[发明专利]表面活性剂作为增塑剂的应用以减少水基聚合物涂料组合物中的挥发性有机化合物

说明书

发明领域

本发明涉及在水基聚合物涂料组合物中将表面活性剂作为增塑剂的应用，以减少或消除常规所需的共溶剂并减少涂料组合物中总的挥发性有机化合物(VOC)。

发明背景

在许多工业中，立法机构和市场开发均在推行减少的挥发性有机挥发物。在日益增多的工业中，含水涂料组合物继续替代溶剂基涂料组合物，以便明显减少挥发性有机挥发物。例如，先前用有机溶剂配制的色漆，油墨，密封剂和粘合剂，现在则被配制成含水组合物。涂料组合物中的挥发物通常是由组合物中的挥发性有机化合物(VOC)造成的。涂料组合物中VOC的量以克/升(g/l)表示。

尽管将有机溶剂基组合物转变成含水组合物带来了环境上的、安全方面的以及健康上的益处，但含水涂料组合物仍必须满足或超过溶剂基涂料组合物所预期的性能标准。在环境温度(35-160°F)必须能形成涂层或薄膜，而且在固化之后还具有良好的性能。例如，涂料组合物必须具有良好的抗印刷性和抗粘连性并且必须获得良好的粘附性能和拉伸性能。固化之后，绝大多数的用途需要涂层不受环境条件如水、湿度、以及最终使用温度波动等的影响。

含水涂料组合物可以包含多于10-20种通常由其作用确定的组分。例如，除一种或多种树脂(也称为乳胶或粘合剂)以外，含水涂料组合物可以有颜料，增量剂，防沉降剂，分散剂，表面活性剂(如湿润剂、消泡剂和防泡剂)，流变改进剂，聚结溶剂，增塑剂，水，二醇，催化剂，抗微生物剂，交联剂，和着色剂。二醇是为了耐冻熔性，湿边性能和作为低温聚结中的助剂而添加的组份。用于这些用途的代表性的二醇包括：乙二醇和丙二醇。由于二醇在环境条件下通常将挥发，因此，它们将造成含水涂料配制物中发现的VOC。通常由二醇造成的VOC每升将有100-200克。为减少挥发物，二醇是含水涂料制造商努力寻求减少或消除的第一组份。然而，这样得到的涂料在低温聚结，抗冻/熔性以及湿边的希望性能方面可能会蒙受损失。

共溶剂(也称为聚结溶剂)通常用于含水组合物中，以便帮助硬乳胶颗粒形成薄膜(或融合在一起)。所述硬度可以根据开始形成薄膜的温度或根据制备的胶乳固形物的玻璃化转变温度来测量。当进行干燥时，共溶剂将从涂层中蒸发出，并且涂层的玻璃化转变温度将接近原料树脂的玻璃化转变温度。添加共溶剂能使涂层在干燥期间具有较柔软的成膜物质的性能，在干燥后将得到一更硬的耐久薄膜。共溶剂的例子包括：脂族和芳族烃，以及经氧化的溶剂，如醇，酮和二醇醚。共溶剂的通常用量为每升涂料组合物50-300克或更多。基于共溶剂的涂料组合物例如描述于涂料手册(Paint Handbook)，1-12至1-24中(Harold B.Crawford & Beatrice E.Eckes eds.，1981)，在此引入作为参考。由于存在于涂料配制物中的共溶剂将对VOC产生明显的影响，并且往往会对涂料的气味有作用，因此，在含水涂料中越来越不希望含有共溶剂。然而，在许多含水涂料体系中，取消共溶剂将不能形成薄膜或形成很差的薄膜以致使涂层的外观很差并具有很差的耐久性。在某些情况下，可以将增塑剂添加至含水涂料配制物中，替代一部分或全部的共溶剂。通常，增塑剂是在室温不明显蒸发而是保留在涂料中的有机化合物。常用增塑剂的例子是得自邻苯二甲酸酯，己二酸酯，和苯甲酸酯类的化学剂。它们将使聚合物柔软并用来将柔韧性赋予其它硬且脆的聚合物。然而，增塑剂，尤其在高用量时，将对涂料的性能产生有害的影响。由于涂层保持柔软，因此，它将具有差的抗粘连性和抗印刷性，差的耐沾污性和具有发粘感。

用来配制水基涂料的许多上述组份具有与这些组份在一起的少量挥发性化合物。一些例子是着色剂分散于其中的溶剂，催化剂分散于其中的溶剂，甚至于存在于许多市售表面活性剂、抗微生物剂、消泡剂、或流变改进剂中的二醇或溶剂。例如由下面实施例1-6中使用的配制物的计算的少量VOC(11g/l)是由特定组分，即存在于所用钴催化剂中的溶剂所产生。