水性多彩涂料組合物及其制備

1、水性多彩涂料組合物及其制備美國(guó)專(zhuān)利：5340389發(fā)明人：Germano Bouini受讓人：Brymore Enterprises.S.A.1.本發(fā)明應(yīng)用領(lǐng)域本發(fā)明有關(guān)水性多彩涂料，該涂料由水性彩色球粒在水分散介質(zhì)中的稚騫鉤傘?/SPAN>2.以往技術(shù)說(shuō)明美國(guó)專(zhuān)利3458328首次公開(kāi)了分散在含成膜物質(zhì)水分散介質(zhì)中的由彩色球粒水性分散體組 成的多彩涂料。據(jù)此專(zhuān)利，含有親水膠體的顏料同不溶性介質(zhì)及反應(yīng)制得不溶于周?chē)稚⒔?質(zhì)的彩色水合凝膠狀沉淀物。在不溶介質(zhì)中含的不溶性試劑如Ca、Al陽(yáng)離子，硼酸鹽等，具 有非膠態(tài)性。這種反應(yīng)物即彩色凝膠在膜強(qiáng)度方面存在著固有的局限性。不適應(yīng)輥涂和刷涂，

2、并且 組分中水含量超過(guò)臨界值，會(huì)帶來(lái)沉淀物穩(wěn)定性問(wèn)題。歐洲專(zhuān)利公開(kāi)89830468.8公開(kāi)了一涂料組分，該組分以上述美國(guó)專(zhuān)利3458328為基礎(chǔ)制 備。改性后的成膜物是平均粒度2m的樹(shù)脂。此組分適用輥涂和刷涂，它在高稀釋率下的 長(zhǎng)期穩(wěn)定性仍然存在固有缺點(diǎn)。美國(guó)專(zhuān)利4376654公開(kāi)了一種制備多彩水性涂料的方法， 在此發(fā)明中，通過(guò)使具有相反電荷的兩種離子的膠體反應(yīng)制得所要求彩色凝膠狀沉淀物。這 種方法同前面使用金屬陽(yáng)離子方法相比，存在著更為嚴(yán)重的缺點(diǎn)。此外，用膠態(tài)溶液正確控 制不溶物比用金屬鹽溶液更加困難。后者的反應(yīng)物濃度易于檢測(cè)。美國(guó)專(zhuān)利5123963和5125972公開(kāi)的多彩水性涂料組分提供

3、了彩色膠體與Al離子的反應(yīng)，這 是為了達(dá)到要求的穩(wěn)定性和對(duì)刷涂的適應(yīng)性。反應(yīng)物的用量應(yīng)能滿足獲得堅(jiān)硬且大量非水合 彩色沉淀物，在不溶性介質(zhì)中的彩色膠體擠壓后仍保持適宜的形狀。這些產(chǎn)物在高稀釋率下雖具有良好穩(wěn)定性，但由于它在光滑表面上滑動(dòng)而不適用于刷涂。 再者，這種沉淀物經(jīng)脫水后有硬的稠度，主要目的是為了保持它們的初始形狀(如滴狀、星 狀等)，它們同分散介質(zhì)相應(yīng)的比率相當(dāng)?shù)?。由于這些限制，象其它技術(shù)路線涂料一樣，這 種涂料組合物的彩色球粒不能在底材上提供連續(xù)的多彩涂膜。本發(fā)明要解決的課題本發(fā)明第一個(gè)課題是用簡(jiǎn)單工藝克服以往技術(shù)限制，制備水性多彩涂料，該涂料含有經(jīng)膠 體與不溶性試劑反應(yīng)所獲得的離散

4、型水合彩色球粒。第二個(gè)課題是提供適應(yīng)滾涂、刷涂及噴涂的多彩涂料組合物。第三個(gè)課題是無(wú)論在分散介質(zhì)內(nèi)水量有多少，都能提供穩(wěn)定性高的水性多彩涂料組分。本發(fā)明概要本發(fā)明為達(dá)到上述目的，提供了水性多彩分散體，該分散體中的彩色沉淀物球粒被水合化 ，球粒是2種親水性陰離子膠體與2種金屬多價(jià)陽(yáng)離子反應(yīng)產(chǎn)生。較好的陰離子膠體是羧化纖維素陰離子膠體，如羧甲基纖維素鈉(CMCNa)，黃原膠如KELI AN(Kelco.CO)公司牌號(hào))和丙烯酸的聚合物，如丙烯酸酯和丙烯酸的共聚物，如REPOLEM聚合 物(RP公司牌號(hào))。較好的金屬陽(yáng)離子是堿土金屬離子和元素周期表中A族、A族、A族離子，還有Fe +3、Al3+、C

5、a2+、Mg2+。最好的陽(yáng)離子是Fe+3、Al3+ 。本發(fā)明獲得的涂膜強(qiáng)度改善是這樣的，以致于使彩色球粒內(nèi)的填料量一般為310%w/w， 可以達(dá)到2 0%w/w，產(chǎn)生更多的固體顆粒，這些顆粒具有錘紋結(jié)構(gòu)和良好遮蓋力及對(duì)刷涂輥涂的適應(yīng)性 。如果本發(fā)明的彩色沉淀物球粒周?chē)某赡の镔|(zhì)平均粒度為465m，可得到對(duì)刷涂和輥 涂適應(yīng)性優(yōu)異的球粒。最好通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)成膜乳液(參考彩色球粒制備中透露的相同反應(yīng)物制成 )的不溶而獲得這些成膜粒子。本發(fā)明具體說(shuō)明正如上面提及，按照本發(fā)明，涂料由分散于分散介質(zhì)的水性彩色球粒分散體構(gòu)成，形成要 求顏色的顏料加到成膜物中。按照本發(fā)明，彩色球粒是通過(guò)至少含有兩種陰離子親水膠體基

6、本介質(zhì)與至少含有兩種金屬 陽(yáng)離子的反應(yīng)介質(zhì)反應(yīng)制得。其中金屬陽(yáng)離子選自Fe+3、Al3+、Ca2+和 Mg 2+。金屬陽(yáng)離子的用量要求能提供水合球粒而不是硬的沉淀物，同美國(guó)專(zhuān)利3458328 方法相似，在此僅供參考。當(dāng)制備基本介質(zhì)時(shí)，將選自羧化纖維素膠體、黃原膠、丙烯酸聚合物水溶液或乳液的兩 種或多種親水膠體同顏填料及成膜樹(shù)脂混合攪勻。具體講，親水膠體有羧化纖維素膠體，黃 原膠體和丙烯酸酯與丙烯酸的共聚物，它們的重量比為1：1：1。一般成膜樹(shù)脂量大約占基 本介質(zhì)重量的8%40%，顏料和任意選擇的填料量如云母可以降到2.5%，最好高些，目的是 獲得優(yōu)良的遮蓋力，錘紋結(jié)構(gòu)和沉淀物球粒的堅(jiān)硬度。如滾

7、涂或刷涂時(shí)基本介質(zhì)中顏填料的 量通常為310%，可能達(dá)到20%w/w而無(wú)任何問(wèn)題。本發(fā)明的奇特之處在于球粒的優(yōu)異穩(wěn)定性 ，即使在高顏填料含量而不發(fā)生以往技術(shù)出現(xiàn)的分解脫落，甚至經(jīng)過(guò)十五年以上的穩(wěn)定性試 驗(yàn)和高稀釋率情況下，同樣如此。利用含有兩種或多種上述提及的金屬離子溶液制備出反應(yīng)介質(zhì)，具體說(shuō)，金屬離子是Al 3+和Fe3+，Al/Fe的比例范圍為0.6:101.4:1.0。這種溶液占纖維素質(zhì)量的1. 3份，可加進(jìn)非離子增稠劑控制反應(yīng)介質(zhì)的流變特性。正如上面討論，與基料反應(yīng)的反應(yīng)介質(zhì)的用量，必須能防止沉淀物的非水合作用，并可 得到可流的凝膠狀水合物沉淀，該沉淀物通過(guò)攪拌達(dá)到彩色球粒的粒度要求范

8、圍。需強(qiáng)調(diào)的是，“球?！痹谶@里指細(xì)分反應(yīng)產(chǎn)物，不僅具有圓形，而且也有不規(guī)則形狀，尤 其當(dāng)球粒具有流動(dòng)稠度時(shí)。同基本介質(zhì)相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)介質(zhì)用量，必須能獲得與含成膜物的分散介質(zhì)相對(duì)應(yīng)的彩色球粒 分散產(chǎn)物的一定的比例。如，60：4090：10，最好是70：3080：20(重量比)。上述所得反應(yīng)混合物通過(guò)加入常見(jiàn)的堿性化合物如NaOH、CaOH、氨水、碳酸鈣及其它常 用堿進(jìn)行中和，所用堿的種類(lèi)沒(méi)有限制，且用量足以能把反應(yīng)混合物的pH值調(diào)節(jié)在4.57.0 范圍內(nèi)，最好是5.56.5之間。中和不會(huì)影響到本發(fā)明組合物穩(wěn)定性，如果涂料貯存在金屬 容器內(nèi)，不會(huì)發(fā)生腐蝕問(wèn)題。另外，還可方便地把堿性成膜樹(shù)脂加入上述混

9、合物中。一旦反應(yīng)混合物pH值達(dá)到選定值時(shí)，可將基本成膜樹(shù)脂與常用涂料助劑，如消泡劑，碳酸 鈣和其它填料，增稠劑等一起加入。較好的增稠劑是聚氨酯增稠劑，也稱(chēng)之為防噴濺劑，它 增強(qiáng)了組分的輥刷施工適應(yīng)性。常加入基本介質(zhì)中的其它助劑如有分散劑、防霉劑等。較好的成膜樹(shù)脂是丙烯酸樹(shù)脂，還有一些市場(chǎng)上可購(gòu)買(mǎi)到的成膜樹(shù)脂如苯乙烯丙烯酸樹(shù) 脂，叔碳酸乙烯酯樹(shù)脂，順丁烯二酸乙烯酯樹(shù)脂，乙烯樹(shù)脂及水乳液。按照本發(fā)明獲得的球粒的突出的膜性能包括相應(yīng)涂料組分令人驚異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和輥涂刷 涂施工可能性。如果在分散介質(zhì)里的成膜物質(zhì)的平均粒度為4200m，最好是865m， 其優(yōu)異性能進(jìn)一步提高。按照更具體的說(shuō)明，利用市場(chǎng)上

10、水乳液的不溶性得到上述粒度的成膜物質(zhì)，該水乳液有 亞微粒子級(jí)的平均粒度，含有前面為制備球粒而使用的膠體和陽(yáng)離子。換言之，通過(guò)混合成 膜樹(shù)脂和兩種陽(yáng)離子親水膠體制得要求的成膜物質(zhì)，親水性膠體選自羧化纖維系膠體，聚多 糖樹(shù)膠和丙烯酸聚合物，如丙烯酸酯與丙烯酸的共聚物；使獲得的混合物與兩種或多種金屬 陽(yáng)離子(金屬離子包括Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+)反應(yīng)并細(xì)分所 得產(chǎn)物，直到成膜產(chǎn)物達(dá)到要求的平均粒度。最理想地是，為得到要求細(xì)度的成膜物質(zhì)使用 的膠體能同樣使用于起沉淀作用的彩色球粒中。不溶性低粒度樹(shù)脂量至少占含膠體基本介質(zhì) 的50%w/w。據(jù)較好的工藝，分散介質(zhì)中的成膜物質(zhì)實(shí)際上是透明的，

11、通過(guò)分別制造單色涂料，可制備 出多彩涂料。如，僅有一種色的球粒分散體混合進(jìn)兩種多種單色涂料可獲得要求的多彩涂料 ，最后售給用戶。也有可能制備兩種或多種不同顏色的基本介質(zhì)，并把它們加入到反應(yīng)介質(zhì)中，反之亦然， 目的是獲得要求多彩涂料。舉實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，本發(fā)明不受此實(shí)例限制。例1： 涂料配方 溶液A(基本介質(zhì)) 水 95100份 羧甲基纖維素鈉 1.65 黃原膠 0.70 顏料 2.80 成膜樹(shù)脂(50%乳液) 20.04 防霉劑 1.21 分散劑 1.21 乙二醇 1.00 鄰苯二甲酸二丁酯 2.00 消泡劑 0.40 溶液B(不溶性試劑) 水 95100份 非離子型纖維素增稠劑 0.64

12、 硫酸鋁 8.18 多氯化鐵 9.10 顯而易見(jiàn)，根據(jù)要求的不溶性沉淀程度，可以改變鋁鹽和鐵鹽的百分含量。遵照本發(fā)明，將組分B 10.00份、組分A 70.00份，攪拌混合均勻。分散上述產(chǎn)物達(dá)到分 散型水性彩色球粒規(guī)定粒度。然后把下列化合物加到反應(yīng)混合物中。 NaOH 30%溶液 0.20份 消 泡 劑 0.15份 成膜樹(shù)脂 16.00份 (含15%聚氨酯增稠劑溶液， 增稠劑/水=1/1) 填 料 3.55份 (碳酸鈣) 形成的涂料產(chǎn)品顯示了在透明成膜化合物水分散體中分散的彩色球粒(在此情況下是 單色)的復(fù)雜性。這種產(chǎn)物常與相似的但顏色不同的產(chǎn)物混合可獲得最終的多彩涂料，形成 具有所期望的多點(diǎn)效果。例2：除在彩色基本價(jià)質(zhì)制備中使用下列膠體外，其他同例1。 羧甲基纖維素鈉 0.80份 KELZAN 0.80份 REPOLEM562AD 0.80份 此外，將1.12份云母加入組分中，將下列陽(yáng)離子物質(zhì)用于制備不溶性介質(zhì)。 硫酸鋁 7.80份 多氯化鐵 8.30份 氯化鈣 1.35份 例3：利用成膜樹(shù)脂的不溶性沉淀作用，可產(chǎn)生成膜物質(zhì)粒子。 溶液A(成膜物質(zhì)+膠體) 水 95100份 多糖樹(shù)膠 0.18份 羧甲基纖維素鈉 0.18 聚丙烯酸增稠劑 0.18 Bentone Paste 0.67 分散劑 1.5 防