CN116710518A - 高酸值聚酯 - Google Patents
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Abstract
一种涂层组合物包含：(a)三聚氰胺树脂，所述三聚氰胺树脂具有亚氨基官能团和羟甲基官能团，所述亚氨基官能团和所述羟甲基官能团一起占所述三聚氰胺树脂的总官能度的30摩尔％或更大；以及(b)至少一种聚合物，所述至少一种聚合物与(a)具有反应性，由包含聚四氢呋喃和羧酸或其酸酐的组分获得。所述聚四氢呋喃占形成所述聚合物(b)的所述组分的大于20重量％，并且所述羧酸或其酸酐占形成所述聚合物(b)的所述组分的大于13重量％。基于所述聚合物(b)的总树脂固体，所述聚合物(b)的酸值在40到60的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及涂层组合物、用所述涂层组合物制备的涂层以及制备涂层的方法。
背景技术
将涂层施加到各种各样的基材以提供颜色和其它视觉效果、耐腐蚀性、耐磨性、耐化学性等。另外，各种类型的涂层，如施加到包装和汽车基材的涂层可以由可以在低固化温度下烘烤和形成的组合物形成。由于这些组合物可以在低固化温度下烘烤，因此已经发现其可用于以更快的施加时间和更低的成本形成涂层。因此，本发明的目的是提供一种涂层组合物，所述涂层组合物可以在相对较低的温度下脱水并固化，以形成具有各种特性的涂层，由此降低成本并提高涂层工艺的效率。
发明内容
本发明涉及一种涂层组合物，其包含：(a)三聚氰胺树脂，所述三聚氰胺树脂包含亚氨基官能团和羟甲基官能团，所述亚氨基官能团和所述羟甲基官能团一起占所述三聚氰胺树脂的总官能度的30摩尔％或更大；以及(b)至少一种聚合物，所述至少一种聚合物与(a)具有反应性，由包含聚四氢呋喃和羧酸或其酸酐的组分获得，其中所述聚四氢呋喃占形成所述聚合物(b)的所述组分的大于20重量％，并且所述羧酸或其酸酐占形成所述聚合物(b)的所述组分的大于13重量％，并且其中如果所述聚合物(b)不包括核-壳颗粒，则基于所述聚合物(b)的总树脂固体，所述聚合物的酸值在40到60的范围内；或者其中所述与所述三聚氰胺树脂(a)具有反应性的聚合物(b)包括聚合物核-壳颗粒，其中所述核-壳颗粒的聚合物壳的至少一部分与所述核-壳颗粒的聚合物核的至少一部分共价键合，并且其中所述核-壳颗粒的所述聚合物壳由以下组分获得，所述组分包含占形成所述聚合物壳的组分的大于20重量％的聚四氢呋喃以及占形成所述聚合物壳的组分的大于13重量％的羧酸或其酸酐，并且其中基于所述聚合物的形成所述聚合物壳的总树脂固体，所述聚合物壳的酸值在40到60的范围内。
附图说明
图1a是所获得的针对RESIMENE HM 2608的三聚氰胺的13C-NMR光谱；并且
图1b是所获得的针对CYMEL 202的三聚氰胺的13C-NMR光谱。
具体实施方式
出于以下详细描述的目的，应该理解的是，除非明确相反地指出，否则本发明可以采取各种替代变型和步骤次序。此外，除了在任何操作实例中或在另外指示的情况下以外，表示例如说明书和权利要求中使用的成分的量的所有数字在所有情况下均应被理解为由术语“约”修饰。因此，除非有相反地指示，否则在以下说明书和所附权利要求中所阐述的数值参数是可以根据通过本发明获得的期望性质而改变的近似值。至少，并且不试图将等效原则的应用限制于权利要求的范围，每个数值参数至少应按照所报告的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技术来解释。
尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但是具体实例中阐述的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值都固有地含有由其相应测试测量结果中发现的标准差必然造成的某些误差。
而且，应当理解，本文所述的任何数值范围旨在包含在其中的所有子范围。例如，“1至10”的范围旨在包含介于(和包含)所叙述的最小值1与所叙述的最大值10之间的所有子范围，也就是说，具有等于或大于1的最小值和等于或小于10的最大值。
在本申请中，除非另外具体说明，否则单数的使用包含复数并且复数涵盖单数。另外，在本申请中，除非另外具体说明，否则“或”的使用意指“和/或”，即使在某些情况下可以明确地使用“和/或”。进一步地，在本申请中，除非另外具体说明，否则“一个(a)”或“一种(an)”的使用意味着“至少一个/种”。例如，“一种”三聚氰胺树脂、“一种”聚合物、“一种”涂层组合物等是指这些项目中的任何项的一个或多个项。
本发明涉及一种涂层组合物，其包括三聚氰胺树脂和至少一种与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物。如本文所使用的，“三聚氰胺树脂”是指具有三聚氰胺环的树脂，三聚氰胺环以衍生自甲醛的多个羟基封端。进一步地，术语“树脂”与“聚合物”可互换使用。如本文所使用的，术语“聚合物”是指低聚物、均聚物(例如，由单一单体种类制备)、共聚物(例如，由至少两种单体种类制备)、三元共聚物(例如，由至少三种单体种类制备)和接枝聚合物。
用于本发明的三聚氰胺树脂可以是通过本领域已知的方法将三聚氰胺与甲醛加成缩合获得的树脂或者通过将这种树脂与如甲醇、丁醇和/或异丁醇等各种醇进一步加成缩合获得的树脂。进一步地，与本发明一起使用的三聚氰胺树脂包括亚氨基官能团和羟甲基官能团。亚氨基官能团和羟甲基官能团一起占三聚氰胺树脂的总官能度的30摩尔％或更大，或占三聚氰胺树脂的总官能度的35摩尔％或更大，或占三聚氰胺树脂的总官能度的40摩尔％或更大，或占三聚氰胺树脂的总官能度的50摩尔％或更大，或占三聚氰胺树脂的总官能度的55摩尔％或更大，或占三聚氰胺树脂的总官能度的60摩尔％或更大，或占三聚氰胺树脂的总官能度的70摩尔％或更大，或占三聚氰胺树脂的总官能度的80摩尔％或更大，或占三聚氰胺树脂的总官能度的90摩尔％或更大或占三聚氰胺树脂的总官能度的至多100摩尔％或更大。亚氨基官能团和羟甲基官能团可以一起包括占三聚氰胺树脂的总官能度的例如30摩尔％到80摩尔％、或40摩尔％到80摩尔％或50摩尔％到70摩尔％的范围内的量。
可以理解，三聚氰胺树脂上的亚氨基官能团的量可以大于三聚氰胺树脂上羟甲基官能团的量。可替代地，三聚氰胺树脂上的羟甲基官能团的量可以大于三聚氰胺树脂上亚氨基官能团的量。
通过定量13C-NMR来确定三聚氰胺树脂上的官能团的摩尔％。在以75.48MHz NMR的碳频率操作的BRUKER AVANCE II光谱仪(由布鲁克公司(Bruker)(马萨诸塞州比勒里卡(Billerica,MA))制造)中获取定量13C-NMR数据。二甲基亚砜-d6(DMSO-d6)用作NMR溶剂。Cr(acac)3用作用于定量13C NMR的松弛剂，所述松弛剂记录为松弛时间为3秒、脉冲角为90°以及采集时间为0.66秒。三聚氰胺树脂的一种可能结构如下所示。每个三嗪环都被六个官能团取代。在以下所示的结构中，三嗪被一个亚氨基(-NH)、一个羟甲基(-CH2OH)、两个甲氧基(-CH2OMe)、一个正丁氧基(-CH2OBu)和一个异丁基(-CH2OisoBu)取代。每个三嗪环上的六个官能团中的一部分可以是与其它三嗪环的桥(通常被称为交联)。为了计算三聚氰胺上的作为亚氨基或羟甲基的官能团的百分比，这些桥仍应被视为官能团。具体地，如以下将看到的，因为亚氨基的水平无法通过13C-NMR直接确定，所以所述亚氨基的水平必须通过每三嗪环理论上的六个官能团与其它官能团的水平(其可以直接确定)之间的差异来确定。当执行此计算时，应包含可以通过13C-NMR确定水平的桥连基团。
典型取代基的特性13C-NMR峰的实例为55ppm(-OMe)、28ppm(异Bu)、90ppm(桥或交联)、13/31.5/64ppm(-nBu)。-NCH2OH的碳峰在66ppm至70ppm的范围内出现，并且-NCH2OR的碳峰在70-79ppm的范围内出现(其中R包含烷氧基或到另一个三嗪环的桥连基团)。进一步地，-NCH2OH/-NCH2OR碳峰可以与取代基或溶剂峰重叠。在图1a和1b中，例如，在RESIMENE HM2608(三聚氰胺甲醛树脂，可从INEOS公司(英国伦敦)获得)的13C NMR谱中，异丁醇溶剂与-NCH2OH碳重叠。因此，来自取代基或溶剂的这些峰需要考虑计算亚氨基或羟甲基的摩尔％。
当使用13C-NMR数据计算作为亚氨基和/或羟甲基的三聚氰胺官能团的百分比时，三嗪环碳(166ppm)相对于3归一化。对于每个三嗪环，理论上存在6个取代基。在将三嗪环碳相对于3归一化之后，根据峰强计算NH和羟甲基的摩尔％。
使用为这些三聚氰胺获得的13C-NMR展示了以下两种三聚氰胺的先前所描述的程序：RESIMENE HM 2608和CYMEL 202(三聚氰胺甲醛树脂，可从湛新公司(Allnex)(德国法兰克福)商购获得)，并且所述程序示出于图1a(RESIMENE HM 2608)和图1b(CYMEL 202)中。
使用以下等式1计算亚氨基的摩尔％：亚氨基摩尔％＝100x(6–I-NCH2OR–I-NCH2OH)/6。进一步地，通过等式2来计算羟甲基的摩尔％：羟甲基摩尔％＝100x(I-NCH2OH)/6。
关于等式1和2，R为烷基并且I-NCH2OR为–NCH2OR碳的峰强，所述碳可以通过I-NCH2OR＝I(70-79ppm)–I-异Bu取代基(28ppm)获得。进一步地，I-NCH2OH为–NCH2OH碳的峰强，所述碳可以通过I-NCH2OH＝I(66-70ppm)–I-nBu取代基(31.5ppm)–I-异丁醇(30.5ppm)获得。
关于RESIMENE HM 2608，使用等式1计算亚氨基的摩尔％如下所示：亚氨基摩尔％＝100x(6–I-NCH2OR–I-NCH2OH)/6＝100x[6–(3.55-0.12)–(1.19-0.55)]/6＝32.2％。关于RESIMENE HM 2608，使用等式2计算羟甲基的摩尔％如下所示：羟甲基摩尔％＝100x(I-NCH2OH)/6＝100x(0.64)/6＝10.7％。
关于CYMEL 202，使用等式1计算亚氨基的摩尔％如下所示：亚氨基摩尔％＝100x(6–I-NCH2OR–I-NCH2OH)/6＝100x[6–2.59–(1.93-1.23)]/6＝45.2％。关于CYMEL 202，使用等式2计算羟甲基的摩尔％如下所示：羟甲基摩尔％＝100x(I-NCH2OH)/6＝100x(0.7)/6＝11.7％。
先前所描述的确定三聚氰胺树脂上的官能团摩尔％的方法在本文中被称为“三聚氰胺官能团摩尔％方法”。将理解，其它组分或其它类型的取代基或溶剂的存在可以产生上文未描述的另外的峰或干扰峰积分，例如，13C-NMR中的NCH2OR碳(70-79ppm)，并且所述其它组分或所述其它类型的取代基或溶剂的贡献将被视为用于计算亚氨基和羟甲基官能度。
应当理解，当亚氨基官能团和羟甲基官能团一起占三聚氰胺树脂的总官能度的小于100摩尔％，一个或多个其它官能团构成三聚氰胺树脂的总官能度的剩余摩尔％。另外的官能团的非限制性实例包含甲氧基(-CH2OMe)、正丁氧基(-CH2OBu)、异丁氧基和其组合。可替代地，三聚氰胺树脂可以不含除亚氨基官能团和羟甲基官能团之外的所有其它官能团。在此类实例中，亚氨基官能团和羟甲基官能团一起占三聚氰胺树脂的总官能度的100摩尔％。
三聚氰胺上的与其它三嗪环桥连(或交联)的官能团的摩尔％也可以通过13C-NMR表征来确定。三聚氰胺上的与其它三嗪环桥连(或交联)的官能团的摩尔％可以小于三聚氰胺树脂的总官能度的10摩尔％，或小于三聚氰胺树脂的总官能度的5摩尔％，或小于三聚氰胺树脂的总官能度的3摩尔％，或小于三聚氰胺树脂的总官能度的2摩尔％。
基于涂层组合物的总树脂固体，本发明的三聚氰胺树脂可以占至少5重量％、10重量％或至少15重量％。基于涂层组合物的总树脂固体，本发明的三聚氰胺树脂还可以占至多40重量％、至多35重量％或至多30重量％。基于涂层组合物的总树脂固体，本发明的三聚氰胺树脂可以进一步包括占5重量％到40重量％、或15重量％到30重量％、或5重量％到35重量％或10重量％到35重量％的范围内的量。
如所指示的，涂层组合物还包括至少一种与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物。与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物由包括聚四氢呋喃和羧酸或其酸酐的组分获得。羧酸或酸酐可以选自各种类型的多羧酸或其酸酐，如选自二羧酸或其酸酐，或选自具有三个或更多个羧酸基团的多羧酸或其酸酐。羧酸或其酸酐还可以选自具有芳香族环或脂肪族结构的化合物。如本文所使用的，术语“芳香族基团”是指(由于离域)稳定性显著大于假设的局域结构的稳定性的环状缀合烃。进一步地，术语“脂肪族”是指含有饱和碳键的非芳香族直链、支链或环状烃结构。
羧酸的非限制性实例包含戊二酸、琥珀酸、丙二酸、草酸、偏苯三酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、六氢化苯二甲酸、己二酸、马来酸以及其组合。如所指示的，可以使用酸酐，如先前所描述的羧酸中的任一种的酸酐。这种酸酐的非限制性实例包含偏苯三酸酐、邻苯二甲酸酐、马来酸酐、琥珀酸酐、丙二酸酐、草酸酐、六氢化苯二甲酸酐、己二酸酐以及其组合。
如所指示的，羧酸或其酸酐可以选自具有芳香族环或脂肪族结构的化合物。例如，羧酸或其酸酐可以选自其中羧酸或酸酐官能团与芳香族环直接键合，使得在芳香族环与所连接的羧酸或酸酐官能团之间没有中断原子的芳香族化合物(非限制性实例为偏苯三酸酐)。
与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物还可以用除了先前所描述的聚四氢呋喃和羧酸或其酸酐之外的其它组分制备。可以用于形成聚合物的另外的组分的非限制性实例包含除了聚四氢呋喃之外的多元醇、含有一个或多个羧酸基团或其酸酐的另外的化合物、烯属不饱和化合物、聚异氰酸酯以及其组合。
如本文所使用的，“烯属不饱和”指具有至少一个碳-碳双键的基团。烯属不饱和基团的非限制性实例包含但不限于(甲基)丙烯酸酯基、乙烯基和其组合。如本文所使用的，术语“(甲基)丙烯酸酯”是指甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯两者。
多元醇的实例包含二醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、其共聚物以及其组合。二醇的非限制性实例包含乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、四亚甲基二醇、六亚甲基二醇和其组合以及包括两个或更多个羟基的其它化合物和前述物质中的任何物质的组合。除了聚四氢呋喃外，合适的聚醚多元醇的非限制性实例包含聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇和其组合。
其它合适的多元醇包含但不限于环己二甲醇、2-乙基-1,6-己二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、三羟甲基丙烷、1,2,6-己三醇、甘油以及其组合。应当理解，多元醇可以选自二元醇和/或具有3个或更多羟基的化合物。
含有一个或多个羧酸基团或酸酐的另外的化合物可以包含先前所描述的羧酸和酸酐中的任一种，条件是另外的化合物不同于第一羧酸或酸酐。例如，形成与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物的组分可以包含偏苯三酸酐和马来酸酐两者。
烯属不饱和单体的非限制性实例包含但不限于(甲基)丙烯酸的烷基酯、(甲基)丙烯酸的羟烷基酯、含酸基的烯属不饱和单体、乙烯基芳香族单体和其组合。
(甲基)丙烯酸的烷基酯的非限制性实例包含(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸乙基己酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸异壬酯、(甲基)丙烯酸异癸酯、(甲基)丙烯酸乙烯酯、(甲基)丙烯酸乙酰乙酰氧基乙酯、(甲基)丙烯酸乙酰乙酰氧基丙酯和其组合。其它非限制性实例包含由两当量的(甲基)丙烯酸的缩合形成的二(甲基)丙烯酸烷基二酯，例如乙二醇二(甲基)丙烯酸酯。也可以使用由如丁二醇和己二醇等C2-24二醇形成的二(甲基)丙烯酸烷基二酯。
(甲基)丙烯酸的羟烷基酯的非限制性实例包含(甲基)丙烯酸羟甲基酯、(甲基)丙烯酸羟乙基酯、(甲基)丙烯酸羟丙基酯、(甲基)丙烯酸羟基丁酯和其组合。
含酸基的烯属不饱和单体的非限制性实例包含(甲基)丙烯酸、衣康酸、马来酸、富马酸、巴豆酸、天冬氨酸、苹果酸、巯基琥珀酸和其组合。
乙烯基芳香族单体的非限制性实例包含苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、异丙基苯乙烯、丁基苯乙烯、乙烯基萘、乙烯基甲苯、如二乙烯基苯等二乙烯基芳香族单体和其组合。
合适的多异氰酸酯的非限制性实例包含异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二环己基甲烷4,4'-二异氰酸酯(H12MDI)、环己基二异氰酸酯(CHDI)、间-四甲基亚二甲苯基二异氰酸酯(m-TMXDI)、对-四甲基亚二甲苯基二异氰酸酯(p-TMXDI)、亚乙基二异氰酸酯、1,2-二异氰酸根合丙烷(1,2-diisocyanatopropane)、1,3-二异氰酸根合丙烷、1,6-二异氰酸根合己烷(六亚甲基二异氰酸酯或HDI)、1,4-丁烯二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、1,4-亚甲基双-(环己基异氰酸酯)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、间-亚二甲苯基二异氰酸酯(MXDI)和对-亚二甲苯基二异氰酸酯、4-氯-1,3-亚苯基二异氰酸酯、1,5-四氢-萘二异氰酸酯、4,4'-二苄基二异氰酸酯和1,2,4-苯三异氰酸酯、亚二甲苯基二异氰酸酯(XDI)和其混合物或组合。
应当理解，先前所描述的任选的另外的组分可以用于改性或调节聚合物和其形成的最终涂层的特性。例如，聚合物可以由另外的组分形成，如另外的多元醇，所述组分可以在较低的烘焙温度，如80℃或更低的温度下提供更快的固化。
用于形成聚合物的聚四氢呋喃可以占形成聚合物的组分的大于20重量％、或形成聚合物的组分的大于30重量％或形成聚合物的组分的大于40重量％。聚四氢呋喃还可以占形成聚合物的组分的至多50重量％、或占形成聚合物的组分的至多60重量％、或占形成聚合物的组分的至多70重量％、或占形成聚合物的组分的至多80重量％或占形成聚合物的组分的至多90重量％。聚四氢呋喃可以进一步包括占形成聚合物的组分的20重量％到90重量％、或占形成聚合物的组分的40重量％到80重量％、或占形成聚合物的组分的50重量％到70重量％或占形成聚合物的组分的30重量％到40重量％的范围内的量。
用于形成聚合物的羧酸或酸酐可以占形成聚合物的组分的大于13重量％或形成聚合物的组分的大于15重量％。羧酸或酸酐还可以占形成聚合物的组分的至多21重量％或形成聚合物的组分的至多18重量％。用于形成聚合物的羧酸或酸酐可以占形成聚合物的组分的13重量％到21重量％。
应当理解，先前所描述的另外的组分中的一种或多种可以构成用于形成与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物的组分的剩余量。例如，聚合物可以用聚四氢呋喃、羧酸或酸酐、不同于聚四氢呋喃的多元醇以及不同于第一羧酸或酸酐的另一种羧酸或酸酐制备。
由先前所描述的组分制备的所得聚合物至少包括醚键和羧酸官能团。所得聚合物还可以包括酯键和/或氨基甲酸酯键以及如羟基官能团等另外的官能团。例如，所得聚合物可以包括醚键、酯键、羧酸官能团和羟基官能团。所得聚合物还可以包括另外的键和官能团，包含但不限于先前所描述的另外的官能团。
与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物可以包括其中聚合物核至少部分地被聚合物壳包裹的聚合物核-壳颗粒、自乳化分散体聚合物或其组合。
如果与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物不包括核-壳颗粒，则基于聚合物的总树脂固体，所述聚合物的酸值可以为至少40、或至少42、或至少45、或至少47、或至少49或至少50。如果与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物不包括核-壳颗粒，则基于聚合物的总树脂固体，所述聚合物的酸值可以为至多60、或至多57、或至多55、或至多53、或至多51或至多50。如果与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物不包括核-壳颗粒，则基于聚合物的总树脂固体，所述聚合物的酸值可以在40到60、或42到57、或45到55、或47到53或49到51的范围内。酸值如实例中所描述地确定。
与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物可以包括聚合物核-壳颗粒，其中所述核-壳颗粒的聚合物壳的至少一部分与所述核-壳颗粒的聚合物核的至少一部分共价键合。核-壳颗粒的聚合物壳可以由以下组分获得，所述组分包括占形成聚合物壳的组分的大于20重量％的聚四氢呋喃以及占形成聚合物壳的组分的大于13重量％的羧酸或其酸酐。基于聚合物的总树脂固体，聚合物壳的酸值可以为至少40、或至少42、或至少45、或至少47、或至少49或至少50。基于聚合物的总树脂固体，聚合物壳的酸值可以为至多60、或至多57、或至多55、或至多53、或至多51或至多50。基于聚合物的总树脂固体，聚合物壳的酸值可以在40到60、或42到57、或45到55、或47到53或49到51的范围内。
为了确定聚合物壳的酸值，可以首先在与聚合物核分离的步骤中合成聚合物壳。聚合物壳是如本文针对聚合物(b)所描述的那样合成的。在合成聚合物壳之后，在形成聚合物核之前确定聚合物壳的酸值。聚合物壳的酸值如实例中所描述地确定。一旦确定了聚合物壳的酸值，就可以将聚合物壳分散在水中，并添加聚合物核的单体。然后可以添加引发剂以使聚合物核的单体聚合。聚合物壳可以与聚合物核的至少一部分共价键合。
如所指示的，核-壳颗粒包括聚合物核以及聚合物壳。“聚合物核”意指核-壳颗粒的核包括一种或多种聚合物，并且“聚合物壳”意指核-壳颗粒的壳包括一种或多种聚合物。
如本文所使用的，其中核至少部分地由壳包封的核-壳颗粒是指包括以下的颗粒：(i)形成颗粒的中心(即，核)的至少一种或多种第一材料；以及(ii)在第一材料(即，核)的表面的至少一部分之上形成层的至少一种或多种第二材料(即，壳)。应当理解，形成核的一种或多种第一材料与形成壳的一种或多种第二材料不同。进一步地，核-壳颗粒可以具有各种形状(或形态)和尺寸。例如，核-壳颗粒可以具有总体上球形、立方形、板状、多面体形或针状(细长或纤维状)形态。核-壳颗粒还可以具有30到300纳米、或40到200纳米、或50到150纳米的平均粒径。如本文所使用的，“平均粒径”是指体积平均粒径。平均粒径可以例如根据ZETASIZER 3000HS手册中的说明用由马尔文仪器公司(Malvern Instruments)(英国伍斯特郡(Worcestershire,United Kingdom))制造的ZETASIZER 3000HS进行确定。
核-壳颗粒的聚合物壳可以从先前所描述的组分中获得，所述组分包括聚四氢呋喃、其羧酸或酸酐、羟基官能的烯属不饱和化合物以及任选地其它另外的组分(例如，另外的多元醇、另外的羧酸和/或酸酐、聚异氰酸酯和/或其组合)。进一步地，聚合物核通常包括衍生自烯属不饱和单体的加成聚合物。
聚四氢呋喃可以包括占形成聚合物壳的组分的20重量％到90重量％、或占形成聚合物壳的组分的40重量％到80重量％、或占形成聚合物壳的组分的50重量％到70重量％或占形成聚合物壳的组分的55重量％到65重量％的范围内的量。
羧酸或酸酐可以包括占形成聚合物壳的组分的13重量％到21重量％、或占形成聚合物壳的组分的15重量％到18重量％或占形成聚合物壳的组分的17重量％到19重量％的范围内的量。
聚合物壳还可以与聚合物核的至少一部分共价键合。例如，聚合物壳可以通过使用于形成聚合物壳的单体和/或预聚物上的至少一个官能团与用于形成聚合物核的单体和/或预聚物上的至少一个官能团反应而共价键合到聚合物核。所述官能团可以包含先前描述的官能团中的任何官能团，条件是用于形成聚合物壳的单体和/或预聚物上的至少一个官能团与用于形成聚合物核的单体和/或预聚物上的至少一个官能团具有反应性。例如，用于形成聚合物壳和聚合物核的单体和/或预聚物可以均包括彼此反应形成化学键的至少一个烯属不饱和基团。如本文所使用的，“预聚物”是指能够通过一个或多个反应性基团进一步反应或聚合以形成较高分子量或交联状态的聚合物前体。
当聚合物壳与聚合物核共价键合时，由于聚合物核的存在，核-壳颗粒的酸值可能低于聚合物壳的酸值(单独考虑的话)。核-壳颗粒的酸值可以通过将聚合物壳的如实例中所描述确定的酸值与聚合物壳的存在于核-壳颗粒中的重量百分比相乘来计算。例如，在假设聚合物核的酸值为0的情况下，如果聚合物壳的所确定的酸值为50，并且核-壳颗粒占聚合物壳的50重量％，则核-壳颗粒的酸值将为50*(0.5)＝25。
聚合物壳的一部分可以不与聚合物核反应以形成核-壳颗粒。因此，涂层组合物可以包括如本文所描述的核-壳颗粒和未与聚合物核键合的聚合物壳聚合物两者。
可以制备核-壳颗粒的聚合物核和聚合物壳，以提供具有增强的水分散性/稳定性的亲水性聚合物壳和疏水性聚合物核。如本文所使用的，术语“亲水性”是指对水具有亲和力并且将分散或溶解在水或其它水基介质中的聚合物、单体和其它材料。如亲水性聚合物等亲水性材料通常具有水分散性基团。“水分散性基团”是指具有一个或多个亲水性官能团或由其形成的基团，所述亲水性官能团对水具有亲和力并且有助于将化合物如聚合物分散在水或其它水基介质中。进一步地，如本文所使用的，术语“疏水性”是指对水或其它水基介质缺乏亲和力并且倾向于排斥水或其它水基介质、不溶解或分散在水或其它水基介质中和/或不被水或其它水基介质润湿的聚合物、单体和其它材料。如疏水性聚合物等疏水性材料通常不含水分散性基团。
如所指示的，可以制备核-壳颗粒的聚合物核和聚合物壳，以提供具有增强的水分散性/稳定性的亲水性聚合物壳和疏水性聚合物核。因此，聚合物壳可以包括亲水性水分散性基团，而聚合物核可以不含亲水性水分散性基团。亲水性水分散性基团可以提高聚合物壳在水性介质中的水分散性/稳定性，使得聚合物壳至少部分地包封疏水性核。
如先前所描述的，水分散性基团包括一个或多个亲水性官能团。例如，形成亲水性聚合物壳的聚合物可以包括离子性或可电离的基团，如羧酸官能团或其盐。羧酸官能团可以被如挥发性胺等碱至少部分地中和(即，总中和当量的至少30％)以形成盐基团。挥发性胺是指在101.3kPa的标准大气压下测得的初沸点小于或等于250℃的胺化合物。合适的挥发性胺的实例是氨、二甲胺、三甲胺、单乙醇胺和二甲基乙醇胺。应当理解，胺可以在涂层形成期间蒸发以暴露羧酸官能团并且允许羧酸官能团进行进一步反应。水分散性基团的其它非限制性实例包含聚氧化烯基，如通过使用例如聚乙烯/丙二醇醚材料。
如所指示的，与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物可以包括自乳化分散体聚合物。如本文所使用的，“自乳化分散体聚合物”是指含有亲水性官能团并且最初不作为水性分散体合成并且然后与水混合以形成水性分散体的聚合物。
本发明的自乳化分散体聚合物可以从先前所描述的组分中获得，所述组分包括聚四氢呋喃、羧酸或酸酐以及任选地其它另外的组分(例如，另外的多元醇、另外的羧酸或酸酐、聚异氰酸酯、烯属不饱和化合物和/或其组合)。例如，自乳化分散体聚合物通常用聚四氢呋喃、羧酸或酸酐、不同于聚四氢呋喃的多元醇以及不同于第一羧酸或酸酐的另一种羧酸或酸酐制备。
聚四氢呋喃可以包括占形成自乳化分散体聚合物的组分的20重量％到90重量％、或占形成自乳化分散体聚合物的组分的40重量％到80重量％、或占形成自乳化分散体聚合物的组分的50重量％到70重量％或占形成自乳化分散体聚合物的组分的80重量％到90重量％的范围内的量。
羧酸或酸酐可以包括占形成自乳化分散体聚合物的组分的13重量％到21重量％、或占形成自乳化分散体聚合物的组分的15重量％到18重量％或占形成自乳化分散体聚合物的组分的14重量％到16重量％的范围内的量。
如所指示的，与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物可以包括先前所描述的聚合物核-壳颗粒和自乳化分散体聚合物两者。当本发明的涂层组合物包括聚合物核-壳颗粒和自乳化分散体聚合物两者时，涂层组合物可以包括的聚合物核-壳颗粒的量比自乳化分散体聚合物的量多，或包括的自乳化分散体聚合物的量比聚合物核-壳颗粒的量多。
与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物(和/或聚合物壳本身)的酸官能度的pKa可以小于5、或小于4、或小于3.5、或小于3、或小于2.5或小于2。与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物的酸官能度的pKa可以在1.5至4.5的范围内。pKa值是酸性解离常数的负(十进)对数，并且是根据《兰格化学手册(Lange's Handbook of Chemistry)》,第15版,第8.2.1节中描述的滴定方法确定的。
在聚合物上发现的羧酸官能团可以仅由第一羧酸或酸酐提供。可替代地，当使用另外的羧酸官能化合物和/或酸酐形成聚合物时，在聚合物上发现的羧酸官能团由第一羧酸或酸酐和另外的羧酸官能化合物和/或酸酐提供。
聚合物(和/或聚合物壳本身)还可以包括1500至5000或2000至3000的羟基当量，如通过使经干燥的聚合物与过量的乙酸酐反应并且根据ASTM E222-17用氢氧化钾滴定测量的。
基于涂层组合物的总树脂固体，与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物可以占至少50重量％、60重量％或至少70重量％。基于涂层组合物的总树脂固体，与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物还可以占至多90重量％或至多80重量％。基于涂层组合物的总树脂固体，与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物可以进一步包括占50重量％到90重量％、或60重量％到80重量％、或70重量％到80重量％或70重量％到90重量％的范围内的量。
应当理解，三聚氰胺树脂、与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物以及本文所描述的其它任选的组分分散在水性介质中。如本文所使用的，“水性介质”是指包括基于液体介质的总重量的超过50重量％的水的液体介质。基于液体介质的总重量，这种水性液体介质可以例如包括至少60重量％的水、或至少70重量％的水、或至少80重量％的水、或至少90重量％的水、或至少95重量％的水或100重量％的水。构成少于50重量％的液体介质的溶剂(如果存在)包含有机溶剂。合适的有机溶剂的非限制性实例包含极性有机溶剂，例如，质子有机溶剂，如乙二醇、乙二醇醚醇、醇、挥发性酮、乙二醇二醚、酯和二酯。有机溶剂的其它非限制性实例包含芳香族和脂肪族烃。
涂层组合物可以包括另外的材料，包含但不限于另外的树脂，如另外的成膜树脂和另外的交联剂。如本文所使用的，“成膜树脂”是指当用于涂层组合物中时可以通过脱水和/或在固化时在至少水平表面上形成自支撑连续膜的树脂。术语“脱水”是指去除水和/或其它溶剂。应当理解，脱水还可能使树脂材料至少部分固化。进一步地，术语“可固化”、“固化”等意指组合物中的树脂材料的至少一部分是交联的或可交联的。
另外的树脂可以包含本领域已知的各种热塑性和/或热固性成膜树脂中的任何热塑性和/或热固性成膜树脂。术语“热固性”是指在固化或交联时不可逆地“固化”的树脂，其中树脂的聚合物链通过共价键连接在一起。一旦固化或交联，热固性树脂在施加热量时将不会熔融并且不溶于溶剂。如所指示的，成膜树脂还可以包含热塑性成膜树脂。术语“热塑性”是指不通过共价键连接并且由此可以在加热时进行液体流动并且可以溶解于某些溶剂中的树脂。
合适的另外的树脂的非限制性实例包含聚氨酯、如聚酯多元醇等聚酯、聚酰胺、聚醚、聚硅氧烷、含氟聚合物、聚硫化物、聚硫醚、聚脲、(甲基)丙烯酸树脂、环氧树脂、乙烯基树脂和其组合。另外的树脂还可以包含微粒树脂和非微粒树脂。
另外的树脂可以具有各种反应性官能团中的任一种反应性官能团，包含但不限于羧酸基、胺基、环氧基、羟基、硫醇基、氨基甲酸酯基、酰胺基、脲基、异氰酸酯基(包含封端的异氰酸酯基)、(甲基)丙烯酸酯基和其组合。热固性涂层组合物通常包括交联剂，所述交联剂可以选自本领域已知的交联剂中的任一种交联剂，以与涂层组合物中使用的树脂的官能团反应。可替代地，可以使用具有自身反应性官能团的热固性成膜树脂，以此类方式，此类热固性树脂是自交联的。
如所指示的，涂层组合物还可以包括另外的交联剂。如本文所使用的，“交联剂(crosslinking agent/crosslinker)”和类似术语是指包括两个或更多个与其它官能团具有反应性的官能团并且能够通过化学键连接两个或更多个单体或聚合物分子的分子。交联剂的非限制性实例包含多酰肼、碳二亚胺、多元醇、酚醛树脂、环氧树脂、β-羟基(烷基)酰胺树脂、羟基(烷基)脲树脂、噁唑啉、烷基化氨基甲酸酯树脂、(甲基)丙烯酸酯、异氰酸酯、封端的异氰酸酯、多元酸、酸酐、有机金属酸官能材料、多胺、聚酰胺、氨基塑料(不同于先前描述的那些三聚氰胺树脂)、氮丙啶和其组合。本发明的涂层组合物也可以不含另外的成膜树脂和/或交联剂，如不含聚异氰酸酯。
涂层组合物还可以包含其它另外的材料，如着色剂。如本文所使用的，“着色剂”是指赋予组合物颜色和/或其它不透明性和/或其它视觉效果的任何物质。着色剂可以以任何合适的形式如离散颗粒、分散体、溶液和/或片添加到涂层中。单一着色剂或者两种或更多种着色剂的混合物可以用于本发明的涂层中。
示例着色剂包含颜料(有机或无机)、染料和色料，如在油漆工业中使用的和/或在干粉颜料制造商协会(Dry Color Manufacturers Association，DCMA)中列出的那些，以及特殊效果组合物。着色剂可以包含例如在使用条件下不溶但可润湿的细分固体粉末。着色剂可以是有机或无机的并且可以是附聚的或非附聚的。着色剂可以通过使用研磨媒剂(grind vehicle)如丙烯酸研磨媒剂而掺入涂层中，所述研磨媒剂的使用对于本领域技术人员而言是熟悉的。
示例颜料和/或颜料组合物包含但不限于咔唑二噁嗪粗颜料、偶氮、单偶氮、重氮、萘酚AS、盐类型(薄片)、苯并咪唑酮、异吲哚啉酮、异吲哚啉和多环酞菁、喹吖啶酮、苝(perylene)、紫环酮(perinone)、二酮吡咯并吡咯、硫靛、蒽醌、靛蒽醌、蒽素嘧啶、黄蒽酮、皮蒽酮、蒽嵌蒽醌、二噁嗪、三芳基碳鎓、喹酞酮颜料、二酮吡咯并吡咯红(“DPPBO红”)、二氧化钛、炭黑和其混合物。术语“颜料”和“着色填料”可以互换使用。
示例染料包含但不限于溶剂基染料和/或水基染料，如酞菁绿或酞菁蓝、氧化铁和钒酸铋。
示例色料包含但不限于分散在水基或水混溶性载体中的颜料，如可从赢创工业(Evonik Industries)(德国埃森)(Essen,Germany)商购获得的AQUA-CHEM 896、可从伊士曼化学公司的精确分散部(Accurate Dispersions Division of Eastman Chemical)(伊利诺伊州南荷兰)(South Holland,IL)商购获得的CHARISMA COLORANTS和MAXITONERINDUSTRIAL COLORANTS。
可以与本发明的涂层组合物一起使用的着色剂也可以包括特殊效果组合物或颜料。如本文所使用的，“特殊效果组合物或颜料”是指与可见光相互作用以提供不同于连续不变颜色或除连续不变颜色之外的外观效果的组合物或颜料。示例特殊效果组合物和颜料包含产生如反射性、珠光、金属光辉、纹理、磷光、荧光、光致变色、光敏性、热致变色、角度变色(goniochromism)和/或变色等一种或多种外观效果的那些组合物和颜料。特殊效果组合物的非限制性实例可以包含透明经涂覆的云母和/或合成云母、经涂覆的二氧化硅、经涂覆的氧化铝、铝薄片、透明液晶颜料、液晶涂层和其组合。
可以任选地与本发明的涂层组合物一起使用的另外的材料的其它非限制性实例包含增塑剂、耐磨颗粒、抗氧化剂、受阻胺光稳定剂、UV线吸收剂和稳定剂、表面活性剂、流动和表面控制剂、触变剂、催化剂、反应抑制剂和其它常规助剂。
应当理解，可以选择形成涂层组合物的组分以形成单组分组合物(“1K”)。如本文所使用的，“单组分组合物”是指其中所有涂层组分在制造后、储存期间等都维持在同一容器中的组合物。相反，多组分组合物，如双组分组合物(“2K”)或更多组分组合物具有至少两种组分，在基材之上施加和形成涂层之前，所述多组分组合物在制造后、储存期间等维持在不同的容器中。因此，涂层组合物可以不含通常用于形成多组分组合物的组分，例如不含聚异氰酸酯。
本发明的涂层组合物可以沉积在基材的至少一部分之上，并脱水和/或固化以形成涂层。
可以在其之上施加涂层组合物的基材包含广泛的基材。例如，本发明的涂层组合物可以施加到运载工具基材、工业基材、航空航天基材等。
运载工具基材可以包含运载工具的组件。在本发明公开中，术语“运载工具”以其最广泛的意义使用，并且包含所有类型的飞行器、航天器、水运工具和陆上运载工具。例如，运载工具可以包含但不限于航空航天基材(航空航天运载工具的组件，如飞行器，例如飞机(例如，私人飞机，以及小型、中型或大型商用客机、货机和军用飞行器)、直升机(例如，私人、商用和军用直升机)、航空航天运载工具(例如，火箭和其它航天器)等)。运载工具还可以包含陆上运载工具，例如动物拖车(例如，马拖车)、全地形运载工具(ATV)、汽车、卡车、公共汽车、货车、重型设备、拖拉机、高尔夫球车、摩托车、自行车、雪地摩托、火车、铁路车等。运载工具还可以包含水运工具，例如船舶、船只、气垫船等。运载工具基材可以包含运载工具的车身组件，如汽车引擎罩、车门、后备箱、车顶等；如飞行器或航天器的机翼、机身等；如水运工具船体等。
涂层组合物可以施加在工业基材之上，所述工业基材可以包含工具、重型设备、家具，如办公家具(例如，办公椅、桌子、文件柜等)、器具，如冰箱、烤箱和炉灶、洗碗机、微波炉、洗衣机、烘干机、小型器具(例如，咖啡机、慢炖锅、压力锅、搅拌机等)、金属硬件、挤压式金属，如用于窗框中的挤压式铝、其它室内和室外金属建筑材料等。
涂层组合物可以施加在以下之上：储罐、风车、核电站组件、包装基材、木地板和家具、服装、电子器件(包含壳体和电路板)、玻璃和透明片、体育设备(包含高尔夫球)、体育馆、建筑物、桥梁等。
基材可以是金属的或非金属的。金属基材包含但不限于锡、钢(包含电镀锌钢、冷轧钢、热浸镀锌钢等)、铝、铝合金、锌铝合金、涂覆有锌铝合金的钢和镀铝钢。非金属基材包含聚合物材料、塑料和/或复合材料、聚酯、聚烯烃、聚酰胺、纤维素、聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚(萘二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、聚乙烯、尼龙、乙烯乙烯醇(EVOH)、聚乳酸、其它“生坯”聚合物基材、聚(对苯二甲酸乙二酯)(“PET”)、聚碳酸酯、聚碳酸酯丙烯丁二烯苯乙烯(“PC/ABS”)、木材、薄板、木材复合物、刨花板、中密度纤维板、水泥、石材、玻璃、纸、硬纸板、纺织品、合成和天然皮革等。基材可以包括金属、塑料和/或复合材料和/或纤维材料。纤维材料可以包括尼龙和/或具有连续股或短切碳纤维的热塑性聚烯烃材料。基材可以是已经以某种方式处理过的基材，如赋予视觉和/或颜色效果、保护性预处理或其它涂层等。
本发明的涂层组合物在施加到金属基材时可能特别有益。本发明的涂层在施加到用于制造机动车辆，如汽车、卡车和拖拉机的金属基材时可能特别有益。
本发明的涂层组合物在施加到形成包装的基材，如形成包装的金属基材时也特别有益。合适的金属包装基材包含但不限于食品和/或饮料包装、用于制造此类包装的组件或单片气溶胶罐或管。合适的单片气溶胶罐或管包含但不限于除臭剂容器和发胶容器。单片气溶胶罐或管可以是铝制单片气溶胶罐或管。
如本文所使用的，“包装”是用于容纳另一物品的任何物质，具体地用于从制造点运送到消费者，以及由消费者随后储存的任何物质。因此应将包装理解为被密封以保持其内含物不会变质(直到消费者打开)的某物。制造商通常会鉴定食品或饮料不会腐坏的时间长度，所述时间长度范围通常从几个月到几年。因此，本发明“包装”区别于消费者可以在其中制作和/或储存食品的储存包装或烤盘；此类包装将仅在相对较短的时段内维持食物物品的新鲜或完整。如本文所使用的“包装”意指完整的包装本身或其任何组件，如端部、盖子、帽等。例如，用本文所描述的涂层组合物涂覆的“包装”可能包含金属罐，其中只涂覆了罐端或其一部分。根据本发明的包装可以由金属或非金属例如塑料或层压材料制成，并且可以是任何形式。合适包装的一个实例是层压管。合适包装的另一个实例是金属罐。术语“金属罐”包含由食物/饮料制造商密封以最小化或消除内含物的腐坏，直到消费者打开此包装为止的任何类型的金属罐、包装或任何类型的贮器或其一部分。金属罐的一个实例是食品罐；术语“食品罐”在本文中用于指用于包装任何类型的食品和/或饮料的罐、包装或任何类型的贮藏器或其部分。“饮料罐”也可以用来更具体地指包装饮料的食品罐。术语“金属罐”具体地包含食品罐，包含饮料罐，并且也具体地包含“罐端”，所述罐端包含“E-Z开端”，所述E-Z开端通常由罐盖端料冲压而来并且与食品和饮料的包装结合使用。术语“金属罐”还具体包含金属盖和/或封口，如任何尺寸的瓶盖、旋盖和盖、卡口盖等。金属罐也可用于容纳其它物品，包含但不限于个人护理产品、杀虫剂、喷漆和任何其它适合包装在气溶胶罐中的化合物。罐可以包含“两片罐”和“三片罐”以及薄壁拉伸一体罐；此类一体罐通常用于气溶胶产品。用本发明的组合物涂覆的包装还可以包含塑料瓶、塑料管、层压件和柔性包装，如由PE、PP、PET等制成的那些。此类包装可以容纳例如食品、牙膏、个人护理产品等。
本发明的涂层组合物可以施加到包装的内部和/或外部。例如，涂层可以被辊涂到金属上，所述金属用于制造两片食品罐、三片食品罐、罐端坯料和/或盖/封口坯料。所述涂层通过辊涂的方式施加到卷材或片材；然后使涂层固化，并冲压出罐端并制成成品，即罐端。涂层还可以作为边缘涂层施加到罐的底部；这种施加可以通过辊涂进行。边缘涂层的作用是在罐的持续制造和/或加工期间减少摩擦以改进处理。涂层可以施加到金属罐的“侧条纹”，这将被理解为在三片罐的制造期间形成的接缝。涂层也可以施加到盖和/或封口；此类施加可以包含例如，在盖/封口形成之前和/或之后施加的保护性清漆，和/或稍后施加到盖的着色瓷漆，具体地在盖底部具有刻痕接缝的那些。经装饰的罐料也可以在外部部分地涂覆本文所描述的涂料，并且经装饰的、经涂覆的罐料也可以用于形成各种金属罐。涂层可以在罐或罐部件形成之前施加到罐坯料，或者可以在形成之后施加到罐或罐部件。用于形成食品罐的任何材料都可以根据本发明的方法进行处理。特别合适的基材包含镀锡钢、无锡钢和黑色镀层钢。
涂层组合物可以通过本领域的任何标准方式施加在基材的至少一部分之上，如喷涂、静电喷涂、浸渍、滚涂、刷涂等。一旦施加，组合物可以脱水和/或固化以形成涂层。本发明的涂层组合物可以用各种方法固化，包含但不限于施加热量。
发现本发明的涂层组合物可以在20℃到90℃、或20℃到80℃、或20℃到70℃、或20℃到60℃、或40℃到80℃或40℃到70℃下脱水。涂层组合物可以在这些温度下脱水持续小于2分钟或小于1分钟的时间段。涂层组合物脱水的时间段是指定的脱水时间段，并且不包含转移涂层组合物并使其进行如固化步骤等另一步骤所需的时间。
也可以在相对较低的温度下使涂层组合物固化。例如，可以在140℃或更低、或120℃或更低、或100℃或更低或80℃或更低的温度下使涂层组合物固化。
发现本发明的涂层可以在比通常施加到基材，例如形成包装或运载工具的基材的其它涂层通常所需的更低的脱水/固化温度下形成。涂层还提供期望的外观和机械/化学特性，如良好的耐溶剂性。
本发明还涉及一种多层涂层，其至少包括第一底涂层和第二底涂层。如本文进一步详细解释的，多层涂层可以包含另外的涂层，包含但不限于底漆层、顶涂层或其组合。“底涂层”是指沉积在底漆上和/或直接沉积到基材上的涂层，任选地包含影响颜色和/或提供其它视觉影响的组分(如颜料)。“顶涂层”是指沉积在如底涂层等另一涂层上以提供保护性层和/或装饰性层的最上层涂层。“底漆层”是指可以沉积到基材上的底部涂层，以便为保护性或装饰性涂层系统的施加做好表面准备。
多层涂层的第一底涂层和/或第二底涂层由先前所描述的涂层组合物形成，所述涂层组合物包括三聚氰胺树脂和所述至少一种与三聚氰胺树脂具有反应性的聚合物。用于形成第一底涂层和/或第二底涂层的涂层组合物还可以包含先前所描述的组分中的一种或多种，如另外的成膜树脂、交联剂、着色剂和/或其它任选的材料。
用于形成第一底涂层和第二底涂层的涂层组合物可以相同或不同。例如，第一底涂层和第二底涂层可以各自包括涂层组合物，所述涂层组合物包括三聚氰胺树脂和与三聚氰胺树脂具有反应性的相同或不同类型的聚合物(即，先前所描述的聚合物核-壳颗粒和/或自乳化分散体聚合物)，使得每一层形成单组分组合物。在一些实例中，底涂层中的一个可以由先前所描述的涂层组合物形成，并且其包括形成单组分组合物的组分，而另一个涂层可以由形成多层组合物的组分形成，如包含例如聚异氰酸酯和多元醇官能树脂的双组分组合物。
可替代地，第一底涂层或第二底涂层中的一个可以用不同的涂层组合物形成。不同的涂层可以用各种组分形成，包含先前所描述的各种树脂和交联剂，例如用羧酸官能聚合物核-壳颗粒形成，并且可以使用各种交联剂，例如碳二亚胺。
第一底涂层组合物和第二底涂层组合物还可以包括相同或不同的另外的树脂、交联剂、着色剂和先前所描述的其它任选的材料。例如，第二底涂层组合物可以包括特殊效果颜料，并且第一底涂层组合物可以不含特殊效果颜料。如此，第一底涂层组合物可以例如仅包括赋予连续不变颜色的颜料，并且第二底涂层可以例如仅包括特殊效果颜料。可替代地，第一底涂层组合物可以包括特殊效果颜料，并且第二底涂层组合物可以不含特殊效果颜料。如此，第二底涂层组合物可以例如仅包括赋予连续不变颜色的颜料，并且第一底涂层可以例如仅包括特殊效果颜料。
第一底涂层和第二底涂层均可以由如先前所描述的单组分组合物形成。可替代地，底涂层中的一个底涂层可以由单组分组合物形成，而另一个底涂层可以由如双组分组合物等多组分组合物形成。
第一底涂层组合物可以通过本领域的任何标准方式直接施加在基材的至少一部分之上，如喷涂、静电喷涂、浸渍、滚涂、刷涂等。然后，第二底涂层组合物可以作为湿对湿工艺(即，在第一底涂层组合物脱水之前)直接施加在第一底涂层组合物的至少一部分上。第二底涂层组合物可以通过本领域的任何标准方式施加，如喷涂、静电喷涂、浸渍、滚动、刷涂等。在施加第二底涂层组合物之后，两种底涂层组合物可以同时脱水。两种底涂层组合物可以在20℃到90℃、或20℃到80℃、或20℃到70℃、或20℃到60℃、或40℃到80℃或40℃到70℃下同时脱水。涂层组合物可以例如在上述温度下脱水持续小于2分钟或小于1分钟的时间段。
第二底涂层组合物还可以直接施加在如先前所描述的已经脱水的第一底涂层的至少一部分之上。第二底涂层组合物可以在20℃到90℃、或20℃到80℃、或20℃到70℃、或20℃到60℃、或40℃到80℃或40℃到70℃下脱水。涂层组合物可以例如在上述温度下脱水持续小于2分钟或小于1分钟的时间段。在使第二底涂层组合物脱水之后，可以在140℃或更低、或120℃或更低、或100℃或更低或80℃或更低的温度下使底涂层固化。
多层涂层还可以包括在使底涂层固化之前或之后施加在第二底涂层的至少一部分之上的顶涂层。顶涂层可以由涂层组合物形成，所述涂层组合物包括成膜树脂、交联剂、水性或有机溶剂介质和/或任何其它材料，如先前所描述的材料。例如，顶涂层可以包括成膜树脂和一种或多种聚异氰酸酯，如至少一种与成膜树脂具有反应性的基于脲二酮二聚体的聚异氰酸酯。
顶涂层可以是透明的顶涂层。如本文所使用的，“透明涂层”是指至少基本上透明或完全透明的涂层。术语“基本上透明”是指其中涂层之外的表面在透过涂层观察时至少部分地肉眼可见的涂层。术语“完全透明”是指其中涂层之外的表面在透过涂层观察时完全肉眼可见的涂层。应当理解，透明顶涂层可以包括如颜料等着色剂，条件是所述着色剂不干扰透明顶涂层的期望的透明性。可替代地，透明顶涂层不含如颜料等着色剂(即，无颜料的)。
可以与本发明的多层涂层一起使用的顶涂层的非限制性实例包含美国专利第4,650,718号第1栏第62行到第10栏第16行；美国专利第5,814,410号第2栏第23行到第9栏第54行；以及美国专利第5,891,981号第2栏第22行到第12栏第37行中描述的那些，所有所述美国专利都通过引用并入本文。可以用于形成顶涂层的合适顶涂层组合物还包含可从PPG工业公司(宾夕法尼亚州匹兹堡(Pittsburgh,PA))以商品名NCT、DIAMOND COAT和CERAMICLEAR商购获得的组合物。
如所指示的，顶涂层可以与第一底涂层和第二底涂层同时固化。例如，可以在140℃或更低、或120℃或更低、或100℃或更低或80℃或更低的温度下使顶涂层和底涂层固化。
根据本发明的多层涂层还可以包括其它任选的层，包含但不限于另外的底涂层以及如上文所指示的底漆涂层。底漆涂层可以在基材的至少一部分之上形成，并且第一底涂层或第二底涂层可以在底漆涂层的至少一部分之上形成。进一步地，另外的底涂层可以由先前所描述的任何材料制备。另外的底涂层可以在施加顶涂层之前施加在例如第一底涂层或第二底涂层之上。
任选地与本发明的多层涂层一起使用的底漆涂层可以由涂层组合物形成，所述涂层组合物包括成膜树脂，如基于阳离子的树脂、基于阴离子的树脂和/或先前所描述的任何另外的成膜树脂。用于形成底漆涂层组合物的涂层组合物还可以包含先前所描述的交联剂、着色剂和其它任选的材料。
另外，底漆涂层组合物可以包含腐蚀抑制剂。如本文所使用的，“腐蚀抑制剂”是指降低金属或金属合金基材的表面腐蚀速率或严重程度的组分，如材料、物质、化合物或复合物。腐蚀抑制剂可以包含但不限于碱金属组分、碱土金属组分、过渡金属组分或其组合。术语“碱金属”是指化学元素周期表第1族(国际纯粹与应用化学联合会(InternationalUnion of Pure and Applied Chemistry,IUPAC))中的元素，并且包含例如铯(Cs)、锶(Fr)、锂(Li)、钾(K)、铷(Rb)和钠(Na)。术语“碱土金属”是指化学元素周期表第2族(IUPAC)中的元素，并且包含例如钡(Ba)、铍(Be)、钙(Ca)、镁(Mg)和锶(Sr)。术语“过渡金属”是指化学元素周期表第3族到第12族(IUPAC)中的元素，并且包含例如钛(Ti)、铬(Cr)和锌(Zn)以及各种其它元素。
作为腐蚀抑制剂的无机组分的具体非限制性实例包含氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁、磷酸镁、硅酸镁、氧化锌、氢氧化锌、碳酸锌、磷酸锌、硅酸锌、锌粉和其组合。
如所指示的，底漆涂层组合物可以在施加第一底涂层组合物或第二底涂层组合物之前直接沉积在基材的至少一部分之上，并脱水和/或固化以形成底漆涂层。本发明的底漆涂层组合物可以以本领域的任何标准方式施加，如电镀、喷涂、静电喷涂、浸渍、滚涂、刷涂等。一旦将底漆涂层组合物施加到基材的至少一部分，所述组合物就可以脱水和/或固化以形成底漆涂层。底漆涂层组合物可以例如在175℃至205℃的温度下脱水和/或固化，以形成底漆涂层。
发现本发明的多层涂层可以在比通常施加到如运载工具等汽车基材的其它涂层所需的更低的脱水/固化温度下形成。如此，本发明的多层涂层有助于降低成本，减少涂覆设备的数量，并加速整个涂覆工艺。
本发明还涉及一种制备多层涂层的方法。所述方法包含：通过将第一涂层组合物沉积到基材的至少一部分上，在基材的至少一部分之上形成第一底涂层；以及通过将第二涂层组合物直接沉积到以下的至少一部分上，在第一底涂层的至少一部分之上形成第二底涂层：(1)在第一涂层组合物脱水之后的第一底涂层；或(2)在第一底涂层组合物脱水之前的第一涂层组合物。第一底涂层组合物和第二底涂层组合物可以单独或同时脱水，并且然后如先前所描述地固化。任选地，通过将顶涂层组合物直接沉积在第二底涂层的至少一部分上，在第二底涂层的至少一部分之上形成顶涂层。当使用顶涂层时，底涂层和顶涂层可以同时固化。
基材可以任选地包括底漆涂层，并且通过将第一底涂层组合物直接沉积到底漆涂层的至少一部分上，在底漆涂层的至少一部分之上施加第一底涂层。底漆涂层可以通过在沉积第一底涂层组合物之前将底漆涂层组合物沉积到，如通过将可电沉积的涂层组合物电沉积到基材的至少一部分上来形成。
多涂层可以施加到如上文所描述的任何类型的基材，例如施加到汽车组装厂中的汽车部件。在一些实例中，在汽车组装厂中施加多层涂层期间，任选地，首先将金属基材传送到电沉积站，在所述电沉积站中，将底漆涂层组合物电沉积到金属基材之上并脱水和/或固化。然后将第一底涂层组合物直接施加在电沉积涂层之上，或者可替代地，在包括一个或多个涂层站的底涂层区中将所述第一底涂层组合物直接施加在基材的至少一部分之上。底涂层区可以位于电沉积烤箱的下游并且邻近所述电沉积烤箱。第一底涂层站具有一个或多个常规施加器，例如钟形或枪式施加器，其连接到第一底涂层组合物的源或与其流动连通。第一底涂层组合物可以通过在第一底涂层站处的一个或多个施加器在一次或多次喷射中施加，例如喷射在基材之上，以在基材之上形成第一底涂层。
第一底涂层可以用位于第二涂层站和/或第一涂层站下游和/或邻近第二涂层站和/或第一涂层站的常规干燥装置，如烘箱进行脱水。在施加第二底涂层组合物之后，如果第一底涂层已经预先脱水，则第二底涂层可以单独脱水。可替代地，当将第二底涂层组合物湿对湿地施加到第一底涂层组合物时，两种底涂层组合物可以同时脱水。然后可以使用烘箱使底涂层固化。
在第一底涂层组合物和第二底涂层组合物已经脱水和/或固化之后，可以在顶涂层站处将一个或多个常规顶涂层施加在底涂层之上。顶涂层站包含一个或多个常规施加器，例如钟形施加器，其连接到顶涂层组合物的源并且与其流动连通。烘箱位于顶涂层站的下游和/或邻近顶涂层站，以使顶涂层组合物单独或与底涂层同时脱水和/或固化。
美国专利第8,846,156号第3栏第1行到第4栏第43行和图1中描述了一种用于施加多层涂层的汽车组装厂的非限制性实例，所述美国专利通过引用并入本文。
实例
呈现了以下实例以说明本发明的一般原理。本发明不应被认为限于所呈现的具体实例。除非另有指示，否则实例中的所有份数和百分比都按重量计。
进一步地，在以下实例中，使用Brookfield工程公司(马萨诸塞州米德伯勒(Middleboro,MA))制造的Brookfield粘度计DV-II+Pro，使用2号转子以60RPM在25℃下测量Brookfield粘度。酸值和羟基值使用由Metrohm AG公司(瑞士赫里索(Herisau,Switzerland))制造的Metrohm 798MPT Titrino自动滴定仪根据ASTM D 4662-15和ASTM E1899-16分别确定。通过将初始样品重量与在110℃下暴露持续1小时之后的样品重量进行比较来测量非挥发性(固体)含量。
通过与800到900,000Da的线性聚苯乙烯标准物相关的凝胶渗透色谱法来测量聚合物样品的重均分子量和数均分子量。使用带有由Waters公司(马萨诸塞州米尔福德(Milford,MA))制造的Waters 2414差示折射计(RI检测器)的Waters 2695分离模块执行凝胶渗透色谱法。以1毫升/分钟的流速将四氢呋喃(THF)用作洗脱液。使用安捷伦科技公司(加利福尼亚州圣克拉拉(Santa Clara,CA))制造的两个PLgel Mixed-C(300×7.5mm)柱进行分离。本文所提供的pH测量结果是使用Fisherbrand-accumet AE150Benchtop pH计测量的。由赛默飞世尔科技公司(马萨诸塞州沃尔瑟姆(Waltham,MA))在室温(即23-25℃)下制造。干膜厚度使用Elcometer PG70ABDL精密测厚仪在室温(即23-25℃)下测量，所述测厚仪由Elcometer USA(英国曼彻斯特(Manchester,United Kingdom))制造。
比较实例1：
比较聚酯A的制备
将聚酯A制备为EP 1454971中所描述的聚酯A1。聚酯A的酸值为29-31。
实例2：
聚酯B的制备
根据本发明的聚酯B由表1中列出的组分制备。
表1
1可从Invista(堪萨斯州威奇托(Wichita,KS))商购获得的聚四亚甲基醚二醇2可从陶氏化学公司(密歇根州米德兰(Midland,MI))商购获得的二丙二醇甲醚
向配备有搅拌器、气体入口、温度计、小型填充柱和冷凝器的四颈5升反应烧瓶中添加装料1的内含物。将反应混合物加热至175℃的最高温度，并在去除水后每小时测量酸值。当酸值达到至少80时，温度降低至165℃。继续反应，直到切割粘度(60％于二甲苯中)处于V-Y的Gardner Holdt粘度范围内，其中基于总树脂固体，酸值为51至55。将温度降至130℃，并向反应混合物中添加装料2。然后将温度降至100℃，并通过向反应混合物中交替添加装料3和装料4来产生水性分散体。最终分散体在室温(即23-25℃)下的固体值为37％，Brookfield粘度为3000cps，并且pH为6.6。
比较实例3：
比较聚酯C的制备
聚酯C由表2中列出的组分制备。
表2
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向配备有搅拌器、气体入口、温度计、小型填充柱和冷凝器的四颈5升反应烧瓶中添加装料1的内含物。将内含物加热至175℃，并在去除水后每小时测量酸值。当酸值达到80时，将温度降至165℃，并继续反应，直到测量到酸值为76。然后将温度降至130℃，并向烧瓶中添加装料2。在冷却至100℃之后，通过向烧瓶中交替添加装料3和装料4来制备水性分散体。最终分散体在室温(即23-25℃)下的固体值为36％，Brookfield粘度为400cps，并且pH为6.5。
比较实例4：
比较聚酯D的制备
聚酯D由表3中列出的组分制备。
表3
3可从Invista(堪萨斯州威奇托(Wichita,KS))商购获得的聚四亚甲基醚二醇
向配备有搅拌器、气体入口、温度计、小型填充柱和冷凝器的四颈5升反应烧瓶中添加装料1的内含物。将内含物加热至175℃，并在去除水后每小时测量酸值。当酸值达到75时，将温度降至165℃，并继续反应，直到测量到酸值为65。然后将温度降至130℃，并向烧瓶中添加装料2。在冷却至100℃之后，通过向烧瓶中交替添加装料3和装料4来制备水性分散体。最终分散体在室温(即23-25℃)下的固体值为36％，Brookfield粘度为800cps，并且pH为6.6。
实例5-12
涂层的制备
根据表4中所示的量，使用以下方法制备涂层组合物。使用搅拌器将每种涂层组合物在塑料杯中混合，直到完全共混。一旦每种涂层组合物被完全共混，每种组合物在施加到测试板上之前被允许在环境条件下放置2-3小时。使用刮涂条将每种组合物施加到测试板。每个测试板都是一个4"x12"的钢基材，所述钢基材预涂覆有ED7400电泳涂层底漆(可从PPG工业公司(宾夕法尼亚州匹兹堡)商购获得)，所述钢基材根据制造商的建议进行加工和烘焙。将含有湿式刮涂涂层组合物的测试板在环境条件下放置至多5分钟，并且随后在烘箱中在80℃下烘烤30分钟。固化的涂层组合物的干膜厚度为15-18微米。在进行耐溶剂性测试之前，允许每个涂覆的测试板在环境条件下放置20分钟到60分钟。
表4
4可从Prefere Resins Holding GmbH公司(德国埃尔克纳(Erkner,Germany))商购获得的甲基化三聚氰胺甲醛树脂
涂层评估
使用以下程序对每种固化的涂层组合物进行耐溶剂性测试。将测试板放置在平坦坚固的表面上。将一块Fisher品牌4"x4"12层纱布放置在一(1)磅圆头锤的球端之上。使用橡胶带将其固定到测试面板上的纱布，这样就不会形成褶皱。用甲基乙基酮(MEK)浸透纱布。然后立即用锤子在测试区之上通过来回4-6英寸划动来摩擦浸透的纱布。向下或向上的压力不应施加在锤子手柄上，因为锤子本身的重量控制着向下的压力。每25次双摩擦，用MEK将纱布重新浸透。继续进行双摩擦，其中一次“双摩擦”包含向前和向后运动两者，直到裸露的基材暴露在进行摩擦的带的中心。表5中所示的测试结果表明了在摩擦带的中心暴露裸露的基材所需的双摩擦次数。应旋转纱布区，以供下一次测试设置。每次测试新区时，用于测试的纱布应始终旋转到新的斑点。单片4x 4纱布通常包含5-10个测试区。
表5
| 实例 | 耐溶剂性(MEK双摩擦) |
| 比较实例5 | 11 |
| 6 | 45 |
| 比较实例7 | 15 |
| 比较实例8 | 13 |
| 比较实例9 | 25 |
| 10 | 45 |
| 比较实例11 | 18 |
| 比较实例12 | 17 |
表5中的结果表明，与聚酯A(酸值为29-31)相比，聚酯B(酸值为51-55)的耐溶剂性显著更好。与聚酯B相比，聚酯C和聚酯D也表现出较差的耐溶剂性。基于总树脂固体含量，聚酯C或聚酯D的酸值分别为76和65。
尽管出于说明的目的已经在上文描述了本发明的特定实施例，但是对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的情况下可以对本发明做出许多细节变化。
Claims (25)
1.一种涂层组合物，其包括：
(a)三聚氰胺树脂，所述三聚氰胺树脂包括亚氨基官能团和羟甲基官能团，所述亚氨基官能团和所述羟甲基官能团一起占所述三聚氰胺树脂的总官能度的30摩尔％或更大；以及
(b)至少一种聚合物，所述至少一种聚合物与(a)具有反应性，由包括聚四氢呋喃和羧酸或其酸酐的组分获得，
其中所述聚四氢呋喃占形成所述聚合物(b)的所述组分的大于20重量％，并且
所述羧酸或其酸酐占形成所述聚合物(b)的所述组分的大于13重量％，并且
其中如果所述聚合物(b)不包括核-壳颗粒，则基于所述聚合物(b)的总树脂固体，所述聚合物的酸值在40到60的范围内；或者
其中所述与所述三聚氰胺树脂(a)具有反应性的聚合物(b)包括聚合物核-壳颗粒，其中所述核-壳颗粒的聚合物壳的至少一部分与所述核-壳颗粒的聚合物核的至少一部分共价键合，并且
其中所述核-壳颗粒的所述聚合物壳由以下组分获得，所述组分包括占形成所述聚合物壳的组分的大于20重量％的聚四氢呋喃以及占形成所述聚合物壳的组分的大于13重量％的羧酸或其酸酐，并且其中基于所述聚合物的形成所述聚合物壳的总树脂固体，所述聚合物壳的酸值在40到60的范围内。
2.根据权利要求1所述的涂层组合物，其中所述羧酸或其酸酐包括至少一个芳香族环，并且其中所述羧酸官能团或所述酸酐官能团与所述芳香族环直接键合。
3.根据权利要求1或2所述的涂层组合物，其中所述羧酸或其酸酐包括偏苯三酸酐。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的涂层组合物，其中所述核-壳颗粒的所述聚合物壳包括醚键和酯键、氨基甲酸酯键或其组合。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的涂层组合物，其中所述核-壳颗粒的所述聚合物壳包括羧酸官能团和羟基官能团。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的涂层组合物，其中所述核-壳颗粒的所述聚合物核包括衍生自烯属不饱和单体的加成聚合物。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的涂层组合物，其中所述与所述三聚氰胺树脂(a)具有反应性的聚合物(b)包括自乳化分散体聚合物。
8.根据权利要求7所述的涂层组合物，其中所述聚四氢呋喃占形成所述自乳化分散体聚合物的组分的大于40重量％。
9.根据权利要求7或8所述的涂层组合物，其中所述自乳化分散体聚合物包括醚键和酯键、氨基甲酸酯键或其组合。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的涂层组合物，其中所述与所述三聚氰胺树脂(a)具有反应性的聚合物(b)包括以下两者：(i)所述聚合物核-壳颗粒；以及(ii)所述自乳化分散体聚合物。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的涂层组合物，其中基于所述涂层组合物的总树脂固体，(a)所述三聚氰胺树脂占所述涂层组合物的5重量％到40重量％。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的涂层组合物，其中所述与所述三聚氰胺树脂(a)具有反应性的聚合物(b)占所述涂层组合物的总树脂固体的50重量％到90重量％。
13.一种基材，其至少部分地涂覆有由根据权利要求1至12中任一项所述的涂层组合物形成的涂层。
14.根据权利要求13所述的基材，其中所述基材形成运载工具的至少一部分。
15.根据权利要求13所述的基材，其中所述基材形成包装的至少一部分。
16.根据权利要求15所述的基材，其中所述包装包括金属罐、气溶胶罐或管或单片气溶胶罐或管。
17.一种多层涂层体系，其包括：
第一底涂层，所述第一底涂层施加在基材的至少一部分之上；以及
第二底涂层，所述第二底涂层施加在所述第一底涂层的至少一部分之上，
其中所述第一底涂层和所述第二底涂层中的至少一个由根据权利要求1至12中任一项所述的涂层组合物形成。
18.根据权利要求17所述的多层涂层体系，其进一步包括底漆涂层，所述底漆涂层施加在所述基材的至少一部分之上，其中所述第一底漆涂层定位于所述第一底涂层与所述基材之间。
19.根据权利要求17或18所述的多层涂层体系，其进一步包括顶涂层，所述顶涂层施加在所述第二底涂层的至少一部分之上。
20.一种用多层涂层涂覆基材的方法，所述方法包括：
通过将第一底涂层组合物沉积到基材的至少一部分上，在所述基材的至少一部分之上形成第一底涂层；以及
通过将第二底涂层组合物直接沉积到(1)所述第一底涂层组合物脱水后的所述第一底涂层或(2)所述第一底涂层组合物脱水前的所述第一底涂层组合物的至少一部分上，在所述第一底涂层的至少一部分之上形成第二底涂层，
其中所述第一底涂层组合物和所述第二底涂层组合物在20℃到90℃的范围内的温度下脱水两分钟或更短时间，并且
其中所述第一底涂层和所述第二底涂层中的至少一个由根据权利要求1至12中任一项所述的涂层组合物形成。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一底涂层组合物在施加所述第二底涂层组合物之前脱水。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其中所述第一底涂层组合物和所述第二底涂层组合物两者同时脱水。
23.根据权利要求22所述的方法，其中在脱水之后，基于所述第一底涂层和所述第二底涂层的总重量，所述第一底涂层和所述第二底涂层一起包括至少80重量％的固体含量。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的方法，其进一步包括在120℃或更低的温度下使所述第一底涂层和所述第二底涂层固化。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的方法，其进一步包括将顶涂层组合物施加在所述第二底涂层组合物的至少一部分之上，并在120℃或更低的温度下使所述第一涂层组合物和所述第二涂层组合物以及所述顶涂层组合物同时固化。
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