TWI572685B - 濕固化型塗料之低濕固化 - Google Patents

Description

濕固化型塗料之低濕固化

本發明之領域係關於濕固化型保護塗料，且在一態樣中係關於含鋅烷基矽酸鹽(矽酸鋅)塗料。更特定而言，其涉及濕固化型(例如，矽酸鋅)塗料在相對低濕度條件下之塗佈及固化。

濕固化型塗料可用於各種應用以為基板提供保護。例如，具有矽酸鹽黏結劑之鋅塗料組合物已用於保護鋼表面免於生銹。鋅組合物亦已用於用作高溫塗料系統之陶瓷塗料中。該等鋅組合物通常係呈可用作(例如)金屬之底塗料之溶劑型矽酸鋅塗料之形式。

溶劑型矽酸鋅塗料通常在施加30分鐘內即顯露良好之耐雨性及良好之抗金屬腐蝕保護。然而，該等矽酸鋅塗料當在低濕度條件下固化時可形成軟的脆性塗層或易於脫層。已報導，在40%相對濕度(或更小)及25℃下固化之該等塗料不太可能達成滿意固化，且甚至在長時間固化之後可能仍軟且脆。具有濕固化化學品之其他塗料亦具有在低濕度條件下固化之問題或不能在低濕度條件下固化。

為避免該等固化問題，塗料工業中之通常做法係，若施加時濕度較低，則將一些濕塗料(例如，矽酸鋅塗料)與水一起噴塗，或對於不能預先施加水之化學品而言，直到濕度條件為適當地固化塗料所接受之後再噴塗。

因此，業內需要濕固化塗料(例如，溶劑型矽酸鋅塗料)在低相對濕度條件下達成滿意固化，同時避免上述問題。

已發現，低濕度濕固化塗料(例如，低濕固化矽酸鋅塗料)可係藉由在塗料系統中包括某些緩慢蒸發之揮發性保濕劑(或吸濕性材料)達成，同時避免上文所提及之問題。保濕劑之存在量足以提高塗料之固化速率，且足以在低濕度條件下為經固化塗料提供可接受之機械性質及裝飾性質。在一實施例中，緩慢蒸發之揮發性保濕劑係選自二甲亞碸(DMSO)、二乙二醇之單醚、碳酸丙二酯及其混合物。在較佳實施例中，緩慢蒸發之揮發性保濕劑係DMSO。

在一態樣中，本發明係關於濕固化型塗料組合物，該組合物具有濕固化黏結劑組份，其包含濕固化型黏結劑材料及至少一種有機溶劑；及保濕劑組份，其包含緩慢蒸發之揮發性保濕劑；其中該保濕劑之存在量足以提高塗料之固化速率，且足以在50%或更低之相對濕度下提供具有可接受之機械性質及裝飾性質之經固化塗料。在本發明之實施例中，保濕劑之存在量足以提高塗料之固化速率，且足以在40%或更低、或30%或更低、或20%或更低、或10%或更低之相對濕度下提供具有可接受之機械性質及裝飾性質之經固化塗料。

在一實施例中，黏結劑材料係在不存在保濕劑之情況下形成，即，形成塗料中所用濕固化型黏結劑之反應介質不包括保濕劑。在此一情形中，將保濕劑及濕固化型黏結劑材料各自分開地添加至塗料組合物中。在本發明之實施例中，黏結劑組份實質上不含、或不含保濕劑。在該等實施例中，保濕劑可在製備黏結劑組份之後與黏結劑組份組合。在一實施例中，保濕劑可在即將使用塗料之前與黏結劑組份組合，例如在將要施加塗料之位置處原位組合並混合之多部分塗料系統中。在本發明之實施例中，濕固化型塗料組合物含有約2 wt%或更少、或1 wt%或更少之膠質二氧化矽，或實質上不含、或不含膠質二氧化矽。

在一實施例中，濕固化型黏結劑材料係選自基於烷基矽酸鹽之材料；基於混成有機烷氧基矽烷之材料；基於聚異氰酸酯之材料，其經由濕固化產生聚脲；基於聚氯胺酮(polyketamine)之材料，其經由濕固化產生游離胺以與環氧化物或異氰酸酯反應；及異氰酸酯與多元醇之聚胺基甲酸酯組合物，其中異氰酸酯相對於多元醇充分過量，因此需要異氰酸酯之濕固化(產生聚脲)以使塗料適當固化。在一實施例中，濕固化型黏結劑材料係基於烷基矽酸鹽之材料。在本發明之實施例中，視濕固化型黏結劑材料之類型而定，塗料組合物可係選自底塗層或頂塗層類型之保護塗料。

在一實施例中，本發明係關於兩部分矽酸鋅塗料組合物，其包含第一烷基矽酸鹽組份(A部分)及第二鋅組份(B部分)。A部分包含烷基矽酸鹽水解產物中間物、二醇醚或醇溶劑、及保濕劑，其中水解產物中間物係烷基矽酸鹽與至少一種水可混溶之醇官能溶劑之反應產物，且其中二醇醚或醇溶劑係可提高該中間物之固化速率之類型，且係以可提高該中間物之固化速率之量存在。在一實施例中，水解產物中間物係在不存在保濕劑之情況下形成，且保濕劑係作為A部分之最後組份添加。保濕劑可係選自上述保濕劑。在本發明之實施例中，A部分含有約2 wt%或更少、或1 wt%或更少之膠質二氧化矽，或實質上不含、或不含膠質二氧化矽。在一實施例中，二醇醚或醇溶劑係丙二醇醚。B部分包含金屬鋅粉末或粉塵。

在本發明之實施例中，將保濕劑添加至A部分快速固化型烷基矽酸鹽組合物(例如由International Paint出售之Interzinc 22，QHA285)。然後可將含有保濕劑之Interzinc 22 A部分與鋅組份(B部分)(例如由International Paint出售之Interzinc 22，QHA027)混合，以形成低濕固化矽酸鋅塗料組合物。

保濕劑(例如，DMSO)可基於包括DMSO之黏結劑組份(A部分)以在以下範圍內之量添加：約1 wt%至約8 wt%、或約2 wt%至約7 wt%、或約3 wt%至約6 wt%、或約4 wt%至約5 wt%。

在一實施例中，矽酸鋅塗料組合物係呈三部分系統之形式，其中保濕劑係經由保濕劑組合物(C部分)添加。在一實施例中，保濕劑組合物含有一或多種有機溶劑或水。在保濕劑係DMSO之此三部分系統中，C部分通常應含有水或溶劑以降低DMSO之冰點。在將水與DMSO組合以降低保濕劑(例如，DMSO)組合物之冰點的此一實施例中，基於保濕劑組合物(C部分)，水係以約10 wt%至約18 wt%、或約14 wt%至約18 wt%範圍內之量存在。

在另一態樣中，本發明係關於使濕固化型塗料組合物在低濕度條件下固化之方法。在一實施例中，該方法包含：提供高濕度濕固化型塗料組合物，其能夠在足夠高相對濕度下固化，但在50 wt%或更低之相對濕度下不能形成具有可接受之機械性質及裝飾性質之經固化塗料；將緩慢蒸發之揮發性保濕劑添加至該高濕度濕固化型塗料，該保濕劑之量足以提高塗料在50%或更低之相對濕度下之固化速率，且在該等條件下固化時足以提供具有可接受之機械性質及裝飾性質之經固化塗料；混合含有該保濕劑之所得組合物，以提供低濕固化塗料組合物；將該低濕固化塗料組合物塗佈於基板上；及在相對濕度為50%或更低之條件下使基板上之塗料固化。濕固化型塗料組合物可係選自上述濕固化型塗料組合物類型之類型。

在本發明之實施例中，高濕度濕固化型塗料組合物當在40%或更低、或30%或更低、或20%或更低、或10%或更低之相對濕度下固化時不能形成具有可接受之機械性質及裝飾性質之經固化塗料，而基板上之低濕固化塗料在各別相對濕度條件下固化時產生具有可接受之機械性質及裝飾性質之經固化塗料。

在審查以下說明之後，熟習此項技術者將明瞭其他目的、優點及新穎特徵。

低濕度濕固化塗料(例如，低濕固化矽酸鋅塗料)包括緩慢蒸發之揮發性保濕劑，該保濕劑之量足以提高塗料之固化速率，並足以在低濕度條件下為經固化塗料提供可接受之機械性質及裝飾性質。「緩慢蒸發之揮發性保濕劑」意指保濕劑蒸發速率等於或低於濕固化型黏結劑在適當高濕度下(即，在黏結劑在無保濕劑之情況下固化之相對濕度下)之固化速率，且意味著保濕劑容許濕固化型塗料在低於指定相對濕度固化，且當在該等條件下固化時產生具有可接受之機械性質及裝飾性質之經固化塗料。「可接受之機械性質及裝飾性質」意指，當根據標準乾燥測試ASTM D1640及D5895測試時，塗料滿足或超過針對特定預期應用之最低工業乾燥標準；當根據ASTM D4541測試時，具有至少4 MPa(580 psi)之拉脫強度；對於矽酸鋅塗料而言，依照ASTM D4752進行溶劑摩擦測試，在環境溫度(即，約20℃至25℃)下在24小時內固化時達到至少4之值；對於其他濕固化塗料而言，依照ASTM D5402進行溶劑摩擦測試，在室溫(即，約20℃至25℃)下於24小時內固化時達到至少4之值；以及滿足特定預期應用之最低工業裝飾標準，例如，用於某些頂塗層應用之最低光澤度。

在本發明之實施例中，低濕固化矽酸鋅塗料係藉由將烷基矽酸鹽組份(A部分)與鋅組份(B部分)混合製得之兩部分塗料。

在一實施例中，A部分係如下製備：首先藉由使烷基矽酸鹽與至少一種水可混溶之醇官能溶劑在酸之存在下反應形成烷基矽酸鹽水解產物中間物，該酸能夠使烷基矽酸鹽與醇官能溶劑反應以形成水解產物中間物。在一實施例中，烷基矽酸鹽係乙基矽酸鹽。在一實施例中，水可混溶之醇官能溶劑可係選自乙二醇單丁醚(EB溶劑)、乙二醇單丙醚(EP溶劑)或其組合。在一實施例中，酸係選自硫酸或鹽酸。在一實施例中，水解產物反應物視情況包括水，以與烷基矽酸鹽反應來改良最終塗料之所施加膜形成及固化速度。然後可將水解產物中間物與保濕劑(例如DMSO)混合，以形成塗料之A部分。

A部分之可選組份可包括用於流掛控制(sag control)之乙基纖維素以及溶解乙基纖維素之適宜溶劑；若需要，用於流掛及沈降控制之流變添加劑，例如蓖麻蠟或有機黏土(例如，Bentone品牌有機黏土)；填充礦物顏料，例如黏土、長石或滑石；及彩色顏料，例如黃色或紅色氧化鐵。在一實施例中，用於溶解乙基纖維素之溶劑可係選自乙苯、二甲苯及其混合物。

在包括乙基纖維素之實施例中，可將乙基纖維素溶解於溶劑中，且可將足夠量之水解產物中間物與經溶解乙基纖維素混合，以形成良好之高速分配器渦流來分散上文所列示之其他可選組份。然後可在可選組份分散之後添加剩餘的水解產物中間物。在一實施例中，然後在添加作為A部分之最後組份之保濕劑之前，添加適宜稀釋溶劑並與其他組份混合。在一實施例中，稀釋溶劑係能夠提高中間物之固化速率之二醇醚或醇溶劑。在一實施例中，二醇醚或醇溶劑係丙二醇單甲醚(PM溶劑)。在一實施例中，可將稀釋溶劑之一小部分連同用於溶解乙基纖維素之其他溶劑一起添加至乙基纖維素，且可如上所述添加稀釋溶劑之剩餘部分。

在本發明之實施例中，基於矽酸鋅塗料之總重量，烷基矽酸鹽(例如，乙基矽酸鹽)係以約5 wt%至約25 wt%、或約7 wt%至約23 wt%、或約9 wt%至約21 wt%之量存在；水可混溶之醇官能溶劑係以約1 wt%至約15 wt%、或約1.5 wt%至約12 wt%、或約2 wt%至約10 wt%之量存在；水係以0 wt%至約3 wt%、或0 wt%至約2.5 wt%、或0 wt%至約2 wt%之量存在。酸可係以催化量存在，以促進所存在之烷基矽酸鹽、水及醇官能溶劑之反應。

在本發明之實施例中，基於總矽酸鋅塗料(即，A部分及B部分兩者)，乙基纖維素係以0 wt%至約2 wt%、或0 wt%至約1.5 wt%、或0 wt%至約1 wt%之量存在；溶解乙基纖維素之溶劑係以0 wt%至約15 wt%、或0 wt%至約12 wt%、或0 wt%至約10 wt%之量存在；流變添加劑係以0 wt%至約3 wt%、或0 wt%至約2.5 wt%、或0 wt%至約2 wt%之量存在；填充礦物顏料係以0 wt%至約30 wt%、或0 wt%至約28 wt%、或0 wt%至約26 wt%之量存在；彩色顏料係以0 wt%至約0.9 wt%、或0 wt%至約0.7 wt%、或0 wt%至約0.5 wt%之量存在；且稀釋溶劑係以0 wt%至約15 wt%、或0 wt%至約12 wt%、或0 wt%至約10 wt%之量存在。基於包括保濕劑之黏結劑組份(A部分)，保濕劑係以約1 wt%至約8 wt%、或約2 wt%至約7 wt%、或約3 wt%至約6 wt%、或約4 wt%至約5 wt%範圍內之量存在。

在一實施例中，B部分包括具有5微米至8微米平均粒徑之金屬鋅粉末。在一實施例中，基於總矽酸鋅塗料，鋅粉末係以約25 wt%至約75 wt%、或約30 wt%至約70 wt%、或約35 wt%至約68 wt%範圍內之量存在。

在本發明之一實施例中，中間物水解產物係在實質上不存在緩慢蒸發之揮發性保濕劑之情況下形成。「實質上不存在」意指若存在，則保濕劑之量不足以使得塗料在指定之低相對濕度(RH)條件下(例如，在50% RH下、或在40% RH下、或更低)固化並具有可接受之機械性質及裝飾性質。在一實施例中，中間物水解產物係在不存在保濕劑之情況下形成。

已發現，當將DMSO以基於含有保濕劑之A部分大於8 wt%之量添加至A部分時，在固化期間RH>30%時，已觀測到泥裂外觀及黏附力喪失。而且，與使用8% DMSO時相比，當基於A部分使用多於8%之DMSO時，所施加之底塗層膜中留下較多孔，如藉由以下所表明：當多餘DMSO仍然存在時，水容易滲入經固化膜中(而非形成珠狀)，且當多餘DMSO蒸發時，固體之表觀體積較高。相信，多餘DMSO蒸發後在底塗層膜中所產生之空隙多於使用8%或更少DMSO之情形。同樣，在所評價之其他濕固化塗料中，已觀測到基於黏結劑多於8%之DMSO引起發白及頂塗層光澤喪失。

在本發明之實施例中，低濕固化矽酸鋅塗料在低於50% RH、或低於45% RH、或低於40% RH、或更低RH(例如，10% RH或更低)之濕度下達成良好之固化性質及最終(經固化)塗料性質。

實例

已實施以下實例來說明本發明組合物及方法之一些實施例。

矽酸鋅組合物之實驗係使用Interzinc 22，QHA285(購自International Paint)作為矽酸鋅塗料之A部分組份及Interzinc 22，QHA027(購自International Paint)作為B部分組份之調配物來實施。向A部分添加不同量之DMSO及水，如下文表中所顯示。

評價DMSO及水之添加及濕度對固化之影響

根據ASTM D4752(MEK摩擦)評價在25℃及20% RH下DMSO及水之添加對塗料系統(上文所述)之固化的影響。亦應注意，當在所示測試時間打開室門時，濕度上升至33% RH至35% RH。針對基於A部分之wt%之不同DMSO及水量，將結果顯示於下表1中。

表1：在20% RH下DMSO及水之影響

對表1之檢查顯示，與不含DMSO且僅添加水之矽酸鋅系統相比，DMSO之添加改良矽酸鋅塗料系統在25℃及20% RH下之固化。

根據ASTM D4752評價在5℃及20% RH、以及25℃及10% RH兩種情況下DMSO及水之添加對塗料系統(上文所述)之固化的影響。在評價時間打開門之前將室條件暫時改變為25℃及0% RH，以避免在面板上冷凝而將影響結果。亦引入較高濕度以確定在低RH下緩慢固化(在所示時間內)之樣品稍後是否將在較高濕度下固化。針對基於A部分之wt%之不同DMSO及水量，將結果顯示於下表2及3中。

表2：在5℃及20% RH下DMSO及水之影響

表3：在25℃及10% RH下DMSO及水之影響

對表2及3之檢查顯示，足夠量之DMSO改良塗料之固化且與DMSO組合之水量對固化無顯著影響。而且，在低RH測試後增加RH之後，塗料通常繼續固化。

亦實施本發明之混成有機烷氧基矽烷(聚矽氧烷)及異氰酸酯濕固化組合物之評價。

混成有機烷氧基矽烷(聚矽氧烷)實例

將Interfine 1080(購自International Paint LLC)單包裝濕固化丙烯酸聚矽氧烷整飾塗料(finish coat)原樣施加達2 mil至3 mil dft。其他整飾塗料與所添加DMSO一起施加，如以下：塗料分別與基於Interfine 1080之4%及10% DMSO一起施加。在20℃及30% RH下使所有面板在試驗臺上並排固化。針對基於Interfine 1080之wt%之不同DMSO量，將結果顯示於下文表4中。

表4：在20℃及30% RH下DMSO之影響

對表4之檢查顯示，DMSO加速Interfine 1080在該等條件下之固化，其中10% DMSO比4% DMSO更能加快固化。然而，已證明10% DMSO過多，引起光澤喪失。

異氰酸酯濕固化實例

將基於HDI之聚異氰酸酯高固體透明塗料Tolonate HDT-LV2與0.1%二月桂酸二丁基錫觸媒一起施加達2 mil至3 mil dft。類似塗料分別與基於Tolonate HDT-LV2之4%及10%DMSO一起施加。在20℃及30% RH下使所有面板在試驗臺上並排固化。針對基於Tolonate HDT-LV2之wt%之不同DMSO量，將結果顯示於下文表5中。

表5：在20℃及30% RH下DMSO之影響

對表5之檢查顯示，DMSO加速濕固化異氰酸酯系統在該等條件下之固化，且較高DMSO含量比較低含量更能提高固化速度。然而，過多DMSO可引起光澤喪失。

Claims (12)

1. 一種低濕固化之濕固化型塗料組合物，其包含：a)濕固化黏結劑組份，其包含：i)濕固化型黏結劑材料，及ii)至少一種有機溶劑；及b)保濕劑組份，其包含緩慢蒸發之揮發性保濕劑；其中該保濕劑係以基於該黏結劑組份及保濕劑組份之組合之1wt%至8wt%之量存在，該保濕劑係選自二甲亞碸、二乙二醇之單醚、碳酸丙二酯及其混合物，該濕固化型黏結劑材料係選自基於烷基矽酸鹽之材料，其中該濕固化型塗料組合物進一步包含鋅組份。
2. 如請求項1之塗料組合物，其中該濕固化型塗料組合物係兩部分矽酸鋅塗料組合物；其中該濕固化型黏結劑材料係烷基矽酸鹽水解產物中間物，其中該水解產物中間物係烷基矽酸鹽與至少一種水可混溶之醇官能溶劑之反應產物；其中該有機溶劑係二醇醚或醇溶劑，其中該二醇醚或醇溶劑係以基於總矽酸鋅塗料總重之1wt%至15wt%之量存在；且其中該鋅組份係選自鋅粉末、氧化鋅或其混合物。
3. 如請求項1之塗料組合物，其中該保濕劑係二甲亞碸。
4. 如請求項2之塗料組合物，其中該保濕劑係二甲亞碸。
5. 如請求項1至4中任一項之塗料組合物，其中該塗料組合物含有基於該塗料組合物之0wt%至4wt%之量的水。
6. 如請求項1至4中任一項之塗料組合物，其中該保濕劑係 以基於該黏結劑組份及保濕劑組份之組合之2wt%至7wt%之量存在。
7. 如請求項1至4中任一項之塗料組合物，其中該保濕劑係以基於該黏結劑組份及保濕劑組份之組合之3wt%至6wt%之量存在。
8. 如請求項5之塗料組合物，其中該保濕劑係以基於該黏結劑組份及保濕劑組份之組合之3wt%至6wt%之量存在。
9. 一種使濕固化型塗料組合物在低濕度條件下固化之方法，該濕固化型塗料組合物係兩部分矽酸鋅塗料，其包含烷基矽酸鹽黏結劑組份A部分及鋅組份B部分，該方法包含：a)提供烷基矽酸鹽黏結劑組份A部分；b)將緩慢蒸發之揮發性保濕劑添加至該烷基矽酸鹽黏結劑組份A部分，該保濕劑之量係基於該黏結劑組份及保濕劑組份之組合之1wt%至8wt%，該保濕劑係選自二甲亞碸、二乙二醇之單醚、碳酸丙二酯及其混合物；c)混合含有該保濕劑之所得組合物，以提供低濕固化塗料組合物；d)將該低濕固化塗料組合物塗佈於基板上；及e)在相對濕度為50%或更低之條件下使該基板上之該塗料固化。
10. 如請求項9之方法，其中該保濕劑係二甲亞碸。
11. 如請求項9或10之方法，其中該方法進一步包含將鋅組份B部分添加至步驟c)之該低濕固化塗料。
12. 如請求項11之方法，其中該保濕劑係以基於步驟c)之該低濕固化塗料組合物之2wt%至7wt%之量存在。