JP5705998B2 - 低vocコーティングのための新規なジ安息香酸エステル系可塑剤/融合助剤のブレンド - Google Patents
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Description
a. 1,2−PGDB 20重量%
b. DEGDB/DPGDB 80/20 80重量%
本発明の新規なジ安息香酸エステルトリブレンドは、屋外および屋内の用途、例えば、光沢、半光沢および光沢のない塗料における種々の低VOC塗料ならびに建築用および工業用コーティング用の代用物のまたは許容できる代替物の可塑剤/融合助剤として使用され得る。
試験したコーティング:
2種の一般的な建築用ラテックス塗料エマルションおよび軽工業用塗料用途に一般的に使用される1種のエマルションを選択して、本発明のトリブレンドに対して一連の試験を行った。以下の表1に示すビニルアクリル樹脂エマルション(MFFT=12℃、Tg=19℃)を艶消屋内配合物用のポリマーとして選択し、表2に示すアクリル樹脂エマルション(MFFT 12℃未満)を屋内用半光沢配合物用のポリマーとして選択した。さらに、表3に示す比較的硬質の光沢アクリルコポリマーエマルション(MFFT=30℃超)を、追加の性能の検証を与えるために選択した。硬質アクリルコポリマーは、具体的には建築用塗料用途が意図されておらず、その代わりに軽工業用途に設計されていることが認められる。しかしながら、本発明のトリブレンド可塑剤/融合助剤の相溶性を調査するためにこのエマルションを選択した。
艶消ビニルアクリル樹脂塗料−体積含有率=34.8%およびPVC=58%
半光沢アクリル樹脂−体積含有率=33.7%およびPVC=29.8%
光沢アクリルコポリマー−体積含有率=18%およびPVC=35%。
塗料調製
摩砕用の原料を高速分散機で20分間混合した。次いで、樹脂を添加し、マスターバッチをより小さいバッチに分割した。それぞれの小バッチに、融合助剤、消泡剤および追加の水を添加した。次いで、塗料をさらに10分間混合し、試験前に一晩放置した。
湿潤塗料および膜形成−pH、粘度、KUおよびICI、凍結/融解、フローおよびレベリング、ウェットエッジ/オープンタイム、指触乾燥、スパッタ、低温膜形成、タッチアップ(RTおよび低温)および亀甲割れ。
1ガロンの塗料で用いられる融合助剤の量は、大量ではないが、VOC含量に寄与するあらゆる成分を最小化することが不可欠である。一般に比較的低いレベルで用いられる原料でさえも、VOCをかなり減少させるために変更することができる。オーブン試験は、揮発性および半揮発性成分のVOC寄与を比較する標準的な方法である。上で記載したとおりのオーブン試験を、表4に列挙した可塑剤/融合助剤、ならびにDIBP、BBP、およびDBPに対して行った。
塗料の評価を開始する前に、それぞれの融合助剤の効率性を上の表1、表2および表3に記載した基本塗料配合物において測定した。融合助剤の効率性の測定は、しばしば2成分の対で行い、融合助剤とベースエマルションとのブレンドのMFFTを測定する。この場合、それぞれの融合助剤の効率性レベルは、上に記載した塗料/コーティングのそれぞれにおいて40°F(4℃)で適切な膜形成を得るために必要とされる融合助剤の量(ポンド単位)を測定することによって確証した。この試験について、TXMBを効率性のための一次対照として用いたが、それが、依然としてこの種の試験における基準とみなされているからである。低VOC融合助剤について、最良の比較は、TEGDO(市販の低VOC融合助剤)である。
表6ないし表8は、上に記載したとおりの種々の融合助剤を用いて湿潤塗料または乾燥塗料について得られた性能データを示す。表でわかるように、性能は、pH、初期粘度(ストーマおよびICI)、熱安定性、フローおよびレベリング、亀甲割れ(艶消のみ、室温および低温)、タッチアップ(室温および低温)、色受容性、耐スパッタ性、および低温膜形成(密封および非密封基材の上での)を含めて、すべての場合で、それぞれの塗料について同様であった。融合助剤の選択は、これらの領域のすべてで性能を損なう可能性を有するので、これらのパラメータの大部分は、非常に重要と考えられる。より硬質の光沢アクリルコポリマー配合物については(表8)、データは、KF850S、X20およびTEGDOについて与えるのみである。
比較的低いVOC含量塗料またはコーティングにおいて欠点を有し得る塗料特性の一つは、耐凍結/融解性である。図2および図3は、艶消ビニルアクリル樹脂塗料および半光沢アクリル樹脂塗料に対して凍結/融解3サイクルについて得られた結果を示す。ジ安息香酸エステル融合助剤を有する艶消塗料は、新しい低VOC含量のTEGDO融合助剤を有するものよりも良い凍結/融解特性を有した。半光沢配合物について、ジ安息香酸エステル系融合助剤を用いる塗料のすべては、TEGDO対照よりも優れていたが、TXMBアルコールエステル対照と同様であった。光沢アクリルコポリマー配合物において、評価した系のすべては、凍結/融解3サイクル後に不合格であった。これらの結果に基づいて、本発明のトリブレンドは、艶消および半光沢配合物において一部の利点を与える。
融合助剤の種類は、塗料のウェットエッジ/オープンタイムに影響を与え得る。可塑剤が、揮発性融合助剤よりもより良くウェットエッジを広げることは公知である。図4、図5および図6は、本明細書で記載される可塑剤/融合助剤についてこの特性を説明するために得られたデータを提示する。評価した配合物についてウェットエッジまたはオープンタイムを検討するために用いた試験を表5に示し、考えられている他の現在の試験、例えば、ASTM D01委員会がこの塗料属性を説明するために検討しているものといくらか異なった。
光沢は、コーティングの膜形成の品質の良い指標である。図7に示したデータは、TEGDOを除いて、低VOC融合助剤のすべてが、TXMBと比較して半光沢配合物においていくらかより高い光沢を有したことを示す。TEGDOの場合、その光沢は、他の低VOCジ安息香酸エステル系融合助剤およびTXMB融合助剤よりも低かった。図8は、半光沢配合物についての結果を示し、KF850S(対照)、X20(発明トリブレンド)およびTEGDOの融合助剤のみを比較する。データは、低VOCジ安息香酸エステル融合助剤KF850S(対照)およびX20(発明トリブレンド配合物)が、TEGDOよりも半光沢配合物においていくらかより高い光沢をもたらしたことを示す。光沢アクリルコポリマー系において、図9に示されるとおりに、X20ジ安息香酸エステルブレンドは、TEGDOよりもわずかにより高い光沢を与えた。
ラテックス(または任意の)コーティング組成物中の融合助剤の仕事は、それがポリマーのための非常に揮発性の有機化合物または真の可塑剤であるかどうかにかかわらず、特に低温で、膜形成の過程を補助することである。融合助剤はまた、膜が乾燥後にコーティング性能に最小限の影響を与えるべきである。それらの相対的な耐久性によって、可塑剤が、膜特性、例えば、スクラブを減少させ得ることを想定し得るが、これは、必ずしもそうとは限らない。図10は、試験したジ安息香酸エステルが、艶消塗料においてTEGDOを配合したコーティングよりもわずかにより良い耐スクラブ性を有したことを示す。KF850SおよびTEGDOは、半光沢塗料において同様の耐スクラブ性を有し、本発明のトリブレンドX20は、半光沢塗料においてこれらの低VOC融合助剤の両方よりも性能が優れていた。
可塑剤に関する膜性能の別の指標は、耐ブロック性である。図12は、低VOC融合助剤を含有する半光沢塗料について得られた耐ブロック性データを示す。とりわけ、低VOC安息香酸エステル系可塑剤は、室温と高温の両方の7日間のブロッキング試験についてTEGDOより性能が優れていた。上記のとおり、性能を最適化するために配合を変更することは試みなかった。代わりに、この試験は、新世代の可塑剤/融合助剤トリブレンドプラットフォームを、低VOC膜形成助剤(他のジ安息香酸エステルブレンドを含む)に対する代用物または代替物として使用する実現可能性を実証した。
以下に、当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
[1]
ポリマーコーティング組成物に使用される低VOC融合助剤トリブレンド添加剤であって、
トリブレンド組成物の全重量に基づいて、
a.約10重量%〜約90重量%の範囲の量で存在するジ安息香酸ジエチレングリコールと、
b.約1重量%〜約50重量%の範囲の量で存在するジ安息香酸ジプロピレングリコールと、
c.約10重量%〜約90重量%の範囲の量で存在するジ安息香酸1,2−ジプロピレングリコールと
を含む、トリブレンド添加剤。
[2]
ジ安息香酸ジエチレングリコールが、少なくとも約60重量%の量で存在し、
ジ安息香酸ジプロピレングリコールが、少なくとも約5重量%の量で存在し、
かつ、
ジ安息香酸1,2−プロピレングリコールが、少なくとも約20重量%の量で存在する、
[1]に記載のトリブレンド添加剤。
[3]
前記ブレンドが、可塑剤トリブレンドの全重量に基づいて、80重量%の、ジ安息香酸ジエチレングリコールとジ安息香酸ジプロピレングリコールとの混合物であって、DEGDBとDPGDBの比は約4:1である混合物、および20重量%のジ安息香酸1,2−プロピレングリコールを含む、[1]に記載のトリブレンド添加剤。
[4]
低VOCコーティング組成物であって、
a.水性ポリマーエマルション、および
b.ジ安息香酸ジエチレングリコールと、ジ安息香酸ジプロピレングリコールと、ジ安息香酸1,2−プロピレングリコールとのトリブレンドを含む、非フタル酸エステル系の低VOC融合助剤
を含み、
前記融合助剤が、低揮発性を有し、伝統的な低VOC融合助剤に対して同等またはより良いウェットエッジ/オープンタイムおよび光沢評価、同等またはより良い耐スクラブ性および耐ブロック性を達成し、
前記コーティング組成物の粘度が、3サイクルの凍結/融解後に安定なままである、
低VOCコーティング組成物。
[5]
トリブレンドの全重量に基づいて、
ジ安息香酸ジエチレングリコールが、約10重量%〜約90重量%の範囲の量で存在し、
ジ安息香酸ジプロピレングリコールが、約1重量%〜約50重量%の範囲の量で存在し、
ジ安息香酸1,2−プロピレングリコールが、約10重量%〜約90重量%の範囲の量で存在する、
[4]に記載の低VOCコーティング組成物。
[6]
トリブレンドの全重量に基づいて、
ジ安息香酸ジエチレングリコールが、約60重量%を超える量で存在し、
ジ安息香酸ジプロピレングリコールが、約15重量%を超える量で存在し、
ジ安息香酸1,2−プロピレングリコールが、約20重量%を超える量で存在する、
[5]に記載の低VOCコーティング組成物。
[7]
前記ポリマーエマルションが、ラテックス、ビニルアクリル樹脂、半光沢アクリルまたは光沢アクリルコポリマーエマルションである、[4]に記載の低VOCコーティング組成物。
[8]
前記水性ポリマーエマルションが、酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニルおよびそれらのコポリマー;塩化ビニリデン;フマル酸ジエチル;マレイン酸ジエチル;ポリビニルブチラール;ポリウレタンおよびそのコポリマー;ポリスルフィド;硝酸セルロース;ポリアルキルメタクリレート、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレートもしくはアリルメタクリレート;種々の芳香族メタクリレート、例えば、ベンジルメタクリレート;種々のアルキルアクリレート、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレートもしくは2−エチルヘキシルアクリレート;種々のアクリル酸、例えば、メタクリル酸;ビニルアクリル樹脂;スチレン化アクリル樹脂;アクリル−エポキシハイブリッド;エポキシ樹脂、フェノール−ホルムアルデヒドポリマー;メラミン樹脂;またはそれらの混合物を含む、[4]に記載の低VOCコーティング組成物。
[9]
a.ラテックス、ビニルアクリル樹脂またはアクリルコポリマーを含むポリマーエマルション、ならびに
b.非フタル酸エステル系融合助剤トリブレンドであって、トリブレンドの全重量に基づいて、
i.80重量%の、ジ安息香酸ジエチレングリコールとジ安息香酸ジプロピレングリコールとの混合物であって、DEGDBとDPGDBの比は約4:1である混合物、および
ii.20重量%のジ安息香酸1,2−プロピレングリコール
を含む、低VOCコーティング組成物。
Claims (9)
- ポリマーコーティング組成物に使用される低VOC融合助剤トリブレンド添加剤であって、
トリブレンド組成物の全重量に基づいて、
a.10重量%〜90重量%の範囲の量で存在するジ安息香酸ジエチレングリコールと、
b.1重量%〜50重量%の範囲の量で存在するジ安息香酸ジプロピレングリコールと、
c.10重量%〜90重量%の範囲の量で存在するジ安息香酸1,2−プロピレングリコールと
を含む、トリブレンド添加剤。 - ジ安息香酸ジエチレングリコールが、少なくとも60重量%の量で存在し、
ジ安息香酸ジプロピレングリコールが、少なくとも15重量%の量で存在し、
かつ、
ジ安息香酸1,2−プロピレングリコールが、少なくとも20重量%の量で存在する、
請求項1に記載のトリブレンド添加剤。 - 前記ブレンドが、可塑剤トリブレンドの全重量に基づいて、80重量%の、ジ安息香酸ジエチレングリコールとジ安息香酸ジプロピレングリコールとの混合物であって、DEGDBとDPGDBの比は4:1である混合物、および20重量%のジ安息香酸1,2−プロピレングリコールを含む、請求項1に記載のトリブレンド添加剤。
- 低VOCコーティング組成物であって、
a.水性ポリマーエマルション、および
b.ジ安息香酸ジエチレングリコールと、ジ安息香酸ジプロピレングリコールと、ジ安息香酸1,2−プロピレングリコールとのトリブレンドを含む、非フタル酸エステル系の低VOC融合助剤
を含み、
前記融合助剤が、低揮発性を有し、伝統的な低VOC融合助剤である、ジ安息香酸ジプロピレングリコール、ジ安息香酸ジエチレングリコールまたはジ−2−エチルヘキサン酸トリエチレングリコールに対して同等またはより良いウェットエッジ/オープンタイムおよび光沢評価、同等またはより良い耐スクラブ性および耐ブロック性を達成する低VOCコーティング組成物。 - トリブレンドの全重量に基づいて、
ジ安息香酸ジエチレングリコールが、10重量%〜90重量%の範囲の量で存在し、
ジ安息香酸ジプロピレングリコールが、1重量%〜50重量%の範囲の量で存在し、
ジ安息香酸1,2−プロピレングリコールが、10重量%〜90重量%の範囲の量で存在する、
請求項4に記載の低VOCコーティング組成物。 - トリブレンドの全重量に基づいて、
ジ安息香酸ジエチレングリコールが、60重量%を超える量で存在し、
ジ安息香酸ジプロピレングリコールが、15重量%を超える量で存在し、
ジ安息香酸1,2−プロピレングリコールが、20重量%を超える量で存在する、請求項5に記載の低VOCコーティング組成物。 - 前記ポリマーエマルションが、ビニルアクリル樹脂、半光沢アクリル、光沢アクリルコポリマーエマルションまたは他のラテックスポリマーエマルションである、請求項4に記載の低VOCコーティング組成物。
- 前記水性ポリマーエマルションが、ポリ酢酸ビニルおよびそのコポリマー、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体;ポリ塩化ビニリデン;ポリフマル酸ジエチル;ポリマレイン酸ジエチル;ポリビニルブチラール;ポリウレタンおよびそのコポリマー;ポリスルフィド;硝酸セルロース;アルキルメタクリレート、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレートもしくはアリルメタクリレートのポリマー;種々の芳香族メタクリレート、例えば、ベンジルメタクリレートのポリマー;種々のアルキルアクリレート、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレートもしくは2−エチルヘキシルアクリレートのポリマー;種々のアクリル酸、例えば、メタクリル酸のポリマー;ビニルアクリル樹脂;スチレン化アクリル樹脂;アクリル−エポキシハイブリッド;エポキシ樹脂、フェノール−ホルムアルデヒドポリマー;メラミン樹脂;またはそれらの混合物を含む、請求項4に記載の低VOCコーティング組成物。
- a.ラテックス、ビニルアクリル樹脂またはアクリルコポリマーを含むポリマーエマルション、ならびに
b.非フタル酸エステル系融合助剤トリブレンドであって、トリブレンドの全重量に基づいて、
i.80重量%の、ジ安息香酸ジエチレングリコールとジ安息香酸ジプロピレングリコールとの混合物であって、DEGDBとDPGDBの比は4:1である混合物、および
ii.20重量%のジ安息香酸1,2−プロピレングリコール
を含む、低VOCコーティング組成物。
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