MX2010012688A - Composiciones de polimero acuosas que exhiben tiempo disponible incrementado con niveles reducidos de compuestos organicos volatiles. - Google Patents
Composiciones de polimero acuosas que exhiben tiempo disponible incrementado con niveles reducidos de compuestos organicos volatiles.Info
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Abstract
Además de actuar como plastificantes efectivos, ciertos poliésteres líquidos funcionales de ácido, carboxilato y de hidroxilo que son líquidos a 25°C se pueden utilizar como reemplazos por lo menos parciales para los compuestos orgánicos más volátiles convencionalmente utilizados como coalescentes y/o mejoradores de propiedad en composiciones formadoras de película acuosas. Las composiciones resultantes exhiben valores de VOC reducidos con relación a las composiciones de la técnica previa que exhiben niveles comparables de aplicación y propiedades de recubrimiento.
Description
COMPOSICIONES DE POLIMERO ACUOSAS QUE EXHIBEN TIEMPO DISPONIBLE INCREMENTADO CON NIVELES REDUCIDOS DE COMPUESTOS
I
ORGÁNICOS VOLÁTILES
i Campo de la Invención
: Esta invención se relaciona a composiciones de polímero formadoras de película acuosas, más particularmente, esta invención se relaciona a composiciones que contienen niveles relativamente bajos de compuestos orgánicos volátiles (VOC's) en donde 1) las partículas de un polímero formador de película son capaces de coalecer o conglutinarse a
I
'temperaturas por abajo de la temperatura de transición vitrea
¡del polímero; 2) las composiciones son resistentes a la
Igelación durante ciclos repetidos de congelación y 'descongelación; y 3) se incrementan los tiempos disponibles i de las composiciones. Estos objetivos se logran al reemplazar por lo menos parcialmente los aditivos volátiles de la técnica previa con los poliésteres considerablemente menos volátiles de la presente invención. Las composiciones incluyen pero no están limitadas a recubrimientos (incluyendo pinturas), películas de autosoporte, adhesivos, sellantes, tintas, barnices de sobreimpresión , materiales de calafateo y composiciones de polímeros similares.
TÉCNICA PREVIA RELACIONADA
El uso de poliésteres como plastificantes para una variedad de composiciones de polímero orgánicas es bien conocido. Las patentes que divulgan este, uso incluyen la Patente Norteamericana No. 6,933,337, expedida a Lang y colaboradores. Los poliésteres descritos en esta patente contienen unidades terminales no reactivas y se preparan Utilizando alcoholes monofuncionales y/o ácidos carboxilicos i
además del ácido(s) dicarboxilico ( s ) , dietilenglicol y por lo menos un diol adicional.
t La Patente Norteamericana No. 6,111,004 de Biesiada
;y colaboradores, divulga plastificantes de poliéster para 'cloruro de polivinilo derivado de un propanodiol y un ácido
I
idicarboxilico alifático lineal que contiene de 6 a 14 átomos [de carbono. Loa poliésteres se terminan con ácidos I monocarboxílieos y por lo tanto no contienen grupos !terminales funcionales.
i El uso de poliésteres con unidades terminales
J funcionales o no funcionales como plastificantes para una \ variedad de polímeros, incluyendo pero no limitado a cloruro j de polivinilo, se describe en las siguientes Patentes ¡ Norteamericanas: 5,281,647; 7,135,524; 4,436,784 de Earhart, ! 3,194,776 de Caldwell y 4,272,428 de Lindner y colaboradores, i Los poliésteres de la Patente de Caldwell se pueden utilizar
! en ya sea pinturas a base de aceite o de agua.
Un artículo por Azim y colaboradores, que apareció i
en Polymer International, 47(3); 303-10(1998) contiene ¡ evaluaciones de propiedad física comparativas para un número t
I
I
i
I I
I
? J
de poliésteres funcionalmente terminados utilizados como plastificantes para cloruro de polivinilo.
Las composiciones de polímero acuosas empleadas, por ejemplo, como recubrimientos, tintas, adhesivos, materiales de calafateo y sellantes típicamente requieren la ?
presencia de compuestos orgánicos relativamente volátiles tales como alcoholes, glicoles, ésteres y éteres de glicol para lograr las propiedades deseables. Estas propiedades
I
incluyen pero no están limitadas al tiempo disponible, desarrollo de borde húmedo, la habilidad de las partículas i
¡del polímero formador de película para coalecer a
¡'temperaturas por abajo de la temperatura de transición vitrea
Jde los polímeros, la resistencia a la gelación de la
¡composición durante ciclos repetidos de congelación y ?
¡ descongelación y la adhesión, nivelación, trabaj abilidad, j desarrollo de brillo, y la resistencia a la frotación y los i solventes orgánicos exhibidos por las películas y [recubrimientos aplicados utilizando las composiciones.
^ Recientemente varios gobiernos nacionales y ' regionales han expedido restricciones concernientes a las cantidades de compuestos orgánicos volátiles (VOC s) que pueden estar presentes en composiciones propuestas para el ! uso como recubrimientos, tintas, sellantes, adhesivos y ' aplicaciones relacionadas. Estas restricciones han iniciado , esfuerzos por los fabricantes y formuladores de estas
j
I
f
composiciones a buscar maneras para eliminar y por lo menos reducir la concentración de VOC s en composiciones de polímero tanto acuosas como no acuosas sin afectar adversamente las propiedades benéficas impartidas por estos compuestos.
La Patente Norteamericana No. 6,762,230, la cual se 'expidió a L. Brandenburger y colaboradores, enseña la
¦disminución- del nivel de V.O.C. en composiciones de
[recubrimiento acuosas que contienen polímeros de látex al : reemplazar los coalescentes convencionales tal como Texanol©
! (monoisobutirato de 2 , 2 , , -trimetil-1 , 3-pentanodiol ) con
¡
productos de reacción de peso molecular relativamente bajo de ¡ 1) lactonas con alcoholes monohídricos o 2) ásteres
¡ glicidílicos con ácidos monocarboxí lieos . Las composiciones
I
t de recubrimiento que contienen estos productos de reacción ! exhibieron valores de V.O.C. inferiores que un recubrimiento ¡ preparado utilizando Texanol®. Cuando se evaluó la : frotabilidad, los recubrimientos que contienen un poliéster ¡ de esta invención y Texanol® fueron equivalentes.
: La Patente Norteamericana No. 5,236,987, la cual se i expidió a illiam D. Arendt el 17 de Agosto de 1993 enseña la ' utilización de ásteres de ácido benzoico de alcoholes monohídricos que contienen de 8 a 12 átomos de carbono como í
I reemplazos para coalescentes convencionales para ,' composiciones de recubrimiento acuosas. Las composiciones de pintura de látex que contienen benzoato de isodecilo como el eoalescente exhibieron valores de resistencia de frotación i
que fueron por lo menos equivalentes a unos que contienen Texanol®. El contenido de V.O.C. del benzoato de isodecilo es aproximadamente 22%.
! La Patente Norteamericana No. 6,794,434 de Collins i
y colaboradores, enseña la utilización de surfactantes como reemplazos para co-solventes orgánicos en pinturas a base se ¡agua.
; La Patente Norteamericana No.- 5, 422, 392 de Floid
¡enseña la eliminación de solventes coalescentes orgánicos • relativamente volátiles en composiciones de recubrimiento
¡acuosas al polimerizar un polímero formador de película tal
¡ como acetato de polivinilo en la presencia de oligómero de i
I peso molecular relativamente bajo tal como un poliéster. El
¡
¡poliéster puede contener unidades terminales funcionales o no ; funcionales. El peso molecular promedio en número de estos oligómeros es de 300 y 10,000. El grado de polimerización de ! estos oligómeros está entre 2 y 100, mucho más de preferencia i entre 2 y 20.
! La Patente Norteamericana No. 7,217,758 de Buckmann
: y colaboradores, describe composiciones de recubrimiento j acuosas con tiempos disponibles prolongados. Las
¡ composiciones contienen un polímero formador de película ; dispersado y un oligómero reticulable que se puede utilizar
I
I
i
en combinación con un oligómero no reticulable. Los óligómeros deben cumplir con una formula matemática compleja que involucra un número de factores que afectan la viscosidad ele la fase continua en el secado de la película de pintura, y por consiguiente el tiempo disponible de la composición de ¦recubrimiento .
¡ La Patente Norteamericana No. 7,144,945 de Martin y
¡colaboradores, describe composiciones de recubrimiento acuosas con tiempos disponibles ¦ prolongados. Las ¡composiciones contienen un oligómero dispersable en agua no
¡reticulable, un polímero formador de película dispersado y un
I
¡ co-solvente opcional. Las composiciones tienen tiempo
I
i disponibles de por lo menos 20 minutos, tiempos de borde i húmedo de por lo menos 10 minutos, tiempos libres de j pegajosidad de menor que 24 horas y viscosidades de i
j equilibrio de 5,000 poises. Los óligómeros preferidos son ¡ dispersables en agua e incluyen óxidos de polietileno y
¡ óligómeros que contienen grupos que son dispersables en agua o se pueden hacer reaccionar con un ácido o base para : hacerlos dispersables en agua. El oligómero puede ser lineal ¡ o ramificado. Los óligómeros adecuados incluyen poliuretanos, i poliésteres. y polímeros de vinilo. Los seis óligómeros
¡ ejemplificados incluyen solamente un poliéster lineal, que se ¡ prepara de ácido adípico y butanodiol y exhibe un número de i ácido de 40 mg . KOH/g. Este poliéster no se evalúa en
Í
I
cualquiera de las composiciones de pintura divulgadas.
: Un objetivo de esta invención es reemplazar los
I
coalescentes relativamente volátiles de la técnica previa con poliésteres menos volátiles. Una desventaja aparente de este procedimiento es que la concentración más alta resultante de líos coalescentes menos volátiles en el producto final tal jcomo un recubrimiento o sellante seria esperado que afecta ¡adversamente las propiedades físicas tal como la resistencia ¡a la frotación y solventes.
! Un segundo objetivo es reducir el nivel de VOC de i las composiciones de polímero acuosas al reducir ' la concentración de los compuestos orgánicos volátiles de la técnica previa tales como etilen y propilenglicol requeridos para lograr un nivel dado de propiedades de la película y i estabilidad del paquete, un término utilizado en esta t
! especificación para incluir la estabilidad al calor y la i resistencia a la gelación de la composición de polímero í
! durante los ciclos de congelación y descongelación.
¡
La presente invención esta basada en el : descubrimiento de que ciertos poliésteres líquidos funcionalmente terminados se pueden utilizar como reemplazos por lo menos parciales para los compuestos orgánicos más volátiles convencionalmente utilizados para aumentar el desempeño en recubrimientos acuosos y otros tipos de j composiciones de polímero acuosas. Además de ser plastificantes efectivos, estos poliésteres extienden el tiempo disponible, mejoran la estabilidad del paquete y promueven la coalescencia de las composiciones de polímero acuosas en niveles relativamente bajos de compuestos orgánicos volátiles. Utilizando poliésteres preferidos, los
¡niveles de las propiedades de recubrimiento deseables i
¡logradas, tales como la resistencia a la frotación y los 'solventes, son por lo menos . equivalentes a las propiedades de
I
; los recubrimientos preparados utilizando composiciones que
I
) contienen concentraciones significativamente más altas de ¡estos compuestos orgánicos volátiles.
. ! BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Esta invención proporciona composiciones formadoras i de película acuosas de bajo o cero VOC que exhiben propiedades características de las composiciones con niveles ¡ de VOC más altos, las composiciones que comprenden
¡ A . por lo menos un polímero orgánico formador de
I
¡ película emulsificado o dispersado;
í
B. como un plastificante y aditivo mejorador de ' propiedad, de 1 a 200 por ciento en peso, basado en el
¡ polímero orgánico, de un poliéster que exhibe un peso i
molecular promedio en peso de 1,000 a 100,000 y que incluye unidades de repetición de la fórmula general -OR^O (O) CR2C (O) - y unidades terminales de por lo menos una fórmula general seleccionada del grupo que consiste de -O (O) CR2C (O) OX y - OR1OH, en donde R1 es por lo menos un miembro seleccionado del grupo que consiste de radicales alquilenó lineales y ramificados que contienen de 2 a 10 átomos de carbono y - '(R30)nR3-, R? es por lo menos un miembro seleccionado del 'grupo que consiste de radicales alquilenó lineales y ¡ramificados que contienen de 1 a 10 átomos de carbono, y los ¡fenilenos isoméricos; R3 es por lo menos un miembro
1 seleccionado del grupo que consiste de radicales alquilenó i
i
¡ lineales y ramificados que contienen de 2 a 8 átomos de carbono, X se selecciona del grupo que consiste de hidrógeno, un metal alcalino o NH4+, y n es un número entero de 1 a , inclusive; y
C. agua;
en donde las propiedades aumentadas por el aditivo comprenden tiempo disponible prolongado, estabilidad de borde húmedo, estabilidad de paquete, la habilidad de películas líquidas formadas de las composiciones para coalescer o conglutinarse a temperaturas en o abajo de la temperatura formadora de película mínima del polímero orgánico y el aumento de las propiedades de aplicación de la composiciones.
En modalidades preferidas de los presentes poliésteres, R1 contiene de 4 a 8 átomos de carbono, R3 contiende 2 o 3 átomos de carbono, n es 2 o 3 y las unidades terminales de los poliésteres son -0 (O) CR2C (O) OH .
Como se utiliza en esta especificación el término I
; ??
"estabilidad de paquete" se define como la combinación de estabilidad al calor de la composición de recubrimiento en su i
recipiente y la resistencia de esta composición a la gelación durante ciclos repetidos de congelación y descongelación.
: Los polímeros orgánicos adecuados para el uso con - las presentes composiciones incluyen pero no están limitados |a homopolímeros y copolímeros de ésteres de ácido acrílico y ¡metacrílico, copolimeros de ésteres de ácido acrílico y imetacrílico de los mismos con estireno, monómeros de vinilo y I
'etileno, copolímeros de acetato de vinilo/etileno, ! poliuretanos , polímeros de epóxido, polímeros acrílicos ,' modificados con epóxido, y mezclas que contienen dos o más de i
1 los polímeros mencionados en lo anterior. En modalidades í
i preferidas de las presentes composiciones el polímero ! formador de película se selecciona del grupo que consiste de i
,' acrílico, copolímeros de vinilo/acrílico, polímeros acrílicos I estirenados, acetato de polivinilo y copolímeros de acetato ! de vinilo/etileno.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
. . Los poliésteres líquidos de esta invención son
¡ modificadores adecuados para una variedad de composiciones de i polímero acuosas, que incluyen pero no limitadas a composiciones de recubrimiento, materiales de calafateo, tintas, adhesivos, barnices de sobreimpresión, sellantes, ; composiciones capaces de formar películas de autosoporte y
i
i 1 I
composiciones similares. Además de los presentes poliésteres líquidos las composiciones de polímero incluyen por lo menos un polímero orgánico formador de película emulsificado o dispersado, agua y, típicamente, uno o más compuestos ¦ orgánicos miscibles en agua cuyas funciones incluyen pero no .están limitadas a coalescentes, surfactantes y modificadores de película.
Los presentes poliésteres líquidos por lo menos 'parcialmente reemplazan los aditivos orgánicos más volátiles ¡utilizados para aumentar las propiedades de aplicación de las ¡composiciones de recubrimiento acuosas, incluyendo pero no 'limitado en cuanto al borde húmedo y el tiempo disponible, y I para mejorar la estabilidad de paquete. Los aditivos j convencionales de la técnica previa son típicamente compuestos- orgánicos líquidos volátiles e incluyen pero no i
' están limitados a etilenglicol y propilenglicol .
! Los presentes poliésteres también reemplazan por lo i
¡ menos parcialmente los coalescentes orgánicos más volátiles, i
! incluyendo los benzoatos de alcoholes monohídricos descritos
I
en la Patente de Arendt mencionada en lo anterior. Los
! coalescentes orgánicos convencionales de la técnica previa
I
I incluyen pero no están limitados a ésteres de alcoholes,
; glicoles y éteres. Los coalescentes preferidos son ésteres de i dioles alifáticos tales como Texanol® e isobutirato de i
r Texanol®.
I
I
; Los presentes poliésteres funcionalmente terminados i
áhora serán descritos en detalle. En las fórmulas anteriores i
para las unidades de repetición de los presentes poliésteres R1 es por lo menos un miembro seleccionado del grupo que consiste de radicales alquileno lineales y ramificados que contienen de 2 a 10 , de preferencia de 4 a 8 , átomos de carbono y -(R30)nR3-, R2 es por lo menos un miembro seleccionado del grupo que consiste de radicales alquileno lineales y ramificados que contienen de 1 a 10 átomos de parbono y los tres radicales fenileno isoméricos, R3 es por lo menos Un miembro seleccionado del grupo que consiste de radicales alquilo que contiene de 2 a 8 , de preferencia 2 o ¡3 , átomos de carbono, X es hidrógeno, un metal alcalino NH4+, jy n es un número entero de 2 a 4, inclusive, de preferencia 2 lo 3 .
! De preferencia R1 contiene de 4 a 8 átomos de
¡carbono, R2 se selecciona del grupo que consiste de alquileno ¡lineal que contiene de 4 a 8 átomos de carbono y los !fenilenos isoméricos, y R3 es etileno o isopropileno .
! El peso molecular promedio en peso de los presentes
; plastificantes/coalescentes de poliéster está entre 1 , 000 y ¡ 100 , 000 , de preferencia entre 3 , 000 y 6 , 000 . El peso J molecular de los poliésteres y el tipo de unidades terminales ! funcionales (hidroxrlo o carboxilo) típicamente se controlan Jal ajusfar la relación molar de ácido(s) dicarboxílico ( s ) al '3
alcohol (s) dihídrico(s) utilizados para preparar los polímeros .
, Se prefieren unidades terminales de carboxilo. Los poliésteres terminados en carboxilato se pueden preparar al hacer reaccionar un poliéster terminado en carboxilo con un i
hidróxido de metal alcalino o hidróxido de amonio.
' Los poliésteres terminados en carboxilo típicamente itienes números de ácido de 1 a 40 mg . de KOH por gramo de ¡poliéster. Los poliésteres terminados en hidroxilo ¡típicamente exhibe el número de hidroxilo de 5 a 60 mg. de ÍKOH/gramo de poliéster.
1 Los presentes poliésteres oligoméricos se pueden preparar utilizando cualquiera de los tipos de reacciones típicamente utilizadas para preparar poliésteres funcionalmente terminados de peso molecular relativamente bajo. Los procedimientos para preparar y aislar poliésteres líquidos son bien conocidos y suficientemente descritos en la técnica previa relacionada con estos polímeros que un procedimiento más detallado para preparar estos. Los métodos para preparar los poliésteres funcionalmente terminados de esta invención mediante la reacción de por lo menos un diol o glicol con por lo menos un ácido dicarboxílico o derivado adecuado del mismo en la presencia de un catalizador de esterificación adecuado son conocidos para aquellos expertos en esta técnica
1 COMPOSICIONES DE POLÍMERO ACUOSAS
Los poliésteres terminados en carboxilo, carboxilato e hidroxilo oligoméricos de esta invención son adecuados como mejoradores de desempeño en una variedad de composiciones de polímero acuosas, incluyendo pero no
I
limitadas a recubrimientos, sellantes, adhesivos y tintas. 'Además de un polímero formador de película dispersado y uno o
¡más de los presentes poliésteres estas composiciones típicamente contienen una variedad de los compuestos i
¡orgánicos relativamente volátiles mencionados en lo anterior que ya sea imparten o modifican las propiedades de la ¡composición de recubrimiento y/o películas formadas de las composiciones.
Los ejemplos acompañantes demuestran que los poliésteres de esta invención prolongan el tiempo disponible de las pinturas de látex con un nivel de VOC de 0 a un grado más grande que los compuestos orgánicos y ásteres de ácido benzoico que exhiben valores de VOC substanciales.
Los polímeros orgánicos adecuados para el uso como el ingrediente formador de película en las composiciones acuosas de la presente invención incluyen pero no están limitados a homopolímeros y copolímeros de ásteres de ácido acrílico y metacrílico, copolímeros de estos ásteres con estireno, monómeros de vinilo, y etileno; copolímeros de acetato de vinilo-etileno, poliuretanos , polímeros de épóxido, polímeros acrílicos modificados con epoxi, y mezclas de dos o más de los polímeros mencionados en lo anterior.
Las aplicaciones de uso final de las composiciones ele polímero acuosas de la presente invención incluyen pero no están limitadas a materiales de recubrimiento que incluyen i
pero no limitados a pinturas y recubrimientos industriales,
¡adhesivos, sellantes, barnices de sobreimpresión , materiales
¡
¡de. calafateo, tintas y películas de autosoporte.
j Los poliésteres de esta invención típicamente
^constituyen de aproximadamente 1 a aproximadamente 200 por ciento en peso, de preferencia de 1 a 50 por ciento en peso,
'basado en el peso de los polímeros formadores de película en
¡ la composición de polímero. Cuando se preparan composiciones i de recubrimiento pigmentadas tales como pinturas, los poliésteres de esta invención de preferencia se mezclan junto ! con el pigmento y otros ingredientes sólidos para producir una dispersión más estable en la composición final.
Los siguientes ejemplos describen composiciones de recubrimientos acuosas preferidas que contienen un poliéster preferido de esta invención y la habilidad de este poliéster para reemplazar parcialmente compuestos orgánicos más volátiles típicamente utilizados como coalescentes , mejoradores de propiedad de película y para lograr una estabilidad de paquete de las composiciones de recubrimiento. Los ejemplos no se deben interpretar como limitativos del álcance de los poliésteres líquidos operables y las composiciones formadoras de película abarcadas por las reivindicaciones acompañantes. A menos que indique' de otra manera todas las partes y porcentajes en los ejemplos están en peso y las propiedades se midieron a 25°C.
Ejemplo 1
¡ Este ejemplo demuestra el incremento en los valores ele tiempo disponible logrados cuando un poliéster de esta invención se adicionó como un plastificante/coalescente a .cuatro diferentes pinturas de látex a base de agua comerciales. Todas las composiciones de pintura comerciales evaluadas se anuncian como que contienen sustancialmente nada ¡de V . O . C . s .
El poliéster funcional de ácido utilizado es el i
,producto de reacción de ácido adípico y dietilenglicol que ¡exhibe un número de ácido de 28. Este poliéster se identifica
¡como aditivo 1 en la siguiente tabla.
I Los valores de tiempo disponible de todas las
¡pinturas se determinaron al aplicar cada composición ! individualmente utilizando una brocha de 3 pulgadas de ancho j con pasadas verticales sobre un substrato de papel disponible ¡como "carta BH" de Lenetta. Inmediatamente después de la ¡ aplicación de las pinturas la figura "X" se inscribió sobre ¡cada muestra de pintura utilizando el mango de la brocha y un ¡cronómetro se puso en funcionamiento. En intervalos de tiempo
I
i
predeterminados la brocha se rehumectó con la pintura y una tira horizontal se pintó a través de la "X". El intervalo más largo después del cual la porción de la capa de pintura ya aplicada inmediatamente adyacente a la "X" se puede mezclar con la pintura recientemente aplicada es referido como el "tiempo disponible".
PINTURA DE ADITIVO TIEMPO (S) ? DEL
COMERCIAL ADITIVO DISPONIBLE CONTROL
A 0 Ninguno 390
3.75 1 420 30
2c 360 -30
3c 360 -30
4c 360 -30
7.5 1
2c 450 60
3c 420 30
4c 420 30
420 30
B 0 Ninguno 420
3.75 510 90
1 495 75
2c 420 0
3c 555 135
4c
1
i 7.5 1 420 0
2c 420 0
3c 360 -60
4c 505 85
¡C 0 Ninguno 135
3.75 1 195 60 1
2c 30 -105
3c 60 -75
4c 30 -105
7.5 1
1 2c 240 105
1
3c 30 -105
1 4c 30 -105
30 -105
1
D 0 Ninguno 150
3.75 1 195 45
2c 30 -120
3c 90 ' -60
4c 30 -120
7.5 -45
1 105 -45
2c 30 -120
3c 30 -120
Aditivos:
1. un Gopolímero ' de dietilenglicol/ácido adipico que exhibe un número de ácido '28
2c una mezcla de relación en peso 1/1 de dibenzoato de ¡dietilenglicol y dibenzoato de dipropilenglicol
'3c el dibenzoato de un poliet ilenglicol de peso molecular 200
!4c bis(2-etil hexanoato) de trietilenglicol
! Las pinturas comerciales se designan como sigue:
¡A = Sherwin Williams, Cero VOC, copolimero de etileno-acetato !de vinilo, plano interior
¡B = Dulux Cero VOC, látex acrilico al 100%, semi-brillo interior
!C = Pittsburgh Paints, Cero VOC, látex acrilico al 100%, jplano interior
'D = Pittsburgh Paints, Cero VOC, látex acrilico al 100%, i semi-brillo interior
' Los datos en la Tabla 1 demuestran que en 6 de las
' 8 formulaciones evaluadas la presencia del poliéster
!
terminado en ácido de esta invención incrementó el tiempo : disponible de la formulación por hasta 105 segundos con relación al control no modificado. En solamente un caso, específicamente T?· el Pittsburgh Paints Semi-Brillo Interior la presencia del poliéster en el nivel más alto de 7.5 en I
i
peso tuvo un efecto adverso sobre el tiempo disponible de la composición no modificada. Solamente en la pintura Dulux© el poalescente de la técnica previa, en este caso bis(2-etil hexanoato) de trietilenglicol proporcionó un tiempo ¡disponible más largo que el poliéster de esta invención.
Ejemplo 2
, Este ej emplo compara el contenido volátil de los
! aditivos tradicionales para composiciones de recubrimiento |con el contenido volátil de un aditivo de poliéster funcional 'de ácido de esta invención. Los contenidos volátiles se i
i determinaron utilizando . el método de prueba D2369 de ASTM . El poliéster funcional de ácido utilizado es el producto de reacción de ácido adipico y diet ilenglicol , que exhibe un número de ácido de 28 y se identifica como aditivo 1 en la ¡ siguiente tabla. Los aditivos tradicionales evaluados fueron
' etilenglicol , propilenglicol, Texanol, TXIB y benzoato de 2- i
: etilhexilo.
i Tabla 2: Valores de VOC de los Aditivos de
I
I
l Recubrimiento Típicos
i Aditivo Por Ciento en Peso de VOC
Etilen Glicol 100%
j Propilen Glicol 100%
í Texanol 100%
! TX I B 100%
I
' Benzoato de 2-Etilhexilo 70%
Aditivo 1 0.60%
! Ejemplo 3
Este ejemplo compara la mejora en la estabilidad de paquete, es decir la resistencia a la gelación durante el ciclo de congelación-descongelación impartido a un I
recubrimiento de cero VOC comercialmente disponible mediante l ) un poliéster de esta invención y 2) etilen y
I
propilenglicoles ,' dos aditivos convencionales utilizados para
(este propósito. El recubrimiento fue el Semi-brillo de ¡esmalte de Látex Interior Glidden® Evermore®, Blanco Puro. i
¡El poliéster funcional de ácido utilizado fue el producto de ireacción de ácido adipico y dietilenglicol identificado como aditivo 1 en el Ejemplo 2 precedente. El mismo recubrimiento que contiene etilenglicol o propilenglicol se evaluó para ! propósitos comparativos. '
La resistencia de las composiciones a la gelación
: durante el ciclo de congelación-descongelación se determinó
! al llenar un frasco de capacidad de 2 oz. lleno con una
! muestra de la composición que es evaluada. Las muestras luego ' se colocaron en un congelador a -10°C durante un mínimo de 16 J horas, después de lo cual se acondicionaron mediante una exposición de 16 horas a 25°C, el equivalente de un ciclo de
I
; congelación-descongelación. Después del acondicionamiento, la ¡ muestra se examinó y se clasificó para la espesura, ; consistencia y la presencia de grumos de material. Las muestras se clasificaron de 0 a 10 utilizando la escala resumida en la Tabla 4.
Tabla 3: Resistencia a la Gelación Durante el Ciclo de Congelación-Descongelación
Tabla 4: Escala de Clasificación del Ciclo de Congelación- Descongelación
Clasificación Descripción
i
10 sin cambio
9 muy ligeramente espesada
i
' 8 ligeramente espesada
¡ 7 Espesada
6 moderadamente espesada
j 5 espesada con menor gelación
! 4 espesada con moderada gelación
l
! 3 espesada con mayor gelación extremadamente viscosa y/o extrema
I
2 gelación
! 1 similar al calafateo, pero todavía fluida
0 completamente gelificada no fluida.
Los datos en la tabla 3 demuestran que 3 de las 4 ^muestras evaluadas en la presencia del poliéster terminado en
¡ácido de esta invención mejoró la resistencia de la gelación
I
I durante el ciclo de congelación-descongelación de la ¡formulación significantemente. En solamente un caso, ; específicamente 7% de propilenglicol, fue el desempeño de la formulación mejorado sobre el poliéster de esta invención. i
! Ejemplo 4
Este ejemplo compara la eficiencia de coalescencia i
¡ de un poliéster funcional de ácido de esta invención con aquel de los auxiliares plastificantes/coalescentes I convencionales. El poliéster utilizado se identifica como "Aditivo 1" en la Tabla 1 precedente y en la Tabla 5.
La eficiencia del poliéster de esta invención se i
determina al mezclarlo en una formulación de recubrimiento arquitectónica de 1%, 3% y 7% del peso de la formulación. Una mezcla de los mono- y dibenzoatos de dietilen y dipropilen glicoles disponible como Veíate® 375 luego se mezcla en concentraciones incrementadas hasta que la formulación resultante forma una película continua en un espesor húmedo de 6 mil y 4.4°C. La concentración mínima de la mezcla de benzoato requerida para formar la película continua se lista en la Tabla 5
Tabla 5: Nivel de Veíate® 375 Requerido Para una
Película Continua
Fabricante A E F G
Molienda
Agua 70.9 70.9 70.9 70.9
Kathon™ Rohm y Haas .1.0 1.0 1.0 1.0
LX 1.5%
Natrosol® Aqualon 0.5 0.5 0.5 0.5
250 MBR
Tamol™ 2001 Rohm y Haas 8.9 8.9 8.9 8.9
Tritón™ CF- Dow 1.0 1.0 1.0 1.0
10
BYK® 024 Byk-Chmie 1.0 1.0 1.0 1.0
Amoníaco
i Los datos en la tabla 5 demuestran la habilidad poalescente del poliéster de esta invención mediante la disminución la concentración del coalescente de la técnica i
previa, una mezcla de ésteres de benzoato (Veíate® 375),
¡requerida para formar una película continua a medida que se j
.'incrementa la concentración de un poliéster de la presente i
.invención (aditivo 1) .
Claims (20)
1. Una composición formadora de película acuosa de bajo o cero VOC que exhibe propiedades características de 'composiciones con niveles de VOC más altos, la composición ¡ I ¡caracterizada porque comprende . ' A. por los menos un polímero orgánico formador de ¡película emulsificado o dispersado; B. como un plastificante y aditivo mejorador de i ¡propiedad, de 1 a 200 por ciento en peso, basado en el polímero orgánico, de un poliéster que exhibe un peso molecular promedio en peso de 1,000 a 100,000 y que 'incluye unidades de repetición de la fórmula general -OR10 (O) CR2C (O) - y unidades terminales de por lo menos una fórmula general seleccionada del grupo que consiste de -O (O) CR2C (O) OX y - OR1OH, en donde R1 es por lo menos un miembro seleccionado del grupo que consiste de radicales alquileno lineales y ramificados que contienen de 2 a 10 átomos de carbono y - (R30)nR3-, R2 es por lo menos un miembro seleccionado del grupo que consiste de alquileno lineal y ramificado que contiene de 1 a 10 átomos de carbono, y los ' fenilenos isoméricos; R3 es por lo menos un miembro seleccionado del grupo que consiste de radicales alquileno lineales y ramificados que contienen de 2 a 8 átomos de carbono, n es un número entero de 1 a 4, inclusive; y X se selecciona del grupo que consiste de hidrógeno, un metal alcalino y NH4+; y C. agua; en donde las propiedades mejoradas por el aditivo incluyen tiempo disponible prolongado, estabilidad de pagúete, la habilidad de la composición para coalescer a temperaturas en p abajo de la temperatura formadora de película mínima del polímero orgánico y aumento de las propiedades de aplicación ¡de la composición.
; 2. Una composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque R1 contiene de 4 a 8 átomos de carbono, R2 se selecciona del grupo que consiste de !alquileno lineal que contiene de 4 a 8 átomos de carbono y ' los fenilenos isoméricos, R3 es etileno o isopropileno, n es f2 o 3, el polímero orgánico formador de película es por lo i menos un miembro seleccionado del grupo que consiste de ¡ homopolímeros y copolímeros de ésteres de ácido acrílico y ' metacrílico, copolímeros de estos ésteres con estireno, ! monómeros de vinilo y etileno; copolímeros de acetato de ! vinilo-etileno, poliuretanos, polímeros de epóxido, y i i polímeros acrílicos modificados con epoxi; el peso molecular ! promedio en peso del poliéster es de 3,000 a 6,000 y la i concentración del poliéster es de 1 a 50 por ciento, basado ! en el peso del polímero formador de película.
¡ 3. Una composición de conformidad con la I j reivindicación 2, caracterizada porque la composición se selecciona del grupo que consiste de pinturas, recubrimientos I j I ! 29 industriales, materiales de calafateo, sellantes, tintas y barnices de sobreimpresión y la composición además comprende por lo menos un aditivo mejorador de propiedad orgánico ¡seleccionado del grupo que consiste de alcoholes dihidricos, Iglicoles, glicoles oligoméricos , ésteres de los alcoholes y ¡glicoles, y éteres. j
4. Una composición de conformidad con la ! reivindicación 1, caracterizada porque el polímero formador ¦ de película se selecciona del grupo que consiste de ! homopolímeros y copolímeros de ésteres de ácido acrílico y : metacrílico, copolímeros de los ésteres con compuestos de ! vinilo, copolímeros de los ésteres con estireno y copolímeros i ¡ de acetato de vinilo/etileno .
! 5. Una composición de conformidad con la ¡ reivindicación 1, caracterizada porque las propiedades de una ¡ película formada de la composición que son mejoradas por el ! aditivo se seleccionan del grupo que consiste de resistencia i a la frotación, solventes y neblina de sal, humectabilidad, ! borde húmedo, nivelación, desarrollo de brillo, adhesión y 1 trabajabilidad.
6. Un método para mejorar las propiedades de las I ( películas formadas utilizando composiciones formadoras de : película acuosas de bajo o cero VOC que contienen por lo menos un polímero formador de película, el método ' caracterizado por que comprende utilizar una composición que I comprende i I A. por los menos un polímero orgánico formador de 'película emulsificado o dispersado; ; B. como un plastificante y aditivo mejorador de I propiedad, de 1 a 200 por ciento en peso, basado en el ¡polímero orgánico, de un poliéster que exhibe un peso ¡molecular promedio en peso de 1,000 a 100,000 y que incluye unidades de repetición de la fórmula general -OR10 (O) CR2C (O) - y unidades terminales de por lo menos una fórmula general ¡seleccionada del grupo que consiste de -O (O) CR2C (O) OX y - ' OR^H, en donde R1 es por lo menos un miembro seleccionado del ! grupo que consiste de radicales alquileno lineales y ramificados que contienen de 2 a 10 átomos de carbono y - I ' (R30)nR3-, R2 es por lo menos un miembro seleccionado del ¡ grupo que consiste de alquileno lineal y ramificado que , contiene de 1 a 10 átomos de carbono, y los fenilenos l isoméricos; R3 es por lo menos un miembro seleccionado del grupo que consiste de radicales alquileno lineales y ramificados que contienen de 2 a 8 átomos de carbono, n es un número entero de 1 a 4 , inclusive; y X es hidrógeno, un metal ? ' alcalino y NH4+; y C. agua; ( en donde las propiedades mejoradas por el aditivo incluyen pero no está limitadas a tiempo disponible prolongado, 1 estabilidad de paquete más grande, la habilidad de la ? composiciones para coalescer a temperaturas en p abajo de la temperatura formadora de película mínima del polímero i orgánico y mejora de las propiedades de aplicación de la i composición . -i
7. Un método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque R1 contiene de 4 a 8 átomos de parbono, R2 es alquileno lineal que contiene de 4 a 8 átomos de carbono, R es etileno o isopropileno, n es 2 o 3, el polímero orgánico formador de película es por lo . menos un miembro seleccionado del grupo que consiste de homopolímeros ¡y copolímeros de ésteres de. ácido acrílico y metacrílico, copolímeros de estos ésteres de ácido acrílico y metacrílico ¡con estireno, monómeros de vinilo o etileno, copolímeros de ¡acetato de vinilo-etileno, poliuretanos , polímeros de 'epóxido, polímeros acrílicos modificados con epóxido; el peso ¡molecular promedie en peso del poliéster es de 3,000 a 6,000 ¡y la concentración del poliéster es de 1 a 50 por ciento, i basado en el peso del polímero formador de película.
: 8. Un método de conformidad con la reivindicación ¡ 7, caracterizado porque la composición se selecciona del i grupo que consiste de pinturas, recubrimientos industriales, ¡materiales de calafateo, sellantes, tintas y barnices de I i sobreimpresión y la composición además comprende por lo menos I un aditivo mejorador de propiedad orgánico seleccionado del ¡ grupo que consiste de alcoholes dihídricos, glicoles, glicoles oligoméricos , ásteres de los alcoholes y glicoles, y éteres .
! 9. Un método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el polímero orgánico formador de película se selecciona del grupo que consiste de homo- y copolímeros de esteres de ácido acrílico y metacrílico, copolímeros de los ásteres con compuestos de vinilo, copolímeros de los ésteres con estireno y copolímeros de acetato de vinilo/etileno.
10. Un método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque las propiedades de una película formada- de la composición que son mejoradas por el aditivo se seleccionan del grupo que consiste de la resistencia a la frotación, solventes y neblina de sal, humectabilidad, borde húmedo, nivelación, desarrollo de brillo, adhesión y ¡trabaj abilidad . i
11. Un método para preparar una composición de polímero acuosa plastificada de bajo o cero VOC, el método ^caracterizado porque comprende mezclar a la homogeneidad los i ¡ingredientes que comprenden A. por los menos un polímero orgánico formador de ¡película emulsificado o dispersado; j B. como un plastificante y aditivo mejorador de ¡propiedad, de 1 a 200 por ciento en peso, basado en el .polímero orgánico, de un poliéster que exhibe un peso j molecular promedio en peso de 1,000 a 100,000 y que incluye unidades de repetición de la fórmula general -OR10 (O) CR2C (O) -y unidades terminales de por lo menos una fórmula general seleccionada del grupo que consiste de -O (O) CR2C (O) OX y -OR1OH, en donde R1 es por, lo menos un miembro seleccionado del grupo que consiste de radicales alquileno lineales y ramificados que contienen de 2 a 10 átomos de carbono y - (R 0)nR -, R es por lo menos un miembro seleccionado del grupo que consiste de alquileno lineal y ramificado que i contiene de 1 a 10 átomos de carbono, y los fenilenos isoméricos; R3 es por lo menos un miembro seleccionado del grupo que consiste de radicales alquileno que contienen de 2 a 8 átomos de carbono, n es un número entero de 1 a 4, inclusive; y X se selecciona del grupo que consiste hidrogeno, un metal alcalino y NH4 ; y 1 C. agua; I
12. Un método de conformidad con la reivindicación jll, caracterizado porque R1 contiene de 4 a 8 átomos de ¡carbono, R2 es alquileno lineal que contiene de 4 a 8 átomos |de carbono, R3 es etileno o isopropileno, n es 2 o 3, el ipolímero orgánico formador de peli'cula es por lo menos un ,miembro seleccionado del grupo que consiste de homopolímeros ¡y copolímeros de ésteres de ácido acrílico y metacrílico, [copolímeros de estos ésteres con estireno, monómeros de [Vinilo, y etileno, copolímeros de acetato de vinilo-etileno, poliuretanos, polímeros de epóxido, polímeros acrílicos i modificados con epóxido; el peso molecular promedio en peso I del poliéster. es de 3,000 a 6,000 y la concentración del aditivo as de 1 a 50 por Ciento en peso, basado en el peso del polímero formador de película.'
13. Un método de conformidad con la reivindicación |12, caracterizado porque la composición se selecciona del Agrupo que consiste de pinturas, recubrimientos industriales, ¡materiales de calafateo., sellantes, tintas y barnices de ¡sobreimpresión y la composición además comprende por lo menos 'un aditivo mejorador de propiedad orgánico seleccionado del !grupo que consiste de alcoholes dihídricos, glicoles, j glicoles oligoméricos, ásteres de los alcoholes y glicoles, y , éteres .
¡ 14. Un método de conformidad con la reivindicación : 13, caracterizado porque el polímero formador de película se í i selecciona del grupo , que consiste de ésteres de ácido I acrílico y metacrílico y alcoholes que contienen de 1 a 8 átomos de carbono, copolímeros de los ésteres con compuestos ¡ de vinilo, etileno y estireno, y copolímeros de acetato de I vinilo/etileno .
15. Un método de conformidad con la reivindicación i i ¡ 14, caracterizado porque las propiedades de una película formada de la composición que son mejoradas por el compuesto i orgánico se selecciona del grupo que consiste de resistencia a la frotación, solventes y neblina de sal, humectabilidad, borde húmedo, nivelación, desarrollo del brillo, adhesión y trabaj abilidad .
16. Un sustrato sólido recubierto con una película de una composición formadora de película acuosa de bajo o cero VOC coalecida que exhibe propiedades de las composiciones con niveles de VOC más altos, caracterizado porque la composición comprende: j A. por los menos un polímero orgánico formador de ^película emulsificado; I B. como un plast ficante y aditivo mejorador de 'propiedad, de 1 a 200 por ciento en peso, basado en el I ¡polímero orgánico, de un poliéster que exhibe un peso molecular promedio en peso de 1,000 a 13,000 y que incluye ¡ unidades de repetición de la fórmula general -0R10 (O) CR2C (O) - ! y unidades terminales de por lo menos una fórmula general ! seleccionada del grupo que consiste de -O (O) CR2C (0) OX y - ¡ OR1OH, en donde R1 es por lo menos un miembro seleccionado del ! grupo que consiste de radicales alquileno lineales y í ramificados que contienen de 2 a 10 átomos de carbono y - I j (R30)nR3-/ R2 es por lo menos un miembro seleccionado del j grupo que consiste de alquileno lineal y ramificado que 1 contiene de 1 a 10 átomos de carbono, R3 es por lo menos un i miembro seleccionado del grupo que consiste de radicales alquilo lineales y ramificados que contienen de 2 a 8 átomos de carbono, n es un número entero de 1 a 4 , inclusive; y X es hidrógeno, un metal alcalino y NH4+; y C. agua;
17. El sustrato sólido de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque R1 contiene de 4 a 8 ' átomos de carbono, R2 es alquileno lineal que contiene de 4 a :8 átomos de carbono, R3 es etileno o isopropileno, n es 2 o !3, el polímero emulsificado se selecciona del grupo que ¡consiste de homopolímeros y copolímeros de ésteres de ácido iacrílico y metacrílico y alcoholes que contiene de 1 a 8 átomos de carbono, copolímeros de ésteres de ácido acrílico y I 'metacrílico con estireno, monómeros de vinilo y etileno, ¡copolímeros de acetato de vinilo/etileno, polímeros de 'epóxido, poliuretanos , polímeros de epóxido, polímeros ¡ acrílicos modificados con epóxido y mezclas que contienen dos ¡ o más de los polímeros emulsificados , el peso molecular ¡ promedio en peso del poliéster es de 3,000 a 6,000 y la ! concentración del poliéster es de 1 a 50 por ciento en peso, i basado en el peso del polímero formador de película. ;
18. El sustrato sólido de conformidad con la i reivindicación 17, caracterizado porque la composición se ¡ selecciona del grupo que consiste de pinturas, recubrimientos ! industriales, materiales de calafateo, sellantes, tintas y ¡ barnices de sobreimpresión, y la composición además comprende : por lo menos un aditivo mejorador de propiedad orgánico I I i i seleccionado del grupo que consiste de alcoholes dihidricos , glicoles, glicoles oligoméricos , ésteres de los alcoholes y glicoles, y éteres. ¦
19. El sustrato sólido de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el polímero 'formador 'de película se selecciona del grupo que consiste de polímeros lacrílicos, copolímeros de vinilo/acrí lieos , y copolímeros de iestireno/acrílieos y acetato de vinilo/etileno . !
20. El sustrato sólido de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque las propiedades de una película formada de la composición que son mejoradas por el compuesto orgánico se seleccionan del grupo que consiste de la resistencia a la frotación, solventes y neblina de sal, humectabilidad, borde húmedo, nivelación, desarrollo de brillo, adhesión y trabaj abilidad . i I i 1 38 i i I RESUMEN DE LA INVENCIÓN i Además de actuar como plastificantes efectivos, Ciertos poliésteres líquidos funcionales de ácido, carboxilato y de hidroxilo que son líquidos a 25°C se pueden (utilizar como reemplazos por lo menos parciales para los I , compuestos orgánicos más volátiles convencionalmente Iutilizados como coalescentes y/o mejoradores de propiedad en ' composiciones formadoras de película acuosas. Las ¡ composiciones resultantes exhiben valores de VOC reducidos con relación a las composiciones de la técnica previa que exhiben niveles comparables de aplicación y propiedades de recubrimiento .
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