TW202346493A - 水性塗料組成物 - Google Patents

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Abstract

本發明之實施例係關於水性塗料組成物，諸如漆料及其他建築塗料。在一個態樣中，水性塗料組成物包含黏合劑及根據式1之聚結劑： X-O-(AO) mH         （式1） 其中X係具有4至8個碳原子之烷基，其中AO係環氧丙烷或環氧乙烷與環氧丙烷之嵌段或無規順序的混合物，其中m係1至10。

Description

水性塗料組成物
本發明係關於水性塗料組成物。
對具有低揮發性有機化合物(volatile organic compound, VOC)及低氣味特徵之諸如漆料及其他建築塗料的高效能塗料的不斷追求已推動了新型塗料調配物之發展。在基於水之建築塗料的各種成分中，基於所用量及其沸點，聚結劑、共溶劑、及凍融(freeze-thaw, F-T)劑通常被視為三大主要VOC促成因素。常用的聚結劑（例如，酯醇）、共溶劑（例如，二醇及二醇醚）、及F-T劑（例如，丙二醇）通常視為基於水之建築塗料調配物中的VOC促成因素。聚結劑對於在基於水之塗料調配物中提供良好成膜非常重要。
然而，鑑別出滿足基於水之塗料調配物之低VOC目標，同時提供與用具有高VOC含量之傳統聚結劑（諸如2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯，二醇醚）製得之塗料調配物相同或相當的特性的聚結劑係具有挑戰性的。聚結劑之關鍵特性係形成均質膜且降低形成其之溫度，但聚結劑亦不應損害其他塗料特性，諸如硬度發展、耐擦洗性、及去污性。亦需要尋找在更多種樹脂–諸如丙烯酸、乙烯基丙烯酸、及苯乙烯丙烯酸乳液中表現良好的新型低VOC聚結劑。
期望具有新型水性塗料組成物，其具有降低之VOC含量及/或改良之塗佈效能特性。亦期望具有在諸如丙烯酸、乙烯基丙烯酸及/或苯乙烯丙烯酸乳液之各種樹脂中表現良好的新型低VOC含量聚結劑。
本發明提供在一些實施例中具有低VOC含量及/或改良之塗佈效能特性的水性塗料組成物。在一些實施例中，此類塗佈效能特性之實例包括降低最低成膜溫度、耐擦洗性、及塗料穩定性。
在一個態樣中，本發明提供一種諸如漆料之水性塗料組成物，其包含水性塗料組成物，該水性塗料組成物包含黏合劑及根據式1之聚結劑： X-O-(AO) mH         （式1） 其中X係具有4至8個碳原子之烷基，其中AO係環氧丙烷或環氧乙烷與環氧丙烷之嵌段或無規順序的混合物，其中m係1至10。
此等及其他實施例更詳細地描述於實施方式中。
如本文所用，「一(a)」、「一(an)」、「該(the)」、「至少一(at least one)」、及「一或多(one or more)」可互換使用。用語「包含(comprise)」、「包括(include)」及其變化形式在此等用語出現在說明書及申請專利範圍中時不具有限制性含義。因此，舉例而言，包括「一種」疏水性聚合物之粒子的水性組成物可解釋為意謂該組成物包括「一或多種」疏水性聚合物之粒子。
亦在本文中，藉由端點敍述之數字範圍包括歸入該範圍內之所有數字（例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等）。出於本發明之目的，應當理解，與本領域中具通常知識者將理解的一致，數字範圍意欲包括且支持包括在該範圍內之所有可能子範圍。例如，1至100之範圍意欲傳達1.01至100、1至99.99、1.01至99.99、40至60、1至55等。
本發明之一些實施例關於水性塗料組成物，諸如漆料或其他塗料。在一些實施例中，水性塗料組成物包含黏合劑及根據式1之聚結劑： X-O-(AO) mH         （式1） 其中X係具有4至8個碳原子之烷基，其中AO係環氧丙烷或環氧乙烷與環氧丙烷之嵌段或無規順序的混合物，其中m係1至10。在一些實施例中，X係正丁基。在一些實施例中，X係2-乙基己基。在一些實施例中，m係3至7。在一些實施例中，m係5。在一些實施例中，以聚結劑之重量計，聚結劑包含20重量百分比或更少的環氧乙烷。
在一些實施例中，聚結劑之分子量(M w)係200至500。
在一些實施例中，黏合劑係水性聚合分散液，其包含丙烯酸聚合物、苯乙烯-丙烯酸共聚物、乙酸乙烯酯-丙烯酸共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、或其混合物。在其中黏合劑係此類水性聚合分散液之一些實施例中，以水性塗料組成物之總重量計，水性塗料組成物包含5至70重量百分比的聚合分散液。在一些實施例中，以水性塗料組成物之總重量計，水性塗料組成物包含10至70重量百分比的聚合分散液。在一些實施例中，以水性塗料組成物之總重量計，水性塗料組成物包含15至60重量百分比的聚合分散液。
在一些實施例中，以黏合劑之總固體重量計，水性塗料組成物包含1至20重量百分比的根據式1之聚結劑。在一些實施例中，以黏合劑之總固體重量計，本發明之水性塗料組成物包含1至10重量百分比的根據式1之聚結劑。
在一些實施例中，當根據EPA方法24量測時，聚結劑具有小於15%之VOC含量。 聚結劑
水性塗料組成物包含根據式1之聚結劑： X-O-(AO) mH         （式1） 其中X係具有4至8個碳原子之烷基，其中AO係環氧丙烷或環氧乙烷與環氧丙烷之嵌段或無規順序的混合物，其中m係1至10。在一些實施例中，X係正丁基。在一些實施例中，X係2-乙基己基。在一些實施例中，m係3至7。在一些實施例中，m係5。在一些實施例中，以聚結劑之重量計，聚結劑包含20重量百分比或更少的環氧乙烷。
「聚結劑(coalescent)」意謂促進黏合劑之成膜的成分，尤其在包括黏合劑之水性塗料組成物中，該黏合劑係聚合物在水性介質中之分散液（水性聚合分散液），諸如藉由乳液聚合技術製備之聚合物。促進成膜之指示係包括黏合劑（水性聚合分散液）之組成物的最低成膜溫度（minimum film forming temperature，「MFFT」）因添加聚結劑而明顯降低。換言之，MFFT值指示聚結劑對於給定水性聚合分散液的效率；期望以最小量的聚結劑達成儘可能最低的MFFT。如實例部分中所描述，使用ASTM D 2354及5 mil MFFT棒來量測本文中之水性塗料組成物的MFFT。
在一些實施例中，聚結劑之分子量(M w)係200至500。
根據本發明之一些實施例，可用作水性塗料組成物中的聚結劑的根據式1之化合物的一個非限制性實例係五丙二醇2-乙基己基醚。根據本發明之一些實施例，可用作水性塗料組成物中的聚結劑的根據式1之化合物的另一非限制性實例係下文實例部分中描述之本發明聚結劑2，其係聚伸烷二醇單丁基醚。
在一些實施例中，以黏合劑之總固體重量計，本發明之水性塗料組成物包含1至20重量%的根據式1之聚結劑。在一些實施例中，以黏合劑之總固體重量計，本發明之水性塗料組成物包含1至10重量%的根據式1之聚結劑。
在一些實施例中，本發明之水性塗料組成物可進一步包含一或多種除根據式1之聚結劑以外的其他聚結劑。在一些實施例中，額外的聚結劑可係根據式1之聚結劑，其具有不同於第一種根據式1之聚結劑的結構。在一些實施例中，額外的聚結劑具有類似於或低於根據式1之聚結劑之VOC含量的VOC含量。
根據式1之聚結劑可藉由使環氧烷（諸如環氧丙烷或環氧乙烷與環氧丙烷之組合）與起始劑在用於環氧烷之開環(ring-opening)聚合之催化劑存在下反應的習知方式獲得。聚合可係本體(bulk)聚合或溶液聚合。適合起始劑之實例包括正丁醇、2-乙基己醇、異丁醇、三級丁醇、己醇、2-辛醇、單醣、或其混合物。適用於環氧烷聚合之催化劑可係陰離子或陽離子催化劑，其包括例如氫氧化鉀、三氟化硼或雙氰化物錯合物(DMC)催化劑，諸如六氰鈷酸鋅。一般在50℃至140℃之溫度下將環氧烷饋入至含有乾燥起始劑及催化劑之反應器中。當反應器中之壓力恢復至與饋入環氧烷之前大約相同的壓力時，通常認為聚合已完成。用諸如乙酸或磷酸之酸，或諸如氫氧化鈉之鹼（在諸如三氟化硼之酸催化劑的情況下）中和產物，以避免催化劑氧化。 黏合劑
除了式1之聚結劑，本發明之水性塗料組成物進一步包含黏合劑。黏合劑可係水性聚合分散液的一部分，該水性聚合分散液在水性介質中包含聚合物、寡聚物、預聚物或其組合。在一些實施例中，水性聚合分散液在水蒸發後成膜且視所需調配物而定，可係反應性的或非反應性的。「水性介質(aqueous medium)」在本文中意謂以介質之重量計包括至少40重量%之水的介質。水性聚合分散液中之聚合物、寡聚物、預聚物或組合通常稱為黏合劑。黏合劑之選擇不是特別重要的，且黏合劑可選自所屬技術領域中已知之所有類型的黏合劑，包括例如丙烯酸聚合物、苯乙烯-丙烯酸共聚物、乙酸乙烯酯-丙烯酸共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、或其混合物、及此等及其他化學物質之混合。在一些實施例中，黏合劑係適合用於內牆漆料之黏合劑。在一些實施例中，黏合劑係適合用於外用漆料之黏合劑。在一些實施例中，黏合劑係適合用於防水漆料之黏合劑，包括單組分防水漆料及/或雙組分漆料。
分散液中之聚合物粒子的平均粒徑不是特別重要的，且宜為40 nm至1000 nm，較佳50 nm至600 nm。本文中之粒徑係由來自Malvern Panalytical Ltd.之Zetasizer Nano ZS所量測的彼等粒徑。 水性塗料組成物
在一些實施例中，本發明之水性塗料組成物包含：(a)黏合劑；及(d)如上文所描述之根據式1之聚結劑。在一些實施例中，本發明之水性塗料組成物包含：(a)黏合劑；(b)可選地，顏料；(c)水；及(d)如上文所描述之根據式1之聚結劑。在一些實施例中，本發明之水性塗料組成物包含：(a)黏合劑；(b)可選地，顏料；(c)水；(d)如上文所描述之根據式1之聚結劑；及(e)一或多種非離子界面活性劑。在一些實施例中，本發明之水性塗料組成物包含：(a)黏合劑；(b)可選地，顏料；(c)水；(d)如上文所描述之根據式1之聚結劑；(e)一或多種非離子界面活性劑；及(f)增稠劑、分散劑、及填充劑之一或多者。
本發明之水性塗料組成物的各種實施例可用於例如牆用漆料、地板塗料、天花板漆料、外用漆料、及窗框塗料。
本發明之水性塗料組成物可藉由塗佈技術領域中熟知之技術製備。例如，水性塗料組成物之製備包括研磨階段。對於研磨階段，水性塗料組成物的許多組分（諸如顏料）以及在低剪切混合下可能不會均質化且選擇用於粒度減少的其他材料可與水組合用以研磨及/或分散（例如經由高剪切條件下之研磨機）。其他組分，諸如消泡劑及/或潤濕劑等可用於研磨階段中。
研磨階段可提供所得粒子之平均粒徑係0.1 µm至100 µm。包括0.1 µm至100 µm之所有個別值及子範圍；例如，所得粒子可具有自0.1、0.5、或1.0 µm之下限至100、75、或50 µm之上限的平均粒徑。
在研磨階段之後，可進行調和(let-down)階段。由研磨階段產生之組成物（例如，許多研磨及/或分散之水性塗料組成物組分）可與根據式1之聚結劑及用以形成水性塗料組成物之其餘組分組合。
水性塗料組成物除了水性聚合分散液（具有黏合劑）、根據式1之聚結劑及可選的（多種）顏料之外可包括習知塗料佐劑，諸如潤濕劑、填充劑、乳化劑、塑化劑、固化劑、緩衝劑、中和劑、流變改質劑、界面活性劑、保濕劑、除生物劑、消泡劑、UV吸收劑、螢光增白劑、光穩定劑及/或熱穩定劑、除生物劑、螯合劑、分散劑、著色劑、蠟、及防水劑。
本文所揭示之水性塗料組成物可包括潤濕劑，其在一些實施例中亦可稱為界面活性劑及/或分散劑。如本文所用，「潤濕劑(wetting agent)」係指可降低表面張力及/或改良本文所揭示之水性塗料組成物之粒子分離的化學添加劑。潤濕劑之實例包括但不限於醇乙氧基化物潤濕劑、聚羧酸酯潤濕劑、陰離子潤濕劑、兩性離子潤濕劑、非離子潤濕劑及其組合。可用於一些實施例中之潤濕劑的特定實例包括雙(十三基)磺基琥珀酸鈉、二(2-乙基己基)磺基琥珀酸鈉、二己基磺基琥珀酸鈉、二環己基磺基琥珀酸鈉、二戊基磺基琥珀酸鈉、二異丁基磺基琥珀酸鈉、異癸基磺基琥珀酸二鈉、磺基琥珀酸之二鈉乙氧基化醇半酯(disodium ethoxylated alcohol half ester)、N-八磺基琥珀酸二鈉、及硫化乙氧基化壬基酚等。市售潤濕劑之實例包括例如可購自The Dow Chemical Company之ECOSURF ™EH-9及TERGITOL ™NP-10，可購自Evonik之SURFYNOL 104，及可購自BYK之BYK-346及BYK-349聚醚改質之矽氧烷等。
水性塗料組成物可包括以水性塗料組成物之總重量計，0.01至10重量百分比的潤濕劑。包括0.01至10重量百分比之所有個別值及子範圍；例如，以水性塗料組成物之總重量計，水性塗料組成物可包括自0.01、0.1、0.2、1.0、或2.0重量百分比之下限至10、8、7、5、4、或3重量百分比之上限的潤濕劑。
顏料可選自所屬技術領域中具有通常知識者已知之廣泛範圍的材料，包括例如有機及無機有色顏料。合適的顏料及填充劑之實例包括二氧化鈦，諸如銳鈦礦及金紅石二氧化鈦；氧化鋅；氧化銻；氧化鐵；矽酸鎂；碳酸鈣；鋁矽酸鹽；二氧化矽；各種黏土，諸如高嶺土及剝層黏土；及氧化鉛。亦考慮水性塗料組成物亦可含有不透明聚合物粒子，諸如ROPAQUE ™Opaque Polymer（可購自The Dow Chemical Company）。亦考慮封裝或部分封裝之遮光(opacifying)顏料粒子；及吸附或黏合至諸如二氧化鈦之顏料表面的聚合物或聚合物乳液，諸如EVOQUE ™聚合物（可購自The Dow Chemical Company）；及中空顏料，包括具有一或多個空隙之顏料。
二氧化鈦係用於在建築漆料中實現遮蓋的典型顏料。
水性塗料組成物中之顏料及填充劑的量自0至85之顏料體積濃度(pigment volume concentration, PVC)變化，且藉此涵蓋本技術領域中以其他方式描述之塗料，例如透明塗料、染色劑(stain)、平面塗料、緞面塗料、半光澤塗料、光澤塗料、底漆、紋理塗料及其類似塗料。本文中之水性塗料組成物明確包括建築、維護及工業塗料、填縫劑、密封劑、及黏著劑。藉由下式計算顏料體積濃度： PVC (%) =（（多種）顏料之體積+體積（多種）填充劑× 100）/（漆料之總乾燥體積）。
水性塗料組成物之固體含量可係10體積%至70體積%。當根據ASTM D562量測時，水性塗料組成物之黏度可係50 KU至200 KU。在一些實施例中，當根據ASTM D562量測時，水性塗料組成物之黏度可係80 KU至120 KU。適用於不同應用方法之黏度變化相當大，如所屬技術領域中具有通常知識者所知。
本文所揭示之水性塗料組成物可用以形成塗料。此等塗料可用於多種不同塗料應用，諸如工業塗料應用、建築塗料應用、汽車塗料應用、室外用傢俱塗料應用等。
在使用中，本發明之水性塗料組成物之各種實施例一般可施加至基材，諸如木材、金屬、塑膠、船舶及土木工程基材、先前塗漆或塗底漆之表面、風化表面、及水泥質(cementitious)基材，諸如混凝土、灰泥(stucco)、及砂漿(mortar)。
可允許諸如在5℃至35℃之環境條件下進行水性塗料組成物之乾燥以提供塗料，或可使塗料在諸如大於35℃至80℃之高溫下乾燥。
本發明之一些實施例現在將在下列實例中詳細描述。 實例
給出以下實例以說明本發明，且不應解釋為限制其範圍。除非另有指明，否則所有份數及百分比均以重量計。 聚結劑
以下實例使用不同聚結劑。其中兩種聚結劑（本發明聚結劑1-2）係根據式1之聚結劑，且表示可用於本發明之水性塗料組成物之實施例中的聚結劑。本發明聚結劑1及2係由以下配方製備： 表 1 - 本發明聚結劑 1 成分
原材料 目標 (wt. %)
2-乙基己醇，99.5% 30.89%
環氧丙烷 68.92%
氫氧化鉀水溶液(45-50%) 0.18%
表 2 - 本發明聚結劑 1 成分
原材料 目標 (wt. %)
正丁醇(The Dow Chemical Company) 16.25%
環氧乙烷（高純度） 5.88%
環氧丙烷 77.66%
氫氧化鉀（固體） 0.21%
本發明聚結劑係藉由使環氧烷（如上文所指定）與起始劑在用於環氧烷之開環聚合的催化劑存在下反應而獲得。聚合係在兩公升反應器中進行。對於本發明聚結劑1，起始劑係2-乙基己醇，且對於本發明聚結劑2，起始劑係正丁醇。用於聚合之催化劑係氫氧化鉀。在120℃之溫度下，將環氧烷饋入至含有乾燥起始劑（2-乙基己醇或正丁醇）及催化劑之反應器中。當反應器中之壓力恢復至與饋入環氧烷之前大約相同的壓力時，認為聚合已完成。用諸如乙酸或磷酸之酸中和此等產物，以避免催化劑氧化。本發明聚結劑中之各者係根據式I之聚結劑： X-O-(AO) mH         （式1）。
對於本發明聚結劑1（「IC-1」），X係2-乙基己醇，AO係環氧丙烷，且m具有5之平均值。本發明聚結劑1係五丙二醇2-乙基己基醚。對於本發明聚結劑2（「IC-2」），X係正丁醇，AO係環氧乙烷與環氧丙烷之無規順序的混合物，且m具有6之平均值。本發明聚結劑2係聚伸烷二醇單丁基醚。
為了比較，比較實例使用習知聚結劑。比較聚結劑A（「CC-A」）係UCAR ™Filmer IBT，其係2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯，可購自The Dow Chemical Company。比較聚結劑B（「CC-B」）係二-二丙二醇正丁基醚己二酸酯。比較聚結劑C（「CC-C」）係三乙二醇雙(2-乙基己酸酯)。比較聚結劑D（「CC-D」）係聚伸烷二醇2-乙基己基醚。
聚結劑之特性示於表3中： 表 3
聚結劑 化學名稱 水溶度 沸點 (℃) 環氧乙烷 (EO) Wt.%
UCAR ™Filmer IBT (CC-A) 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯 0.12 g/L（在20℃下） 255℃ 0
CC-B 雙-二丙二醇正丁基醚己二酸酯 ＜1.0（在20℃下） 485℃ 0
CC-C 三乙二醇雙(2-乙基己酸酯 可忽略不計 344℃ 31.6
CC-D 聚伸烷二醇2-乙基己基醚 可分散於水中 沸點前分解 23.9
IC-1 五丙二醇2-乙基己基醚 - - 0
IC-2 聚伸烷二醇單丁基醚 - - 5.0
黏合劑
實例中使用之黏合劑係RHOPLEX AC-630 LOX（「黏合劑A」），其係水性聚合分散液，具有丙烯酸聚合物（50重量百分比固體；MFFT = 17℃），可購自The Dow Chemical Company；及ROVACE ™NUEVA 4838（「黏合劑B」），其係水性聚合分散液，具有乙烯基丙烯酸聚合物（50重量百分比固體；MFFT = 13℃），可購自The Dow Chemical Company。 黏合劑-聚結劑調配物
以黏合劑之總固體重量計，聚結劑及黏合劑之各種調配物係以4%、6%、8%、及10%重量百分比之聚結劑的聚結劑負載量製備，如表4中所示： 表 4
黏合劑 聚結劑 聚結劑 Wt. %
黏合劑B CC-C 4%
黏合劑B CC-C 6%
黏合劑B CC-C 8%
黏合劑B CC-C 10%
黏合劑B IC-1 4%
黏合劑B IC-1 6%
黏合劑B IC-1 8%
黏合劑B IC-1 10%
黏合劑B IC-2 4%
黏合劑B IC-2 6%
黏合劑B IC-2 8%
黏合劑B IC-2 10%
黏合劑A CC-C 4%
黏合劑A CC-C 6%
黏合劑A CC-C 8%
黏合劑A CC-C 10%
黏合劑A IC-1 4%
黏合劑A IC-1 6%
黏合劑A IC-1 8%
黏合劑A IC-1 10%
黏合劑A IC-2 4%
黏合劑A IC-2 6%
黏合劑A IC-2 8%
黏合劑A IC-2 10%
黏合劑B CC-B 4%
黏合劑B CC-B 6%
黏合劑B CC-B 8%
黏合劑B CC-B 10%
黏合劑B CC-A 4%
黏合劑B CC-A 6%
黏合劑B CC-A 8%
黏合劑B CC-A 10%
黏合劑A CC-B 4%
黏合劑A CC-B 6%
黏合劑A CC-B 8%
黏合劑A CC-B 10%
黏合劑A CC-A 4%
黏合劑A CC-A 6%
黏合劑A CC-A 8%
黏合劑A CC-A 10%
黏合劑A CC-D 4%
黏合劑A CE-D 6%
黏合劑A CC-D 8%
黏合劑A CC-D 10%
黏合劑B CC-D 4%
黏合劑B CC-D 6%
黏合劑B CC-D 8%
黏合劑B CC-D 10%
使用在實例部分末尾所描述之測試方法量測以上黏合劑-聚結劑摻合物之最低成膜溫度(MFFT)及聚結劑之揮發性有機化合物(VOC)含量。MFFT係聚合物將形成均質及透明之膜而無裂縫外觀的溫度。結果示於下表5及表6中： 表 5
VOC 含量（以wt.計） CC-A CC-B CC-C IC-1 IC-2
VOC - EPA方法24 ＞99% 0.5% 1.2% 13.3% 10.8%
表 6
測試特性 （單位：℃） 聚結劑Wt. % CC-A CC-B CC-C CC-D IC-1 IC-2
MFFT黏合劑A（丙烯酸）- 平均 4% 9.1 14.6 14.4 15.4 10.0 11.1
MFFT黏合劑A（丙烯酸）- 平均 6% 4.4 13.2 13.9 11.1 7.0 8.0
MFFT黏合劑A（丙烯酸）- 平均 8% 0.2 10.7 15.2 8.7 3.9 6.9
MFFT黏合劑A（丙烯酸）- 平均 10% -0.9 9.4 13.3 7.8 3.3 5.2
MFFT黏合劑B（乙烯基丙烯酸）- 平均 4% 7.8 7.6 6.1 8.1 6.1 6.5
MFFT黏合劑B（乙烯基丙烯酸）- 平均 6% 5.6 7.5 5.6 5.8 4.2 5.4
MFFT黏合劑B（乙烯基丙烯酸）- 平均 8% 2.0 3.0 4.6 5.6 3.3 5.0
MFFT黏合劑B（乙烯基丙烯酸）- 平均 10% ＜2.0 ＜2.0 ＜4.0 4.6 ＜2.0 4.0
除了比較聚結劑A之外，本發明聚結劑1顯示出與比較聚結劑B-D相比更佳的效能（更低的MFFT）。雖然比較聚結劑A具有比本發明聚結劑1更低的MFFT，但比較聚結劑A具有極高的VOC含量，使其不太適合作為聚結劑。本發明聚結劑2亦展現出良好的MFFT降低效率，其主要具有丙烯酸黏合劑（黏合劑A）。 漆料調配物之製備
製備漆料調配物（各類型之水性塗料組成物）以評估本發明聚結劑相對於比較聚結劑之效能。在各調配物中評估之各聚結劑之情況下，使用兩種漆料調配物（標準調配物及高級(Premium)調配物）。用本發明聚結劑製得之水性塗料組成物（漆料調配物）稱為本發明塗料組成物，且用比較聚結劑製得之水性塗料組成物（漆料調配物）稱為比較塗料組成物。
如下製備本發明塗料組成物及比較塗料組成物之各者。 標準調配物
將水添加至十公升塑膠燒杯中，接著添加指定分散劑（三聚磷酸鉀及TAMOL ™1124）及潤濕劑(TRITON ™CF-10)，同時以約400 rpm藉由分散板攪拌。添加二氧化鈦，且依序添加消泡劑(Foamaster 111)。按以下順序添加顏料填充劑：Omyacarb 1、Omyacarb 5、及Glomax LL。添加除生物劑，接著添加溶劑（乙二醇）。將增稠劑(Natrosol 250HBR)緩慢添加至上述混合物中，且將混合物攪拌兩分鐘。添加水以完成材料之分散。分散速度隨著逐漸增加之黏度提高至2000 rpm。
使此混合物保持分散30分鐘或甚至更長，直到無法觀測到具有大於50微米尺寸之粒子，以確保均質分散。
在調配物中添加聚合顏料ROPAQUE ™Ultra，接著添加水及消泡劑(Foamaster 111)。
隨後將指定黏合劑(ROVACE ™NUEVA 4838)添加至混合物中，接著添加氨(28%)及水。使用小尺寸分散板以1000 rpm攪拌10分鐘。
隨後將指定增稠劑及流變改質劑（ACRYSOL ™RM-5000，RM-725）、除生物劑(Rozone 2000)及剩餘水添加至混合物中，再攪拌10分鐘。緩慢添加流變改質劑，以達到90.0至100.0 KU之KU黏度及8.5至9.0之pH（用氨調整）。
最後，以不同份分離之後，將聚結劑添加至調配物中。 表 7 – 標準調配物
材料 （供應商） 功能 重量 %
研磨   
水 水 17.76%
三聚磷酸鉀 (Sigma-Aldrich) 分散劑 0.11%
TAMOL ™1124 (The Dow Chemical Company (“Dow”)) 分散劑 0.64%
TRITON ™CF-10 (Dow) 非離子界面活性劑 0.22%
Ti-Pure R-902 (The Chemours Company) 顏料（二氧化鈦） 12.18%
Foamaster 111 (BASF SE) 消泡劑 0.16%
Omyacarb 1 (Omya) 顏料填充劑 9.46%
Omyacarb 5 (Omya) 顏料填充劑 9.75%
Glomax LL (Imerys Performance Materials) 顏料填充劑 8.50%
Kathon LX 1.5% (DuPont) 除生物劑 0.16%
乙二醇 (Sigma-Aldrich) 溶劑 0.80%
Natrosol 250 HBR (Ashland) 非離子增稠劑 0.32%
水 水 8.98%
結束研磨
調和   
ROPAQUE ™Ultra (Dow) 聚合顏料 5.37%
水 水 3.86%
Foamaster 111 (BASF SE) 消泡劑 0.04%
ROVACE ™NUEVA 4838 (Dow) 黏合劑（乙烯基丙烯酸） 18.17%
氨(28%) (Sigma-Aldrich) 中和劑（鹼） 0.10%
水 水 2.44%
ACRYSOL ™RM-5000 (Dow) 非離子增稠劑 0.64%
Rozone 2000 (DuPont) 除生物劑 0.21%
ACRYSOL ™RM-725 (Dow) 非離子增稠劑 0.10%
高級調配物
將水添加至十公升塑膠燒杯中，接著添加指定分散劑(TAMOL ™2002)，接著添加溶劑（丙二醇）及潤濕劑(TRITON ™HW-1000)，其中以約400 rpm藉由分散板攪拌。添加二氧化鈦，且依序添加消泡劑(Foamaster 111)。按以下順序添加顏料填充劑：Omyacarb 5、Mistron Monomix、Glomax LL、及Celite 400。添加除生物劑（Kathon LX 1.5%及Rozone 2000）。將增稠劑(Natrosol 250HBR)緩慢添加至上述混合物中，且將混合物攪拌兩分鐘。添加水以完成材料之分散，接著添加緩沖劑（氨28%）。分散速度隨著逐漸增加之黏度提高至2000 rpm。
此混合物保持分散30分鐘或甚至更長，直到無法觀測到具有大於50微米尺寸之粒子以確保均質分散。
在調配物中添加聚合顏料ROPAQUE ™Ultra，接著添加水及消泡劑(Foamaster 111)。
隨後將指定黏合劑(RHOPLEX ™AC-630 LOX)添加至混合物中，接著添加氨(28%)。使用小尺寸分散板以1000 rpm攪拌10分鐘。
隨後將指定增稠劑及流變改質劑（ACRYSOL ™RM-5000，RM-725）添加至混合物中，再攪拌10分鐘。緩慢添加流變改質劑，以達到90.0至100.0 KU之KU黏度及8.5至9.0之pH（用氨調整）。
最後，以不同份分離之後，將聚結劑添加至調配物中。 表 8 – 高級調配物
材料 （供應商） 功能 重量 %
研磨
水 水 23.65%
TAMOL ™2002 (Dow) 分散劑 0.78%
丙二醇 (Dow) 溶劑 1.16%
TRITON ™HW-1000 (Dow) 界面活性劑 0.20%
Ti-Pure R-902 (The Chemours Company) 顏料（二氧化鈦） 17.02%
Foamaster 111 (BASF SE) 消泡劑 0.15%
Omyacarb 5 (Omya) 顏料填充劑 3.51%
Mistron Monomix (Imerys Performance Materials) 顏料填充劑 2.90%
Glomax LL (Imerys Performance Materials) 顏料填充劑 5.01%
Celite 400 (Imerys Performance Materials) 顏料填充劑 5.01%
Kathon LX 1.5% (DuPont) 除生物劑 0.15%
Rozone 2000 (DuPont 除生物劑 0.20%
Natrosol 250 HBR (Ashland) 非離子增稠劑 0.10%
水 水 3.80%
氨(28%) (Sigma-Aldrich) 中和劑（鹼） 0.17%
結束研磨   
調和  
ROPAQUE ™Ultra (Dow) 聚合顏料 3.36%
Foamaster 111 (BASF SE) 消泡劑 0.20%
RHOPLEX AC-630 LOX (Dow) 黏合劑（丙烯酸） 31.50%
氨(28%) (Sigma-Aldrich) 中和劑（鹼） 0.05%
ACRYSOL ™RM-725 (Dow) 非離子增稠劑 0.42%
ACRYSOL ™RM-5000 (Dow) 非離子增稠劑 0.68%
在製備標準及高級調配物之後，分開添加聚結劑。使用各本發明聚結劑及各比較聚結劑來製備標準調配物及高級調配物。以黏合劑之總固體重量計，以提供10重量百分比聚結劑之量添加聚結劑。以總塗料重量計，標準調配物包括0.9重量百分比的聚結劑。以總塗料重量計，高級調配物包括1.6重量百分比的聚結劑。
標準及高級調配物具有以下特性： 表 9
特性 標準 高級
固體體積(% vol.) 33.25% 34.53%
顏料體積濃度（顏料重量/顏料+黏合劑重量） 64.9 46.1
密度(g/L) 1.38 1.31
聚結劑濃度（以樹脂中之固體重量計） 10 wt.% 10 wt.%
量測各調配物之漆料穩定性及耐擦洗性。如下文進一步描述，藉由中等剪切速率黏度變化（「KU黏度」，以克雷布斯單位(Krebs Unit) -KU為單位）使用黏度計來量測漆料穩定性，且結果示於表10中。如下文進一步描述，根據在研磨膏(abrasion paste)存在下移除漆膜之擦洗循環次數來量測耐擦洗性，且結果示於表11中。表10及表11中之欄標示係指用於該調配物中之聚結劑。 表 10
測試特性 - KU 黏度 CC-A CC-B CC-C CC-D IC-1 IC-2
標準調配物                  
KU黏度–無聚結劑 90.7 90.7 90.7 90.7 90.7 90.7
KU黏度–添加聚結劑後 92.2 91.8 92.1 84.8 92.5 88.2
KU黏度–添加聚結劑後24小時 91.9 91.8 91.9 85.3 92.2 88.3
KU黏度–在室溫下添加聚結劑後10天 90.4 89.7 90.3 84.5 90.3 87.1
ΔKU （添加聚結劑後之 KU 變化 è 無聚結劑之 KU– 添加聚結劑後之 KU ） +1.5 +1.1 +1.4 -5.9 +1.8 +2.5
ΔKU （ KU （ 10 天） - KU （聚結劑添加）） -1.8 -2.1 -1.8 0.3 -2.2 -1.1
                    
高級調配物                  
KU黏度–無聚結劑 112.8 112.8 112.8 112.8 112.8 112.8
Ku黏度–添加聚結劑後（10 wt.%，以樹脂中之固體重量計） 112.6 113.9 114.2 72.8 108.2 100.5
KU黏度–添加聚結劑後24小時 114.5 115.4 116.2 78.6 110.5 104.2
KU黏度–添加聚結劑後10天 110.6 114.1 116.2 81.7 110.2 105.4
ΔKU （添加聚結劑後之 KU 變化 è 無聚結劑之 KU– 添加聚結劑後之 KU ） -0.2 1.1 1.4 -40.0 -4.6 -12.3
ΔKU （ KU （ 10 天） - KU （聚結劑添加）） -2.0 +0.2 +2.0 +8.9 +2.0 +4.9
表 11
測試特性 - 耐擦洗性 CC-A CC-B CC-C CC-D IC-1 IC-2
標準調配物                  
耐擦洗性循環平均值 307 289 318 290 280 310
高級調配物                  
耐擦洗性循環平均值 670 640 582 547 589 659
關於漆料穩定性，除了用比較聚結劑D製得之調配物，所有調配物均表現良好，證明了有保持KU變化低於10.0個單位的能力。此對於漆料調配者很重要。較大變化將需要漆料調配者調整配方以達成適當黏度，例如藉由添加更多增稠劑。如上文所提及，用比較聚結劑D製得之調配物具有較大變化，在高級調配物中達到40個單位。
關於耐擦洗性，用本發明聚結劑2製得之調配物相對於用比較聚結劑C製得之調配物增加循環次數，而其他調配物保持類似效能。用比較聚結劑4製得之調配物具有不良效能，主要在降低MFFT及漆料穩定性方面，因為黏度在其添加後降低太多。 測試方法最低成膜溫度
通常使用ASTM D2354-10(2018)量測MFFT。為了評估聚結劑降低乳液之MFFT之能力，製備不同濃度之聚結劑在純乳液中的混合物。將特定重量之乳液添加至玻璃燒瓶中且以500 rpm機械攪拌。添加所需重量之聚結劑且將系統攪拌5分鐘。使燒瓶保持封閉，直到塗覆膜之時刻。
在開始實驗之前至少兩小時開啟MFFT儀器及恆溫槽，以確保溫度梯度之穩定性。
揭開設備之蓋，且用乙醇清潔鋼板。將聚酯片置放於鋼板上方且經其較短的一邊固定。將具有三重儲槽之75 µm塗膜器置於固定至鋼板之聚酯片的同一邊上。將約2 mL樣本添加至塗膜器之各儲槽中，且立即澆注成三層膜。將蓋重新蓋好。
在膜完全乾燥（乾燥時間至少係20分鐘）之後，揭開蓋，且在聚酯片上記錄熱電偶之位置。自設備取出聚酯片，且在明亮光線下將其置於深色背景上。目視評估膜之完整性。膜不再連續的位置，或其開始顯示裂縫或不透明度的位置被視為MFFT的點。報導與該位置相關之熱電偶的溫度。聚結劑與乳液之各混合物以一式三份進行測試。報導結果係各個別值之間的平均值。 耐擦洗性
根據NBR 14940量測調配物之耐擦洗性。 漆料穩定性（KU黏度）
使用根據ASTM D562量測之KU黏度來評估各調配物之漆料穩定性。 VOC含量
使用EPA方法24量測聚結劑之VOC含量。
無
無

Claims (7)

  1. 一種水性塗料組成物，其包含黏合劑及根據式1之聚結劑： X-O-(AO) mH         （式1） 其中X係具有4至8個碳原子之烷基，其中AO係環氧丙烷或環氧乙烷與環氧丙烷之嵌段或無規順序的混合物，其中m係1至10。
  2. 如請求項1之塗料組成物，其中以該聚結劑之重量計，該聚結劑包含20重量百分比或更少的環氧乙烷。
  3. 如請求項1或請求項2之塗料組成物，其中該聚結劑之分子量(M w)係200至500。
  4. 如前述請求項中任一項之塗料組成物，其中該黏合劑係水性聚合分散液，其包含丙烯酸聚合物、苯乙烯-丙烯酸共聚物、乙酸乙烯酯-丙烯酸共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、或其混合物。
  5. 如請求項4之塗料組成物，其中以該水性塗料組成物之總重量計，該水性塗料組成物包含5至70重量百分比的該聚合分散液。
  6. 如前述請求項中任一項之塗料組成物，其中以該黏合劑之總固體重量計，該水性塗料組成物包含1至20重量百分比的該聚結劑。
  7. 如前述請求項中任一項之塗料組成物，其中當根據EPA方法24量測時，該聚結劑具有小於15%之VOC含量。
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