JP2015531426A - 水性コーティング用界面活性剤 - Google Patents

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Abstract

式:【化1】の分岐アルキルアルコールエトキシレートオリゴマー、少なくとも1つのラテックスポリマーおよび水を含む水性コーティング組成物であって、式中、mは1〜3であり、nはMnが約1030〜約2400となるような平均数である、水性コーティング組成物を開示する。この組成物は、好ましくは二酸化チタン等の少なくとも1つの顔料も含む。この組成物は例えば建築物ラテックス塗料である。この組成物は、例えばアルキルフェノールエトキシレート(APE)界面活性剤を含まず、かつ低VOC(揮発性有機化合物)またはゼロVOCである。この組成物は、効果的に長いフィルムオープンタイムと優れた平面特性を有する。

Description

水性コーティング調合物用界面活性剤が開示される。調合物は低VOC(揮発性有機化合物)またはゼロVOCであってもよい。調合物はアルキルフェノールエトキシレート(APE)を含まないものであってもよい。
水性コーティングは、低VOCまたはゼロVOCであり、かつAPEを含まないことが望まれる。このような調合物では、十分な「フィルムオープンタイム」を達成することが困難である。コーティングを基材に塗布する際、効果的に塗布するには比較的遅いフィルム乾燥速度が必要である。乾燥工程中、塗布する間にもたらされ、刷毛筋や欠陥を生じさせる、動かない液体でチキソトロピックなコーティングの「段」が、消えることが望ましい。短いフィルムオープンタイムを有する調合物では、コーティングは平らにならず、従って、例えば刷毛目等が永久に刻まれる。
低VOCまたはゼロVOCであり、かつAPEを含まない水性コーティング調合物に十分なフィルムオープンタイムを与える界面活性剤が非常に望まれている。
驚くことに、低VOCまたはゼロVOCであり、かつAPEを含まない水性コーティング調合物に、特定の分岐アルキルアルコールエトキシレートオリゴマー界面活性剤が卓越したフィルムオープンタイムを与えることを見出している。この調合物は、優れた平面特性を有する。
したがって、
下記の式の分岐アルキルアルコールエトキシレートオリゴマー;
少なくとも1つのラテックスポリマー;および
水、
を含む水性コーティング組成物であって、下記の式中、mは1〜3であり、nはMnが約1030〜約2400となるような平均数である、水性コーティング組成物を開示する。
Figure 2015531426
分岐アルキルアルコールエトキシレートは、公知条件下、ゲルベアルコールおよびエチレンオキシドから調製する。条件は例えば「アルコールのポリオキシエチル化(Polyoxyethylationof Alcohol)」、Ind. Eng. Chem., 1957, 49(11), pp. 1875-1878において記
載されている。2−プロピルヘプタノールはペンタノールから誘導されるゲルベアルコールである。エトキシル化度であるnは、平均して約20〜約50である。好ましくは、エトキシル化度は平均して約30〜約50である。好ましくは、エトキシル化度は平均して約40〜約50でもある。好ましくは、エトキシル化度は平均して約25、約35または約45〜約50であってもよい。
分岐アルキルアルコールエトキシレートはオリゴマーであり、用語「n」が平均数である混合物である。
分岐アルキルアルコールエトキシレートオリゴマーは、その分子量によっても記述される。数平均分子量であるMnは、ゲル浸透クロマトグラフィーにより測定され、約1030〜約2400である。例えば、Mnは約1030、約1040、約1065、約1425、約1480、約1765、約1920、約2180、約2360または約2400であってもよい。Mnは、これらのうちの任意の値の範囲内の値であってもよい。
本発明の分岐アルキルアルコールエトキシレートのHLB(親水性/親油性バランス)は、好ましくは17以上である。好ましくは、HLBは18以上である。HLBは、0〜20のHLBを算出するグリフィン法に従って測定する。
使用する分岐アルキルアルコールエトキシレートオリゴマーの量は、水性コーティング組成物の全質量に基づき、約0.05質量%〜約5質量%である。好ましくは、コーティング組成物の全質量に基づき、約0.1質量%〜約3質量%の分岐アルキルアルコールエトキシレートを使用する。最も好ましくは、コーティング組成物の全質量に基づき、約0.2質量%〜約2質量%の分岐アルキルアルコールエトキシレートを使用する。他の好ましい実施形態は、コーティング組成物の全質量に基づき、約0.1質量%〜約1質量%である。
水性コーティング組成物において使用するラテックスポリマーは、好ましくはアクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸およびメタクリル酸エステルから成る群より選択される少なくとも1つのアクリルモノマーを含むモノマーから誘導される。さらにラテックスポリマーは、スチレン、アルファ−メチルスチレン、塩化ビニル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリル酸ウレイド、酢酸ビニル、分岐第三級モノカルボン酸のビニルエステル、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸およびエチレンから成る群より選択される1つまたはそれ以上のモノマーを任意に含むことができる。1,3−ブタジエン、イソプレンまたはクロロプレン等のC−C共役ジエンを含むことも可能である。好ましくは、モノマーは、アクリル酸n−ブチル、メタクリル酸メチル、スチレンおよびアクリル酸2−エチルヘキシルから成る群より選択される1つまたはそれ以上のモノマーを含む。ラテックスポリマーは通常、純粋アクリル(主モノマーとして、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステルを含む);スチレンアクリル(主モノマーとして、スチレンならびにアクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステルを含む);ビニルアクリル(主モノマーとして、酢酸ビニルならびにアクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステルを含む);ならびにアクリル化エチレン酢酸ビニルコポリマー(主モノマーとして、エチレン、酢酸ビニルならびにアクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステルを含む)から成る群より選択される。モノマーは、アクリルアミドもしくはアクリロニトリル等の他の主モノマー、および/またはイタコン酸もしくはメタクリル酸ウレイド等の1つまたはそれ以上の機能性モノマーも含むことができる。特に好ましい実施形態においては、ラテックスポリマーは、アクリル酸ブチル、アクリル酸エチルヘキシルおよびメタクリル酸メチルを含むモノマーから誘導される、アクリル酸ブチル/メタクリル酸メチルコポリマーまたはアクリル
酸エチルヘキシル/メタクリル酸メチルコポリマー等の純粋アクリルである。他の特に好ましい実施形態においては、ラテックスポリマーはアクリル酸ブチル/酢酸ビニルコポリマーである。ラテックスポリマー分散体は好ましくは約30〜約75%の固体を含み、平均ラテックス粒径は約70〜約650nmである。ラテックスポリマーは、好ましくは約5〜約60質量パーセント、より好ましくは約8〜約40質量パーセントの量で水性コーティング組成物中に存在する(すなわち、コーティング組成物の全質量に基づく、乾燥ラテックスポリマーの質量パーセント、つまり質量固体)。最も好ましくは、ラテックスポリマーは、コーティング組成物全体の質量に基づき、質量固体で約10%〜約45%存在する。
本発明の文脈においては、「ラテックスポリマー」という用語にはホモポリマーおよびコポリマーの両方が含まれる。
水性コーティング組成物は、好ましくは少なくとも1つの顔料も含む。本明細書において使用する場合、「顔料」という用語は、顔料、体質顔料およびフィラー等の非フィルム形成固体を包含する。好ましくは、少なくとも1つの顔料が、TiO(アナターゼ型またはルチル型の両方)、粘土(ケイ酸アルミニウム)、CaCO(粉砕形態または沈降形態の両方)、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、タルク(ケイ酸マグネシウム)、バライト(硫酸バリウム)、酸化亜鉛、亜硫酸亜鉛、酸化ナトリウム、酸化カリウム、およびそれらの混合物から成る群より選択される。適切な混合物には、ケイ素、アルミニウム、ナトリウムおよびカリウムの酸化物等の金属酸化物のブレンド、セライト(酸化アルミニウムおよび二酸化ケイ素、Celite Company)、アトマイト(ATOMITES)(English China Clay International)ならびにアタジェル(ATTAGELS)(BASF)が含まれる。より好ましくは、少なくとも1つの顔料がTiO、CaCOおよび/または粘土を含む。一般的には、顔料の平均粒径は、約0.01〜約50ミクロンである。例えば、水性コーティング組成物において使用するTiO粒子は、通常約0.15〜約0.40ミクロンの平均粒径を有する。顔料は、粉末またはスラリー形態で水性コーティング組成物に添加することができる。顔料は、組成物の全質量に基づき、好ましくは約5〜約70質量パーセント、より好ましくは約20〜約70質量パーセントの量で水性コーティング組成物中に存在する。
コーティング組成物は、1つまたはそれ以上の造膜助剤または融合助剤等の添加剤を任意に含有することができる。適切な造膜助剤または融合助剤には、高沸点極性溶媒等の可塑剤および乾燥遅延剤が含まれる。例えば分散剤、さらなる界面活性剤、湿潤剤、レオロジー改質剤、消泡剤、増粘剤、殺生物剤、防カビ剤、着色顔料または色素等の着色剤、ワックス、香料および共溶媒等の、他の従来のコーティング添加剤も、本発明に基づいて使用することができる。例えば、非イオン性界面活性剤および/またはイオン性(陰イオン性もしくは陽イオン性)界面活性剤を使用してポリマーラテックスを作製することができる。これらの添加剤は、コーティング組成物の全質量に基づき、通常0.01〜約15質量%、より好ましくは約1〜約10質量%の量で水性コーティング組成物中に存在する。
本発明の水性コーティング組成物は、好ましくはアルキルフェノールエトキシレート(APE)を含まない。すなわち、APE界面活性剤を本質的に含まないか、またはAPE界面活性剤を含まない。「本質的に含まない」とは、例えば全組成物質量に基づき、0.1質量%未満を意味する。
本発明の水性コーティング組成物は、好ましくは、低VOC(揮発性有機化合物)調合物であるか、またはゼロVOC調合物である。水性コーティングにおいて伝統的に使用されている揮発性有機化合物は、例えば融合助剤および不凍剤である。伝統的な融合助剤には、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチラートおよび安息
香酸2−エチルヘキシルが含まれる。伝統的な不凍剤には、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセロール、エタノール、メタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールおよびFTS−365(Inovachem Specialty Chem.製凍結/解凍安定化剤)が含まれる。本発明の水性コーティング組成物は、全組成物質量に基づき、好ましくは3質量%未満、より好ましくは1質量%未満の揮発性有機化合物を含む。本発明の水性コーティング組成物は、最も好ましくは揮発性有機化合物を本質的に含有しないか、揮発性有機化合物を含有しない。「本質的に含有しない」とは、例えば全組成物質量に基づき、0.1質量%未満を意味する。
本開示の目的では、揮発性有機化合物を、ヨーロッパ規定である標準大気圧において250℃以下の初期沸点を有する揮発性有機化合物として規定する。揮発性有機化合物を、米国EPA(環境保護庁)方法24に従って規定してもよい。
したがって、本発明の水性コーティング組成物は、10g/L未満、好ましくは5g/L以下のVOCレベルを有する。
水性コーティング組成物の残りは水である。水はラテックスポリマー分散体中に存在し、また、一般的に別でも添加する。通常、水性コーティング組成物は、組成物の全質量に基づき、約10質量%〜約85質量%、好ましくは約35質量%〜約80質量%の水を含む。換言すれば、水性コーティング組成物の全固体含有量は、組成物の全質量に基づき、通常約15質量%〜約90質量%、好ましくは約20質量%〜約65質量%である。
本発明の水性コーティング組成物は、建築物コーティング、紙コーティング、インク、ワニス、接着剤またはコーキング剤で有用である。好ましくは、本発明の水性コーティング組成物は建築物ラテックス塗料である。最も好ましくは、本発明の水性コーティング組成物は建築物ラテックス艶消し塗料であり、全組成物質量に基づき、約20質量%〜70質量%の顔料量を有する。艶消し塗料のラテックス固体は、全組成物質量に基づき、質量固体で約10%〜約45%で変化する。
本発明の水性コーティング組成物は、好ましくは、APE界面活性剤を本質的に含有しないかまたはAPE界面活性剤を含有せず、かつ揮発性有機化合物を本質的に含有しないかまたは揮発性有機化合物を含有せず、改善されたフィルムオープンタイムを有する。本発明の組成物は、優れた凍結/解凍安定性も有する。
本発明の建築物塗料は多様な基材に塗布してもよく、この基材には紙、木材、コンクリート、金属、ガラス、セラミックス、プラスチック、石膏および屋根用基材が含まれる。またはあらかじめ塗料を塗布してあるかもしくは下塗りをした基材に塗布してもよい。
以下の実施形態は、より詳細に本発明を示す。
実施形態1
下記の式の分岐アルキルアルコールエトキシレートオリゴマー、少なくとも1つのラテックスポリマーおよび水を含む水性コーティング組成物であって、下記の式中、mは1〜3であり、nはMnが約1030〜約2400となるような平均数である、水性コーティング組成物。
Figure 2015531426
実施形態2
上記の分岐アルキルアルコールエトキシレートのHLBが17以上である実施形態1の組成物。
実施形態3
上記の分岐アルキルアルコールエトキシレートにおいて、Mnが約1425〜約2400であり、HLBが18以上である実施形態1の組成物。
実施形態4
上記の分岐アルキルアルコールエトキシレートにおいて、Mnが約1765〜約2400であり、HLBが18以上である実施形態1の組成物。
実施形態5
上記の分岐アルキルアルコールエトキシレートが、組成物の全質量に基づき、約0.05質量%〜約5質量%、好ましくは約0.1質量%〜約3質量%、より好ましくは約0.2質量%〜約2質量%、最も好ましくは約0.1質量%〜約1質量%存在する、実施形態1〜4のいずれかの組成物。
実施形態6
上記のラテックスポリマーが、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸およびメタクリル酸エステルから成る群より選択される少なくとも1つのアクリルモノマーを含むモノマーから誘導され、このラテックスポリマーが、スチレン、アルファ−メチルスチレン、塩化ビニル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリル酸ウレイド、酢酸ビニル、分岐第三級モノカルボン酸のビニルエステル、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸およびエチレンから成る群より選択される1つまたはそれ以上のモノマーを任意に含む、実施形態1〜5のいずれかの組成物。
実施形態7
上記のラテックスポリマーが、純粋アクリル、スチレンアクリル、ビニルアクリルまたはアクリル化エチレン酢酸ビニルポリマーである、実施形態1〜6のいずれかの組成物。
実施形態8
上記のラテックスポリマーが、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチルヘキシルおよび酢酸ビニルから成る群より選択される2個またはそれ以上のモノマーを含むコポリマーである、実施形態1〜7のいずれかの組成物。
実施形態9
上記のラテックスポリマーが、乾燥ラテックスポリマーを組成物の全質量に基づいて、
約5〜約60質量パーセント、好ましくは約10〜約45質量パーセントの量で水性コーティング組成物中に存在する、実施形態1〜8のいずれかの組成物。
実施形態10
TiO、粘土、CaCO、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、タルク、バライト、酸化亜鉛、亜硫酸亜鉛、酸化ナトリウム、酸化カリウムおよびそれらの混合物から成る群より選択される1つまたはそれ以上の顔料を含む、実施形態1〜9のいずれかの組成物。
実施形態11
TiO、粘土およびCaCOから成る群より選択される1つまたはそれ以上の顔料を含む、実施形態1〜10のいずれかの組成物。
実施形態12
上記の顔料が、全組成物質量に基づき、約5〜約70質量パーセント、好ましくは約20〜約70質量パーセント存在する、実施形態10または11のいずれかの組成物。
実施形態13
アルキルフェノールエトキシレート界面活性剤を本質的に含まないか、またはアルキルフェノールエトキシレート界面活性剤を含まない、実施形態1〜12のいずれかの組成物。
実施形態14
全組成物質量に基づき、3質量%未満、好ましくは1質量%未満の揮発性有機化合物を含む、実施形態1〜13のいずれかの組成物。
実施形態15
揮発性有機化合物を本質的に含まないか、または揮発性有機化合物を含まない、実施形態1〜14のいずれかの組成物。
実施形態16
組成物が建築物コーティング、紙コーティング、インク、ワニス、接着剤またはコーキングである、実施形態1〜15のいずれかの組成物。
実施形態17
組成物が建築物コーティングである実施形態16の組成物。
実施形態18
mが2である実施形態1〜16のいずれかの組成物。
実施形態19
少なくとも1つのラテックスポリマーおよび水を含み、フィルムオープンタイムが増加した水性コーティング組成物を提供する、下記の式の分岐アルキルアルコールエトキシレートオリゴマーの用途であって、下記の式中、mは1〜3であり、nはMnが約1030〜約2400となるような平均数である用途。
Figure 2015531426
実施形態19に従属するさらなる実施形態は、実施形態1〜18の実施形態を反映する。
以下の実施例は本発明を例証する。他に指定されない限り、全ての部およびパーセントは質量による。
実施例1 市販のアクリルラテックス艶消し白色塗料におけるフィルムオープンタイム
Satkowski and Hsu, Ind. Eng. Chem., 1957, 49(11), pp. 1875-1878に記載のとおり、2−プロピルヘプタノールをエトキシル化する。高温で、窒素雰囲気下においてKOH触媒を使用してエトキシル化を行い、異なるエトキシル化度を達成する。試料1〜5を調製する。分子量をゲル浸透クロマトグラフィーにより測定する。
試料:1 2 3 4 5
Mn:719 1065 1425 1765 2180
同様にして、直鎖C12−C14アルコールの混合物を類似のエトキシル化度でエトキシル化する。試料6〜10を調製する。
試料:6 7 8 9 10
Mn:742 1107 1492 1949 1685
得られたエトキシル化2−プロピルヘプタノール界面活性剤(1〜5)は水溶性であり、50%質量濃度で水と混合する。ゲルは形成せず、溶液は取り扱いやすい。
直鎖アルキルアルコールエトキシレート(6〜10)は、全ての界面活性剤/水濃度でゲルを形成する。
しかしながら、15質量%のエトキシレート(1〜5)と85質量%の対応する直鎖C12−C14アルコールエトキシレート(6〜10)のブレンドでは、水との50質量%溶液が得られ、ゲルは形成しない。これらは標識試料11〜15である。
市販のアクリルラテックス艶消し白色塗料を入手する。上記のエトキシル化界面活性剤(水中50%)を100ガロンの塗料に対し5lbs.の濃度で後添加する。これは、全塗料組成物に基づき、0.5質量%の界面活性剤の添加剤濃度に相当する。塗料試料を撹拌し、一晩平衡化させ、試験前に撹拌する。界面活性剤の添加により、グリットや、分散体の他の不安定化兆候は生じない。
オープンタイム試験を以下のとおり行う:10ミル(mil)のブレードのフィルム流延機を使用して、試験試料を黒色Leneta基材上にドローダウンする。試料を引き延ば
した後すぐに、塗料フィルムに円形印を刻む。ドローダウン後1分において、第1の印を横切って刷毛筋をつける。同じ時間間隔で、同様に次の印をつける。この工程を、フィルムに印の端が「作用」できなくなるまで続ける。印が完全に作用しなくなったら、フィルムは「閉じた」と見なす。結果は以下の通りである。
Figure 2015531426
本発明の界面活性剤である試料2〜5および12〜15では、フィルムオープンタイムにおいて顕著な向上が見られる。
ゲル浸透クロマトグラフィーにより分子量を測定する。本発明のエトキシレートオリゴマーは非常に狭い多分散を有することがわかり、例えば約1.01〜約1.15である。

Claims (13)

  1. 式:
    Figure 2015531426
    の分岐アルキルアルコールエトキシレートオリゴマー;
    少なくとも1つのラテックスポリマー;および
    水、
    を含む水性コーティング組成物であって、式中、mは1〜3であり、nはMnが約1030〜約2400となるような平均数である、水性コーティング組成物。
  2. 前記分岐アルキルアルコールエトキシレートのHLBが17以上である請求項1記載の組成物。
  3. 前記分岐アルキルアルコールエトキシレートにおいて、Mnが約1425〜約2400、好ましくは約1765〜約2400であり、かつHLBが18以上である請求項1記載の組成物。
  4. 前記分岐アルキルアルコールエトキシレートが、前記組成物の全質量に基づき、約0.05質量%〜約5質量%、好ましくは約0.1質量%〜約3質量%、より好ましくは約0.2質量%〜約2質量%、最も好ましくは約0.1質量%〜約1質量%存在する、請求項1〜3のいずれかに記載の組成物。
  5. 前記ラテックスポリマーが、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸およびメタクリル酸エステルから成る群より選択される少なくとも1つのアクリルモノマーを含み、そして、スチレン、アルファ−メチルスチレン、塩化ビニル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリル酸ウレイド、酢酸ビニル、分岐第三級モノカルボン酸のビニルエステル、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸およびエチレンから成る群より選択される1つまたはそれ以上のモノマーを任意に含むモノマーから誘導される、請求項1〜4のいずれかに記載の組成物。
  6. 前記ラテックスポリマーが、乾燥ラテックスポリマーを該組成物の全質量に基づいて、約5〜約60質量パーセント、好ましくは約10〜約45質量パーセントの量で前記水性コーティング組成物中に存在する、請求項1〜5のいずれかに記載の組成物。
  7. TiO、粘土、CaCO、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、タルク、バライト、酸化亜鉛、亜硫酸亜鉛、酸化ナトリウム、酸化カリウムおよびそれらの混合物から成る群より選択される1つまたはそれ以上の顔料を含む、請求項1〜6のいずれかに記載の組成物。
  8. 前記顔料が、全組成物質量に基づき、約5〜約70質量パーセント、好ましくは約20
    〜約70質量パーセント存在する、請求項7記載の組成物。
  9. アルキルフェノールエトキシレート界面活性剤を本質的に含まないか、またはアルキルフェノールエトキシレート界面活性剤を含まない、請求項1〜8のいずれかに記載の組成物。
  10. 全組成物質量に基づき、3質量%未満、好ましくは1質量%未満の揮発性有機化合物を含む、請求項1〜9いずれかに記載の組成物。
  11. 揮発性有機化合物を本質的に含まないか、または揮発性有機化合物を含まない、請求項1〜10のいずれかに記載の組成物。
  12. mが2である請求項1〜11のいずれかに記載の組成物。
  13. 少なくとも1つのラテックスポリマーおよび水を含み、フィルムオープンタイムが増加した水性コーティング組成物を提供する、請求項1記載の分岐アルキルアルコールエトキシレートオリゴマーの用途。
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