Покрытия, включающие частицы итаконатного латекса, и способы их применения - RU2516495C2

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к покрытиям, включающим частицу латекса, содержащую продукт взаимодействия итаконовой кислоты и/или итаконового ангидирида и одноосновного спирта, моноэпоксида и/или моноамина, и способам применения таких покрытий.

Уровень техники

Производители автомобилей в последние годы пытаются снизить затраты на материалы и одним из путей достижения этого является использование панелей автомобильного кузова и других частей меньшей толщины. Хотя обеспечивается экономия на затратах на исходное сырье, металл меньшей толщины имеет некоторые недостатки. Более тонкий металл имеет меньшую ударную вязкость и также имеет меньшую способность демпфировать звук и вибрацию. Для того чтобы преодолеть такие недостатки, производители автомобилей начали наносить на внутренние стороны панелей кузова покрытия, демпфирующие звук и вибрацию, противовибрационные и усиливающие панели кузова (BRP) покрытия. Покрытия на панелях пола, противопожарных перегородках, на внутренней стороне дверных панелей и крыше могут быть использованы для гашения или снижения дорожного шума и шума от работы двигателя и для предотвращения перемещения звуков в салон транспортного средства. Подобным образом, противовибрационные композиции обычно используют для предотвращения вибраций дверей и крыш. Их обычно экструдируют в виде гранул или капель, обычно называемых в промышленности «шоколадными каплями», между усиливающими металлическими стержнями и панелью кузова. За счет изменения типов и количества компонентов такие композиции могут обеспечить различные степени расширения и прочности от очень слабых до весьма интенсивных. Покрытия, которые разработаны для вышеуказанных целей, иногда представляют собой твердые предварительно вырезанные листы слоистого материала или прокладки, которые необходимо наносить на подложку вручную. Одновременно можно покрыть только небольшие площади, что делает нанесение слоев затратным по времени и дорогостоящим. Другие покрытия, которые разработаны для вышеуказанных целей, могут быть экструдированы или распылены на подложку, но после отверждения могут деформировать металл, создавая видимый дефект на внешних поверхностях панелей. В некоторых случаях он виден только при низких температурах. Такое явление обычно называют «пробиванием оттиска», «эффект считывания», «телеграфирование» и/или «паразитное изображение». Такие видимые дефекты очевидно нежелательны.

Цена на сырьевые материалы, используемые во многих производственных процессах, продолжает повышаться, в особенности, на те, цена которых растет или падает с ценой на нефть. По этой причине и из-за прогнозируемого истощения нефтяных запасов могут быть желательны сырьевые материалы, получаемые из возобновляемых источников или альтернативных источников. Повышение спроса на продукты, благоприятные для окружающей среды, наряду с неопределенностью неустойчивого и изменчивого рынка нефтехимических продуктов способствует разработке сырьевых материалов из возобновляемых и/или недорогих источников.

Поэтому нужны покрытия, которые можно использовать для обеспечения гашения звука и/или вибрации и/или устойчивости к эффекту пробивания оттиска, которые основаны на сырьевых материалах, полученных из возобновляемых источников или альтернативных источников.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к покрытию, включающему частицу латекса, содержащую продукт взаимодействия итаконовой кислоты и/или итаконового ангидрида и одноатомного спирта.

Настоящее изобретение также относится к покрытию, включающему частицу латекса, содержащую продукт взаимодействия итаконовой кислоты и/или итаконового ангидрида и моноэпоксида.

Настоящее изобретение также относится к покрытию, включающему частицу латекса, содержащую продукт взаимодействия итаконовой кислоты и/или итаконового ангидрида и моноамина.

Настоящее изобретение также относится к покрытию, включающему частицу латекса, содержащую продукт взаимодействия итаконовой кислоты и/или итаконового ангидрида и одноатомного спирта, моноэпоксида и/или моноамина.

Покрытия, содержащие такие композиции, и способы применения таких композиций также являются предметом настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение относится к покрытию, включающему частицы латекса. Частицы латекса представляют собой продукт взаимодействия итаконовой кислоты и/или итаконового ангидрида, иногда называемых в данном описании «итаконовая кислота/ангидрид», и одноатомного спирта, моноэпоксида и/или моноамина. Термин «продукт взаимодействия», используемый в данном описании в отношении частицы латекса, относится к продукту, который является результатом сополимеризации итаконовой кислоты и/или итаконового ангидрида с одноатомным спиртом, моноэпоксидом и/или моноамином.

Специалистам в данной области техники будет понятно, что итаконовая кислота имеет две кислотные функциональные группы или их остатки, такие как ангидридные группы. Итаконовая кислота/ангидрид коммерчески доступна от Cargill, Aldrich, Acros и т.п.. Итаконовая кислота/ангидрид включает этиленовую ненасыщенность, что может делать ее подходящей для использования в покрытии, отверждаемом под действием излучения, и/или для обеспечения местоположения полимеризации с другими мономерами, которые также содержат этиленовую ненасыщенность. Как используется в данном описании, соединение, которое содержит «этиленовую ненасыщенность», представляет собой соединение, которое имеет, по меньшей мере, одну реакционноспособную двойную связь. В некоторых воплощениях будет понятно, что итаконовая кислота/ангидрид может быть получена из биомассы. Используемый в данном описании термин «получена из биомассы» относится к получению из живших или ныне живущих организмов, например растений (включая деревья) или животных, а не из источника на подложке нефти.

Согласно настоящему изобретению можно использовать любой одноатомный спирт. Используемый в данном описании термин «одноатомный спирт» относится к спирту, имеющему только одну гидроксильную функциональную группу. Однако специалистам будет понятно, что одноатомный спирт может содержать одну или несколько других реакционноспособных функциональных групп или центров для взаимодействия с другими соединениями. Можно использовать одноатомные спирты с любым числом атомов углерода. Примеры подходящих одноатомных спиртов включают, но не ограничиваются указанным, 2-этилгексанол, циклогексанол, этанол, метанол, пропанол, бутанол, пентанол, гексанол, октанол, лауриловый спирт и стеариловый спирт.

Кислотная и/или ангидридная функциональная группа итаконовой кислоты/ангидрида будет взаимодействовать с одноатомным спиртом с образованием сложноэфирной связи. Продукт такого взаимодействия иногда в данном описании называют «эфир итаконовой кислоты и/или итаконового ангидрида». Эфир итаконовой кислоты/ангидрида все еще будет иметь этиленовую ненасыщенность. Такой участок этиленовой ненасыщенности может взаимодействовать далее с другими мономерами или полимерами, имеющими функциональные группы и/или этиленовую ненасыщенность. Соответственно, в некоторых воплощениях эфир итаконовой кислоты и/или итаконового ангидрида вводят во взаимодействие с (мет)акрилатом и/или другим соединением, имеющим этиленовую ненасыщенность. Таким образом соединение(я), имеющее(ие) этиленовую ненасыщенность, вступает(ют) во взаимодействие с эфиром итаконовой кислоты и/или итаконового ангидрида.

Согласно настоящему изобретению можно использовать любой моноэпоксид. Используемый в данном описании термин «моноэпоксид» относится к соединению, олигомеру, полимеру или подобному соединению, содержащему одну функциональную эпоксигруппу. Моноэпоксид может иметь одну или несколько других реакционноспособных функциональных групп или центров для взаимодействия с другими соединениями. Будет понятно, что эпоксигруппа будет взаимодействовать с кислотной и/или ангидридной группой итаконовой кислоты/ангидрида, результатом чего является продукт реакции, имеющий функциональную гидроксигруппу. Подходящие моноэпоксиды включают продукты взаимодействия одноатомного спирта и эпихлоргидрина, например, н-бутилглицидиловый эфир, 2-этилгексилглицидиловый эфир, фенилглицидиловый эфир, O-крезилглицидиловый эфир, нонилфенолглицидиловый эфир, глицидиловые эфиры одноосновных карбоновых кислот, например, 2,3-эпоксипропилнеодеканоат, глицидилацетат, глицидилпропионат, глицидилбутаноат и т.п.

Согласно настоящему изобретению можно использовать любой моноамин. Используемый в данном описании термин «моноамин» относится к соединению, олигомеру, полимеру или подобному соединению, включающему одну функциональную аминогруппу. Моноамин может иметь одну или несколько других реакционноспособных функциональных групп или центров для взаимодействия с другими соединениями. Будет понятно, что амин будет взаимодействовать с кислотной и/или ангидридной группой итаконовой кислоты/ангидрида, результатом чего является продукт реакции, имеющий функциональную амидную группу. Подходящие моноамины включают этиламин, диэтиламин, бутиламин, дибутиламин, пентиламин, дипентиламин, гексиламин, дигексиламин, гептиламин, дигептиламин, октиламин и диоктиламин.

В некоторых воплощениях один или несколько одноатомных спиртов, один или несколько моноэпоксидов и/или один или несколько моноаминов можно все использовать для получения частиц. Сочетания частиц, полученных из различных мономеров, также можно использовать вместе. Частицы латекса, включающие другие материалы, такие как частицы латекса, включающие (мет)акрилат также можно использовать в сочетании с материалами, описанными в данном описании.

Получение частиц латекса можно осуществить любым способом, известным в технике. Например, частица латекса может образоваться после полимеризации итаконовой кислоты и/или итаконового ангидрида и одноатомного спирта, моноэпоксида и/или моноамина. Синтез частиц латекса эмульсионной полимеризацией хорошо известен в технике, и некоторые цитированные процедуры, описанные в патенте Соединенных Штатов №6531541, колонка 8, строка 20 - колонка 9, строка 32, включены в данное описание в качестве ссылки.

В некоторых воплощениях покрытия по настоящему изобретению могут также включать дополнительный компонент, такой как компонент, включающий этиленовую ненасыщенность. Примеры подходящих соединений, включающих этиленовую ненасыщенность, включают, но не ограничиваются указанным, (мет)акрилат, алкил(мет)акрилат, (мет)акриловую кислоту, стирол, акрилонитрил, акриламид, винилацетат и их сочетания. Используемый в данном описании термин «(мет)акрилат» и подобные термины относятся как к акрилату, так и к соответствующему метакрилату.

Частицы латекса по изобретению типично имеют средний размер 20-500 нм, такой как 50-250 нм или 70-200 нм.

Температура стеклования («Tg») частиц латекса колеблется от примерно -60°C до +120°C, например, от -20°С до +180°С или от -10°С до +50°C. Tg определяют дифференциальной сканирующей калориметрией. В некоторых воплощениях может быть использована смесь частиц латекса с различными Tg для достижения гашения звука и/или вибрации в широком температурном интервале. Например, используя частицы, которые имеют пик демпфирования звука и/или вибрации при более низкой температуре, в смеси с частицами, имеющими пик демпфирования звука и/или вибрации при более высокой температуре, можно достичь хорошего гашения звука и/или вибрации в более широком температурном интервале.

В некоторых воплощениях покрытия, включающие любые латексные частицы, описанные выше, могут использоваться на подложке, описанной ниже. Покрытия по настоящему изобретению могут содержать 5 мас.% или больше латексных частиц, например, 10 мас.% или больше, 20 мас.% или больше, 30 мас.% или больше, 40 мас.% или больше, 50 мас.% или больше, относительно 100% твердых веществ композиции для покрытия. В некоторых воплощениях покрытия по настоящему изобретению будут содержать 5-25 мас.% латексных частиц, например, 10-15 мас.%. Используемое в данном описании обозначение «мас.%» относится к общей массе твердого вещества покрытия.

Композиции покрытий по настоящему изобретению также могут включать один или несколько полимерных пленкообразующих материалов, в том числе, например, полиэпоксид, полиуретан, полиамид, сложный полиэфир, простой полиэфир, полибутадиен, полиакрилат, поливинилхлорид и их смеси и/или сополимеры.

Применимые полиэпоксиды могут иметь, по меньшей мере, две эпоксидные или оксирановые группы на молекулу и включают эпоксифункциональные олигомеры, полимеры и/или сополимеры. Как правило, эпоксидная эквивалентная масса эпоксифункционального полимера может колебаться от примерно 70 до примерно 4000 при измерении титрованием перхлорной кислотой и бромидом четвертичного аммония с использованием метила-фиолетового в качестве индикатора. Подходящие эпоксифункциональные полимеры могут быть насыщенными или ненасыщенными, циклическими или ациклическими, алифатическими, алициклическими, ароматическими или гетероциклическими. Эпоксифункциональные полимеры при необходимости могут иметь боковые или концевые гидроксильные группы. Они могут содержать заместители, такие как галоген, гидроксил и простые эфирные группы. Применимый класс таких полимеров включает полиэпоксиды, включающие в себя простые эпоксиполиэфиры, полученные взаимодействием эпигалогенгидрина (такого как эпихлоргидрин или эпибромгидрин) с ди- или многоатомным спиртом в присутствии щелочи, такие как простые диглицидиловые эфиры бисфенола А, например, EPON 828 - эпоксидная смола, коммерчески доступная от Shell Chemical Company.

Применимые термопластичные полимерные пленкообразующие материалы включают поливинилацетат; ароматические виниловые полимеры; виниловые сополимеры с винилароматическими углеводородами в качестве мономерных компонентов, такие как полистирол, сополимеры стирола и бутадиена, сополимеры стирола и дивинилбензола и сополимеры стирола и акрилонитрила; насыщенные сложные полиэфиры, включая насыщенные алифатические сложные полиэфиры, такие как полинеопентиладипат, полипропиленадипат и поли-эпсилон-капролактон; полиакрилаты, такие как полиалкил(мет)акрилаты, содержащие алкильные группы с 1-8 атомами углерода, полиметакрилаты или полиалкил(мет)акрилаты, полученные полимеризацией метилметакрилата, изобутилметакрилата и 2-этилгексилакрилата; насыщенные полиэфироуретаны, полибутадиены; поливинилхлориды и поливинилхлориды/ацетаты. Применимые, по существу, насыщенные сложные полиэфиры получают из многоосновных кислот и многоатомных спиртов способами, такими как описанные в цитированном патенте Соединенных Штатов №4739019, колонка 3, строка 22 - колонка 5, строка 15, включенном в данное описание в качестве ссылки.

В одном воплощении в композицию покрытия включают полиакрилатный пленкообразующий материал, такой как эмульсия сополимера акрилатов, полученная из метилакрилата, бутилакрилата, метилметакрилата и метакриловой кислоты. Такой продукт коммерчески доступен от BASF Corporation как ACRONAL DS 3502. Другие акрилатные мономеры, которые могут быть использованы как пленкообразователи, включают бутилметакрилат, акриловую кислоту, стирол, циклоалкил(мет)акрилаты, такие как имеющие 4-8 атомов углерода, гидроксиалкил(мет)акрилаты, такие как имеющие от одного до четырех атомов углерода, и этилгексилакрилат («ЕНА»). Может быть использован любой другой (мет)акрилат, известный в технике.

Пленкообразующий материал, если он используется, присутствует в композиции покрытия типично в количестве, колеблющемся от примерно 1 до примерно 40 мас.% относительно всех твердых веществ композиции, таком как от примерно 5 до примерно 30 мас.%.

В некоторых воплощениях любые частицы латекса, описанные выше, могут быть добавлены в обычные покрытия, демпфирующие звук и/или вибрацию. Примеры таких покрытий описаны в патенте Соединенных Штатов №6531541, включенном в данное описание в качестве ссылки. Например, часть или весь (мет)акрилат в таких покрытиях может быть заменен любыми латексными частицами одного или нескольких типов, описанных выше, в особенности, включающими (мет)акрилат.

Покрытия по настоящему изобретению для улучшения способности демпфировать звук и вибрацию также могут включать один или несколько наполнителей. Также различия в плотности между наполнителем и латексом могут способствовать рассеянию звуковой и/или вибрационной энергии в пленке при измерении плотности по Oberst. Даже распределение наполнителя между частицами латекса может обеспечить более хорошие акустические свойства, и наполнитель также может дополнительно способствовать подавлению механической вибрации подложки и посредством этого подавлять передачу звука и/или вибрации. Применимые наполнители включают слюду, измельченный в порошок сланец, монтмориллонитовые хлопья, стеклянную крошку, металлическую крошку, графит, тальк, оксид железа, глинистые минералы, целлюлозные волокна, минеральные волокна, углеродистые волокна, стеклянные или полимерные волокна или гранулы, феррит, карбонат кальция, кальциймагнийкарбонат, такой как продаваемый Mineral Technologies под названием DOLOCRON, бариты, перетертый природный или синтетический каучук, диоксид кремния, гидроксид алюминия, порошок оксида алюминия, VANSIL, который представляет собой волластонит, продавемый R.T. Vanerblit, Co., и их смеси. Материал наполнителя может составлять от примерно 20 до примерно 90 мас.% покрытия относительно общей массы твердых веществ покрытия, например, от примерно 50 до примерно 80 мас.%. В одном воплощении частицы латекса составляют примерно 10 мас.% композиции, и наполнитель и другие добавки составляют примерно 90 мас.%.

Кроме того, в покрытия по изобретению могут быть включены один или несколько пластификаторов. Неограничительные примеры подходящих пластификаторов включают адипаты, бензоаты, глутараты, изофталаты, фосфаты, сложные полиэфиры, себацаты, сульфонамиды, алкилбензилфталаты и терефталаты. Количество пластификатора может колебаться от примерно 0,1 до примерно 50 мас.%, например, от 0,1 до 10 мас.%, от общей массы твердых веществ композиции.

Покрытия по настоящему изобретению также могут включать различные необязательные ингредиенты и/или добавки, в зависимости от желаний потребителя, такие как одно или несколько красящих веществ, таких как углеродная сажа или графит. Используемый в данном описании термин «красящее вещество» обозначает любое вещество, которое придает композиции цвет и/или непрозрачность и/или другой видимый эффект. Красящее вещество может быть добавлено в покрытие в любой подходящей форме, такой как дискретные частицы, дисперсии, растворы и/или хлопья. В покрытии по настоящему изобретению может быть использовано одно красящее вещество или смесь двух или больше красящих веществ.

Другие подходящие красящие вещества включают пигменты, красители и краски, такие, какие используются в лакокрасочной промышленности и/или перечислены в Dry Color Manufacturers Association (DCMA), а также композиции для спецэффектов. Красящее вещество может включать, например, тонко измельченный твердый порошок, который не растворяется, но смачивается в условиях применения. Красящее вещество может быть органическим или неорганическим и может быть агломерированным или неагломерированным. Красящие вещества могут быть включены в покрытия путем диспергирования или простого смешивания. Красящие вещества могут быть включены в покрытие диспергированием с использованием диспергирующей среды, такой как акриловая диспергирующая среда, использование которой будет знакомо специалисту в данной области техники.

Примеры пигментов и/или пигментных композиций включают, но не ограничиваются указанным, карбазолдиоксазиновый грубый пигмент, азо-, моноазо-, диазопигменты, нафтоловые AS, солевого типа (лаки), бензимидазолоновые, конденсационные, на подложке комплекса металла, изоиндолиноновые, изоиндолиновые и полициклические фталоцианиновые, хинакридоновые, периленовые, периноновые, дикетопирролопирроловые, тиоиндиговые, антрахиноновые, индантроновые, антрапиримидиновые, флавантроновые, пирантроновые, антантроновые, диоксазиновые, триарилкарбониевые, хинофталоновые пигменты, дикетопирролопирроловый красный («DPPBO красный»), диоксид титана, сажу, углеродное волокно, графит, другие проводящие пигменты и/или наполнители и их смеси. Термин «пигмент» и «окрашенный наполнитель» могут быть использованы как взаимозаменяемые.

Примеры красителей включают, но не ограничиваются указанным, красители на подложке растворителей или водной основе, такие как кислотные красители, азоидные красители, основные красители, прямые красители, дисперсные красители, реактивные красители, красители, растворимые в органических средах, сернистые красители, протравные красители, например, ванадат висмута, антрахиноновые, алюминиевые, хинакридоновые, тиазоловые, тиазиновые красители, азокрасители, индигоидные красители, нитрокрасители, нитрозокрасители, оксазиновые, фталоцианиновые, хинолиновые, стильбеновые и трифенилметановые красители.

Примеры красок включают, но не ограничиваются указанным, пигменты, диспергированные в водных или несмешивающихся с водой носителях, такие как AQUA-СНЕМ 896, коммерчески доступная от Degussa, Inc., CHARISMA COLORANTS и MAXITONER INDUSTRIAL COLORANTS, коммерчески доступные от Eastman Chemical, Inc., отделение Accurate Dispersions.

Как отмечалось выше, красящее вещество может находиться в форме дисперсии, в том числе, но без ограничения, дисперсии наночастиц. Дисперсии наночастиц могут включать одно или несколько высоко диспергированных красящих веществ и/или частицы красящего вещества, которые дают нужный видимый цвет и/или непрозрачность и/или видимый эффект. Дисперсии наночастиц могут включать такие красящие вещества, как пигменты или красители с частицами размером менее 150 нм, такими как менее 70 нм или менее 30 нм. Наночастицы можно получить перемалыванием исходных органических или неорганических пигментов со связующими для перетира пигментов с частицами размером менее 0,5 мм. Примеры дисперсий наночастиц и способы их получения определены в патенте США №6875800 В2, включенном в данное описание в качестве ссылки. Дисперсии наночастиц также можно получить кристаллизацией, осаждением, конденсацией газовой фазы и химическим истиранием (т.е., частичным растворением). Для того чтобы минимизировать повторную агломерацию наночастиц в покрытии, можно использовать дисперсию наночастиц, покрытых смолой. Используемый в данном описании термин «дисперсия наночастиц, покрытых смолой» относится к непрерывной фазе, в которой диспергируют дискретные «композитные микрочастицы», которые включают наночастицы и покрытие из смолы на наночастицах. Примеры дисперсий наночастиц, покрытых смолой, и способы их получения описаны в заявке на патент США №10/876031, поданной 24 июня 2004, включенной в данное описание в качестве ссылки, и в предварительной заявке на патент США №60/482167, поданной 24 июня 2003, также включенной в данное описание в качестве ссылки.

Примеры композиций для спецэффектов, которые можно использовать в покрытии по настоящему изобретению, включают пигменты и/или композиции, которые дают один или несколько эффектов, таких как отражательная способность, перламутровый тон, металлический блеск, фосфоресценция, свечение, фотохромия, светочувствительность, термохромия, гониохромия и/или изменение цвета. Другие композиции для спецэффектов могут обеспечивать другие ощутимые свойства, такие как преломляющая способность, непрозрачность или текстура. В воплощении, не являющемся ограничительным, композиции для спецэффектов могут давать изменение цвета, так что цвет покрытия изменяется, когда на покрытие смотрят под разными углами. Примеры композиций для спецэффектов приводятся в патенте США №6894086, включенном в данное описание в качестве ссылки. Другие цветные композиции для спецэффектов могут включать прозрачную наносимую слюду или синтетическую слюду, образующие слои диоксид кремния и оксид алюминия, прозрачный жидкокристаллический пигмент, жидкокристаллический слой и/или любую композицию, в которых интерференция является результатом различных коэффициентов преломления в пределах материала, а не результатом различия коэффициентов преломления между поверхностью материала и воздухом.

В некоторых воплощениях, не являющихся ограничительными, в покрытии по настоящему изобретению могут быть использованы светочувствительная композиция и/или фотохромная композиция, которые обратимо изменяют свой цвет, когда подвергаются воздействию одного или нескольких источников света. Фотохромные и/или светочувствительные композиции могут быть активированы воздействием излучения определенной длины волны. Когда композиция становится возбужденной, молекулярная структура изменяется, и измененная структура проявляет новый цвет, который отличается от исходного цвета композиции. Когда воздействие излучения прекращается, фотохромная и/или светочувствительная композиция может вернуться в состояние покоя, при котором возвращается исходный цвет композиции. В одном не являющемся ограничительным воплощении фотохромная и/или светочувствительная композиция может быть бесцветной в невозбужденном состоянии и проявляет цвет в возбужденном состоянии. Полное изменение цвета может произойти в пределах от миллисекунд до нескольких минут, например, от 20 секунд до 60 секунд. Примеры фотохромных и/или светочувствительных композиций включают фотохромные красители.

В не являющемся ограничительным воплощении светочувствительная композиция и/или фотохромная композиция может быть ассоциирована и/или, по меньшей мере, частично связана, например, ковалентной связью, с полимером и/или полимерными материалами полимеризуемого компонента. В отличие от некоторых покрытий, из которых светочувствительная композиция может мигрировать и кристаллизоваться на подложке, светочувствительная композиция и/или фотохромная композиция, ассоциированная и/или, по меньшей мере, частично связанная с полимером и/или полимеризуемым компонентом согласно неограничительному воплощению настоящего изобретения, имеет минимальную миграцию из покрытия. Примеры светочувствительных и/или фотохромных композиций и способы их получения описаны в заявке на патент США, регистрационный №10/892919, поданной 16 июля 2004, включенной в данное описание в качестве ссылки.

Как правило, красящее вещество может присутствовать в композиции покрытия в любом количестве, достаточном для придания нужного свойства, видимого и/или цветового эффекта. Красящее вещество может составлять от 1 до 65 мас.% композиции по настоящему изобретению, например, 3-40 мас.% или 5-35 мас.% относительно общей массы композиции.

Другие добавки включают армирующие материалы, тиксотропные материалы, ускорители, поверхностно-активные вещества, наполнители, стабилизаторы, ингибиторы коррозии, разбавители, порообразователи и/или антиоксиданты. Подходящие тиксотропные материалы включают коллоидный диоксид кремния, бентонит, карбонат кальция с покрытием из стеариновой кислоты, производные жирных кислот/масел и ассоциативные уретановые загустители, такие как RM-8, который коммерчески доступен от Rohm and Haas. Тиксотропные материалы, если они используются, как правило, присутствуют в количестве до 20 мас.% от общей массы твердых веществ композиции. Необязательные дополнительные ингредиенты, такие как сажа или графит, порообразователи, способные расширяться полимерные микросферы или гранулы, такие как полипропиленовые или полиэтиленовые микросферы, поверхностно-активные вещества и ингибиторы коррозии, подобные сульфонату бария, если они используются, как правило, присутствуют в количестве менее примерно 5 мас.% от общей массы твердых веществ композиции. Также можно использовать низкомолекулярные полиолы, подобные пропиленгликолю, полипропиленгликолю, этиленгликолю и полиэтиленгликолю. Также можно использовать коалесцирующие растворители частиц латекса, подобные бутилцеллозольву, бутилкарбитолу, пропазолу В, DOWANOL DPM, DOWANOL Pph, DOWANOL DPnB, DOWANOL Eph и Eastman TEXANOL.

Вязкость композиций для покрытий по настоящему изобретению зависит от нанесения, основанного на типе используемого оборудования, желательной толщины пленки и устойчивости против образования потеков. Типично вязкость композиции для покрытия будет превышать 1000 сантипуаз («сП») и колеблется от примерно 1000 до примерно 1000000 сП при измерении по Брукфилду при 2 об/мин со шпинделем #7. Композиции для нанесения покрытия распылением типично имеют вязкость ниже примерно 100000 сП при 20 об/мин по визкозиметру Брукфилда при температуре окружающей среды (примерно 25°С).

В некоторых воплощениях композиция будет иметь вязкость, соответствующую адекватной атомизации композиции во время нанесения распылением. Вязкость можно регулировать, используя загустители, или любым способом, известным в технике. Взаимодействия между частицами латекса могут влиять на реологию композиций, содержащих их. На них могут сильно влиять плотность заряда иона на поверхности частиц. Плотность заряда можно регулировать путем использования кислотного сомономера.

Подложки, на которые наносят покрытия по настоящему изобретению, могут включать подложки, полученные из металла, полимеров, таких как термореактивные материалы и термопластичные материалы, и комбинаций подложек из металла и полимеров. Подходящие подложки из металла, на которые можно наносить покрытия по настоящему изобретению, включают черные металлы, такие как железо, сталь и их сплавы, цветные металлы, такие как алюминий, цинк, магний, медь и их сплавы, и их комбинации. В некоторых воплощениях подложку формируют из холоднокатаной стали, стали, оцинкованной электролитическим способом, такой как оцинкованная электролитическим горячим цинкованием погружением или оцинкованная электролитическим способом железом-цинком. Также можно использовать комбинации композитов из черных и цветных металлов. Обрабатываемая металлическая подложка может быть необработанной, предварительно обработанной или предварительно окрашенной (например, электростатическим способом) перед нанесением композиции.

Термореактивные материалы, применимые для подложек, на которые наносят покрытия по настоящему изобретению, включают сложные полиэфиры, эпоксиды, фенопласты, полиуретаны, такие как термореактивные материалы на подложке уретана, полученные реактивным литьем под давлением (RIA), и их смеси. Применимые термопластичные материалы включают термопластичные полиолефины, такие как полиэтилен и полипропилен, полиамиды, такие как нейлон, термопластичные полиуретаны, термопластичные сложные полиэфиры, полиакрилаты, виниловые полимеры, поликарбонаты, сополимеры акрилонитрила, бутадиена и стирола (ABS), EPDM каучук, и их сополимеры и смеси.

Поверхности, на которые можно наносить покрытия по настоящему изобретению в способах по настоящему изобретению, типично являются поверхностями не-класса А, типично, поверхностями автомобильных панелей. Поверхностями «класса А» являются такие поверхности, которые будут становиться участками наиболее видимых частей полученного изделия. Например, применительно к автомобилям, поверхности класса А могут включать наружные части дверных панелей, капота, багажника, задней боковой части кузова, крыльев и т.п., которые непосредственно подвергаются воздействию погодных условий и хорошо видны потребителю. Поверхностями «не-класса А» являются такие поверхности, которые предназначены для участков изделия, которые видны не очень хорошо, или даже участков, которые не видны, таких как, в случае автомобильных панелей, внутренняя сторона дверной панели, внутренняя поверхность задней боковой части кузова и боковых панелей, нижняя сторона капота или багажника и т.д. В то время как для поверхностей класса А требуется эстетичная и долговидная отделка, применение такой эстетической отделки к поверхностям не-класса А обычно нежелательно, поскольку такие покрытия являются дорогостоящими и затратными по времени при нанесении. Однако на поверхности не-класса А обычно наносят, по меньшей мере, антикоррозионное покрытие для предотвращения образования ржавчины или коррозии. Кроме того, примечательно, что композиция, включающая частицы латекса, наносимая на поверхности не-класса А в соответствии со способами по настоящему изобретению, может, в некоторых воплощениях, влиять на внешний вид покрытий, нанесенных на противоположную поверхность (класса А), путем минимизации, если не предотвращения, эффекта пробивания оттиска.

Толщина подложки может колебаться типично от 0,25 до 3,18 миллиметров (мм) (10-125 мил), например, от 0,6 до 1,2 мм (23,6-47,2 мил), хотя при необходимости толщина может быть больше или меньше.

Перед нанесением любой композиции на поверхность подложки обычной практикой, хотя и необязательно, является удаление постороннего вещества с поверхности путем очистки и обезжиривания поверхности. Такая очистка обычно проводится после формования подложки (штамповки, сварки и т.д.) в форму, используемую на практике. Поверхность подложки может быть очищена физическими или химическими способами, такими как механическая обработка поверхности или очистка/обезжиривание коммерчески доступными щелочными или кислотными очищающими средствами, которые хорошо известны специалистам в данной области техники, такими как метасиликат натрия и гидроксид натрия. Неограничительным примером очищающего средства является CHEMKLEEN 163 - моющий состав на щелочной основе, коммерчески доступный от PPG Industries, Inc..

После стадии очистки подложка может быть промыта деионизованной водой или водным раствором ополаскивателя для того, чтобы удалить любые остатки. Подложку можно высушить на воздухе, например, используя воздушный шабер, мгновенно испаряя воду путем кратковременного воздействия на подложку высокой температуры или пропуская подложку между отжимными валками.

В способах по настоящему изобретению подложка, на которую наносят покрытие, включающее частицы латекса, может представлять собой исходную очищенную поверхность; она может быть маслянистой, предварительно обработанной одной или несколькими композициями для предварительной обработки, и/или предварительно окрашенной одной или несколькими композициями покрытия, грунтовкой и т.д., нанесенными любым способом, включая, но, не ограничиваясь указанным, электроосаждение, распыление, погружение, нанесение валиком, нанесение поливом, метод экструзии или вручную, например, с помощью ракли.

Покрытия, включающие частицы латекса, описанные в данном описании, можно использовать индивидуально или можно использовать в сочетании с другими покрытиями. Например, композицию для покрытия, включающую термореактивный (отверждающийся) или термопластичный материал или их смесь, можно использовать в качестве первого покрытия. Композиция для покрытия, наносимая первой, может включать любой из полимеров, известных в технике. Например, полимер можно выбрать из полиэфира акриловой кислоты, полиуретана, полибутадиена, простого полиэфира, поликарбоната, полиамида, полимочевины, полиглицидиловых эфиров многоатомных спиртов и/или полиглицидиловых эфиров полифенолов. Используемый в данном описании термин «полибутадиен» предназначен для включения гидрированного полибутадиена и эпоксидированного полибутадиена. Когда композиция для покрытия, наносимая первой, является термоотверждающейся, полимер может включать любую реакционноспособную функциональную группу. В воплощении настоящего изобретения полимер включает реакционноспособные эпоксидные, изоцианатные, блокированные изоцианатные, гидроксильные, карбоксильные, карбаматные и/или аминофункциональные группы. Композиция для термоотверждающегося покрытия обычно также включает, по меньшей мере, один отвердитель, способный взаимодействовать с функциональными группами полимера. Такие композиции также описаны в патенте Соединенных Штатов №7288290, включенном в данное описание в качестве ссылки.

Покрытия по настоящему изобретению можно наносить непосредственно на подложку или на первое нанесенное покрытие способом, обычным в технике, таким как любой из способов, описанных выше. Если используют композицию для покрытия, наносимую первой, ее можно высушить, частично высушить или не сушить вовсе перед нанесением композиций по настоящему изобретению. Если на подложку поверх композиции, нанесенной первой, наносят одну или несколько композиций по настоящему изобретению, это может быть нанесение «мокрого состава на мокрый материал» без сушки или отверждения композиции, нанесенной первой, перед нанесением композиций по настоящему изобретению. Также композиция для первого покрытия и композиция по настоящему изобретению могут быть экструдированы на подложку совместно, например, соэкструзией с использованием аппликатора с двумя выпускными отверстиями. Следует иметь в виду, что способ нанесения композиции, наносимой первой, не зависит от способа, используемого для нанесения композиции по настоящему изобретению. Например, композиция, наносимая первой, может быть нанесена распылением, а композиция по настоящему изобретению может быть нанесена экструзией или наоборот, обе композиции могут быть нанесены распылением, обе экструзией или любыми другими комбинациями. С другой стороны, после нанесения композиции для первого покрытия и перед нанесением композиции по настоящему изобретению композиция, нанесенная первой, может быть высушена или отверждена. Подходящие способы отверждения будут выясняться специалистами в данной области техники на основании композиции для первого покрытия, подложки, потребностей потребителя и т.п. В еще одном воплощении на подложку наносят несколько покрытий, включающих частицы латекса, описанные в данном описании, или непосредственно на подложку или в сочетании с одним или несколькими другими слоями, такими как композиция, наносимая первой, как указано выше. В отдельном воплощении одно или несколько покрытий, описанных в данном описании, наносят на электроосажденное покрытие.

После нанесения покрытия по настоящему изобретению на композицию для покрытия, нанесенную первой, одно или оба покрытия сушат или отверждают. В воплощении настоящего изобретения подложка может нагреваться до температуры и в течение времени, достаточных для, по существу, отверждения одной или обеих композиций для покрытия с образованием на подложке покрытия, включающего частицы латекса. Время отверждения и температуры могут быть спланированы для отверждения композиции, включающей частицы латекса, одновременно с наносимыми методом электроосаждения и/или декоративными красками, наносимыми на поверхность класса А подложки, и/или с краской, наносимой методом электроосаждения на поверхность не-класса А.

Композиции по настоящему изобретению, нанесенные на подложку, могут давать быстросохнущие устойчивые к разрушению грязью покрытия, которые могут ингибировать передачу звука и/или вибрации через подложку. Толщина сухой пленки типично составляет примерно 382 мкм (15 мил) и до такой толщины, как примерно 5080 мкм (200 мил).

Демпфирование звука покрытием можно измерить с использованием метода испытания Е756-98 Oberst ASTM («Standard Test Method for Measuring Vibration-Damping Properties of Materials»), разделы 3 и 10. Основной мерой звукоизоляции в данном испытании является коэффициент потерь - отношение модуля потерь к модулю накопления материала. Величины Oberst типично колеблются от 0,001 для стали без покрытия (толщина 762 мкм (30 мил)) (если по стальной панели ударяют, можно услышать «лязг») до 0,01 («бом»), до 0,1 («скрип»), до 0,5 («глухой удар») для покрытий с возрастающей эффективностью. Специалистам в данной области техники следует иметь в виду, что измеренная величина демпфирования звука и вибрации может изменяться с толщиной пленки, а также температурой или температурным интервалом, в котором проводят измерения. Как отмечалось выше, различные частицы могут иметь различную способность демпфировать звук и/или вибрацию при различных температурах; демпфирование звука и/или вибрации также может изменяться от частицы к частице в зависимости от, например, состава частицы. Тест Oberst измеряет коэффициент потери звука композита покрытие-подложка. Образцы наносят на брусок Oberst, который представляет собой металлический брусок, изготовленный из специальной закаливаемой в масле плоской заготовки AISI/SAE GRD 0-1, толщина 0,8 мм (1/32 дюйма), ширина 12,7 мм (1/2 дюйма), от McMaster-Carr, партия №89705-К 12 1, и отверждают.

Подложка с покрытием, нанесенным способами по настоящему изобретению, обычно имеет величину демпфирования звука и/или вибрации 0,05 или больше - коэффициент рассеяния Oberst, определенный Е756-98 ASTM, в широком интервале температур. Например, подложка с покрытием из композиций по настоящему изобретению может иметь величину демпфирования звука и/или вибрации 0,05 или больше в интервале температур, по меньшей мере, в 20°С (таком, как 5°С-25°С, 0°С-20°С, -20°С-0°С, и т.п.), по меньшей мере, в 30°С (таком, как -5°С-25°С, -20°С-5°С, и т.п.) или, по меньшей мере, в 40°С (таком, как 10°С-50°С). Следует иметь в виду, что для некоторых конечных применений может быть приемлема меньшая величина демпфирования звука и/или вибрации. Например, для бытовых электроприборов, таких как стиральные машины и сушилки, может быть приемлема меньшая величина демпфирования звука и/или вибрации. В таких случаях может быть желательна меньшая общая толщина сухой пленки, такая как ~2000-2500 мкм (80-100 мил) (при оптимизированных пропорциях пленки), и обычно будет обеспечиваться величина демпфирования звука и вибрации - коэффициент рассеяния Oberst - 0,05 или больше.

Соответственно, настоящее изобретение также относится к способам ингибирования передачи звука и/или вибрации через подложку. Способы вообще включают нанесение на подложку любой из композиций для покрытия, описанных выше, и, по меньшей мере, частичную сушку покрытия. Нанесение может быть осуществлено любым способом, известным в технике. Сушка может быть осуществлена сушкой на воздухе или при нагревании до 200°С с использованием конвекционных сушилок или инфракрасного излучения. После нанесения водной композиции для покрытия по настоящему изобретению на поверхность подложки она сначала может быть высушена частично при температуре окружающей среды или несколько повышенной температуре, с последующим нагреванием подложки с покрытием.

Как правило, композиция для покрытия по изобретению находит применение в панелях задней боковой части кузова, крышах, дверях, интерьере, перекрытиях и колесных арках автомобилей. В других применениях композиция для покрытия может быть использована в подходящей позиции на внутренней или наружной стороне структуры, например, автомобиля или самолета или строения, для обеспечения максимальной звукоизоляции.

В некоторых воплощениях композиции, включающие частицы латекса, используемые в способах по настоящему изобретению, не предназначены для включения в композит типа слоистого материала; т.е., композиции для покрытий, используемые в таком случае, не включаются в и не наносятся на твердые листы, пленки, прокладки, накладки или панели, последовательно нанесенные на подложку прессованием, нагреванием или с использованием клеев или подобного. Композиции, используемые в способах по настоящему изобретению, чаще являются жидкими. Под «жидкими» подразумевается, что композиции имеют вязкость, которая позволяет им, по меньшей мере, поддаваться экструзии. В одном воплощении настоящего изобретения композиции имеют вязкость, которая позволяет им, по меньшей мере, поддаваться подаче насосом, и в других воплощениях композиции имеют вязкость, которая позволяет им, по меньшей мере, поддаваться разбрызгиванию. Композиция(и) по настоящему изобретению можно наносить горячими, например, при температуре 50°С-60°С, для облегчения подачи насосом и разбрызгивания.

Используемые в данном описании все числа, такие как числа, выражающие величины, интервалы, количества или проценты, если специально не оговорено иное, могут читаться так, как если бы им предшествовало слово «примерно» даже если термин намеренно не появляется. Также предполагается, что любой числовой интервал, упоминаемый в данном описании, включает все подинтервалы, включенные в него. Единственное число охватывает множественное и наоборот. Например, хотя в данном описании делается ссылка на «частицу латекса», «одноатомный спирт», «моноэптоксид», «моноамин», можно использовать один или несколько из каждых из указанных и любых других компонентов. Используемый в данном описании термин «полимер» относится к олигомерам и как к гомополимерам, так и сополимерам, и префикс «поли» относится к двум или большему числу. «Включая» и подобные термины обозначают включение, но не ограничение.

Примеры

Следующие далее примеры предназначены для пояснения изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение каким-либо образом.

Синтез ди(2-этилгексилового) эфира итаконовой кислоты

Реакционную колбу снабжают мешалкой, термопарой, трубкой для подачи азота и дистилляционной насадкой Дина-Старка. В колбу загружают 260,7 г итаконовой кислоты, 534,0 г 2-этилгексанола, 100,3 г ксилола, 4,2 г трифенилфосфита и 0,9 г IONOL (ингибитор свободных радикалов от Cognis), и полученную смесь греют при 120°С. Азеотропную смесь ксилола и воды собирают, и ксилол возвращают в колбу. Через 17 часов реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры. Эфир имеет кислотное число 10,8 и % твердых веществ 91,4.

Синтез латекса

Реакционную колбу снабжают мешалкой, термопарой, трубкой для подачи азота и холодильником. Добавляют загрузку А и перемешивают при нагревании до 80°С в атмосфере азота. Получают предварительную эмульсию загрузки D, смешивая все ингредиенты в течение 20 минут. К загрузке А при 80°С добавляют загрузку В и перемешивают в течение 5 минут. Затем добавляют загрузку С и перемешивают в течение 30 минут. Оставшуюся загрузку D и инициатор загрузку Е добавляют к реакционной смеси одновременно в течение трех часов. Реакционную смесь перемешивают при 80°С в течение часа и затем охлаждают до 36°С. Затем в течение пяти минут добавляют загрузку F и затем загрузку G, которую добавляют в течение пяти минут. Латексную дисперсию перемешивают в течение 20 минут и фильтруют через фильтровальный мешок 25 микрон.

Композиции для покрытий с использованием смесей, указанных в каждом примере, получают, добавляя соответствующий латекс, затем DOLOCRON, FOAMMASTER и ACRYSOL RM-8, как показано в таблице 2, и перемешивают с использованием DAC SPEEDMIXER. Покрытия наносят на бруски Oberst размером 22,86 см (L) × 1,27 см (W) × 0.081 см (Т) (9 дюймов × 0,5 дюйма × 0,032 дюйма). Испытываемый материал наносят на брусок Oberst с помощью трафарета, подходящего для получения толщины в сухом состоянии приблизительно 18 мм (0,07 дюйма). Один конец бруска, обычно известный как основание бруска, оставляют без покрытия на длину 2,54 см (один дюйм). Бруски выдерживают, по меньшей мере, 10 суток при комнатной температуре перед сошлифовкой избытка по краям для соответствия размерам бруска. Измерения коэффициента потерь композита (CLF) проводят согласно Е-756 ASTM с использованием анализатора Data Physics SignalCalc. Проводят измерения коэффициента потерь композита (CLF) для 2-5 режимов с соответствующими резонансными частотами при 10°С, 25°С и 40°С и заносят в таблицу 2.

Как обсуждалось выше, характеристики демпфирования звука и/или вибрации связаны с температурой испытания и Tg полимера. Обычно полимер будет показывать хорошее демпфирование звука и/или вибрации при одной или нескольких температурах, но не при всех температурах. Как показано в таблице 2, характеристика латекса по настоящему изобретению (примеры 2 и 3) согласуется с таким наблюдением, будучи хорошей при двух температурах испытания, но не таковой при третьей температуре. Действительно, характеристика покрытия 3 схожа с покрытием 1, которое в целом описано в патенте Соединенных Штатов №6531541. Таким образом латексы по настоящему изобретению, в которых используются возобновляемые источники, показывают эксплуатационные свойства такие же, как покрытие, в котором используются невозобновляемые источники. Можно ожидать, что смесь покрытий 2 и 3 обеспечит демпфирование звука и/или вибрации в интервале 10°С-40°С.

В то время как выше описаны определенные воплощения данного изобретения для целей пояснения, для специалистов в данной области техники будет очевидно, что многие изменения в деталях настоящего изобретения можно осуществить без отхода от объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

Реферат

Изобретение относится к покрытиям на поверхностях панелей транспортных средств или строений, обеспечивающим гашение звука и/или вибрации. Покрытие включает частицу латекса, содержащую продукт взаимодействия итаконовой кислоты и/или итаконового ангидрида и одноатомного спирта или моноэпоксида, или моноамина. Описываются способы применения таких покрытий, в частности, для ингибирования передачи звука и вибрации через подложку. Изобретение позволяет использовать экономичный сырьевой материал из возобновляемых или альтернативных источников. 8 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.

Формула