[发明专利]制备在低温下耐破裂的多组分涂层的方法

说明书

                      发明领域

本发明涉及在等于或低于0℃的温度下的基底表面上生产多组分耐破裂性涂层的方法。

                      背景技术

涂层的许多重要特征之一是在施涂和使用过程中它们耐破裂的能力。在所有其它性质是相同的情况下，耐破裂的涂层比不耐破裂的涂层可以在更长时间内保持所需初始外观。此外，初始形成的裂纹容易遭受进一步的撕裂，并受到水和含水杂质的侵袭，它们会侵蚀涂层本身或使涂层从它们所粘附的表面上层离。在涂层中形成和保持高完整性的重要性的许多例证中的一个能够在用于保护基底例如金属的涂层中见到。高完整性、耐破裂性涂层能够保护金属表面达几年之久，而充满了凹痕和裂缝的涂层几乎立即开始被侵蚀。另一这样的例证可由它们所形成的马路标线漆和道路标记来提供。虽然道路表面的保护不是它们的主要功能，但是道路标记需要具有耐裂纹形成性能以防止水穿透涂层，这种穿透将典型地发展进一步的裂纹化和涂层最终从道路表面上层离。另外，裂纹的存在通常是成膜质量差的信号。此类膜常常是非常脆性的，并且具有差的强度。如果镶嵌在涂层中的玻璃珠用于提供反射性能，包括在夜间的可见性，并且在车辆轮胎的反复碾压和扫雪机的刮扫情况下耐磨损性能，那么在由它们所形成的马路标线漆和道路标记中，需要良好的成膜性能和所形成膜的强度。简言之，最初形成的裂缝，可以在其中和本身降低外观，常常变成更大的裂缝，后者诱发涂层的不好看的外观和彻底破坏。

水性涂料组合物为环境上不受欢迎的溶剂型涂料组合物提供了重要的、对环境友好的供选择产品。这些水性涂料组合物能够常常因为粘结剂聚合物的谨慎选择而能够被赋予耐破裂性。在这里使用的术语“粘结剂聚合物”是指在水性涂料组合物中包含的和在水性涂料组合物施涂于基底表面上的过程中会增强并参与成膜的，以及变成所形成涂层的整体部分的一种聚合物。在本发明中使用的粘结剂聚合物典型地作为分散粒子存在于水性涂料组合物中。

当试图使用Tg高于70℃的聚合物颗粒作为粘结剂聚合物时，在环境温度下的成膜变得困难或不可能。常见的是，所形成的任何涂层紧接着在施涂或施涂不久以后充满裂缝。在涂层的形成过程中高Tg聚合物的颗粒会彼此接触，但它们的相互作用和掺混不足以形成均匀的涂层。相反地，当水从含有Tg为70℃或70℃以下的粘结剂聚合物的涂层中蒸发时，该粘结剂聚合物趋向于一起流动和紧密掺混。此类掺混作用常常形成了具有均匀、融合的结构的涂层，而且在现有技术领域中众所周知的是，具有均匀、融合结构的涂层是更强的膜并趋向于在施涂过程中耐破裂，在使用过程中耐水和含水杂质的渗入，和在长期使用过程中耐过早开裂和层离。

在实践中，可以观察到，在例如10℃或10℃以上施涂时会形成光滑涂层的一种水性涂料组合物可能随着该涂料组合物施涂于基底表面上时的温度降低到水的冰点(0℃)而丧失其形成均匀、无裂纹的涂层的能力。形成无裂纹的涂层的能力的丧失归因于以下几个起因：当温度降低时，粘结剂聚合物的刚性增加，但是当新施涂和干燥的涂层的温度降至0℃时，灾难性破裂已悄然开始，这是因为在水蒸发之前形成了冰晶体。这一现象迄今使得水性涂料组合物在0℃和0℃以下的施涂变得不可能，但是目前仍然需要在接近或低于水的冰点的温度下施涂水性涂料组合物。特别地，全球的许多地区在一年当中经历0℃或0℃以下的温度达到三个月以上和一些地方甚至达到更长的时间。在此类气候中，在重新施涂例如已经被雪犁从道路上刮走的道路标记之前，毫无选择地必须等待到气温回升。类似地，水性涂料组合物在例如新建成的建筑物的外表面上的施涂可能在长时间的寒冷气候结束之前就需要进行。

US-A-5,922,398公开了含有具有侧挂的胺官能团的胶乳粒子的快干型水性涂料组合物。该胶乳颗粒具有大于约0℃的Tg并能够在约20℃或在一些情况下在低至5℃的施涂温度下成膜，只要已添加聚结剂。将一定量的碱(例如，氨)加入来提高组合物的pH值到基本上全部的胺官能团处于非离子状态的那一点。也公开的是通过施涂该涂料组合物在合适的基底上形成快干型涂料的方法。在膜形成之后，碱蒸发，让侧挂的胺结构部分发生质子化。所形成的侧挂铵结构部分然后与阴离子表面活性剂相互作用，使含水体系去稳定化和因此加速干燥。虽然US-A-5,922,398的水性涂料组合物在大约20℃下显示了加速的干燥，但是在该涂料组合物中没有防止冰晶体形成或减少冰晶体尺寸的机理，如果该组合物在0℃或0℃以下施涂于基底的表面上的话。涂料组合物的这一低温施涂将导致在施涂过程中和之后所形成的涂层的灾难性破裂。