用于缓释功能成分的涂料组合物用水性胶乳、其制备方法以及应用

文档序号:9365920阅读:528来源:国知局
用于缓释功能成分的涂料组合物用水性胶乳、其制备方法以及应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种水性胶乳及其制备方法。具体地,本发明涉及一种可用于缓释功 能成分的涂料组合物用水性胶乳及其制备方法。本发明还涉及一种包含这种水性胶乳的涂 料组合物。
【背景技术】
[0002] 涂料组合物可以应用到各种应用如住宅应用、商业应用和工业应用中使用的各种 产品上形成涂层。所述产品包括木质产品、金属材料、墙面材料、纺织品等等。水性胶乳形 式的成膜树脂作为涂料组合物中最重要的成分之一,通常决定了涂料组合物的基本性能, 比如成膜性、耐久性、耐候性等等。
[0003] 为了赋予涂层所需要的额外功能性,通常向涂料组合物中添加相应的功能成分, 诸如相转变材料、驱避剂、抗菌剂、防霉剂、精油、香料、甲醛清除剂、酸清除剂等等。已知这 些功能成分可以被包埋在聚合物材料中以微胶囊形式添加到涂料组合物中进行缓释。通 常,在配制涂料组合物的过程中需要通过强烈搅拌将各种组分混合均匀。在搅拌过程中,以 微胶囊形式添加的功能成分会出现囊壁破裂、进而导致功能成分流失的问题。为了解决上 述问题,业已提出了通过增加囊壁的厚度,例如通过二次造囊壁的方式来提高囊壁的强度。 显然,这会不可避免地延长工艺流程、继而增加生产成本。

【发明内容】

[0004] 本发明人考虑到功能成分在涂料工业中的需求,设计了一种新型的用于缓释功能 成分的涂料组合物用水性胶乳。
[0005] 本发明一方面提供了一种用于缓释功能成分的涂料组合物用水性胶乳,所述水 性胶乳包含具有聚合物核-壳结构的聚合物颗粒以及包含在所述聚合物颗粒的聚合物核 中的所述功能成分,其中,所述聚合物壳具有20°c或更低的Tg,并且其中,所述功能成分在 室温下的水溶解度为l〇g/l〇〇g水或更小。优选地,所述功能成分在室温下的水溶解度为 7g/100g水或更小,更优选地,所述功能成分在室温下的水溶解度为lg/100g水或更小,还 要更优选地,所述功能成分在室温下的水溶解度为0. 5g/100g水或更小,
[0006] 在本发明的实施方式中,所述功能成分在所述聚合物颗粒中的浓度在1. 5至50质 量%的范围内。在本发明的实施方式中,所述聚合物核与所述聚合物壳的质量比在I: 1 至1 : 3之间。
[0007] 本发明另一方面提供了一种用于制备缓释功能成分的涂料用水性胶乳的方法,所 述方法包括如下步骤:
[0008] a.在所述功能成分的存在下,使单体混合物进行乳液聚合,从而形成乳液作为其 中包含所述功能成分聚合物核;并且
[0009]b.在含有所述聚合物核的种子乳液的存在下,使另一种单体混合物进行乳液聚 合,从而形成具有核-壳结构的聚合物颗粒,
[0010] 其中,所述聚合物壳具有20°C或更低的Tg;并且其中,所述功能成分在室温下的 水溶解度为10g/100g水或更小,优选为7g/100g水或更小。
[0011] 本发明的另一方面提供了一种用于制备缓释功能成分的涂料用水性胶乳的方法, 所述方法包括如下步骤:
[0012] a.使单体混合物进行乳液聚合,从而形成乳液作为聚合物壳;并且
[0013] b.用另一种单体混合物和所述功能成分溶胀所得到的乳液,并且使所述另一种单 体混合物进行原位乳液聚合,形成其中包含所述功能成分的聚合物核,由此形成了具有聚 合物核壳结构的聚合物颗粒,
[0014]其中,所述聚合物壳具有20°C或更低的Tg;并且其中,所述功能成分在室温下的 水溶解度为lg/100g水或更小,优选为〇. 5g/100g水或更少。
[0015]本发明的另一方面提供了一种水性涂料组合物,其包含:水;成膜量的成膜树脂; 和常规添加剂,其中所述成膜树脂包含本发明的水性胶乳。
[0016]本发明的水性胶乳包含具有聚合物核-壳结构的聚合物颗粒,聚合物壳是软质 的、具有较低的玻璃化转变温度。一方面,这种结构的水性胶乳可以作为可缓释功能成分 的成膜树脂,适用于各种涂料组合物。另一方面,由于聚合物壳是软质的,具有强柔韧性,因 此,当这种水性胶乳作为成膜树脂用在涂料组合物的配制过程中时,不会出现或者在很少 程度上出现由于机械剪切而造成的外壳破裂,从而导致功能成分流失。。另外,功能成分包 含在这种具有核壳结构的聚合物颗粒的聚合物核中,结果由其形成的涂层,与将功能成分 与常规水性胶乳的混合物形成的涂层相比,显示更长时间的释放效果。
[0017]此外,本发明的水性胶乳还可以以简便、廉价的方式制成。
[0018]本发明的一个或多个实施方案的细节在以下的说明书中阐明。根据说明书和权利 要求,本发明其它特征、目的和优点将变得清楚。
[0019] MM
[0020] 图1示出了在相同量的样品中,功能成分的含量随时间的变化图线:表示本发 明的水性胶乳,其中含有一定量的功能成分;▲表示常规水性胶乳与相同量的上述功能成 分形成的参照样品。
【具体实施方式】
[0021] 在本文中使用时," 一种"、"这种"、"至少一种"和"一种或多种"可互换使用。因 此,例如包含"一种"功能成分的聚合物颗粒可以被解释为表示该聚合物颗粒包含"一种或 多种"功能成分。
[0022] 在组合物被描述为包括或包含特定组分的情况下,预计该组合物中并不排除本发 明未涉及的可选组分,并且预计该组合物可由所涉及的组分构成或组成,或者在方法被描 述为包括或包含特定工艺步骤的情况下,预计该方法中并不排除本发明未涉及的可选工艺 步骤,并且预计该方法可由所涉及的工艺步骤构成或组成。
[0023] 为了简便,本文仅明确地公开了一些数值范围。然而,任意下限可以与任何上限组 合形成未明确记载的范围;以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围,同 样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外,尽管未明确记载,但是 范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而,每个点或单个数值可以作为自 身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载 的范围。
[0024] 当针对功能成分使用时,短语"包含在聚合物颗粒的聚合物核中"是指,该功能成 分可以聚集在聚合物核的中心或者可以分布、甚至均匀地分布在聚合物核中。
[0025] 当针对功能成分使用时,术语"水溶解度"是指,该功能成分在一定温度下在100g 水中达到饱和状态时所溶解的克数。在本发明中,功能成分的水溶解度是在室温条件下根 据GB/T21845-2008 测定的。
[0026] 术语"优选的"和"优选地"是指在某些情况下可提供某些益处的本发明实施方案。 然而,在相同或其他情况下,其他实施方案也可能是优选的。另外,一个或多个优选的实施 方案的叙述不意味着其他实施方案是不可用的,并且不旨在将其他实施方案排除在本发明 范围外。
[0027] 水件胶乳
[0028] 根据本发明的一方面提供了一种用于缓释功能成分的涂料组合物用水性胶乳,所 述水性胶乳包含具有聚合物核-壳结构的聚合物颗粒以及包含在所述聚合物颗粒的聚合 物核中的所述功能成分,其中,所述聚合物壳具有20°C或更低的Tg,并且其中,所述功能成 分在室温下的水溶解度为l〇g/l〇〇g水或更小。
[0029] 在本发明的水性胶乳中,聚合物颗粒具有聚合物核_壳结构,内核主要由聚合物 形成,其中含有大部分或者全部功能成分;而外壳也是主要由聚合物形成的,但其中基本上 不含功能成分。在这样的上下文中使用时,"含有大部分或全部"功能成分是指,本发明的聚 合物核包含功能成分的至少80重量%、优选至少90重量%、更优选至少95重量%、还要更 优选至少98重量%、最优选100重量%。在这样的上下文中使用时,"基本上不含"功能成 分是指,本发明的聚合物壳包含小于20重量%、优选小于10重量%、更优选小于5重量%、 还要更优选小于2重量%、最优选完全不含所述功能成分。
[0030] 在根据本发明的聚合物颗粒中,聚合物壳是软质的,具有20°C或更低的Tg。术语 "Tg"在本文中表示玻璃化转变温度,其是聚合物从玻璃状、脆性状态转变为橡胶态的温度。 Tg值可以通过使用诸如差示扫描量热法(DSC)的技术实验性测定或使用Fox方程计算。除 非另有声明,本文中给出的Tg值和范围是基于使用Fox方程计算得到的Tg。
[0031] 根据Fox方程,具有n种共聚的共聚单体的共聚物的Tg(以开式度计)通过各共 聚单体类型的重量分数W和得自各共聚单体的均聚物的Tg(以开式度计)给出:
[0033] 以开氏度计算的Tg可以很容易地转化为摄氏度(°C)。
[0034] 尽管不希望受到理论的束缚,我
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