聚合物包覆的颜料颗粒的制作方法
【专利说明】聚合物包覆的颜料颗粒
[0001] 领域
[0002] 本发明涉及颜料润湿和分散剂、颜料研磨分散体、包覆颜料的分散体，并涉及着色 油漆和其它涂料组合物。
[0003] 背景
[0004] 二氧化钛是在油漆和其它涂料组合物中广泛使用但日益昂贵的颜料。在许多油 漆配方中，二氧化钛代表最昂贵的单一原料。已提议多种技术和成分来减少涂料组合物 配方中二氧化钛的量，同时仍提供可接受的光散射或不透明度。一种这类成分是由Dow Chemical Company供应的EV0QUE?预复合聚合物。目前可得到四种等级的EVOQUE产品 (EV0QUE 1140、EVOQUE 1180、EXP-4340和EXP-4463)，据称它们具有对二氧化钛不同程度 的反应性。据其供应商称，EVOQUE预复合聚合物"与TiO 2合并形成既改善颜料的湿遮盖效 率又改善干遮盖效率的聚合物-颜料复合物"。由所述复合物制成的油漆或其它涂料组合 物在某种程度上减少的二氧化钛颜料水平下可达到既定的颜料遮盖度，或者在既定的二氧 化钛颜料水平下可达到某种程度上增加的颜料遮盖度。然而，在二氧化钛原料成本方面的 潜在的节约和在颜料遮盖效率方面的潜在的益处因 EVOQUE产品成本而被抵消。
[0005] 多种其它聚合物已被提议用于颜料中，例如作为颜料分散剂。这些聚合物中的一 些的合成需要昂贵的起始单体或复杂的合成方案。在其它情况下，聚合物具有高粘度、有限 的颜料分散性能或其它缺点。
[0006] 从上文中可以理解，本领域中仍需要具有甚至更低的原料成本、甚至更高的颜料 遮盖效率或兼具较低成本和较高效率的改善的含颜料的涂料组合物。本文中公开并要求保 护这样的组合物和组分及它们的制备方法。
【发明内容】
[0007] 在一个方面，本说明书提供一种颜料研磨分散体，其包含载体、颜料颗粒和聚合物 分散剂的混合物，所述聚合物分散剂具有聚合物骨架以及包含阴离子基团和阳离子基团的 两性离子聚合物侧链。
[0008] 在另一方面，本说明书提供一种包覆颜料的聚合物分散体，其包含载体、颜料颗粒 和聚合物分散剂的混合物，其中所述颗粒至少部分被至少一种聚合物层包覆，且所述聚合 物分散剂具有聚合物骨架以及包含阴离子基团和阳离子基团的两性离子聚合物侧链。
[0009] 在另外一方面，本说明书提供一种制造颜料研磨分散体的方法。所述方法包括以 下步骤：使载体、颜料颗粒和聚合物分散剂混合，所述聚合物分散剂具有聚合物骨架以及包 含阴离子基团和阳离子基团的两性离子聚合物侧链。
[0010] 在另一方面，本说明书提供一种制造包覆颜料的聚合物分散体的方法。所述方法 包括以下步骤：形成载体、颜料颗粒和聚合物分散剂的分散体，所述聚合物分散剂具有聚合 物骨架以及包含阴离子基团和阳离子基团的两性离子聚合物侧链。在一个实施方式中，随 后是使分散体中包含或者向分散体中加入自由基引发剂和一种或多种烯属不饱和单体，以 及使烯属不饱和单体聚合以使颜料颗粒至少部分被至少一种聚合物层包覆。
[0011] 在另一方面，本说明书提供一种涂料组合物，其包含载体、颜料颗粒和聚合物分散 剂的分散体，其中所述颜料颗粒至少部分被至少一种聚合物层包覆，且所述聚合物分散剂 具有聚合物骨架以及包含阴离子基团和阳离子基团的两性离子聚合物侧链。此外，所述组 合物还包含以下两种物质中的一种或全部：成膜粘合剂，其包含不同于包覆聚合物的聚合 物；或者标准油漆配方添加剂中的一种或多种。
[0012] 所公开的分散体、方法和涂料组合物可包含所叙述的成分、基本上由所叙述的成 分组成或者由所叙述的成分组成。在示例性的优选实施方式中，载体包含水，颜料颗粒包含 二氧化钛颗粒，聚合物骨架包含乙烯基链生长聚合物，阴离子基团包含磺酸基团，阳离子基 团包含季铵基团，且至少部分包覆的颜料颗粒在室温下自聚结而无需包含不同于链生长聚 合物的聚合物的成膜粘合剂的存在。所公开的聚合物分散剂可利用相对低并因此经济的原 料量（例如，颜料、聚合物分散剂和链生长聚合物的量）提供有效的颜料润湿和分散。所公 开的分散体、方法和涂料组合物的优选实施方式期望地提供良好的颜料颗粒润湿和在最终 的干燥膜中（尤其是在含二氧化硅的乳胶漆中）改善的颜料分散，其中改善的分散导致提 高的颜料遮盖效率。
[0013] 详细说明
[0014] 除非上下文指出，否则以下术语将具有下述含义并适用于单数和复数：
[0015] 术语"一种"、"一个"、"至少一种"和"一种或多种"以及不使用数量词的情形可交 换使用。因此，例如，包含"一种"载体或"一种"任选的表面活性剂的涂料组合物表示：涂 料组合物可包含"一种或多种"载体和"一种或多种"任选的表面活性剂。
[0016] 当关于单体或聚合物侧链使用时，术语"阴离子基团"表示：当溶解或分散在水性 载体中时，具有净负电荷、优选地pH依赖型净负电荷的有机基团。
[0017] 当关于液体涂料组合物使用时，术语"粘合剂"表示：适用于这种组合物中的成膜 的天然聚合物或合成聚合物（需要时，伴随合适的聚结剂）。
[0018] 术语"本体聚合物"表示：由均相反应混合物形成的聚合物，所述均相反应混合物 是通过将合适的引发剂溶解在一种或多种反应性单体中制成的且无需溶剂的存在即可进 行聚合。
[0019] 当关于颜料研磨分散体或涂料组合物使用时，术语"载体"表示：用于分散体或组 合物的剩余组分的挥发性分散剂或其它媒介物。
[0020] 当关于单体或聚合物侧链使用时，术语"阳离子基团"表示：当溶解或分散在水性 载体中时，具有净正电荷、优选地pH依赖型净正电荷的有机基团。
[0021] 术语"乳剂聚合物"表示：由非均相反应混合物形成的聚合物，所述非均相反应混 合物最初的形式为包含水、乳化剂（例如，表面活化剂）和一种或多种单体的乳剂。当在 本文中使用时，术语"包覆颜料的聚合物分散体"指的是至少部分被聚合物层包覆的颜料颗 粒。该术语可与"聚合物包覆的颜料分散体"交换使用。
[0022] 当关于非水溶性聚合物使用时，术语"成膜"表示聚合物的水性分散体（需要时， 伴随合适的聚结剂）可在合适的基材或支撑物上形成、涂成薄的湿层（例如，约25μπι厚度 的湿层，且需要时，在高于室温的温度下），并干燥或另外硬化，以在基材或支撑物上形成实 质上连续的涂层。
[0023] 术语"对比率"表示通过在Leneta Co. Form 3Β不透明度收缩片（drawdown chart，来自BYK-Gardner USA)的黑白部分上浇铸51 μπι(2密耳）干厚度涂膜，如ASTM International Standards on Color and Appearance Measurement 第 8 版中定义来测量 L*，并用在黑色部分上测量的L*值除以在白色部分上测量的L*值所测定的值。
[0024] 当关于单体或聚合物中的有机基团使用时，术语"官能团"表示使这种单体或聚合 物能够参与化学反应或者帮助颜料悬浮或分散在载体中的基团。
[0025] 术语"基团"和"片段"被用于区分允许取代或可被取代的化学物种和不允许或不 能被如此取代的那些化学物种。因此，当使用术语"基团"来描述化学取代基时，所描述的 取代基包括未被取代的基团和具有〇、N、Si或S原子（例如在链中（例如，如烷氧基中）） 的基团以及具有羰基或其它常规取代基的基团。当使用术语"片段"来描述化学化合物或 取代基时，仅旨在包括未被取代的化学物质或取代基。例如，短语"烷基"旨在不仅包括纯 开链饱和烃烷基取代基（例如甲基、乙基、丙基、叔丁基等等），而且包括还带有本领域已知 的其他取代基（例如羟基、烷氧基、烷基磺酰基、卤素原子、氰基、硝基、氨基、羧基等等）的 烷基取代基。因此，"烷基基团"包括酿基、卤代烷基、硝基烷基、駿基烷基、羟基烷基、横基 烷基等等。另一方面，短语"烷基片段"仅限于包括纯开链饱和烃烷基取代基，例如甲基、乙 基、丙基、叔丁基等等。术语"烷基基团"涵盖了术语"烷基片段"，并且任何特定基团的公开 内容还旨在明确地公开了该特定基团的相应片段。
[0026] 当关于两个有机官能团之间的原子的数目使用时，术语"介于中间的"指的是所述 基团之间的最短路径中的原子数目，而不计算所述基团的原子。
[0027] 当关于聚合物使用时，术语"乳胶"表示聚合物颗粒在水中的乳剂，其中聚合物自 身不能分散在水中；相反，乳胶聚合物需要第二乳化剂（例如，表面活性剂）来形成乳剂。 该术语与术语"水性聚合物分散体"同义并可交换使用。
[0028] 当关于油漆和其它涂料组合物使用时，术语"低V0C"表示：基于涂料组合物的总 重量，涂料组合物含有少于约1重量％的挥发性有机化合物，优选地少于约0. 5重量％的 挥发性有机化合物，更优选地少于约〇. 05重量％的挥发性有机化合物和最优选地少于约 〇. 〇〇5重量％的挥发性有机化合物。
[0029] 术语"单体"表示：根据需要在合适的引发剂或共聚单体的存在下，可以反应形成 包含3个或更多个衍生自单体或共聚单体的重复单元的聚合物。
[0030] 当关于乳胶使用时，术语"多阶段"表示该乳胶聚合物是利用分散（discrete)填 加两种或更多种单体而制得的，或者利用连续变化地填加两种或更多种单体而制得的。通 常，当利用DSC测量时，多阶段乳胶将不展现出单个Tg拐点。例如，利用分散填加两种或更 多种单体而制得的多阶段乳胶的DSC曲线可以展现出两个或更多个Tg拐点。此外，利用连 续变化地填加两种或更多种单体而制得的多阶段乳胶的DSC曲线可以不展现出Tg拐点。 作为进一步解释，利用一种单体填加或者不变地填加两种或更多种单体而制得的单阶段乳 胶的DSC曲线可以仅展现出一个Tg拐点。偶尔，当仅观察到一个Tg拐点时，可能难以判断 该乳胶是否代表多阶段乳胶。在这种情况下，有时可在更精确的检查后检测到较低的Tg拐 点，或者可检验用于制造乳胶的合成方案以判断是否有望产生多阶段乳胶。
[0031] 当关于涂料组合物或颜料研磨分散体使用时，术语"颜料"表示赋予组合物或分散 体一种或多种颜色（包括白色或黑色）、或其它视觉或性能效果的微粒材料。术语"颜料" 包括但不限于体质颜料、乳浊化颜料、着色颜料等。当在本文中使用时，术语"体质颜料"或 "填料"指的是用于涂料组合物中以强化和降低总成本的惰性（通常无色且半透明的）颜 料。"乳浊化颜料"指的是一种或多种加入到油漆组合物中以使其不透明的颜料。当在本文 中使用时，术语"不透明"表示：涂料组合物干膜在51μπι(2密耳）的干膜厚度下的对比率 高于95%。通常，体质颜料的折射率被假定为小于约1.8,而乳浊化颜料的折射率被假定为 大于约1. 8。
[0032] 当关于涂料组合物使用时，术语"颜料体积浓度"或"PVC"表示涂料中所有颜料物 种占据的干涂料体积的总百分比。PVC可根据以下分式来计算：PVC =颜料体积八颜料体 积+非颜料体积）。
[0033] 术语"聚合物"包括均聚物和共聚物（即，两种或更多种不同单体的聚合物）二 者，它们含有两种或更多种重复单元且利用凝胶渗透色谱法和聚苯乙烯标准物测量的其重 均分子量（Mw)为最低500。
[0034] 术语"优选的"和"优选地"指的是在某些情况下可提供某些益处的本发明的实施 方式。然而，其它实施方式在相同或其它情况下也可以是优选的。此外，详述一种或多种优 选的实施方式并不表示其它实施