CN109121415A - 具有晾置时间添加剂的涂料配制物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涂料组合物，其是聚合物颗粒的稳定水性分散液和麦芽糊精的苯基缩水甘油醚加合物。本发明的组合物可用于改进涂料配制物中的晾置时间。

Description

具有晾置时间添加剂的涂料配制物
背景技术
本发明涉及一种涂料配制物，其包含提供改进的晾置时间(open time)的添加剂；更特别地，所述添加剂包含麦芽糊精的苯基缩水甘油醚加合物。
政府法规和市场动态不断推动用于涂料配制物的零挥发性有机化合物(VOC)的发展。因此，不含挥发性溶剂和聚结剂的水基配制物在工业中越来越受欢迎。然而，由于这种海洋变化，油漆性质受到影响；其中之一是晾置时间，其是可对新施用的漆膜进行重新加工而不留下刷印的时间段。在溶剂基体系中，晾置时间是约30到45分钟；在典型的水基配制物中，晾置时间是3到5分钟的量级。因此，所属领域需要寻找用于水基配制物的添加剂，所述添加剂延长目前可获得的添加剂的晾置时间并且不降低最终涂层的其它性质，如膜粘合和内聚强度、硬度、耐粘连性、耐早期起泡性、耐擦洗和洗涤性、耐污性和耐擦伤性。
发明内容
本发明通过提供一种涂料组合物解决了所属领域中的需要，所述涂料组合物包含聚合物颗粒的稳定水性分散液和以下式I化合物的苯基缩水甘油醚加合物：
其中m是1到60。
本发明的组合物可用于提供涂料配制物中的改进的晾置时间。
具体实施方式
本发明通过提供包含以下的涂料组合物解决了所属领域中的需要：聚合物颗粒的稳定水性分散液和以下式I化合物的苯基缩水甘油醚加合物：
其中m是1到60。
m优选是5、更优选11并且最优选15到优选48、更优选36并且最优选24。
术语“聚合物颗粒的稳定水性分散液”是指胶乳。胶乳不受限制并且可以是涂料配制物中使用的各种胶乳中的任何一种，其包括丙烯酸、苯乙烯-丙烯酸、乙烯基丙烯酸和乙酸乙烯酯基胶乳。
如本文所使用的术语“式I化合物的苯基缩水甘油醚加合物”是指由苯基缩水甘油醚和麦芽糊精(式I化合物)的反应形成的一种化合物或多种化合物的混合物)。举例来说，由2摩尔苯基缩水甘油醚和1摩尔麦芽糊精的反应形成的化合物可以由下式II表示：
开环的缩水甘油醚基团的实际连接点可以在麦芽糊精的任何可用的OH位点处。此外，开环的苯基缩水甘油醚基团是由下列异构体中的任一种或两种表示的苯氧基丙醇基：
其中虚线表示苯氧基丙醇基与麦芽糊精分子的可用氧原子的连接点。所述加合物可以通过数均分子分子量来表征(Mn)，其如通过基质辅助激光解吸电离质谱法(MatrixAssisted Laser Desorption Ionization Mass Spectrometry，MALDI-MS)进行测量。通过定义，假设在质谱中观察到的所有的强度的响应因子是相同的。所述加合物的Mn在500、更优选1000并且优选1500道尔顿到10,000、优选8000、更优选5000并且最优选3500道尔顿范围内。
所述加合物优选是多官能苯基缩水甘油醚加合物；也就是说，麦芽糊精经至少两个苯氧基丙醇基、更优选两个到四个苯氧基丙醇基、更优选两个或三个苯氧基丙醇基并且最优选两个苯氧基丙醇基取代。取代度通过MALDI-MS来测定。
麦芽糊精的苯基缩水甘油醚加合物可以通过例如在催化剂存在的情况下使苯基缩水甘油醚与麦芽糊精接触来制备。碱催化剂如NaOH、KOH、Na2CO3或K2CO3是优选的，但酸催化剂如硫酸、盐酸、对甲苯磺酸、三氟化硼或氯化铁也是合适的。所述反应有利地在25℃、优选25℃、更优选60℃到100℃、更优选90℃范围内的温度下进行。
所述反应适宜地在极性溶剂、优选包括水和一种或多种极性有机溶剂如乙醇、异丙醇、四氢呋喃、丙酮或甲基乙基酮的溶剂混合物存在的情况下进行。水与有机溶剂的体积/体积比通常在20:80到80:20范围内。单独的或以与水和/或另一种溶剂组合形式的高沸点极性有机溶剂如二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺和N-甲基-2-吡咯烷酮也是合适的溶剂。
在用于制备式II化合物的优选方法中，在NaOH并且水和异丙醇作为溶剂存在的情况下并且在60到85℃范围内的温度下使式I化合物与苯基缩水甘油醚接触。通过调节麦芽糊精和苯基缩水甘油醚的摩尔比可以控制取代度；然而，通常，最终产物是单取代加合物和多取代加合物的混合物，并且可以含有未反应的麦芽糊精。苯基缩水甘油醚与麦芽糊精的优选摩尔:摩尔比是1.2:1、更优选1.5:1、更优选1.8:1并且最优选2.0:1到优选4:1、更优选3.5:1、更优选3.2:1并且最优选3.0:1。
麦芽糊精的苯基缩水甘油醚加合物可用作晾置时间添加剂；也就是说，其增加可以在衬底上施用、延展并修补涂层的时间量。水基涂料配制物中的晾置时间的增加通常与耐粘连性和耐污性的降低相关。因此，在本发明组合物的一个优选方面中，麦芽糊精的苯基缩水甘油醚加合物以与其它添加剂组合的形式用于将晾置时间、耐粘连性、耐污性调整到理想水平。其它晾置时间添加剂的类别的实例包括乙氧基化三苯乙烯基苯酚(可以以Soprophor BSU分散剂形式商购获得)；乙氧基化三苯乙烯基苯酚硫酸盐；乙氧基化三苯乙烯基苯酚和乙氧基化三苯乙烯基苯酚硫酸盐的组合(以Rhodoline OTE-500分散剂的形式商购获得)；苯乙烯和丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚物；苯乙烯、α-甲基苯乙烯和丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚物(以陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)或其附属公司的商标OROTANTM CA-2500分散剂的形式商购获得)；a)选自丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯和丙烯酸2-乙基己酯组成的组的一种或多种丙烯酸酯和b)选自丙烯酸和甲基丙烯酸组成的组的一种或多种羧酸单体的共聚物；和聚醚氨基甲酸酯脲。
聚醚氨基甲酸酯脲可以是直链或支链的，并且可以通过在反应性条件下将聚亚烷基二醇、聚异氰酸酯和亚烷基二胺接触在一起来方便地制备。所述反应有利地在催化剂如锡或铋催化剂存在的情况下进行。
聚亚烷基二醇可以是聚乙二醇、聚丙二醇或聚丁二醇。优选地，聚亚烷基二醇的重均分子量(Mw，如通过使用聚乙二醇标准物的尺寸排阻色谱法(size exclusionchromatography)所测量)在2000、更优选4000并且最优选6000道尔顿到15,000、更优选12,000并且最优选10,000道尔顿范围内。优选的聚亚烷基二醇是聚乙二醇，其是聚乙二醇的市售实例是CARBOWAXTM 8000聚乙二醇(陶氏化学公司或其附属公司的商标)。优选的聚异氰酸酯是二异氰酸酯和三异氰酸酯，其实例包括二异氰酸1,4-四亚甲酯、二异氰酸1,6-六亚甲酯(HDI)、1,3,5-三(6-异氰酸根合己基)1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮(HDI三聚体)、2,2,4-三甲基-1,6-二异氰酸根合己烷、二异氰酸1,10-十亚甲酯、4,4'-亚甲基双(异氰酸根合环己烷)(H12MDI)、2,4'-亚甲基双(异氰酸根合环己烷)、二异氰酸1,4-亚环己酯、1-异氰酸根合-3-异氰酸根合甲基-3,5,5-三甲基环己烷(IPDI)和IPDI三聚体。
优选的亚烷基二胺的实例是C2-C8-亚烷基二胺，更优选C2-C6-亚烷基二胺。
晾置时间添加剂或添加剂的总浓度以所述组合物的重量计在优选0.1重量％、更优选0.2重量％并且最优选0.5重量％到优选5重量％、更优选3重量％并且最优选2重量％范围内。
本发明的组合物有利地通过将胶乳和上文所描述的一种或多种晾置时间添加剂与额外的水和选自以下组成的组的一种或多种组分组合：分散剂、消泡剂、表面活性剂、杀生物剂、增稠剂、中和碱、水溶性共溶剂、聚结剂、颜料、着色剂和补充剂。在一个优选方面中，所述组合物是油漆组合物，其包含一种或多种晾置时间添加剂、胶乳、水、分散剂、消泡剂、表面活性剂、杀生物剂、增稠剂、水溶性共溶剂、聚结剂和TiO2。
已经发现，使用麦芽糊精的苯基缩水甘油醚加合物可以改进晾置时间，并且可以通过使用与一种或多种晾置时间添加剂组合的这种加合物将晾置时间、耐粘连性和耐污性调整到理想水平。
中间体实例1-制备麦芽糊精的苯基缩水甘油醚加合物
将葡萄糖当量是4.0到7.0(15g，～3500g/mol，m～22，4.3mmol)的市售麦芽糊精(获自西格玛奥德里奇(Sigma-Aldrich)SKU419672)添加到配备有冷凝器、顶置式搅拌器和氮气吹扫的3颈500mL圆底烧瓶中。将去离子水(81.25g)添加到烧瓶中，并且使麦芽糊精以190rpm溶解15分钟。然后添加异丙醇(20.31g)并将混合物用氮气吹扫1小时。接下来，将氢氧化钠(50％溶液，2.67g，33mmol)在2分钟内逐滴添加到反应器中，并继续再用氮气吹扫30分钟。然后添加苯基缩水甘油醚(1.26g，8.4mmol)并再吹扫混合物10分钟，之后将反应混合物加热到78℃。10分钟后达到反应温度，此时混合物已完全溶解并变成浅棕色。在78℃下1小时后，将反应混合物冷却到室温，随即添加乙酸(2g，33mmol)。通过真空移除溶剂来分离反应产物，然后将所得固体重新溶解于水(150mL)中，然后冷冻干燥。得到棕色固体(15.1g)。结构通过1H NMR(δ7.41-6.78,10H,δ6.36-3.37,229H)和MALDI-TOF质谱法确认(每组峰以162Da分开，并作为一组峰：m/z＝1625.6,1637.6,1649.6,1661.6Da的实例，其中z是电荷/分子)。1637.6处的峰值与二取代麦芽糊精的存在一致。MALDI-TOF质谱法显示～50％麦芽糊精进行二取代。未取代、单取代及三取代麦芽糊精也在产物混合物中检测到。
中间体实例2-制备聚醚氨基甲酸酯脲
通过共沸蒸馏干燥甲苯(202g)中的聚乙二醇(8200g/mol，82.2g)溶液。将所述溶液冷却到90℃后，添加乙二胺(0.075g)，并且搅拌所述溶液5分钟。接着添加DesmodurN3600HDI三聚体(1.68g)和乙氧基化甘油(1236g/mol，2.07g)，并且将反应混合物再搅拌5分钟。然后添加辛酸铋(0.21g)，将反应混合物搅拌1小时。将反应混合物冷却到室温，并且真空移除溶剂。分离出聚合物，呈灰白色固体状。Mn＝13,000；
MALDI-TOF测量
MALDI质谱是在配备有氮激光器(λ＝337nm)的布鲁克道尔顿(Bruker Daltonics)ultraflex MALDI-TOF质谱仪上获得的。在MALDI实验中，将20mg二羟基苯甲酸溶解于1mLTHF中。将实例1溶解于在5mg/mL浓度下的H2O/异丙醇(4:1v/v)中。将溶液与基质溶液以1:10v/v的比率预混合。将NaI添加到样品/基质混合物中，然后将0.3μL混合物置于样品板上，并风干以用于MALDI-MS分析。
制备具有麦芽糊精的缩水甘油醚加合物的油漆配制物
在以下筛选配制物中评价实例1的麦芽糊精的缩水甘油醚加合物的晾置时间和耐污性。Orotan CA-2500具有25％活性；取100％Rhodoline OTE 500和Soprophor BSU；实例1和2具有40％活性。
表1-具有晾置时间添加剂的油漆配制物
材料名称 磅 加仑
稀释物
RHOPLEX<sup>TM</sup> HG-706粘结剂 584.1 66.0
BYK-024消泡剂 1.0 0.1
预混物
丙二醇 4.3 0.5
TRITON<sup>TM</sup> X-100表面活性剂 4.4 0.5
水 16.7 2.0
KATHON<sup>TM</sup> LX 1.5％杀生物剂 1.5 0.2
TAMOL<sup>TM</sup> 2002分散剂 2.0 0.2
氨(28％) 1.0 0.1
预混物小计 29.9 3.5
将预混物添加到稀释物中
Ti-Pure R-746TiO<sub>2</sub> 285.0 14.7
水 20.0 2.4
TEXANOL聚结剂 7.9 1.0
ACRYSOL<sup>TM</sup> RM-2020E流变改性剂 20.0 2.3
ACRYSOL<sup>TM</sup> RM-725流变改性剂 3.0 0.4
BYK-024消泡剂 2.0 0.2
晾置时间添加剂(活性) 10.3 1.2
水 68.7 8.3
总计 1032 100
RHOPLEX、TRITON、KATHON、TAMOL和ACRYSOL都是陶氏化学公司或其附属公司的商标。
如下所述在面板上拉涂配制物并测试其晾置时间、耐积尘性(dirt pickupresistance，DPUR)、耐粘连性和耐污性。
耐积尘性(DPUR)
使用具有7密耳间隙的刮刀来在铬酸铝板上进行拉涂。使涂层在受控温度和湿度50％相对湿度(CTR)条件下干燥过夜，然后放置在QUV A Light Only室中2天。Y反射率的五次测量结果是通过海洋光学光谱仪采取的。将AATCC标准化污垢均匀地撒在涂层上，并在CTR条件下在面板上静置30分钟。然后将衬底垂直倾斜以释放污垢。然后以与以前相同的方式测量Y反射率。
耐粘连性
使用具有6密耳间隙的刮刀进行白色Leneta W8-L测试纸上的拉涂。使用EpilogZing激光器将涂层精确切割成所需的样品尺寸。将重物放在样品上以在CTR条件下在50℃下施加恒定力30分钟。使用TA-XT加质构分析仪三次测量样品。报告结果以固化1天。
晾置时间和污垢测量
晾置时间是根据ASTM-D7488测量的。通过首先将油漆配制物施用到具有7密耳(0.18-mm)刮刀的白色乙烯衬底上来进行耐污性研究。使膜静置7天，并且使用校准过的平台扫描仪扫描衬底以获得基线测量结果。然后将污垢施加到干燥膜上并使其静置2小时，之后进行去除测试：将Leneta SC-1非研磨性介质与水(3:2v/v)组合以形成溶液。将溶液的薄膜施用到污染涂层上；将非研磨性海绵浸入溶液中10秒，然后在约5kPa压力下与污染涂层接触，并且以60次循环/分钟(来回＝1次循环)振荡100秒。将洗涤过的衬底用水冲洗，并用扫描仪对污染衬底进行成像以测量基线污垢与洗涤过的污垢之间的Lab坐标系中的均方根差(ΔE76)。
在下表2中，OTE-500是指Rhodoline OTE-500添加剂，其是工业中广泛使用的晾置时间添加剂。
表2显示了多种家庭污垢的晾置时间(OT)和污垢结果。BSU是指Soprophor BSU添加剂，CA-2500是指Orotan CA-2500添加剂，OTE-500是指Rhodoline OTE-500添加剂。活性晾置时间添加剂的总量是10.3lb/100gal；混合物的百分比代表所使用的活性材料的重量百分比。
表2-各种家庭污垢的晾置时间和污垢结果
本发明的化合物显示出与对照物对比改进的晾置时间、耐污性和耐粘连性，以及与常规的晾置时间添加剂BSU、CA-2500和OTE-500相比的显著改进的耐污性和耐粘连性(除了芥末)。结果还表明污垢、块和晾置时间可以通过将麦芽糊精的苯基缩水甘油醚加合物与其它晾置时间添加剂组合来调节，从而赋予配制师调整这些性质的平衡的灵活性。

Claims (9)

1.一种涂料组合物，其包含聚合物颗粒的稳定水性分散液和以下式I化合物的苯基缩水甘油醚加合物：
其中m是1到60。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中m是5到48，并且所述式I化合物的苯基缩水甘油醚加合物是多官能加合物。
3.根据权利要求2所述的组合物，其中m是11到36，并且所述式I化合物的苯基缩水甘油醚加合物是二官能或三官能加合物。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述式I化合物的苯基缩水甘油醚加合物的数均分子量是500到10,000道尔顿并经至少两个苯氧基丙醇基取代。
5.根据权利要求6所述的组合物，其中所述式I化合物的苯基缩水甘油醚加合物的数均分子量是1500到5000道尔顿并经两个或三个苯氧基丙醇基取代。
6.根据权利要求7所述的组合物，其中所述式I化合物的苯基缩水甘油醚加合物的数均分子量是1500到3500道尔顿并经两个苯氧基丙醇基取代。
7.根据权利要求1所述的组合物，其进一步包括选自以下组成的组的一种或多种额外的添加剂：乙氧基化三苯乙烯基苯酚、乙氧基化三苯乙烯基苯酚硫酸盐；苯乙烯和丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚物；苯乙烯、α-甲基苯乙烯和丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚物；a)选自丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯和丙烯酸2-乙基己酯组成的组的一种或多种丙烯酸酯和b)选自丙烯酸和甲基丙烯酸组成的组的一种或多种羧酸单体的共聚物；和聚醚氨基甲酸酯脲。
8.根据权利要求7所述的组合物，其中所述一种或多种额外的添加剂选自以下组成的组：乙氧基化三苯乙烯基苯酚；乙氧基化三苯乙烯基苯酚硫酸盐；苯乙烯、α-甲基苯乙烯和丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚物；和聚醚氨基甲酸酯脲。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的组合物，其进一步包括额外的水、分散剂、消泡剂、表面活性剂、杀生物剂、增稠剂、水溶性共溶剂、聚结剂和TiO2。
CN201780024548.1A 2016-03-11 2017-03-06 具有晾置时间添加剂的涂料配制物 Pending CN109121415A (zh)

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