具有提高耐久性的水性涂料组合物的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种涂料组合物，并且具体地涉及一种具有提高的耐久性的水性涂料 组合物。
【背景技术】
[0002] 涂料制造商使用光交联剂作为涂料添加剂来在涂料产品中实现良好的抗沾污 (dirt-pick-up-resistance，DPUR)特性。广泛使用的光交联剂包括二苯甲酮及其衍生物， 氧化膦，以及羰基二苯甲烷。光交联剂将引发聚合物间的交联，增强涂膜的硬度，并且由此 实现优良的DPUR特性。无机颜料，尤其是TiO 2，是另一种常用的涂料添加剂，通常大量使用。 TiO2当暴露于日光时将释放自由基来降解聚合物主链并且甚至破坏聚合物的结构，从而不 利地影响涂料的耐久性。涂料耐久性可以通过涂料的保色性和保光性来检测。
[0003] 因此在涂料行业中需要包含光交联剂和无机颜料两者、具有提高的耐久性和未受 损的DPUR的涂料组合物。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种颜料体积浓度为10 %到75 %的水性涂料组合物，其包含：i)颜料 组合物，其以颜料组合物的总重量为基准，以重量计包含50%到100%的聚合物包封的颜 料颗粒；ii)聚合物壳体，其包封所述聚合物包封的颜料颗粒；以及iii)以水性涂料组合物 的总重量为基准，以重量计0. 1%到2.0%的光交联剂。所述光交联剂聚合在聚合物包封的 颜料颗粒的聚合物壳体中；与聚合物包封的颜料颗粒的聚合物壳体共混；聚合在所述涂料 组合物中的一个或多个另外的水性共聚物分散体的共聚物中或者与所述共聚物共混；或者 在所述水性涂料组合物中于聚合物壳体外部自由地存在。所述光交联剂优选地为二苯甲酮 衍生物、苯并三唑衍生物、酰基氧化膦、双酰基氧化膦，或者它们的混合物。
【具体实施方式】
[0005] 为了描述本发明组合物中的组分，包含括号的所有短语表示包括括号中的物质或 者不包括括号中的物质中的任一情况，或者包括括号中的物质和不包括括号中的物质两种 情况。举例来说，短语"（共）聚合物"可选地包括聚合物、共聚物，以及它们的混合物；短 语"（甲基）丙烯酸酯"是指丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯，以及它们的混合物。
[0006] 如本文所用，术语"水性"是指水，或者以混合物的重量为基准混合有50重量％或 者更少的水溶性溶剂的水。
[0007] 如本文所用，术语"聚合物"包括树脂和共聚物。
[0008] 如本文所用，术语"丙烯酸类的"应指代（甲基）丙烯酸、（甲基）烷基丙烯酸酯、 (甲基）丙烯酰胺、（甲基）丙烯腈，以及它们的改性形式，例如（甲基）丙烯酸羟烷基酯。
[0009] 如本文所用，除非另有陈述，否则术语"平均粒度（或者粒径）"表示按照制造商推 荐的程序，使用MULTISIZER? 3库尔特计数器（MULTISIZER? 3Coulter Counter)(加利福 尼亚州富勒顿市的贝克曼库尔特公司（Beckman Coulter，Inc.，Fullerton，CA))通过电阻 抗所测定的颗粒分布的中值粒度（或者粒径）。所述中值被称为粒度，其中所述分布中50 重量％的颗粒小于所述中值并且所述分布中50重量％的颗粒大于所述中值。此中值为体 均粒度。
[0010] 如本文所用，除非另有陈述，否则术语"Tg"表示使用差示扫描量热法（DSC)测得 的玻璃态转化温度，测定时采用20°C /分钟的加热速率并且取差示热分析图中的拐点作为 Tg值。术语"所计算的Tg"是指通过福克斯公式（Fox equation) (T. G.福克斯（T. G. Fox)， 布尔（Bull·)，《美国物理学会公报》（Am. Physics Soc·)，第1卷，第3期，第123页（1956 年））计算的聚合物的Tg。均聚物的Tg可见于例如"聚合物手册（Polymer Handbook)"， 由J.布兰德鲁普（J. Brandrup)和E. Η.伊默古特（E. H. Immergut)编辑，国际科学出版社 (Interscience Publishers)中。在多级聚合物的情况下，所报导的Tg值应为在差示热分 析图中所观测到的拐点的加权平均值。例如，由80%的软性第一级聚合物和20%的硬性第 二级聚合物组成的两级聚合物具有两个DSC拐点，一个拐点在-43°C而另一个拐点在68°C， 则将报道所述两级聚合物的Tg为-20. 8°C。
[0011] 颜料组合物
[0012] 在本发明中，以水性涂料组合物的总干燥体积为基准，以干燥体积浓度计，具有提 高耐久性的水性涂料组合物包含1 %到50 %，优选地2 %到30 %，以及更优选地3 %到25 % 的颜料组合物。
[0013] 以颜料组合物的总干燥体积为基准，以干燥体积计，所述颜料组合物包含50%到 100%，优选地80%到100%，以及更优选地95%到100%的聚合物包封的颜料颗粒。
[0014] 所述颜料组合物还包含未包封的颜料颗粒，由此所述颜料组合物中颜料颗粒（包 封和未包封的颜料颗粒两者）的总重量达到100%。
[0015] 如本文所用，术语"颜料颗粒"是指无机颜料颗粒，并且指代微粒状的无机材料，所 述无机材料能够在材质上赋予涂料不透明或者遮盖的性能。此类材料通常具有等于或者大 于1. 8的折射率并且包括二氧化钛（TiO2)、氧化锌、硫化锌、硫酸钡以及碳酸钡。二氧化钛 (TiO2)是优选的。
[0016] 以水性涂料组合物的总干燥体积为基准，以干燥体积浓度计，本发明的水性涂料 组合物还包含5 %到80 %，优选地10 %到75 %，更优选地25 %到75 %，甚至更优选地40 % 到75 %，以及最优选地40 %到60 %的增量剂（extender)。
[0017] 如本文所用，术语"增量剂"是指折射率小于或等于1. 8并且大于1. 3的微粒状 的无机材料，并且包括碳酸钙、粘土、硫酸钙、铝硅酸盐、硅酸盐、沸石、云母、硅藻土、实心或 者空心玻璃，以及陶瓷珠。所述水性涂料组合物可任选地含有Tg大于60°C的实心或者空 心聚合颗粒，此类聚合颗粒在本文中出于颜料体积浓度（PVC)计算的目的而被分类为增量 剂。中空聚合颗粒的细节在 EP 22633、EP 915108、EP 959176、EP 404184、US 5360827、WO 00/68304,以及US 20100063171中有所描述。固体聚合颗粒的粒度为1到50微米，并且优 选地5到20微米。
[0018] 在本发明中水性涂料组合物的PVC在10 %到75 %，优选地18 %到51 %的范围中 如本文所用，除非另有陈述，否则术语"PVC"可通过以下公式计算：PVC =(颜料体积+增 量剂体积）八颜料体积+粘合剂体积+增量剂体积）。
[0019] 聚合物壳体
[0020] 包封所述聚合物包封的颜料颗粒的聚合物壳体包含至少一种共聚合的烯属不饱 和非离子单体。如本文所用，术语"非离子单体"是指共聚合的单体残基在PH= 1-14的范 围内不负载离子电荷。在本发明中使用的烯属不饱和非离子单体包括（甲基）丙烯酸酯 单体，其中（甲基）丙烯酸酯指代甲基丙烯酸酯或者丙烯酸酯，包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙 酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙 烯酸丁酯、甲基丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸羟乙酯、以及甲基丙烯酸羟 丙酯；（甲基）丙烯腈；（甲基）丙烯酰胺；氨基官能单体以及脲基官能单体；负载乙酰乙酸 酯基官能团的单体；苯乙烯和经取代的苯乙烯；丁二烯；乙烯、丙烯、α -烯烃（例如1-癸 烯）；乙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯以及其它乙烯基酯；以及乙烯基单体，例如氯 乙稀和偏二氯乙稀。
[0021] 优选地，以聚合物壳体的总干重为基准，以干重计，包封所述聚合物包封的颜料颗 粒的聚合物壳体还包含0. 1 %到10%，优选地0. 5%到5%的烯属不饱和单体，所述烯属不 饱和单体负载选自以下的至少一个官能团：羧基、羧酸酐、羟基、酰胺、磺酸酯基、膦酸酯基， 以及它们的混合物。这些单体的实例为烯属不饱和的羧酸或者二羧酸，尤其是丙烯酸或者 甲基丙烯酸，衣康酸、马来酸，或者酰胺，尤其是上述羧酸的N-烷基醇酰胺或者羟烷基酯， 例如（甲基）丙烯酰胺、N-羟甲基（甲基）丙烯酰胺、2-羟乙基（甲基）丙烯酰胺、（甲 基）丙烯酸羟乙酯，以及（甲基）丙烯酸羟丙酯。
[0022] 以聚合物壳体的总干重为基准，以干重百分比计，包封所述聚合物包封的颜料颗 粒的聚合物壳体还可包含0. 1 %到5%，优选地0. 5%到3%的表面活性剂，以稳定化聚合期 间聚合物壳体的生长并且阻止聚合物壳体在由聚合物壳体和用聚合物壳体包封的颜料颗 粒构成的水分散体中聚结。可以使用一种或多种阴离子或者非离子型表面活性剂，或者它 们的混合物。适用于乳液聚合的表面活性剂的实例在每年出版的《麦卡琴的洗涤剂和乳化 剂年报》（McCutcheor^ s Detergents and Emulsifiers)(新泽西州格兰岩市的默克出版 集团（MC Publishing Co.，Glen Rock，NJ))中给出。其它类型的稳定剂，例如保护性胶体， 是任选使用的。
[0023] 包封所述聚合物包封的颜料颗粒的聚