CN107109110A - 包含含醇酸树脂和干燥剂的涂料组合物 - Google Patents
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Abstract
一种涂料组合物，包含含醇酸树脂以及含有含锰和1,4,7‑三取代‑1,4,7‑三氮杂环壬烷配体的双核配体‑锰配合物的干燥剂，其中所述含醇酸树脂为加成聚合物颗粒在包含醇酸的非水液相中的醇酸稳定化非水分散体。
Description
发明领域
本发明涉及一种涂料组合物，包含含醇酸树脂以及含有含锰和1,4,7-三取代-1,4,7-三氮杂环壬烷配体的双核配体-锰配合物的干燥剂。
发明背景
醇酸树脂广泛用于涂料组合物如油漆中。醇酸是包含不饱和脂肪酸如油酸、亚油酸或亚麻酸的脂肪酸官能化的聚酯树脂。醇酸树脂的脂肪酸结构部分与来自大气的氧气反应形成随后分解成自由基的氢过氧化物。这些自由基与脂肪酸结构部分的不饱和碳-碳键反应导致在醇酸聚合物链之间形成共价键，由此在聚合物链之间形成交联。以此方式，包含醇酸树脂的液体涂料组合物硬化形成固体固化涂层。该过程也称为自动氧化或干燥。
该组合物的干燥时间取决于用于制备该树脂的不饱和油或脂肪酸的浓度和类型。不饱和油/脂肪酸组分的自动氧化和交联可以独立地进行，但通常发现干燥时间对于许多实用目的而言不可接受地长。所述反应通过存在通常称为“干燥剂”的金属基干燥催化剂而显著加速。尽管醇酸涂料在没有干燥催化剂存在下可能花数月干燥，但在该催化剂存在下干燥可以在几小时内完成。干燥催化剂中的催化剂通过与大气氧和该组合物内的不饱和脂肪酸基团的双键二者形成配合物而催化自动氧化。
已知干燥剂盐的实例包括含有钴、钙、铜、锌、铁、锆、锰、钡、锌、锶、锂和钾作为阳离子以及卤离子、硝酸根、硫酸根、羧酸根如乙酸根、乙基己酸根、辛酸根和环烷酸根或乙酰丙酮根作为阴离子的多价盐。在(氢)过氧化物分解过程中该金属的催化活性依赖于金属离子从较低氧化态到较高氧化态的反复跃迁和复原，导致氢过氧化物的还原和氧化以催化和加速该组合物的不饱和油组分的氧化。由于这一原因，通常将过渡金属用于该类干燥剂中，因为过渡金属能够在与存在于该醇酸组合物中的脂肪酸过氧化物的氧化还原反应中从较低价态切换到较高价态。
到目前为止，基于钴的干燥剂因为其在环境温度下的良好性能而被最广泛地使用。然而，由于怀疑钴盐的致癌性和/或毒性，现在希望找到显示出至少与钴干燥剂相当的干燥性能且可以完全替换气干涂料中的钴基干燥剂的替代干燥剂化合物。
基于非钴金属的干燥剂，尤其是包含锰和配体的双核配合物的干燥剂尤其由WO2011/098584，WO2011/098583，WO2011/098587或Oyman等，Polymer 45(2004)，第7431-7436页已知。
然而，锰基干燥剂具有的缺点是它们不能促进包含醇酸树脂的涂料组合物中的充分干燥，尤其就表干时间而言，并且它们可能得到发生严重暗处黄变(dark yellowing)的涂层。WO 2013/092441公开了一种包含醇酸树脂和双核配体-锰配合物作为干燥剂的涂料组合物，其通过向该涂料组合物中加入通式Mn2+[X]n的锰盐和为1,4,7-三取代-1,4,7-三氮杂环壬烷的配体而得到。将配体和锰盐以使得配体与锰的摩尔比为至少1.25的量加入涂料组合物。WO 2013/092441的涂料组合物，即具有过量配体的涂料组合物，比以配体/锰比为1.0或更低加入配体和锰盐的涂料组合物显示出更少黄变。WO2013/092441还表明用其他胺配体替代一部分1,4,7-三取代-1,4,7-三氮杂环壬烷导致涂料组合物就黄变和干燥而言不太好。
尽管使用包含锰和1,4,7-三取代-1,4,7-三氮杂环壬烷配体的双核配合物的干燥剂已经得到就黄变和干燥而言改进的涂料组合物，尤其是在使用过量配体的情况下，但仍有改进的余地，尤其就暗处黄变和干燥性能而言。因此，本领域需要包含含醇酸树脂和具有改进性能的锰干燥剂的涂料组合物。
发明概述
现已发现若在包含含醇酸树脂以及包含锰和1,4,7-三取代-1,4,7-三氮杂环壬烷配体的双核配合物的干燥剂的涂料组合物中，所述含醇酸树脂为加成聚合物颗粒在包含醇酸的非水液相中的醇酸稳定化非水分散体，则所述涂料组合物与其中使用其他类型的醇酸树脂的组合物相比显示出惊人地更少暗处黄变。
因此，本发明涉及一种涂料组合物，包含含醇酸树脂以及含有含锰和1,4,7-三取代-1,4,7-三氮杂环壬烷配体的双核配体-锰配合物的干燥剂，其中所述含醇酸树脂为加成聚合物颗粒在包含醇酸的非水液相中的醇酸稳定化非水分散体。
此外，已经发现该涂料组合物显示出良好的干燥性能。
发明详述
本发明的涂料组合物包含含醇酸树脂以及含锰和1,4,7-三取代-1,4,7-三氮杂环壬烷配体的双核配合物的干燥剂。优选所述配体为具有如下通式结构的1,4,7-三取代-1,4,7-三氮杂环壬烷配体：
其中R1为任选被杂原子取代的C1-C20烷基或任选被杂原子取代的C6-C20芳基。更优选所述配体为1,4,7-三烷基-1,4,7-三氮杂环壬烷，其中R1为任选被杂原子取代的C1-C20烷基。甚至更优选所述配体为1,4,7-三甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷。
锰和1,4,7-取代的-1,4,7-三氮杂环壬烷配体的双核配合物是已知的且包含两个各自键接至1,4,7-取代的-1,4,7-三氮杂环壬烷配体的锰核。锰核各自独立地具有I、II、III或IV价态且借助三个桥相互键合。这些桥通常独立地为氧代或羧酸盐桥。
优选在本发明的涂料组合物中，所述干燥剂包含双核配体-锰配合物和额外量的该配体。更优选所述干燥剂以使得配体与锰的摩尔比为至少1.25，甚至更优选至少2.0，仍更优选至少5.0的量包含双核配体-锰配合物和额外配体。配体与锰的摩尔比优选为至多30，更优选至多20。
所述双核配体-锰配合物可原样制备并随后加入涂料组合物中，从而得到本发明的涂料组合物。优选所述干燥剂为可按如下得到的干燥剂：
-提供通式Mn2+[X]n的锰盐，其中X为具有n-电荷的阴离子，其中n为1或2；
-提供配体；以及
-将锰盐与配体混合。
优选地，所述锰盐和配体以使得配体与锰的摩尔比超过1，更优选至少1.25，甚至更优选至少2.0，仍更优选至少5.0的量混合。所述锰盐和配体优选以使得配体与锰的摩尔比为至多30，更优选至多20的量混合。过量配体的优点是涂料组合物显示出更少黄变。
X优选为选自如下的阴离子：PF6 -，SbF6 -，AsF6-，BF4 -，B(C6F5)-，Cl-，B-，I-，NO3 -，或R2COO-，此时n为2，或者X为SO4 2-，此时n为1。更优选X为R2COO-，n为2且R2为任选被杂原子取代的C1-C20烷基。特别优选的锰盐为辛酸锰，更特别地为乙基己酸锰。
若干燥剂通过将锰盐与配体混合而得到，则该混合可以在刚好将如此得到的混合物加入涂料组合物中以得到本发明涂料组合物之前进行。优选将锰盐和配体在混合下分开加入涂料组合物中，从而在涂料组合物中发生混合。
所述涂料组合物可包含其他干燥剂—通常称为次干燥剂。该类干燥剂是本领域所公知的。该类次干燥剂通常为含有钡、锆、钙、铋、铜、锌、铁、钾、锶、钕、钠或锂作为阳离子以及卤离子、硝酸根、硫酸根、羧酸根如乙酸根、乙基己酸根、辛酸根和环烷酸根或乙酰丙酮根作为阴离子的多价盐。就此而言尤其可提及可溶于涂料组合物的基料中的金属皂；可以单独或组合使用的该类皂的实例包括辛酸锶、辛酸铜、辛酸锆、辛酸锌和辛酸钙。
优选地，所述涂料组合物不包含钙基干燥剂。
所述涂料组合物除了双核配体-锰配合物外可以包含其他主干燥剂，优选不含钴的主干燥剂。优选该类其他主干燥剂为铁和三齿、四齿、五齿或六齿氮给体配体，优选双吡啶(bispidine)配体的配合物。特别优选的双吡啶配体为双吡啶酮(bispidon)，也称为二取代的3-甲基-9-氧代-2,4-二(吡啶-2-基)-7-(吡啶-2-基甲基)-3,7-二氮杂双环[3.3.1]壬烷-1,5-二甲酸酯。特别优选的配体为3-甲基-9-氧代-2,4-二(吡啶-2-基)-7-(吡啶-2-基甲基)-3,7-二氮杂双环[3.3.1]壬烷-1,5-二甲酸二甲酯。
铁-配体配合物中的铁可具有任何合适的氧化态。在与双吡啶或双吡啶酮配体的配合物中，铁优选呈其2+氧化态，即Fe(II)。所述涂料组合物优选包含二取代的3-甲基-9-氧代-2,4-二(吡啶-2-基)-7-(吡啶-2-基甲基)-3,7-二氮杂双环[3.3.1]壬烷-1,5-二甲酸酯的铁(II)配合物作为其他主干燥剂，更优选[(双吡啶酮)Fe(II)Cl]Cl或[(双吡啶酮)Fe(II)SO4]，甚至更优选[(双吡啶酮)Fe(II)Cl]Cl，后者也称为氯代[二甲基-9,9-二羟基-3-甲基-2,4-二(2-吡啶基-κN)-7-[(2-吡啶基-κN)甲基]-3,7-二氮杂双环[3.3.1]壬烷-1,5-二甲酸酯-κN3,κN7]铁(1+)氯化物(1-)。该配合物以CAS号478945-46-9登记并且可以以溶液形式作为Oxy-Coat由OMG Borchers市购。
优选地，所述涂料组合物不包含钴基主干燥剂。
所述涂料组合物可以以以任何合适量包含锰和1,4,7-三取代-1,4,7-三氮杂环壬烷配体的双核配合物以及任何其他主和/或次干燥剂。干燥剂(主和次)在涂料组合物中的总量基于树脂总重量(醇酸和加成聚合物)通常不超过10重量％，优选为0.001-3重量％，更优选为0.01-3重量％，基于树脂总重量。锰主干燥剂的量作为锰加配体计算。
所述含醇酸树脂为加成聚合物颗粒在包含醇酸的非水液相中的醇酸稳定化非水分散体。
加成聚合物颗粒的醇酸稳定化非水分散体(NAD)在本领域中是已知的的，例如由US 6,501,633，US 4,983,716和US 5,516,820已知。该类NAD通常通过首先提供液体醇酸介质，然后向该醇酸介质中加入一种或多种可以形成在该醇酸介质中基本不溶的加成聚合物的单体并使单体通过自由基聚合反应形成加成聚合物而制备。因此，醇酸介质起聚合介质的作用且例如可以为纯醇酸、溶于一种或多种非极性溶剂中的醇酸，或醇酸/油混合物。如此形成的相对极性的加成聚合物在相对非极性的醇酸介质中形成颗粒。因此，醇酸介质用作所述加成聚合物颗粒的分散介质且来自该介质的部分醇酸起醇酸稳定剂的作用以稳定分散的颗粒。
本发明的涂料组合物可包含本领域已知的加成聚合物颗粒的任何合适醇酸稳定化非水分散体，例如如US 6,051,633中所公开的加成聚合物颗粒的醇酸稳定化非水分散体。
优选加成聚合物颗粒的醇酸稳定化非水分散体可通过一种包括下列步骤的方法得到：
a)提供液体醇酸介质；
b)向所述醇酸介质中加入一种或多种烯属不饱和单体；以及
c)借助自由基聚合使所述一种或多种单体聚合。
在步骤a)中提供的液体醇酸介质可以是基本纯净的醇酸，两种或更多种基本纯净的醇酸的混合物，一种或多种被溶剂稀释的醇酸或一种或多种醇酸和油的混合物。优选地，所述醇酸介质包含至少25重量％醇酸，更优选至少30重量％醇酸，甚至更优选至少40重量％醇酸。所述醇酸介质可包含至多100重量％醇酸。
若醇酸介质包含一种或多种被溶剂稀释的醇酸，则可使用任何合适的溶剂，例如烃、酮、酯或醇溶剂。优选所述溶剂为脂族烃溶剂、酮溶剂或酯溶剂。
醇酸介质中的一种或多种醇酸优选具有1,000-10,000，更优选1,500-5,000，甚至更优选2,000-4,000的数均分子量。优选所述一种或多种醇酸具有2-20，更优选2-10，甚至更优选2-6的多分散性。
所述一种或多种醇酸可通过本领域已知的任何方法使用本领域已知的任何原料形成，例如通过多元醇、多元酸和不饱和油或脂肪酸的反应得到含有不饱和脂肪酸残基的酯。
合适二元醇的实例包括乙二醇、1,3-丙二醇、1,6-己二醇、1,12-十二烷二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、2,2,4-三甲基-1,6-己二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇和2-甲基-2-环己基-1,3-丙二醇。合适三醇的实例为甘油、三羟甲基乙烷和三羟甲基丙烷。具有多于三个羟基的合适多元醇为季戊四醇、山梨醇以及所述化合物的醚化产物，如二-三羟甲基丙烷以及二-、三-和四季戊四醇。
合适多元酸的实例包括邻苯二甲酸、柠檬酸、富马酸、中康酸、马来酸、柠康酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、5-叔丁基间苯二甲酸、偏苯三酸、均苯四酸、琥珀酸、己二酸、2,2,4-三甲基己二酸、壬二酸、癸二酸、二聚脂肪酸、环戊烷-1,2-二甲酸、环己烷-1,2-二甲酸、4-甲基环己烷-1,2-二甲酸、四氢邻苯二甲酸、桥亚甲基环己烷-1,2-二甲酸、丁烷-1,2,3,4-四甲酸、桥异亚丙基环己烷-1,2-二甲酸、环己烷-1,2,4,5-四甲酸和丁烷-1,2,3,4-四甲酸。希望的话，则所述羧酸可以作为酸酐或者以酯，优选具有1-4个碳原子的醇的酯形式使用。
合适不饱和脂肪酸的实例包括烯属不饱和共轭或非共轭C12-C24羧酸，如肉豆蔻脑酸、棕榈油酸、花生四烯酸、芥酸、顺-9-二十碳烯酸、4,7,11-二十二碳三烯-18-炔酸、油酸、蓖麻油酸、亚油酸、亚麻酸、十八碳三烯-4-酮酸、尼生酸和桐酸或其两种或更多种的混合物，通常呈衍生自天然或合成油的脂肪酸混合物形式。适合提供该醇酸中的脂肪酸基团的不饱和脂肪酸还包括衍生自大豆油、共轭大豆油、棕榈油、亚麻子油、桐油、菜子油、向日葵油、共轭向日葵油、金盏花油、木油、牛油、(脱水)蓖麻油、红花油、金枪鱼油、椰子油和脱水椰子油的脂肪酸及其组合。优选使用衍生自向日葵油或大豆油的脂肪酸，如油酸、亚油酸、α-亚麻酸及其两种或更多种的混合物。
优选地，所述一种或多种醇酸基于该醇酸的总重量包含至少20重量％，更优选至少50重量％，甚至更优选至少70重量％不饱和脂肪酸残基。优选地，所述一种或多种醇酸包含至多90重量％，更优选至多85重量％不饱和脂肪酸残基。
合适醇酸的具体实例为大豆油、邻苯二甲酸酐和季戊四醇的缩合产物。
任选地，所述一种或多种醇酸可包含例如可以衍生自如下的其他结构单元：单羧酸如新戊酸、2-乙基己酸、月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、4-叔丁基苯甲酸、环戊烷甲酸、环烷酸、环己烷甲酸、2,4-二甲基苯甲酸、2-甲基苯甲酸、苯甲酸、2,2-二羟甲基丙酸、四氢苯甲酸以及氢化或未氢化松香酸或其异构体。希望的话，所述单羧酸在醇酸的制备中可以完全或者部分作为甘油三酯使用，例如作为植物油使用。希望的话，可使用该类单羧酸或甘油三酯中两种或更多种的混合物。
任选地，也可将异氰酸酯用作该醇酸的结构单元。合适的异氰酸酯包括二异氰酸酯，如1,6-己烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、联苯二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯，以及三异氰酸酯。
优选地，所述醇酸具有1-20mg KOH/g醇酸的最终聚合物酸值。
加入醇酸介质中以形成加成聚合物颗粒的一种或多种单体可以是任何能够经由自由基聚合机理产生聚合物的单体。该类单体为包含烯属不饱和基团，更优选乙烯基，甚至更优选丙烯酸酯基团的单体。优选所述一种或多种烯属不饱和单体包含一种或多种丙烯酸酯单体。
合适单体的实例包括丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙基酯、甲基丙烯酸羟乙基酯、丙烯酸羟丙基酯、甲基丙烯酸羟丙基酯、丙烯酸月桂基酯、甲基丙烯酸月桂基酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、聚氧乙烯丙烯酸酯、聚氧丙烯丙烯酸酯、聚氧丙烯甲基丙烯酸酯、烯丙醇、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、氯乙烯、偏二氯乙烯及其两种或更多种的混合物。
优选至少一种单体包含极性官能团，如丙烯腈、丙烯酰胺、氧化烯或羟基官能团，更优选羟基官能团。包含羟基官能团的合适单体的实例为丙烯酸羟乙基酯、甲基丙烯酸羟乙基酯、丙烯酸羟丙基酯和甲基丙烯酸羟丙基酯。更优选所述一种或多种单体为包含羟基官能团的单体和不含该类羟基官能团的单体的混合物，例如包含丙烯酸羟乙基酯和甲基丙烯酸甲酯的混合物。
在加入以形成加成聚合物的一种或多种单体包括具有羟基官能团的单体和不含该类羟基官能团的单体的情况下，优选所加单体的总重量中的5-35重量％，更优选10-30重量％具有羟基官能团。
在步骤b)和c)中，将所述一种或多种单体加入醇酸介质中并借助自由基聚合使所述一种或多种单体聚合。允许加入醇酸介质中的单体通过自由基聚合而聚合成加成聚合物的条件是本领域所公知的。可以使用任何合适的条件。合适的条件通常包括存在引发剂、存在链转移剂和足以允许聚合的温度。优选在聚合步骤c)的过程中该醇酸介质的温度为60-150℃，更优选为70-140℃，甚至更优选为75-120℃。
可以以合适量使用任何合适的引发剂。合适的引发剂是本领域所已知的且包括有机过氧化物和腈引发剂如偶氮二异丁腈。合适的有机过氧化物包括过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化二叔丁基、过氧化乙酰、过辛酸叔丁酯、过辛酸叔戊酯和过苯甲酸叔丁酯。引发剂可以以任何合适的量加入，基于所述一种或多种单体的总重量通常为至多3重量％，优选为1.0-3.0重量％，更优选为1.5-2.5重量％。优选以两步或三步加入全部量的引发剂，即在加成聚合开始时的量和在聚合反应过程中的另外量。更优选在加成聚合开始时作为引发剂加入有机过氧化物并在聚合反应过程中加入更弱的引发剂，如腈引发剂。在反应过程中，即在其中存在更少的未反应单体的阶段加入更弱引发剂的逐步引发剂加料将聚合介质中存在的醇酸的不希望聚合反应降至最小。
可以以合适的量使用任何合适的链转移剂。合适的链转移剂是本领域所已知的且包括巯基丙酸甲酯、十二烷基硫醇、巯基乙酸、2-巯基乙醇和丁二醇。优选使用不包含巯基的链转移剂。特别优选的链转移剂为2-丁烯-1,4-二醇。
任选地，在聚合步骤c)的过程中使用聚合催化剂。合适的聚合催化剂是本领域所已知的(通常称为“活化剂”)。
所述一种或多种单体优选在聚合步骤c)的过程中逐渐加入醇酸介质中。更优选在聚合步骤c)的过程中将所述一种或多种单体滴加到醇酸介质中。单体可以直接加入，即作为纯单体加入。或者可以将单体分散于一定量的醇酸或溶剂或其混合物中。
在聚合步骤c)之后形成加成聚合物颗粒在该醇酸介质中的分散体。因此，醇酸介质用作加成聚合物颗粒的分散介质且来自醇酸介质的部分醇酸起醇酸稳定剂的作用以稳定分散的颗粒。
加成聚合物颗粒可以具有任何合适尺寸；优选所述颗粒具有100-800nm，更优选200-700nm，更优选300-600nm的平均直径。
本发明的涂料组合物包含加成聚合物颗粒在包含醇酸和含有双核配体-锰配合物的干燥剂的液相中的醇酸稳定化非水分散体。
所述包含醇酸的非水液相可以是在其中直接进行加成聚合的醇酸介质。优选在步骤c)中在醇酸介质中形成加成聚合物颗粒的非水分散体之后，将额外的醇酸加入醇酸介质中。优选地，所述涂料组合物包含10-50重量％醇酸，优选20-45重量％醇酸，更优选25-40重量％醇酸。所述涂料组合物中的加成聚合物与醇酸重量比优选为0.1-10，更优选为0.2-5.0，更优选为0.3-2.0。所述非水液相可包含非水溶剂。该溶剂可能已经包含在步骤a)中提供的醇酸介质中。替代或者额外地，可以在聚合步骤c)之后将溶剂加入醇酸介质中。可使用任何合适的溶剂，优选包含脂族烃，例如Shellsol D40，酮或酯的溶剂。若涂料组合物包含溶剂，则溶剂的量优选应使得涂料组合物中挥发性有机化合物(VOC)的量不超过400g/l，更优选不超过300g/l，甚至更优选不超过250g/l。
所述涂料组合物可包含已知适合涂料组合物，尤其是油漆的成分的其他成分，包括但不限于交联剂、催化剂、增稠剂、增量剂、彩色颜料、防结皮剂、分散剂、表面活性剂、生物杀伤剂和消泡剂。合适的其他成分是本领域所已知的且例如公开在US 6,051,633中。
所述涂料组合物优选为油漆组合物。所述油漆组合物可为透明、彩色或白色油漆组合物。更优选所述涂料组合物为白色油漆组合物。
实施例
现在借助下列非限制性实施例进一步说明本发明。
1号醇酸的制备
通过使衍生自向日葵油的脂肪酸、邻苯二甲酸酐(12份)和季戊四醇(17份)的混合物反应而制备醇酸。所得醇酸(1号醇酸)具有的酸值小于10mg KOH/g醇酸，油长为74％且粘度为6Pa.s(在23℃下通过锥板方法在10,000s-1下在作为溶剂的Shellsol D40中醇酸含量为90％下测量)。
2号醇酸的制备
以与对1号醇酸所述相同的方式制备醇酸，但现在使用油酸脂肪酸代替衍生自向日葵油的脂肪酸。所得醇酸(2号醇酸)具有的酸值小于10mg KOH/g醇酸，油长为74％且粘度为6Pa.s(在23℃下通过锥板方法在10,000s-1下在作为溶剂的Shellsol D40中醇酸含量为90％下测量)。
3号醇酸的制备
以与对1号醇酸所述相同的方式制备醇酸。
1号NAD的制备
醇酸稳定化丙烯酸酯聚合物颗粒的非水分散体(1号NAD)按如下制备：
丙烯酸酯单体混合物通过混合甲基丙烯酸甲酯(278份)、丙烯酸2-羟基丙基酯(95份)、甲基丙烯酸2-羟基乙基酯(189份)和甲基丙烯酸(30份)而制备。
将1号醇酸(148份)在Shellsol D40溶剂(166份)中的溶液加入装有搅拌器、惰性气体和回流冷凝器的4颈反应器中。向该醇酸溶液中加入作为引发剂的2-丁烯-1,4-二醇(12份)和部分丙烯酸酯单体混合物(59份)。在搅拌下将该反应器在氮气保护下加热至50℃。然后在5分钟内将过氧-2-乙基己酸叔丁酯(2份)滴加到反应混合物中。将反应混合物的温度缓慢加热至100℃。然后使用独立的加料管线在3小时内滴加1号醇酸(102份)在D40溶剂(111份)中的另外溶液和另一部分丙烯酸酯单体混合物(532份)。同时在3.25小时内将过氧-2-乙基己酸叔丁酯(4份)和D40溶剂(40份)的混合物缓慢加入反应混合物中。所有加料管线使用D40溶剂(总共79份)冲洗并将反应混合物冷却至95℃。然后在1.5小时内滴加D40溶剂(51份)、丙二醇甲基醚乙酸酯(51份)和2,2'-偶氮二(2-甲基丁腈)(18份)的溶液。然后使该混合物在95℃下再反应1小时，冷却至50℃并在尼龙过滤袋(80μm)上在氮气保护下过滤而得到1号NAD。
2号NAD的制备
醇酸稳定化丙烯酸酯聚合物颗粒的非水分散体(2号NAD)如对1号NAD所述制备，但现在是2号醇酸的溶液中而不是在1号醇酸的溶液中制备。
3号NAD的制备
醇酸稳定化丙烯酸酯聚合物颗粒的非水分散体(3号NAD)按如下制备：
丙烯酸酯单体混合物通过混合甲基丙烯酸甲酯(278份)、丙烯酸2-羟基丙基酯(95份)、甲基丙烯酸2-羟基乙基酯(189份)和甲基丙烯酸(30份)而制备。
将3号醇酸(193份)在Shellsol D40溶剂(300份)中的溶液加入装有搅拌器、惰性气体和回流冷凝器的4颈反应器中。向该醇酸溶液中加入作为引发剂的2-丁烯-1,4-二醇(12份)和部分丙烯酸酯单体混合物(59份)。在搅拌下将该反应器在氮气保护下加热至50℃。然后在5分钟内将过氧-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯(2份)滴加到反应混合物中。将反应混合物的温度缓慢加热至125℃。然后使用独立的加料管线在3小时内滴加1号醇酸(138份)在D40溶剂(200份)中的另外溶液和另一部分丙烯酸酯单体混合物(532份)。同时在3小时内将过氧-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯(5份)和D40溶剂(23份)的混合物缓慢加入反应混合物中。将反应混合物冷却至100℃。然后在1.5小时内滴加D40溶剂(10份)、丙二醇甲基醚乙酸酯(50份)和2,2'-偶氮二(2-甲基丁腈)(6份)的溶液。然后使该混合物在100℃下再反应1小时。然后将反应混合物加热至130℃并真空蒸馏溶剂至非挥发性化合物含量为65％。将该混合物冷却至50℃并在尼龙过滤袋(80μm)上在氮气保护下过滤而得到3号NAD。
1号NAD、2号NAD和3号NAD的性能在表1中给出。
表1：NAD的性能
| 1号NAD | 2号NAD | 3号NAD | |
| 非挥发性化合物含量(％) | 60.6 | 59.7 | 65.1 |
| 粒度(nm) | 361 | 403 | 373 |
| 在100Pa、23℃下的锥板粘度(Pa.s) | 0.20 | 0.07 | 0.57 |
| 整个聚合物的酸值(mg KOH/g) | 24 | 23 | 24 |
| 整个聚合物的OH值(mg KOH/g) | 169 | 163 | 157 |
实施例1(对比)
按如下制备白色油漆：
二氧化钛淤浆通过将TiO2粉末(Kronos 2310，21.3份)加入1号醇酸(5.3份)、膨润土粘土(0.3份)和羧酸分散剂聚合物(1份)的搅拌混合物中并使用高速溶解器分散直到得到小于10μm的细度而制备。在搅拌下向该淤浆中加入60份1号醇酸、4份甲基乙基酮肟(MEKO)和干燥剂。
作为干燥剂以使得该油漆组合物包含每100g油漆组合物0.8mg锰、38mg配体(1,4,7-三甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷)、70mg钙和520mg锆的量加入乙基己酸锰的溶液以及1,4,7-三甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷、Calcium 5％(羧酸钙)和Zirconium 18％(羧酸锆)的溶液。配体与锰的摩尔比为18:1。
实施例2(本发明)
按如下制备白色油漆：
二氧化钛淤浆通过将TiO2粉末(Kronos 2310，21.3份)加入1号醇酸(5.3份)、膨润土粘土(0.3份)和羧酸分散剂聚合物(1份)的搅拌混合物中并使用高速溶解器分散直到得到小于10μm的细度而制备。在搅拌下向该淤浆中加入1号醇酸(17.3份)、1号NAD(49.8份)、0.4重量％MEKO(甲基乙基酮肟)和干燥剂。
作为主干燥剂向所得油漆组合物中加入乙基己酸锰的溶液和1,4,7-三甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷的溶液。作为次干燥剂加入Calcium 5％和Zirconium 18％。干燥剂以使得该油漆组合物包含每100g油漆组合物0.8mg锰、38mg配体(1,4,7-三甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷)、70mg钙和520mg锆的量加入。配体与锰的摩尔比为18:1。
实施例3(本发明)
如实施例2制备白色油漆，不同的是不加入Calcium 5％作为次干燥剂。干燥剂以使得该油漆组合物包含每100g油漆组合物0.8mg锰、38mg配体(1,4,7-三甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷)和520mg锆的量加入。配体与锰的摩尔比为18:1。
实施例4(本发明)
使用2号NAD代替1号NAD如实施例2制备白色油漆。
实施例5(本发明)
使用2号NAD代替1号NAD如实施例3制备白色油漆。
实施例6(本发明)
使用3号NAD代替1号NAD如实施例2制备白色油漆。
实施例7(本发明)
使用3号NAD代替1号NAD如实施例3制备白色油漆。
实施例8(本发明)
如实施例6制备白色油漆，不同的是还加入Oxy-Coat(氯代[二甲基-9,9-二羟基-3-甲基-2,4-二(2-吡啶基-κN)-7-[(2-吡啶基-κN)甲基]-3,7-二氮杂双环[3.3.1]壬烷-1,5-二甲酸酯-κN3,κN7]铁(1+)氯化物(1-)的1％溶液)作为主干燥剂。干燥剂以使得该油漆组合物包含每100g油漆组合物0.8mg锰、38mg配体(1,4,7-三甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷)、0.4mg铁、70mg钙和520mg锆的量加入。配体与锰的摩尔比为18:1。
实施例9(本发明)
如实施例8制备白色油漆，不同的是不加入Calcium 5％作为次干燥剂。干燥剂以使得该油漆组合物包含每100g油漆组合物0.8mg锰、38mg配体(1,4,7-三甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷)、0.4mg铁和520mg锆的量加入。配体与锰的摩尔比为18:1。
油漆性能
按如下测定实施例1-9中制备的白色油漆的暗处黄变和干燥时间。
暗处黄变
在Leneta不透明性卡片上测量实施例1-9中制备的白色油漆的色彩特征。使用半径为0.7mm的耙子将油漆施涂于该卡片上并在23℃下干燥过夜。然后使用标准色度计测量涂层颜色。然后将涂层在50℃下暗处储存500小时并再次测量涂层(陈化涂层)的颜色。暗处黄变定义为新(过夜)干燥涂层和陈化涂层之间根据CIE-lab颜色空间的b*值之差。白度指数(WI)通过使用在陈化涂层上测量的b*和L*CIE-lab值按照方程式WI＝L-3b计算。
在10℃下直到表面干燥的干燥时间
干燥时间通过在BK或干燥记录器上BK干燥测定(湿膜厚度90μm；ASTM D5895-96)。在玻璃带(B.K.记录器：69×2.5cm)上施涂薄膜之后将压制上5g负荷的垂直钝针放入新施涂薄膜中，然后沿平行于该带边缘的方向拖拽通过该干燥油漆。
在该试验中BK干燥的三个步骤如下：i)(湿)油漆一起流动(流平)；b)油漆开始聚合但该针留下的线可见或者可追踪(基线轨迹)；以及c)干燥已经充分进行，油漆薄膜不因该针而移动(所谓的“表面干燥时间”)。表2中给出了油漆在10℃下达到步骤c)的干燥时间，即表面干燥时间(以小时计)。
表2：油漆性能
aTMTACN：1,4,7-三甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷
bBOC：Oxy-Coat，购自OMG Borchers
Claims (15)
1.一种涂料组合物，包含含醇酸树脂以及含有含锰和1,4,7-三取代-1,4,7-三氮杂环壬烷配体的双核配体-锰配合物的干燥剂，其中所述含醇酸树脂为加成聚合物颗粒在包含醇酸的非水液相中的醇酸稳定化非水分散体。
2.根据权利要求1的涂料组合物，其中所述1,4,7–三取代-1,4,7-三氮杂环壬烷配体具有如下通式结构：
其中R1为任选被杂原子取代的C1-C20烷基或者任选被杂原子取代的C6-C20芳基。
3.根据权利要求2的涂料组合物，其中所述配体为1,4,7-三甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷。
4.根据前述权利要求中任一项的涂料组合物，其中所述干燥剂包含所述双核配体-锰配合物和额外量的所述配体。
5.根据前述权利要求中任一项的涂料组合物，其中所述干燥剂可通过如下得到：
-提供通式Mn2+[X]n的锰盐，其中X为具有n-电荷的阴离子，其中n为1或2；
-提供配体；以及
-将所述锰盐与配体混合。
6.根据权利要求5的涂料组合物，其中X为R2COO-，n为2且R2为任选被杂原子取代的C1-C20烷基。
7.根据权利要求5或6的涂料组合物，其中所述配体以使得配体与锰的摩尔比为至少1.25:1，优选至少2.0:1的量提供。
8.根据前述权利要求中任一项的涂料组合物，其中所述涂料组合物不含钙基干燥剂。
9.根据前述权利要求中任一项的涂料组合物，其中所述涂料组合物不含钴基干燥剂。
10.根据前述权利要求中任一项的涂料组合物，其中所述干燥剂进一步包括二取代的3-甲基-9-氧代-2,4-二(吡啶-2-基)-7-(吡啶-2-基甲基)-3,7-二氮杂双环[3.3.1]壬烷-1,5-二甲酸酯的Fe(II)配合物。
11.根据前述权利要求中任一项的涂料组合物，其中所述加成聚合物颗粒的醇酸稳定化非水分散体可通过包括下列步骤的方法得到：
a)提供液体醇酸介质；
b)向所述醇酸介质中加入一种或多种烯属不饱和单体；以及
c)借助自由基聚合使所述一种或多种单体聚合。
12.根据权利要求11的涂料组合物，其中所述一种或多种烯属不饱和单体包括一种或多种丙烯酸酯单体。
13.根据权利要求12的涂料组合物，其中所述一种或多种丙烯酸酯单体中的至少一种为具有羟基官能团的丙烯酸酯单体。
14.根据权利要求13的涂料组合物，其中具有羟基官能团的丙烯酸酯单体的选自丙烯酸羟乙基酯、甲基丙烯酸羟乙基酯、丙烯酸羟丙基酯和甲基丙烯酸羟丙基酯。
15.根据权利要求13或14的涂料组合物，其中所述一种或多种单体进一步包括不含羟基官能团的单体。
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