CN115335349A

CN115335349A - 硅酸盐-乳液底漆和涂料

Info

Publication number: CN115335349A
Application number: CN202180024656.5A
Authority: CN
Inventors: J·W·克罗; G·A·威廉姆斯; J·亨切尔; D·A·鲁伊斯; P·达塔
Original assignee: Behr Process Corp
Current assignee: Behr Process Corp
Priority date: 2020-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2022-11-11
Also published as: WO2021155155A1; CA3165734A1; US20210230431A1; MX2022009350A; US11680170B2

Abstract

一种乳液组合物，其包含丙烯酸类聚合物、金属硅酸盐、以及水。有利地，该乳液组合物提供了对混凝土、粘土、或陶瓷基材具有更强的涂层粘附性的涂层。特别地，该乳液组合物提供了硅酸盐底漆对混凝土、粘土、或陶瓷基材改进的粘附性以及在底漆与面漆涂料之间的强内聚力，使整体性能更好。还提供了一种用于施加该乳液组合物的方法。

Description

硅酸盐-乳液底漆和涂料

技术领域

在至少一个方面，本发明涉及底漆和涂料组合物，其产生对混凝土具有改进的粘附性的底漆和涂料涂层。

背景技术

大多数丙烯酸类涂料产品建议需要底漆和一层或多层面漆以得到最佳性能。但是，在许多情况下，当涂覆混凝土基材时观察到粘合失效。

相应地，需要对混凝土基材展现出改进的粘附性的涂层组合物。

发明内容

在至少一个方面，提供了一种用于涂覆混凝土、粘土、或陶瓷基材的乳液组合物。乳液组合物包含约8至25重量百分比的量的丙烯酸类聚合物；约4至10重量百分比的量的金属硅酸盐；以及水。有利地，乳液组合物提供了对混凝土、粘土、或陶瓷基材具有更强的涂层粘附性的底漆或面漆涂料涂层。特别地，乳液组合物提供了硅酸盐底漆对混凝土、粘土、或陶瓷基材改进的粘附性以及在底漆与面漆涂料之间的强内聚力，使整体性能更好。

在至少一个方面，提供了一种用于涂覆混凝土、粘土、或陶瓷基材的乳液涂料组合物。乳液涂料组合物包含丙烯酸类聚合物、氧化钛、具有1.5至3.0的二氧化硅与金属氧化物重量比的金属硅酸盐、和水。有利地，乳液涂料组合物提供了对混凝土、粘土、或陶瓷基材具有更强的涂层粘附性的涂层。特别地，涂料组合物提供了硅酸盐涂料对混凝土、粘土、或陶瓷基材改进的粘附性，以得到更好的整体性能。

在另一个方面，提供了一种用本文列举的乳液组合物涂覆混凝土、粘土、或陶瓷基材的方法。该方法包括将乳液组合物施加到混凝土、粘土、或陶瓷基材上以形成未干燥的涂覆基材，并且然后允许该未干燥的底漆涂覆基材风干以形成干燥的涂覆基材的步骤。在底漆组合物的情况下，然后将一个或多个面漆层施加到干燥的底漆涂覆基材上。

具体实施方式

现将详细参考本发明的目前优选的组合物、实施例以及方法，这些组合物、实施例以及方法构成对于诸位发明人而言目前已知的实践本发明的最佳模式。附图不一定按比例绘制。然而，应理解，所披露的实施例仅是本发明的示例，可以将它们以不同的且可替代的形式实施。因此，本文披露的具体细节不应解释为限制性的，而是仅作为本发明任何方面的代表性基础和/或作为教导本领域技术人员以不同方式使用本发明的代表性基础。

除了在实例中，或在另外明确指明之处，本说明书中指示材料的量或反应和/或使用的条件的所有数值量应理解为通过在描述本发明的最宽泛范围中的词语“约”来修饰。在这些数值限值内的实践通常是优选的。并且，除非有相反的明确说明，否则所有R基团(例如，R_i其中i是整数)包括氢、烷基、低级烷基、C_1-6烷基、C_6-10芳基、C_6-10杂芳基、-NO₂、-NH₂、-N(R’R”)、-N(R’R”R”’)⁺L^-、Cl、F、Br、-CF₃、-CCl₃、-CN、-SO₃H、-PO₃H₂、-COOH、-CO₂R’、-COR’、-CHO、-OH、-OR’、-O^-M⁺、-SO₃ ^-M⁺、-PO₃ ^-M⁺、-COO^-M⁺、-CF₂H、-CF₂R’、-CFH₂、和-CFR’R”，其中R’、R”和R”’是C_1-10烷基或C_6-18芳基；单个字母(例如，“n”或“o”)是1、2、3、4、或5；在本文披露的化合物中，CH键可以被以下取代：烷基、低级烷基、C_1-6烷基、C_6-10芳基、C_6-10杂芳基、-NO₂、-NH₂、-N(R’R”)、-N(R’R”R”’)⁺L^-、Cl、F、Br、-CF₃、-CCl₃、-CN、-SO₃H、-PO₃H₂、-COOH、-CO₂R’、-COR’、-CHO、-OH、-OR’、-O^-M⁺、-SO₃ ^-M⁺、-PO₃ ^-M⁺、-COO^-M⁺、-CF₂H、-CF₂R’、-CFH₂、和-CFR’R”，其中R’、R”和R’”是C_1-10烷基或C_6-18芳基；百分比、“……的份数”、和比率值是按重量计的；术语“聚合物”包括“低聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”等；除非另有指明，否则为任何聚合物提供的分子量是指重均分子量；对于结合本发明的给定目标而言适合的或优选的一组或一类材料的描述意味着该组或该类成员中的任两个或更多个的混合物是同等适合的或优选的；化学术语中的成分的描述是指添加到本说明书中指定的任何组合时的成分，并且不必排除一旦混合就在混合物的成分当中发生的化学相互作用；首字母缩略词或其他缩写的第一定义适用于相同缩写在本文中所有随后的使用，并且加以必要的变通就适用于初始定义缩写的正常表述变型；另外，除非有相反的明确说明，否则通过对特性前后参考的相同技术确定相同特性的测量。

还应理解，本发明不限于下文描述的特定实施例和方法，因为特定部件/组分和/或条件理所当然可能发生变化。另外，本文所使用的术语仅是用于描述本发明的特定实施例的目的，并且不旨在以任何方式进行限制。

还必须注意的是，如在本说明书和所附权利要求书中所使用，单数形式“一个/一种(a/an)”和“该/所述(the)”包括复数指示物，除非上下文另有明确指明。例如，对单一部件/组分的参考旨在包括多个部件/组分。

术语“包含(comprising)”与“包括(including)”、“具有(having)”、“含有(containing)”、或“其特征在于(characterized by)”同义。这些术语是包括性和开放式的，并且不排除另外的、未列举的要素或方法步骤。

短语“由……组成”不包括未在权利要求书中指定的任何要素、步骤或成分。当该短语出现在权利要求主体的条款中，而不是紧跟在前言之后时，该短语仅限制该条款中阐明的要素；总体上没有将其他要素排除在该权利要求之外。

短语“基本上由……组成”将权利要求的范围限制于所指定的材料或步骤，加上不实质地影响所要求保护的主题的基础以及一个或多个新颖特征的那些。

关于术语“包含”、“由……组成”以及“基本上由……组成”，当在本文中使用这三个术语之一时，目前披露的且要求保护的主题可以包括使用其他两个术语中的任何一个。

还应当理解，整数范围明确地包括所有中间整数。例如，整数范围1-10明确地包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、和10。类似地，范围1至100包括1、2、3、4、……97、98、99、100。类似地，当需要任何范围时，以在上限与下限之间的差额除以10为增量的中间数字可以作为可替代的上限或下限。例如，如果范围是1.1至2.1，则可以选择以下数字1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、和2.0作为下限或上限。在本文中列举的具体实例中，浓度、温度、和反应条件(例如压力、pH等)可以用表示为四舍五入为三位有效数字的值加或减50％来实施。在一个改进中，浓度、温度、和反应条件(例如压力、pH等)可以用表示为将实例中提供的值四舍五入为三位有效数字的值加或减30％来实施。在另一个改进中，浓度、温度、和反应条件(例如pH等)可以用表示为将实例中提供的值四舍五入为三位有效数字的值加或减10％来实施。

在本文中列举的实例中，浓度、温度、和反应条件(例如压力、pH、流速等)可以用表示为将实例中提供的值四舍五入为或截断为两位有效数字的值加或减50％来实施。在一个改进中，浓度、温度、和反应条件(例如压力、pH、流速等)可以用表示为将实例中提供的值四舍五入为或截断为两位有效数字的值加或减30％来实施。在另一个改进中，浓度、温度、和反应条件(例如压力、pH、流速等)可以用表示为将实例中提供的值四舍五入为或截断为两位有效数字的值加或减10％来实施。

贯穿本申请，在参考出版物时，这些出版物的披露内容特此通过引用以其全部内容并入到本申请中，以更全面地描述本发明所属的背景技术。

在实施例中，提供了一种用于涂覆混凝土、粘土、或陶瓷基材的乳液组合物。该乳液组合物包含丙烯酸类聚合物和金属硅酸盐、以及水。在变体中，该丙烯酸类聚合物以约8至25重量百分比的量存在并且该金属硅酸盐以约4至10重量百分比的量存在。在改进中，该金属硅酸盐包括硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、或其组合。该乳液组合物的组分中的每一种溶解或分散于水中。典型地，乳液组合物包含用于底漆与混凝土、粘土、或陶瓷粘附的高浓度的金属(例如，钾、钠、或锂)硅酸盐。在一个变体中，该乳液组合物是用于形成可以用一层或多层面漆外涂覆的底漆涂层的组合物。因此，在这种情况下，在先涂层是基材上的旨在用至少一层面漆涂覆的涂层。在另一个变体中，乳液组合物是可以形成涂料涂层的涂料组合物。在这种情况下，涂料涂层是无需用另外的面漆外涂覆以提供审美上可接受的外观的涂层。当乳液组合物是涂料组合物时，该乳液组合物可以包含消光剂如氧化钛。

在变体中，金属硅酸盐具有1.5至3.0的二氧化硅与金属氧化物重量比，以及水。在这种情况下，术语二氧化硅包括硅酸(即，原硅酸)，因为当溶解于水中时二氧化硅形成硅酸，并且金属氧化物包括金属氢氧化物，因为当溶解于水中时金属氧化物形成金属氢氧化物。在改进中，金属硅酸盐具有2至2.8的二氧化硅与金属氧化物重量比。在改进中，金属硅酸盐具有约(以优选的递增顺序)1.5、1.8、2、2.2、或2.4并且至多(以优选的递增顺序)3、2.9、2.8、2.7、2.6或2.5的二氧化硅与金属氧化物重量比。在进一步的改进中，金属硅酸盐是硅酸钠并且该金属氧化物是氧化钠。在另一进一步的改进中，金属硅酸盐是硅酸钾并且该金属氧化物是氧化钾。

尽管本发明不限于任何特定机理，但是据信对于改进的粘附性的驱动力是金属硅酸盐的存在。硅酸盐将与混凝土中的钙离子反应以通过“硅化”过程来形成化学键。这是对于传统丙烯酸底漆的改进，因为传统丙烯酸底漆并不基于化学键，而是基于物理键。本发明的其他关键特征是高浓度丙烯酸粘合剂的存在。丙烯酸粘合剂允许连续的膜形成并且与仅用硅酸盐所观察到的相比，为后来施加的面漆给出更好的内聚力。

在本文中列举的乳液组合物组分的所有组成范围中，余量是水。此外，本文中列举的所有重量百分比为乳液组合物总重量的重量百分比。

在变体中，金属硅酸盐以约4至10重量百分比的量存在。在改进中，金属硅酸盐以乳液组合物总重量的约6至8重量百分比的量存在。在还另一个改进中，金属硅酸盐以乳液组合物总重量的至少(以优选的递增顺序)2、3、4、5、6、或6.5重量百分比的量存在。在进一步改进中，金属硅酸盐以乳液组合物总重量的至多15、12、10、9、8、或7.5重量百分比的量存在。

在变体中，丙烯酸类聚合物以乳液组合物总重量的约8至30重量百分比的量存在。在改进中，丙烯酸类聚合物以乳液组合物总重量的约10至25重量百分比的量存在。在还另一个改进中，丙烯酸类聚合物以乳液组合物总重量的至少(以优选的递增顺序)5、8、10、12、13、或14重量百分比的量存在。在进一步改进中，丙烯酸类聚合物以乳液组合物总重量的至多30、25、20、18、16、或15重量百分比的量存在。

在变体中，丙烯酸类聚合物是乳液共聚物。在改进中，丙烯酸类聚合物是几乎100％丙烯酸并且一种或多种单体或多种单体的任何组合形成，这些单体选自由以下组成的组：甲基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-氯乙基乙烯基醚、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、五氟苯基甲基丙烯酸酯、五氟苯基丙烯酸酯、1,1,1,3,3,3-六氟异丙基丙烯酸酯、双-(2,2,2-三氟乙基)衣康酸酯、双-(1,1,1,3,3,3-六氟异丙基)、丙烯酸1H,1H,3H-六氟丁酯、甲基丙烯酸1H,1H,7H-十二氟庚酯、丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、甲基丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、脂肪族、氟化脂肪族、甲基丙烯酸1H,1H,2H,2H-十七氟癸酯532.2丙烯酸、丙烯酸1H,1H,2H,2H-十七氟癸酯、丙烯酸1H,1H,5H-八氟戊酯、甲基丙烯酸1H,1H,3H-四氟丙酯、甲基丙烯酸六氟异丙酯、甲基丙烯酸1H,1H,3H-六氟丁酯、甲基丙烯酸1H,1H,5H-八氟戊酯、乙烯、丙烯、1-丁烯、2丁烯、乙酸乙烯酯、官能单体(例如，含磷单体)、酸基团单体、及其组合。

在变体中，氧化钛以乳液组合物总重量的约8至30重量百分比的量存在。在改进中，氧化钛以乳液组合物总重量的约10至25重量百分比的量存在。在又一个改进中，氧化钛以乳液组合物总重量的至少(以优选的递增顺序)5、8、10、12、13、或14重量百分比的量存在。在进一步改进中，钛以乳液组合物总重量的至多30、25、20、18、16、或15重量百分比的量存在。

在变体中，乳液组合物进一步包含丙二醇醚(例如二丙二醇正丁醚)。在改进中，丙二醇醚以乳液组合物总重量的约0.5至2.0重量百分比的量存在。在进一步改进中，丙二醇醚以乳液组合物总重量的约0.8至1.5重量百分比的量存在。

在另一个变体中，乳液涂料可以包括产生自霞石正长岩(其为天然存在的、贫二氧化硅的钠钾铝硅酸盐)的微粉化功能填料和/或增量剂(例如，中值粒度为3至15微米)。有用的填料/增量剂的实例包括但不限于可商购自位于伊利诺伊州艾迪生的凯瑞公司(CaryCompany)的

系列的填料。在改进中，微粉化功能填料和/或增量剂以乳液组合物总重量的约0.0至30重量百分比的量存在。在改进中，微粉化功能填料和/或增量剂以乳液组合物总重量的约10至25重量百分比的量存在。

在一些变体中，乳液组合物任选地进一步包含选自由以下组成的组的涂料添加剂的组合：消光剂、流变改性剂、表面活性剂、消泡剂、有机溶剂、pH调节剂、UV稳定剂、分散剂(例如，颜料分散剂)、聚结剂、杀生物剂、消光剂、不透明聚合物、增稠剂、防霉剂等、及其组合。应理解，可以使用这些涂料添加剂的任何组合。还应当理解，每种具体添加剂可以是指此类添加剂的组合。典型地，除了消光剂之外的涂料添加剂各自独立地以约0.01至10重量百分比的量存在。在改进中，乳液组合物独立地包含0.1至5重量百分比的流变改性剂、0.01至3重量百分比的表面活性剂、0.01至5重量百分比的消泡剂、0.01至3重量百分比的分散剂、0.1至3重量百分比的聚结剂、0.01至5重量百分比的杀生物剂、0.01至3重量的防霉剂、0.01至3重量的pH调节剂、0.1至10重量百分比的不透明聚合物、0.2至40的消光剂、及其组合。典型地，这些添加剂以乳液组合物总重量的约0.1至50重量百分比的组合总量存在。

在改进中，乳液组合物进一步包含典型地约0.4至2.0重量百分比的量的至少一种增稠剂。在改进中，至少一种增稠剂是多种增稠剂的组合或混合物。有用的增稠剂可以是用乙二醛表面处理的水溶性羟乙基纤维素。增稠剂的实例包括但不限于可商购自位于肯塔基州卡温顿的亚什兰全球特种化学品公司(Ashland Global Specialty Chemicals Inc.)的NATROSOL系列增稠剂。

在改进中，乳液组合物进一步包含典型地约0.01至约0.15重量百分比的量的氢氧化钠。在进一步的改进中，乳液组合物进一步包含典型地约0.02至约0.1重量百分比的量的氢氧化钠。

在改进中，乳液组合物进一步包含典型地约0.1至1重量百分比的量的疏水性共聚物颜料分散剂。合适的分散剂的实例包括可商购自位于密歇根州密特兰的陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)的TAMOL系列分散剂。

在改进中，乳液组合物进一步包含典型地约0.1至1重量百分比的量的消泡剂。特别有用的消泡剂是在无排放烃基体中的支化聚合物。有用的消泡剂的实例包括但不限于可商购自巴斯夫公司(BASF)的以下消泡剂：

MO 2134、

MO 2150、

NO 2335、

ED 2521、

ED 2522、

ED2523、

NO 2306、

SI 2210、

SI 2213、

SI2216、

SI 2250、

SI 2280、

SI 2293、

ST 2438、

ST 2454、

ST 2420、

ST 2420、和

ST 2434。

在改进中，乳液组合物进一步包含典型地约0.1至1重量百分比的量的表面活性剂。合适的表面活性剂包括但不限于磷酸酯表面活性剂。表面活性剂的具体实例为可商购自位于肯塔基州卡温顿的亚什兰全球特种化学品公司的

和

磷酸酯表面活性剂。

在另一个实施例中，提供了一种用于涂覆混凝土、粘土、或陶瓷基材的方法。该方法包括将以上列举的乳液组合物施加到混凝土、粘土、或陶瓷基材上形成未干燥的底漆涂覆基材的步骤。可以通过涂料工业中技术人员已知的任何手段(例如，刷涂和喷涂)来施加乳液组合物。然后使未干燥的底漆涂覆基材在空气中干燥以形成干燥的涂覆基材。在一个变体中，乳液组合物是底漆组合物，并且干燥的涂覆基材包括在基材上的底漆层。在改进中，将一个或多个面漆层施加到干燥的涂覆基材上。在另一个变体中，乳液组合物是面漆涂料组合物。

以下实例说明本发明的不同实施例。本领域的技术人员将认识到本发明的精神和权利要求书的范围内的许多变化。

表1、表2、和表3提供了示例性组合物连同用于混合这些组分的建议顺序。表1提供了底漆组合物，而表2和表3提供了涂料组合物。与可商购的混凝土底漆组合物相比，发现本发明的乳液底漆组合物产生了具有更强的环氧面漆涂层粘附性的底漆和涂料涂层。此外，发现乳液底漆组合物对混凝土基材、粘土瓦、和陶瓷瓦具有更强的粘附性。在湿粘附性实验中，与可商购的混凝土底漆组合物相比，发现本发明的组合物产生了具有更强的湿粘附性的底漆涂层。

表1.乳液底漆组合物。

表2.乳液涂料组合物。

表3.乳液涂料组合物。

虽然上面描述了多个示例性的实施例，这不意味着这些实施例描述了本发明的所有的可能形式。相反，在本说明书中使用的词是描述性的，而非限制性的词，并且应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行不同改变。此外，可以将不同实现的实施例的特征结合起来以形成本发明的进一步的实施例。

Claims

1.一种乳液组合物，所述乳液组合物包含：

约8至30重量百分比的量的丙烯酸类聚合物；

以及约4至10重量百分比的量的金属硅酸盐；以及水。

2.如权利要求1所述的乳液组合物，其中，所述金属硅酸盐包括硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂或其组合。

3.如权利要求1所述的乳液组合物，其中，所述金属硅酸盐具有1.5至3.0的二氧化硅与金属氧化物重量比。

4.如权利要求1所述的乳液组合物，其中，所述乳液组合物是底漆组合物。

5.如权利要求1所述的乳液组合物，其中，所述乳液组合物是面漆涂料组合物。

6.如权利要求5所述的乳液组合物，其进一步包含氧化钛。

7.如权利要求6所述的乳液组合物，其中，所述氧化钛的量为约10至25重量百分比。

8.如权利要求5所述的乳液组合物，其进一步包含丙二醇醚。

9.如权利要求8所述的乳液组合物，其中，所述丙二醇醚是二丙二醇正丁醚。

10.如权利要求8所述的乳液组合物，其进一步包含以约0.5至2.0重量百分比的量存在的丙二醇醚。

11.如权利要求8所述的乳液组合物，其进一步包含至少一种增稠剂。

12.如权利要求11所述的乳液组合物，其中，所述至少一种增稠剂是用乙二醛表面处理的水溶性羟乙基纤维素。

13.如权利要求11所述的乳液组合物，其中，所述至少一种增稠剂以约0.4至2.0重量百分比的量存在。

14.如权利要求11所述的乳液组合物，其进一步包含约0.1至1重量百分比的量的疏水性共聚物颜料分散剂。

15.如权利要求1所述的乳液组合物，其进一步包含约0.1至1重量百分比的量的消泡剂。

16.如权利要求1所述的乳液组合物，其进一步包含约0.1至1重量百分比的量的表面活性剂。

17.一种方法，所述方法包括：

a)将乳液组合物施加到混凝土、粘土、或陶瓷基材上形成未干燥的涂覆基材，所述乳液组合物包含：

约8至30重量百分比的量的丙烯酸类聚合物；以及

约4至10重量百分比的量的金属硅酸盐；以及

水；以及

b)使所述未干燥的涂覆基材至少部分干燥以形成干燥的涂覆基材。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所述乳液组合物是底漆组合物。

19.如权利要求18所述的方法，所述方法进一步包括允许在所述干燥的涂覆基材上有一个或多个面漆层。

20.如权利要求17所述的方法，其中，所述乳液组合物是面漆涂料组合物。

21.如权利要求20所述的方法，其中，所述乳液组合物进一步包含氧化钛。

22.如权利要求21所述的方法，其中所述氧化钛的量为约10至25重量百分比。