專利名稱：含水涂料組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括至少一種非離子表面活性劑和至少一種聚合物的分散劑組合物，該聚合物包括羧酸基團(tuán)的至少一種鹽。本發(fā)明進(jìn)一步涉及包括該分散劑組合物的改進(jìn)顏料組合物和含水涂料組合物。
背景技術(shù)：
涂料組合物用于許多種類表面的裝飾、保護(hù)和功能處理。這些表面包括線圈、金屬、器具、家具、硬質(zhì)纖維板、木材和膠合板、船舶、汽車、罐和紙板。一些涂料如用于海下管線的那些是用于保護(hù)目的。其它涂料如外部汽車涂料實(shí)現(xiàn)保護(hù)和保護(hù)兩種功能。另外的其它涂料提供在船甲板或汽車座位上的摩擦控制。一些涂料控制船底污損，其它保護(hù)罐頭中的食品和飲料。硅芯片、印刷電路板、在用于信號(hào)傳輸?shù)牟▽?dǎo)纖維上的涂料、和錄相帶和計(jì)算機(jī)磁盤上的磁性涂料是涂料的許多所謂高技術(shù)應(yīng)用。
表面涂料組合物通常差不多是粘性液體，其含有三種基礎(chǔ)組分稱為樹脂或基料的成膜物質(zhì)或物質(zhì)的組合、顏料或顏料的組合、和揮發(fā)性液體。樹脂和揮發(fā)性液體的組合通常稱為載體。載體可以是含水或非含水的和可以是溶液形式或作為細(xì)基料粒子在非溶劑中的分散體。涂料組合物如含水涂料的組分和制造進(jìn)一步在Concise Encyclopedia of Polymer，Science andEngineering，160-171頁(1990)中討論，該文獻(xiàn)在此引入作為參考。
顏料是分散在涂料載體中分散的細(xì)碎的不溶性固體粒子且在最終膜中在整個(gè)樹脂或基料中分布。多種常規(guī)黑色和有色顏料已用于涂料組合物。此外，包括改性碳產(chǎn)物的含水和非含水油墨和涂料組合物描述于U.S.專利No.5,672,198和5,713,988中，該改性碳產(chǎn)物具有連接的有機(jī)基團(tuán)，該兩篇文獻(xiàn)在此全文引入作為參考。
也可以將表面活性劑加入涂料組合物以幫助改進(jìn)性能。典型地，這些表面活性劑與涂料組合物的顏料組合使用，且這樣因此稱為分散劑。幾種不同種類或類型的分散劑已用于涂料組合物。分散劑的選擇依賴于各種因素，包括顏料的性能、粒度、和樹脂或基料的類型。然而，分散劑可經(jīng)常對(duì)性能如顯色具有消極影響。因此，對(duì)于使用的組分必須調(diào)節(jié)分散劑的量以獲得具有良好總體性能的涂料組合物。
因此，盡管分散劑已用于涂料組合物，仍需要分散劑組合物，該分散劑組合物能夠使特定類型的顏料在含水載體中分散同時(shí)也導(dǎo)致良好的顏色性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及包括i)至少一種非離子表面活性劑和ii)至少一種聚合物的分散劑組合物，該聚合物包括羧酸基團(tuán)的至少一種鹽。優(yōu)選，非離子表面活性劑不溶于水，如水不溶性聚烯化氧。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及包括a)至少一種顏料、和b)在此所述的至少一種分散劑組合物的顏料組合物。優(yōu)選顏料是改性碳產(chǎn)物，其包括具有連接上至少一個(gè)有機(jī)基團(tuán)如陰離子基團(tuán)的碳產(chǎn)物。顏料組合物可以為干燥形式或存在于含水載體中。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及含水涂料組合物，該涂料組合物包括a)包括水基樹脂和含水溶劑的含水載體、b)至少一種顏料、和c)在此所述的至少一種分散劑組合物。
應(yīng)當(dāng)理解以上概述和以下詳細(xì)描述都僅是示例性和解釋性的，且用于提供對(duì)要求保護(hù)的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及分散劑組合物，以及涉及包括該分散劑組合物的顏料和含水涂料組合物。
本發(fā)明的分散劑組合物包括至少一種非離子表面活性劑和至少一種聚合物，該聚合物包括羧酸基團(tuán)的至少一種鹽。另外，分散劑組合物可進(jìn)一步包括溶劑。溶劑可以是含水或非含水的，但優(yōu)選是含水溶劑，即溶劑包括水和任選地水溶性或與水混溶的溶劑。優(yōu)選，溶劑是水，和分散劑組合物是水基分散劑組合物。
優(yōu)選，非離子表面活性劑是聚烯化氧。聚烯化氧可以是包括烯化氧基團(tuán)如環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷基團(tuán)的任何均聚物或共聚物。聚合物也可以是支化或線性聚合物。優(yōu)選，聚烯化氧是包括具有1-12個(gè)碳的烯化氧基團(tuán)的聚合物。例如，聚烯化氧可以是包括如下基團(tuán)的聚合物-CH2-CH2-O-基團(tuán)、-CH(CH3)-CH2-O-基團(tuán)、-CH2-CH(CH3)-O-基團(tuán)、或-CH2-CH2-CH2-O-基團(tuán)。這些基團(tuán)的組合也是可以的。此外，也可以使用聚烯化氧的混合物。
典型地，制備聚烯化氧聚合物以包含末端-OH基團(tuán)。這些端基可以進(jìn)一步反應(yīng)或封端以形成含有-OR基團(tuán)的聚合物。封端基團(tuán)的例子是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。用于本發(fā)明分散劑組合物的聚烯化氧可以未封端或封端聚合物。優(yōu)選，由于以下更詳細(xì)討論的溶解度原因，聚烯化氧聚合物包括封端基團(tuán)。封端的-OH基團(tuán)的百分比可以是任何量。優(yōu)選，聚烯化氧是大于50％封端的，更優(yōu)選大于75％封端的，且最優(yōu)選大于90％封端的。封端基團(tuán)可以是本領(lǐng)域已知的任何那些基團(tuán)，但優(yōu)選是C1-C20烷基或芳基，更優(yōu)選C6-C20烷基。最優(yōu)選是C12-C18烷基。
本發(fā)明的分散劑組合物進(jìn)一步包括至少一種聚合物，該聚合物包括羧酸基團(tuán)的至少一種鹽。例子包括從丙烯酸或甲基丙烯酸制備的均聚物或共聚物和聚酯、聚酰胺、或包含-COOH端基的聚碳酸酯。優(yōu)選，聚合物是丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚物，且聚合物包括丙烯酸或甲基丙烯酸重復(fù)基團(tuán)的至少一種鹽。
鹽可以是無機(jī)或有機(jī)鹽。因此，羧酸基團(tuán)的鹽具有通式-COO-M+，其中M+可以是無機(jī)反荷離子或有機(jī)反荷離子。例子包括Na+、K+、Li+、NH4+、和NR′4+，其中R′表示氫或有機(jī)基團(tuán)如取代或未取代芳基和/或烷基。優(yōu)選聚合物包括羧酸基團(tuán)的銨鹽。
分子量確定表面活性劑和聚合物兩者的許多性能，包括溶解度、粘度和穩(wěn)定性。因此，盡管用于本發(fā)明的分散劑組合物的非離子表面活性劑和聚合物可具有任何分子量，通常不優(yōu)選是非常高的分子量。因此，非離子表面活性劑如聚烯化氧的分子量優(yōu)選為約500-200000，更優(yōu)選約1000-100000，和最優(yōu)選約2500-10000。含羧酸基團(tuán)的聚合物的分子量可以與非離子表面活性劑所述的分子量類似。優(yōu)選，聚合物分子量為約500-100000，更優(yōu)選約5000-50000，和最優(yōu)選約10000-40000。
分散劑組合物可進(jìn)一步包括另外的組分，如抗氧劑、殺生物劑等。如上所述，在優(yōu)選的實(shí)施方案中，分散劑組合物進(jìn)一步包括含水溶劑，如水。另外，可以取決于材料的所需用途調(diào)節(jié)組合物的pH。因此，分散劑組合物可進(jìn)一步包括至少一種堿。此堿可對(duì)應(yīng)于包括羧酸的至少一種鹽的聚合物的鹽。堿的例子包括胺類如氨和氫氧化物試劑如含有氫氧根反荷離子的鹽，包括但不限于氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、和氫氧化銨。還可以使用其它氫氧化物鹽以及氫氧化物試劑的混合物。另外，也可以使用在含水介質(zhì)中產(chǎn)生OH-離子的其它堿性試劑。例子包括碳酸鹽如碳酸鈉、碳酸氫鹽如碳酸氫鹽、和醇鹽如甲醇鈉和乙醇鈉。
每種組分的數(shù)量可以根據(jù)分散劑組合物預(yù)期用途而變化。非離子表面活性劑的量典型地為約5％-0％，優(yōu)選約9％-16％，和更優(yōu)選約11％-14％，基于分散劑組合物的總重量。包括羧酸基團(tuán)的至少一種鹽的聚合物的量通常為約3％-25％，優(yōu)選約7％-20％，和更優(yōu)選約10％-15％，基于分散劑組合物的總重量。
如上所述，優(yōu)選分散劑組合物進(jìn)一步包括含水溶劑，如水。對(duì)于此優(yōu)選的實(shí)施方案，分散劑組合物的％固體優(yōu)選大于10％，更優(yōu)選大于15％，和最優(yōu)選大于25％。
優(yōu)選分散劑組合物的至少一種組分不溶于水。例如，非離子表面活性劑可以是水不溶性材料?！安蝗苄浴北硎局辽僖环N組分在室溫下不以大于2％的濃度溶于水和在這些條件下長時(shí)間保持可溶，如長于一天。不溶性可以是許多不同因素的結(jié)果。例如，當(dāng)非離子表面活性劑是聚烯化氧時(shí)，不溶性可以是聚烯化氧分子量、構(gòu)成聚合物的烯化氧類型、或封端基團(tuán)的類型和程度的結(jié)果。當(dāng)非離子表面活性劑不溶于水時(shí)，包括羧酸基團(tuán)的至少一種鹽的聚合物應(yīng)當(dāng)是水溶性的。因此，可以說對(duì)于水不溶性非離子表面活性劑，聚合物起到分散劑或增溶劑的作為，因此產(chǎn)生不溶性表面活性劑的水溶液或含水分散體。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及包括至少一種顏料和上述分散劑組合物的顏料組合物。顏料可以是本領(lǐng)域已知的任何顏料但優(yōu)選是碳質(zhì)顏料和，特別地是碳產(chǎn)物。合適碳產(chǎn)物的例子包括，但不限于石墨、炭黑、玻璃碳、碳纖維、活性炭、和活性碳。碳可以是結(jié)晶或無定形類型。優(yōu)選是以上物質(zhì)的細(xì)碎形式；也可以采用不同碳的混合物。在這些碳產(chǎn)物中，優(yōu)選炭黑。顏料組合物可以為干燥形式或可進(jìn)一步包括含水載體如水。因此，顏料組合物可以是顏料和上述分散劑組合物的含水分散體。
顏料經(jīng)常由它們的顏色強(qiáng)度分類。例如，炭黑可以稱為高色(high color)炭黑、中色(medium color)炭黑、或規(guī)則色(regular color)炭黑。任何這些炭黑可用于本發(fā)明的顏料組合物。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，顏料組合物包括在本領(lǐng)域稱為高色炭黑的碳產(chǎn)物，其BET表面積值通常大于或等于約240m2/g。優(yōu)選，用于本發(fā)明顏料組合物的高色炭黑的BET表面積值大于或等于約300m2/g，更優(yōu)選大于或等于約400m2/g，和最優(yōu)選大于或等于約500m2/g。高色炭黑的例子包括，但不限于Monarch1000、Monarch1100、Monarche1300、Monarch1400、Monarch1500、Black Pearls1000、BlackPearls1100、Black Pearls1300和Black Pearls1400。
這些所謂高色炭黑也進(jìn)一步具有限定的DBPA(鄰苯二甲酸二丁酯吸收)值。DBPA是碳產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)或支化的量度。通常，結(jié)構(gòu)越大，碳產(chǎn)物在例如涂料組合物中的分散性越好。然而，結(jié)構(gòu)越大，涂料組合物的粘度越高。而且，更高的結(jié)構(gòu)通常導(dǎo)致更差的顏色性能-更低的光澤和噴射性(jetness)。因此，優(yōu)選的高色炭黑的DBPA值為約50-150cc/100g。最優(yōu)選DBPA值進(jìn)一步為約50-100cc/100g的那些。
在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的顏料組合物包括在本領(lǐng)域稱為中色炭黑和BET表面積值通常為約150m2/g-240m2/g的碳產(chǎn)物。優(yōu)選，用于本發(fā)明顏料組合物的中色炭黑的BET表面積值為約170-240m2/g和更優(yōu)選約200-230m2/g。中色炭黑的DBPA值進(jìn)一步為約50-150cc/100g。最優(yōu)選DBPA值進(jìn)一步為約60-130cc/100g的那些。中色炭黑的例子包括，但不限于Monarch700、Monarch800、Monarch880、Monarch900、BlackPearls700、Black Pearls800、BlackPearls880和Black Pearls900。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的顏料組合物包括已經(jīng)被氧化以增加表面上氧官能度量的炭黑。氧化的炭黑是本領(lǐng)域公知的且典型地由氧化劑如硝酸或臭氧與基礎(chǔ)炭黑的反應(yīng)制備。表面上官能度的增加典型地引起pH的降低。因此，氧化的炭黑典型地是酸性的。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的顏料組合物包括具有連接上至少一個(gè)有機(jī)基團(tuán)的改性顏料。優(yōu)選，改性顏料是改性碳產(chǎn)物。改性碳產(chǎn)物BET表面積數(shù)值可為約350-600m2/g，和更優(yōu)選約350-500m2/g。盡管BET表面積值大于或等于350m2/g的任何改性碳產(chǎn)物可用于本發(fā)明的顏料組合物，但優(yōu)選DBPA值進(jìn)一步為約60-150cc/100g的那些。最優(yōu)選DBPA值進(jìn)一步為80-120cc/100g的那些。
改性碳產(chǎn)物使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法制備使得化學(xué)基團(tuán)(如聚合物和有機(jī)類)連接到顏料，與吸附的基團(tuán)如聚合物、表面活性劑等相比提供基團(tuán)更穩(wěn)定的連接到顏料上。例如，改性碳產(chǎn)物可以使用U.S.專利No.5,554,739、5,851,280、6,042,643、5,707,432和5,837,045、與PCT公開WO 99/23174中描述的方法制備，該文獻(xiàn)在此完全引入作為參考。改性碳產(chǎn)物可以從任何上述碳產(chǎn)物制備。優(yōu)選，碳產(chǎn)物是炭黑或氧化的炭黑。
取決于各種因素選擇連接的有機(jī)基團(tuán)，該因素包括分散劑組合物的具體組分以及顏料組合物希望的用途。通過使改性碳產(chǎn)物適于特定的應(yīng)用這允許更大的靈活性。有機(jī)基團(tuán)可包括離子基團(tuán)、可電離基團(tuán)、或離子基團(tuán)和可電離基團(tuán)的混合物。離子基團(tuán)是陰離子或陽離子的和與相反電荷的反荷離子締合，該反荷離子包括無機(jī)或有機(jī)反荷離子如Na+、K+、Li+、NH4+、和NR′4+、乙酸根、NO3-、SO4-2、OH-和Cl-，其中R′表示氫或有機(jī)基團(tuán)如取代或未取代芳基和/或烷基?？呻婋x基團(tuán)是在使用的介質(zhì)中能夠形成離子基團(tuán)的基團(tuán)。因此，優(yōu)選有機(jī)基團(tuán)為有機(jī)離子基團(tuán)。有機(jī)離子基團(tuán)包括在U.S.專利No.5,698,016中描述的那些，該文獻(xiàn)在此完全引入作為參考。
優(yōu)選，有機(jī)基團(tuán)包括至少一個(gè)陰離子基團(tuán)，它是帶負(fù)電的離子基團(tuán)。陰離子基團(tuán)可以從含有可電離取代基的基團(tuán)產(chǎn)生，該可電離取代基可形成陰離子如酸性取代基，或可以是可電離取代基的鹽中的陰離子。優(yōu)選，當(dāng)可電離取代基形成陰離子時(shí)，可電離取代基的pKa小于11。有機(jī)離子基團(tuán)可進(jìn)一步從如下物質(zhì)產(chǎn)生含有pKa小于11的可電離基團(tuán)的物質(zhì)和pKa小于11的可電離取代基的鹽?？呻婋x取代基的pKa表示作為整體的可電離取代基，而不僅是酸性取代基的pKa。更優(yōu)選，pKa小于10和最優(yōu)選小于9。
離子基團(tuán)的代表性例子包括-COO-、-SO3-、-HPO3-、和-PO3-2?？呻婋x基團(tuán)的代表性例子包括-COOH、-SO3H、-PO3H2、-SO2NH2、和-SO2NHCOR′，其中R′表示氫或有機(jī)基團(tuán)如取代或未取代芳基和/或烷基。特別優(yōu)選的類別是-COO-和-SO3-。優(yōu)選，有機(jī)離子基團(tuán)從取代或未取代羧基苯基或取代或未取代磺苯基產(chǎn)生。具體的有機(jī)離子基團(tuán)是-C6H4CO2-和-C6H4SO3-。
當(dāng)顏料組合物進(jìn)一步包括含水載體時(shí)，包括離子基團(tuán)或可電離基團(tuán)的連接基團(tuán)是最優(yōu)選的。此外，當(dāng)如下所述顏料組合物用于含水涂料組合物時(shí)，這些帶電基團(tuán)也是優(yōu)選的。在這些條件下，連接的基團(tuán)可提供碳產(chǎn)物在載體中的增加的穩(wěn)定性。
連接基團(tuán)的量可根據(jù)顏料組合物希望的用途變化。例如，選擇連接的有機(jī)基團(tuán)在改性碳產(chǎn)物上的量以獲得顏料組合物在本發(fā)明涂料組合物的所需性能。通常，連接的有機(jī)基團(tuán)的量是約0.001-約10.0微摩爾有機(jī)基團(tuán)每m2顏料表面積(由氮吸收和特別地t-面積方法測量表面積)。優(yōu)選，連接的有機(jī)基團(tuán)的量為約0.1-約5.0微摩爾每m2，和最優(yōu)選連接的有機(jī)基團(tuán)的量為約0.1-約2.7微摩爾每m2。連接的量可以取決于具體的連接基團(tuán)變化且可以根據(jù)例如連接基團(tuán)的尺寸或離子基團(tuán)的官能度調(diào)節(jié)。此外，在碳產(chǎn)物上含有多于一種類型連接基團(tuán)以提供最好的總體表現(xiàn)也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
可以將改性碳產(chǎn)物通過洗滌如通過過濾、離心、或兩種方法的組合來純化以去除未反應(yīng)的原材料、副產(chǎn)物鹽和其它反應(yīng)雜質(zhì)。也可以例如通過蒸發(fā)分離產(chǎn)物或可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)通過過濾和干燥回收。可以將改性碳產(chǎn)物的分散體進(jìn)一步純化或分級(jí)以去除雜質(zhì)和其他不期望的游離物質(zhì)，其由于制造工藝可以在分散體中共存。例如，可以將改性碳產(chǎn)物的分散體進(jìn)行分級(jí)步驟，如離心以基本上去除尺寸大于約1.0微米的粒子。此外，可以純化分散體以去除任何不期望的游離物質(zhì)，如未反應(yīng)的處理劑。使用膜或離子交換的超濾/滲濾的已知技術(shù)可用于純化分散體并去除大量的游離的離子和不希望物質(zhì)。而且，反荷離子的任選交換，由此形成改性碳產(chǎn)物一部分的反荷離子可以采用已知的離子交換技術(shù)如超濾、反滲透、離子交換柱等用交替的反荷離子(包括如兩親離子)交換或替代。可以交換的反荷離子的具體例子包括，但不限于Na+、K+、Li+、NH4+、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO3-、NO2-、乙酸根和Br-。雜質(zhì)從改性碳產(chǎn)物的去除也可改進(jìn)顏料組合物的性能，特別是在下述涂料組合物中。
顏料組合物可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方法制備。特別地，可以采用任何順序加入組分。例如，對(duì)于包括改性碳產(chǎn)物的顏料組合物，可以將分散劑組合物加入改性碳產(chǎn)物或反之亦然。而且，分散劑組合物可以在制備和分離顏料的過程中任何位置加入。例如，對(duì)于包括改性碳產(chǎn)物的顏料組合物，可以將分散劑組合物在造粒步驟(或?yàn)榱烁纳频奶幚矶淖儺a(chǎn)物形式的其它步驟)、干燥步驟、或預(yù)包裝步驟之前或之后加入。
本發(fā)明的分散劑和顏料組合物可用于各種應(yīng)用。例子包括油墨(包括噴墨油墨)、涂料、粘合劑、塑料、和密封劑。特別地，已發(fā)現(xiàn)在此所述的分散劑和顏料組合物可用于含水涂料應(yīng)用。
因此，本發(fā)明涉及包括含水載體、至少一種顏料和至少一種分散劑組合物的含水涂料組合物。顏料和分散劑組合物如上所述。顏料可以上任何上述的顏料，但優(yōu)選是含有連接的至少一個(gè)有機(jī)基團(tuán)如陰離子基團(tuán)的改性碳產(chǎn)物。
通常，如上所述，涂料組合物包括在溶劑和基料或樹脂(載體)中分散的顏料。用于本發(fā)明涂料組合物的載體是含水載體和包括含水溶劑和水基樹脂。載體的組成可取決于最終涂料的條件和要求變化。例如，樹脂含量可為約70-100％。
在此使用的術(shù)語“水基”表示包含或可包含含水溶劑如水的樹脂或基料。因此，水基樹脂包括膠乳、水性或水溶性樹脂、和減水性樹脂。用于本發(fā)明含水涂料組合物的樹脂或基料的例子包括，但不限于丙烯酸類樹脂、醇酸樹脂、聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、和氯乙烯共聚物樹脂。含水溶劑可包括水溶性溶劑但優(yōu)選是水。含水溶劑的數(shù)量可以在幾乎0％和80％之間變化。優(yōu)選含水溶劑包括大于50％水，更優(yōu)選大于70％水，和最優(yōu)選大于85％水。
載體也可包含任選的添加劑，該添加劑可用于改進(jìn)性能如粘度、流平、和干燥時(shí)間。例子包括助溶劑(特別地，用于含水涂料的水溶性溶劑)、表面活性劑、和填料如粘土、滑石、二氧化硅、和碳酸鹽。另外，可以加入流動(dòng)改進(jìn)劑、流平助劑、和殺生物劑。
本發(fā)明的涂料組合物可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何技術(shù)制備。因此，例如，可以將顏料與液體載體和其它涂料組分在高速混合機(jī)和/或磨機(jī)(mill)中混合。用于本發(fā)明涂料組合物的碳產(chǎn)物量取決于獲得的涂料的所需性能。通常，這些涂料組合物包括高達(dá)約30重量％顏料，如碳產(chǎn)物?？梢哉{(diào)節(jié)碳產(chǎn)物的量以優(yōu)化性能如噴射性、粘度、和分散穩(wěn)定性。
本發(fā)明的涂料組合物可用于各種不同的最終用途應(yīng)用例如汽車頂涂層，以得到具有改進(jìn)總體性能的涂料。本發(fā)明的顏料組合物可以容易地在涂料組合物中分散以獲得具有改進(jìn)噴射性和藍(lán)色調(diào)的涂料。這將通過如下實(shí)施例進(jìn)一步說明，該實(shí)施例僅用作本發(fā)明的例示。
實(shí)施例實(shí)施例1此實(shí)施例描述本發(fā)明的示例性分散劑組合物的制備。
在100克水存在下向放置在設(shè)定為70℃熱板上的燒杯中加入100gNeoCryl BT-24(得自Neoresins的水性丙烯酸類樹脂)。一旦溫度達(dá)到70℃，向攪拌溶液中緩慢加入50g Unithox 490(得自Baker Petrolite的聚烯化氧表面活性劑)。在大約2分鐘連續(xù)攪拌之后，加入2.5g在200克水中的溶液。獲得透明溶液。在保持溫度在大約70℃的同時(shí)，將混合物攪拌另外30分鐘。然后將747.5g DI水加入混合物并劇烈攪拌另外5分鐘。獲得的分散劑組合物然后用于制備顏料組合物，如以下更詳細(xì)所述。
實(shí)施例2此實(shí)施例描述本發(fā)明的示例性顏料組合物的制備。
將銷式(pin)造粒機(jī)(10馬力)加熱到70℃。將300g Emperor2000顏料黑(得自Cabot Corporation含有連接的-C6H4-SO3Na基團(tuán)的改性炭黑)加入造粒機(jī)腔和在400rpm下預(yù)混2分鐘。將60g實(shí)施例1的分散劑組合物也加入腔中，和在500rpm下持續(xù)混合另外10分鐘。然后將獲得的顏料組合物從腔取出，在60-70℃下在烘箱中干燥3小時(shí)，并用于制備涂料組合物，如以下詳細(xì)所述。
實(shí)施例3和對(duì)比例1-5實(shí)施例3展示本發(fā)明的示例性涂料組合物的制備和分析。
對(duì)于此實(shí)施例和對(duì)比例，遵循如下過程。研磨料通過如下制備在8.87份Dispersant D1441(得自Baker Petrolite的表面活性劑)存在下，將75.63份水與2.00份Foamaster NX-1(得自Cognis的消泡劑)在高速DisperMat混合機(jī)中采用良好攪拌預(yù)混2-3分鐘。在2000rpm下向此預(yù)混物中加入13.5份所需顏料(見下表1和表2)2分鐘。然后將混合速度增加到4,000rpm進(jìn)行約5分鐘。然后使用硅酸鋯珠粒(0.6-0.8mm)將獲得的混合物通過Eiger磨機(jī)在10.0m/s梢速(tip speed)下在室溫下再循環(huán)20分鐘。獲得的研磨料然后用于制備涂料組合物。
涂料組合物通過如下制備混合12.0份PnB溶劑(得自Lyondell)與18份Cymel 325蜜胺樹脂(得自Cytec)直到獲得均勻溶液。將混合物在良好攪拌下加入300份水性聚氨酯Neorez R-9624(得自Neoresin)和然后在良好攪拌下混合另外20分鐘以產(chǎn)生調(diào)稀(letdown)的母料。將71.6份上述研磨料和330份調(diào)稀的母料良好攪拌下一起混合15分鐘以制備最終涂料組合物。
通過將涂料組合物噴出到冷軋鋼上制備底涂層。這用于單涂層和底涂層/透明涂層體系兩者。對(duì)于單涂層體系，將板在室溫下閃蒸出10分鐘和在150℃下強(qiáng)制干燥20分鐘以固化。對(duì)于底涂層/透明涂層體系，將板在室溫下閃蒸出10分鐘和在120℃下強(qiáng)制干燥10分鐘。然后在頂部涂覆透明涂層(基于Macrynal 510，得自UCB)。然后將板在室溫下閃蒸出10分鐘和然后在150℃下固化另外20分鐘。
測量獲得的涂料的性能，且該性能示于下表1和表2。使用Hunter ColorMeter測量L(噴射性)、a(紅色調(diào))和b(藍(lán)色調(diào))值。更低的L值表示更大程度的噴射性，而b的值越負(fù)，藍(lán)色調(diào)越好。Mc是與顏色有關(guān)的黑色值，它可以從L、a和b計(jì)算。更高的Mc值也表示更大程度的噴射性。
表1-單涂層

*M1400和M1500是購自Cabot Corporation的Monarch1400炭黑和Monarch1500炭黑。
FW200和FW285是購自Degussa-Huls Corporation的Color Black FW200和Color Black FW285。
R5000是購自Columbian Chemical Company的Raven5000炭黑。
表2-底涂層/透明涂層


從表1和表2中結(jié)果可見，實(shí)施例3的涂料組合物在單涂層和底涂層/透明涂層體系兩者中具有顯著更高的Mc值以及更低的L值。此外，藍(lán)色調(diào)是可比的或，在大多數(shù)情況下也得到改進(jìn)。因此，本發(fā)明的分散劑組合物可用于制備顏料組合物，該顏料組合物得到與對(duì)比例的涂料組合物相比具有良好噴射性和藍(lán)色調(diào)的涂料組合物。
實(shí)施例4和對(duì)比例6-10實(shí)施例4展示本發(fā)明的示例性涂料組合物的制備和分析。
對(duì)于此實(shí)施例和對(duì)比例，使用相似于實(shí)施例3的過程制備研磨料。將30.0份水研磨樹脂BT24(得自Neoresins)與57.5份DI水在3.0份氨和2.0份Dehydran 1293(得自Cognis的消泡劑)在高速DisperMat混合機(jī)中采用良好攪拌預(yù)混2-3分鐘。在2000rpm下向此預(yù)混物中加入7.5份所需顏料(見下表3和表4)2分鐘。然后將混合速度增加到4,000rpm進(jìn)行約5分鐘。然后使用硅酸鋯珠粒(0.6-0.8mm)將獲得的混合物通過Eiger磨機(jī)在10.0m/s梢速下在室溫下再循環(huán)20分鐘。獲得的研磨料然后用于制備涂料組合物。
涂料組合物通過如下制備20份PnB溶劑和16份DPnB溶劑(兩者得自Lyondell)與37.5份Cymel 373蜜胺樹脂(得自Cytec)直到獲得均勻溶液。將混合物在良好攪拌下加入300份水性丙烯酸類膠乳Neocryl XK-100(得自Neoresin)。在良好攪拌下后加入潤濕劑BYK 346(得自BYK Chemie)和消泡劑Dehydran 1293(的自Cognis)。將混合物在良好攪拌下預(yù)混合另外20分鐘以產(chǎn)生調(diào)稀的母料。將10.0份上述研磨料和44.75份調(diào)稀的母料在良好攪拌下一起混合15分鐘以制備最終涂料組合物。
通過將涂料組合物噴出到冷軋鋼上制備底涂層。這用于單涂層和底涂層/透明涂層體系兩者。對(duì)于單涂層體系，將板在室溫下閃蒸出10分鐘和在150℃下強(qiáng)制干燥20分鐘以固化。對(duì)于底涂層/透明涂層體系，將板在室溫下閃蒸出10分鐘和在120℃下強(qiáng)制干燥10分鐘。然后在頂部涂覆透明涂層(基于Macrynal 510，得自UCB)。然后將板在室溫下閃蒸出10分鐘和然后在150℃下固化另外20分鐘。
測量獲得的涂料的性能，且該性能見下表3和表4。使用Hunter ColorMeter測量L(噴射性)、a(紅色調(diào))和b(藍(lán)色調(diào))值。更低的L值表示更大程度的噴射性，而b的數(shù)值越負(fù)，藍(lán)色調(diào)越好。Mc是與顏色有關(guān)的黑色值，它可以從L、a和b計(jì)算。更高的Mc值也表示更大程度的噴射性。
表3-單涂層

*M1300、M1400和M1500是購自Cabot Corporation的Monarch1300炭黑、Monarch1400炭黑和Monarch1500炭黑。
FW285是購自Degussa-Huls Corporation的Color Black FW285。
R5000是購自Columbian Chemical Company的Raven5000炭黑。
表4-底涂層/透明涂層


從表3和表4中結(jié)果可見，實(shí)施例4的涂料組合物在單涂層和底涂層/透明涂層體系兩者中具有顯著更高的Mc值以及更低的L值。此外，藍(lán)色調(diào)是也得到改進(jìn)。因此，本發(fā)明的分散劑組合物可用于制備顏料組合物，該顏料組合物得到與對(duì)比例的涂料組合物相比具有良好噴射性和藍(lán)色調(diào)的涂料組合物。
結(jié)果，已發(fā)現(xiàn)包含在此所述的顏料組合物和分散劑組合物的本發(fā)明涂料組合物在涂料應(yīng)用中提供高的顏色性能。
已經(jīng)給出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的以上描述用于說明和描述的目的。其并非窮舉或限制本發(fā)明到公開的明確形式。改進(jìn)和變化在考慮到以上教導(dǎo)的情況下是可能的，或可以從本發(fā)明的實(shí)踐獲得。選擇和描述實(shí)施方案以解釋本發(fā)明的原理和其實(shí)際應(yīng)用以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在各種實(shí)施方案中和以各種改進(jìn)利用本發(fā)明，如適于預(yù)期的特定用途。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求和其等價(jià)物來限定。
權(quán)利要求
1.一種分散劑組合物，包括i)至少一種非離子表面活性劑和ii)至少一種聚合物，該聚合物包括羧酸基團(tuán)的至少一種鹽。
2.權(quán)利要求1的分散劑組合物，其中該非離子表面活性劑是聚烯化氧。
3.權(quán)利要求2的分散劑組合物，其中聚烯化氧包括約1-約12個(gè)碳的烯化氧基團(tuán)。
4.權(quán)利要求2的分散劑組合物，其中聚烯化氧包括-CH2-CH2-O-基團(tuán)、-CH(CH3)-CH2-O-基團(tuán)、-CH2-CH(CH3)-O-基團(tuán)、-CH2-CH2-CH2-O-基團(tuán)、或其組合。
5.權(quán)利要求2的分散劑組合物，其中聚烯化氧包括封端基團(tuán)。
6.權(quán)利要求5的分散劑組合物，其中該封端基團(tuán)是C1-C20烷基或芳族基團(tuán)。
7.權(quán)利要求2的分散劑組合物，其中聚烯化氧的分子量為約500-20000。
8.權(quán)利要求7的分散劑組合物，其中聚烯化氧的分子量為約1000-10000。
9.權(quán)利要求1的分散劑組合物，其中該非離子表面活性劑不溶于水。
10.權(quán)利要求1的分散劑組合物，其中該聚合物包括羧酸的銨鹽。
11.權(quán)利要求1的分散劑組合物，其中該聚合物是丙烯酸共聚物的鹽。
12.權(quán)利要求1的分散劑組合物，其中該聚合物是丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的共聚物的銨鹽。
13.權(quán)利要求1的分散劑組合物，其中該聚合物的分子量為約5000-50000。
14.權(quán)利要求13的分散劑組合物，其中該聚合物的分子量為約10000-40000。
15.權(quán)利要求1的分散劑組合物，其中該非離子表面活性劑是聚烯化氧和其中該聚合物是丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的共聚物的銨鹽。
16.權(quán)利要求1的分散劑組合物，其中該聚合物可溶于水。
17.權(quán)利要求1的分散劑組合物，進(jìn)一步包括含水溶劑。
18.權(quán)利要求17的分散劑組合物，其中該含水溶劑是水。
19.權(quán)利要求1的分散劑組合物，進(jìn)一步包括至少一種堿。
20.權(quán)利要求17的分散劑組合物，其中該堿是氫氧化物試劑或胺。
21.權(quán)利要求17的分散劑組合物，其中該堿是氨。
22.一種顏料組合物，包括a)至少一種顏料、和b)至少一種分散劑組合物，該分散劑組合物包括i)至少一種非離子表面活性劑和ii)至少一種聚合物，該聚合物包括羧酸基團(tuán)的至少一種鹽。
23.權(quán)利要求22的顏料組合物，其中該顏料是包括含有連接上至少一個(gè)有機(jī)基團(tuán)的碳產(chǎn)物的改性碳產(chǎn)物。
24.權(quán)利要求22的顏料組合物，其中該有機(jī)基團(tuán)包括至少一個(gè)離子基團(tuán)、至少一個(gè)可電離基團(tuán)、或其混合物。
25.權(quán)利要求22的顏料組合物，其中該有機(jī)基團(tuán)包括至少一個(gè)陰離子基團(tuán)。
26.權(quán)利要求22的顏料組合物，其中該有機(jī)基團(tuán)包括至少一個(gè)羧基、磺酸根基團(tuán)、或其鹽。
27.權(quán)利要求22的顏料組合物，其中該有機(jī)基團(tuán)是羧基苯基、磺苯基、或其鹽。
28.權(quán)利要求22的顏料組合物，進(jìn)一步包括含水載體。
29.權(quán)利要求28的顏料組合物，其中該含水載體是水。
30.權(quán)利要求22的顏料組合物，其中該非離子表面活性劑是聚烯化氧，該聚合物是丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的共聚物的銨鹽，且該顏料是包括含有連接上至少一個(gè)磺酸根基團(tuán)的碳產(chǎn)物的改性碳產(chǎn)物。
31.一種含水涂料組合物，包括a)包括水基樹脂和含水溶劑的含水載體、b)至少一種顏料、和c)至少一種分散劑組合物，該分散劑組合物包括i)至少一種非離子表面活性劑和ii)至少一種聚合物，該聚合物包括羧酸基團(tuán)的至少一種鹽。
32.權(quán)利要求31的含水涂料組合物，其中該水基樹脂是丙烯酸類樹脂、聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、醇酸樹脂、或氯乙烯共聚物樹脂。
33.權(quán)利要求31的含水涂料組合物，其中該水基樹脂是丙烯酸類膠乳。
34.權(quán)利要求31的含水涂料組合物，其中該含水溶劑是大于70％的水。
35.權(quán)利要求31的含水涂料組合物，其中該含水溶劑是大于85％的水。
36.權(quán)利要求31的含水涂料組合物，其中該顏料是包括含有連接上至少一個(gè)有機(jī)基團(tuán)的碳產(chǎn)物的改性碳產(chǎn)物。
37.權(quán)利要求36的含水涂料組合物，其中該有機(jī)基團(tuán)包括至少一個(gè)離子基團(tuán)、至少一個(gè)可電離基團(tuán)、或其混合物。
38.權(quán)利要求36的含水涂料組合物，其中該有機(jī)基團(tuán)包括陰離子基團(tuán)。
39.權(quán)利要求36的含水涂料組合物，其中該有機(jī)基團(tuán)包括羧基、磺酸根基團(tuán)、或其鹽。
40.權(quán)利要求36的含水涂料組合物，其中該有機(jī)基團(tuán)是羧基苯基、磺苯基、或其鹽。
41.權(quán)利要求31的含水涂料組合物，其中該非離子表面活性劑是聚烯化氧，該聚合物是丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的共聚物的銨鹽，且該顏料是包括含有連接上至少一個(gè)磺酸根基團(tuán)的碳產(chǎn)物的改性碳產(chǎn)物。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括至少一種非離子表面活性劑和至少一種聚合物的分散劑組合物，該聚合物包括羧酸基團(tuán)的至少一種鹽。還公開了包括分散劑組合物的顏料組合物和含水涂料組合物。
文檔編號(hào)C09D11/00GK1898344SQ200480038631
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2004年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月28日
發(fā)明者蘭·H·古延 申請(qǐng)人:卡伯特公司