CN108137988B

CN108137988B - 防水性塑料制剂

Info

Publication number: CN108137988B
Application number: CN201680058772.8A
Authority: CN
Inventors: 彭雪莉; 厄尔杰斯特·巴伊拉米
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2021-08-17
Anticipated expiration: 2036-10-07
Also published as: CN108137988A; US20170101551A1; BR112018007501B1; EP3362527A1; ES2812776T3; AU2016339814B2; CA3000094A1; BR112018007501A2; AU2016339814A1; US10179869B2; KR102651289B1; CA3000094C; WO2017066097A1; EP3362527B1; JP6916174B2; KR20180066082A; JP2018536043A

Abstract

提供了一种制剂，其中包含水中的水性阳离子蜡乳液和水混溶性载体溶剂，以产生清澈透明的溶液。当该溶液被干燥或除去多余部分时，在塑料基材上形成防水膜。本发明还提供了施用该制剂的方法。

Description

防水性塑料制剂

技术领域

本发明总体涉及防水性膜和涂层，更具体地涉及使塑料表面具有疏水性的制剂及其施用方法。

背景技术

在透明的观察物品上的水可损害视力。诸如塑料遮阳板、护目镜、护罩或窗户之类的物品通常遭受水凝结在其表面上。当用户在旅行中使用此类物品时，视力受损便成为安全问题。当物品在夜间被使用时，物品表面上的水使光衍射，这使得视力受损问题更加复杂。另外，物品表面的水吸引污垢，该污垢随着水蒸发而积聚；并且在清洁的过程中，污垢具有磨蚀性，导致塑料的使用寿命缩短。

传统上，消费者使用配制成使玻璃表面防水的产品来处理塑料表面。令人遗憾地，由于玻璃和塑料之间在表面能和化学方面的差异，玻璃表面防水产品在塑料表面上没有提供所需的防水效果，并且可能使塑料具有亲水性。

因此，需要有效处理各种塑料表面的防水制剂。还需要一种利用常规触发喷施器、气溶胶喷射剂或用于抹涂的海绵或布现场施加该制剂的方法。

发明内容

本发明提供了一种组合物，其包含在水中的阳离子蜡乳液和水混溶性载体溶剂，以产生清澈透明的溶液，当该溶液干燥时，其在塑料基材上形成防水膜。本发明还提供了其施用方法。

具体实施方式

本发明具有作为施用于塑料基材表面的防水制剂的用途，其中防水剂在塑料基材的表面上形成膜以使下面的基材具有疏水性。本发明的防水制剂在各种塑料上产生明显且持久的呈水珠状(water beading)性能。本发明的制剂适合在现场条件下施用于各种基材，但仍然能够赋予处理过的基材期望的疏水性。

本发明的防水制剂可以施用于新旧塑料基材。可用本发明防水制剂处理的塑料材料基材的非限制性说明性实例包括各种塑料，所述塑料包括丙烯酸类、丙烯酸酯类、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚丙烯均聚物、聚丙烯无规、聚苯乙烯、聚邻苯二甲酸乙二醇酯、聚砜、聚乳酸、聚乙烯亚胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯、热塑性聚氨酯、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯、热塑性聚烯烃、低密度聚乙烯聚碳酸酯或其任意组合。可以施用本发明防水制剂的非限制性说明性实例包括产品诸如摩托车挡风罩、护目镜、遮阳板、头盔、曲棍球溜冰板和船挡风罩。本发明制剂非常适合施用于透明塑料基材。本发明具有适合作为抹涂或喷施制剂施用以形成膜的属性，而不需要采用表征现有技术系统的复杂沉积工艺。除了与各种塑料相容之外，本发明的制剂还保护塑料免受环境风化。由于本发明组合物赋予基于塑料的基材的疏水性膜的耐久性，塑料基材倾向于：使水呈珠状并使水从表面滚落；在吸引污物的表面上保留较少的水，因此无需较频繁地清洁塑料。

尽管本发明就施用于塑料基材做了进一步详述，但可以理解，本发明的组合物易于施用于许多其他基材以赋予其疏水性膜。易于被施加本发明制剂的非塑料基材的实例包括金属，木材，涂漆表面和玻璃。在某种程度上，本文就各种组分的总重量百分比描述了本发明的组合物，所提供的这些量独立于在包含该制剂的加压气喷包装中使用的喷射剂。

应该理解，在提供值的范围的情况下，该范围意在不仅涵盖该范围的端点值，而且涵盖该范围的中间值，该中间值明确地包括在该范围内并且差异在于该范围的最后一位有效数字。作为示例，列举的从1到4的范围旨在包括1-2、1-3、2-4、3-4和1-4。

本发明制剂包含载体中的水性蜡乳液体系。以重量计，该载体是占多数的水和较少量的有机溶剂。其中水以80重量％和98重量％之间的总重量百分比存在。本发明的制剂形成澄清的溶液或悬浮液。当该制剂被施用于塑料表面时，该制剂干燥而产生清澈透明的疏水性膜。在本发明的一些实施例中，存在喷射剂以提供加压气溶胶容器以便于将本发明制剂分配到目标基材上。

本发明制剂基于阳离子蜡乳液，其中该乳液由分散在水中的细碎的微粒蜡和表面活性剂组成。在此可使用的蜡是石蜡或基于天然来源(例如蓖麻油，棕榈或大豆)的蜡，其中甘油三酸酯或烯烃构成该蜡的大部分重量。用于本发明阳离子蜡乳液中的蜡具有在110°F和140°F之间的熔点。在其它实施例中，蜡具有在125°F和130°F之间的熔融温度，与精制石蜡乳液相比，该蜡有助于乳化稳定性。基于乳液的总重量，乳液的蜡固体含量可以高达45％固体。蜡乳液通常包含约15％至40％(以重量计)的蜡和基于蜡的重量添加的约5％至25％表面活性剂。根据本发明配制的基于蜡的乳液带有阳离子电荷，并在塑料基材上提高防水性。本文详述的阳离子蜡乳液的重量百分比旨在包括作为整套组合的水和表面活性剂。

要被乳化的蜡通常包含附接到蜡聚合物的部分，例如羧酸酯或酯基。在乳化过程中，这些部分被酸改性以促使通过表面活性剂在蜡周围形成胶束。为了制备这些乳液类型，有机酸例如冰醋酸或无机酸例如盐酸，硫酸或类似酸被用于官能团改性。为了形成稳定的乳液，需要改性的官能团的量可以根据蜡的特性例如其分子量和链支化量而变化。该值和下面所述的酸值提供了蜡的游离羧酸和酯含量的指标。ASTM D1386提出确定酸值的方法，中和1克蜡所需的KOH的量(毫克)表明存在的游离羧酸量。根据本发明，蜡乳液具有小于总重量的5％的油含量，并且在其它实施方案中，油含量在1％和3％之间。通常将蜡乳液预先配制并加入到其他制剂组分中。

本发明蜡乳液中的蜡组合物具有2.0至5.0的碘值和110°F至140°F的熔点(例如由Mettler滴点测定)。在此可使用的阳离子表面活性剂示例性地包括咪唑啉，二乙胺或乙氧基化胺，例如牛脂胺。可以理解，在此可使用的表面活性剂具有在9.0至11.0之间的HLB值；而在其它实施例中，阳离子表面活性剂具有在4.0至12.0之间的HLB值。

能够分散蜡乳液的载体示例性地包括水(去离子)和短链醇。短链醇的说明性实例包括异丙醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、二乙二醇单乙醚、乙二醇单乙醚及其任意组合。优选地，有机溶剂不含VOC。在本文中使用时，“VOC”被定义为在美国环境保护署挥发性有机化合物总清单(Master List of Volatile Organic Compounds)上列出的化合物。

在需要递送气溶胶时，在一些实施例中，本发明的组合物还可以包含喷射剂。在其它实施例中，本发明组合物由消费者通过简单的触发喷施器或者简单地向目标基材海绵抹涂来施加。在需要本发明组合物的气溶胶递送系统的情况下，本发明组合物任选地包含惰性气体、卤化碳、二氧化碳或烃喷射剂。在此可使用的气溶胶喷射剂示例性地包括二氟乙烷、三氟乙烷；烷烃如丁烷、戊烷、异丁烷；丙烷；醚例如二甲醚和乙醚；氮；二氧化碳；及其任意组合。包含喷射剂的所得组合物被密封在传统的金属气溶胶罐内，并且如本领域常规的做法，通过喷涂来施加。

本发明的组合物包含能够在塑料基材上形成疏水性膜的水性蜡乳液，以大于90度并且通常在95和110度之间的水滴接触角进行测量。滑动角小于35度。本发明的组合物包含水性蜡乳液，其是储存稳定的(热力学稳定的)分散体，其中分散相具有尺寸为10至100微米的小液滴。在本发明的某些实施例中，为了便于配制，选择在水中自乳化的蜡化合物。

自乳化蜡具有能够将油和水同时结合在一起以形成乳液的特性。本发明的具有疏水性和亲水性部分的乳化蜡实现对水和疏水性物质的同时结合。无意于拘于一个特定理论，认为，塑料基材，具体而言塑料基材是疏水性，而本发明制剂是基于水的并且是亲水性的。当制剂干燥时，蜡微粒粘附在基材上并干燥成防水的蜡膜。

在本发明的某些实施例中，各种添加剂存在于本发明制剂中以增强其性质，该性质示例性地包括储存稳定性、成膜性、膜耐久性和清洁性。提供添加剂，例如，改变本发明组合物颜色的染料、抑制微生物生长的杀生物剂、苦味剂诸如地那铵、光稳定剂、消泡剂、腐蚀抑制剂、增稠剂、清洁溶剂或其任意组合。染料、杀生物剂、苦味剂、膜增塑剂、光稳定剂、消泡剂、腐蚀抑制剂和增稠剂中的每种添加剂独立且通常以总重量的0至5重量％的量存在于本发明组合物中，而在其它具体实施例中，每种添加剂占总重量的0.01重量％至0.5重量％。清洁溶剂例如异丙醇(如果存在)占1重量％至10重量％。

在此可使用的杀生物剂示例性地包括2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、羟甲基甘氨酸钠、及其任意组合。

在某些实施例中消泡剂以抑制在由本发明组合物制备的疏水性膜中形成气泡的量存在。

正如本领域已知的，在此可使用的消泡剂示例性地包括基于聚硅氧烷的消泡剂，基于矿物油的消泡剂，以及破坏泡沫的聚合物和疏水性固体例如聚脲的混合物。基于聚硅氧烷的消泡剂的具体实例示例性地包括二氧化硅填充的聚二甲基硅氧烷和聚醚改性的聚硅氧烷。

在此可使用的光稳定剂示例性地包括液体受阻胺和苯并三唑。可以理解，光稳定剂还保护塑料基材免受可能使透明塑料基材浑浊或以其他方式降解的环境光损伤。

在此可使用的腐蚀抑制剂示例性地包括苯甲酸钠、三乙醇胺二壬基萘、硼酸-三乙醇胺盐、磷酸-三乙醇胺盐、氨、三乙醇胺、capryloamphoprionate及其混合物。

在此可使用的增稠剂示例性地包括聚丙烯酸、丙烯酸酯黄原胶、Carbopol、纤维素醚、琼脂糖及其任意组合。

本发明的组合物容易储存在玻璃，金属或由塑料(例如聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚氯乙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成的塑料容器或气溶胶罐中。

根据本发明，表1中提供了典型和优选的组合物。

表1.本发明制剂(占总重量的百分比含量，不包括任选的喷射剂)

本发明的组合物可以容易地作为试剂盒以瓶装或气溶胶罐形式提供。该瓶任选地装配有泵触发器或喷施触发器。通过提供任选的擦拭物来去除多余的组合物以及如此做的指示书，本发明的试剂盒是可操作的。指示书提供了如何准备基材，如何施用本发明组合物，如何从基材除去多余物以及如此施加的膜的时间和性质等细节。指示书还可以提供关于在施加的膜磨损后如何重新施用组合物的细节。

参照以下非限制性实施例进一步详述本发明，提供非限制性实施例是为了进一步说明本发明具体的组合物的制备以及与在基材上所得膜相关的某些属性。

实施例1

具有防水性的清洁剂：

具有防水性的塑料基材清洁剂制剂用组合物包含1重量％的蜡乳液(25％阳离子改性石蜡，15％表面活性剂和3％的油含量，余量为水)。该蜡具有128°F的熔融温度。表2中提供了具体的发明制剂。

表2.具有清洁和防水性的具体发明制剂(占总重量的百分比含量，不包括任选的喷射剂)

配料	重量
		去离子水	79.40
共溶剂(丙二醇)	10.00
		清洁溶剂(异丙醇)	5.00
水性阳离子蜡乳液	5.00
		增稠剂(聚丙烯酸酯-1交联聚合物)	0.50
杀生物剂(2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮)	0.10
		总计	100.00

在基于水的组合物中，使用异丙醇作为清洁溶剂。

实施例2

防水性能：

本发明提供了具有防水性的制剂，其中相对于实施例1使用相同的组分，且详述于表3中。

表3.具有防水性的具体发明制剂(占总重量的百分比含量，不包括任选的喷射剂)

配料	重量
		去离子水	84.90
共溶剂	10.00
		水性阳离子蜡乳液	5.00
杀生物剂	0.10
		总计	100

实施例3

使用接触角仪(

Mobile Drop)测量在清洁未处理的塑料表面或清洁处理的类似塑料表面上水的接触角。较高的接触角值表示在表面上具有更好的水滴呈珠状性质(疏水性)，因此具有更好的防水性和更好的状态以便在外力诸如风吹或重力下从表面除去水。

使用内部构建的滑动角度仪来测量在塑料表面上水滴的滑动角度。将水滴(由于重力)开始滑下塑料表面的角度记录为滑动角度。滑动角度值越低，水滴越容易从塑料表面滚落。

实施例2的制剂在丙烯酸基材和聚碳酸酯基材上干燥，都显著改善了防水性(参见以下数据)。

实施例4

将实施例1的制剂密封在以气态氮为喷射剂的常规金属气溶胶罐中。将罐混合物通过喷涂施加到与实施例3中所用的相同的基材上，从基材表面去除多余的液体。对所得的涂膜基材按类似于实施例1的方式进行测试。

说明书提及的专利和出版物指示了本发明所属领域的技术人员的水平。这些专利和出版物通过引用并入本文，如同每个单独的专利或出版物被明确地和单独地通过引用并入本文。

以上描述是说明本发明的具体实施方式，但并非意在限制其实践。所附权利要求书，包括其所有等同方案旨在限定本发明的范围。

Claims

1.形成膜的制剂，包含：

乳液，所述乳液在水中，并具有所述乳液的1-20％重量的油含量、所述乳液的15-40％重量的阳离子蜡以及5-25％重量的阳离子表面活性剂，所述阳离子表面活性剂在水中具有4.0至12.0之间的HLB值，其中所述阳离子蜡是同时具有疏水性部分和亲水性部分的分子并且所述阳离子蜡具有43.3℃至60℃之间的熔融温度；和

载体，所述载体包括：

占所述载体多数重量的水，所述乳液以小液滴的形式分散在所述载体中；和

有机载体溶剂，所述有机载体溶剂与水混溶形成澄清的溶液或悬浮液。

2.根据权利要求1所述的制剂，其中所述阳离子蜡是石蜡。

3.根据权利要求1所述的制剂，其中所述有机载体溶剂是异丙醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、二甘醇、二甘醇单乙醚、乙二醇单乙醚及其任意组合。

4.根据权利要求1所述的制剂，其中所述水以80重量％和98重量％之间的总重量百分比存在。

5.根据权利要求1所述的制剂，其中所述乳液和所述有机载体溶剂不含挥发性有机化合物(VOCs)。

6.根据权利要求1所述的制剂，进一步包含染料、杀生物剂、消泡剂、光稳定剂、腐蚀抑制剂、清洁溶剂或增稠剂中的至少一种添加剂。

7.根据权利要求1所述的制剂，其中所述蜡具有在48.8℃和54.4℃之间的熔融温度。

8.形成膜的制剂，基本上由下列组分组成：

乳液，所述乳液在水中，并具有所述乳液的1-20％重量的油含量、所述乳液的15-40％重量的阳离子蜡以及5-25％重量的阳离子表面活性剂，所述阳离子表面活性剂在水中具有4.0至12.0之间的HLB值，其中所述阳离子蜡是同时具有疏水性部分和亲水性部分的分子并且所述阳离子蜡具有43.3℃至60℃之间的熔融温度；

载体，所述载体包括：

有机载体溶剂，所述有机载体溶剂与水混溶形成澄清的溶液或悬浮液；和

任选的添加剂，所述任选的添加剂是染料、增塑剂、杀生物剂、消泡剂、光稳定剂、腐蚀抑制剂或增稠剂中的至少一种。

9.一种在塑料基材上形成防水膜的方法，包括：

将权利要求1的所述制剂施用于所述塑料基材；和

从表面除去多余的所述制剂以形成所述防水膜。

10.根据权利要求9的所述方法，其中利用喷施泵进行所述施用。

11.根据权利要求9所述的方法，其中利用海绵或毛巾进行所述施用。

12.根据权利要求9所述的方法，其中利用与所述制剂一起包含在气溶胶罐中的喷射剂进行所述施用。

13.用于形成疏水性膜的制剂，包含：

乳液，所述乳液在水中并具有所述乳液的1-20％重量的油含量、所述乳液的15-40％重量的阳离子蜡和5-25％重量的阳离子表面活性剂，所述阳离子表面活性剂在水中具有4.0至12.0之间的HLB值，其中所述阳离子蜡同时具有疏水性部分和亲水性部分并且所述阳离子蜡具有43.3℃至60℃之间的熔融温度；

水，所述乳液在所述水中被进一步稀释；和

与水混溶的载体溶剂。

14.根据权利要求13所述的制剂，其中所述阳离子蜡是石蜡。

15.根据权利要求13所述的制剂，其中所述阳离子蜡在所述水中自乳化。

16.根据权利要求13所述的制剂，其中所述载体溶剂是异丙醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、二甘醇、二甘醇单乙醚、乙二醇单乙醚及其任意组合。

17.根据权利要求13至16中的任一项所述的制剂，其中所述水以80重量％和98重量％之间的总重量百分比存在。

18.根据权利要求13至16中的任一项所述的制剂，其中所述乳液和所述载体溶剂不含挥发性有机化合物(VOCs)。

19.根据权利要求13至16中的任一项所述的制剂，进一步包含染料、杀生物剂、消泡剂、光稳定剂、腐蚀抑制剂、清洁溶剂或增稠剂中的至少一种添加剂。

20.根据权利要求13至16中的任一项所述的制剂，其中所述蜡具有在48.8℃和54.44℃之间的熔融温度。

21.一种在塑料基材上形成防水膜的方法，包括：

将权利要求13的所述制剂施用于所述塑料基材；和

从表面除去多余的所述制剂以形成所述防水膜。

22.根据权利要求21的所述方法，其中利用喷施泵进行所述施用。

23.根据权利要求21所述的方法，其中利用海绵或毛巾进行所述施用。

24.根据权利要求21所述的方法，其中利用与所述制剂一起包含在气溶胶罐中的喷射剂进行所述施用。

25.一种用于形成疏水性膜的制剂，包括：

水性阳离子蜡乳液，所述乳液在水中并具有所述乳液的1-3％重量的油含量，并且包括所述乳液的15-40％重量的阳离子蜡和5-25％重量的阳离子表面活性剂，所述阳离子表面活性剂在水中具有4.0至12.0之间的HLB值，其中所述阳离子蜡同时具有疏水性部分和亲水性部分并且所述阳离子蜡具有43.3℃至60℃之间的熔融温度；

作为载体的水；和

与水混溶的载体溶剂。

26.一种在塑料基材上形成防水膜的方法，包括：

将权利要求25的所述制剂施用于所述塑料基材；和

从表面除去多余的所述制剂以形成所述防水膜。