TW201529763A - 水基塗料 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種包含丙烯酸系樹脂乳液及環氧酯樹脂分散液之水基印刷油墨或塗料組合物。本發明亦提供一種用於製備該印刷油墨或塗料組合物之方法，其包括藉由使單體在水中共聚合而形成具有通式I之丙烯酸系樹脂乳液，藉由添加環氧酯樹脂至溶劑中而形成環氧酯樹脂分散液，以及將該丙烯酸系樹脂乳液與該環氧樹脂酯分散液組合以提供該組合物。最後，本發明提供一種用於製備上面印刷有塗層或油墨之物品的方法，其包括將該油墨或塗料組合物施加至物品之表面上且乾燥該組合物。該組合物呈現高度抗鹼性、抗酸性及/或軟水劑抗性。

Description

水基塗料 【相關申請案之交叉參考】
本申請案主張2014年1月24日申請之美國臨時專利申請案第61/931,000號之優先權。所有申請案以全文引用的方式且出於所有目的併入本文中。
本發明係關於水基油墨或塗料組合物，其呈現良好的耐候性且因此尤其適用於印刷或塗佈在主要在外面使用的物品上。
美國專利3,951,892揭示了適於在環境條件下用於塗層纖維素基材中的水基苯乙烯油墨。
施加於主要在外面使用之物品諸如盒子、容器、麻袋以及袋上的油墨及塗料必須呈現高度抗鹼性、抗酸性及/或軟水劑抗性。
然而，意欲在外面使用之市售油墨及塗料組合物通常含有危險材料，諸如氮丙啶或金屬氧化物/烷氧化物交聯劑。因此，提供不含有此類危險材料之組合物為有利的。
現已發現包含可交聯之丙烯酸系樹脂乳液及環氧酯樹脂分散液之組合物不需要併入危險材料且當施加於主要用於戶外用途之物品上時呈現良好的耐候性。
詳言之，根據本發明之組合物提供呈現產物抗性特性之塗層，該等塗層等同於市售之油墨同時消除對於使用氮丙啶或金屬氧化物/烷 氧化物交聯劑之需要，且因此消除與此等材料有關之健康及安全問題。
本發明提供包含丙烯酸系樹脂乳液及環氧酯樹脂分散液之水基印刷油墨或塗料組合物，其中該丙烯酸系樹脂具有通式I：
且其中單體單元v、w、x、y以及z以如下之量存在於共聚物中：v在0-60重量%之間，w在0-60重量%之間，x在0-40重量%之間，y在1-10重量%之間且z在0.1-5重量%之間。
本發明亦提供一種用於製備印刷油墨或塗料組合物之方法，其包括a)藉由使單體在水中共聚合而形成具有通式I之丙烯酸系樹脂乳液；b)藉由添加環氧酯樹脂至溶劑中而形成環氧酯樹脂分散液，以及c)將該丙烯酸系樹脂乳液與該環氧樹脂酯分散液組合以提供該組合物。
最後，本發明提供一種用於製備上面印刷有塗層或油墨之物品的方法，其包括a)施加該油墨或塗料組合物至物品之表面上，以及b)乾燥該組合物。
本發明之此等及其他目標、優勢以及特徵在熟習此項技術者閱讀以下更充分描述之方法及調配物的細節之後將變得顯而易見。
本發明之組合物為水基的，其極快地固化而提供呈現抗鹼性、抗酸性、軟水劑抗性以及對廣泛範圍之化學產品(諸如彼等用於園藝目的之化學產品，亦即肥料及除草劑)之抗性之乾燥薄膜。
詳言之，該組合物呈現比市售油墨優越的抗鹼性且通常可耐受抗鹼性測試至大於60秒，而市售油墨在此等條件下呈現油墨移除。
抗鹼性為對於許多戶外麻袋製造商及最終用戶尤其重要之性能特性。
油墨或塗料組合物包含丙烯酸系樹脂共聚物，其係由選自丙烯酸丁酯v、甲基丙烯酸甲酯w、苯乙烯x、雙丙酮丙烯醯胺y以及甲基丙烯酸z之單體單元構成。
單體單元v、w、x、y以及z以如下之量存在於共聚物中：v在0-60重量%之間，w在0-60重量%之間，x在0-40重量%之間，y在1-10重量%之間且z在0.1-5重量%之間。
較佳地，單體單元v、w、x、y以及z以如下之量存在於共聚物中：v在10-50重量%之間，w在10-50重量%之間，x在10-30重量%之間，y在2-8重量%之間且z在0.5-4重量%之間。
有利地，單體單元v、w、x、y以及z以如下之量存在於共聚物中：v在30-40重量%之間，w在30-40重量%之間，x在15-25重量%之間，y在5-7重量%之間且z在1-3重量%之間。
該組合物較佳含有在10-30重量%之間的丙烯酸系樹脂乳液、在5-75重量%之間的環氧酯樹脂分散液以及在2-15重量%之間的水。
通常，該乳液含有在30-50重量%之間的丙烯酸系樹脂，較佳在35-45重量%之間且最佳在38-41重量%之間。
有利地，該分散液含有在10-15重量%之間的環氧酯樹脂且較佳含有在11-13重量%之間的環氧酯樹脂。
該組合物可含有或不含有pH敏感交聯劑，諸如二醯肼交聯劑。然而，在其中該組合物不包括二醯肼交聯劑的本發明之實施例中，成品油墨或塗料之抗性特性通常受損。
交聯劑通常以0.01-5重量%，諸如0.1至1重量%之量存在。
在一個較佳實施例中，將二醯肼交聯劑併入丙烯酸系樹脂中且丙烯酸系樹脂與交聯劑之比率較佳在25：1至50：1之間且有利地在35：1至45：1之間，例如38：1。
在一個替代實施例中，二醯肼不是併入丙烯酸系樹脂中而是在印刷或塗佈物品之前立即添加至組合物中。
有利地，該二醯肼交聯劑為己二酸二醯肼。
該組合物較佳包含苯乙烯順丁烯二酸酐樹脂。通常，苯乙烯順丁烯二酸酐樹脂處於水溶液中。
苯乙烯順丁烯二酸酐樹脂水溶液通常包含在60-85%之間的水，且有利地在70-80重量%之間的水，諸如75重量%水。較佳地，該組合物包含在2-12重量%之間的苯乙烯順丁烯二酸酐樹脂水溶液，該水溶液包含在60-85重量%之間的水。
該組合物亦可含有消泡劑，諸如Dapro DF-975或Rhodoline 679且較佳含有在0.1-3重量%之間的消泡劑。
該組合物亦可含有黏土，諸如1-20重量%之黏土且亦可含有二氧化矽，諸如1-5重量%之二氧化矽且亦可含有二甲基乙醇胺，諸如1-5重量%之二甲基乙醇胺。
在另一實施例中，該組合物可包含選自由以下組成之群的其他聚合組分：醇酸、松脂酸酯醇酸、聚酯、丙烯酸系物、環氧樹脂、三聚氰胺-甲醛、脲-甲醛、硝化纖維、纖維素、聚酯-胺甲酸乙酯以及胺甲酸乙酯。
其中該組合物進一步包含環氧樹脂，其通常在1-5重量%之重量範圍內，且有利地含有在2-4重量%之間的環氧樹脂。
其中該組合物含有選自由以下組成之群的其他聚合組分：醇酸、松脂酸酯醇酸、聚酯、丙烯酸、三聚氰胺-甲醛、脲-甲醛、硝化纖維、纖維素、聚酯-胺甲酸乙酯以及胺甲酸乙酯，此等組分通常以在0.1-1重量%之間的量存在。
此類其他聚合組分通常併入組合物中以改良濕的油墨薄膜特性，諸如濕潤及流動及/或乾燥薄膜特性，諸如光澤度、黏著性以及耐磨性及耐刮傷性。
另外，該組合物亦可包含一或多種含氧耐水溶劑，諸如1-丙氧基-2-丙醇、正丙醇、异丙醇、乙醇及其他低級醇。
有利地，該組合物含有在0.1-2重量%之間的含氧耐水溶劑，其通常添加至組合物中以調節乾燥速度且亦引入泡沫控制。
最後，該組合物可視情况含有其他組分，其可選自一或多種有機或無機顏料或染料、顏料分散劑以及界面活性劑。通常，環氧酯分散液用作顏料分散劑。
較佳地，該組合物含有在25-40重量%之間的顏料且有利地在30-35重量%之間。
該等組合物可進一步包含聚乙烯蠟乳液，諸如Sunwax G-35或Poly Emulsion 325N35。聚乙烯蠟乳液通常以2-30重量%，諸如5-15重量%之量存在。
最後，根據本發明之組合物基本上不含氮丙啶或金屬氧化物/烷氧化物交聯劑。
在一個較佳實施例中，式I之丙烯酸系樹脂乳液之粒度具有低於約200nm，更佳低於約100nm，且最佳低於約80nm，諸如在1-50nm之 間的D90平均粒度(如藉由實例5中所述之測試方法來量測)。
在上述範圍內之粒度提供聚合反應依據反應速率及/或產率成功地進行之指示。
該組合物當通常在室溫下在3號Signature贊恩杯(Zahn cup)上運作9-13秒時較佳具有在10-150cps之間，諸如30-120cps，例如50-100cps之間範圍內的黏度。
本發明亦提供一種用於製備印刷油墨或塗料組合物之方法，其包括a)藉由使單體在水中共聚合而形成具有通式I之丙烯酸系樹脂乳液；b)藉由添加環氧酯樹脂至溶劑中而形成環氧酯樹脂分散液，以及c)將該丙烯酸系樹脂乳液與該環氧樹脂酯分散液組合以提供該組合物。
首先，藉由將丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、雙丙酮丙烯醯胺以及甲基丙烯酸單體單元在水中共聚合以形成乳液來製備式I之丙烯酸系樹脂共聚物。
有利地，丙烯酸系樹脂乳液藉由乳液聚合來製備且反應溫度較佳在75-85℃之間，諸如77-84℃。
在一個較佳實施例中，將二醯肼交聯劑併入反應混合物中。
通常在式I之共聚物之合成期間使用中和劑以使得pH值維持在7以上，從而防止二醯肼交聯。有利地，中和劑係選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨、2-(甲基胺基)乙醇或N,N-二甲基乙醇胺。
有利的是在成品油墨或塗層之印刷及乾燥期間，去除中和劑以使pH值降至低於7，引起二醯肼交聯且提供具有改良的抗性特性之成品油墨或塗層。
醯化樹脂乳液通常與其他組分混合以提供摻合媒劑。
通常包括在摻合媒劑中之其他組分包括各種蠟，諸如聚乙烯或聚丙烯蠟且添加此等組分以改良耐磨性或用於改變摩擦係數。
接著製備環氧酯樹脂分散液且此通常藉由將環氧酯樹脂添加至溶劑及二甲基乙醇胺(DMEA)中且混合以提供均質溶液(可向其中添加水及顏料)來完成。
然後合併包含丙烯酸系樹脂乳液之摻合媒劑與環氧酯樹脂分散液。
通常，摻合媒劑與分散液之比率在0.1重量%至70重量%之間以及30重量%至99.9重量%之間。
在一個特定實施例中，適宜用於戶外用袋上的以下組合物製備如下；製造一種摻合媒劑，其含有具有通式I之丙烯酸系樹脂乳液、苯乙烯順丁烯二酸酐樹脂、彈性體聚矽氧、黏土、二氧化矽、聚乙烯蠟乳液、二甲基乙醇胺(DMEA)以及消泡劑。此等材料之組合使得黏土及二氧化矽更充分地分散且防止其自摻合媒劑中沈澱析出。
接著將摻合媒劑與環氧酯分散液混合以製得成品油墨，其較佳使用柔版印刷機施加於高密度聚乙烯薄膜上。
最後，本發明提供一種用於製備上面印刷有塗層或油墨之物品的方法，其包括a)施加該油墨或塗料組合物至物品之表面上，以及b)乾燥該組合物。
待施加油墨或塗料的適合物品包括儲存物品，諸如袋、盒子、容器以及麻袋。該等物品亦可包括包裝材料及覆蓋物。此等物品可由高密度聚乙烯或低密度聚乙烯製成且其可包括不透明薄膜或取向的聚丙烯薄膜，其可包括或不包括織物襯底。
油墨及塗料組合物可使用柔版印刷來施加，但諸如黏度之流變性質可藉由添加水來調整以使得其同樣可用於凹版印刷、平版印刷以及絲網印刷方法中。
較佳地，該等組合物用在0.3至1.5磅/令範圍內之塗佈重量來施加。最後，本發明之組合物亦呈現在印刷機上之良好再溶解性以允許油墨清潔地運作而不用在印刷過程期間停止來清潔板塊及網紋輥。
已經詳細地描述了本發明，包體其較佳實施例。然而，應瞭解，熟習此項技術者在考慮本揭示內容之後可對本發明做出在本發明之範疇及精神內的修改及/或改良。
實例
以不實例說明本發明之特定態樣且不欲在任何態樣中限制其範疇且不應如此推斷。
實例1-根據本發明之水基藍色成品油墨
實例2-根據本發明之水基淡橙色成品油墨。
實例3-Aquaverse P-7417紅色AQVWR VIN(Sun Chemical)-意欲與根據本發明之組合物用於相同基材及應用的含有氮丙啶之比較水基油墨。
實例4-Ultrasak CL PRO綠色(Sun Chemical)-意欲與根據本發明之組合物用於相同基材及應用的含有氮丙啶之比較水基油墨。
用於測試之印刷品之製備於量測油墨樣品之黏度且用水調整至所需黏度(9-13秒3號Signature贊恩杯)。將所使用之高密度聚乙烯薄膜置於光滑平坦表面上。用50/55硬度計橡皮輥將大約0.5克油墨施加於360-綫/6.9體積Pamarco 2輥手工打樣機上。
拉動手工打樣機劃過基材，將油墨自手工打樣機轉移至基材。
最後，使用强制空氣加熱槍來乾燥所製備之印刷品，其中在印刷品上有四次快速通過以模擬將在印刷機上發生之乾燥。接著使印刷樣品在室溫下固化16-24小時以實現完全固化。
本發明對比比較油墨之性能特性顯示於下表1中。
上表顯示本發明之油墨及塗料(不含氮丙啶)當與先前技術之比較油墨(含有氮丙啶)相比時具有可接受之性能特性。對於一些特性(例如抗鹼性)而言，本發明之組合物呈現相對於比較油墨之改良。
實例5-D90平均粒度量測
將0.5g至1.0g分散液乳液置於50ml玻璃燒杯中且使用2210 Branson超音波發生器型號2210超音處理5分鐘。
接著使用具有以下參數之Malvern Zetasizer Nano ZS型號ZEN3600測定粒度：
˙樣品：材料：丙烯酸型，RI=1.550，吸收度=0.10
分散劑：DI水溫=25℃，黏度=0.8872Cp，RI=1.330
一般選項：使用分散劑黏度作為樣品黏度。
溫度：溫度25℃且平衡時間=0min。
槽類型：DTS0012-拋弃式上漿槽
˙量測：量測持續時間：手動
運行次數：1
運行持續時間(秒)：1
量測次數：1
量測設定：自動衰减選擇
˙數據處理：分析模型：通用目的(正常解析度)
˙雷射源：紅光雷射532nm
˙光偵測器：動態光散射(DLS)。
雖然已參考其特定實施例描述了本發明，但熟習此項技術者應了解，可在不偏離本發明之實際精神及範疇的情况下作出各種變化且用等效形式取代。另外，可作出許多修改以使特定情况、材料、物質組合物、方法、方法步驟適於本發明之目標、精神以及範疇。所有此類修改意欲在本發明之範疇內。

Claims (34)

  1. 一種包含丙烯酸系樹脂乳液及環氧酯樹脂分散液之水基印刷油墨或塗料組合物，其中該丙烯酸系樹脂具有通式I： 且其中單體單元v、w、x、y以及z以如下之量存在於該共聚物中：v在0-60重量%之間，w在0-60重量%之間，x在0-40重量%之間，y在1-10重量%之間且z在0.1-5重量%之間。
  2. 如請求項1之組合物，其中該等單體單元v、w、x、y以及z以如下之量存在於該共聚物中：v在10-50重量%之間，w在10-50重量%之間，x在10-30重量%之間，y在2-8重量%之間且z在0.5-4重量%之間。
  3. 如請求項1或2之組合物，其中該等單體單元v、w、x、y以及z以如下之量存在於該共聚物中：v在30-40重量%之間，w在30-40重量%之間，x在15-25重量%之間，y在5-7重量%之間且z在1-3重量%之間。
  4. 如請求項1或2之組合物，其包含在10-30重量%之間的丙烯酸系樹脂乳液。
  5. 如請求項1或2之組合物，其包含在5-75重量%之間的環氧酯樹脂分散液。
  6. 如請求項1或2之組合物，其包含在2-15重量%之間的水。
  7. 如請求項1或2之組合物，其進一步包含pH敏感交聯劑。
  8. 如請求項6之組合物，其中該pH敏感交聯劑為二醯肼交聯劑。
  9. 如請求項7之組合物，其包含0.1至1.0重量%之二醯肼交聯劑。
  10. 如請求項8或9之組合物，其中該丙烯酸系樹脂與二醯肼交聯劑具有在25：1至50：1之間的重量比。
  11. 如請求項8或9之組合物，其中該二醯肼交聯劑為己二酸二醯肼。
  12. 如請求項1或2之組合物，其進一步包含苯乙烯順丁烯二酸酐樹脂。
  13. 如請求項12之組合物，其中該苯乙烯順丁烯二酸酐樹脂處於水溶液中。
  14. 如請求項13之組合物，其中該苯乙烯順丁烯二酸酐水溶液包含在70-80重量%之間的水。
  15. 如請求項12之組合物，其包含2-12重量%之苯乙烯順丁烯二酸酐樹脂水溶液，該水溶液包含在70-80重量%之間的水。
  16. 如請求項1或2之組合物，其進一步包含消泡劑。
  17. 如請求項16之組合物，其包含0.1-3重量%之消泡劑。
  18. 如請求項1或2之組合物，其進一步包含黏土。
  19. 如請求項18之組合物，其包含1-20重量%之黏土。
  20. 如請求項1或2之組合物，其進一步包含二氧化矽。
  21. 如請求項20之組合物，其包含1-5重量%之二氧化矽。
  22. 如請求項1或2之組合物，其進一步包含二甲基乙醇胺。
  23. 如請求項22之組合物，其包含1-5重量%之二甲基乙醇胺。
  24. 如請求項1或2之組合物，其進一步包含選自由以下組成之群的其他聚合組分：醇酸、松脂酸酯醇酸、聚酯、丙烯酸系物、環氧樹脂、三聚氰胺-甲醛、脲-甲醛、硝化纖維、纖維素、聚酯-胺甲酸乙酯以及胺甲酸乙酯。
  25. 如請求項1或2之組合物，其進一步包含一或多種含氧耐水溶劑，諸如1-丙氧基-2-丙醇、正丙醇、异丙醇以及乙醇。
  26. 如請求項1或2之組合物，其進一步包含選自一或多種有機或無機顏料或染料、顏料分散劑以及界面活性劑之組分。
  27. 如請求項1或2之組合物，其基本上不含氮丙啶或金屬氧化物/烷氧化物交聯劑。
  28. 如請求項1或2之組合物，其中該丙烯酸系樹脂乳液具有低於約100nm之D90平均粒度。
  29. 一種用於製備印刷油墨或塗料組合物之方法，其包括a)藉由使單體在水中共聚合而形成具有通式I之丙烯酸系樹脂乳液；b)藉由添加環氧酯樹脂至溶劑中而形成環氧酯樹脂分散液；以及c)將該丙烯酸系樹脂乳液與該環氧樹脂酯分散液組合以提供該組合物。
  30. 一種用於製備上面印刷有塗層或油墨之物品的方法，其包括a)施加如前述請求項中任一項之油墨或塗料組合物至物品之表面上，以及b)乾燥該組合物。
  31. 如請求項30之方法，其中該物品為儲存物品，諸如袋、盒子、容器或麻袋。
  32. 如請求項30之方法，其中該物品為包裝材料或覆蓋物。
  33. 一種上面具有油墨或塗料之物品，在該物品之表面上包含如請求項1至28中任一項之固化組合物。
  34. 如請求項33之物品，其係藉由如請求項29至32之方法來製造。
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