
除上文公开的胺之外，与聚环氧化物-多元醇产物反应的胺部分可以是多胺的酮亚胺。酮亚胺基团在胺-环氧树脂反应产物分散于水中之后将分解，产生可与固化剂反应的游离伯胺基团。本文中可用的酮亚胺由酮和伯胺制备而来。将形成的水除去，例如通过共沸蒸馏来除去。可用的酮包括具有3至13个碳原子的二烷基酮、二芳基酮和烷基芳基酮。具体实例包括丙酮、甲基乙基酮、甲基正丁基酮、甲基异丁基酮、甲基异戊基酮、甲基芳基酮、乙基异戊基酮、乙基戊基酮、苯乙酮和二苯基酮。合适的二胺是乙二胺、1，3-二氨基丙烷、1，4-二氨基丁烷、1，6-二氨基己烷、4，9-二氧杂十二烷、1，12-二胺等。特别可用的酮亚胺是二酮亚胺，其是二亚乙基三胺和甲基异丁基酮的酮亚胺。还可使用多种胺的混合物。
仲胺与聚环氧化物和聚合物多元醇的树脂性反应产物的反应经将胺与聚环氧化物混合而发生。该反应可以以纯的形式进行或者任选地在合适的溶剂存在下进行。该反应可为放热的并且可期望冷却。然而，可利用加热至适度温度(即50℃(122°F)至150℃(302°F))以加快反应。
胺与聚环氧化物/多元醇反应产物的反应产物通过用酸至少部分地中和来实现其阳离子特征。合适酸的实例包括有机酸和无机酸，例如甲酸、乙酸、乳酸和磷酸。中和的程度将取决于所涉及的具体产物。仅需要使用足够的酸以使产物分散在水中。通常来说，酸的使用量将足以提供总理论中和的至少约30％。还可使用超过100％总理论中和所需要的过量酸。在使涂料组合物经受至少约165.5℃(330°F)的加热之前胺/酸基团与涂料组合物中的成膜粘合剂保持缔合。
在一个示例性实施方案中，对树脂的阳离子基团形成的程度进行选择使得当将树脂与水性介质混合时，将形成稳定的分散体。稳定的分散体是不会沉淀的分散体或者如果发生一定程度的沉积的话是容易可重新分散的分散体。在一个示例性实施方案中，根据本文中设想的方法制备的阳离子树脂每一百克树脂固体包含约10至约300，例如约30至约100毫当量的阳离子基团。
如上所述，用于形成本文中设想的涂料组合物的主要乳剂中的成膜粘合剂是分散在水性介质中的环氧树脂胺加合物和封闭聚异氰酸酯交联剂。适用于成膜粘合剂的聚异氰酸酯交联剂的实例是脂族异氰酸酯、环脂族异氰酸酯和芳族异氰酸酯，例如六亚甲基二异氰酸酯、环六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、亚甲基二苯基二异氰酸酯等。使这些异氰酸酯与封闭异氰酸酯官能性(即，交联官能性)的封闭剂(例如肟、醇或己内酰胺)预反应。在一个示例性实施方案中，封闭剂的混合物是甲醇、乙醇和二乙二醇单丁醚。经加热，封闭剂分离，从而提供反应性异氰酸酯基团，并且发生交联。电涂料组合物的成膜粘合剂通常包含约40重量％至60重量％环氧树脂胺加合物和约60重量％至40重量％封闭异氰酸酯，并且是涂料组合物中的主要树脂性成分。
除上述成膜粘合剂之外，本文中设想的涂料组合物还包含以颜料糊剂的形式并入到组合物中的颜料。所述颜料糊剂通过将颜料和任选成分(例如湿润剂、表面活性剂和消泡剂)在研磨树脂中研磨或者分散到研磨树脂中来制备。可使用本领域中公知的任何颜料研磨树脂。在周研磨树脂研磨之后，颜料的颗粒尺寸应与实际一样小，例如使用Hegman研磨量规，颗粒尺寸为约6至8。在一个示例性实施方案中，颜料糊剂的非挥发性固体含量为基于涂料组合物总重量的至少30重量％，例如基于涂料组合物的总重量的40重量％。
可用于本文中设想的涂料组合物的颜料包括钛二氧化物、碱性铅硅酸盐、锶铬酸盐、炭黑、氧化铁、锌羟基亚磷酸盐、铅、铋、锡、粘土等。应谨慎地使用具有高表面积和吸油性的颜料，因为这些可对涂料组合物的聚结和流动具有不期望的效果。
颜料与成膜粘合剂的重量比为例如小于0.5∶1，例如小于0.4∶1，例如为约0.2至0.4∶1。已发现，更高的颜料与成膜粘合剂重量比对聚结和流动产生不利影响。
本文中设想的涂料组合物可包含任选成分，例如，例如湿润剂、表面活性剂、消泡剂、抗缩孔添加剂等。表面活性剂和湿润剂的实例包括烷基咪唑啉；可以以“104”从Air Products and Chemicals有限公司，艾伦镇，宾夕法尼亚获得的炔醇；以及可从Milliken Chemical，斯帕坦堡，南卡罗来纳获得的乙氧基化苯乙烯化苯酚，例如“Syn8334”。这些任选成分(当存在时)构成按涂料组合物中成膜粘合剂的重量计的约0.1％至20％。
任选地，可使用增塑剂来促进流动。可用增塑剂的实例是高沸点水不混溶性材料，例如壬基酚或双酚A的环氧乙烷或环氧丙烷加合物。增塑剂通常以按涂料组合物中成膜粘合剂的重量计的约0.1％至15％的水平来使用。
本文中设想的涂料组合物是水性分散体。本文中使用的术语“分散体”是其中粘合剂在分散相中且水在连续相中的两相半透明或不透明含水树脂性粘合剂体系。粘合剂相的平均颗粒尺寸直径为约0.1至约10微米，例如小于5微米。含水介质中粘合剂的浓度一般不关键，但是水性分散体的主要部分一般是水。水性分散体通常包含约3重量％至约50重量％，例如5重量％至40重量％的粘合剂固体。在一个示例性实施方案中，基于所述涂料组合物的总重量，所述涂料组合物的非挥发性固体含量为至少40重量百分比(重量％)，例如约40重量％至约60重量％非挥发性固体，例如45重量％非挥发性固体，例如50重量％非挥发性固体。就此而言，本文中设想的涂料组合物表现出优于常规涂料组合物的抗腐蚀性。本文中设想的涂料组合物的更高的固体含量还导致比常规涂料组合物更低的VOC含量。所述涂料组合物的重均分子量(Mw)为约2,000至约6,000Mw，例如4000Mw。
除水之外，水性介质还可包含聚结溶剂。可用的聚结溶剂包括烃、醇(特别是多元醇)、酯、醚和酮。具体的聚结溶剂包括乙二醇的单丁基醚和单己基醚以及丙二醇的苯基醚。聚结溶剂的量并不非常关键，并且为例如基于成膜粘合剂固体的总重量的约0重量％至约15重量％，例如0.5重量％至约5重量％。
根据一个示例性实施方案并且如上所述，用于制备本文中设想的涂料组合物的方法包括任选地在溶剂存在下合并聚环氧化物和聚醚多元醇，所述溶剂例如芳族烃，例如甲苯、二甲苯和酮，例如甲基乙基酮和甲基异丁基酮。将聚环氧化物和聚醚多元醇一起加热，例如在至少75℃(167°F)，例如至少90℃(194°F)，例如100℃(212°F)至180℃(356°F)的温度下加热，通常在催化剂(例如0.05重量％至2重量％的叔胺或季铵碱)存在下加热。聚环氧化物和聚醚多元醇一起加热的时间根据接触量、其如何接触、搅拌程度、温度和催化剂的存在而变化。使反应达到放热温度的最高值。将炉冷却至约149℃(300°F)至约177℃(350°F)的范围，例如160℃(320°F)，在此维持约1小时。调节炉的温度，并且当批料冷却至约135℃(275°F)至约163℃(325°F)的范围，例如149℃(300°F)的温度时，将交联剂共混到批料中持续足以获得均匀混合物的时间。将批料进一步冷却至约93℃(200°F)至约121℃(250°F)的范围，例如至107℃(225°F)的温度，并且添加阳离子基团形成剂，例如胺。使批料的温度升高至约50℃(122°F)至150℃(302°F)的范围，例如121℃(250°F)的温度。
将固化催化剂、水和酸的预混合物混合直至得到澄清的溶液。将预混合物与额外的水和额外的酸混合。该额外的酸可以是用于形成原始预混合物的相同酸或不同酸。将最终的预混合物添加至树脂性批料中并搅拌，直至获得均匀混合物，例如约3天。可在此时添加任何添加剂和聚结溶剂。
在一个示例性实施方案中，接下来配制颜料糊剂。将研磨树脂与水和非表面活性剂合并以得到均匀混合物。向该混合物添加颜料并继续共混。可再添加水。将混合物在27℃(80°F)至38℃(100°F)的范围，例如32℃(90°F)的温度下研磨直至实现大于7的Hegman读数。如上所述，然后将颜料糊剂和成膜粘合剂以例如小于约0.5∶1，例如小于约0.4∶1，例如约0.2至0.4∶1的颜料与成膜粘合剂的重量比合并。
以下是用于根据一个示例性实施方案的涂料组合物的制备方法。提供该实施例仅用于举例说明目的，且不旨在以任何方式限制本发明的多个实施方案。
实施例
成膜粘合剂
将约159.6克(g)EPONTM树脂828(从哥伦布，俄亥俄州的Momentive SpecialtyChemicals有限公司获得的未经稀释的澄清二官能双酚A/表氯醇衍生的液体环氧树脂)、79.7g双酚A、11.84g二甲苯和0.15g作为催化剂的烃卤化物装入到其中具有氮气流的玻璃容器中。将容器加热至143.3℃(290°F)，并使批料达到约226.7℃(440°F)的放热温度的最高值。使容器温度在160℃(320°F)下保持1小时。然后，将容器的温度调节至107℃(225°F)。
当批料已被冷却至149℃(300°F)时，添加41.42g聚氧烷基化双酚A和经醇封闭的芳族聚异氰酸酯交联剂。将批料混合20分钟。
继续批料的冷却，直至批料温度达到107℃(225°F)。添加11.11g酮亚胺。5分钟后，向批料中共混9.28g 2-甲基氨基乙醇。使容器的温度升高至121℃(250°F)并在此保持1小时。
将5.66g三氧化二铋、13.64g去离子水和9.26g甲磺酸一起在烧杯中共混，直至出现澄清的溶液。然后，将该溶液添加至8.13g乳酸和426.2去离子水，将整个预混合物添加至批料。
研磨树脂
一种示例性的研磨载剂通过将21.68g环氧树脂(其是双酚A的二缩水甘油醚)、0.02g烃卤化物催化剂和8.98g双酚A在玻璃容器中合并并加热至约143℃(290°F)来制备。使组分放热反应。将混合物冷却至138℃(280°F)，并添加12.77g聚异氰酸酯树脂。使混合物在121℃(250°F)下保持2小时。两小时之后，随混合向批料添加34.31g乙二醇单丁基醚并将批料冷却至88℃(190°F)。随后，向批料添加17.41g聚氨酯并使批料的温度在88℃(190°F)下保持6小时。然后，向批料添加4.84g 2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇，并混合30分钟。
红色颜料糊剂
以250转/分钟(RPM)的混合速度将约22.6g的上述研磨树脂与33.1g去离子水和1.1g来自Milliken Chemical的Syn8334合并。将混合物共混15分钟。使混合器的速度升高至1000RPM并向混合物添加5.4g二丁基氧化锡、0.6g炭黑、10.1g二氧化钛、1.2g酞菁蓝和18.4g氧化铁。将混合物共混30分钟。添加额外的7.4g水并在1000RPM下继续混合30分钟。然后，将糊剂在32℃(90°F)下研磨直至实现大于7的Hegman读数。
灰色颜料糊剂
以200RPM的混合速度将约18.6g的上述研磨树脂与34.6g去离子水、1.0g Syn8334和0.3g乳酸合并。将混合物共混15分钟。使混合器的速度升高至1500RPM并向混合物添加0.7g三氧化二铋、4.0g二丁基氧化锡、12.0g二氧化钛、16.3g硫酸钡的体质颜料、0.4g炭黑和4.9g水合硅酸铝。将混合物共混30分钟。添加额外的7.4g水并在1500RPM下继续混合30分钟。然后，将糊剂在32℃(90°F)下研磨直至实现大于7的Hegman读数。
红色涂料组合物1
将约548g成膜粘合剂和约500g红色颜料糊剂合并以形成红色涂料组合物。
红色涂料组合物2
将约381.5g成膜粘合剂、3g的戊二酸二甲酯和二甲酯己二酸的分别10/90重量/％共混物、2g乙二醇单丁基醚和109.3g红色颜料糊剂合并以形成红色涂料组合物。
灰色涂料组合物
将约155g成膜粘合剂和约112g灰色颜料糊剂合并以形成灰色涂料组合物。
因此，提供了卷材涂料组合物。所述卷材涂料组合物包含水性载体和分散在水性载体中的成膜粘合剂。所述成膜粘合剂包含环氧树脂-胺加合物和封闭聚异氰酸酯交联剂。所述成膜粘合剂在经受至少165.5℃(330°F)的加热之前具有缔合的胺/酸基团。另外，所述卷材涂料组合物包含颜料和研磨树脂。基于所述涂料组合物的总重量，所述卷材涂料组合物的固体含量为至少约40重量％。就此而言，与常规的卷材涂料组合物相比，所述卷材涂料组合物提供更好的抗腐蚀性和更低的VOC含量。
尽管在本发明的前述详细描述中已示出了至少一个示例性实施方案，但是应当理解，存在大量的变化方案。还应认识到，一个或更多个示例性实施方案仅仅是实例，且不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或结构。而且，前述详细说明将为本领域技术人员提供实施本发明的示例性实施方案的方便路线图。应当理解，可对一个示例性实施方案中所描述的元素的功能和布置进行多种变化而不背离所附权利要求书中提出的本发明的范围。

Claims (15)

1.一种涂料组合物，包含：
水性载体；
分散在所述水性载体中的成膜粘合剂，所述成膜粘合剂包含环氧树脂-胺加合物和封闭聚异氰酸酯交联剂，其中所述成膜粘合剂在经受至少165.5℃(330°F)的加热之前具有缔合的胺/酸基团；
颜料；以及
研磨树脂，
其中基于所述涂料组合物的总重量，所述涂料组合物的固体含量为至少40重量％。
2.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中基于所述涂料组合物的总重量，所述涂料组合物的固体含量为40重量％至60重量％。
3.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述环氧树脂-胺加合物包含聚环氧化物和聚醚多元醇的反应产物。
4.根据权利要求3所述的涂料组合物，其中所述聚环氧化物是环状多元醇的聚缩水甘油醚。
5.根据权利要求3所述的涂料组合物，其中所述聚环氧化物包含双酚A/表氯醇衍生的液体环氧树脂。
6.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述环氧树脂-胺加合物包含单胺。
7.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述环氧树脂-胺加合物包含多胺的酮亚胺。
8.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述封闭聚异氰酸酯交联剂选自包括脂族异氰酸酯、环脂族异氰酸酯和芳族异氰酸酯的组。
9.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中颜料与成膜粘合剂的重量比小于0.5∶1。
10.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述涂料组合物的重均分子量为2,000Mw至6,000Mw。
11.一种用于制备涂料组合物的方法，所述方法包括以下步骤：
将聚环氧化物和聚醚多元醇合并以形成混合物并加热所述混合物；
向所述混合物添加交联剂；
向所述混合物添加阳离子基团形成剂；
向所述混合物添加酸以形成成膜粘合剂；以及
将所述成膜粘合剂与颜料糊剂合并，
其中基于所述涂料组合物的总重量，所述涂料组合物的固体含量为至少40重量％，并且其中所述成膜粘合剂在经受至少165.5℃(330°F)的加热之前具有缔合的胺/酸基团。
12.根据权利要求11所述的方法，其中基于所述涂料组合物的总重量，所述涂料组合物的固体含量为40重量％至60重量％。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述聚环氧化物通过多元酚与聚缩水甘油醚的醚化来产生。
14.根据权利要求11所述的方法，其中将所述成膜粘合剂与所述颜料糊剂合并包括以小于0.5∶1的颜料与成膜粘合剂的重量比来合并。
15.根据权利要求11所述的方法，其中将所述成膜粘合剂和所述颜料糊剂合并使得所述涂料组合物的重均分子量为2,000Mw至6,000Mw。
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