TWI619787B - 低光澤度塗佈 - Google Patents

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Abstract

本文揭示低光澤度塗佈組合物。該塗佈組合物包含粒子之獨特摻合物，其包括未經處理之二氧化矽及經有機處理之二氧化矽及經蠟處理之二氧化矽。該等粒子組合使用提供可賦予塗層適宜光澤度之某些粒子之重量%的顯著降低。該等粒子可包括於(例如)可使用UV輻射固化之胺基甲酸酯丙烯酸酯黏合劑中。

Description

低光澤度塗佈
本發明係關於低光澤度塗佈組合物及其使用方法。更特定而言，藉由在塗佈組合物中使用各類二氧化矽粒子之組合達成具有足夠成膜性之改良之低光澤度。
經常用多層塗佈系統處理木地板覆蓋物以使木材著色並保護木材免受腳踏及接觸重物之影響。該等多層塗佈系統通常包括滲入木材並使木材著色之染色層、為塗佈系統提供成膜性(厚度)以及層之間之黏著的密封劑層及保護下伏層免受損害之面塗層。可向地板施加一或多個密封劑及/或面塗層之層。塗佈系統之低光澤度、磨損及消耗抗性及對由各種來源引起之污染或染色的抗性亦係合意的。
密封劑層為塗佈系統提供基礎，且適宜基礎期望足夠「成膜性」。密封劑層之成膜性至少部分係由密封劑組合物之黏度確定。密封劑層中之低光澤度在美學上係合意的且可藉由添加填充劑材料(例如二氧化矽)完成，然而，該等填充劑添加可有害地影響黏度，從而使得密封劑組合物難以使用。
本發明係關於包含黏合劑及二氧化矽組合物之低光澤度塗佈系統，該二氧化矽組合物包含含有未經處理之二氧化矽之第一二氧化矽粒子、包含經有機處理之二氧化矽之第二二氧化矽粒子及包含經蠟處 理之二氧化矽之第三二氧化矽粒子。
出於下文詳細說明之目的，應理解，本發明可採取各種替代變更及步驟順序，其中明顯與所規定相反之情況除外。此外，除在任何操作實例或其中另有說明之情況外，在一般化學式中表示(例如)部分及在說明書及申請專利範圍中表示所用成份之量的所有數值在所有情形下皆應理解為經術語「約」修飾。因此，除非說明相反情況，否則以下說明書及隨附申請專利範圍中所闡述之數值參數均為可隨本發明尋求達成之期望性質而變化的近似值。最低限度地，且並非試圖限制申請專利範圍之等效項之原則的應用，每一數字參數均應至少根據所報告有效位的數量且藉由施用普通舍入技術來解釋。
儘管闡述本發明寬範圍之數值範圍及參數係近似值，但在具體實例中所闡述之數值應儘可能準確地報告。然而，任一數值固有地含有必然由其各別測試量測中發現之標准偏差引起之某些誤差。
亦應瞭解，本文所述任一數值範圍皆意欲包括其中所包含之所有子範圍。例如，「1至10」之範圍意欲包括所有介於(且包括)所述最小值1與所述最大值10之間之子範圍，亦即，最小值等於或大於1，且最大值等於或小於10。
在本申請案中，除非另有明確說明，否則單數之使用包括複數且複數涵蓋單數。此外，除非另有明確說明，否則在本申請案中使用「或」意指「及/或」，即使在某些情形下可明確使用「及/或」。
本發明係關於呈現低光澤度及優異物理性質之塗佈系統，其包含黏合劑及多重二氧化矽組合物，該多重二氧化矽組合物包含含有未經處理之二氧化矽之第一二氧化矽粒子、包含經有機處理之二氧化矽 之第二二氧化矽粒子及包含經蠟處理之二氧化矽之第三二氧化矽粒子。已驚人地發現使用本文所述粒子之組合提供具有低光澤度之塗佈，其通常僅利用添加遠更高含量之粒子之塗佈觀察到。以可接受之成膜性達成本發明之塗佈系統之低光澤度。如本文所用「低光澤度」係指自表面之鏡面反射之程度，記錄為光澤度單位，通常小於20個光澤度單位。如本文所用「磨損透明性」係指抵抗外觀降解之能力。磨損透明性可以目測方式觀察為變白、消耗、劃痕、光澤度損失、刮傷等，或可使用諸如濁度計、光澤度計或諸如此類等裝置量測。磨損透明性可(例如)藉由磨損表面並觀察磨損後之塗佈外觀變化來評定。
已進一步發現，本發明之塗佈系統具有優異物理性質，包括黏著性、耐磨性及染色抗性。「耐磨性」及「耐磨損性」在本文中可互換使用，係指材料抵抗在暴露於相對運動後針對硬粒子或凸起位移的能力。位移通常以目測方式觀察到，隨著塗佈材料之移除，藉此暴露下伏表面。可經由業內已知之各種測試(例如Taber磨損測試、Gardner洗滌器測試及落砂測試及諸如此類)測定耐磨性。
本發明之塗佈組合物尤其適用作多層塗佈系統之一個層，例如通常用於木地板塗佈。在該等木地板塗佈系統中，將第一染色組合物直接施加至木地板，在其上施加至少一種密封劑組合物，之後施加至少一種面塗層組合物。在本發明之一個實施例中，塗佈系統在該多層系統中用作密封劑組合物。儘管多重二氧化矽組合物在本文中係相對於其於密封劑組合物中之使用闡述，亦即不意指具有限制性，此乃因其可用於其他塗佈應用中。
本發明之塗佈系統包括黏合劑及包含三類二氧化矽粒子之多重二氧化矽組合物：未經處理之二氧化矽、經有機處理之二氧化矽及經蠟處理之二氧化矽。
「未經處理之二氧化矽」意指二氧化矽(silica，即二氧化矽 (silicon dioxide))尚未經歷通常藉由沈澱(例如熱沈澱)獲得之表面處理。一般而言，未經處理之二氧化矽之粒子大小為7-15微米，其可用於降低塗佈組合物之光澤度，但經常以塗佈組合物之黏度增加為代價。其適宜實例包括以商標ACEMATT®(例如ACEMATT® HK400、ACEMATT® HK460、ACEMATT® HK450、ACEMATT® HK440、ACEMATT® HK125、ACEMATT® HK810、ACEMATT® HK790)由Evonik Degussa銷售或以LO-VEL®商標(例如LO-VEL®6000)由PPG Industries公司銷售之某些產品。未經處理之二氧化矽之其他來源包括W.R.Grace & Co.,Fuji Silysia及Ineos。
經有機處理之二氧化矽係指具有顯著表面修飾(例如利用矽基化試劑)之二氧化矽。其適宜實例包括以SYLOID®商標(例如SYLOID®RAD2105)由W.R.Grace銷售之產品以及來自Ineos之產品。該等經高度有機處理之二氧化矽之粒度可為3-7微米，即小於典型未經處理之二氧化矽之粒度。在塗佈組合物中，經高度有機處理之二氧化矽之粒度愈小，則對塗佈黏度之影響愈小，但同時對降低光澤度之影響愈小。
經蠟處理之二氧化矽係指經蠟(例如聚烯烴蠟)塗佈之二氧化矽，如以ACEMATT®商標(例如ACEMATT®OK412)由Evonik Degussa銷售者。經蠟處理之二氧化矽之粒度可與經高度有機處理之二氧化矽之粒度相同或類似，例如3-7微米。
儘管可能已知該三種類型之二氧化矽中之每一者被個別地使用於各種塗佈系統，但已發現在單一塗佈中使用所有該等二氧化矽導致低光澤度與可接受之黏度及成膜性之有益協同效應。未經處理、經處理及經蠟塗佈之二氧化矽中之每一者之相對量可為1：1：1。端視期望光澤度而定，塗佈組合物中之所有三種二氧化矽之總量(以重量計)可為5wt.%至20wt.%。儘管不意欲受限於特定理論，但據信在用於塗佈 組合物中時，較大未經處理之二氧化矽粒子與兩種較小大小之二氧化矽粒子(經有機處理之二氧化矽及經蠟處理之二氧化矽)的組合產生獲得與較大二氧化矽相關之低光澤度及與較小二氧化矽相關之優異成膜性及均勻外觀的組合二氧化矽組合物。已發現三類二氧化矽之大小、物理性質及化學性質之變化可在塗佈組合物(具體而言密封劑組合物)中達成有益之協同效應。
除上述粒子外，本發明之塗佈組合物進一步包括業內通常用於該等塗佈之黏合劑材料。本文所用術語「聚合物」係指寡聚物及均聚物與共聚物二者。實例包括胺基甲酸酯、丙烯酸系物、三聚氰胺、聚氯乙烯、聚烯烴、環氧聚合物、聚酯、聚醚及諸如此類。胺基甲酸酯尤其適用於本發明中，尤其彼等可(例如)經由暴露於紫外(UV)輻射或電子束輻射經歷輻射固化者。亦可使用多種其他寡聚黏合劑及功能，如可使用藉由自由基或陽離子固化機制固化之系統，其皆為彼等熟習此項技術者所熟悉。
因此，在本發明之一個實施例中，塗佈組合物在暴露於UV輻射時交聯以產生透明膜。可採用波長範圍為180奈米至400奈米之UV輻射之任何適宜來源。端視所用光引發劑而定，特定波長可尤其適宜。UV輻射之適宜來源可廣泛獲得且包括(例如)汞弧、碳弧、低壓汞燈、中壓燈、高壓汞燈、旋流電漿弧及紫外輻射發射二極體。
在使用UV輻射固化本發明組合物時，組合物通常含有0.1%至5.0%(以固體計)光聚合引發劑(及/或光聚合敏化劑)。光引發劑及光敏化劑通常已為業內所知。光引發劑之實例包括異丁基安息香醚、丁基安息香醚之丁基異構物之混合物、α,α-二乙氧基苯乙酮及α,α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮。光敏化劑之實例包括二苯基酮、蒽醌、噻噸酮及氧化膦。光引發劑及光敏化劑之其他實例可參見以引用方式併入本文中之美國專利第4,017,652號。亦可添加UV穩定劑，其包括苯并三 唑、羥苯基三嗪及受阻胺光穩定劑，例如彼等以TINUVIN®商標自Ciba Specialty Chemicals購得者。
業內標準使用之其他添加劑亦可用於本發明組合物中。該等添加劑包括有機溶劑，例如酯，例如乙酸正丁基酯、乙酸乙酯及乙酸異丁基酯；醚醇，例如乙二醇單乙基醚、乙二醇單丁基醚、丙二醇單甲基醚、二丙二醇單乙基醚、丙二醇單乙基醚乙酸酯、乙二醇單乙基醚乙酸酯、二丙二醇單乙基醚乙酸酯及二乙二醇單乙基醚乙酸酯；酮，例如甲基乙基酮、甲基正丁基酮及甲基異丁基酮；含有2至4個碳原子之低碳烷醇，例如乙醇、丙醇、異丙醇及丁醇；及芳族烴，例如二甲苯、甲苯及石腦油。亦可使用其他添加劑，包括流變性改良劑、流動添加劑、除氣劑、光澤度控制添加劑、稀釋劑等。
應瞭解，本發明組合物並不限於彼等其中存在UV可固化黏合劑者。例如，水份固化胺基甲酸酯、風乾醇酸樹脂、催化醇酸樹脂、環境溫度固化環氧-胺及羥基-異氰酸酯、熱固化環氧-酸、羥基-胺基塑膠以及其他胺基塑膠固化化學物、漆(例如丙烯酸系物或聚酯漆)或分散液皆可根據本發明使用。黏合劑可係基於有機溶劑或基於水。
應向本發明塗佈組合物中添加有效量之二氧化矽粒子以賦予期望光澤度及成膜性。此量可高達組合物之總重量之20重量%。通常，二氧化矽粒子之濃度愈高，愈降低光澤度，但以較高黏度為代價。熟習此項技術者可確定添加至本發明組合物中以獲得期望光澤度而不損害成膜性之粒子或「載量」之適當重量%。改良光澤度之粒子之任一量係本發明內之「有效量」。
本發明進一步係關於塗佈基板(例如地板)之方法，其包含將本文所述塗佈組合物施加至至少一部分該基板。本發明之塗佈可藉由任何習用方式(包括噴霧、幕塗、浸軋、輥塗及刷塗)施加。可用本發明組合物塗佈任一基板，包括(例如)木地板、木膠合板或撓性塑 膠。該等基板可包括乙烯基地板、陶瓷磚及諸如此類。其他基板之實例包括金屬及剛性塑膠，例如聚碳酸酯及聚酯及玻璃。亦可根據本發明處理除地板外之木材及木膠合板基板，例如桌子、桌面及諸如此類。
應瞭解，在木地板之情形下，可在安裝之前或之後向地板施加多個不同層；該等層可包括(例如)染色塗層、密封劑及面塗層。本發明之多重二氧化矽組合物最通常存於密封劑中，但其可出現在任一層中，其中染色塗層及/或面塗層亦含有二氧化矽。在該多層組合物中，所有層皆呈現低光澤度值，其中染色層具有20之最大光澤度值，密封劑層含有三種二氧化矽粒子且具有15之最大光澤度值而面塗層具有7之最大光澤度值。可使用一或多個面塗層。因此，本發明進一步係關於包含至少一個塗佈層之木地板，其中塗佈層係自本發明之塗佈組合物形成。通常，該木地板將具有兩個或更多個層。
實例
提供以下實例以證實本發明之一般原則。除非另外指明，否則所列舉之所有量皆係以重量份數闡述。本發明不應理解為限制所提供之具體實例。雖然出於闡釋之目的上文已闡述了本發明之特定實施例，但顯而易見，彼等熟習此項技術者在不背離如隨附申請專利範圍所界定之本發明之情形下可對本發明細節作出多種改變。
實例1：染色組合物
染色組合物係自表1中列舉之組份產生。將所有液體組份添加至混合容器中並攪動，之後在攪動下第二次添加所有粉末，且混合1小時。
1 LAROMER® PE 55 F，可自BASF購得2 SR 239，可自Sartomer USA,LLC購得3 未經處理之二氧化矽，可自PPG Industries公司購得4 光引發劑，可自Ciba Specialty Chemicals購得5 光引發劑，可自Ciba Specialty Chemicals購得6 光引發劑，可自Ciba Specialty Chemicals購得
實例2：密封劑組合物
密封劑組合物係自表2中列舉之組份產生。將所有液體組份添加至混合容器中並攪動，之後在攪動下第二次添加所有粉末，且混合1小時。
7 芳族胺基甲酸酯丙烯酸酯寡聚物樹脂8 SR 239 9 LAROMER® PE 55 F，可自BASF購得10 SR 306，可自Sartomer USA,LLC購得11 經蠟處理之二氧化矽，可自Evonik Industries購得12 經有機處理之二氧化矽，可自W.R.Grace & Co.購得13 TEGO® AIREX 920，可自Evonik Industries購得
實例3：面塗層組合物
面塗層組合物係自表3中列舉之組份產生。將所有液體組份添加至混合容器中並攪動，之後在攪動下第二次添加所有粉末，且混合1小時。
14 EBECRYL® 809，可自Cytec Surface Specialties購得15 SR306 16 芳族胺基甲酸酯丙烯酸酯寡聚物樹脂 17 SR239 18 V-PYRO4 RC，可自ISP Technologies購得19 有機平整劑，可自Albemarle公司購得20 經有機處理之二氧化矽凝膠，可自PQ公司購得21 WCA 3S微研磨劑，可自Micro Abrasives公司購得22 塗料添加劑II，可自Dow Chemical公司購得23 Zeospheres W-210，可自Zeospheres Ceramics,LLC購得
實例4
使用具有光滑輥之輥塗器向木板施加實例1中產生之染色之8-13微米厚之塗層。利用圓柱狀刷擦掉過量塗層並用經汞或鎵摻雜燈泡固化之200-400毫焦耳UVA帶能量UV固化。將板用280粗砂圓柱狀刷輕微去棱角。利用光滑輥向其上以8-15微米之厚度施加實例2之密封劑並用經汞燈泡固化之200-280毫焦耳UVA帶能量UV固化。將表面用280粗砂圓柱狀刷輕微去棱角。利用光滑輥向其上施加實例3之面塗層之第一塗層以沈積4-6微米並利用汞燈泡以200-250毫焦耳之UVA帶能量UV固化。利用光滑輥施加實例3中產生之面塗層之最後塗層以沈積4-6微米並利用汞燈泡以600-800毫焦耳之UVA帶能量UV固化。
板具有含低於8之60°光澤度值之光滑之未填滿外觀。每一固化步驟後量測之光澤度列示於表4中。
實例5
比較實例4之塗佈系統與習用塗佈系統。將自實例4之組合物形成之塗層及兩個對照(光澤之耐磨損市售UV可固化塗佈組合物，以50Gloss CrownTM UV Topcoat及MINWAX®油系統購得)塗佈至木板上並使用如表5中報告之以下測試進行評價。
雙向影線黏著測試：根據ASTM D3359，穿過木板上形成之膜切割雙向影線圖案。隨後在雙向影線切割上施加壓敏黏著帶。約90秒後，移除帶並檢查板之塗層移除。黏著性係以0至5量表評定，其中0係完全失敗且5指示優異黏著性。
鎳摩擦：將經塗佈木材試樣利用與表面呈45°固持之鎳刮擦並以0-10之量表對移除進行分級，完全移除係0且無效應係10。
Belmar Hoffman：將3000克重量裝載至裝配有圓柱體尖筆之測試裝置上。經塗佈木材試樣之移動引起由圓柱狀尖筆刮擦及切割。減小重量直至不發現失敗。若於3000克下未發生失敗，則此由3000+指示。
Belmar環：將11kg重量裝置至裝配有環尖筆之測試裝置上。經塗佈木材試樣之移動引起由環尖筆刮擦或消耗。減小重量直至不發現失敗。若於11kg下未發生失敗，則此指示為11+ kg。
光澤度：利用光澤度計量測經塗佈木材試樣之光澤度。
保光性-擦洗型：使經塗佈木材試樣經受Maroon Scotch Brite墊(極微細，A型)，其設定在以7.2之速度振盪一定數量之循環的線性磨損測試機上2磅重量下。在開始及在50、100及200個循環後測試試樣之光澤度。保光性計算為最終澤度值佔初始值之百分比。
CS-17 Taber及S-42 Taber：將砂紙條(S-42型)附接至橡膠輪上或使用CS-17磨擦橡膠輪。藉由輪使經塗佈試樣與500g砝碼接觸。記錄磨穿直至未經染色木材基板在四個象限中可見之旋轉次數(循環)。
鋼絲絨刮傷測試：自三個不同鋼絲絨墊(3號粗鋼絲絨墊、1號中 等鋼絲絨墊及000號超細鋼絲絨墊)及maroon SCOTCH BRITE墊使經塗佈板經受磨損。將每一墊橫跨經塗佈板滑動重複20次，其中藉由使墊橫跨整個板滑動且隨後遵循相同軌道返回實施一次重複。以0至5之量表評價板之刮傷及變色，其中0代表無顏色變化/刮傷且5代表強烈變色/膜移除。
染色抗性：根據ASTM D1308，使用點眼藥器將2-3滴以下材料中之每一者放置於木板上：黃色芥末、碘酊(2%)、黑色RIT染料溶液、紅色食物色素、褐色鞋油及指甲膏清洗劑。在將材料施加至木板後，將1盎司塑膠醫學杯放置在每一材料上。6小時後，移除塑膠醫學杯並用紙巾擦掉該等材料。隨後以0至5之量表評定板之染色，其中0代表無染色且5代表嚴重染色。在開始時、在用家用409®清潔劑清潔後及在用擦洗用酒精清潔後實施三次「Sharpie」標記筆之染色測試。
熱/冷檢查：將經塗佈板在爐中加熱至120℉並保持1小時，隨後移出並立刻放置於冷凍器中1小時。使板恢復至室溫並檢查裂痕，10次。結果闡述於表5中。
表5中之數據顯示本發明之塗佈系統呈現與對照相當之黏著性、與油系統相當之光澤度、與油系統相比顯著改良之耐磨損性、與對照相比改良之刮傷抗性及相對於油系統改良且與UV可固化系統相當之染色抗性。
儘管上文已出於闡釋之目的闡述本發明之特定實施例，但對彼等熟習此項技術者顯然將可對本發明細節作出多種改變，而不背離如隨附申請專利範圍中所界定之本發明。

Claims (16)

  1. 一種低光澤度之耐磨塗佈系統，其包含：(a)黏合劑；及(b)二氧化矽組合物，其包含含有未經處理之二氧化矽之第一二氧化矽粒子、含有經有機處理之二氧化矽之第二二氧化矽粒子及含有經蠟處理之二氧化矽之第三二氧化矽粒子。
  2. 如請求項1之塗佈系統，其中該二氧化矽組合物包含相等量之該等第一粒子、該等第二粒子及該等第三粒子中之每一者。
  3. 如請求項1之塗佈系統，其中該黏合劑包含密封劑組合物。
  4. 如請求項3之塗佈系統，其中該密封劑組合物係提供於第一層中，該塗佈系統進一步包含下伏於該第一層之染色組合物及上覆該第一層之面塗層組合物。
  5. 如請求項4之塗佈系統，其中該染色組合物及該面塗層組合物中之至少一者含有二氧化矽粒子。
  6. 如請求項4之塗佈系統，其中該染色組合物及/或該面塗層組合物中之該等二氧化矽粒子包含未經處理之二氧化矽、發煙二氧化矽及/或經蠟處理之二氧化矽。
  7. 如請求項4之塗佈系統，其中該密封劑組合物在施加至基板時之該光澤度係小於無該二氧化矽組合物之密封劑組合物之該光澤度。
  8. 如請求項4之塗佈系統，其中該黏合劑係UV可固化的。
  9. 一種木地板，其施加有如請求項1之塗佈系統。
  10. 一種賦予具有低光澤度之基板耐磨損性的方法，其包含向該基板之至少一部分施加如請求項1之塗佈系統。
  11. 如請求項10之方法，其中該基板包含木材。
  12. 一種塗佈系統，其包含多層組合物，該系統包含：(a)包含呈現20之最大光澤度值之染色組合物的第一層；(b)包含呈現15之最大光澤度值之密封劑組合物的第二層；及(c)包含呈現7之最大光澤度值之面塗層組合物的第三層。
  13. 如請求項12之塗佈系統，其中該密封劑組合物包含：(a)黏合劑；及(b)二氧化矽組合物，其包含含有未經處理之二氧化矽之第一二氧化矽粒子、含有經有機處理之二氧化矽之第二二氧化矽粒子及含有經蠟處理之二氧化矽之第三二氧化矽粒子。
  14. 如請求項13之塗佈系統，其中該二氧化矽組合物包含相等量之該等第一粒子、該等第二粒子及該等第三粒子中之每一者。
  15. 如請求項13之塗佈系統，其中該黏合劑係UV可固化的。
  16. 一種木地板，其施加有如請求項12之塗佈系統。
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