Покрывающая композиция, имеющая низкое содержание летучих органических соединений - RU2452750C2

Описание

Уровень техники

1. Область техники

Настоящая заявка в общем относится к покрывающей композиции. Конкретнее, настоящая заявка относится к покрывающей композиции, имеющей низкое содержание летучих органических соединений.

2. Описание предшествующего уровня техники

Покрывающие композиции хорошо известны в данной области техники применительно к разным областям использования, особенно в строительной отрасли для декоративных и защитных целей. Многие покрывающие композиции, применяемые в строительной отрасли, включают латексный компонент и обычно называются красками «на основе латекса». Покрывающие композиции, включающие акриловый латексный компонент, смешивают с дополнительными компонентами для придания или во избежание определенных свойств. Например, коалесцирующие растворители обычно используются в качестве ключевого компонента покрывающих композиций. Функцией коалесцирующих растворителей в покрывающих композициях, включающих латексный компонент, является способствование коалесцированию латексных частиц в единую пленку при смешении с латексным компонентом. В результате коалесцирующие растворители придают покрывающей композиции пленкообразующие свойства при застывании покрывающей композиции. Конкретнее, коалесцирующие растворители снижают температуру образования пленки для покрывающей композиции и делают возможным коалесценцию покрывающей композиции при низких температурах. Кроме того, коалесцирующие растворители придают эластичность покрывающей композиции после затвердевания, тем самым придавая покрывающей композиции после затвердевания целостность и способность к восстановлению, измеряемые по устойчивости к царапанию в сыром состоянии. Оптимизированная и полная коалесценция необходима также для того, чтобы покрывающая композиция не слипалась после затвердевания, т.е. для придания покрывающей композиции сопротивляемости против слипания с другой поверхностью после затвердевания и сопротивляемости против любых изменений во внешнем виде, в случае когда она прижимается к другой поверхности в течение длительного времени. В случае отсутствия коалесцирующих растворителей, некоторые покрывающие композиции обладали бы недостаточной коалесценцией, что приводило бы к неполному образованию пленки при низких температурах и, вследствие этого, к низкой целостности пленки и устойчивости к царапанию в сыром состоянии, при этом каждое из указанных свойств необходимо для того, чтобы покрывающая композиция была пригодна для многих применений в качестве покрытия.

Обычные коалесцирующие растворители, используемые в покрывающих композициях, такие как Texanol^®, представляющий собой 2,2,2-триметил-1,3-пентандиол моноизобутират, и Dowanol^® DPnB, представляющий собой N-бутиловый эфир дипропиленгликоля, попадают в категорию летучих органических соединений (ЛОС). Имеются предположения, что летучие органические растворители могут вносить вклад в разрушение озонового слоя. По этой причине, использование и содержание ЛОС в покрывающих композициях в штате Калифорния регулируется SCAQMD, South Coast Air Quality Management District, а также другими организациями по всему миру. Вследствие связанных с ЛОС опасений, SCAQMD выдало предписание производителям покрывающих композиций снизить содержание ЛОС в покрывающих композициях для неровных покрытий с 150 г/л до 50 г/л начиная с 1.7.06, а для ровных покрытий с 100 г/л до 50 г/л ЛОС начиная с 1.7.08. Вследствие установленных в Калифорнии нормативов, производители на всей территории США разрабатывают покрытия с низким уровнем ЛОС, содержащие менее 150 г/л ЛОС. Кроме того, отрасли, связанные с производством покрытий, такие как сегменты клеев и чернил, тоже разрабатывают составы с низким уровнем ЛОС. В результате увеличивающейся строгости нормативов на ЛОС в покрывающих композициях, производители покрывающих композиций приступили к разработке покрывающих композиций с низким содержанием ЛОС или совсем не содержащих ЛОС, но сохраняющих физические свойства, проявляющиеся при использовании летучих коалесцирующих растворителей.

Помимо коалесцирующих растворителей, в состав покрывающих композиций также включают добавки замерзания/оттаивания для улучшения характеристик покрывающих композиций при замерзании/оттаивании. Обычные добавки замерзания/оттаивания, использующиеся совместно с летучими коалесцирующими растворителями, включают этиленгликоль (ЭГ), диэтиленгликоль (ДЭГ) и пропиленгликоль (ПГ). Обычные добавки замерзания/оттаивания, подобно летучим коалесцирующим растворителям, также являются ЛОС, согласно определению U.S. EPA, и вносят вклад в общее содержание ЛОС в покрывающих композициях. Поэтому имеется также потребность в замене летучих добавок замерзания/оттаивания слаболетучими или нелетучими добавками замерзания/оттаивания; однако еще предстоит найти подходящие слаболетучие или нелетучие добавки замерзания/оттаивания, эффективные при использовании совместно с летучими коалесцирующими растворителями.

Среди широкого разнообразия различных известных добавок, использующихся в покрывающих композициях, одной из категорий, нашедших применение в покрывающих композициях, являются спиртовые алкоксилаты. Спиртовые алкоксилаты покрывают широкий спектр агентов, осуществляющих различные функции, такие как уничтожение пены, увлажнение, диспергирование и функционирование в роли поверхностно-активного вещества. Пример одного типа спиртового алкоксилата имеет следующую формулу:

Х(АО)_nH,

где Х выбран из группы линейных углеродных цепочек, разветвленных углеродных цепочек, ароматических колец и их комбинаций, АО представляет собой алкиленокси-группу, выбранную из группы этиленокси-групп, 1,2-пропиленокси-групп, 1,2-бутиленокси-групп и их комбинаций, и n равно от 1 до 75. Такие спиртовые алкоксилаты, когда входят в состав покрывающих композиций, выполняют любую из описанных выше функций, но в состав покрывающих композиций также входят коалесцирующие растворители и добавки замерзания/оттаивания. Другими словами, конкретные спиртовые алкоксилаты не были признаны в качестве подходящей замены для летучих коалесцирующих растворителей в покрывающих композициях.

Предлагалось включение спиртовых алкоксилатов в состав покрывающих композиций в целях снижения содержания других компонентов, характеризующихся как ЛОС. Например, United States Patent Application Serial No. 10/840,917 (заявка '917) от Ruggiero описывает особый тип спиртового алкоксилата, который может использоваться в двухкомпонентной краске на основе растворителя как замена обычных ЛОС, которые применяются в данной краске для обеспечения глянца и ощущения мягкости краски после высыхания. Конкретнее, спиртовые алкоксилаты применяются как поверхностно-активные вещества для воздействия на характеристики текучести краски при нанесении краски на поверхность и для способствования выравниванию краски на поверхности по мере нанесения, что в итоге дает желаемый глянец и ощущение мягкости.

Хотя усиленный глянец и ощущение мягкости являются важными для определенных областей применения, конкретные спиртовые алкоксилаты, описанные в заявке '917, не являются подходящей заменой летучим коалесцирующим растворителям. Например, в заявке '917 перечисляются спиртовые алкоксилаты серии "POLY-TERGENT" SLF в качестве подходящих спиртовых алкоксипатов. Согласно разделу Примеры ниже и, конкретно, Сравнительным Примерам, включающим Агент L вместо коалесцирующего растворителя, который является эквивалентом POLY-TERGENT SLF-18, описанные покрывающие композиции имеют недостаточную коалесценцию при низкой температуре для того, чтобы быть подходящей заменой коалесцирующим растворителям в покрывающих композициях. Кроме того, в заявке '917 не утверждается, что определенные спиртовые алкоксилаты могут быть подходящей заменой летучим коалесцирующим растворителям, или что физические свойства, достигаемые при использовании летучих коалесцирующих растворителей, могут также достигаться при использовании какого-либо из описываемых в ней спиртовых алкоксилатов.

По причине недостатков в предшествующем уровне техники и большой потребности в уменьшении содержания ЛОС в покрывающих композициях без ущерба для физических свойств, существует возможность создания покрывающей композиции, включающей спиртовой алкоксилат как замену летучим коалесцирующим растворителям в покрывающей композиции, таким образом, что содержание ЛОС в покрывающей композиции меньше или равно 150 г/л, без ущерба для физических свойств покрывающей композиции.

Сущность изобретения и преимущества

Настоящее изобретение описывает покрывающую композицию, содержащую латексный компонент и агент для замены всего или части летучего коалесцирующего растворителя. Агент имеет следующую формулу:

Х(АО)_nH,

где

Х представляет собой группу от С₆ до С₁₆, выбранную из группы линейных цепочек, разветвленных цепочек, ароматических колец и их комбинаций,

АО представляет собой алкиленокси-группу, выбранную из группы этиленокси-групп, 1,2-пропиленокси-групп, 1,2-бутиленокси-групп и их комбинаций, и

n равно от 3 до 14.

Покрывающая композиция имеет содержание летучих органических соединений меньше или равное 150 г/л.

Агент для замены летучего коалесцирующего растворителя вносит небольшой или нулевой вклад в общий уровень ЛОС в покрывающей композиции. Поэтому покрывающая композиция может иметь состав с содержанием ЛОС, меньшим или равным 150 г/, в то же время обеспечивая равные или превосходящие свойства, по сравнению со свойствами, обеспечиваемыми летучими коалесцирующими растворителями, для всех уровней блеска и областей применения, например в случае матовых-глянцевых красок для внутренних и/или наружных работ. Более того, в случае некоторых агентов для замены летучих коалесцирующих растворителей, обычные добавки замерзания/оттаивания можно заменить слаболетучими или нелетучими добавками замерзания/оттаивания. В некоторых случаях обычные добавки замерзания/оттаивания можно даже полностью исключить из состава покрывающей композиции, при этом получая те же характеристики замерзания/оттаивания, что и в случае наличия добавок замерзания/оттаивания. В результате можно еще больше понизить содержание ЛОС в покрывающей композиции. В некоторых случаях может даже быть достигнут синергетический эффект при комбинировании определенных агентов для замены летучего коалесцирующего растворителя и определенных добавок замерзания/оттаивания.

Подробное описание изобретения

Описывается покрывающая композиция, обычно используемая в качестве матовой краски для внутренних или наружных работ в строительстве для декоративных и защитных целей. Покрывающая композиция имеет низкое содержание летучих органических соединений (ЛОС) меньше или равное 150 г/л, в типичном случае меньше или равное 50 г/л, что соответствует или превосходит стандарты содержания ЛОС для матовых и нематовых красок для внутренних и наружных работ для всех уровней блеска, в то же время обеспечивая эквивалентные или превосходящие свойства, по сравнению со свойствами, обеспечиваемыми летучими коалесцирующими растворителями. ЛОС, как определено в данном тексте, представляют собой органические соединения, имеющие достаточно высокое давление паров при нормальных условиях для испарения и попадания в атмосферу в значительных количествах, и определенные в качестве таковых United States Environmental Protection Agency при тестировании согласно ЕРА Method 24. Получено низкое содержание ЛОС, в то же время наблюдается коалесценция при низкой температуре 40°F в течение 18 ч, наблюдается сопротивляемость к слипанию в соответствии с модифицированной версией ASTM D4946-89, и устойчивость к царапанию в мокром состоянии, составляющая, по меньшей мере, 400 циклов, согласно измерениям в соответствии с модифицированной версией ASTM D2486. Физические свойства покрывающей композиции более детально описаны ниже. Такие физические свойства обычно достигаются только посредством использования летучих коалесцирующих растворителей в покрывающей композиции.

Покрывающая композиция включает латексный компонент и может быть названа краской «на основе растворителя». Латексный компонент в типичном случае имеет вид отдельных твердых полимерных частиц, образующихся путем полимеризации по меньшей мере одного ненасыщенного по этиленовому типу мономера в водной дисперсионной среде. Полимерные частицы в типичном случае образуются путем эмульсионной полимеризации согласно известной технологии.

Репрезентативные полимерные частицы, которые подходят для покрывающей композиции, включают стирол-бутадиеновые полимеры, акриловые полимеры, винилацетатные полимеры, винилхлоридные полимеры и их комбинации. Особенно подходящие полимерные частицы включают стирол-бутадиеновые полимерные частицы, которые составляют от около 40 до около 70 массовых частей, более типично от около 45 до около 65 массовых частей, из расчета на 100 массовых частей полимерных частиц. Стирол-бутадиеновые полимерные частицы могут быть сформированы из карбоксилированных стирол-бутадиеновых полимеров. Подходящие акриловые полимеры включают сополимеры акрилонитрила, акриловой кислоты, метакриловой кислоты, бутилакриловой кислоты, стирола и их комбинаций. Полимерные частицы обычно имеют среднечисловой размер частиц от около 0.05 до около 3 микрон, и предпочтительно среднечисловой размер частиц приблизительно от 0.1 до 0.5 микрон. Однако следует понимать, что твердые полимерные частицы, находящиеся за пределами указанных выше интервалов, также могут быть пригодны для целей настоящего изобретения.

Для покрывающей композиции по настоящему изобретению, обычно выбирают полимерные частицы, обладающие способностью формировать пленку, относительно нелипкий слой, при затвердевании покрывающей композиции согласно известной технологии.

Для получения покрывающей композиции с низким содержанием ЛОС, проявляющей кратко описанные выше физические свойства, покрывающая композиция включает агент для замены летучего коалесцирующего растворителя, который включался в состав покрывающих композиций в прошлом для получения указанных физических свойств. Данный агент вносит небольшой или нулевой вклад в содержание ЛОС в покрывающей композиции. Агент имеет следующую формулу:

Х(АО)_nH,

где

Х представляет собой группу от С₆ до С₁₆, выбранную из группы линейных цепочек, разветвленных цепочек, ароматических колец и их комбинаций,

АО представляет собой алкиленокси-группу, выбранную из группы этиленокси-групп, 1,2-пропиленокси-групп, 1,2-бутиленокси-групп и их комбинаций, и

n равно от 3 до 14.

Агенты, представленные изображенной выше формулой, известны в данной области техники и могут быть получены в соответствии с методиками, известными в данной области техники, такими как присоединение алкиленоксида к алифатическому одноатомному спирту, фенолу или гликолю, содержащему от 6 до 14 атомов углерода. Репрезентативные алифатические одноатомные спирты включают, но не ограничиваются только ими: октиловый спирт, нониловый спирт, дециловый спирт, додециловый спирт (т.е. лауриловый спирт), тридециловый спирт и тетрадециловый спирт, и их комбинации. Такие спирты могут поставляться в виде смесей главным образом разветвленно-цепочечных молекул. Репрезентативные фенолы включают, но не ограничены только им: октилфенол. Данные агенты обычно имеют среднечисловую молекулярную массу от 250 до 4000 г/моль, более типично от 250 до 1750 г/моль, наиболее типично от 250 до 400 г/моль, для того, чтобы классифицироваться как слаболетучие или нелетучие согласно ЕРА Method 24.

Агенты по настоящему изобретению представляют собой группу спиртовых алкоксилатов, которые все подходят для замены летучего коалесцирующего растворителя; однако, некоторые агенты, охватываемые приведенной выше формулой, более эффективны, чем другие. Одним частным примером подходящего агента для замены летучего коалесцирующего агента является алкоксилат тридецилового спирта, образующийся в реакции разветвленно-цепочечного тридецилового спирта и около 3 моль этиленоксида на каждый моль тридецилового спирта, далее по тексту называемого "TDA-3". Другим частным примером подходящего агента для замены летучего коалесцирующего агента является алкоксилат октилфенола, образующийся в реакции октилфенола и около 3 моль этиленоксида на каждый моль октилфенола, далее по тексту называемого "ОР-3". В особенно предпочтительных вариантах выполнения, агент для замены летучего коалесцирующего растворителя представляет собой спиртовой алкоксилат на основе С₁₀-Guerbet спирта, содержащий от 3 до 5 моль этиленоксида на каждый моль C₁₀-Guerbet спирта, наиболее предпочтительно около 3 моль этиленоксида на каждый моль C₁₀-Guerbet спирта. Спиртовой алкоксилат на основе С₁₀-Guerbet спирта предпочтительно имеет среднечисловую молекулярную массу от 250 до 400 г/моль, наиболее предпочтительно около 290 г/моль. Один частный пример подходящего спиртового алкоксилата на основе C₁₀-Guerbet спирта образуется при реакции С₁₀-Guerbet спирта и около 3 моль этиленоксида на каждый моль C₁₀-Guerbet спирта, и имеет среднечисловую молекулярную массу около 290 г/моль, далее по тексту обозначается как "ХР-30". Другой частный пример подходящего спиртового алкоксилата на основе C₁₀-Guerbet спирта образуется при реакции C₁₀-Guerbet спирта и около 5 моль этиленоксида на каждый моль C₁₀-Guerbet спирта, и имеет среднечисловую молекулярную массу около 370 г/моль, далее по тексту обозначается как "ХР-50". ХР-30 и ХР-50 оба коммерчески доступны от BASF Corporation of Florham Park, NJ. В еще одном особенно предпочтительном варианте выполнения, агент для замены летучего коалесцирующего растворителя представляет собой спиртовой пропоксилат, такой как, например, 2-пропилгептанол, содержащий около 10 моль пропиленоксида и около 1 моль этиленоксида. Агенты обычно имеют ГЛБ (гидрофильно-липофильный баланс) от 1 до 9, для того, чтобы агенты смешивались с латексным компонентом в покрывающей композиции. Агенты по настоящему изобретению проявляют свойства, промежуточные между гидрофобным растворителем и поверхностно-активным веществом, благодаря значению ГЛБ от 1 до 9.

В одном варианте выполнения, агенты для замены летучего коалесцирующего растворителя могут включаться в состав покрывающей композиции совместно с частью полной загрузки летучего коалесцирующего растворителя, что обычно составляет около 0.6 массовых частей из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции. Другими словами, некоторая часть летучего коалесцирующего растворителя может быть заменена агентом для значительного снижения содержания ЛОС в покрывающей композиции до уровня ниже или равного 150 г/л. В более предпочтительном варианте выполнения, покрывающая композиция практически не содержит летучих коалесцирующих растворителей, т.е. покрывающая композиция содержит менее 0.05 массовых частей летучего коалесцирующего растворителя из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции.

Количество агента в покрывающей композиции составляет от около 0.15 до около 7.0 массовых частей, более типично от около 0.2 до около 5.0 массовых частей из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции. Уровень агента, присутствующего в покрывающем составе, варьирует в широком интервале и частично зависит от твердости образующейся пленки, определяемой температурой стеклования, T_g, латексного компонента. Например, более высокие количества агента, в пределах установленного диапазона, обычно содержатся тогда, когда T_g латексного компонента относительно выше, а меньшие количества агента, также в пределах установленного диапазона, обычно содержатся тогда, когда T_g латексного компонента относительно ниже. Следует понимать, что летучие коалесцирующие растворители, такие как Texanol^®, также могут присутствовать в покрывающих композициях, хотя и в меньшем количестве, чем обычно, для гарантии того, что общее содержание ЛОС остается равным или меньше 150 г/л, особенно когда используются латексные компоненты с высокой T_g.

Количество агента в составе покрывающей композиции дополнительно зависит от конкретного используемого агента. Агент может эффективно заменить весь летучий коалесцирующий агент, который, как изложено выше, традиционно присутствовал в количестве около 0.6 массовых частей, из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции. Однако можно также заменить только часть летучего коалесцирующего агента, чтобы довести общее количество ЛОС в покрывающей композиции до приемлемого значения в интервале ниже 150 г/л. Так, в покрывающую композицию можно включить меньшее количество агента, чем летучего коалесцирующего агента, который в противном случае потребовался бы для достижения тех же физических свойств, в то же время снижая содержание ЛОС в покрывающей композиции.

Как изложено выше, покрывающая композиция по настоящему изобретению демонстрирует низкотемпературную коалесценцию при 40°F за период 18 ч. Низкотемпературная коалесценция важна для того, чтобы гарантировать, что покрывающая композиция будет затвердевать в достаточной степени при низких температурах. Низкотемпературная коалесценция покрывающей композиции непосредственно связана с агентом, использующимся в покрывающей композиции, как проиллюстрировано в Примерах ниже. Для тестирования низкотемпературной коалесценции, берут мазок покрывающей композиции и помещают в холодильник при температуре около 40°F. Через 18 ч покрывающую композицию вынимают из холодильника и подвергают качественному испытанию для определения того, не является ли покрывающая композиция слоистой или неоднородной. Результат тестирования низкотемпературной коалесценции указывается как пройден/не пройден.

Покрывающая композиция по настоящему изобретению также проявляет сопротивляемость к слипанию согласно модифицированной версии ASTM D4946-89. Сопротивляемость к слипанию - это способность покрывающей композиции сопротивляться слипанию с другой поверхностью, такой как она сама, и проявлять сопротивляемость любым изменениям внешнего вида при прижимании к другой поверхности в течение длительного времени, при нагревании и охлаждении до комнатной температуры. Сопротивляемость к слипанию определяется по шкале от 1 до 10, где 1 - это полное слипание, а 10 - полная неприлипаемость. Слипание обычно оценивают после 1, 2 и 7 дней после затвердевания. В сущности, сопротивляемость к слипанию - это количественная оценка липкости покрывающей композиции после затвердевания, при этом тест считается пройденным при устойчивости покрывающей композиции и к слипанию, и к изменениям внешнего вида после прижимания. Сопротивляемость покрывающей композиции к слипанию, как низкотемпературная коалесценция, также является свойством, которое можно непосредственно связать с агентом, использующимся в покрывающей композиции, как проиллюстрировано в Примерах ниже.

Покрывающая композиция, а конкретнее покрывающая композиция после затвердевания, также имеет устойчивость к царапанию в сыром виде, составляющую по меньшей мере 400 циклов, согласно измерениям в соответствии с ASTM D2486. Устойчивость к царапанию в сыром виде является количественным выражением целостности и способности к восстановлению покрывающей композиции после затвердевания, где большее количество циклов для нарушения слоя означает более высокую целостность и способность к восстановлению. Устойчивость к царапанию в сыром виде также является свойством, которое можно прямо связать с использующимся в покрывающей композиции агентом, но обычно только до момента полного коалесцирования пленки. После коалесцирования, добавление дополнительного количества агента в покрывающую композицию обычно не улучшает устойчивость к царапанию. В особенно предпочтительном варианте выполнения, для такого типа смолы и состава, когда в качестве агента используется ХР-30, устойчивость к царапанию в сыром виде составляет по меньшей мере 650 и может достигать 845, в зависимости от количества присутствующего в покрывающей композиции ХР-30, а также в зависимости от других добавок, также присутствующих в составе покрывающей композиции.

В обычных покрывающих композициях также содержатся добавки замерзания/оттаивания для улучшения эксплуатационных параметров покрывающих композиций в режиме замерзания/оттаивания. Эксплуатационные параметры в режиме замерзания/оттаивания важны для покрывающих композиций, поскольку покрывающие композиции могут подвергаться колебаниям температуры после производства, но до затвердевания, что может повлиять на физические свойства покрывающих композиций после затвердевания. Добавки замерзания/оттаивания в целом необходимы при использовании летучих коалесцирующих растворителей. Обычные добавки замерзания/оттаивания, использующиеся совместно с летучими коалесцирующими растворителями, включают этиленгликоль (ЭГ), диэтиленгликоль (ДЭГ) и пропиленгликоль (ПГ). Обычные добавки замерзания/оттаивания, как и летучие коалесцирующие растворители, представляют собой ЛОС согласно определению U.S. EPA, и вносят вклад в содержание ЛОС в покрывающих композициях. Те же обычные добавки замерзания/оттаивания могут использоваться в покрывающей композиции по настоящему изобретению.

Благодаря исключению летучих коалесцирующих растворителей, содержание ЛОС в покрывающей композиции меньше или равное 150 г/л можно достичь даже с обычными добавками замерзания/оттаивания. Однако другие слаболетучие или нелетучие добавки замерзания/оттаивания могут заменить обычные добавки замерзания/оттаивания, когда агенты по настоящему изобретению заменяют летучие коалесцирующие растворители. Слаболетучая или нелетучая добавка замерзания/оттаивания, при использовании в данном тексте, это добавка, имеющая летучесть меньше или равную 10%, при определении по Методу 24. Поэтому покрывающая композиция по настоящему изобретению может практически не содержать обычных добавок замерзания/оттаивания, т.е. обычные добавки замерзания/оттаивания могут присутствовать в покрывающей композиции в количестве меньше или равном 0.01 массовых частей, из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции. Однако следует также понимать, что в зависимости от количества летучего коалесцирующего растворителя, подвергающегося замене, можно использовать большие количества обычных добавок замерзания/оттаивания, при этом сохраняя уровень ЛОС меньше или равный 150 г/л.

Слаболетучие или нелетучие добавки замерзания/оттаивания, подходящие для целей настоящего изобретения, включают полиалкиленгликоли, такие как полиэтиленгликоль, такой как Pluracol^® E 200, полипропиленгликоль, такой как Pluracol^® P410; триметилопропан (ТМП) алкоксилаты; Pluronic^® полиолы, такие как Pluronic^® F 38; и их комбинации. В типичном случае, полиалкиленгликоли имеют среднечисловую молекулярную массу по меньшей мере 132 г/моль, более типично от 200 до 450 г/моль, что делает полиалкиленгликоли нелетучими. Конкретнее, когда полиэтиленгликоль используется в качестве слаболетучей или нелетучей добавки замерзания/оттаивания, полиэтиленгликоль обычно имеет среднечисловую молекулярную массу по меньшей мере 150 г/моль, более типично около 200 г/моль. Аналогично, когда полипропиленгликоль используется в качестве слаболетучей или нелетучей добавки замерзания/оттаивания, полипропиленгликоль обычно имеет среднечисловую молекулярную массу по меньшей мере 200 г/моль, более типично около 410 г/моль.

Количество, в котором обычные (т.е. ЭГ, ДЭГ, ПГ) и необычные (т.е. Pluracol^® E 200, Pluracol^® P 410 и ТМП алкоксилаты) добавки замерзания/оттаивания присутствуют в покрывающей композиции, зависит от типа применяемого латексного компонента и состава покрывающей композиции. Например, в покрывающей композиции с 50 г/л ЛОС, агент для замены летучего коалесцирующего растворителя может использоваться с одной или более обычными добавками замерзания/оттаивания, такими как ЭГ. Поэтому большая часть ЛОС может иметь источником обычную добавку замерзания/оттаивания, и получающаяся в итоге покрывающая композиция все равно может иметь состав, где ЛОС присутствуют в количестве меньше или равном 150 г/л. При использовании слаболетучих или нелетучих добавок замерзания/оттаивания в комбинации с агентом для замены летучего коалесцирующего растворителя возможно много вариантов. Например, может оказаться необходимым заменить только часть летучих коалесцирующих растворителей, таким образом оптимизируя свойства пленки.

В случае их применения, слаболетучие или нелетучие добавки замерзания/оттаивания обычно присутствуют в покрывающей композиции в количестве по меньшей мере 0.1 массовых частей, более типично от 0.4 до 5 массовых частей, из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции. Полиэтиленгликоль, когда используется в качестве слаболетучей или нелетучей добавки замерзания/оттаивания, обычно присутствует в покрывающей композиции в количестве от около 0.1% до около 5 массовых частей, из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции. Полипропиленгликоль, когда используется в качестве слаболетучей или нелетучей добавки замерзания/оттаивания, обычно присутствует в покрывающей композиции в количестве от около 0.4 до около 5 массовых частей, из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции.

В некоторых случаях, в зависимости от состава и типа смолы, покрывающая композиция может вообще не содержать добавок замерзания/оттаивания.

Например, когда агент представляет собой TDA-3, ХР-30, ХР-50 или ОР-3, добавку замерзания/оттаивания можно полностью исключить из состава, без ущерба для эксплуатационных параметров покрывающей композиции в условиях замерзания/оттаивания. Эксплуатационные параметры в условиях замерзания/оттаивания обычно измеряют в отношении способности покрывающей композиции проявлять устойчивость к замерзанию/оттаиванию в соответствии с ASTM D2243-95. Устойчивость к замерзанию/оттаиванию как низкотемпературная коалесценция указывается для теста как пройден/не пройден. В других случаях может наблюдаться синергетический эффект между определенными агентами для замены летучих коалесцирующих растворителей и определенными слаболетучими или нелетучими добавками замерзания/оттаивания. Например, когда агент представляет собой спиртовой пропоксилат, полиэтиленгликоль является эффективной добавкой замерзания/оттаивания, в то время как обычные летучие добавки замерзания/оттаивания неэффективны.

Помимо латексного компонента, агента для замены летучего коалесцирующего растворителя, добавки замерзания/оттаивания и какого-либо летучего коалесцирующего растворителя, которые могут содержаться в покрывающей композиции, покрывающая композиция обычно включает несколько добавок. Добавки могут быть выбраны из группы неорганических и органических пигментов, диспергирующих агентов, пеногасителей, увлажняющих агентов, усилителей адгезии, модификаторов вязкости, добавок для улучшения укрываемости, добавок для улучшения слипания, нейтрализующих агентов, биоцидов и их комбинаций. Частные примеры подходящих добавок включают Natrosol Plus, AMP 95, Sokalan^® Polymers, Nicron 402, Minex, Pluracoat™ WA, диоксид титана, Plurafac^® S505LF, DrewPlus L 475, среди прочих. Включение таких добавок в покрывающие композиции известно в данной области техники.

Примеры

Различные примеры покрывающих композиций получены с использованием различных агентов для замены летучих коалесцирующих растворителей, различных количеств агентов, различных типов добавок замерзания/оттаивания и различных количеств добавок замерзания/оттаивания. Кроме того, покрывающие композиции могут включать нейтрализующий агент (0.25-1.0% по массе), реологические добавки (от 0.5 до 1.0% по массе), биоцид (от 0.5 до 1.0% по массе), наполнители (от 20 до 26% по массе), диспергаторы (от 1 до 5% по массе), пеногасители (от 0.1 до 0.5% по массе), суспензию ТiO₂ (около 27.25%), летучий коалесцирующий растворитель (около 0.6%), неразветвленный акриловый полимер (около 60%) и т.д.

Покрывающая композиция в типичном случае имеет следующие эмульсионные характеристики, приведенные в Таблице 1:

Следующие далее Примеры сгруппированы на основе различных комбинаций количества агентов, типа добавки замерзания/оттаивания и количества добавки замерзания/оттаивания. Покрывающие композиции сравниваются на предмет эффективности на основе физических свойств низкотемпературной коалесценции, сопротивляемости к слипанию, начальной устойчивости к царапанию в сыром состоянии, окончательной устойчивости к царапанию в сыром состоянии, высоты пены и эксплутационных параметров в условиях замерзания/оттаивания. Низкотемпературную коалесценцию, сопротивляемость к слипанию, начальную устойчивость к царапанию в сыром состоянии, окончательную устойчивость к царапанию в сыром состоянии и эксплутационные параметры в условиях замерзания/оттаивания тестировали, как описано выше. Конкретнее, для низкотемпературной коалесценции брали мазок каждой покрывающей композиции и помещали в холодильник с температурой около 40°F. Через 18 ч покрывающую композицию вынимают из холодильника и подвергают качественному испытанию для определения того, не является ли покрывающая композиция слоистой или неоднородной, и полностью ли покрывающая композиция затвердела. Результат теста низкотемпературной коалесценции указывается как пройден/не пройден, при этом покрывающая композиция считается прошедшей испытание, если затвердевание полное. Сопротивляемость к слипанию покрывающих композиций определяется в соответствии с модифицированной версией ASTM D4946-89, как описано выше, оценка ниже 6 - тест не пройден, 6 и выше - тест пройден. Начальную и конечную устойчивость к царапанию в сыром виде для покрывающих композиций после затвердевания измеряют в соответствии с ASTM D2486, при этом большее число циклов для нарушения слоя означает более высокую целостность и способность к восстановлению. Эксплуатационные параметры в условиях замерзания/оттаивания измеряют в соответствии с ASTM D2243-95 и, как и низкотемпературную коалесценцию, указывают в терминах «тест пройден/не пройден». Высоту пены измеряют путем нанесения покрытия испытываемого состава толщиной 0.006 дюйма на пленку Leneta с нанесенным покрытием. Используют малярную кисть для равномерного нанесения влажных мазков определенное число раз на определенные области пленки Leneta. Для корректности, обычно одновременно тестируют один набор, включая контрольный образец. Нанесенное покрытие оставляют сушиться. На тестовую пластину помещают картонную крышку с вырезанным окошком размером 1.5×1.5 дюйма. Подсчитывают сухие пузырьки и регистрируют их число как результат теста на пенообразование.

Примеры 1-8

Примеры 1-8 представляют собой покрывающие композиции, в составе которых испытываются различные агенты для замены обычно применяемых летучих коалесцирующих растворителей, таких как Texanol. Тестируемые агенты присутствуют в количестве 0.6 массовых частей, из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции. Данный тестируемый состав содержит этиленгликоль, обычную добавку замерзания/оттаивания, присутствующий в количестве 0.92 массовых частей, из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции. Результаты низкотемпературной коалесценции, сопротивляемости к слипанию, начальной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), окончательной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), теста на пенообразование (выражено в количестве пузырьков) и эксплуатационные параметры в условиях замерзания/оттаивания для Примеров 1-8 приведены ниже в Таблице 2.

Агент А представляет собой пропоксилированный м,п-крезол, коммерчески доступный от BASF Corporation of Florham Park, NJ.

Агент В представляет собой полиалкиленгликоль, полученный из смеси этиленоксида и пропиленоксида в таком соотношении, что продукт нерастворим в воде, коммерчески доступен от BASF Corporation of Florham Park, NJ.

Агент С представляет собой спиртовой этоксилат, коммерчески доступный от BASF Corporation of Florham Park, NJ.

Агент D представляет собой дифункциональный блок-сополимер на основе блоков этиленоксида и пропиленоксида, выстроенных в структуру АВА, где блоки А представляют собой полиэтиленоксид, блок В представляет собой полипропиленоксид, и имеющий первичные гидроксильные группы, со среднечисловой молекулярной массой около 3800 г/моль, коммерчески доступный от BASF Corporation of Florham Park, NJ.

Агент Е представляет собой спиртовой алкоксилат на основе тридецилового спирта, содержащий 3 моль этиленоксида на каждый моль тридецилового спирта и имеющий среднечисловую молекулярную массу 325 г/моль, коммерчески доступный от BASF Corporation of Florham Park, NJ.

Агент F представляет собой спиртовой алкоксилат на основе С₁₀-Guerbet спирта, содержащий 3 моль этиленоксида на каждый моль С₁₀-Guerbet спирта и имеющий среднечисловую молекулярную массу 290 г/моль, коммерчески доступный от BASF Corporation of Florham Park, NJ.

Агент G представляет собой спиртовой алкоксилат на основе C₁₀-Guerbet спирта, содержащий 5 моль этиленоксида на каждый моль C₁₀-Guerbet спирта и имеющий среднечисловую молекулярную массу 370 г/моль, коммерчески доступный от BASF Corporation of Florham Park, NJ.

Агент Н представляет собой этиленоксидный аддукт октилфенола, содержащий 3 моль этиленоксида на каждый моль октилфенола и имеющий среднечисловую молекулярную массу примерно 347 г/моль, коммерчески доступный от BASF Corporation of Florham Park, NJ.

Сравнительные Примеры 1-5

Сравнительные Примеры 1-4 представляют собой покрывающие композиции, полученные таким же образом, как покрывающие композиции в Примерах 1-8, но с агентами, которые служат причиной проявления покрывающими композициями недостаточной низкотемпературной коалесценции или недостаточных эксплутационных параметров в условиях замерзания/оттаивания. Сравнительный Пример 5 имеет в своем составе Texanol^®, т.е. летучий коалесцирующий растворитель, в качестве агента для обеспечения физических свойств, сравнимых с физическими свойствами покрывающих композиций из Примеров 1-8. Результаты низкотемпературной коалесценции, сопротивляемости к слипанию, начальной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), окончательной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), теста на пенообразование (выражено в количестве пузырьков) и эксплуатационные параметры в условиях замерзания/оттаивания для Сравнительных Примеров 1-5 приведены ниже в Таблице 3.

Агент J представляет собой спиртовой алкоксилат, коммерчески доступный от BASF Corporation of Florham Park, NJ.

Агент K представляет собой смесь агента А и агента J в массовом соотношении 1:1, коммерчески доступную от BASF Corporation of Florham Park, NJ.

Агент L представляет собой спиртовой алкоксилат на основе спирта, коммерчески доступный от BASF Corporation of Florham Park, NJ под торговым названием Plurafac^® SLF-18.

Агент M представляет собой дифункциональный блок-сополимер на основе этиленоксида и пропиленоксида, выстроенных в структуру ВАВ, где блок А представляет собой полиэтиленоксид, блоки В представляют собой полипропиленоксид, и имеющий вторичные концевые гидроксильные группы, со среднечисловой молекулярной массой около 3250 г/моль, коммерчески доступный от BASF Corporation of Florham Park, NJ.

Агент N представляет собой 2,2,2-триметил-1,3-пентандиол моноизобутират, коммерчески доступный от Eastman Chemical Company of Kingsport, Tennessee.

Примеры 9-12

Примеры 9-12 представляют собой покрывающие композиции, полученные с использованием различных агентов для замены летучих коалесцирующих растворителей, где агенты для замены летучих коалесцирующих растворителей присутствуют в составе покрывающих композиций. Агенты присутствуют в количестве 0.2 массовых частей из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции, при полном отсутствии добавок замерзания/оттаивания. Результаты низкотемпературной коалесценции, сопротивляемости к слипанию, начальной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), окончательной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), теста на пенообразование (выражено в количестве пузырьков) и эксплуатационные параметры в условиях замерзания/оттаивания для Примеров 9-12 приведены ниже в Таблице 4.

Сравнительные Примеры 6-14

Сравнительные Примеры 6-13 представляют собой покрывающие композиции, полученные таким же образом, как покрывающие композиции в Примерах 9-12, но с агентами, которые служат причиной проявления покрывающими композициями недостаточной низкотемпературной коалесценции. Сравнительный Пример 14 имеет в своем составе Texanol^®, летучий коалесцирующий растворитель. Все агенты присутствуют в составе в количестве 0.6 массовых частей из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции. Это обеспечивает физические свойства, сравнимые с физическими свойствами покрывающих композиций из Примеров 9-12. Результаты низкотемпературной коалесценции, сопротивляемости к слипанию, начальной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), окончательной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), теста на пенообразование (выражено в количестве пузырьков) и эксплуатационные параметры в условиях замерзания/оттаивания для Сравнительных Примеров 6-14 приведены ниже в Таблице 5.

Примеры 13-17

Примеры 13-17 представляют собой покрывающие композиции, полученные с использованием различных агентов для замены летучих коалесцирующих растворителей, при этом в составе покрывающих композиций нет летучих коалесцирующих растворителей. Агенты присутствуют в количестве 0.6 массовых частей из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции, при этом полиэтиленгликоль со среднечисловой молекулярной массой около 200 г/моль заменяет обычную добавку замерзания/оттаивания. Полиэтиленгликоль содержится в количестве 0.92 массовых частей из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции. Результаты низкотемпературной коалесценции, сопротивляемости к слипанию, начальной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), окончательной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), теста на пенообразование (выражено в количестве пузырьков) и эксплуатационные параметры в условиях замерзания/оттаивания для Примеров 13-17 приведены ниже в Таблице 6.

Сравнительные Примеры 15-22

Сравнительные Примеры 15-21 представляют собой покрывающие композиции, полученные таким же образом, как покрывающие композиции в Примерах 13-17, но с агентами, которые служат причиной проявления покрывающими композициями недостаточной низкотемпературной коалесценции или недостаточных эксплуатационных параметров в условиях замерзания/оттаивания. Сравнительный Пример 22 имеет в своем составе Texanol^®, т.е. летучий коалесцирующий растворитель, в качестве агента в количестве 0.6 массовых частей из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции, и этиленгликоль, т.е. летучую добавку замерзания/оттаивания, в количестве 0.92 массовых частей из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции, для обеспечения физических свойств, сравнимых с физическими свойствами покрывающих композиций из Примеров 13-17. Результаты низкотемпературной коалесценции, сопротивляемости к слипанию, начальной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), окончательной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), теста на пенообразование (выражено в количестве пузырьков) и эксплуатационные параметры в условиях замерзания/оттаивания для Сравнительных Примеров 15-22 приведены ниже в Таблице 7.

Примеры 18-20

Примеры 18-20 представляют собой покрывающие композиции, полученные с использованием различных агентов для замены летучих коалесцирующих растворителей, при этом в составе покрывающих композиций нет летучих коалесцирующих растворителей. Агенты присутствуют в количестве 0.6 массовых частей из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции, при этом полиэтиленгликоль со среднечисловой молекулярной массой около 200 г/моль заменяет обычную добавку замерзания/оттаивания. Полиэтиленгликоль содержится в количестве 0.46 массовых частей из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции. Результаты низкотемпературной коалесценции, сопротивляемости к слипанию, начальной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), окончательной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), теста на пенообразование (выражено в количестве пузырьков) и эксплуатационные параметры в условиях замерзания/оттаивания для Примеров 18-20 приведены ниже в Таблице 8.

Сравнительные Примеры 23-32

Сравнительные Примеры 23-31 представляют собой покрывающие композиции, полученные таким же образом, как покрывающие композиции в Примерах 18-20, но с агентами, которые служат причиной проявления покрывающими композициями недостаточной низкотемпературной коалесценции. Сравнительный Пример 32 имеет в своем составе Texanol^®, т.е. летучий коалесцирующий растворитель, в качестве агента в количестве 0.6 массовых частей из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции, при этом полиэтиленгликоль со среднечисловой молекулярной массой около 200 г/моль заменяет обычную добавку замерзания/оттаивания. Полиэтиленгликоль содержится в количестве 0.46 массовых частей из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции. Результаты низкотемпературной коалесценции, сопротивляемости к слипанию, начальной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), окончательной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), теста на пенообразование (выражено в количестве пузырьков) и эксплуатационные параметры в условиях замерзания/оттаивания для Сравнительных Примеров 23-32 приведены ниже в Таблице 9.

Примеры 21-28

Примеры 21-28 представляют собой покрывающие композиции, полученные с использованием различных агентов для замены летучих коалесцирующих растворителей, при этом в составе покрывающих композиций нет летучих коалесцирующих растворителей. Агенты присутствуют в количестве 0.6 массовых частей из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции, при этом полипропиленгликоль со среднечисловой молекулярной массой около 410 г/моль заменяет обычную добавку замерзания/оттаивания. Полипропиленгликоль содержится в количестве 0.46 массовых частей из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции. Результаты низкотемпературной коалесценции, сопротивляемости к слипанию, начальной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), окончательной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), теста на пенообразование (выражено в количестве пузырьков) и эксплуатационные параметры в условиях замерзания/оттаивания для Примеров 21-28 приведены ниже в Таблице 10.

Сравнительные Примеры 33-37

Сравнительные Примеры 33-36 представляют собой покрывающие композиции, полученные таким же образом, как покрывающие композиции в Примерах 21-28, но с агентами, которые служат причиной проявления покрывающими композициями недостаточной низкотемпературной коалесценции. Сравнительный Пример 37 имеет в своем составе Texanol^®, т.е. летучий коалесцирующий растворитель, в качестве агента в количестве 0.6 массовых частей из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции, и полипропиленгликоль со среднечисловой молекулярной массой около 410 г/моль заменяет обычную добавку замерзания/оттаивания. Полипропиленгликоль присутствует в количестве 0.46 массовых частей из расчета на 100 массовых частей покрывающей композиции. Результаты низкотемпературной коалесценции, сопротивляемости к слипанию, начальной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), окончательной устойчивости к царапанию в сыром состоянии (выражена в количестве циклов для нарушения слоя), теста на пенообразование (выражено в количестве пузырьков) и эксплуатационные параметры в условиях замерзания/оттаивания для Сравнительных Примеров 33-37 приведены ниже в Таблице 11.

Результаты

Как становится очевидно при сравнении описанных выше Примеров со Сравнительными Примерами, различные комбинации агентов для замены коалесцирующих растворителей приводят в итоге к надлежащим физическим свойствам покрывающих композиций, в отсутствие летучих коалесцирующих растворителей и, в Примерах 9-12, в отсутствие каких-либо добавок замерзания/оттаивания. Каждый из Примеров настоящего изобретения демонстрирует надлежащую низкотемпературную коалесценцию, сопротивляемость к слипанию и эксплуатационные параметры в условиях замерзания/оттаивания. Следует особенно отметить, что когда Агент F, представляющий собой Lutensol^® ХР-30, как описано выше в спецификации, включен в состав композиции в качестве агента для замены летучего коалесцирующего растворителя, начальная устойчивость к царапанию в сыром состоянии и окончательная устойчивость к царапанию в сыром состоянии характеризуются даже большим количеством циклов для нарушения слоя по сравнению с аналогом, содержащим летучие коалесцирующие растворители. Благодаря этому Агент F позволяет покрывающей композиции проявлять более высокую целостность и способность к восстановлению, чем у покрывающих композиций, содержащих летучие добавки замерзания/оттаивания, помимо обеспечения надлежащей низкотемпературной коалесценции, сопротивляемости к слипанию и эксплуатационных параметров в условиях замерзания/оттаивания. Кроме того, очевидно, что наблюдаются синергетические результаты в случае, когда агент представляет собой спиртовой пропоксилат и добавка замерзания/оттаивания представляет собой полиэтиленгликоль, имеющий среднечисловую молекулярную массу около 200 г/моль (смотри Пример 13), в то время как обычные летучие добавки замерзания/оттаивания неэффективны (смотри Сравнительный Пример 1).

Очевидно, возможны многочисленные модификации и вариации настоящего изобретения в свете описанной выше доктрины, и настоящее изобретение может быть реализовано на практике иным образом, нежели описанные частные случаи, в пределах приложенной формулы изобретения.

Реферат

Изобретение относится к покрывающей композиции, имеющей низкое содержание летучих органических соединений. Покрывающая композиция включает латексный компонент и агент для замены летучего коалесцирующего растворителя. Агент имеет следующую формулу: X(AO)nH, где Х представляет собой группу от C6 до C16, выбранную из группы линейных цепочек, разветвленных цепочек, ароматических колец и их комбинаций, АО представляет собой алкиленокси-группу, выбранную из группы этиленокси-групп, 1,2-пропиленокси-групп, 1,2-бутиленокси-групп и их комбинаций, и n равно от 3 до 14. Покрывающая композиция имеет содержание летучих органических соединений ЛОС меньше или равное 150 г/л. Агент для замены летучего коалесцирующего растворителя вносит небольшой или нулевой вклад в общий уровень ЛОС в покрывающей композиции. Технический результат - получение покрывающей композиции с высокой целостностью и способностью к восстановлению, надлежащей низкотемпературной коалесценцией, сопротивляемостью к слипанию и эксплуатационным параметрам в условиях замерзания/оттаивания. 24 з.п. ф-лы, 11 табл.

Формула