KR102544987B1 - 수성 코팅 조성물 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다단계 수성 에멀젼 폴리머, 음이온성 콜로이드성 실리카, 및 증점제를 포함하는, 수성 코팅 조성물을 제공한다. 수성 코팅 조성물은 우수한 물리적 안정성 및 투명성을 유지하면서 낮은 광택을 제공한다.

Description

수성 코팅 조성물 및 이를 제조하는 방법
본 발명은 수성 코팅 조성물 및 그러한 수성 코팅 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
투명한 탑 코트 조성물은 통상적으로 추가의 피니싱 층으로서 페인트된 기재에 도포된다. 투명한 탑 코트 층의 도포는 특히, 외부 표면, 예컨대 외부 건물 벽, 외부 마루, 및 자동차 부품에 만연해 있다. 투명한 탑 코트 층을 도포하는 주요 목적은 페인팅된 표면을 물리적 및 화학적 내후성 효과 (예컨대, 수분, 자외선, 및 분진 등)에 대해 보호하기 위한 무색의 "비가시적" 보호층을 제공하는 것이다. 그러나, 투명한 탑 코트를 페인팅된 표면에 도포한 후에, 코팅된 표면은 광에 노출될 경우 바람직하지 않게는 광택을 내는 경향이 있어, 이로 인해 하부 페인팅된 표면의 심미적 외관에 부정적인 영향을 미치는 의도하지 않은 눈부심 효과를 생성할 수 있음을 관찰하였다.
탑 코트 조성물에서 그러한 바람직하지 않은 광택 효과를 감소시키기 위한 통상적인 접근법은 미세-충전제, 예컨대 다공성 실리카 또는 안료를 소광제 (matting agent)로서 투명한 탑 코트 조성물에 첨가하는 것이다. 그러한 소광제는 광 반사를 분산시키고 따라서 그 반사 효과를 감소시키기 위해 코팅된 표면에 추가적인 표면 거칠기를 제공한다. 그러나, 소광제를 첨가하는 것은 탑 코트 조성물의 물리적 안정성에 부정적인 영향을 미치는 경향이 있다. 구체적으로, 소광제. 예컨대 미세-충전제는 침전되어 탑 코트층 내에 가시적 침강층을 형성하는 경향이 있다. 이러한 미세-충전제 층은 코팅된 표면의 선명도를 감소시킨다.
따라서, 허용 가능한 투명성과 우수한 물리적 안정성을 유지하면서 피니싱된 표면에 낮은 광택을 제공하는 탑 코트 조성물을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 발명자들은 놀랍게도 신규한 수성 코팅 조성물을 발견하였다. 다른 적용 중에서, 이 신규한 수성 코팅 조성물은 페인팅된 표면에 도포된 후에 낮은 광택을 제공할 뿐만 아니라 우수한 물리적 안정성 및 투명성을 나타내는 투명한 탑 코트로서 사용될 수 있다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 발명자들은, 일련의 실험을 통해, 특정 고분자량 다단계 수성 에멀젼 폴리머, 음이온성 콜로이드성 실리카, 및 특정 유형의 증점제, 특히 부분, 공정 조건 및 단계를 조합하면, 페인팅된 기재에 도포되는 경우, 낮은 광택 수 (즉, 60 °가드너 광택 스케일에서 20 이하), 우수한 투명성 수준 (즉, BYK 가드너 컬러-가이드 스피어 분광광도계에서 측정된 30 이하의 L* 값), 및 우수한 물리적 안정성 (즉, 코팅 조성물의 단면에 침전 층이 형성되지 않음)을 갖게 되는 수성 코팅 조성물을 초래할 것임을 발견하였다.
제1 양태에서, 본 발명은 9.81 내지 32.7의 산가 (acid number)를 가지며 50000 내지 1000000의 계산된 분자량을 갖는, 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 건조 중량을 기준으로 20 중량% 내지 80 중량%의 제1 폴리머; 및 0 내지 6.54의 산가를 가지며 50,000 내지 1,000,000의 계산된 분자량을 갖는, 상기 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 건조 중량을 기준으로 80 중량% 내지 20 중량%의 제2 폴리머를 포함하는 다단계 수성 에멀젼 폴리머; 음이온성 콜로이드성 실리카; 및 증점제를 포함하는 수성 코팅 조성물이다.
제2 양태에서, 본 발명은 (1) 9.81 내지 32.7의 산가를 가지며 50,000 내지 1,000,000의 계산된 분자량을 갖는, 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 건조 중량을 기준으로 20 중량% 내지 80 중량%의 제1 폴리머; 및 0 내지 6.54의 산가를 가지며 50,000 내지 1,000,000의 계산된 분자량을 갖는, 상기 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 건조 중량을 기준으로 80 중량% 내지 20 중량%의 제2 폴리머를 포함하는 다단계 수성 에멀젼 폴리머; (2) 음이온성 콜로이드성 실리카; 및 (3) 증점제를 포함하는, 수성 코팅 조성물을 형성하는 단계; 상기 수성 코팅 조성물을 기재에 도포하는 단계; 및 상기 도포된 수성 코팅 조성물을 건조시키거나 건조되도록 하는 단계를 포함하는, 코팅물을 제공하는 방법이다.
발명의 상세한 기술
본 발명의 한 구현예에서, 본 발명의 수성 코팅 조성물은 적어도 1종의 다단계 수성 에멀젼 폴리머를 포함한다. 이 다단계 수성 에멀젼 폴리머는 무수 폴리머 그램당 9.81 내지 32.7 mg KOH, 바람직하게는 13.08 내지 26.16의 산가를 갖는, 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 건조 중량를 기준으로 20 중량% 내지 80 중량%, 바람직하게는 40 중량% 내지 70 중량%의 제1 폴리머를 포함한다. 제1 폴리머는 50,000 내지 1,000,000의 계산된 수 평균 분자량 ("Mn") 및 50 ℃ 이하의 유리 전이 온도 ("Tg")를 갖는다. 이 다단계 수성 에멀젼 폴리머는 또한 0 내지 6.54, 바람직하게는 0 내지 5.23의 산가를 갖는, 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 건조 중량을 기준으로 80 중량% 내지 20 중량%, 바람직하게는 30 중량% 내지 60 중량%의 제1 폴리머를 포함한다. 제2 폴리머는 50,000 내지 1,000,000의 계산된 수 평균 분자량 ("Mn") 및 100 ℃ 이하의 유리 전이 온도 ("Tg")를 갖는다.
여기서, "다단계 수성 에멀젼 폴리머"란, 2종 이상의 상이한 폴리머 조성물의 순차적 첨가에 의해 제조된 에멀젼 폴리머를 의미한다. "제1 폴리머" 및 "제2 폴리머"란, 다단계 에멀젼 중합 공정에서 제조되었던 순서와 상관 없이 동일하거나 상이한 조성을 갖는 2종의 폴리머를 의미한다. "제1 폴리머"는 먼저 형성된 수성 에멀젼 폴리머를 의미한다. "제2 폴리머"는 제1 폴리머의 존재하에 형성된 수성 에멀젼 폴리머를 의미한다. 임의의 시드 (seed) 폴리머 또는 임의의 추가의 단계(들) 폴리머의 중량 또는 조성도 제1 폴리머 또는 제2 폴리머의 중량, 조성물, 산가, 또는 계산된 Tg에 포함되어서는 안됨을 주목한다.
본 발명의 일부 구현예에서, 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 제1 폴리머 및 제2 폴리머 각각은 전형적으로 적어도 1종의 비이온성 공중합된 에틸렌계 불포화 모노머, 예컨대, (메트)아크릴산 에스테르 모노머, 예컨대 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 노닐 아크릴레이트, 데실 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 하이드록시에틸 아크릴레이트, 하이드록시프로필 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 노닐 메타크릴레이트, 이소데실 메타크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 하이드록시에틸 메타크릴레이트, 및 하이드록시프로필 메타크릴레이트; (메트)아크릴로니트릴 우레이도-작용성 (메트)아크릴레이트 및 아세토아세테이트, 아세트아미드 또는 (메트)아크릴산의 시아노아세테이트; 스티렌 및 치환된 스티렌; 부타디엔; 모노에틸렌계 불포화 아세토페논 또는 벤조페논 유도체; 에틸렌, 프로필렌, 및 1-데센; 비닐 아세테이트, 비닐 부티레이트, 비닐 버사테이트 및 다른 비닐 에스테르; 비닐 모노머, 예컨대 염화비닐 및 염화비닐리덴; 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 용어 "(메트)"에 이어 다른 용어, 예컨대 본원에서 사용된 바와 같은 "(메트)아크릴레이트" 또는 "(메트) 아크릴아미드"의 사용은 각각 "아크릴레이트" 또는 "아크릴아미드" 및 "메타크릴레이트" 및 "메타크릴아미드" 둘 다를 언급함을 주목한다.
본 발명의 일부 구현예에서, 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 제1 폴리머 및 제2 폴리머는, 공중합된 단위로서, 1종 이상의 에틸렌계 불포화 음이온성 모노머를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 "에틸렌계 불포화 음이온성 모노머"는, 예를 들어, 중합 가능한 산, 무수물, 및 금속 이온 (예를 들어, Li, Na, K, Ca) 및 이의 암모늄 이온 염을 포함한다. 적합한 중합 가능한 에틸렌계 불포화 음이온성 모노머의 예는 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 포스포에틸 메타크릴레이트, 비닐 포스폰산, 알릴 포스폰산, 푸마르산, 말레산, 모노메틸 이타코네이트, 모노메틸 푸마레이트, 모노부틸 푸마레이트, 말레산 무수물, 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판설폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판설폰산의 나트륨 염, 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판 설폰산의 암모늄 염, 나트륨 비닐 설포네이트, 알릴 에테르 설포네이트의 나트륨 염 등, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 일부 바람직한 구현예에서, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 2-포스포에틸 메타크릴레이트, 또는 이들의 혼합물은 에틸렌계 불포화 음이온성 모노머로서 사용된다.
본 발명에 유용한 에멀젼 폴리머는, 공중합된 단위로서, 1종 이상의 작용성 기를 자기-가교결합제로서 갖는 1종 이상의 에틸렌계 불포화 모노머를 추가로 포함할 수 있다. 작용성 기는 카보닐, 아세토아세테이트, 알콕시실란, 우레이도, 아미드, 이미드, 아미노 기, 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 카보닐 기를 갖는 에틸렌계 불포화 모노머, 예컨대 디아세톤 아크릴아미드가 사용된다.
상기 논의된 바와 같이, 본 발명의 한 구현예에서, 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 제1 폴리머는 9.81 내지 32.7, 바람직하게는 13.08 내지 26.16의 산가를 갖는다. 제2 폴리머는 0 내지 6.54, 바람직하게는 0 내지 5.23의 산가를 갖는다. 이러한 산가는 제1 폴리머에서 공중합된 모노-에틸렌계 불포화 산 모노머를 기준으로 폴리머 내의 그램당 산의 밀리당량의 수를 결정하고, 수산화칼륨의 분자량을 곱함으로써 계산되었다. 산가 단위는 무수 폴리머 중량 그램당 밀리그램 KOH이다. 산 모노머는 카복실산 모노머, 예컨대 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 이타콘산, 푸마르산, 말레산, 모노메틸 이타코네이트, 모노메틸 푸마레이트, 모노부틸 푸마레이트, 및 말레이 무수물; 및 황 및 인-함유 산 모노머를 포함한다. 제1 폴리머 및 제2 폴리머 내로 공중합을 위한 바람직한 산 모노머는, 독립적으로, 카복실산 모노머이다. 더욱 바람직한 모노머는 (메트)아크릴산이다.
폴리머의 계산된 유리 전이 온도 ("Tg")는 화학 기술 분야에서 통상의 숙련가에게 익히 공지된 하기 "Fox 식"을 사용하여 계산된다:
Figure 112018060938920-pct00001
상기 식에서, Tg (계산값)는 코폴리머에 대해 계산된 유리 전이 온도이고, w(M1)는 코폴리머 중 모노머 M1의 중량 분율이고, w(M2)는 코폴리머 중 모노머 M2의 중량 분율이고, Tg(M1)는 M1의 호모폴리머의 유리 전이 온도이고, Tg(M2)는 M2의 호모폴리머의 유리 전이 온도이고, 모든 온도는 K 기준이다. 모노머의 유리 전이 온도는, 예를 들어, J. Brandrup 및 E.H. Immergut, Interscience Publishers에 의해 편집된 문헌 "폴리머 핸드북(Polymer Handbook)"에서 발견할 수 있다. 본 발명의 특정 구현예에서, 제1 폴리머의 계산된 Tg는 -36 ℃ 내지 50 ℃, 바람직하게는 -10 ℃ 내지 40 ℃이다. 다른 한편으로, 제2 폴리머의 계산된 Tg는 30 ℃ 내지 100 ℃, 바람직하게는, 40 ℃ 내지 83 ℃이다.
본 발명의 한 구현예에서, 제1 폴리머의 계산된 수 평균 분자량, ("Mn")은 50,000 내지 1,000,000, 바람직하게는 100,000 내지 800,000이다. 제2 폴리머의 계산된 Mn은 또한 50,000 내지 1,000,000, 바람직하게는 100,000 내지 800,000이다.
다단계 에멀젼 중합 공정에서, 적어도 2종의 상이한 폴리머는 순차적 방식으로 형성된다. 본 발명의 한 구현예에 따르면, 제2 폴리머가 제1 에멀젼 폴리머의 존재하에 에멀젼 중합에 의해 형성되는 다단계 에멀젼 중합 공정이 일어났다. 제1 폴리머의 중량은 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 총 건조 중량의 20 % 내지 80 %, 바람직하게는 40 % 내지 70 %이다. 제2 폴리머의 중량은 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 건조 중량의 20 % 내지 80 %, 바람직하게는 30 % 내지 60 %이다.
본 발명의 한 구현예에서, 예를 들어, 음이온성 및/또는 비이온성 유화제, 예컨대, 알칼리 금속 또는 암모늄 알킬 설페이트, 알킬 설폰산, 지방산, 및 옥시에틸화 알킬 페놀과 같은 통상적인 계면활성제가 사용될 수 있다. 사용된 계면활성제의 양은 통상적으로 수성 에멀젼 폴리머를 형성하기 위해 사용된 모노머의 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 6 중량%이다.
본 발명의 특정 구현예에서, 열 또는 산화환원 개시 공정은 중합 공정의 일부로서 사용될 수 있다. 적합한 자유 라디칼 개시제의 예는 과산화수소, 과산화나트륨, 과산화칼륨, t-부틸 하이드로퍼옥사이드, 암모늄 및/또는 알칼리 금속 퍼설페이트, 과붕산나트륨, 과인산, 및 이의 염; 과망간산칼륨, 및 과산화이황산의 암모늄 또는 알칼리 금속 염을 포함한다. 자유 라디칼 개시제는 전형적으로 모노머의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 3.0 중량%의 수준으로 사용될 수 있다.
적합한 환원제와 결합된 상기 기술된 개시제를 포함하는 산화환원 시스템은 또한 에멀젼 중합 공정에 사용될 수 있다. 적합한 환원제의 예는 나트륨 설폭실레이트 포름알데하이드, 아스코르브산, 이소아스코르브산, 황-함유 산의 알칼리 금속 및 암모늄 염, 예컨대 아황산나트륨, 바이설파이트, 티오설페이트, 하이드로설파이트, 설파이드, 하이드로설파이드 또는 디티오나이트, 포름아딘설핀산, 하이드록시메탄설폰산, 아세톤 바이설파이트, 글리콜산, 글리옥실산 수화물, 락트산, 글리세르산, 말산, 타르타르산 및 상기 산들의 염을 포함한다. 철, 구리, 망간, 은, 백금, 바나듐, 니켈, 크로뮴, 팔라듐, 또는 코발트의 금속 염을 촉매화하는 산화환원 반응이 사용될 수 있다.
또한, 단계를 위한 모노머 혼합물은 "순수하게" (즉, 임의의 다른 용매, 예컨대 물과의 사전 혼합 없이), 또는 수중 에멀젼으로서 첨가될 수 있다. 단계를 위한 모노머 혼합물은 단일 부가, 다중 부가 또는 균일하거나 다양한 조성을 사용하여 그 단계 동안 할당된 반응 기간에 걸쳐 연속적으로 첨가될 수 있다. 다른 첨가제, 예컨대 자유 라디칼 개시제, 산화제, 환원제, 중화제, 및 분산제가 중합 반응 전에, 그 동안에, 또는 그 후에 첨가될 수 있다.
특정 구현예에서, 중화제는 pH 조절을 위해 반응 기간 동안에 또는 그 후에 수성 에멀젼 폴리머에 첨가될 수 있다. 중화제는 무기 염기, 예컨대 수산화나트륨, 수산화칼륨, 인산의 염, 유기 아민, 예컨대 알킬 하이드록실아민, 및 암모니아로부터 선택될 수 있다. 단일 중화제 또는 상이한 중화제의 조합물의 선택은 일반적으로 냄새, VOC 수준, 수분 감도, 스크럽 내성, 블로킹 내성 등 간의 바람직한 균형에 의존한다. 본 발명의 특정 구현예에서, 암모니아 및 무기 염기, 예컨대 수산화칼륨 또는 수산화나트륨의 조합물을 첨가하여 잘 균형잡힌 코팅 특성을 제공하였다.
본 발명의 일부 구현예에서, 생성된 폴리머가 외부 코팅 적용에서 탑 코트 조성물에 적합한 필요한 물리적 내구성을 갖도록 수성 에멀젼 폴리머에 대해 고분자량 (즉, 50,000 초과의 Mn)을 달성하기 위해 수성 에멀젼 폴리머는 실질적으로 전달제를 함유하지 않는다. "실질적으로 전달제를 함유하지 않는"은 전달제가 의도적으로 수성 에멀젼 폴리머 내로 혼입되지 않음을 의미한다.
다단계 에멀젼 중합 공정은 통상적으로 적어도 2종의 상호 비혼화성 폴리머 조성물의 형성을 초래하여, 이로 인해 적어도 2개 상의 형성을 초래한다. 2종의 폴리머 조성물의 상호 비혼화성 및 생성된 폴리머 입자의 다상 구조는 당해 기술 분야에 공지된 다양한 방법으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 상 사이의 차이를 강조하기 위해 염색 기술을 사용하여 주사 전자 현미경을 사용하는 것이 그러한 기술이다. 다단계 수성 에멀젼 폴리머는 본원에서 코어/쉘 폴리머로서 언급된다. 폴리머 입자는 2개 이상의 상의 다양한 기하학적 형상, 예컨대, 코어/쉘 또는 코어/시스 (sheath) 입자, 코어를 불완전하게 캡슐화하는 쉘을 갖는 코어/쉘 입자, 및 다수의 코어를 갖는 코어/쉘 입자를 포함한다.
본 발명의 특정 구현예에서, 본 발명의 코팅 조성물 내의 수성 에멀젼 폴리머는, 코팅 조성물의 총 고체 중량을 기준으로 한 고체 중량으로, 46 % 내지 85 %, 바람직하게는 50 % 내지 80 %, 및 더욱 더 바람직하게는 60 % 내지 75 %의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명의 특정 구현예에서, 수성 코팅 조성물은 음이온성 콜로이드성 실리카를 추가로 포함한다. "음이온성 콜로이드성 실리카"는 적합하게는 안정화 양이온, 예컨대 K+; Na+; Li+; NH4 +; 유기 양이온; 1급, 2급, 3급 및 4급 아민; 및 이들의 혼합물의 존재하에, 전형적으로 물에 분산된 음이온성 무정형 이산화규소 (SiO2) 입자의 분산제를 언급한다. 음이온성 콜로이드성 실리카의 표면은 주로 화학식 Si-O-H를 갖는 하이드록실 기로 구성된다. 예를 들어, 실란-디올 (-Si-(OH)2), 실란-트리올 (-Si(OH)3), 표면 실록산 (-Si-O-Si-O-), 및 표면-결합 수를 포함하는 다른 기도 또한 존재할 수 있다. 음이온성 콜로이드성 실리카는 통상적으로 7.5 내지 11.5, 바람직하게는 8 내지 11의 pH 값을 갖는다.
음이온성 콜로이드성 실리카는, 예를 들어, 침전된 실리카, 퓸드 실리카, 발열성 실리카 또는 실리카 겔, 및 이들의 혼합물로부터 유도될 수 있다. 음이온성 콜로이드성 실리카 내의 실리카 입자는 변형될 수 있으며 다른 원소, 예컨대 아민, 알루미늄 및/또는 붕소를 함유할 수 있다. 붕소-변형된 콜리이드성 실리카 입자는, 예를 들어, 미국 특허 제2,630,410호에 기재된 것들을 포함할 수 있다. 알루미늄-변형된 콜리이드성 실리카는, 음이온성 콜로이드성 실리카의 총 고체 중량을 기준으로 한 중량으로, 약 0.05 % 내지 3 %, 및 바람직하게는 0.1 % 내지 2 %의 산화알루미늄 (Al2O3) 함량을 가질 수 있다. 알루미늄-변형된 콜리이드성 실리카를 제조하는 과정은, 예를 들어, 문헌 ["The Chemistry of Silica", by Iler, K. Ralph, pages 407-409, John Wiley & Sons (1979) 및 U.S. Pat. No. 5,368,833]에 추가로 기재되어 있다.
음이온성 콜로이드성 실리카의 실리카 함량은, 음이온성 콜로이드성 실리카의 중량을 기준으로 한 중량으로, 10 % 내지 80 %, 12 % 내지 70 %, 또는 15 % 내지 60 % 존재할 수 있다. 음이온성 콜로이드성 실리카 내의 실리카 입자는 약 2 내지 약 100 나노미터 (nm), 약 3 내지 약 70 nm, 약 4 내지 약 50 nm, 또는 약 5 내지 약 40 nm 범위의 평균 입자 직경을 가질 수 있다. 음이온성 콜로이드성 실리카 내의 실리카 입자는 20 내지 800 제곱미터/그램 (m2/g), 30 내지 780 m2/g, 또는 50 내지 750 m2/g의 비표면적을 가질 수 있다.
본 발명의 일부 구현예에서, 수성 코팅 조성물 내의 음이온성 콜로이드성 실리카는, 수성 코팅 조성물의 고체 중량을 기준으로 한 고체 중량으로, 10 % 내지 53 %, 및 바람직하게는 15 % 내지 49 %, 더욱 바람직하게는 20 % 내지 39 %의 양으로 존재할 수 있다. 적합한 상업적으로 구입 가능한 음이온성 콜로이드성 실리카는, 예를 들어, BINDZILTM 215, BINDZILTM 2040 및 BINDZILTM 40130 콜리이드성 실리카 (모두는 Akzo Nobel로부터 구입 가능함), 또는 LUDOXTM AS-40 콜리이드성 실리카 (W.R. Grace로부터 구입 가능함); 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
본 발명의 수성 코팅 조성물은 1종 이상의 증점제를 추가로 포함할 수 있다. 적합한 증점제의 예는 알칼린계 증점제, 예컨대 나트륨 또는 암모늄 중화된 아크릴산 폴리머를 포함하는 알칼리 팽윤성 에멀젼 (ASE) 뿐만 아니라 소수성으로 변형된 아크릴산 코폴리머를 포함하는 소수성으로 변형된 알칼리 팽윤성 에멀젼 (HASE)을 포함한다. 일부 구현예에서, 증점제의 농도는 수성 코팅 조성물의 건조 중량을 기준으로 1 % 내지 5 %, 바람직하게는 1.5 % 내지 4.5 %, 또는 더욱 더 바람직하게는, 2 % 내지 4 %이다.
일부 구현예에서, 본 발명의 수성 코팅 조성물은 임의로 실란 커플링제를 함유한다. 실란 커플링제의 예는 알킬 실란, 예컨대 (3-아미노프로필)트리에톡시실란, 감마-글리시독시프로필트리메톡시실란, 및 에틸 트리에톡시실란; 에폭시 실란; 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 실란 커플링제의 함량은 코팅 조성물의 고체 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%이다.
본 발명의 일부 구현예에서, 수성 코팅 조성물은 실질적으로 미세-충전제 비함유이다. "실질적으로 미세-충전제 비함유"란, 수성 코팅 조성물이 수성 코팅 조성물의 고체 중량을 기준으로 1 중량% 미만의 미세-충전제를 포함함을 의미한다. "미세-충전제"는 ASTM E2651-10 방법에 따라 1 내지 20 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 임의의 유기 또는 무기 입자를 언급한다. 미세-충전제의 예는 소광제, 안료, 충전제, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 본원의 "소광제"는 무광 효과 (matt effect)를 제공하는 임의의 무기 또는 유기 입자를 언급한다. 소광제는 실리카, 폴리우레아, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 또는 폴리테트라플루오로에텐 소광제; 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 소광제는 분말 또는 에멀젼 형태일 수 있다.
본 발명의 수성 코팅 조성물은 1종 이상의 습윤제를 추가로 포함할 수 있다. 본원에서 "습윤제"는 코팅 조성물의 표면 장력을 감소시켜, 수성 코팅 조성물이 기재의 표면 전체에 보다 쉽게 확산되게 또는 퍼지게 하는 화학 첨가제를 언급한다. 습윤제는 폴리카복실레이트, 음이온성, 또는 비이온성일 수 있다. 존재하는 경우, 습윤제의 농도는 수성 코팅 조성물의 고체 중량을 기준으로 한 중량으로, 0.1% 내지 2.5 %, 0.5 % 또는 2%, 또는 1 % 내지 1.5 %일 수 있다.
본 발명의 수성 코팅 조성물은 1종 이상의 소포제를 추가로 포함할 수 있다. "소포제"는 거품의 형성을 감소시키고 방해하는 화학 첨가제를 언급한다. 소포제는 실리콘계 소포제, 광유계 소포제, 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드계 소포제, 알킬 폴리아크릴레이트 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 존재하는 경우, 소포제의 농도는, 수성 코팅 조성물의 고체 중량을 기준으로 한 중량으로, 일반적으로 0.01 % 내지 1%, 0.05 % 내지 0.8 %, 또는 0.1 % 내지 0.5 %일 수 있다.
본 발명의 수성 코팅 조성물은 코팅 기술 분야에 익히 공지된 기술에 의해 제조될 수 있다. 한 구현예에서, 본 발명의 수성 코팅 조성물을 제조하는 공정은 다단계 수성 에멀젼 폴리머, 음이온성 콜로이드성 실리카, 증점제, 및 물을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 기술된 바와 같은 다른 임의의 성분이 또한 첨가될 수 있다. 수성 코팅 조성물 중의 성분은 임의의 순서로 혼합하여 본 발명의 수성 코팅 조성물을 제공할 수 있다. 상기-언급된 임의의 성분 중 임의의 것은 또한 혼합 동안에 또는 그 전에 조성물에 첨가되어 수성 코팅 조성물을 형성할 수 있다.
본 발명의 수성 코팅 조성물을 사용하는 공정은 수성 코팅 조성물을 기재에 도포하고, 상기 도포된 코팅 조성물을 건조시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 수성 코팅 조성물은 공지된 수단, 예컨대 브러슁, 침지, 롤링 및 분무에 의해 기재에 도포될 수 있다. 코팅 조성물은 바람직하게는 분무에 의해 도포된다. 표준 분무 기술 및 분무용 장비, 예컨대 에어-분무화된 분무기, 에어 분무기, 에어리스 분무기, 대용량 저압 분무기, 및 정전기 분무기, 예컨대 정전기 벨 적용, 및 수동 또는 자동 방법이 사용될 수 있다. 본 발명의 수성 코팅 조성물을 기재에 도포한 후에, 수성 코팅 조성물을 실온 (21-25 ℃)에서, 또는 상승된 온도, 예를 들어, 35 ℃ 내지 60 ℃에서 건조시키거나, 건조되도록 하여 필름을 형성할 수 있다.
본 발명의 수성 코팅 조성물은 다양한 기재에 도포되고 부착될 수 있다. 적합한 기재의 예는 목재, 금속, 플라스틱, 발포체, 돌, 엘라스토머성 기재, 유리, 직물, 또는 콘크리트를 포함한다. 상기 논의된 바와 같이, 본 발명의 수성 코팅 조성물은 외부 코팅 적용, 예컨대 외부 벽, 외부 마루, 및 자동차 코팅물을 위한 투명한 탑 코트로서 사용하기에 특히 적합하다. 수성 코팅 조성물은 산업 및 건축 코팅물용 투명한 탑 코트로서 사용하기에 특히 적합하다. 또한, 본 발명의 수성 코팅 조성물은 단독으로, 또는 다른 코팅물과 조합하여 사용되어 다층 코팅물을 형성할 수 있다.
실시예
하기 실시예는 본 발명의 이점을 설명한다. 달리 언급되지 않는 한, 모든 조건은 표준 압력과 실온이다.
사용된 원료
아래 표 1(a)-(d)는 본 발명의 특정 구현예에 따라 다단계 수성 에멀젼 폴리머를 제조하기 위해 사용될 수 있는 대표적인 원료를 나열한다. 더욱 구체적으로, 표 1(a)는 본 발명의 특정 구현예에 따라 다단계 수성 에멀젼 폴리머를 제조하기 위해 사용될 수 있는 화학물질을 나열한다. 표 1(a)는 또한 이러한 화학물질에 대한 약어, 각 물질에 대한 기능, 및 이러한 물질을 얻을 수 있는 상업적 공급업체를 나타낸다. 아래 표 1(b)는 본 발명의 특정 구현예에 따라 수성 코팅 조성물을 제조하기 위해 사용된 콜리이드성 실리카를 나타낸다. 아래 표 1(c)는 본 발명의 특정 구현예에 따라 수성 코팅 조성물을 제조하기 위해 사용된 증점제를 나타낸다. 아래 표 1(d)는 본 발명의 특정 구현예에 따라 수성 코팅 조성물을 제조하기 위해 첨가될 수 있는 추가의 물질을 나타낸다.
Figure 112018060938920-pct00002
Figure 112018060938920-pct00003
분석 방법
하기의 시험 방법은 본 발명 및 비교 수성 코팅 조성물 샘플을 분석하는데 사용된다.
주어진 수성 코팅 조성물 샘플의 광택 수준을 측정하기 위해, 코팅 조성물 샘플은 불투명 카드 상에 코팅하여 드로운다운 어플리케이터 (drawdown applicator)를 사용하여 100 마이크론-두께의 습윤 필름을 형성한다. 그 후 코팅된 기재를 일관된 온도 룸 (CTR: Consistent Temperature Room)에서 밤새 경화되도록 하였다. 60 °기하구조에서 건조 투명한 코팅물의 표면 광택은 BYK-가드너 MICRO-TRITM 20/60/85 광택 측정기를 사용하여 ASTM D523 방법에 따라 측정하였다. 상기 논의된 바와 같이, 투명한 탑 코트 조성물의 경우, 60 °기하구조에서 광택 수준은 20 이하여야 한다.
주어진 수성 코팅 조성물 샘플의 투명성 수준을 측정하기 위해, 투명성 시험을 수행하였다. 주어진 수성 코팅 조성물 샘플의 투명성을 측정하기 위해, 코팅 조성물 샘플은 불투명 카드 상에 코팅하여 드로운다운 어플리케이터를 사용하여 100 마이크론-두께의 습윤 필름을 형성한다. 그 후, 코팅된 기재를 일관된 온도 룸 (CTR)에서 밤새 경화되도록 하였다. 수득한 코팅 필름의 투명성을 평가하기 위해 BYK 가드너 컬러-가이드 스피어 분광광도계가 사용된다. 투명한 탑 코트 조성물의 경우, 블랙 부분 상의 투명성 값 (L*)은 30 이하여야 한다.
샘플 제조
단일-단계 수성 에멀젼 폴리머 (비교 수성 에멀젼 폴리머 A)의 제조
모노머 혼합물은 먼저 397 그램의 DI 수, 31 그램의 20 % E-1000A (계면활성제), 6.9 그램의 25 % RS-610 (계면활성제), 13.04 그램의 MAA, 734.6 그램의 MMA, 및 395.88 그램의 2-EHA를 혼합하여 제조하였다. 그 후, 추가의 1000 그램의 DI 수 및 115.3 그램의 20 % E-1000A를 반응기에 첨가하였다. 그 후, 반응기를 83 ℃로 가열하였다.
그 후, 43.64 그램의 모노머 혼합물, 16.3 그램의 DI 수와 혼합된 1.38 그램의 Na2CO3, 25 그램의 DI 수 중의 1.16 그램의 과황산암모늄 (APS, 개시제)을 5분의 기간에 걸쳐 반응기에 첨가하였다. 잔류 모노머 혼합물 및 62 그램의 DI 수 중에서 혼합된 1.16 그램의 APS를 120분의 기간에 걸쳐 반응기에 공급하였다. 반응기 내의 혼합물을 88 ℃에서 10분 동안 교반하여 반응이 일어나도록 하였다. 21 그램의 DI 수 중에서 혼합된 0.4 그램의 t-BHP (개시제), 및 21 그램의 DI 수 중에서 혼합된 0.23 그램의 IAA를 30분의 기간에 걸쳐 반응기에 점진적으로 첨가하였다. 마지막으로, 수산화암모늄 용액을 첨가하여 pH를 약 7.5로 조정하면서 50 ℃ 미만으로 반응기를 냉각시켰다.
다단계 수성 에멀젼 폴리머 A (본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 A)의 제조
모노머 혼합물 1은 196 그램의 DI 수, 31 그램의 20 % E-1000A, 13.97 그램의 MAA, 280.38 그램의 MMA, 및 395.88 그램의 2-EHA를 서서히 혼합하여 제조하였다. 모노머 혼합물 2는 115 그램의 DI 수, 6.9 그램의 RS-610, 457.47 그램의 MMA, 및 4.62 그램의 MAA를 서서힘 혼합하여 동시에 제조하였다.
반응기는 질소 퍼지하에 83 ℃까지 예열하였다. 그 후, 1.38 그램의 Na2CO3, 16.3 그램의 DI 수, 43.64 그램의 모노머 혼합물 1, 및 25 그램의 DI 수 중에서 혼합된 1.16 그램의 APS를 5분의 기간에 걸쳐 반응기에 첨가하였다. 그 후, 37 그램의 DI 수 중에서 혼합된 0.696 그램의 APS와 함께 잔류 모노머 혼합물 1을 72분의 기간에 걸쳐 반응기에 서서히 공급하였다. 모노머 혼합물 1의 첨가 완료시에, 반응을 88 ℃에서 5분 동안 유지하였다.
그 후, 모노머 혼합물 2는 48분의 기간에 걸쳐 반응기에 공급하였다. 모노머 혼합물 2의 도입과 함께, 25 그램의 DI 수 중에서 혼합된 0.46 그램의 APS는 반응기에 동시 공급하였다. 모노머 혼합물 2를 반응기에 첨가한 후에, 이를 유지하고 10분 동안 교반하여 반응이 일어나도록 하였다. 그 후, 21 그램의 DI 수 중에서 혼합된 0.4 그램의 t-BHP, 21 그램의 DI 수 중에서 혼합된 0.23 그램의 IAA는 30분의 기간에 걸쳐 반응기에 점진적으로 첨가하였다. 그 후, 수산화암모늄 용액을 첨가하여 pH를 약 7.5로 조정하면서 50 ℃ 미만으로 반응기를 냉각시켰다.
그 결과, 상기 방법을 사용하여 제조된 다단계의 본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 A 중의 제1 폴리머 및 제2 폴리머는 60/40 중량비를 가지며, 상기 제1 폴리머는 13.08의 산가를 가지며 상기 제2 폴리머는 6.5의 산가를 갖는다.
다단계 수성 에멀젼 폴리머 B (본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 B)의 제조
모노머 혼합물 1은 196 그램의 DI 수, 31.0 그램의 20 % E-1000A, 10.48 그램의 MAA, 395.88 그램의 2-EHA, 및 283.85 그램의 MMA를 서서히 혼합하여 제조하였다. 모노머 혼합물 2는 115 그램의 DI 수, 6.9 그램의 25 % RS-610, 459.78 그램의 MMA, 및 2.31 그램의 MAA를 서서히 홉한하여 제조하였다. 본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 B를 제조하기 위한 후속 단계는 상기 본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 A를 제조하는 것과 동일할 것이다.
그 결과, 상기 방법을 사용하여 제조된 다단계의 본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 B 중의 제1 폴리머 및 제2 폴리머는 60/40 중량비를 가지며, 상기 제1 폴리머는 9.81의 산가를 가지며 상기 제2 폴리머는 3.27의 산가를 갖는다.
다단계 수성 에멀젼 폴리머 C (본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 C)의 제조
모노머 혼합물 1은 196 그램의 DI 수, 31.0 그램의 20 % E-1000A, 13.98 그램의 MAA, 395.88 그램의 2-EHA, 및 280.38 그램의 MMA를 서서히 혼합하여 제조하였다. 모노머 혼합물 2는 115 그램의 DI 수, 6.9 그램의 25 % RS-610, 459.78 그램의 MMA, 및 2.31 그램의 MAA를 서서히 혼합하여 제조하였다. 본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 C를 제조하기 위한 후속 단계는 상기 본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 A를 제조하는 것과 동일할 것이다.
그 결과, 상기 방법을 사용하여 제조된 다단계의 본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 C 중의 제1 폴리머 및 제2 폴리머는 60/40 중량비를 가지며, 상기 제1 폴리머는 13.08의 산가를 가지며 상기 제2 폴리머는 3.27의 산가를 갖는다.
다단계 수성 에멀젼 폴리머 D (본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 D)의 제조
모노머 혼합물 1은 228 그램의 DI 수, 36.17 그램의 20 % E-1000A, 24.45 그램의 MAA, 461.86 그램의 2-EHA, 및 319.02 그램의 MMA를 서서히 혼합하여 제조하였다. 모노머 혼합물 2는 87.0 그램의 DI 수, 5.18 그램의 25 % RS-610, 345.88 그램의 MMA, 및 0.69 그램의 MAA를 서서히 혼합하여 제조하였다. 본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 D를 제조하기 위한 후속 단계는 상기 본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 A를 제조하는 것과 동일할 것이다.
그 결과, 상기 방법을 사용하여 제조된 다단계의 본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 A 중의 제1 폴리머 및 제2 폴리머는 70/30 중량비를 가지며, 상기 제1 폴리머는 19.62의 산가를 가지며 상기 제2 폴리머는 1.31의 산가를 갖는다.
다단계 수성 에멀젼 폴리머 E (본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 E)의 제조
모노머 혼합물 1은 310 그램의 DI 수, 41.5 그램의 20 % E-1000A, 27.95 그램의 MAA, 527.84 그램의 2-EHA, 및 364.59 그램의 MMA를 서서히 혼합하여 제조하였다. 모노머 혼합물 2는 81.0 그램의 DI 수, 3.45 그램의 25 % RS-610, 230.59 그램의 MMA, 및 0.46 그램의 MAA를 서서히 혼합하여 제조하였다. 본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 E를 제조하기 위한 후속 단계는 상기 본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 A를 제조하는 것과 동일할 것이다.
그 결과, 상기 방법을 사용하여 제조된 다단계의 본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 E 중의 제1 폴리머 및 제2 폴리머는 80/20 중량비를 가지며, 상기 제1 폴리머는 19.62의 산가를 가지며 상기 제2 폴리머는 1.31의 산가를 갖는다.
다단계 수성 에멀젼 폴리머 F (본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 F)의 제조
모노머 혼합물 1은 196 그램의 DI 수, 31.0 그램의 20 % E-1000A, 20.96 그램의 MAA, 390.98 그램의 2-EHA, 및 273.4 그램의 MMA를 서서히 혼합하여 제조하였다. 모노머 혼합물 2는 115.0 그램의 DI 수, 6.9 그램의 25 % RS-610, 360.23 그램의 MMA, 102.07 그램의 2-EHA, 및 0.92 그램의 MAA를 서서히 혼합하여 제조하였다. 본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 F를 제조하기 위한 후속 단계는 상기 본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 A를 제조하는 것과 동일할 것이다.
그 결과, 상기 방법을 사용하여 제조된 다단계의 본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 A 중의 제1 폴리머 및 제2 폴리머는 60/40 중량비를 가지며, 상기 제1 폴리머는 19.62의 산가를 가지며 상기 제2 폴리머는 1.31의 산가를 갖는다.
비교 코팅 조성물 A (비교 단일-단계 비교 수성 에멀젼 폴리머 A를 콜로이드성 실리카 및 증점제와 함께 혼입)의 제조
20 그램의 프로필렌 글리콜, 3 그램의 TRITON TM EF-106, 및 481.5 그램의 DI 수를 5분 동안 혼합한다. 그 후, 332 그램의 비교 폴리머 A 및 125 그램의 BINDZIL 2040을 충전시키고, 10분 동안 계속해서 혼합한다. 마지막으로, 12 그램의 텍사놀 (Texanol), 24 그램의 ASE-60, 및 2.5 그램의 AMP-95를 충전시키고, 10분 동안 혼합한다.
모든 다른 본 발명 및 비교 코팅 조성물의 제조
본 발명의 이점을 입증하기 위한 (아래 결과 섹션에 나타낸 바와 같이) 모든 다른 본 발명 및 비교 코팅 조성물의 제조 방법은, 수성 에멀젼, 콜로이드성 실리카, 및 증점제의 유형 및 양이 변경된 것을 제외하고는, 실질적으로 상기 기술된 비교 코팅 조성물 A의 제조 방법과 유사하다.
분석된 모든 코팅 조성물의 요약
본 발명을 구현하는 수성 코팅 조성물의 우수한 특성을 입증하기 위해, 다양한 주요 성분의 조합물을 갖는 다수의 코팅 샘플을 제조하고 분석하였다. 아래 표 2는 이러한 비교 및 본 발명의 수성 코팅 조성물을 나열한다.
첫 째, 단일-단계 수성 에멀젼 폴리머를 사용하여 제조된 코팅 조성물과 다단계 수성 에멀젼 폴리머를 사용하여 제조된 코팅 조성물을 비교하였다. 특히, 비교 코팅 조성물 A는 단일-단계 수성 에멀젼 폴리머, 음이온성 콜로이드성 실리카, 및 알칼리계 증점제를 사용하여 제조하였지만, 본 발명의 코팅 조성물 A-F는 다단계 수성 에멀젼 폴리머, 음이온성 콜로이드성 실리카, 및 알칼리계 증점제를 사용하여 제조하였다.
둘 째, 알칼리계 증점제 (ASE 및 HASE 증점제)를 사용하여 제조된 코팅 조성물과 비-알칼리계 증점제, 예컨대 소수성으로 변형된 에틸렌 옥사이드 우레탄 ("HEUR") 또는 셀룰로오스 에테르 ("HEC") 증점제로부터 제조된 코팅 조성물을 비교하였다. 특히, 본 발명의 코팅 조성물 G-I는 다단계 수성 에멀젼 폴리머, 콜리이드성 실리카, 및 HASE 증점제를 사용하여 제조하였다. 다른 한편으로, 비교 코팅 조성물 B 및 C는 다단계 수성 에멀젼 폴리머, 콜리이드성 실리카, 및 HUER 증점제를 사용하여 제조하였다. 비교 코팅 조성물 D는 다단계 수성 에멀젼 폴리머, 콜리이드성 실리카를 사용하였지만 증점제는 전혀 사용하지 않았다.
마지막으로, 상이한 양의 콜리이드성 실리카를 사용하여 제조된 코팅 조성물을 비교하였다. 특히, 비교 코팅 조성물 E, F, G, H는 각각 수성 코팅 조성물의 고체 중량을 기준으로 대략 0, 10, 50, 및 60 wt.%의 콜리이드성 실리카로 제조하였다. 다른 한편으로, 본 발명의 코팅 조성물 J 및 K는 각각 수성 코팅 조성물의 고체 중량을 기준으로 대략 15 및 40 wt.%의 콜리이드성 실리카로 제조하였다.
Figure 112018060938920-pct00004
Figure 112018060938920-pct00005
분석 결과
고분자량 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 효과
아래 표 3은 비교 코팅 조성물 A (단일-단계 비교 수성 에멀젼 폴리머 A를 사용하여 제조됨)와 본 발명의 코팅 조성물 A-F (고분자량 다단계의 본 발명의 수성 에멀젼 폴리머 A-F를 사용하여 제조됨) 사이의 광택 수준 및 물리적 안정성을 비교한다. 수성 코팅 조성물은 50 ℃의 온도로 설정된 오븐에서 10일 동안 두었다. 그 후, 샘플은 실리카 입자 침전의 결과로서 층의 존재에 대해 육안으로 검사하고, 광택 수준에 대해 측정하였다.
Figure 112018060938920-pct00006
표 3은, 50 ℃에서 10일의 열-에이징 후에, 모든 본 발명 및 비교 샘플이 허용 가능한 낮은 광택 수준 (즉, 60 °각에서 측정된 10 미만)을 나타냈음을 보여준다. 그러나, 비교 코팅 조성물 A에서, 실리카 입자 침전의 결과로서, 실리카 입자 침전물의 층은 샘플의 단면적에서 관찰되었다. 다른 한편으로, 본 발명의 코팅 조성물 A-F에서 실리카 침전 층이 관찰되지 않았다.
따라서, 실험 결과는 본 발명에 따른 다단계 에멀션 폴리머로 제조된 수성 코팅 조성물이 우수한 물리적 안정성을 갖는다는 것을 보여준다.
수성 코팅 조성물에서 사용된 상이한 증점제의 효과
아래 표 4는 본 발명의 코팅 조성물 D (ASE 증점제를 사용하여 제조됨), 본 발명의 코팅 조성물 G-I (HASE 증점제를 사용하여 제조됨), 및 비교 코팅 조성물 B 및 C (HEUR 및 HEC 증점제 각각을 사용하여 제조됨) 사이의 광택 수준을 비교한다. 어떠한 증점제 없이도 비교 코팅 조성물 D를 제조하였다.
Figure 112018060938920-pct00007
표 4는 다단계 수성 에멀젼 폴리머로 제조된 코팅 조성물에 대해서 조차도, 알칼린계 증점제 (본 발명의 코팅 조성물 D, G-H)를 사용하여 제조된 이러한 코팅 조성물이 비-알칼린계 증점제를 사용하여 제조된 이러한 코팅 조성물 (비교 코팅 조성물 B 및 C), 또는 임의의 증점제 없이 제조된 코팅 조성물 (비교 코팅 조성물 D)보다 훨씬 더 낮은 광택 수준을 나타냄을 보여준다. 또한, 실리카 침강 층은 비-알칼린계 증점제를 사용하여 제조된 비교 코팅 조성물 B 및 C에서 관찰되었다.
따라서, 실험 결과는 수성 코팅 조성물이 본 발명에 따른 다단계 수성 에멀젼 폴리머로 제조되었더라도, 알칼리계 증점제 (예컨대 ASE 및 HASE)를 포함하는 것은 광택 수준이 더 낮을 뿐만 아니라 물리적 안정성이 더 우수함을 보여준다.
코팅 조성물에 사용될 콜리이드성 실리카의 최적의 양
콜리이드성 실리카의 함유가 일반적으로, 일련의 실험을 통해, 코팅 조성물에서의 광택 수준을 감소시키는 것으로 입증되었지만, 본 발명자들은 코팅 조성물에 첨가될 콜로이드성 실리카의 양에 대해 최적의 범위를 결정하였다.
Figure 112018060938920-pct00008
상기 표 5는, 콜로이드성 실리카가 전혀 첨가되지 않았기 때문에, 비교 코팅 조성물 E 및 F (둘 다 다단계 수성 에멀젼 폴리머 및 ASE 증점제를 사용하여 제조됨)가 높은 광택 수준을 나타냄을 보여준다. 다른 한편으로, 비교 코팅 조성물 G 및 H는, 너무 많은 콜리이드성 실리카가 첨가되었기 때문에, 불량한 투명성 수준 (L* 값은 불투명 카드에서 30 초과이다)을 보여주었다. 따라서, 본 발명의 특정 구현예는 콜리이드성 실리카의 양에 대한 최적의 중량 범위가 수성 코팅 조성물의 고체 중량을 기준으로 약 15 내지 49 wt.%임을 보여준다.

Claims (14)

  1. 수성 코팅 조성물로서,
    (a) 다단계 수성 에멀젼 폴리머;
    (b) 음이온성 콜로이드성 실리카; 및
    (c) 증점제;를 포함하며,
    상기 다단계 수성 에멀젼 폴리머가, 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 건조 중량을 기준으로,
    20 중량% 내지 80 중량%의, 9 내지 33의 산가(acid number) 및 50,000 내지 1,000,000의 계산된 Mn을 갖는 제1 폴리머; 및
    80 중량% 내지 20 중량%의, 0 내지 7의 산가 및 50,000 내지 1,000,000의 계산된 Mn을 갖는 제2 폴리머;를 포함하고,
    상기 수성 코팅 조성물이, 수성 코팅 조성물의 고체 중량을 기준으로, 15 중량% 내지 49 중량%의 양으로 상기 음이온성 콜로이드성 실리카를 포함하는,
    수성 코팅 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 하기 (i), (ii), 또는 (i) 및 (ii) 둘다를 만족시키는, 수성 코팅 조성물:
    (i) 상기 다단계 수성 에멀젼 폴리머가, 수성 코팅 조성물의 고체 중량을 기준으로, 46 중량% 내지 80 중량%의 양으로 존재함;
    (ii) 상기 증점제가, 수성 코팅 조성물의 고체 중량을 기준으로, 1 중량% 내지 5 중량%의 양으로 존재함.
  3. 청구항 1에 있어서, 하기 (i), (ii), 또는 (i) 및 (ii) 둘다를 만족시키는, 수성 코팅 조성물:
    (i) 상기 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 상기 제1 폴리머가 13 내지 26의 산가를 가짐;
    (ii) 상기 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 상기 제2 폴리머가 0 내지 5의 산가를 가짐.
  4. 청구항 1에 있어서, 하기 (i), (ii), 또는 (i) 및 (ii) 둘다를 만족시키는, 수성 코팅 조성물:
    (i) 상기 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 상기 제1 폴리머가 -36℃ 내지 50℃의 유리 전이 온도를 가짐;
    (ii) 상기 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 상기 제2 폴리머가 30℃ 내지 100℃의 유리 전이 온도를 가짐.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 다단계 수성 에멀젼 폴리머가, 수성 코팅 조성물의 고체 중량을 기준으로, 0.1 내지 5 중량%의 실란 커플링제를 갖는, 수성 코팅 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 음이온성 콜로이드성 실리카가 8.5 초과의 pH 값을 갖는, 수성 코팅 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 증점제가 알칼리계 증점제인, 수성 코팅 조성물.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 알칼리계 증점제가 알칼리 팽윤성 에멀젼인, 수성 코팅 조성물.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 알칼리계 증점제가 소수성으로 변형된 알칼리 팽윤성 에멀젼인, 수성 코팅 조성물.
  10. 코팅물을 제공하는 방법으로서,
    (a) (1) 다단계 수성 에멀젼 폴리머, (2) 음이온성 콜로이드성 실리카 및 (3) 증점제를 포함하는 수성 코팅 조성물을 형성하는 단계;
    (b) 상기 수성 코팅 조성물을 기재에 도포하는 단계; 및
    (c) 상기 도포된 수성 코팅 조성물을 건조시키거나 건조되도록 하여 코팅을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 다단계 수성 에멀젼 폴리머가, 다단계 수성 에멀젼 폴리머의 건조 중량을 기준으로,
    20 중량% 내지 80 중량%의, 9 내지 33의 산가(acid number) 및 50,000 내지 1,000,000의 계산된 Mn을 갖는 제1 폴리머; 및
    80 중량% 내지 20 중량%의, 0 내지 7의 산가 및 50,000 내지 1,000,000의 계산된 Mn을 갖는 제2 폴리머;를 포함하고,
    상기 수성 코팅 조성물이, 수성 코팅 조성물의 고체 중량을 기준으로, 15 중량% 내지 49 중량%의 양으로 상기 음이온성 콜로이드성 실리카를 포함하고,
    상기 형성된 코팅이, 60 °가드너 광택 스케일에서 20 이하의 광택 수, 및 30 이하의 L* 값을 갖는,
    코팅물을 제공하는 방법.
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