TWI640583B - 塗料系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種塗料系統，其包含以100重量份之該塗料系統計30至90重量份之生物樹脂組分及10至70重量份之異氰酸酯組分，且其固體百分比大於60%。該生物樹脂組分包含丙烯酸系聚合物及由天然油形成之生物多元醇。一種用該塗料系統在基板上形成塗層之方法包含以下步驟：將該生物樹脂組分與該異氰酸酯組分組合以形成固體百分比大於60%之反應混合物，將該反應混合物塗覆至該基板上，及使該反應混合物固化以在該基板上形成該塗層。

Description

塗料系統
本發明大體上係關於一種塗料系統及一種在基板上形成塗層之方法。更特定言之，本發明係關於一種塗料系統，其包含生物樹脂組分及異氰酸酯組分，該異氰酸酯組分具有與該生物樹脂組分之反應性。
各種物品藉由用聚合黏合劑將顆粒狀物質黏合在一起來形成。舉例而言，人行道常常包含用聚胺基甲酸酯黏合劑黏合在一起之玻璃及/或石頭顆粒。作為另一個實例，跑道常常包含用聚胺基甲酸酯黏合劑黏合在一起之橡膠顆粒。作為最後一個實例，粒子板通常包含用聚胺基甲酸酯、丙烯酸樹脂、胺基樹脂、甲醛樹脂及其他樹脂黏合在一起之木材。
包含用聚合黏合劑黏合在一起之顆粒狀物質的此等物品在隨時間使用及曝露於各種物理力(例如交通擁擠)、摩耗、UV曝露、化學品、溫度波動及水分後可能會磨損、褪色及甚至斷裂。此等物品之磨損、褪色及斷裂常常可歸因於聚合黏合劑(例如芳族聚胺基甲酸酯黏合劑)在曝露於各種力及環境條件後斷裂。
因此，塗料系統可塗覆至該等物品/基板之表面上以改良此等物品之耐久性以及美觀性外觀。為此目的，在此項技術中已知用以改良該等物品之耐久性及美觀性的各種聚合塗層。
自塗覆視角而言，先前技術之塗料系統可能固化太快或太慢，且固化速率可視諸如環境溫度、基板溫度等之環境條件而變化。若塗料系統固化太快，則在聚合塗層中可見截留氣泡、泡殼及褶皺線(lap line)。過早固化甚至可能會影響聚合塗層與混凝土表面之黏著。若塗料系統固化太慢，則聚合塗層完全固化可能會花費數小時或甚至數天，且在聚合塗層完全固化之前，聚合塗層易受壓痕、標記及其他表面不規則性損害。
自環境視角而言，先前技術之塗料系統可能包括過量溶劑及其他揮發性流體，此對環境可能有害。另外，先前技術之塗料系統常常用諸如石油之非可再生資源形成的組分來形成。
此外，自效能視角而言，先前技術之聚合塗層，諸如聚天冬胺酸塗層在隨時間使用後亦可能會磨損、褪色及斷裂。舉例而言，先前技術之各種聚合塗層可能會隨時間及曝露於UV及其他要素而變黃，賦予經塗佈之基板以顏色變化。
本發明提供一種塗料系統，其包含以100重量份之該塗料系統計30至90重量份之生物樹脂組分及10至70重量份之異氰酸酯組分，且其固體百分比大於60%。該生物樹脂組分包含丙烯酸系聚合物及由天然油形成之生物多元醇。
一種用該塗料系統在基板上形成塗層之方法包含以下步驟：將該生物樹脂組分與該異氰酸酯組分組合以形成固體百分比大於60%之反應混合物，將該反應混合物塗覆至該基板上，及使該反應混合物固化以在該基板上形成該塗層。
有利地，該塗料系統部分地由可再生資源形成，且具有高固體含量(例如大於60%固體)。此外，一旦組合該塗料系統之該等組分以形成該反應混合物，該反應混合物展現極佳塗覆特性，諸如適用期 (pot life)及不黏手時間(tack-free time)。此外，由該塗料系統形成之該塗層具有與各種基板之極佳黏著，具有耐久性，且具有極佳UV穩定性。
本發明提供一種塗料系統，其包含生物樹脂組分及異氰酸酯組分。該系統通常為二組分(或2K)系統。然而，應瞭解，如本文所用，提及異氰酸酯組分及生物樹脂組分僅出於為系統個別組分之安置建立參考點及用於建立重量份基礎的目的。因此，其不應解釋為將本發明限制為僅2K系統。舉例而言，該系統之個別組分可全部保持與彼此不同。如下文中進一步描述，該系統亦可包含額外組分，該等額外組分可與異氰酸酯及生物樹脂組分中之任一或兩者包括在一起，或完全不同，諸如在第三組分中。
生物樹脂組分包含丙烯酸系聚合物及由天然油形成之生物多元醇，其中之每一者均依次描述於下文中。
生物樹脂組分可包括一或多種丙烯酸系聚合物。如本文所用，丙烯酸系聚合物係指包括丙烯酸酯單元之寡聚物及聚合物兩者。此外，丙烯酸酯單元包括由丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯形成之單元。
丙烯酸系聚合物包括至少一種丙烯酸酯單元，且具有至少一種具有與異氰酸酯官能基之反應性的官能基。更特定言之，丙烯酸系聚合物通常包括以下異氰酸酯反應性官能基中之至少一者：羥基、胺基、環氧基、苯酚基及酸酐基。
丙烯酸系聚合物通常為共聚物，亦即包含含有兩種或兩種以上不同單元之聚合物。如此項技術中所已知，聚合物由許多「基體(mer)」或單元形成。術語「單元」在本文中用於描述由特定單體形 成之單元。舉例而言，聚合物鏈內之丙烯酸2-乙基己酯單元係由丙烯酸2-乙基己酯形成。此外，丙烯酸系聚合物描述為包括各種重量%之單元，如在本發明通篇中所用，重量%之單元係指以丙烯酸系聚合物之總重量計的重量%之單元。
如上文所闡述，丙烯酸系聚合物包含至少一種丙烯酸酯單元。適合之非限制性實例丙烯酸酯單元包括甲基丙烯酸酯單元、甲基丙烯酸甲酯單元、甲基丙烯酸乙酯單元、甲基丙烯酸丁酯單元、甲基丙烯酸丙酯單元、甲基丙烯酸單元、丙烯酸單元、甲基丙烯酸羥乙酯單元、甲基丙烯酸縮水甘油酯單元、丙烯酸2-乙基己酯單元(2-EHA)以及下文描述之羥基官能性丙烯酸酯單元。當然，丙烯酸酯單元之此等實例為可包括在丙烯酸系聚合物中之丙烯酸酯單元的非限制性實例。
在一個較佳實施例中，丙烯酸系聚合物亦包含羥基官能性單元。亦即，丙烯酸系聚合物為羥基官能性的。羥基官能性單元的適合之非限制性實例包括單甲基丙烯酸甘油酯單元、丙烯酸2-羥乙酯單元(HEA)、甲基丙烯酸羥乙酯單元(HEMA)、甲基丙烯酸羥丙酯單元(HPMA)、甲基丙烯酸羥丁酯單元(HBMA)、N-(2-羥丙基)甲基丙烯醯胺單元、羥基聚乙氧基(10)烯丙醚單元(HEMA 10)、聚乙氧基單元(10)、甲基丙烯酸乙酯單元、季戊四醇三丙烯酸酯單元、聚(丙二醇)單元、1,1,1-三羥甲基丙烷二烯丙醚單元及1,1,1-三羥甲基丙烷單烯丙醚單元。在一個尤佳實施例中，丙烯酸系聚合物包含甲基丙烯酸羥烷酯單元，諸如HEA、HEMA、HPMA及HBMA單元。
在一個較佳實施例中，丙烯酸系聚合物亦包含苯乙烯單元。苯乙烯單元的適合之非限制性實例包括苯乙烯單元及α-甲基苯乙烯單元。當然，苯乙烯單元之此等實例為可包括在丙烯酸系聚合物中之苯乙烯單元的非限制性實例。
丙烯酸系聚合物通常包含：5至95、或者5至80、或者5至50、或 者20至50、或者30至40重量%之丙烯酸酯單元；5至95、或者5至80、或者5至50、或者20至50、或者30至40重量%之羥基官能性丙烯酸酯單元；及5至70、或者5至60、或者5至50、或者20至50、或者30至40重量%之苯乙烯單元。
當然，丙烯酸系聚合物亦可包括此項技術中已知之其他單元，亦即除本文特定描述之丙烯酸酯單元、羥基官能性丙烯酸酯單元及苯乙烯單元之外的單元。
丙烯酸系聚合物通常：在根據ASTM D4274-11測試時羥基值為50至250、或者100至200、或者135至150mg KOH/g；在用布洛克菲爾德黏度計(Brookfield Viscometer)#4 LV，60rpm，40秒測試時25℃下之黏度為500至10,000、或者500至8,000、或者3,600至8,000毫帕‧秒；且在根據DIN EN ISO 3251測試時固體百分比為60至80、或者68至80、或者等於或大於60、或者等於或大於65、或者等於或大於75、或者等於或大於80重量%。
適合之丙烯酸系聚合物可自Florham Park,NJ之BASF Corporation以商標名JONCRYL®購得。
在一個較佳實施例中，丙烯酸系聚合物包含30至35重量%之2-EHA單元、30至35重量%之HEMA單元及30至35重量%之苯乙烯單元。此較佳實施例之丙烯酸系聚合物通常：羥基值為135至150mg KOH/g，25℃下之黏度為3,000至6,000毫帕‧秒，且固體百分比為約80%。有利地，此較佳實施例之丙烯酸系聚合物具有高固體含量，該高固體含量促成塗料系統之高整體固體含量，且該丙烯酸系聚合物亦與生物多元醇一起與異氰酸酯組分反應以形成塗層，該塗層具有極佳抗UV、耐化學品及耐溶劑性，具有極佳黏著性及耐久性，且為硬性但可撓性的。
丙烯酸系聚合物通常以按100重量份之生物樹脂組分計5至50、 或者10至40、或者20至30重量份之量包括於該生物樹脂組分中。丙烯酸系聚合物之量可在以上範圍之外變化，但通常為在此等範圍內之整數及分數值兩者。此外，應瞭解可將一種以上之丙烯酸系聚合物包括於生物樹脂組分中，在此情況下所包括之所有丙烯酸系聚合物的總量係在以上範圍內。
生物樹脂組分亦包括生物多元醇。生物多元醇通常係由天然油形成。天然油為自可再生資源獲得之油。舉例而言，天然油可自植物中提取。天然油可為三酸甘油酯或不同三酸甘油酯之混合物。一些適合之天然油包括(但不限於)菜籽油(canola oil)、蓖麻油、椰子油、棉籽油、橄欖油、棕櫚油、花生油、油菜籽油(rapeseed oil)、大豆油及其組合。用於形成生物多元醇之天然油通常選自以下各者之群：菜籽油、蓖麻油、椰子油、棉籽油、橄欖油、棕櫚油、花生油、油菜籽油、大豆油及其組合。一種尤其適合之天然油為椰子油，其來源於椰子樹之果仁。亦即在一個較佳實施例中，生物多元醇係由包含椰子油之天然油形成。在另一個較佳實施例中，生物多元醇係由包含椰子油及/或棕櫚油之天然油形成。另一種適合之天然油為油菜籽油。又另一種適合之天然油為蓖麻油。
如在此項技術中所熟知，蓖麻油係直接產自植物來源且包括羥基。其他天然油(諸如椰子油)係直接產自植物來源且不包括羥基，但包括碳碳雙鍵，該等碳碳雙鍵可經氧化以形成羥基。亦即，天然油可經化學修飾，例如經修飾以包括羥基。舉例而言，天然油可藉助於環氧化繼而開環、轉酯化、烷氧基化(例如乙氧基化、丙氧基化等)及其他化學反應來進行化學修飾。為此目的，生物多元醇可包括天然油、天然油之反應產物及與其反應之化合物、及其組合。換言之，片語「由天然油形成之生物多元醇」中之「由……形成」係指多元醇包含來自可再生資源之天然油且亦包含經化學修飾，例如經化學修飾以包 括羥基的來自可再生資源之天然油。
生物多元醇通常：在根據ASTM D4274-11測試時羥基值為150至350、或者165至330、或者165至175、或者300至330mg KOH/g；在根據DIN EN ISO 3219測試時20℃下之黏度為100至5,000、或者500至4,500、或者2,800至4,000、或者700至1,400毫帕‧秒；且在根據DIN EN ISO 3251測試時固體百分比大於60、或者大於70、或者大於80、或者大於90、或者大於95、或者大於99、或者為約100重量%。
適合之生物多元醇可自Florham Park,NJ之BASF Corporation以商標名SOVERMOL®購得。
在一個較佳實施例中，生物多元醇由椰子油形成。在此實施例中，生物多元醇通常羥基值為300至330mg KOH/g，20℃下之黏度為700至1,400毫帕‧秒，且固體百分比為約100%。有利地，此較佳實施例之生物多元醇展現聚醚多元醇之特性(例如水解穩定性)及聚酯多元醇之特性(例如疏水性)兩者，且該生物多元醇亦與丙烯酸系聚合物一起與異氰酸酯組分反應以形成塗層，該塗層具有極佳抗UV、耐化學品及耐溶劑性，具有極佳黏著性及耐久性，且為硬性但可撓性的。此較佳實施例之生物多元醇允許高顏料負載量，且亦促成塗料系統之自調平及裂縫架橋(crack bridging)特性。
生物多元醇通常以按100重量份之生物樹脂組分計30至90、或者45至75、或者55至65重量份之量包括於該生物樹脂組分中。生物多元醇之量可在以上範圍之外變化，但通常為在此等範圍內之整數及分數值兩者。此外，應瞭解一種以上生物多元醇可包括於生物樹脂組分中，在此情況下所包括之所有生物多元醇的總量在以上範圍內。
生物樹脂組分視情況包括補充多元醇。當然，生物樹脂組分可包括一或多種補充多元醇。補充多元醇可為此項技術中已知的不同於生物多元醇及丙烯酸系聚合物之任何多元醇。補充多元醇包括一或多 種OH官能基，通常至少兩個OH官能基。補充多元醇通常係選自以下各者之群：聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚醚/酯多元醇及其組合；然而亦可採用其他補充多元醇。
生物樹脂組分亦可包括各種添加劑。適合之添加劑包括(但不限於)發泡劑、結塊劑(blocking agent)、染料、顏料、稀釋劑、催化劑、溶劑、特定功能性添加劑，諸如抗氧化劑、紫外線穩定劑、抗靜電劑、殺生物劑、阻燃劑、芳香劑。
生物樹脂組分通常：在根據ASTM D4274-11測試時羥基值為50至500、或者100至400、或者135至330、或者200至300mg KOH/g；在根據DIN EN ISO 3219測試時20℃下之黏度為200至3,000、或者300至1,000、或者400至800毫帕‧秒；且在根據DIN EN ISO 3251測試時固體百分比為60至95、或者75至90、或者大於60、或者大於65、或者大於75、或者大於80、或者大於85、或者大於90、或者大於95重量%。
生物樹脂組分通常以按100重量份之塗料系統計30至90、或者40至80、或者50至60重量份之量包括於該塗料系統中。生物樹脂組分之量可在以上範圍之外變化，但通常為在此等範圍內之整數及分數值兩者。
生物樹脂組分與異氰酸酯組分反應。特定言之，異氰酸酯組分包含異氰酸酯，該異氰酸酯與生物樹脂組分之丙烯酸系聚合物及生物多元醇反應。
當然，異氰酸酯組分可包含一或多種不同異氰酸酯。異氰酸酯可為具有兩個或兩個以上官能基，例如兩個或兩個以上NCO官能基之聚異氰酸酯。用於本發明之目的的適合之異氰酸酯包括(但不限於)習知脂族、環脂族、芳基及芳族異氰酸酯。在各種實施例中，異氰酸酯係選自以下各者之群：二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、聚合二苯基甲烷二異氰酸酯(pMDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)、六亞甲基二異氰酸酯 (HDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)及其組合。在一個較佳實施例中，異氰酸酯組分包含六亞甲基二異氰酸酯(HDI)或衍生自其之異氰酸酯。
適合之異氰酸酯的特定非限制性實例包括：甲苯二異氰酸酯；4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯；間伸苯基二異氰酸酯；1,5-萘二異氰酸酯；3-伸苯基二異氰酸酯；四亞甲基二異氰酸酯；六亞甲基二異氰酸酯；六亞甲基二異氰酸酯異氰尿酸酯(hexamethylene diisocyanate isocyanurate)；1,4-二環己基二異氰酸酯、1,4-環己基二異氰酸酯、2,4,6-伸甲苯基三異氰酸酯、1,3-二異丙基伸苯基-2,4-二異氰酸酯；1-甲基-3,5-二乙基伸苯基-2,4-二異氰酸酯；1,3,5-三乙基伸苯基-2,4-二異氰酸酯；1,3,5-三異丙基-伸苯基-2,4-二異氰酸酯；3,3'-二乙基-雙苯基-4,4'-二異氰酸酯；3,5,3',5'-四乙基-二苯基甲烷-4,4'-二異氰酸酯；3,5,3',5'-四異丙基二苯基甲烷-4,4'-二異氰酸酯；1-乙基-4-乙氧基-苯基-2,5-二異氰酸酯；1,3,5-三乙基苯-2,4,6-三異氰酸酯；1-乙基-3,5-二異丙基苯-2,4,6-三異氰酸酯及1,3,5-三異丙基苯-2,4,6-三異氰酸酯。其他適合之異氰酸酯包括芳族二異氰酸酯或具有一或兩個芳基、烷基、芳烷基或烷氧基取代基之異氰酸酯，其中此等取代基中之至少一者具有至少兩個碳原子。
適合之異氰酸酯可自Florham Park,NJ之BASF Corporation以以下商標名：LUPRANATE®及BASONAT®購得。
異氰酸酯組分通常：在根據DIN EN ISO 11909測試時NCO含量為15至35、或者15至32、或者16至23、或者16至17、或者22至23重量%；在根據DIN EN ISO 3219測試時23℃下之黏度為100至5,000、或者100至4,500、或者100至2,500、或者100至250、或者2,500至4,500毫帕‧秒；且在根據DINEN ISO 3251測試時固體百分比大於60、或者大於70、或者大於74、或者大於80、或者大於85、或者大於90、或者大 於95、或者大於99、或者為約100重量%。
在一個較佳實施例中，異氰酸酯組分包含異氰尿酸酯化之HDI，諸如HDI異氰尿酸酯(HDI isocyanurate)。通常為高官能性低黏度異氰酸酯的異氰尿酸酯化之HDI與生物樹脂組分反應以形成塗層，該塗層具有極佳抗UV、耐化學品及耐溶劑性，具有極佳黏著性及耐久性，且為硬性但可撓性的。此較佳實施例之異氰酸酯組分通常NCO含量為21.5至22.5重量%，23℃下之黏度為2,500至4,500毫帕‧秒，且固體百分比為約100重量%。
異氰酸酯組分通常以按100重量份之塗料系統計10至70、或者30至60、或者40至50重量份之量包括於該塗料系統中。異氰酸酯組分之量可在以上範圍之外變化，但通常為在此等範圍內之整數及分數值兩者。此外，應瞭解一種以上異氰酸酯可包括於異氰酸酯組分中，在此情況下所包括之所有異氰酸酯的總量在以上範圍內。
包括生物樹脂組分及異氰酸酯組分之塗料系統在根據DIN EN ISO 3251測試時通常固體百分比大於60、或者大於65、或者大於70、或者大於75、或者大於80、或者大於85、或者大於90重量%。此為組合之固體百分比，其藉由測定組分中之每一者的固體百分比、測定組分中之每一者的量及計算塗料系統之累積固體百分比來計算。舉例而言，若塗料系統包括45重量份的具有100%固體之異氰酸酯組分及55重量份的具有85%固體之生物樹脂組分，則塗料系統之固體百分比將如下計算：((45PBW×1)+(55PBW×.85))=92%固體。或者，塗料系統本身(相對於其組分)之固體百分比可根據DIN EN ISO 3251來測試，以測定該固體百分比。
本文亦揭示一種用塗料系統在基板上形成塗層之方法。該方法包含以下步驟：將生物樹脂組分與異氰酸酯組分組合以形成固體百分比大於60%之反應混合物，將該反應混合物塗覆至基板上，及使該反 應混合物固化以在該基板上形成塗層。就該方法而言，塗料系統之組分，例如異氰酸酯組分、生物樹脂組分、丙烯酸系聚合物、生物多元醇等，恰如上文所描述。
如上文所指示，該方法包括將生物樹脂組分與異氰酸酯組分組合以形成固體百分比大於60%之反應混合物(亦即塗料系統之固體百分比大於60%)的步驟。生物樹脂組分與異氰酸酯組分可藉由此項技術中已知之任何機制來組合以形成反應混合物。組合步驟通常係在塗覆位置處在桶中進行。特定言之，組分通常在待塗覆塗料系統之位置處在桶中組合及人工混合。然而，組合之步驟亦可在混合裝置(諸如靜態混合器、衝擊式混合室或混合泵)中進行。生物樹脂組分與異氰酸酯組分亦可在噴霧器噴嘴中組合。生物樹脂組分與異氰酸酯組分通常以約90至120、或者105至115之異氰酸酯指數組合。
一旦組合，反應混合物、亦即塗料系統之經組合組分具有極佳適用期特性，尤其考慮到塗料系統之高固體含量，適用期特性極佳。適用期定義為經組合之黏度加倍的時間。為此目的，在生物樹脂組分與異氰酸酯組分組合時形成之反應混合物在根據ASTM D 2196-05在74℉及20% RH下測試時通常適用期大於10、或者大於15、或者大於20、或者大於25、或者大於27分鐘。
如上文亦指示，該方法包括將反應混合物塗覆至基板上之步驟。在一個實施例中，在第一及第二塗佈中將反應混合物塗覆至基板上。反應混合物可用任何塗覆技術來塗覆，該塗覆技術諸如刷塗、滾塗、壓刮(squeegeeing)、傾倒、噴塗等。特定塗覆技術基於諸如溫度、日光曝露之塗覆條件以及基於反應混合物所塗覆之基板來加以選擇。塗覆技術之微小變型影響塗層之效能特性。因此，常常闡述塗覆技術之某些塗覆指導原則，有時包括表面預理指導原則。
在一個實施例中，該方法包括將底塗劑塗覆至基板上之步驟。 適合之底塗劑為此項技術中已知的，例如聚丙烯上之氯化聚烯烴，且可改良塗層與基板之黏著。
一旦塗覆，反應混合物、亦即塗料系統之經組合組分具有極佳自調平特性，尤其考慮到塗料系統之高固體含量，自調平特性極佳。
此外，反應混合物在根據ASTM D5895-13在74℉及20% RH下測試時通常指觸乾時間(set to touch time)(薄膜將不流動所處之時間)等於或小於340分鐘、或者等於或小於330、或者等於或小於320、或者等於或小於310、或者等於或小於300、或者等於或小於290、或者等於或小於280、或者等於或小於270、或者等於或小於260、或者等於或小於250、或者等於或小於240、或者等於或小於230、或者等於或小於220。
此外，反應混合物在根據ASTM D5895-13在74℉及20% RH下測試時通常不黏手時間(當觸摸時不發生塗層轉移之時間)等於或小於370分鐘、或者等於或小於360、或者等於或小於350、或者等於或小於340、或者等於或小於330、或者等於或小於320、或者等於或小於310、或者等於或小於300、或者等於或小於290、或者等於或小於280、或者等於或小於270、或者等於或小於260分鐘。
本發明之塗料系統可塗覆至任何基板上以改良其耐久性及美觀性外觀。其上塗覆反應混合物且形成塗層之基板可包含任何材料，包括聚合物、木材、金屬及混凝土。用於本發明之目的的混凝土包括混凝土、高強度混凝土、衝壓混凝土、高效能混凝土、自固結混凝土、噴凝土、多孔狀混凝土(輕型充氣混凝土、密度可變混凝土、發泡混凝土及輕型或超輕型混凝土)、快速強度混凝土、預加應力混凝土、加強型混凝土及甚至瀝青。塗層可塗覆至混凝土基板，諸如地板、工作台面、露台、車道、公路/道路、橋/天橋、停車場、運動場、預製結構、混凝土板、排水管道、隧道及蓄水結構、混凝土磚石單元、混 凝土塊(例如爐渣塊)、開裂塊、天然石頭、鋪路材料、灰泥及磚。
本發明之塗料系統通常塗覆至包含用聚合黏合劑黏合在一起之顆粒狀物質的基板上以改良其耐久性及美觀性外觀。在一個非限制性實例中，塗料系統塗覆至包含用芳族聚胺基甲酸酯黏合劑黏合在一起之玻璃及/或石頭顆粒的人行道上。在另一個非限制性實例中，塗料系統塗覆至包含用聚胺基甲酸酯黏合劑黏合在一起之橡膠顆粒的跑道上。作為最後一個非限制性實例，塗料系統塗覆至包含用胺基甲醛樹脂黏合在一起之顆粒狀木材的粒子板上。然而，本文明確地涵蓋，塗層可塗覆至除包含用聚合黏合劑黏合在一起之顆粒狀物質的物品之外的物品。舉例而言，如先前所闡述，塗料系統可塗覆至混凝土、塑膠、金屬及複合物基板上以改良耐久性及美觀性外觀。
該方法亦包括使反應混合物固化以在基板上形成塗層之步驟。反應混合物通常在環境條件下在塗覆位置處隨時間固化。然而，反應混合物可藉由加熱、紅外輻射、紫外輻射、環境條件下之時間、內部摻雜物化學自由基產生劑、外部曝露於化學自由基產生劑中或其任何組合來固化以形成塗層。
在此方法中，將生物樹脂組分與異氰酸酯組分組合以形成反應混合物、將該反應混合物塗覆至基板上及使該反應混合物固化(至不黏手狀態)以在該基板上形成塗層的步驟通常在340分鐘或340分鐘以下內、或者在300分鐘或300分鐘以下內、或者在260分鐘或260分鐘以下內統統進行。
本文亦描述包含上述塗料系統之反應產物的塗層。在基板上形成之塗層的厚度通常為0.5至10、或者1至4、或者1.5至3.0密耳。塗層展現與各種基板之極佳黏著、耐久性及耐候性/抗UV性。
塗層展現極佳耐候性特徵。更特定言之，塗層通常：在根據SAE J-2527測試254小時時朝向綠色之偏移Δa為-2或者-1至0；且在根據 SAE J-2527測試254小時時朝向黃色之偏移Δb為0.0至0.5或者0.0至0.1。此外，塗層通常：在根據SAE J-2527測試1385小時時朝向綠色之偏移Δa為-3至0或者-2.6至0；且在根據SAE J-2527在Atlas氙氣耐候計Ci65A上測試1385小時時朝向黃色之偏移Δb為0.0至3.0或者0.0至2.0。
塗層亦具韌性及耐久性。特定言之，塗層在於23℃下後固化7天之後及在根據ASTM D4060(1000個循環，CS-17mg砂輪，重量1000公克)測試時，塔柏耐磨性(Taber abrasion resistance)小於85、或者小於80、或者小於75、或者小於70、或者小於65、或者小於60、或者小於55、或者小於50、或者小於45、或者小於44mg。此外，塗層在於23℃下後固化7天且於50℃下後固化15小時之後及在根據ASTM D4060(1000個循環，CS-17mg砂輪，重量1000公克)測試時，塔柏耐磨性小於80、或者小於75、或者小於70、或者小於65、或者小於60、或者小於55、或者小於50、或者小於45、或者小於40mg。
塗層即使在曝露於UV之後亦具韌性及耐久性。特定言之，塗層在於23℃下後固化7天之後，及在耐候計中根據ASTM J2527曝露加速UV老化1385小時之後，根據ASTM D4060(1000個循環，CS-17mg砂輪，重量1000公克)測試時，塔柏耐磨性小於90、或者小於85、或者小於80、或者小於75、或者小於70、或者小於65、或者小於60mg。
塗層亦展現與各種基板之極佳黏著。舉例而言，塗層在塗覆至白色的經線圈塗佈之鋁上且根據ASTM D-3359測試時通過交叉劃線測試(cross scribe testing)，且亦在塗覆至白色的經線圈塗佈之鋁上且根據ASTM D-3002測試時通過交叉影線測試(cross hatch testing)。
以下實例意欲說明本發明且不以任何方式視為限制本發明之範疇。
實例
由根據本發明之塗料系統形成塗層。出於比較之目的形成比較聚天冬胺酸塗層。塗料系統闡述於以下表1中。如所指定，表1中之量以重量%為單位。
生物多元醇A由椰子油形成，且其羥基值為300至330mg KOH/g且25℃下之黏度為700至1400mPa‧s。
丙烯酸系聚合物A由HEMA、2-EHA及苯乙烯形成，且其羥基值為135至150mg KOH/g且25℃下之黏度為3600至8000mPa‧s。
稀釋劑A為碳酸伸丙酯。
添加劑A為乙酸。
添加劑B為二月桂酸二丁基錫(DBTDL)。
添加劑C為經聚醚修飾之聚二甲基矽氧烷濕潤劑。
添加劑D為聚矽氧烷消泡劑
添加劑E為羥苯基苯并三唑UV吸收劑。
添加劑F為受阻胺光穩定劑。
異氰酸酯A為NCO含量為22%至23%且23℃下之黏度為2,500至4,500mPa‧s的異氰尿酸酯化之HDI。
現參看表1，為形成塗層，將55重量份之生物樹脂組分與45重量份之異氰酸酯組分組合以形成反應混合物。因此，經組合之組分的異氰酸酯指數為110。隨後將反應混合物塗覆至基板上且固化以形成塗層。
仍參看表1，塗料系統包括超過25重量%的由可再生資源形成之生物多元醇。此外，塗料系統之固體百分比為92%。
測試塗料系統/反應混合物及塗層之特性且闡述於以下表2中。聚天冬胺酸塗料系統/反應混合物及自其形成之比較聚天冬胺酸塗層的特性亦出於比較目的而闡述於表2中。
現參看表2，自塗覆視角而言，尤其當與比較塗料系統相比時，塗料系統展現極佳適用期、指觸乾時間及不黏手時間。此外，自效能視角而言，尤其當與比較塗層相比時，塗層具耐久性且展現與所測試基板之極佳黏著。
現參看表3，自風化視角而言，塗層展現FILTERPAVE®上(亦即包含顆粒狀玻璃及芳族聚胺基甲酸酯黏合劑且其上之塗層厚2密耳之基板上)之極佳UV穩定性。值得注意地，經廣泛範圍之曝露(亦即測試小時數)，塗層所展現的由Δa及Δb表示之顏色變化明顯比比較塗層少。特定言之，就耐候性而言，Δa變化較少則較好，且Δb較低(或較接近0)則較好。因此，該塗層之耐候性比比較塗料系統之耐候性優越。
現參看表4，自風化視角而言，塗層亦展現經線圈塗佈之白色鋁基板上的極佳UV穩定性。同樣，經廣泛範圍之曝露(亦即測試小時數)，塗層所展現的由Δa及Δb表示之顏色變化明顯比比較塗層少。特定言之，就耐候性而言，Δa變化較少則較好，且Δb較低(或較接近0)則較好。因此，該塗層之耐候性比比較塗料系統之耐候性優越。
總體而言，尤其當與比較塗料系統相比時，塗料系統展現極佳適用期、指觸乾時間及不黏手時間。此外，尤其當與比較塗層相比時，由該塗料系統形成之塗層具耐久性且展現與各種基板之極佳黏著及耐磨性(即使在風化之後)。值得注意地，塗層之極佳效能特性，例如耐磨性及抗UV性在塗層厚度僅2密耳之情況下即達成。
應理解，隨附申請專利範圍不限於實施方式中所描述之明確且特定的化合物、組分或方法，其可在屬於隨附申請專利範圍之範疇內的特定實施例之間變化。就本文中為描述各種實施例之特定特徵或態樣所信賴的任何馬庫西群組(Markush group)而言，應瞭解，可自各別馬庫西群組中獨立於所有其他馬庫西成員之各成員獲得不同、特殊及/或意外之結果。馬庫西群組之各成員可單獨及/或組合地受信賴，且為屬於隨附申請專利範圍之範疇內的特定實施例提供足夠支持。
亦應理解，在描述本發明之各種實施例中所信賴的任何範圍及 子範圍獨立地及共同地屬於所附申請專利範圍之範疇內，且理解為描述且涵蓋所有範圍，包括其中之整數及/或分數值，即使該等值未明確寫入本文中。熟習此項技術者容易認識到，所列舉之範圍及子範圍充分地描述本發明之各種實施例且使之能夠進行，且該等範圍及子範圍可進一步描述成相關的一半、三分之一、四分之一、五分之一等。僅作為一個實例，「0.1至0.9之」範圍可進一步描述為下三分之一(亦即0.1至0.3)、中三分之一(亦即0.4至0.6)及上三分之一(亦即0.7至0.9)，其單獨且共同地屬於隨附申請專利範圍之範疇內，且可單獨及/或共同地受信賴，且為屬於隨附申請專利範圍之範疇內的特定實施例提供足夠支持。另外，就界定或修飾範圍之語言而言，諸如「至少」、「大於」、「小於」、「不超過」及其類似語言，應瞭解該語言包括子範圍及/或上限或下限。作為另一個實例，「至少10」之範圍固有地包括至少10至35之子範圍、至少10至25之子範圍、25至35之子範圍等，且各子範圍可單獨地及/或共同地受信賴且為所附申請專利範圍之範疇內的特定實施例提供足夠支持。最後，所揭示之範圍內的個別數目可受信賴且為所附申請專利範圍之範疇內的特定實施例提供足夠支持。舉例而言，「1至9之」範圍包括各種個別整數，諸如3，以及包括小數點(或分數)之個別數字，諸如4.1，該等數字可受信賴且為所附申請專利範圍之範疇內的特定實施例提供足夠支持。
已以說明方式描述本發明，且應理解已使用之術語意欲具有描述用詞而非限制用詞之性質。顯然，鑒於以上教示，本發明之許多修改及變型為可能的。因此，應理解在隨附申請專利範圍之範疇內，可以除如特定描述之方式以外的方式來實踐本發明。

Claims (20)

  1. 一種塗料系統，其包含：(A)以100重量份之該塗料系統計，30至90重量份之生物樹脂組分，該生物樹脂組分包含：(i)丙烯酸系聚合物，及(ii)具有150至350mg KOH/g之羥基值且由天然油形成之生物多元醇；及(B)以100重量份之該塗料系統計，10至70重量份之異氰酸酯組分，該異氰酸酯組分具有與該生物樹脂組分之反應性；其中該塗料系統之固體百分比大於85%。
  2. 如請求項1之塗料系統，其中該天然油係選自以下各者之群：菜籽油(canola oil)、蓖麻油、椰子油、棉籽油、橄欖油、棕櫚油、花生油、油菜籽油(rapeseed oil)、大豆油及其組合。
  3. 如請求項1之塗料系統，其中該天然油包含椰子油。
  4. 如請求項1之塗料系統，其中該生物多元醇具有在20℃下為100至5,000mPa˙s之黏度。
  5. 如請求項1至4中任一項之塗料系統，其中該丙烯酸系聚合物包含5至50重量%之丙烯酸2-乙基己酯單元，5至50重量%之甲基丙烯酸羥乙酯單元，及/或5至50重量%之苯乙烯單元。
  6. 如請求項1至4中任一項之塗料系統，其中該丙烯酸系聚合物具有50至250mg KOH/g之羥基值，及/或在25℃下為500至10,000mPa˙s之黏度。
  7. 如請求項1至4中任一項之塗料系統，其中該異氰酸酯組分具有15至35重量%之NCO含量。
  8. 如請求項1至4中任一項之塗料系統，其中該異氰酸酯組分具有在23℃下為100至5,000mPa˙s之黏度。
  9. 如請求項1至4中任一項之塗料系統，其中該異氰酸酯組分包含異氰尿酸酯化之HDI。
  10. 如請求項1至4中任一項之塗料系統，其中該異氰酸酯組分包含HDI異氰尿酸酯(HDI isocyanurate)。
  11. 一種塗層，其包含如請求項1至10中任一項之塗料系統的反應產物。
  12. 如請求項11之塗層，其具有0.5至10密耳之厚度。
  13. 如請求項11之塗層，當根據SAE J-2527測試254小時，其△a為-2至0，且其△b為0.0至0.50。
  14. 如請求項11之塗層，當根據ASTM D4060(1000個循環，CS-17mg砂輪，重量1000公克)測試，其具有小於60mg之塔柏耐磨性(Taber abrasion resistance)。
  15. 一種利用塗料系統在基板上形成塗層之方法，該塗料系統包含生物樹脂組分且亦包含異氰酸酯組分，該生物樹脂組分包括丙烯酸酯共聚物及具有150至350mg KOH/g之羥基值且由天然油形成之生物多元醇，該異氰酸酯組分具有與該生物樹脂組分之反應性，該方法包含以下步驟：(A)將30至90重量份之該生物樹脂組分與10至70重量份之該異氰酸酯組分組合以形成固體百分比大於85%之反應混合物；(B)將該反應混合物塗覆至該基板上；及(C)使該反應混合物固化以在該基板上形成該塗層。
  16. 如請求項15之方法，其中該生物樹脂組分及該異氰酸酯組分係以90至120之異氰酸酯指數組合。
  17. 如請求項15之方法，其中當根據ASTM D 2196-05在74℉及20% RH下測試，該反應混合物具有大於10分鐘之適用期(pot life)。
  18. 如請求項15至17中任一項之方法，其中當根據ASTM D5895-13在74℉及20% RH下測試，該反應混合物具有等於或小於340分鐘之指觸乾時間(set to touch time)，及/或當在根據ASTM D5895-13在74℉及20% RH下測試，該反應混合物具有不黏手時間(tack free time)等於或小於370分鐘。
  19. 如請求項15至17中任一項之方法，其中該基板包含利用聚合黏合劑黏合在一起之顆粒狀物質。
  20. 如請求項19之方法，其中該基板進一步定義為包含用芳族聚胺基甲酸酯黏合劑黏合在一起之玻璃及/或石頭顆粒的人行道。
TW103125178A 2013-07-22 2014-07-22 塗料系統 TWI640583B (zh)

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