[发明专利]低挥发性有机化合物的水性涂料组合物

说明书

本发明涉及具有低挥发性有机化合物(VOC)的水性涂料组合物。具有低VOC的水性涂料组合物是十分受欢迎的，这是基于挥发性有机化合物的气味、毒性和环境方面的考虑。本发明的水性涂料组合物在需要硬度和耐磨性质的应用上非常有用，如色漆、着色剂、清漆、粘合剂和厚浆涂料。

水性涂料组合物含有聚合物粘结剂，它必须有足够的硬度来抵抗物理和化学力，但同时，有足够的柔性以形成连续的膜。由玻璃化转变温度(Tg)高于环境温度的硬聚合物粘结剂提供膜的耐久性、耐水性和耐化学性。然而，对于成膜性，聚合物粘结剂的最低成膜温度(MFFT)必须在环境温度或低于环境温度，以使聚合物颗粒熔化成连续膜。

US专利No.5,270,380公开了从MFFT低于环境温度的涂料组合物获得硬聚合物膜的两种方法。一种方法包括向涂料组合物添加成膜助剂。挥发性有机化合物，如成膜助剂，暂时降低聚合物粘结剂的MFFT，使涂料组合物在低于聚合物Tg的温度下形成连续膜。在挥发掉挥发性有机化合物之后，所得到的膜显示出与聚合物Tg(它高于环境温度)有关的性能。第二种公开的从低MFFT涂料组合物获得硬聚合物膜的方法包括使用具有可交联官能基的低Tg聚合物粘结剂，如乙酰乙酸酯。聚合物粘结剂形成连续膜，所具有的Tg低于环境温度，而官能基在成膜过程中形成交联，产生了性能类似于较高Tg聚合物的性能的膜。

含有成膜助剂或可交联聚合物的涂料组合物遇到的问题是：1)成膜助剂是不希望用的挥发性有机化合物，它引起气味、毒性和环境问题；和2)交联聚合物组合物缓慢地显示出最终膜性能，和产生的膜具有的不好的硬度性质。

我们发现聚乙烯醇，有意连接于乳胶聚合物粘结剂，可以从含有Tg在环境温度下或低于环境温度的粘结剂的一种涂料组合物生产膜，该膜具有优异的硬度和耐磨性能。本发明能够配制含少量或不含挥发性有机化合物。

在本发明的第一方面，提供了一种含水的成膜涂料组合物，它包括至少一种用聚乙烯醇共价接枝的乳胶聚合物粘结剂；该乳胶聚合物粘结剂具有在-35℃至+30℃范围内的玻璃化转变温度(Tg)和具有第一可反应的基团；该聚乙烯醇具有第二可反应的基团，它与乳胶聚合物粘结剂中的第一可聚合基团互补；该涂料组合物具有低于2wt％的挥发性有机化合物，以聚合物粘结剂的干重为基础。

在本发明的第二方面，提供了一种提高膜的硬度和耐磨性能的方法，该膜是从一种具有低于2wt％的挥发性有机化合物的水性涂料组合物形成的，以聚合物粘结剂干重为基础计，该方法包括：

a)让至少一种乳胶聚合物粘结剂与聚乙烯醇共混；该乳胶聚合物粘结剂具有在-35℃至+30℃范围内的玻璃化转变温度(Tg)和具有第一可反应的基团；该聚乙烯醇具有第二可反应的基团，它与乳胶聚合物粘结剂中的第一可聚合基团互补；

b)将该涂料组合物涂在基底上；和

c)干燥该涂料组合物形成膜。

本发明的聚乙烯醇(PVOH)和乳胶聚合物粘结剂都具有至少一个互补的(complementary)可反应的基团。这里使用的“可反应的基团”是指一个原子或一组原子，连接于碳原子上，它作为单元的存在赋予了聚合物特性。至于“官能化”，我们是指化合物具有至少一个可反应的基团。至于“互补的”，我们是指聚乙烯醇和乳胶聚合物由各自的可反应基团的相互反应以化学方式连接或键接。这一连接由共价键接提供。本发明的优选的反应性基团是β-酮酯，醛，胺，酸酐，异氰酸酯，环氧基和酰肼。每一对中的第一或第二可反应的基团可以存在于乳胶聚合物或存在于聚乙烯醇。互补的可反应基团例如包括：

a)β-酮酯-醛

b)β-酮酯-胺

c)胺-醛

d)胺-异氰酸酯

e)胺-环氧基

f)胺-酸酐

g)醛-酰肼

优选的互补性可反应对是具有β-酮酯基的乳胶聚合物粘结剂和以醛基或胺基为端基的聚乙烯醇。最优选的，乳胶聚合物粘结剂上的β-酮酯基是乙酰乙酸酯，和聚乙烯醇是由醛基封端。

用于本发明的乳胶聚合物粘结剂能够是均聚物，共聚物或此类聚合物的混合物。用于本发明的聚合物是经过在环境温度下干燥能够形成连续膜的那些。乳胶聚合物粘结剂含有至少一种玻璃化转变温度在-35℃至+30℃范围内的聚合组分，根据示差扫描量热法(DSC)的测定结果。优选地，聚合物的Tg是在-20℃至+25℃范围内，和最优选在-10℃至+20℃范围内。