聚合物包覆的顏料顆粒的制作方法
【專利說明】聚合物包覆的顏料顆粒
[0001] 領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及顏料潤濕和分散劑、顏料研磨分散體、包覆顏料的分散體，并涉及著色 油漆和其它涂料組合物。
[0003] 背景
[0004] 二氧化鈦是在油漆和其它涂料組合物中廣泛使用但日益昂貴的顏料。在許多油 漆配方中，二氧化鈦代表最昂貴的單一原料。已提議多種技術(shù)和成分來減少涂料組合物 配方中二氧化鈦的量，同時仍提供可接受的光散射或不透明度。一種這類成分是由Dow Chemical Company供應(yīng)的EV0QUE?預(yù)復(fù)合聚合物。目前可得到四種等級的EVOQUE產(chǎn)品 (EV0QUE 1140、EVOQUE 1180、EXP-4340和EXP-4463)，據(jù)稱它們具有對二氧化鈦不同程度 的反應(yīng)性。據(jù)其供應(yīng)商稱，EVOQUE預(yù)復(fù)合聚合物"與TiO 2合并形成既改善顏料的濕遮蓋效 率又改善干遮蓋效率的聚合物-顏料復(fù)合物"。由所述復(fù)合物制成的油漆或其它涂料組合 物在某種程度上減少的二氧化鈦顏料水平下可達到既定的顏料遮蓋度，或者在既定的二氧 化鈦顏料水平下可達到某種程度上增加的顏料遮蓋度。然而，在二氧化鈦原料成本方面的 潛在的節(jié)約和在顏料遮蓋效率方面的潛在的益處因 EVOQUE產(chǎn)品成本而被抵消。
[0005] 多種其它聚合物已被提議用于顏料中，例如作為顏料分散劑。這些聚合物中的一 些的合成需要昂貴的起始單體或復(fù)雜的合成方案。在其它情況下，聚合物具有高粘度、有限 的顏料分散性能或其它缺點。
[0006] 從上文中可以理解，本領(lǐng)域中仍需要具有甚至更低的原料成本、甚至更高的顏料 遮蓋效率或兼具較低成本和較高效率的改善的含顏料的涂料組合物。本文中公開并要求保 護這樣的組合物和組分及它們的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在一個方面，本說明書提供一種顏料研磨分散體，其包含載體、顏料顆粒和聚合物 分散劑的混合物，所述聚合物分散劑具有聚合物骨架以及包含陰離子基團和陽離子基團的 兩性離子聚合物側(cè)鏈。
[0008] 在另一方面，本說明書提供一種包覆顏料的聚合物分散體，其包含載體、顏料顆粒 和聚合物分散劑的混合物，其中所述顆粒至少部分被至少一種聚合物層包覆，且所述聚合 物分散劑具有聚合物骨架以及包含陰離子基團和陽離子基團的兩性離子聚合物側(cè)鏈。
[0009] 在另外一方面，本說明書提供一種制造顏料研磨分散體的方法。所述方法包括以 下步驟：使載體、顏料顆粒和聚合物分散劑混合，所述聚合物分散劑具有聚合物骨架以及包 含陰離子基團和陽離子基團的兩性離子聚合物側(cè)鏈。
[0010] 在另一方面，本說明書提供一種制造包覆顏料的聚合物分散體的方法。所述方法 包括以下步驟：形成載體、顏料顆粒和聚合物分散劑的分散體，所述聚合物分散劑具有聚合 物骨架以及包含陰離子基團和陽離子基團的兩性離子聚合物側(cè)鏈。在一個實施方式中，隨 后是使分散體中包含或者向分散體中加入自由基引發(fā)劑和一種或多種烯屬不飽和單體，以 及使烯屬不飽和單體聚合以使顏料顆粒至少部分被至少一種聚合物層包覆。
[0011] 在另一方面，本說明書提供一種涂料組合物，其包含載體、顏料顆粒和聚合物分散 劑的分散體，其中所述顏料顆粒至少部分被至少一種聚合物層包覆，且所述聚合物分散劑 具有聚合物骨架以及包含陰離子基團和陽離子基團的兩性離子聚合物側(cè)鏈。此外，所述組 合物還包含以下兩種物質(zhì)中的一種或全部：成膜粘合劑，其包含不同于包覆聚合物的聚合 物；或者標(biāo)準(zhǔn)油漆配方添加劑中的一種或多種。
[0012] 所公開的分散體、方法和涂料組合物可包含所敘述的成分、基本上由所敘述的成 分組成或者由所敘述的成分組成。在示例性的優(yōu)選實施方式中，載體包含水，顏料顆粒包含 二氧化鈦顆粒，聚合物骨架包含乙烯基鏈生長聚合物，陰離子基團包含磺酸基團，陽離子基 團包含季銨基團，且至少部分包覆的顏料顆粒在室溫下自聚結(jié)而無需包含不同于鏈生長聚 合物的聚合物的成膜粘合劑的存在。所公開的聚合物分散劑可利用相對低并因此經(jīng)濟的原 料量（例如，顏料、聚合物分散劑和鏈生長聚合物的量）提供有效的顏料潤濕和分散。所公 開的分散體、方法和涂料組合物的優(yōu)選實施方式期望地提供良好的顏料顆粒潤濕和在最終 的干燥膜中（尤其是在含二氧化硅的乳膠漆中）改善的顏料分散，其中改善的分散導(dǎo)致提 高的顏料遮蓋效率。
[0013] 詳細說明
[0014] 除非上下文指出，否則以下術(shù)語將具有下述含義并適用于單數(shù)和復(fù)數(shù)：
[0015] 術(shù)語"一種"、"一個"、"至少一種"和"一種或多種"以及不使用數(shù)量詞的情形可交 換使用。因此，例如，包含"一種"載體或"一種"任選的表面活性劑的涂料組合物表示：涂 料組合物可包含"一種或多種"載體和"一種或多種"任選的表面活性劑。
[0016] 當(dāng)關(guān)于單體或聚合物側(cè)鏈?zhǔn)褂脮r，術(shù)語"陰離子基團"表示：當(dāng)溶解或分散在水性 載體中時，具有凈負電荷、優(yōu)選地pH依賴型凈負電荷的有機基團。
[0017] 當(dāng)關(guān)于液體涂料組合物使用時，術(shù)語"粘合劑"表示：適用于這種組合物中的成膜 的天然聚合物或合成聚合物（需要時，伴隨合適的聚結(jié)劑）。
[0018] 術(shù)語"本體聚合物"表示：由均相反應(yīng)混合物形成的聚合物，所述均相反應(yīng)混合物 是通過將合適的引發(fā)劑溶解在一種或多種反應(yīng)性單體中制成的且無需溶劑的存在即可進 行聚合。
[0019] 當(dāng)關(guān)于顏料研磨分散體或涂料組合物使用時，術(shù)語"載體"表示：用于分散體或組 合物的剩余組分的揮發(fā)性分散劑或其它媒介物。
[0020] 當(dāng)關(guān)于單體或聚合物側(cè)鏈?zhǔn)褂脮r，術(shù)語"陽離子基團"表示：當(dāng)溶解或分散在水性 載體中時，具有凈正電荷、優(yōu)選地pH依賴型凈正電荷的有機基團。
[0021] 術(shù)語"乳劑聚合物"表示：由非均相反應(yīng)混合物形成的聚合物，所述非均相反應(yīng)混 合物最初的形式為包含水、乳化劑（例如，表面活化劑）和一種或多種單體的乳劑。當(dāng)在 本文中使用時，術(shù)語"包覆顏料的聚合物分散體"指的是至少部分被聚合物層包覆的顏料顆 粒。該術(shù)語可與"聚合物包覆的顏料分散體"交換使用。
[0022] 當(dāng)關(guān)于非水溶性聚合物使用時，術(shù)語"成膜"表示聚合物的水性分散體（需要時， 伴隨合適的聚結(jié)劑）可在合適的基材或支撐物上形成、涂成薄的濕層（例如，約25μπι厚度 的濕層，且需要時，在高于室溫的溫度下），并干燥或另外硬化，以在基材或支撐物上形成實 質(zhì)上連續(xù)的涂層。
[0023] 術(shù)語"對比率"表示通過在Leneta Co. Form 3Β不透明度收縮片（drawdown chart，來自BYK-Gardner USA)的黑白部分上澆鑄51 μπι(2密耳）干厚度涂膜，如ASTM International Standards on Color and Appearance Measurement 第 8 版中定義來測量 L*，并用在黑色部分上測量的L*值除以在白色部分上測量的L*值所測定的值。
[0024] 當(dāng)關(guān)于單體或聚合物中的有機基團使用時，術(shù)語"官能團"表示使這種單體或聚合 物能夠參與化學(xué)反應(yīng)或者幫助顏料懸浮或分散在載體中的基團。
[0025] 術(shù)語"基團"和"片段"被用于區(qū)分允許取代或可被取代的化學(xué)物種和不允許或不 能被如此取代的那些化學(xué)物種。因此，當(dāng)使用術(shù)語"基團"來描述化學(xué)取代基時，所描述的 取代基包括未被取代的基團和具有〇、N、Si或S原子（例如在鏈中（例如，如烷氧基中）） 的基團以及具有羰基或其它常規(guī)取代基的基團。當(dāng)使用術(shù)語"片段"來描述化學(xué)化合物或 取代基時，僅旨在包括未被取代的化學(xué)物質(zhì)或取代基。例如，短語"烷基"旨在不僅包括純 開鏈飽和烴烷基取代基（例如甲基、乙基、丙基、叔丁基等等），而且包括還帶有本領(lǐng)域已知 的其他取代基（例如羥基、烷氧基、烷基磺?；Ⅺu素原子、氰基、硝基、氨基、羧基等等）的 烷基取代基。因此，"烷基基團"包括釀基、鹵代烷基、硝基烷基、駿基烷基、羥基烷基、橫基 烷基等等。另一方面，短語"烷基片段"僅限于包括純開鏈飽和烴烷基取代基，例如甲基、乙 基、丙基、叔丁基等等。術(shù)語"烷基基團"涵蓋了術(shù)語"烷基片段"，并且任何特定基團的公開 內(nèi)容還旨在明確地公開了該特定基團的相應(yīng)片段。
[0026] 當(dāng)關(guān)于兩個有機官能團之間的原子的數(shù)目使用時，術(shù)語"介于中間的"指的是所述 基團之間的最短路徑中的原子數(shù)目，而不計算所述基團的原子。
[0027] 當(dāng)關(guān)于聚合物使用時，術(shù)語"乳膠"表示聚合物顆粒在水中的乳劑，其中聚合物自 身不能分散在水中；相反，乳膠聚合物需要第二乳化劑（例如，表面活性劑）來形成乳劑。 該術(shù)語與術(shù)語"水性聚合物分散體"同義并可交換使用。
[0028] 當(dāng)關(guān)于油漆和其它涂料組合物使用時，術(shù)語"低V0C"表示：基于涂料組合物的總 重量，涂料組合物含有少于約1重量％的揮發(fā)性有機化合物，優(yōu)選地少于約0. 5重量％的 揮發(fā)性有機化合物，更優(yōu)選地少于約〇. 05重量％的揮發(fā)性有機化合物和最優(yōu)選地少于約 〇. 〇〇5重量％的揮發(fā)性有機化合物。
[0029] 術(shù)語"單體"表示：根據(jù)需要在合適的引發(fā)劑或共聚單體的存在下，可以反應(yīng)形成 包含3個或更多個衍生自單體或共聚單體的重復(fù)單元的聚合物。
[0030] 當(dāng)關(guān)于乳膠使用時，術(shù)語"多階段"表示該乳膠聚合物是利用分散（discrete)填 加兩種或更多種單體而制得的，或者利用連續(xù)變化地填加兩種或更多種單體而制得的。通 常，當(dāng)利用DSC測量時，多階段乳膠將不展現(xiàn)出單個Tg拐點。例如，利用分散填加兩種或更 多種單體而制得的多階段乳膠的DSC曲線可以展現(xiàn)出兩個或更多個Tg拐點。此外，利用連 續(xù)變化地填加兩種或更多種單體而制得的多階段乳膠的DSC曲線可以不展現(xiàn)出Tg拐點。 作為進一步解釋，利用一種單體填加或者不變地填加兩種或更多種單體而制得的單階段乳 膠的DSC曲線可以僅展現(xiàn)出一個Tg拐點。偶爾，當(dāng)僅觀察到一個Tg拐點時，可能難以判斷 該乳膠是否代表多階段乳膠。在這種情況下，有時可在更精確的檢查后檢測到較低的Tg拐 點，或者可檢驗用于制造乳膠的合成方案以判斷是否有望產(chǎn)生多階段乳膠。
[0031] 當(dāng)關(guān)于涂料組合物或顏料研磨分散體使用時，術(shù)語"顏料"表示賦予組合物或分散 體一種或多種顏色（包括白色或黑色）、或其它視覺或性能效果的微粒材料。術(shù)語"顏料" 包括但不限于體質(zhì)顏料、乳濁化顏料、著色顏料等。當(dāng)在本文中使用時，術(shù)語"體質(zhì)顏料"或 "填料"指的是用于涂料組合物中以強化和降低總成本的惰性（通常無色且半透明的）顏 料。"乳濁化顏料"指的是一種或多種加入到油漆組合物中以使其不透明的顏料。當(dāng)在本文 中使用時，術(shù)語"不透明"表示：涂料組合物干膜在51μπι(2密耳）的干膜厚度下的對比率 高于95%。通常，體質(zhì)顏料的折射率被假定為小于約1.8,而乳濁化顏料的折射率被假定為 大于約1. 8。
[0032] 當(dāng)關(guān)于涂料組合物使用時，術(shù)語"顏料體積濃度"或"PVC"表示涂料中所有顏料物 種占據(jù)的干涂料體積的總百分比。PVC可根據(jù)以下分式來計算：PVC =顏料體積八顏料體 積+非顏料體積）。
[0033] 術(shù)語"聚合物"包括均聚物和共聚物（即，兩種或更多種不同單體的聚合物）二 者，它們含有兩種或更多種重復(fù)單元且利用凝膠滲透色譜法和聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)物測量的其重 均分子量（Mw)為最低500。
[0034] 術(shù)語"優(yōu)選的"和"優(yōu)選地"指的是在某些情況下可提供某些益處的本發(fā)明的實施 方式。然而，其它實施方式在相同或其它情況下也可以是優(yōu)選的。此外，詳述一種或多種優(yōu) 選的實施方式并不表示其它實施