防染水性涂料组合物的制作方法

专利名称：防染水性涂料组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种防染(stain blocking)水性涂料组合物、一种用于涂覆包含可水提取的染色剂的基材的方法、可通过所述方法获得的涂覆基材和特定的无机纳米颗粒在有机水性涂料组合物中作为防染剂的用途。
环境法规是在从溶剂性涂料变化到水性体系后面的驱动力。已经限制了在不同涂料体系中所允许的挥发性有机化合物的数量。传统的溶剂性涂料组合物被设计用于涂覆在某些基材的表面，包括以前涂覆的基材的表面上。然而，这些基材通常含有水溶性的染色剂。因此当将水性涂料涂覆在这类基材上时，所述染色剂可以从基材上浸入涂料，由此造成其变色。
染色剂例如为存在于木材中的水溶性发色化合物，例如丹宁酸。这些丹宁酸可以从基材上浸入涂料，造成丹宁酸染色，这表现为涂料表面的变色。在涂料的涂覆时或者在涂料的使用寿命期间可能出现这种浸出。可以从木材中浸出的其他染色剂是萜类化合物基树脂或生物碱例如带氯菌素。仍然另一些染色剂是含于水泥质基材中的盐。这些盐可以造成粉化或起霜，这是一种由盐从基材迁移到油漆涂层中所造成的染色，其表现为白色沉淀物。
基材和先前涂覆到基材上的涂料的染色还可能由基材外部的源所造成。例如，香烟的烟尘造成尼古丁染色，这使得光着色的涂料变色，并且来自于钢笔的墨水可能造成基材上标志性的染色。当将这些被染色的基材涂覆时，这可能再次造成所不希望的外涂层变色。上述染色效果的每一个在涂料中是非常不希望的。
在改进防(丹宁酸)染色的水性涂料的尝试中已经提出了几种方法，这些方法描述于专利文献中。活性颜料例如氧化锌、铝锆磷硅酸盐或钡磷硅酸盐通常在防止由例如丹宁酸造成的染色中是十分有效的。然而在实践中，由于它们可能造成稳定性问题例如粘度增加和聚合物凝胶化或凝结，因此它们具有一些主要的缺陷。显然，该解决方式限于着色的涂料。然而，还需要透明的防染涂料。因此希望的是在不使用活性染料的条件下获得阻止丹宁酸的性能。
在EP0849004中，通过提出一种前后涂覆木质基材的方法而进行了对克服上述缺陷的尝试。该方法包括涂覆两个单独的涂层，它们的其中一个是高度交联的涂层，另一个是由含水涂料组合物形成的固化涂层。该固化涂层由包含优选含有含乙烯-脲基的单体的羰基官能化聚合物的含水组合物形成。
对解决该问题的其他尝试包括例如通过掺入强酸将粘合剂的聚合物组合物改性。例如，US2003/0073778描述了一种含水涂料组合物，该组合物包含0.1-10wt％至少一种带有pKa(在20℃下于水中)小于4的悬垂酸基团的单体及其盐。然而，将强酸基团掺入粘合剂可能导致涂料提高的亲水性，这导致了降低的阻水性能。
在US4075394中披露了在处理含有丹宁酸的表面时涂覆聚亚烃基亚胺的水溶液。如例如US5312863中描述的那样，其他方法包括使用阳离子胶乳聚合物粘合剂和选择的阳离子颜料分散剂。该情形中的主要缺陷是阳离子的颜料成分有限的适用性。
在US2003/180466中描述了包含纳米颗粒体系的涂料组合物以赋予给无生机的硬面涂覆以表面改性的利益。该涂料组合物当被涂覆在物体的硬的、无生机的表面上时减少了物体上污点的形成、改进了自身净化、均匀干燥、更干净的外观等。该文献没有描述用于涂覆包含可水提取的染色剂的基材的方法。在该现有技术文献的实施例中，涂料组合物全部含有具有带全部负性的晶格电荷的层的纳米粘土，并且具有相对差的防染性能。
US5529811描述了一种防止被涂覆在含有丹宁酸的木质基材上的成膜涂层免于染色的方法。该涂料组合物包含作为活性防染组分的氰酰胺锌，以抑制丹宁酸从基材迁移到涂料涂层中。该涂料组合物可以包含用于氰酰胺锌的纳米颗粒载体组分，优选为碳酸锌。其他的载体组分例如粘土被报导对防染性能不具有有利的作用。
所有上述方法遭受了许多缺点并且不能提供对所提出的问题充分的解决方式。因此，本发明的目的是提供一种具有改进的防染性能并且不会表现出上述缺点的水性涂料组合物。
根据本发明，提供了一种用于涂覆包含可水提取的染色剂的基材的方法，其中用包含至少一种类型的无机纳米颗粒作为防染剂的有机水性涂料组合物涂覆该基材。已经发现，通过将纳米尺寸的颗粒掺入包含有机聚合物粘合剂的水性涂料组合物中，当涂覆该涂料组合物时或者在涂覆制品的使用寿命期间减少或防止了可水提取的物质从基材上浸入涂料，其中该浸入变成可见的在基材表面上的染色。在下文中将这些可水提取的物质称作“染色剂”。可以在配制期间将无机纳米颗粒加入水性涂料组合物。任选地，将无机纳米颗粒与有机粘合剂结合以形成稳定的水性涂料组合物。
优选地，所述无机纳米颗粒具有与将要防止的染色剂相反的表面电荷。最优选地，无机纳米颗粒具有层状结构和带有正电荷层的晶体结构。这些无机纳米颗粒作为防染剂特别有效。本发明还进一步涉及一种防染水性涂料组合物，该组合物包含有机粘合剂和作为防染剂的至少一种类型的无机纳米颗粒，该无机纳米颗粒具有层状结构和带有正电荷层的晶体结构。
注意的是术语“纳米颗粒”是指纳米尺寸的颗粒。纳米尺寸表示至少线性一维的平均尺寸小于1微米(1μm＝1×10-6m)，更优选小于100纳米(1nm＝1×10-9m)，最优选为0.1纳米-约100纳米。有在三维空间上、在两维空间上(具有纳米尺寸的横截面但不确定的长度的纳米管)或者在一维空间上(具有纳米尺寸的厚度但不确定的面积的纳米层)具有纳米尺寸的纳米尺寸材料。本发明的优选方面涉及包含纳米层的层状材料。贯穿本说明书使用的术语“层状材料”是指表示阴离子粘土、阳离子粘土和层状羟基盐。其还包括这些层状材料的改性形式，例如酸或碱浸析的粘土、柱撑粘土，和仍然具有层状结构的热处理的层状材料。由于染色剂当以离子化的形式存在时通常具有阴离子性质，因此优选使用至少一种具有阳离子表面电荷的纳米颗粒。
注意的是在EP0982356中描述了锌水滑石在涂料组合物中作为UV光稳定剂的用途。所提及的锌水滑石颗粒的大直径为0.1-2μm、厚度为0.01-0.3μm、纵横比为2-200，并且次级粒径不超过5μm。在US2002/0176982中披露了无机纳米颗粒例如粘土矿物和无机金属氧化物用于涂料组合物中以赋予给所有类型的硬面以表面改性益处的应用。然而，所述文献没有涉及到作为本发明的基础的那些问题，并且既没有披露也没有暗示使用根据本发明的纳米颗粒。
用作无机纳米颗粒的阴离子或阳离子粘土可以就这样使用或者可以被剥离或插层。插层粘土由在粘土层之间规则插入的聚合物所组成。在剥离或分层的粘土中，单个的层被分离并且可以被分散。后一种结构是特别有利的，因为其将层的表面积最大化。
根据本发明可以使用的粘土可以是天然形成的或者合成的。在根据本发明的方法中可以使用阳离子粘土。然而优选使用阴离子粘土。在配制期间将根据本发明的无机聚合物纳米颗粒加入水性涂料制剂中，或者首先将其与一种或多种有机聚合物粘合剂结合形成稳定的水性粘合剂组合物，之后制备水性涂料组合物。
阴离子粘土阴离子粘土具有由二价和三价金属氢氧化物的特定组合构成的正电荷层所组成的晶体结构，在这些二价和三价金属氢氧化物之间有阴离子和水分子。可以适宜地存在于阴离子粘土中的三价金属(M3+)包括B3+、Al3+、Ga3+、In3+、Bi3+、Fe3+、Cr3+、Co3+、Sc3+、La3+、Ce3+，和其混合物。合适的二价金属(M3+)包括Mg2+、Ca2+、Ba2+、Zn2+、Mn2+、Co2+、Mo2+、Ni2+、Fe2+、Sr2+、Cu2+，和其混合物。
应该注意的是多种术语被用来描述在本说明书中被称作阴离子粘土的材料。水滑石类材料和层状双氢氧化物(LDH)被本领域技术人员互换使用。在本说明书中我们将这些材料称为阴离子粘土，其包括在术语“水滑石类”和“层状双氢氧化物材料”内。
我们现已发现，阴离子粘土，并且更优选层状双氢氧化物(LDH)，当被掺入水性有机聚合物粘合剂中时对从多种基材中防止酸性可提取物质非常有效。层状双氢氧化物(LDH)具有这样的优点可以将它们掺入聚合物粘合剂而不会引入混浊，并且因此可以制得透明的防染涂料。
在本发明一个特别优选的实施方案中，将菱水碳铁镁石-水碳铁镁石(sjogrenite)-水滑石组的层状双氢氧化物用于涂料组合物。这些LDH基于其中镁阳离子被羟基成八面体地包围，这些层与水分子和/或多种阴离子(例如碳酸盐离子)的间隙层交替。当层中的一些镁被更高电荷的阳离子例如Al3+同型代替时，则所得的Mg2+-Al3+-OH层获得正电荷。因此，需要合适数目的隙间阴离子例如上述的那些以赋予整个化合物电中性。
优选的水滑石组的层状双氢氧化物包括，但不限于，水滑石、菱水碳铬镁石(stichtite)、菱水碳铁镁石(pyroaurite)、羟碳锰镁石(desautelsite)和水碳镁钙石(sergeevite)。在该组当中，最优选水滑石。水滑石可以由式Mg4Al2(OH)12CO3·H2O描述，但这些材料在本性上通常是非化学计量的并且在它们的组成中可以包括一定数量的选择性元素。
水滑石是天然形成的，但也可以合成制备。发现通过其制备出水滑石化合物的方法遍及于学术文献和专利文献。例如，Reichle，“Synthesis of Anionic Clay Minerals(Mixed Metal Hydroxides，Hydrotalcite)”，Solid States Ionics，22(1986)，135-141和Cavani et al，Catalysis Today，Vol.11，No.2，(1991)对这些方法进行了综述。在水滑石类化合物的情形中，最通常采用的制备方法涉及到使用镁盐和铝盐以及多种乙酸盐和碳酸盐的浓缩溶液，通常通过使用试剂例如氢氧化钠而使镁盐和铝盐相互反应。该化学反应制得了水滑石，包括水滑石类化合物，然后将其过滤、洗涤并且干燥。作为选择，可以将获得的水滑石浆液就这样掺入到水性涂料组合物中。专利申请WO02/068329和欧洲专利申请EP1204595描述了涉及到使用便宜的镁源而合成水滑石。该反应导致了阴离子粘土的直接形成，该阴离子粘土可以通过将从反应器中取出的浆液干燥而获得。作为选择，可以将在该合成中获得的水滑石浆液就这样掺入到水性涂料组合物中。
优选地，用一种或多种分散剂将水滑石改性以使粘土颗粒稳定。所述分散剂可以是低分子量分散剂或者其可以具有低聚物或聚合物性质。六偏磷酸钠和多磷酸钠是通常使用的低分子量分散剂的例子。然而，优选使用低聚物或聚合物分散剂。最优选使用聚合物表面活性材料。普遍使用的聚合物分散剂的例子是聚丙烯酸钠。通常以基于组合物中存在的固体的总重量约为1wt％的总量加入分散剂。可以使用的类型的非限定性例子以商品名Solsperse(Avecia)、Hypermer(Uniqema)或Disperbyk(BYK-Chemie)销售。
阳离子粘土阳离子粘土不同于阴离子粘土，因为它们具有由其之间有阳离子和水分子的四价、三价和任选的二价金属氢氧化物的特定组合构成的负电荷层所组成的晶体结构。优选的阳离子粘土包括，但不限于，蒙脱石(包括蒙脱土、贝得石、绿脱石、锂皂石、皂石、合成锂皂石TM和锌皂石)、膨润土、伊利石、云母、海绿石、蛭石、绿坡缕石和海泡石。
阳离子粘土的合适的三价金属(M3+)包括B3+、Al3+、Ga3+、In3+、Bi3+、Fe3+、Cr3+、Co3+、Sc3+、La3+、Ce3+，和其混合物。合适的二价金属(M2+)包括Mg2+、Ca2+、Ba2+、Zn2+、Mn2+、Co2+、Mo2+、Ni2+、Fe2+、Sr2+、Cu2+，和其混合物。合适的四价金属(M4+)包括Si4+和Ti4+。
优选用于制备阳离子粘土的四价金属是Si4+；优选的三价金属是Al3+；优选的二价金属是Mg2+、Ca2+，和其混合物。
层状羟基盐层状羟基盐(LHS)不同于阴离子粘土，因为它们仅仅含有二价金属或者仅仅含有三价金属，而阴离子粘土包含二价和三价金属两者。可以将含有二价金属的LHS看作是改性的水镁石类层的交替序列，其中二价金属与氢氧化物离子成八面体地配位。在一个系列中，结构上的羟基被可以交换的其他阴离子(例如硝酸盐)部分代替。在另一个系列中，八面体层中的空位附有四面体形配位的阳离子。
LHS的一个例子是根据下面理想化的结构式的二价金属的羟基盐[(Me2+，M2+)2(OH)3]+(Xn-)1/n]，其中Me2+和M2+可以是相同或不同的二价金属离子，并且X是阴离子。LHS的另一个例子具有通式[(Me2+，M2+)50(OH)8]2+(Xn-)2/n]，其中Me2+和M2+可以是相同或不同的二价金属离子，并且X是阴离子。
如果LHS含有两种不同的金属，则两种金属的相对量的比例可以接近于1。作为选择，该比例可以更高，这意味着其中一种金属超过另一种而占主要地位。重要的是理解这些结构式是理想的并且在实践中将保持整个结构，尽管化学分析可能显示出不满足该理想结构式的组成。
在LHS结构中合适的二价金属(M2+和/或Me2+)包括Mg2+、Ca2+、Ba2+、Zn2+、Mn2+、Co2+、Mo2+、Ni2+、Fe2+、Sr2+、Cu2+，和其混合物。LHS的另一个例子由[M3+(OH)2]+(Xn-)1/n]表示，例如其中结构上的阳离子此刻为三价的La(OH)2NO3。
可以将根据本发明的无机纳米颗粒与各种常规的水性有机聚合物粘合剂结合使用。这些粘合剂包括通过乳液聚合制备的聚合物分散体，例如丙烯酸和苯乙烯-丙烯酸分散体、乙酸乙烯酯共聚物等。这些聚合物分散体可以是热塑性的或者自交联的。热塑性分散体的例子是得自于Akzo Nobel Resins BV的Setalux6762 AQ-44和Setalux6763AQ-42。自交联的分散体的例子是得自于Akzo Nobel Resins BV的Setalux6769 AQ-44和Setalux6779 EPL。可以使用常规的表面活性剂或者借助于不含表面活性剂的乳液聚合方法合成出这些聚合物分散体。
聚合物分散体的颗粒可以具有均匀或非均匀的形态。非均匀形态可以是“核-壳”类或者其可以是例如描述于EP0927198和US2001/0034400中的梯度形态。
优选将无机纳米颗粒与已经具有固有的防染本性的常规水性粘合剂结合使用以进一步增强防染性能。合适的水性粘合剂的例子是得自于Akzo Nobel Resins BV的Setalux6773 AQ-44。
任选地，可以通过在有机溶剂中或者以本体合成聚合物而获得聚合物分散体。在合成之后，将聚合物乳化到水中。
在将涂料组合物涂覆在基材上之后可以通过多种常规的机理来进行聚合物分散体的交联。在所谓的“单组分”体系中，可以例如通过羰基-酰肼反应、通过自氧化或者通过活性的亚甲基与多官能胺之间的反应而实现交联。还可以通过在涂料涂覆之前加入常规的交联剂来实现交联。这些方法被通常称作双组分体系。普遍使用的交联剂包括多官能氮丙啶例如得自于Bayer的XAMA-7、碳化二亚胺例如得自于Dow Chemical Company的UcarInk Crosslinker XL-29SE，和聚异氰酸酯。当将聚异氰酸酯用作交联剂时，可以使用常规的憎水性的一类例如六亚甲基二异氰酸酯的缩二脲或环三聚物，或者亲水性改性的一类例如得自于Bayer的Bayhydur3100。任选地，可以使用憎水性和亲水性聚异氰酸酯的共混物。
可以使用聚异氰酸酯交联的粘合剂的例子是Setalux6511 AQ-47和Setalux6520 AQ-45。可以通过加入碳化二亚胺或聚氮丙啶而交联的粘合剂的例子基本包括所有具有羧酸官能团的水性粘合剂。
适用于根据本发明的防染水性涂料组合物的另一类水性粘合剂通过常规的醇酸乳液形成。通常通过借助于常规的缩聚方法制备醇酸粘合剂并且之后在水中将所述粘合剂乳化而制得醇酸乳液。在水相中使醇酸树脂颗粒稳定所需的亲水性基团可以是离子性的或非离子性的，并且可以通过使用常规的表面活性剂或者通过在与稳定的基团合成期间或之后将醇酸树脂改性而引入。这类聚合物的例子是UradilAZ 554Z-50—一种得自于DSM Coating Resins的醇酸树脂分散体，或者得自于Dyno ASA的DynotalLS82。任选地，在乳化之前或之后用二-或聚异氰酸酯将醇酸乳液改性。由此改性的醇酸乳液具有比非-异氰酸酯改性的醇酸乳液更快干燥的优点。这类产品的例子是得自于Akzo Nobel Resins的Setal6002 AQ-45和Setal6003 AQ-40。
其他类型的可自氧化的聚合物是丙烯酸改性的醇酸树脂分散体例如得自于UCB Surface Specialities的ResydrolAY 586w。还可以使用可从Bayer获得的BayhydrolB130，一种可水还原的氧化干燥的苯乙烯-丁二烯树脂。
适用于根据本发明的防染水性涂料组合物的另一类水性粘合剂通过常规的聚氨酯分散体形成。可以使用广泛范围的原料通过多种方法制备聚氨酯分散体。基于脂族聚酯的聚氨酯分散体的例子是得自于NeoResins的NeoRezR-974和得自于Alberdingk Boley的Alberdingk U 320。
在本发明的范围内还包括了使用氨基甲酸酯与丙烯酸聚合物之间的常规水性混合物作为粘合剂。这类丙烯酸-氨基甲酸酯共聚物的例子是得自于NeoResins的NeoPacE-125。
此外，可以根据本发明使用的粘合剂可以包括常规的可UV固化的水性聚合物分散体。合适的可UV固化的水性聚合物分散体的例子是丙烯酰基官能团的氨基甲酸酯分散体例如得自于Bayer的BayhydrolUVLS 2280或得自于NeoResins的NeoRadR-440。还可以使用可UV固化的含水丙烯酸分散体例如得自于Alberdingk Boley的Lux352或得自于Rohm and Haas的PrimalE-3120。
可以使用几种上述聚合物分散体的组合而不是仅仅将一种水性有机聚合物粘合剂用于根据本发明的水性涂料组合物。还可以将常规添加剂加入水性涂料组合物，例如聚结溶剂、消泡剂、中性基质等。当涉及到根据本发明的水性涂料组合物时，包括了所有这些添加剂，包括水。
可以使用根据本发明的水性涂料组合物制备防染水性涂料组合物。该涂料组合物可以是透明的或着色的涂料组合物。在本发明的一个优选实施方案中，该涂料组合物是透明的涂料组合物。对于透明的涂料组合物而言，纳米颗粒优选是层状双氢氧化物(LDH)，优选水滑石纳米颗粒，其得到了具有高光泽度和极少或没有混浊度的优良的透明涂料。
可以将该涂料组合物用作浸渍层、底涂层或面涂层(top coat)。除了水性涂料组合物之外，该涂料组合物还可以含有常规组分例如乳化剂、颜料和填料、分散剂、聚结剂、固化剂、增稠剂、保湿剂、润湿剂、杀生物剂、增塑剂、消泡剂、着色剂、蜡和抗氧化剂。该水性涂料组合物优选包含分散剂以使得组合物稳定。分散剂的量取决于涂料组合物的类型。对于阴离子粘土或层状双氢氧化物而言，我们发现在分散剂的量相对于涂料组合物的总重量至少为0.15wt％，更优选至少0.3wt％，最优选至少0.5wt％下可以获得稳定的组合物。
在根据本发明的水性涂料组合物中，基于该水性涂料组合物的总重量，无机纳米颗粒的总量优选为至少0.1wt％，更优选至少0.5wt％，最优选至少1.0wt％。基于水性涂料组合物的总重量，该水性涂料组合物中的无机纳米颗粒的总量优选为至多40wt％，更优选至多35wt％，最优选至多25wt％。相对于涂料组合物中的粘合剂和任选的交联剂的总固含量，无机纳米颗粒的量优选为0.1-50wt％，更优选0.2-20wt％，最优选0.3-15wt％。
取决于所使用的粘合剂的种类，该水性涂料组合物中的一种或多种水性有机聚合物粘合剂的量可以在宽的范围之间变化。优选地，基于水性涂料组合物的总重量，该数量至少为4wt％，更优选至少10wt％，最优选至少20wt％。基于水性涂料组合物的总重量，该涂料组合物中的水性有机聚合物粘合剂的量优选为至多80wt％，更优选至多70wt％，最优选至多60wt％。对于聚丙烯酸酯粘合剂体系而言，粘合剂的量通常为30-60wt％。
可以所需要的任何方式，例如借助于辊涂、喷涂、刷涂、喷洒、刮涂、流涂、浸涂、空气雾化的喷涂、空气辅助的喷涂、无空气喷涂、高容量低压喷涂、空气辅助的无空气喷涂，和静电喷涂、印刷或者通过电泳的涂覆而将根据本发明的涂料组合物涂覆在基材上。可以在环境温度下或者任选地在升高的温度下进行固化以减少固化时间。因此如果需要，则可以在较高的温度例如60-160℃下在干燥炉中将组合物烘焙10-60分钟。
适合于用根据本发明的防染水性涂料组合物涂覆的基材是木质基材例如松木、冷杉木(Fir)、铁杉木、云杉木、橡木、槐木(Ash)、桃花心木(Mahogany)、柏木(Cedar)(所有类型)、松木、Merbau、柚木、Oregon、丝柏木(Cypress)、Meranti、柳安木、花梨木(Rosewood)、Black Bean、Iroco、Lark(所有类型)、Balsa、Kauri、胡桃木、黑木(Blackwood)、香桃木和檫木(Sassafras)，或者由加工的木材例如硬质纤维板、中密度纤维板、刨花板或纸层薄板制成的基材。其他合适的基材包括，但不限于，矿物基材例如砖石、水泥、纤维水泥、水泥石棉、石膏、石膏板、涂釉和未涂釉的陶瓷；金属，例如镀锌铁、镀锌钢、冷轧钢、不锈钢、锌合金和铝；预先涂漆或底涂的表面(新鲜的、老化的或风化的)，例如丙烯酸涂层、乙烯基共聚物涂层、苯乙烯-丙烯酸涂层、粉末涂覆的表面、溶剂性丙烯酸涂层、醇酸树脂涂层、溶剂氨基甲酸酯涂层和环氧涂层；以及合成的基材，例如聚氯乙烯、聚乙烯和聚丙烯，这些基材带有由含水或非含水的组合物例如得自于标记笔的那些所沉积的斑纹，或者其含有水溶的发色性染色化合物例如丹宁酸，其中这类染色能够在稍后沉积的干燥涂层上较大或较小程度地出现，或者其含有可能造成粉化的盐。
借助于以下非限定性实施例阐释本发明。表IV列出了用于实施例的化合物的商品名标记、生产公司和该化合物在涂料组合物中的作用。
实施例1含有无机纳米颗粒的水性涂料通过将67.7份Setalux6769AQ-44(得自于Akzo Nobel Resins)与5.6份DowanolPM(得自于Dow Chemicals)、0.3份Dehydran1293(得自于Cognis)、0.3份Byk333(得自于BYK-Chemie)、0.3份ProxelXL 2(得自于Avecia)和1份于1010中的Nuvis FX(得自于Condea Servo的于水中的10％溶液)共混而制备水性底涂料。
在搅拌下小心地将19.3份根据专利申请EP1204595在2.5％的固含量下制备的含水的水滑石浆液加入到该混合物中。
对比例2和4以及实施例3使用得自于表I的组分如实施例1中所描述的那样准备对比例2和4以及实施例3。
表I底涂料组合物
(1得自于Eastman Chemicals，2得自于Degussa，3得自于Rohm andHaas，4得自于Byk-Chemie，5根据专利申请EP1204595在2.5％的固含量下制备)将按照实施例1-4的步骤制备的底涂料以两层或三层涂覆在Merbau和红木试验板上。借助于7-9m2/升的流出量涂覆底涂层的第一层，借助于14-20m2/升的流出量涂覆第二底涂层。在涂覆第一和第二层之间的干燥时间约为6-8小时。在涂覆底涂层之后可以观察到没有丹宁酸渗出。随后使底涂层的上面涂覆有通过将表II中的组分混合而获得的透明涂层或者如下所述使用表III中所提及的组分而获得的面涂层。在干燥16-24小时之后并且借助于9-13m2/升的流出量涂覆该面涂层。对于透明涂层而言，使用等量的干燥时间并且借助于7-10m2/升的流出量涂覆所述涂层。
表II透明涂层组成
表III着色的面涂层组成研磨基质
(1得自于Rohm and Haas，2得自于Cognis，3得自于Kronos)涂料制剂
(1得自于Akzo Nobel Surface Chemistry，2得自于Dow Chemicals)将研磨基质分散在水平式珠磨机上并且加入到Setalux6769AQ-44和Berol09的混合物中。在加入研磨基质之后，在搅拌的同时加入其他组分。最后，通过加入由25.6份软化水、3.2份氨水(25％浓度)和22.4份AcrysolRM5(得自于Rohm and Haas)组成的增稠剂溶液调节涂料的粘度。
在23℃下将基材干燥1周，之后在40℃和100％的相对湿度下将其暴露在湿度箱中1周。用肉眼观察丹宁酸的渗出并且定级为0(没有渗出)-5(严重的渗出)。结果在表IV中给出。
表IV在40℃和100％相对湿度下一周后的结果
从该表中可以看出与得自于对比例的底涂料相比，水滑石改性提供了显著的优点。
实施例5含有纳米颗粒的水性涂料组合物在搅拌下将3.5g Solsperse 41090(得自于Avecia)加入到50g根据专利申请EP1204595制备的固含量为5.5％的水滑石浆液中。随后，用二甲基乙醇胺(DMEA)将混合物中和，即将100份Solsperse 41090与4.5份DMEA结合。在搅拌下将15g由此获得的混合物加入Setalux6779EPL(一种可从Akzo Nobel Resins BV商购获得的粘合剂)中。这得到了固含量为33％的稳定的、含有纳米颗粒的水性涂料组合物。
当用刮涂在玻璃板上并且在环境温度下干燥时，获得了光泽的透明薄膜。
实施例6-12使用在表V中提及的组分根据实施例5的步骤制备另一些水性涂料组合物。
在40℃下储存4周之后检验水性粘合剂的稳定性。估量粘合剂中的沉淀并且将它们的稳定性定级为0(没有沉淀)-5(严重的沉淀)的等级。
表V.水性涂料组合物
(*根据专利申请EP1204595在2.5％的固含量下制备)从该表中可以看出，当用分散剂将水滑石改性而由此使粘土颗粒稳定时获得了改进的结果。
实施例13水性涂料组合物通过将87份得自于实施例5的水性涂料组合物与5.6份DowanolDPM(得自于Dow Chemicals)、0.3份Dehydran1293(得自于Cognis)、0.3份Byk333(得自于BYK-Chemie)、0.3份ProxelXL 2(得自于Avecia)、5.5份软化水和1份Nuvis FX 1010(作为20份SeradFX 1010以及60份水和20份丁二醇的溶液的10％活性材料)(得自于CondeaServo)共混而制备水性底涂料。
通过刷涂将两层该底涂料涂覆在Merbau和西部红柏(Western redcedar)上(第一层1.2-1.4g/0.01m2，第二层0.5-0.6g/0.01m2)。当如实施例1-4中所描述的那样涂覆底涂层时没有观察到渗出，当涂覆着色的或透明的面涂层时也没有观察到渗出。
表VI
(5根据专利申请EP1204595在2.5％的固含量下制备)
权利要求
1.一种防染水性涂料组合物，其包含有机粘合剂和作为防染剂的至少一种类型的无机纳米颗粒，该无机纳米颗粒具有层状结构和带有正电荷层的晶体结构。
2.根据权利要求1的防染水性涂料组合物，其中纳米颗粒是阴离子粘土或层状双氢氧化物(LDH)盐。
3.根据权利要求2的防染水性涂料组合物，其中层状双氢氧化物(LDH)选自水滑石、菱水碳铬镁石、菱水碳铁镁石、羟碳锰镁石和水碳镁钙石，其任选地用一种或多种分散剂改性。
4.根据前述权利要求任一项的防染水性涂料组合物，其包含一种或多种选自以下物质的水性有机聚合物粘合剂丙烯酸和苯乙烯-丙烯酸分散体、乙酸乙烯酯共聚物分散体、醇酸乳液、聚氨酯分散体、氨基甲酸酯与丙烯酸聚合物分散体之间的水性混合物，和可UV固化的水性聚合物分散体。
5.根据权利要求1-4的防染水性涂料组合物，其进一步包含一种或多种选自以下物质的组分乳化剂、颜料、填料、分散剂、聚结剂、固化剂、增稠剂、保湿剂、润湿剂、杀生物剂、增塑剂、消泡剂、着色剂、蜡和抗氧化剂。
6.根据权利要求1-5的防染水性涂料组合物，该组合物是透明涂层组合物。
7.根据权利要求1-6的防染水性涂料组合物，其进一步包含至少0.3wt％的分散剂。
8.根据权利要求1-7任一项的防染水性涂料组合物，其中基于水性涂料组合物的总重量，无机纳米颗粒的总量为0.1-40wt％，并且其中基于水性涂料组合物的总重量，水性有机聚合物粘合剂的总量为20-100wt％。
9.根据权利要求1-7任一项的防染水性涂料组合物，其中含有染色剂的基材是含有丹宁酸的木质基材。
10.一种用于涂覆包含可水提取的染色剂的基材的方法，其中用包含至少一种类型的无机纳米颗粒作为防染剂的有机水性涂料组合物涂覆该基材。
11.根据权利要求10的方法，其中无机纳米颗粒包括阴离子粘土、阳离子粘土和/或层状羟基盐(LHS)。
12.根据权利要求10的方法，其中用根据权利要求1-8的防染水性涂料组合物涂覆基材。
13.一种可通过根据权利要求10-12的方法获得的、包含可水提取的染色剂的涂覆基材。
14.根据权利要求13的涂覆基材，其中该基材选自木质、水泥质、金属、矿物和合成的基材，由加工的木材、涂漆的木材或底涂的木材制成的基材。
15.一种或多种类型的无机纳米颗粒在有机水性涂料组合物中作为防染剂的用途。
16.根据权利要求15的用途，其中无机纳米颗粒包括阴离子粘土、阳离子粘土和/或层状羟基盐(LHS)。
17.根据权利要求16的用途，其中无机纳米颗粒包括层状双氢氧化物(LDH)。
18.根据权利要求17的用途，其中层状双氢氧化物(LDH)选自水滑石、菱水碳铬镁石、菱水碳铁镁石、羟碳锰镁石和水碳镁钙石，其任选地用一种或多种分散剂改性。
全文摘要
本发明涉及一种优选用于透明涂层的防染水性涂料组合物，该组合物包含有机粘合剂和作为防染剂的至少一种类型的无机纳米颗粒，该无机纳米颗粒具有层状结构和带有正电荷层的晶体结构。本发明进一步涉及一种用于涂覆包含可水提取的染色剂的基材的方法，其中用包含作为防染剂的、至少一种优选具有层状结构和带有正电荷层的晶体结构的无机纳米颗粒的有机水性涂料组合物涂覆该基材，并且涉及可通过该方法获得的涂覆基材。
文档编号C09D5/02GK1906254SQ200580001898
公开日2007年1月31日 申请日期2005年1月21日 优先权日2004年1月22日
发明者T·A·克利杰恩, D·特温内, D·E·P·梅斯塔克 申请人:核动力工业树脂有限公司