專利名稱：：透汽性液體涂布膜的制作方法透汽性液體涂布膜發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及防水的可滲透水蒸汽的膜，并更具體地涉及由具有疏水丙烯酸系聚合物相和作為水蒸汽通過管道的連續(xù)水溶性聚合物相的液體涂布組合物制成的膜。
背景技術(shù)：
：在建筑結(jié)構(gòu)表面使用液體涂料組合物形成可滲透水蒸汽的氣密膜是/〉知的。這種組合物可從HenryCompany,California以商品名AIR-BLOC31獲得。該組合物可噴涂并固化形成阻隔空氣和漏氣的膜，并聲稱實(shí)現(xiàn)了ASTME-96下為12.3perm(或704ng/Pa.m2.s)的水蒸汽透過率(2002年7月15日的HenryTechnicalDataSheet)。相信由該組合物形成的膜具有微孔結(jié)構(gòu)。微孔性通過裝載填料或硬質(zhì)顆粒材料至超過臨界"顏料體積濃度"("PVC")的水平來實(shí)現(xiàn)。在該臨界點(diǎn)以上，填料數(shù)量破壞了聚合物基質(zhì)的連續(xù)性，從而形成可透過水蒸汽的管道。相信Henry公司的組合物含有約15份碳酸鈣(一種典型填料)、35份烴蠟(認(rèn)為起到填料作用，因?yàn)樗恍纬赡?和50份乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物，從而超過了臨界顏料體積濃度(PVC)。PVC值由填料(包括不形成膜的材料)體積乘以100并除以固體總體積確定。PVC計(jì)算如下PVC-100x((wt。/。蠟/蠟密度)+(wto/。填料/填料密度))/((WtVo蠟/蠟密度)+(Wt。/。填料/填料密度)+(Wt。/o聚合物/聚合物密度))=(35+(15/2.6))x100/(35+(15/2.6)+50)=45%。相信該值超過了臨界PVC。雖然由該組合物獲得的膜可透過蒸汽而不能透過液態(tài)水，但本發(fā)明人相信該膜具有低伸長(zhǎng)率和差的裂紋橋接性能。此外，該膜還吸收大量水。鑒于上述缺點(diǎn)，本發(fā)明人相信需要新穎的液體涂布蒸汽阻擋組合物及方法。發(fā)明概述為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了可透過水蒸汽并阻擋空氣和液態(tài)水的膜，其使建筑結(jié)構(gòu)中的冷凝和最終的霉菌生長(zhǎng)最小化。除氣密性和水密性以及透汽性外，該膜還具有低吸水率、高伸長(zhǎng)率，以及足夠的用于橋接在溫濕度循環(huán)下會(huì)膨脹和收縮的板接頭和裂紋的本體(濕涂層厚度)。該膜可噴射涂布。干燥后，該膜完全附著在基材表面。不使用會(huì)導(dǎo)致微孔但會(huì)弱化基質(zhì)結(jié)構(gòu)的超出臨界顏料體積濃度(PVC)裝載的無機(jī)填料，本發(fā)明的組合物包含疏水丙烯酸系聚合物相以提供液態(tài)水不透性，和連續(xù)的水溶性聚合物相以提供水蒸汽滲透性。作為選擇，填料可以不超過臨界PVC的水平摻入。因此，用于在建筑物表面提供透汽性氣密膜的本發(fā)明的典型液體組合物包含具有至少一種帶有式-(CH2-CH2COOR)-表示的重復(fù)基團(tuán)的疏水丙烯酸系聚合物的乳液，其中R表示C2-Cs烷基，該至少一種丙烯酸系聚合物具有-551C至OTC的玻璃化溫度，且含量以總干固體計(jì)為50-97wt%。如上所述，典型的液體組合物可進(jìn)一步含有以總固體計(jì)含量為0-50wt。/o的選自碳酸鈣、滑石、粘土、二氧化硅和二氧化鈦的無機(jī)填料。填料和其它硬質(zhì)非成膜成分的體積乘以100除以固體總體積計(jì)算得到的PVC可為0-25%。填料用量?jī)?yōu)選應(yīng)小于超出臨界PVC所需的量。換句話說，所得膜不是微孔的。該液體組合物還含有占總重量30-50%的水和占固體總干重3-17wt7。的至少一種水溶性聚合物。水中的4wt。/。水溶性聚合物應(yīng)具有2-50厘泊的溶液粘度。水溶性聚合物優(yōu)選選自數(shù)均分子量為5，000-50，000的聚乙烯醇；平均分子量為5,000-200,000的聚環(huán)氧乙烷；和數(shù)均分子量為3,000-20，000的纖維素甲基醚或乙基醚。通過在基材表面上噴涂組合物形成的本發(fā)明典型膜優(yōu)選干膜厚為20-60密耳，并具有1-20perms，更優(yōu)選2-10perms的水蒸汽滲透率。在這種厚度下，由本發(fā)明的涂料組合物形成的膜表現(xiàn)出高伸長(zhǎng)率，從而賦予優(yōu)異的裂紋橋接能力。本發(fā)明提供了諸如石膏板，水泥、磚石或混凝土制成的結(jié)構(gòu)，或木制結(jié)構(gòu)的基材表面的涂布方法。本發(fā)明還涉及通過用上述涂料組合物涂布這種基材表面形成的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征將在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述。附圖簡(jiǎn)述通過以下典型實(shí)施方案的詳細(xì)描述，結(jié)合附圖，可更好地理解本發(fā)明。圖1是本發(fā)明的組合物形成連續(xù)的水蒸汽滲透相的機(jī)理的示意圖；圖2是分別由薄膜涂層和本發(fā)明典型厚膜涂層提供的裂紋橋接性能的比較圖；圖3和4是聚乙烯醇(PVOH)濃度對(duì)本發(fā)明典型組合物滲透率、強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響的圖；圖5是本發(fā)明典型膜的滲透率的圖；圖6是本發(fā)明典型膜的伸長(zhǎng)的圖；圖7是本發(fā)明典型膜的強(qiáng)度的圖；和圖8是本發(fā)明典型膜的顏料體積濃度(PVC)的圖。典型實(shí)施方案詳述本發(fā)明的水蒸汽滲透性氣密膜通過在基材表面上流延液體組合物制備，該組合物優(yōu)選含有陰離子或非離子丙烯酸系乳液，至少一種水溶性聚合物，和任選的諸如碳酸鈣、滑石、砂子或其它顆粒(且優(yōu)選無機(jī)的)材料的填料，或這種任選的填料的組合。其它任選的成分包括著色劑(通常意義上指賦予膜顏色的"顏料")、流變學(xué)改性劑、抗氧化劑、紫外穩(wěn)定劑、消泡劑和生物殺傷劑。本發(fā)明典型液體組合物的成分?jǐn)?shù)量除非另外指明，均用基于總固體的百分比干重表示。適用于本發(fā)明的典型液體組合物包含含有至少一種式-(-12-CH2COOR-)-表示的重復(fù)基團(tuán)的疏水丙烯酸系聚合物的乳液，其中R代表C2-C8烷基，該至少一種丙烯酸系聚合物具有-551C至01C的玻璃化溫度，且含量以總干固體計(jì)為50-97wt%。該聚合物可含有包括但不限于苯乙烯、乙酸乙烯酯和氯乙烯的其它單體。適用于本發(fā)明的典型液體組合物包含含有丙烯酸丁酯和苯乙烯的乳液。丙烯酸丁酯/苯乙烯的摩爾比大于1。優(yōu)選的丙烯酸丁酯/苯乙烯摩爾比大于1.5。優(yōu)選R代表乙基、丙基、丁基、辛基或乙基己基聚合物。更優(yōu)選疏水丙烯酸系聚合物是丙烯酸丁酯。其它典型組合物可進(jìn)一步包括甲基(丙烯酸)系聚合物。丙烯酸系聚合物的含量以組合物中總固體計(jì)優(yōu)選為50-97°/，更優(yōu)選60-90%。典型液體組合物進(jìn)一步含有至少一種水溶性聚合物。該水溶性聚合物在液體組合物中的存在量以總干重固體計(jì)應(yīng)為3-17wt%。該水溶性聚合物在4wt。/。的水溶性聚合物水溶液情況下還應(yīng)具有約2-50厘泊(cps)的溶液粘度。優(yōu)選的水溶性聚合物選自數(shù)均分子量為5,000-50,000的聚乙烯醇；平均分子量為5,000-200,000的聚環(huán)氧乙烷；和數(shù)均分子量為3,000—20,000的纖維素甲基醚或乙基醚。甲基纖維素醚可從DowChemical以商品名METHOCELA獲得，據(jù)稱含有27.5-31.5%甲氧基或1.64-1.92的甲氧基取代度。其它水溶性聚合物包括羥丙基甲基纖維素、羥乙基纖維素、含有乙烯基甲基醚的聚合物、包括水解馬來酸酐聚合物和共聚物的聚合物，以及具有乙烯基醚、苯乙烯、乙烯和其它烯烴的共聚物，聚乙烯吡咯烷酮、磺化聚苯乙烯、polysulfethyl丙烯酸酯、聚(丙烯酸2-羥乙酯)、聚丙烯酰胺、聚(丙烯酸)及其堿金屬鹽、天然或合成改性的聚糖、蛋白質(zhì)、藻酸鹽、黃原膠和瓜耳膠?？梢圆捎美渌苄院蜔崴苄詢煞N級(jí)別的聚乙烯醇。冷水溶性級(jí)具有80%—90%的水解度。熱水溶性級(jí)具有90%一100%的水解度。然而，如上所述，聚乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷和甲基纖維素是最優(yōu)選的水溶性聚合物。采用這些聚合物的低MW版本保證液體組合物具有能噴涂該液體組合物的足夠低粘度，而水溶性聚合物的重量分?jǐn)?shù)高到足以保證高的水蒸汽滲透率。本發(fā)明的典型液體組合物任選地進(jìn)一步含有選自碳酸釣、滑石、粘土、二氧化硅和二氧化鈦的無機(jī)填料，該至少一種填料的存在量以組合物中總固體計(jì)為0-50wt%。顏料體積濃度可為0-25%。PVC-100x填料(和其它非成膜成分)的體積yo/所有固體成分(丙烯酸系和水溶性聚合物是成膜成分)的體積％(當(dāng)用背景部分所述公式計(jì)算時(shí)，此處參考引用)，且應(yīng)小于臨界顏料體積濃度(高于該值時(shí)，由該液體組合物提供的干膜涂層將變?yōu)槎嗫椎?。優(yōu)選填料材料具有不小于0.1Hm且不大于50nm的平均粒度。以組合物中總固體重量，填料含量更優(yōu)選計(jì)為2-40%,且更優(yōu)選5—30%。該組合物可噴涂、刷涂、抹涂或以另外方式涂布在目標(biāo)基材上?；陌ㄕ辰Y(jié)性表面(例如水泥、灰漿、砌筑體、混凝土、噴漿混凝土、石膏)和石膏板，以及諸如木材或膠合板等可用于構(gòu)筑建筑物和人類或動(dòng)物居住的其它腔室的其它多孔結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明涉及基材的防水方法，包括在基材表面，以及用該組合物和上述方法處理的復(fù)合材料(例如建筑板、墻面、地基面、上承面、屋頂面)上涂布該組合物的步驟。通過在基材表面上涂布組合物形成的膜優(yōu)選具有10-100密耳的平均干厚，更優(yōu)選20-80密耳的平均干厚，最優(yōu)選40-60密耳的平均干厚。由該組合物形成的典型膜還優(yōu)選具有不小于2perm且不大于20perm的根據(jù)ASTME-96的透汽率；不小于200%且不大于1，000%的伸長(zhǎng)率；在水中浸沒1天(24小時(shí))后小于50%的吸水率值；以及0-25%的顏料體積濃度(PVC)。在本發(fā)明的典型組合物中，以液體組合物的總重量計(jì)，連續(xù)水溶性聚合物相的重量分?jǐn)?shù)應(yīng)為3%-17%，更優(yōu)選5%-10%。水溶性聚合物的含量還有可用作丙烯酸系乳液中的保護(hù)性膠體的任何水溶性聚合物(如果乳液制造商供應(yīng)乳液的話)。如圖1所示，形成兩相組合物的機(jī)理如下。將水溶性聚合物溶解在預(yù)制的陰離子或非離子丙烯酸系乳液的含水相中。將該液體組合物流延在基材上，并使水份蒸發(fā)。蒸發(fā)掉大部分水后，形成兩相組合物。水溶性聚合物(例如溶液中溶解的PVOH)隨著水份蒸發(fā)而從溶液析出，構(gòu)成所得膜涂層中的連續(xù)相。因此，由組合物的液體涂層形成的膜因由水溶性聚合物相建立的親水管道的存在而非微孔性而具有蒸汽滲透性。由于顏料體積濃度(PVC)通過填料(無機(jī)物和非成膜的不揮發(fā)材料)體積乘以100并除以固體總體積確定，因此可以理解的是，在高PVC值下，成膜材料(例如丙烯酸系聚合物)的量不足以潤(rùn)濕所有非成膜成分，從而導(dǎo)致微孔性。濃度。本發(fā)明的組合物不是微孔性的，但表現(xiàn)出低PVC。該P(yáng)VC優(yōu)選小于或等于25%。優(yōu)選本發(fā)明組合物的PVC小于或等于16°/。。本發(fā)明組合物通過高伸長(zhǎng)率與高膜厚能力的結(jié)合提供了良好的裂紋橋接特征。如圖2所示，諸如混凝土或石膏板墻壁的基材表面30中的裂紋33隨著溫度和濕度波動(dòng)而膨脹和收縮。當(dāng)裂紋33發(fā)生膨脹時(shí)，存在應(yīng)力分布梯度存在。涂層頂部的應(yīng)力對(duì)于薄涂層32比對(duì)于厚涂層31要大。因此，對(duì)于給定裂紋尺寸，薄涂層32要比厚涂層31更快地失效。從圖2可見本發(fā)明的液體涂布組合物與簡(jiǎn)單的油漆涂層之間的重要差別。油漆往往以薄涂層涂布，得到的干燥厚度小于IO密耳。相反，本發(fā)明的膜具有大于20密耳，更優(yōu)選大于40密耳的平均干膜厚。以下實(shí)施例出于舉例說明的目的提供。實(shí)施例1證明了僅包含丙烯酸系聚合物和PVOH(聚乙烯醇)的體系中，聚乙烯醇(PVOH)濃度對(duì)滲透率、強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響。丙烯酸系聚合物從BASF以商品名ACRONALS400獲得。PVOH從Dupont以商品名ELVANOL51-05獲得。重復(fù)滲透率結(jié)果，兩組數(shù)據(jù)分別示于圖3和4。注意滲透率與PVOH含量成正比。拉伸強(qiáng)度也與PVOH含量成正比。然而，低PVOH含量下伸長(zhǎng)率相對(duì)不受影響。實(shí)施例2測(cè)試了丙烯酸系聚合物含量、填料含量和聚乙烯醇含量對(duì)由液體組合物形成的膜的滲透率、強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響。為了配制液體組合物，丙烯酸系聚合物從BASF(ACRONALS400)獲得，而PVOH從CelaneseCorporation獲得。各種膜組合物示于表1。膜的滲透率、伸長(zhǎng)率和強(qiáng)度分別繪制在圖5、6和7中。注意滲透率最依賴于PVOH濃度，并且對(duì)于分別含有6%-23%PVOH的配方在8-27perm間變化。由含有高聚合物含量和低PVOH和填料含量的組合物形成的膜的伸長(zhǎng)率最大。發(fā)現(xiàn)由組合物7和9形成的膜具有良好的滲透率和高伸長(zhǎng)率。滲透率分別為12perm和8perm。伸長(zhǎng)率值分別為460%和680%。時(shí)聚令物填料PVOH50.330.490.1840.380.500.1310.770.000.23100.420.510.06110.580.280.1470.640.290.0710.770.000.2390.920.000.0830.840.000,160.330.490.1820.530.270.2030.840.000.1610.770.000.2320.530.270.20實(shí)施例3測(cè)試了由采用HenryCompany以商品名AIR-BOC31銷售的丙烯酸系聚合物的組合物制備的膜的丙烯酸系聚合物、填料和PVOH含量對(duì)吸水率的影響。成分類型與實(shí)施例2相同。對(duì)每種試樣流延平均干厚60密耳的膜。將干膜在自來水中浸泡24小時(shí)。用各種組合物制成的膜的結(jié)果示于下表2中。吸水率以百分?jǐn)?shù)測(cè)量(表中示出了膜由于脆弱而破壞("破裂，，)的情況)。注意吸水率大致正比于PVOH含量。較低PVOH含量是優(yōu)選的以使吸水率最小。表2扭分膜的吸水率聚令物紐PVOH兇0.330.490.1828.50.380.500,1332.10.770.000.23破裂0.420.510.0639.10,580.280.1452.10.640,290.0715.50.770.000.23破裂0.920.000,0819.10.840.000.1663.50.330.490.18破裂0.530.270,20440.840.000.1675.50.770.000.23破裂0.530.270.20破裂測(cè)定Henry組合物的吸水率為102%。對(duì)于其它試樣，流延商購產(chǎn)品的60密耳干膜，并在水中浸泡24小時(shí)。測(cè)量基于重量百分比的吸水率。實(shí)施例4計(jì)算本發(fā)明組合物的顏料體積濃度并示于圖8中。注意到本發(fā)明組合物的顏料體積濃度最高為25%。相反，Henry組合物的PVC測(cè)定為45%。實(shí)施例5評(píng)價(jià)PVOH分子量對(duì)配方粘度的影響。必須有足夠的PVOH來獲得目標(biāo)滲透率，但PVOH分子量必須足夠低，以允許噴涂該液體組合物。表3示出用于所有試驗(yàn)的配方。PVOH分子量和液體組合物粘度示于表4。注意到液體組合物粘度與PVOH分子量成正比。配方1不容易噴涂，但其它配方很容易噴涂。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>以上實(shí)施例和實(shí)施方案僅用于舉例說明目的，并不擬限制本發(fā)明的范圍。權(quán)利要求1.在建筑物表面上提供透汽性氣密膜的液體組合物，包含含有至少一種帶有式-(-CH2-CH2COOR-)-代表的重復(fù)基團(tuán)的疏水丙烯酸系聚合物的乳液，其中R表示C2-C8烷基，所述至少一種丙烯酸聚合物具有-55℃至0℃的玻璃化溫度，且含量以組合物中總干固體計(jì)不小于50％和不大于97wt％；所述液體組合物進(jìn)一步含有選自碳酸鈣、滑石、粘土、二氧化硅和二氧化鈦的無機(jī)填料，所述至少一種填料的含量以總固體計(jì)為0-50wt％；所述液體組合物中含有的所有填料材料的總量在任何情況下為使得顏料體積濃度(PVC)為0-25％的量；所述液體組合物進(jìn)一步含有以所述液體組合物總重量計(jì)不小于30％且不大于50wt％的水；和所述液體組合物進(jìn)一步含有以所述液體組合物中總干重固體計(jì)不小于3％且不大于17wt％的至少一種水溶性聚合物，并且所述至少一種水溶性聚合物在4wt％水中具有不小于2厘泊且不大于50厘泊的溶液粘度。2.權(quán)利要求l的組合物，其中所述至少一種水溶性聚合物選自數(shù)均分子量不小于5,000且不大于50,000的聚乙烯醇；平均分子量不小于5，000且不大于200,000的聚環(huán)氧乙烷；和數(shù)均分子量不小于3,000且不大于20,000的纖維素甲基瞇或乙基醚。3.權(quán)利要求l的組合物，其中所述至少一種水溶性聚合物是數(shù)均分子量不小于5,000且不大于50,000的聚乙烯醇。4.權(quán)利要求l的組合物，其中所述至少一種水溶性聚合物是平均分子量不小于5,000且不大于200,000的聚環(huán)氧乙烷。5.權(quán)利要求l的組合物，其中所述至少一種水溶性聚合物是數(shù)均分子量不小于3,000且不大于20,000的纖維素曱基醚或乙基醚。6.權(quán)利要求l的組合物，其中所述至少一種填料的含量以所述組合物總重量計(jì)為至少5%。7.權(quán)利要求l的組合物，其中所述至少一種填料的含量以所述組合物中固體總干重計(jì)為至少1%，并且由此顏料體積濃度不大于18%。8.權(quán)利要求l的組合物，其中在所述至少一種疏水丙烯酸系聚合物中，R代表乙基、丙基、丁基、辛基或乙基己基。9.權(quán)利要求l的組合物，進(jìn)一步含有疏水甲基(丙烯酸)系聚合物。10.權(quán)利要求1的組合物，其中所述至少一種疏水丙烯酸系聚合物是丙烯酸丁酯聚合物。11.權(quán)利要求i的組合物，其中至少一種疏水聚合物是丙烯酸丁酯與苯乙烯的共聚物。12.權(quán)利要求11的組合物，其中丙烯酸丁酯/苯乙烯摩爾比大于1.5。13.權(quán)利要求l的組合物，其中所述填料是碳酸鈣。14.權(quán)利要求1的組合物，其中所述填料的含量以所述組合物中固體總重量計(jì)為至少1°/。，并具有不小于O.lnm且不大于50nm的平均粒度。15.權(quán)利要求3的組合物，其中所述聚乙烯醇具有80-90%的水解度。16.權(quán)利要求3的組合物，其中所述聚乙烯醇具有90-100%的水解度。17.通過用權(quán)利要求1的組合物涂布基材表面制備的膜。18.—種形成水蒸汽滲透膜的方法，包括在粘結(jié)性基材、木材或石膏基材上涂布權(quán)利要求1的組合物。19.一種復(fù)合材料，其包含涂布了權(quán)利要求1的組合物的建筑板或粘結(jié)體。20.權(quán)利要求17的膜，其平均厚度不小于20密耳且不大于100密耳厚。21.權(quán)利要求17的膜，其平均厚度不小于40密耳。22.權(quán)利要求17的膜，其平均厚度不小于40密耳且不大于100密耳厚，根據(jù)ASTME-96的透汽率不小于2perm且不大于20perm，且伸長(zhǎng)率不小于200%且不大于1000%;水中浸泡1天后吸水率值小于50%;且顏料體積濃度為0-25%。全文摘要本發(fā)明的典型膜、液體組合物和方法涉及使用疏水丙烯酸系聚合物和至少一種水溶性聚合物(例如PVOH)在建筑物表面提供水蒸汽滲透性氣密層。不像現(xiàn)有技術(shù)的蒸汽阻擋層，本發(fā)明提供了具有良好裂紋橋接和不吸水特征的膜。文檔編號(hào)C08K3/26GK101133110SQ200680002109公開日2008年2月27日申請(qǐng)日期2006年1月4日優(yōu)先權(quán)日2005年1月11日發(fā)明者R·A·維爾欽斯基申請(qǐng)人:格雷斯公司