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水性多彩涂料组合物及其制备作者：Germano 文章来源：美国专利 点击数： 928 更新时间：2004-10-11 水性多彩涂料组合物及其制备美国专利：5340389发明人：Germano Bouini受让人：Brymore Enterprises.S.A.1.本发明应用领域本发明有关水性多彩涂料，该涂料由水性彩色球粒在水分散介质中的稚骞钩伞?/SPAN2.以往技术说明美国专利3458328首次公开了分散在含成膜物质水分散介质中的由彩色球粒水性分散体组 成的多彩涂料。据此专利，含有亲水胶体的颜料同不溶性介质及反应制得不溶于周围分散介 质的彩色水合凝胶状沉淀物。在不溶介质中含的不溶性试剂如Ca、Al阳离子，硼酸盐等，具 有非胶态性。这种反应物即彩色凝胶在膜强度方面存在着固有的局限性。不适应辊涂和刷涂，并且 组分中水含量超过临界值，会带来沉淀物稳定性问题。欧洲专利公开89830468.8公开了一涂料组分，该组分以上述美国专利3458328为基础制 备。改性后的成膜物是平均粒度2m的树脂。此组分适用辊涂和刷涂，它在高稀释率下的 长期稳定性仍然存在固有缺点。美国专利4376654公开了一种制备多彩水性涂料的方法， 在此发明中，通过使具有相反电荷的两种离子的胶体反应制得所要求彩色凝胶状沉淀物。这 种方法同前面使用金属阳离子方法相比，存在着更为严重的缺点。此外，用胶态溶液正确控 制不溶物比用金属盐溶液更加困难。后者的反应物浓度易于检测。美国专利5123963和5125972公开的多彩水性涂料组分提供了彩色胶体与Al离子的反应，这 是为了达到要求的稳定性和对刷涂的适应性。反应物的用量应能满足获得坚硬且大量非水合 彩色沉淀物，在不溶性介质中的彩色胶体挤压后仍保持适宜的形状。这些产物在高稀释率下虽具有良好稳定性，但由于它在光滑表面上滑动而不适用于刷涂。 再者，这种沉淀物经脱水后有硬的稠度，主要目的是为了保持它们的初始形状(如滴状、星 状等)，它们同分散介质相应的比率相当低。由于这些限制，象其它技术路线涂料一样，这 种涂料组合物的彩色球粒不能在底材上提供连续的多彩涂膜。本发明要解决的课题本发明第一个课题是用简单工艺克服以往技术限制，制备水性多彩涂料，该涂料含有经胶 体与不溶性试剂反应所获得的离散型水合彩色球粒。第二个课题是提供适应滚涂、刷涂及喷涂的多彩涂料组合物。第三个课题是无论在分散介质内水量有多少，都能提供稳定性高的水性多彩涂料组分。本发明概要本发明为达到上述目的，提供了水性多彩分散体，该分散体中的彩色沉淀物球粒被水合化 ，球粒是2种亲水性阴离子胶体与2种金属多价阳离子反应产生。较好的阴离子胶体是羧化纤维素阴离子胶体，如羧甲基纤维素钠(CMCNa)，黄原胶如KELI AN(Kelco.CO)公司牌号)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公司牌号)。较好的金属阳离子是碱土金属离子和元素周期表中A族、A族、A族离子，还有Fe +3、Al3+、Ca2+、Mg2+。最好的阳离子是Fe+3、Al3+ 。本发明获得的涂膜强度改善是这样的，以致于使彩色球粒内的填料量一般为310%w/w， 可以达到2 0%w/w，产生更多的固体颗粒，这些颗粒具有锤纹结构和良好遮盖力及对刷涂辊涂的适应性 。如果本发明的彩色沉淀物球粒周围的成膜物质平均粒度为465m，可得到对刷涂和辊 涂适应性优异的球粒。最好通过标准成膜乳液(参考彩色球粒制备中透露的相同反应物制成 )的不溶而获得这些成膜粒子。本发明具体说明正如上面提及，按照本发明，涂料由分散于分散介质的水性彩色球粒分散体构成，形成要 求颜色的颜料加到成膜物中。按照本发明，彩色球粒是通过至少含有两种阴离子亲水胶体基本介质与至少含有两种金属 阳离子的反应介质反应制得。其中金属阳离子选自Fe+3、Al3+、Ca2+和 Mg 2+。金属阳离子的用量要求能提供水合球粒而不是硬的沉淀物，同美国专利3458328 方法相似，在此仅供参考。当制备基本介质时，将选自羧化纤维素胶体、黄原胶、丙烯酸聚合物水溶液或乳液的两 种或多种亲水胶体同颜填料及成膜树脂混合搅匀。具体讲，亲水胶体有羧化纤维素胶体，黄 原胶体和丙烯酸酯与丙烯酸的共聚物，它们的重量比为1：1：1。一般成膜树脂量大约占基 本介质重量的8%40%，颜料和任意选择的填料量如云母可以降到2.5%，最好高些，目的是 获得优良的遮盖力，锤纹结构和沉淀物球粒的坚硬度。如滚涂或刷涂时基本介质中颜填料的 量通常为310%，可能达到20%w/w而无任何问题。本发明的奇特之处在于球粒的优异稳定性 ，即使在高颜填料含量而不发生以往技术出现的分解脱落，甚至经过十五年以上的稳定性试 验和高稀释率情况下，同样如此。利用含有两种或多种上述提及的金属离子溶液制备出反应介质，具体说，金属离子是Al 3+和Fe3+，Al/Fe的比例范围为0.6:101.4:1.0。这种溶液占纤维素质量的1. 3份，可加进非离子增稠剂控制反应介质的流变特性。正如上面讨论，与基料反应的反应介质的用量，必须能防止沉淀物的非水合作用，并可 得到可流的凝胶状水合物沉淀，该沉淀物通过搅拌达到彩色球粒的粒度要求范围。需强调的是，“球粒”在这里指细分反应产物，不仅具有圆形，而且也有不规则形状，尤 其当球粒具有流动稠度时。同基本介质相对应的反应介质用量，必须能获得与含成膜物的分散介质相对应的彩色球粒 分散产物的一定的比例。如，60：4090：10，最好是70：3080：20(重量比)。上述所得反应混合物通过加入常见的碱性化合物如NaOH、CaOH、氨水、碳酸钙及其它常 用碱进行中和，所用碱的种类没有限制，且用量足以能把反应混合物的pH值调节在4.57.0 范围内，最好是5.56.5之间。中和不会影响到本发明组合物稳定性，如果涂料贮存在金属 容器内，不会发生腐蚀问题。另外，还可方便地把碱性成膜树脂加入上述混合物中。一旦反应混合物pH值达到选定值时，可将基本成膜树脂与常用涂料助剂，如消泡剂，碳酸 钙和其它填料，增稠剂等一起加入。较好的增稠剂是聚氨酯增稠剂，也称之为防喷溅剂，它 增强了组分的辊刷施工适应性。常加入基本介质中的其它助剂如有分散剂、防霉剂等。较好的成膜树脂是丙烯酸树脂，还有一些市场上可购买到的成膜树脂如苯乙烯丙烯酸树 脂，叔碳酸乙烯酯树脂，顺丁烯二酸乙烯酯树脂，乙烯树脂及水乳液。按照本发明获得的球粒的突出的膜性能包括相应涂料组分令人惊异的长期稳定性和辊涂刷 涂施工可能性。如果在分散介质里的成膜物质的平均粒度为4200m，最好是865m， 其优异性能进一步提高。按照更具体的说明，利用市场上水乳液的不溶性得到上述粒度的成膜物质，该水乳液有 亚微粒子级的平均粒度，含有前面为制备球粒而使用的胶体和阳离子。换言之，通过混合成 膜树脂和两种阳离子亲水胶体制得要求的成膜物质，亲水性胶体选自羧化纤维系胶体，聚多 糖树胶和丙烯酸聚合物，如丙烯酸酯与丙烯酸的共聚物；使获得的混合物与两种或多种金属 阳离子(金属离子包括Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+)反应并细分所 得产物，直到成膜产物达到要求的平均粒度。最理想地是，为得到要求细度的成膜物质使用 的胶体能同样使用于起沉淀作用的彩色球粒中。不溶性低粒度树脂量至少占含胶体基本介质 的50%w/w。据较好的工艺，分散介质中的成膜物质实际上是透明的，通过分别制造单色涂料，可制备 出多彩涂料。如，仅有一种色的球粒分散体混合进两种多种单色涂料可获得要求的多彩涂料 ，最后售给用户。也有可能制备两种或多种不同颜色的基本介质，并把它们加入到反应介质中，反之亦然， 目的是获得要求多彩涂料。举实例进一步说明本发明，本发明不受此实例限制。例1： 涂料配方 溶液A(基本介质) 水 95100份 羧甲基纤维素钠 1.65 黄原胶 0.70 颜料 2.80 成膜树脂(50%乳液) 20.04 防霉剂 1.21 分散剂 1.21 乙二醇 1.00 邻苯二甲酸二丁酯 2.00 消泡剂 0.40 溶液B(不溶性试剂) 水 95100份 非离子型纤维素增稠剂 0.64 硫酸铝 8.18 多氯化铁 9.10 显而易见，根据要求的不溶性沉淀程度，可以改变铝盐和铁盐的百分含量。遵照本发明，将组分B 10.00份、组分A 70.00份，搅拌混合均匀。分散上述产物达到分 散型水性彩色球粒规定粒度。然后把下列化合物加到反应混合物中。 NaOH 30%溶液 0.20份 消 泡 剂 0.15份 成膜树脂 16.00份 (含15%聚氨酯增稠剂溶液， 增稠剂/水=1/1) 填 料 3.55份 (碳酸钙) 形成的涂料产品显示了在透明成膜化合物水分散体中分散的彩色球粒(在此情况下是 单色)的复杂性。这种产物常与相似的但颜色不同的产物混合可获得最终的多彩涂料，形成 具有所期望的多点效果。例2：除在彩色基本价质制备中使用下列胶体外，其他同例1。 羧甲基纤维素钠 0.80份 KELZAN 0.80份 REPOLEM562AD 0.80份 此外，将1.12份云母加入组分中，将下列阳离子物质用于制备不溶性介质。 硫酸铝 7.80份 多氯化铁 8.30份 氯化钙 1.35份 例3：利用成膜树脂的不溶性沉淀作用，可产生成膜物质粒子。 溶液A(成膜物质+胶体) 水 95100份 多糖树胶 0.18份 羧甲基纤维素钠 0.18 聚丙烯酸增稠剂 0.18 Bentone Paste 0.67