用于水基乳液的低VOC聚结的官能化聚合物组合物制造技术

本发明专利技术描述了一种涂料组合物，其在具有低VOC或无VOC的组合物中具有良好的成膜性和粘连性。本发明专利技术的涂料组合物包括官能化的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯聚合物，其允许更好的成膜和颗粒聚结，同时保持低VOC或无VOC水平。在一个方面，该涂料组合物包括官能化聚合物，该官能化聚合物具有较高玻璃化转变温度(Tg)以有助于实现良好的抗粘连性，但具有低的最低成膜温度(MFFT)以实现良好的颗粒聚结和成膜，同时基本上不含共溶剂、聚结助剂和/或增塑剂。

【技术实现步骤摘要】
用于水基乳液的低VOC聚结的官能化聚合物组合物相关申请的交叉引用本申请要求2018年4月18日提交的美国临时申请62/659,317的权益。
本申请总体上涉及用氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体官能化的水基或胶乳乳液，以改善具有较低总体最低成膜温度的较高玻璃化转变温度聚合物的聚结。
技术介绍
水基涂料和油漆通常被认为不如所谓的溶剂基体系，所述溶剂基体系包括有机溶剂而不是水。溶剂基涂料和油漆的优越性主要归功于所形成的膜的质量。溶剂基体系中的聚合物溶解在有机溶剂中，因此在溶剂蒸发时趋于产生均匀的膜。另一方面，水基涂料和油漆通常包括水中的聚合物颗粒，其倾向于经历聚结步骤以形成膜。在许多情况下，如果没有共溶剂、增塑剂或聚结剂帮助软化胶乳颗粒以使它们能够熔化并形成连续的膜，则这种聚结是不完全。然而，在某些情况下，添加的溶剂、增塑剂或聚结剂可能降低膜性能和/或促成增加的涂料的挥发性有机化合物(“VOC”)。通常希望使涂料和油漆中的VOC含量最小化。在一些应用中需要包括具有较高玻璃化转变温度(Tg)的聚合物体系的涂料和油漆，因为它们倾向于提供更好的硬度、耐化学性、干燥时间和抗粘连性，从而显示较高Tg的聚合物的一些期望的益处。然而，较高Tg的聚合物通常需要有机溶剂或大量的共溶剂，以充分形成良好的膜。或者，将涂层和膜加热到Tg以上往往有助于形成良好的膜，但这种方法通常是不方便的，并且通常不是消费涂料和油漆工业中的选择。因此，当将水基涂料掺入低VOC配方中时，水基涂料通常限于使用较低Tg、较软的聚合物。水基涂料、尤其是低VOC水基涂料中的较低Tg聚合物在一些情况下能够导致涂料的低抗粘连性。粘连是例如两个涂漆表面之间、油漆和另一个表面(例如挡风雨条)之间、或者门和门侧柱的涂漆表面之间的不良粘附。当窗户或门打开时，油漆可能会粘在自身或挡风雨条上，并可留下基材的秃块。水基涂料和油漆、尤其是低VOC水基涂料和油漆通常包括如上所述的低Tg聚合物，其能够产生具有低的抗粘连性的膜。因此，涂料和油漆制造商在开发设计用于高抗粘连性的产品时经常面临两难选择—要么配制有机溶剂基组合物，缺点是VOC较高，要么如果需要水基配方，则包括共溶剂、增塑剂或聚结助剂，其增强成膜效果，但与具有低VOC、水基配方的需求背道而驰。
技术实现思路
本公开描述了一种用于改善水基乳液的聚结的低VOC胶乳涂料组合物。在一个方面，低VOC胶乳涂料组合物包括由包括乙酸乙烯酯单体、(甲基)丙烯酸烷基酯单体、苯乙烯类单体或其组合中的一种或多种的单体和氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体获得的聚合物。氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体提供每个氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体约4％至约15％的空间上可用的氢键合位点。通过差示扫描量热法测得的聚合物的玻璃化转变温度为约17℃或更高，同时最低成膜温度为约12℃或更低。低VOC胶乳涂料组合物还包括水，并且低VOC胶乳涂料组合物基本上不含共溶剂、增塑剂、聚结助剂及其混合物。前一段落的低VOC胶乳涂料组合物还可以与其他实施方案或方法中的一个或多个任选特征组合。例如，低VOC胶乳涂料组合物可进一步包括其中提供每个氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体约2％至约9％的空间上可用的氢键位点的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体，并且所述氢键位点从氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体的末端间隔1至4个碳原子；和/或其中涂料组合物在干燥时在约12℃或更低的最低成膜温度下形成均匀的膜，并且基本上不含共溶剂、增塑剂、聚结助剂及其混合物，至少部分是由于包括其中的聚合物颗粒之间的酰胺氮与羰基氧的氢键合的聚结的聚合物网络；和/或其中氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体具有下式其中R是氢或甲基，R1是具有1至10个碳的亚烷基链，R2是具有1至4个碳的烷基链或具有1至4个碳的烷基封端的氨基甲酸烷基酯；和/或其中R2基团是线性烷基链；和/或其中低VOC胶乳涂料组合物含有少于约0.5重量％的共溶剂、增塑剂、聚结助剂及其混合物；和/或其中聚合物包括约2mol％至约20mol％的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体单元；和/或其中R2是下式的氨基甲酸烷基酯部分其中R3是具有1至6个碳的亚烷基链，R4是具有1至4个碳的烷基链；和/或其中氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体具有下式其中R是氢或甲基，R1是具有1至10个碳的亚烷基链，R3是具有1至6个碳的亚烷基链，R4是具有1至4个碳的烷基链；和/或其中氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体具有下式其中R是氢或甲基，R1是具有1至10个碳的亚烷基链，R4是具有1至4个碳的烷基链；和/或其中氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体具有下式其中R是氢或甲基，R4是具有1-4个碳的烷基链；和/或其中聚合物的玻璃化转变温度通过差示扫描量热法测量为约17℃至约40℃，最低成膜温度为约0℃至约12℃；和/或其中通过差示扫描量热法测量的玻璃化转变温度与最低成膜温度之间的差值至少约为5℃；和/或其中通过差示扫描量热法测量的玻璃化转变温度与最低成膜温度之间的差值为约5℃至约40℃；和/或其中胶乳涂料的VOC为约5g/L或更低；和/或其中聚合物包括乙酸乙烯酯单体、(甲基)丙烯酸烷基酯单体和氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体；和/或其中聚合物包括约2mol％至约20mol％的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体、约20mol％至约97mol％的(甲基)丙烯酸烷基酯单体和约20mol％至约90mol％的乙酸乙烯酯和/或苯乙烯类单体；和/或其中聚合物还包含约0.2mol％至约10mol％的丙烯酸；和/或其中通过ASTMD4946-89测量，其干燥涂层表现出4或更高的抗粘连性。在另一个方面或实施方案中，本专利技术还提供一种用于改善水基乳液聚结的低VOC胶乳涂料组合物，其中该低VOC胶乳涂料组合物包括由包含乙酸乙烯酯单体、(甲基)丙烯酸烷基酯单体、苯乙烯类单体或其组合中的一种或多种的单体和氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体获得的聚合物。在该方面的一种方法中，氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体具有下式其中R是氢或甲基，R1是具有1至10个碳的亚烷基链，R3是具有1至6个碳的亚烷基链，R4是具有1至4个碳的烷基链。前一段落的低VOC胶乳涂料组合物还可以与其他实施方案或方法中的一个或多个任选特征组合。例如，其中氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体提供每个氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体约4％至约15％的空间上可用的氢键位点；和/或其中该聚合物的玻璃化转变温度通过差示扫描量热法测量为约17℃或更高，同时最低成膜温度为约12℃或更低；和/或其中低VOC胶乳涂料组合物基本上不含共溶剂、增塑剂、聚结助剂及其混合物；和/或其中涂料组合物在干燥时在约12℃或更低的最低成膜温度下形成均匀的膜，并且基本上不含共溶剂、增塑剂、聚结助剂及其混合物，至少部分归因于聚结的聚合物网络，至少部分是由于包括其中的聚合物颗粒之间的酰胺氮与羰基氧的氢键合的聚结的聚合物网络；和/或其中低VOC胶乳涂料组合物含有少于约0.5重量％的共溶剂、增塑剂、聚结助剂及其混合物；和/或其中聚合物包括约2mol％至约20mol％的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体单元；和/或其中R3是直链或支链的6碳链；和/或其中R1是亚乙基部分；和/或其中聚合物的玻璃化转变温度通过差示扫描量热法测量为约17℃至约40℃，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于改善水基乳液聚结的低VOC胶乳涂料组合物，所述低VOC胶乳涂料组合物包含：由包括乙酸乙烯酯单体、(甲基)丙烯酸烷基酯单体、苯乙烯类单体或其组合中的一种或多种的单体与氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体一起得到的聚合物；所述氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体提供每个氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体约4％至约15％的空间可用的氢键位点；所述聚合物具有通过差示扫描量热法测得的约17℃或更高的玻璃化转变温度，同时具有约12℃或更低的最低成膜温度；水；无机颜料颗粒、不透明聚合物颗粒和体质颜料颗粒中的一种或多种；并且其中，所述低VOC胶乳涂料组合物基本上不含共溶剂、增塑剂、聚结助剂及其混合物。

【技术特征摘要】
2018.04.18 US 62/659,3171.一种用于改善水基乳液聚结的低VOC胶乳涂料组合物，所述低VOC胶乳涂料组合物包含：由包括乙酸乙烯酯单体、(甲基)丙烯酸烷基酯单体、苯乙烯类单体或其组合中的一种或多种的单体与氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体一起得到的聚合物；所述氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体提供每个氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体约4％至约15％的空间可用的氢键位点；所述聚合物具有通过差示扫描量热法测得的约17℃或更高的玻璃化转变温度，同时具有约12℃或更低的最低成膜温度；水；无机颜料颗粒、不透明聚合物颗粒和体质颜料颗粒中的一种或多种；并且其中，所述低VOC胶乳涂料组合物基本上不含共溶剂、增塑剂、聚结助剂及其混合物。2.根据权利要求1所述的低VOC胶乳涂料组合物，其中，所述低VOC胶乳涂料组合物包括无机颜料颗粒，并且其中所述无机颜料颗粒包括二氧化钛、氧化锌、氧化镁、氧化钾及其组合中的一种。3.根据权利要求1所述的低VOC胶乳涂料组合物，其中，所述氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体提供约2％至约9％的空间可用的氢键合位点，所述氢键合位点与所述氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体的末端间隔1-4个碳原子。4.根据权利要求1所述的低VOC胶乳涂料组合物，其中，所述涂料组合物在干燥时在约12℃或更低的最低成膜温度下形成均匀的膜，并且基本上不含所述共溶剂、增塑剂、聚结助剂及其混合物，至少部分归因于聚结的聚合物网络，所述聚合物网络包括其中的聚合物颗粒之间的酰胺氮与羰基氧的氢键。5.根据权利要求1所述的低VOC胶乳涂料组合物，其中，所述氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体具有下式：其中，R是氢或甲基，R1是具有1至10个碳的亚烷基链，R2是具有1至4个碳的烷基链或具有1至4个碳的烷基封端的氨基甲酸烷基酯。6.根据权利要求5所述的低VOC胶乳涂料组合物，其中，R2基团是直链烷基链。7.根据权利要求1所述的低VOC胶乳涂料组合物，其中，所述低VOC胶乳涂料组合物具有小于约0.5重量％的共溶剂、增塑剂、聚结助剂及其混合物。8.根据权利要求1所述的低VOC胶乳涂料组合物，其中，所述聚合物包含约2mol％至约20mol％的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体单元。9.根据权利要求5所述的低VOC胶乳涂料组合物，其中，R2是下式的氨基甲酸烷基酯部分：其中，R3是具有1至6个碳的亚烷基链，R4是具有1至4个碳的烷基链。10.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：M苏塞克，A·科巴伊，B·马克沃斯基，
申请(专利权)人：阿克伦大学，SWIMC有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US