KR20010101396A - 수성 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은

수지(a),

에틸렌 글리콜 n-펜틸 에테르 약 90중량% 이상을 함유하는 에틸렌 글리콜 펜틸 에테르를 포함하는 커플링 용매(b) 및

물(c)를 포함하는, 건축용 또는 산업용 피복물에 유용한 신규한 수성 조성물에 관한 것이다.

Description

수성 수지 조성물{Aqueous resin compositions}

도료 및 피복 산업은 더 우수한 제품 성능에 대한 요구를 충족시킬 신규한 제형을 지속적으로 찾고 있다. 또한, 도료 및 피복 산업은, 피복 제형을 기판에 도포하였을때, 휘발성 유기 용매가 환경내로 방출되는 것을 감소시키려는 감시 노력으로부터 증가하는 압력과 직면하고 있다. 이는, 수지가 수성(water-borne)이어서, 즉 물에 분산되거나 유화되어 있어서, 존재하는 휘발성 유기 용매의 양을 감소시키는 고성능 수지계 건축용 피복 제형을 개발하려는 노력을 산업적으로 촉진시킨다.

기판에 도포했을때, 허용가능한 막 형성 특성 및 기타 특성을 달성하기 위해 수성 피복 조성물내에 적합한 커플링 용매가 존재할 필요가 있다는 것은 익히 공지되어 있다. 피복 조성물에 사용되는 수지는 통상 물에 용해되지 않는다. 커플링 용매는 수지와 물 사이의 상호 용해도를 증가시켜, 피복 조성물의 균일성을 증가시키고, 보호 피복물로서 도포되는 경우, 그 성능을 개선시킨다. 통상, 단일 상 수지/물 혼합물을 특정비의 물 대 수지로 유지하기에 충분한 커플링 용매가 존재해야 한다. 커플링 용매로서 유용한 화합물이 비교적 고가이기 때문에, 그리고 피복 조성물에서 휘발성 유기 화합물의 존재를 감소시키기 위한 노력 차원에서, 존재하는 최소량의 용매를 사용하여 목적하는 결과를 달성하기 위해 고도의 커플링력 또는 커플링 효율을 갖는 용매를 발견해 낼 필요가 있다. 커플링력 효율은 "커플링 번호"로서 정량화될 수 있으며, 당해 번호는 임의의 물 대 수지 비에서 단일 상 시스템을 보장하는데 필요한 용매의 최소 mol%를 나타낸다.

글리콜 에테르는 유용한 커플링 용매로서 인지되어 왔다. 미시간주 디어본의 ESD/ASM, 진보 피복 기술 회의(1991년 6월 10일에서 12일) 진행시 제출된 문헌[참조: "Fundamentals of Glycol Ethers in Coupling Solvents", D. K. Pollock and R. J. LaTulip, The Dow Chemical Company]의 논설에서, 탄소수 1 내지 4의 알킬 그룹을 포함하는 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드로부터 제조된 글리콜 에테르의 커플링 효율이 다양한 탄화수소/물 혼합물에서 평가되었다. 에틸렌 글리콜 에테르, 특히 에틸렌 글리콜 부틸 에테르는 저급 탄화수소(예: 사이클로헥산 또는 데칸)와 물과의 혼합물에서 커플링제로서 충분히 작용하는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 에틸렌 글리콜 부틸 에테르를 포함하여, 시험한 모든 에틸렌 옥사이드계 글리콜 에테르는 물과 고급 탄화수소(예: 헥사데칸)와의 혼합물에서 커플링 용매로서 충분히 작용하기에는 지나치게 친수성이 큰 것으로 밝혀졌다.

미국 특허 제5,753,738호에는 커플링 용매로서 유용한 특정 알콕시 에톡시에탄올 화합물이 기재되어 있다. 이들 디에틸렌 글리콜 에테르의 커플링 효율은 헵탄과 물과의 혼합물 및 수성 수지 시스템에서 시험하며, 시판되는 커플링 용매(에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 헥실 에테르 및 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르)와 비교한다. 당해 특허 문헌의 표 1 내지 5의 데이타는, 시험한 시판되는 커플링 용매 중에서 에틸렌 글리콜 부틸 에테르의 커플링 효율이 가장 우수하고 에틸렌 글리콜 헥실 에테르와 함께 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르의 커플링 효율이 가장 비효율적이라는 것을 암시한다.

발명의 요약

본 발명에 따라, 본 발명자들은 헥사데칸과 물과의 혼합물에서 수행한 커플링 효율 시험에 의해 증명되는 바와 같이, 커플링 용매로서 유용한 특정 글리콜 에테르 조성물을 발견하였다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 수지 조성물, 물, 및 글리콜 에테르 조성물의 전체 중량 기준으로, 에틸렌 글리콜 n-펜틸 에테르 90중량% 이상을 함유하는 정상쇄 또는 직쇄 에틸렌 글리콜 펜틸 에테르 조성물을 주로 함유하는 커플링 용매를 함유하는 수성 조성물에 관한 것이다.

본 발명은 신규한 커플링 용매를 함유하며 건축용 또는 산업용 피복 조성물(예: 도료 및 보호 피복 제형)에 유용한 수성 수지 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 수성 조성물은 수지 조성물(a), 물(b) 및 커플링 효율이 당해 기술분야에서 지금까지 인지된 바 없는 새로운 글리콜 에테르 커플링 용매 성분(c)을 포함한다. 본 발명자들이 발견한 커플링 용매 성분은, 헥사데칸/물 혼합물에서 조성물의 전체 중량 기준으로, 에틸렌 글리콜 n-펜틸 에테르 90중량% 이상을 함유하는 정상쇄 또는 직쇄 에틸렌 글리콜 펜틸 에테르 조성물을 시험하는 경우, 예상외로 우수한 커플링 효율을 나타낸다. 더 많은 양의 에틸렌 글리콜 n-펜틸 에테르가 존재하면 커플링 효율이 개선되고, 커플링 용매 성분이 에틸렌 글리콜 n-펜틸 에테르 95중량% 이상을 함유하는 경우, 특히 우수한 결과가 수득된다.

에틸렌 글리콜 n-펜틸 에테르 90중량% 이상을 함유하는 에틸렌 글리콜 펜틸 에테르 커플링 용매 성분은 공지된 방법 및 기술을 사용하여 수득할 수 있다. 당해 생성물은 유리하게는 염기성 또는 산성 촉매의 존재하에 n-펜탄올 90중량% 이상을 함유하는 펜탄올을 에틸렌 옥사이드와 반응시켜 제조한다. n-펜탄올 90중량% 이상을 함유하는 펜탄올은 미국 특허 제3,527,809호, 제4,283,562호, 제4,593,011호, 제4,762,817호, 제4,769,498호, 제5,113,022호, 제5,180,854호 및 제5,364,950호에 기재되어 있는 옥소 기술을 직접 이용하거나, 공지된 기술을 사용하여 이성체를 10중량% 이상 함유하는 펜탄올 생성물을 적합하게 정제하여 제조할 수 있다. 본 발명에 사용된 에틸렌 글리콜 n-펜틸 에테르 생성물은 소량, 즉 10중량% 이하의 에틸렌 글리콜 2-메틸부틸 에테르 이성체를 함유하지만, 매우 독성인 종(예: 에틸렌 글리콜 3-메틸부틸 에테르)을 함유하는 이성체는 근본적으로 없다.

본 발명의 수성 조성물에 존재하는 에틸렌 글리콜 n-펜틸 에테르의 양은 숙련된 제형업자에 의해 용이하게 측정된 최적 양으로 존재하는 수지의 양 및 유형에 따라 가변적일 것이다. 통상적으로, 에틸렌 글리콜 n-펜틸 에테르 조성물은 수성 조성물의 전체 중량 기준으로, 약 0.2 내지 약 50중량%의 양으로 존재할 것이다.

본 발명의 수성 조성물은 에틸렌 글리콜 n-펜틸 에테르 이외에 기타 유기 용매를 함유할 것이다. 에틸렌 글리콜 n-펜틸 에테르와 함께 보조용매로서 유용할 수 있는 적합한 화합물은 익히 공지되어 있으며, 알콜, 글리콜, 글리콜 에테르, 글리콜 에테르 에스테르, 케톤, 에스테르, 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 니트릴, 아미드 및 탄산염으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 상기 화합물의 예로는 에탄올, 부탄올, 에틸렌 글리콜, 에틸렌 글리콜 에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 프로필 에테르, 에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 헥실 에테르, 디에틸렌 글리콜 에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 t-부틸 에테르 및 이들의 혼합물이 포함되지만, 이로써 한정되지는 않는다.

본 발명의 조성물에 유용한 수지는 소수성이 될 경향이 있으며, 도료 및 보호 피복물에 사용하기에 적합한 당해 기술분야에 공지되어 있는 수지일 수 있다. 상기 수지의 예로는 알키드, 에폭시, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 아크릴계, 비닐 수지, 스티렌 수지, 스티렌-아크릴계 수지, 스티렌-부타디엔 수지, 비닐 아세테이트 수지 및 이들의 혼합물이 포함되지만, 이로써 한정되지는 않는다. 통상, 본 발명의 수성 수지 조성물에 존재하는 수지의 양은 조성물의 전체 중량 기준으로, 약 10 내지 약 75중량%의 범위로 존재할 것이다. 에틸렌 글리콜 n-펜틸 에테르 커플링 용매는 알키드 수지와 함께 특히 유용하다.

도료 및 보호 피복물에 사용되는 경우, 본 발명의 수성 조성물은 익히 공지되어 있는 조성물 및 통상의 첨가제(예: 유동 조절제, 접착 촉진제, 습윤제, 가교결합제, 계면활성제, 가소제, 건조지연제, 살생물제, 소포제, 유동 조절제, 안료, 충전제 등)를 함유할 수 있다. 상기 첨가제는 숙련된 제형업자의 능력으로 충분히 선택하고 사용할 수 있다.

본 발명의 수성 조성물에 존재하는 물의 양은 존재하는 수지의 유형 및 양, 및 상기 조성물의 의도된 용도에 좌우될 것이다. 통상, 상기 조성물에 사용된 물의 양은 당해 조성물의 전체 중량 기준으로, 약 5 내지 약 75중량%의 범위일 것이다. 적합한 양의 물 및 각종 성분들이 본 발명의 수지 조성물을 제조하기 위해 혼합되는 방식은 숙련된 제형업자에 의해 선택될 수 있다.

실시예

시판용 에틸렌 글리콜 헥실 에테르(EGHE)와 본 발명의 글리콜 펜틸 에테르(EGPE) 화합물의 커플링 번호는 헥사데칸/물 시스템에서 측정한다. 시험한 본 발명의 에테르 화합물은 에틸렌 글리콜 n-펜틸 에테르 약 99중량%를 함유한다.

시험한 글리콜 에테르의 커플링 번호를 수득하기 위해, 24시간 이상 동안 항온 욕에서 평형화된 상의 조성 분석에 의해 25℃에서 수득한 상 조성 측정으로부터 물-EGHE-헥사데칸 및 물-EGPE-헥사데칸에 대해 3원 상 다이아그램을 작성한다. 수성 조성물은 칼 피숴(Karl Fisher) 적정법으로 검출하고, 글리콜 에테르 및 헥사데칸 조성물은 기체 크로마토그래피로 검출한다. 3원 시스템에 대한 상 경계는 3원 상 다이아그램에서 플롯팅된 데이타 점을 통해 도시한다. 물 대 헥사데칸의 임의의 비에서 단일상 시스템을 보장하기 위해 필요한 글리콜 에테르의 최소 mol%인 특정 글리콜 에테르에 대한 커플링 번호는 관련 3원 상 다이아그램의 상 경계 곡선으로부터 측정한다.

헥사데칸 3원 다이아그램으로부터 수득한 EGHE 및 EGPE에 대한 커플링 번호는 표 1에 나타내었으며, 초기에 논의한 문헌[참조: "Fundamentals of Glycol Ethers in Coupling Solvents")]에서 EGBE(다우 제품)에 대해 측정된 커플링 번호와 비교한다.

글리콜 에테르	커플링 번호
에틸렌 글리콜 부틸 에테르	61
*에틸렌 글리콜 n-펜틸 에테르	40
에틸렌 글리콜 헥실 에테르	41

^*본 발명

고급 탄화수소(예: 헥사데칸)가 수성 혼합물에 존재하는 경우, 알킬 쇄가 긴 글리콜 에테르는 알킬 쇄가 더 짧은 글리콜 에테르보다 커플링 번호가 작을 것이라고 기대된다. 이는, 사실상, 표 1에서 에틸렌 글리콜 부틸 에테르 및 에틸렌 글리콜 헥실 에테르에 대한 커플링 번호에 의해 나타낸 경우에 의해 입증된다. 그러나, 표 1에 나타낸 본 발명의 에틸렌 글리콜 n-펜틸 에테르 화합물에 대한 커플링 번호는 놀랍게도 기타 에테르에 비해 낮다. 다우 제품으로부터의 데이타 및 표 1에서의 데이타는 에틸렌 글리콜 펜틸 에테르가 헥사데칸 혼합물에 대해 커플링 번호가 50 이상일 것이라고 제시한다. 본 발명의 에틸렌 글리콜 펜틸 에테르의 커플링 번호는 펜틸 글리콜 에테르에 대해 예상되는 커플링 번호보다 20% 이상 낮다.

Claims (8)

1. 수지(a),

   에틸렌 글리콜 n-펜틸 에테르 약 90중량% 이상을 함유하는 에틸렌 글리콜 펜틸 에테르를 포함하는 커플링 용매(b) 및

   물(c)를 포함하는, 도료 및 보호 피복물에 유용한 수성 조성물.
2. 제1항에 있어서, 수지가 알키드 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지, 비닐 수지, 스티렌 수지, 스티렌-아크릴 수지, 스티렌-부타디엔 수지, 비닐 아세테이트 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 조성물.
3. 제2항에 있어서, 수지가 알키드 수지인 조성물.
4. 제1항에 있어서, 에틸렌 글리콜 펜틸 에테르가 에틸렌 글리콜 n-펜틸 에테르 약 95중량% 이상을 함유하는 조성물.
5. 제1항에 있어서, 수지가 조성물의 전체 중량 기준으로 하여, 약 10 내지 약 75중량%의 양으로 존재하는 조성물.
6. 제5항에 있어서, 에틸렌 글리콜 펜틸 에테르가 약 0.2 내지 약 50중량%의 양으로 존재하는 조성물.
7. 제1항의 수성 수지 조성물을 함유하는 건축용 또는 산업용 피복 조성물.
8. 제1항의 수성 수지 조성물을 유효량 막에 가함으로써 건축용 피복 조성물의 막 형성 특성을 개선시키는 방법.