用于接合部应用的水性多段乳液共聚物组合物的制作方法

文档序号:12707791阅读:144来源:国知局
木材接合部聚合物需要具有优异的耐水性,但亦具有与低温成膜平衡的低挥发性有机化合物(VOC)内含物、良好的抗粘连性、快速硬度形成、良好的外部耐久性、良好遮盖性以及光泽度。已经证明难以满足这样的需要的组合。如本领域中已知,含有亚磷酸单体的聚合物粒子可形成TiO2或颜料和高分子复合物,其中聚合物吸附到TiO2或颜料表面上。形成聚合物-TiO2复合物提供许多性能优点,如改进的遮盖性和更高的光泽度。然而,酸单体的亲水性性质在涂料中往往会引起在涂料中导致较差的耐水性的水敏感性问题,以及随后,在室外暴露或加速的QUV测试期间在高湿度条件下湿粘附力和光泽保持的问题。对于Holub等人的美国专利第7,285,590号公开一种用于在低VOC水平下制备具有改进抗粘连性的涂料的水性多段硬-软聚合物分散体组合物。然而,在其中首先聚合硬聚合物段以制备水性多段共聚物分散体的参考文献中的组合物在VOC含量为100g/L或更小的涂料组合物中无法提供可接受的成膜特性。本发明人已经致力于提供用于制备用于木材、尤其是由接合在一起的多片木材制备的木材基材(例如窗框和门框)的涂料的组合物,在100g/L或更小的VOC含量下具有改进的低温成膜平衡、抗粘连性、硬度形成、外部耐久性、遮盖性以及光泽度特性。技术实现要素:1.本发明提供水性多段乳液共聚物组合物,所述水性多段乳液共聚物组合物包含(a)以组合物固体的总重量计,总量为0.5wt.%到4wt.%或优选1wt.%到3wt.%的一种或多种二酰肼化合物和(b)一种或多种水性多段乳液共聚物,所述水性多段乳液共聚物含有作为(i)第一段的经由差示扫描量热法(DSC)测量的玻璃化转变温度(Tg)为-50℃到30℃或优选-30℃到20℃的乳液共聚物并且含有呈共聚合形式的0.5wt.%到5.0wt.%或优选1wt.%到3.5wt.%的一种或多种单烯系不饱和亚磷酸单体以及0.75wt.%到5wt.%或优选1wt.%到3wt.%的一种或多种含有酮基的酰胺单体(如例如,二丙酮丙烯酰胺(DAAM)或二丙酮甲基丙烯酰胺),所有单体重量均以用于制备第一段的单体的总重量计,以及作为(ii)第二段的DSCTg为50℃到125℃、优选60℃到115℃的乳液共聚物,其中第一段与第二段之间的Tg差为45℃到150℃或优选至少60℃,并且以共聚物固体计,(i)第一段与(ii)第二段的重量比在50:50到90:10或优选60:40到80:20范围内,所有单体wt.%均以用于制备水性多段乳液共聚物的单体的总重量计,并且另外其中,水性多段乳液共聚物的(ii)第二段包含呈共聚合形式的不大于25wt.%或优选不大于10wt.%的用于制备水性多段乳液共聚物的总单烯系不饱和亚磷酸单体和不大于50wt.%或优选不大于25wt.%的用于制备水性多段乳液共聚物的总的含有酮基的酰胺单体。2.如以上项1所述的水性多段乳液共聚物组合物,其中(b)一种或多种水性多段乳液共聚物中的至少一种包含呈共聚合形式的至少90wt.%、或优选至少98wt.%或更优选所有的一种或多种用于制备在(i)第一段中的水性多段乳液共聚物的单烯系不饱和亚磷酸单体。3.如以上项1或2中的任一项所述的水性多段乳液共聚物组合物,其中(b)水性多段乳液共聚物中的至少一种包含在(i)第一段中呈共聚合形式的0.05wt.%到1.5wt.%或优选0.1wt.%到1.0wt.%的一种或多种烯系不饱和酸单体,如例如,羧酸或硫酸单体或其盐,优选丙烯酸、甲基丙烯酸或4-乙烯基苯磺酸。4.如以上项1、2或3中任一项所述的水性多段乳液共聚物组合物,其中在(i)第一段中的一种或多种单烯系不饱和磷酸单体选自磷酸二氢官能单体,如其中醇还含有可聚合乙烯基或烯系基团的醇的磷酸二氢酯,如磷酸烯丙酯、双(羟甲基)富马酸或衣康酸的单或二磷酸酯;含有磷酸的(甲基)丙烯酸酯,如例如,包括(甲基)丙烯酸2-羟乙酯和(甲基)丙烯酸3-羟丙酯的(甲基)丙烯酸羟烷基磷酸酯,以及优选磷酸二氢酯单体,如(甲基)丙烯酸2-磷酸乙酯、(甲基)丙烯酸2-磷酸丙酯、(甲基)丙烯酸3-磷酸丙酯以及(甲基)丙烯酸3-磷酸-2-羟丙基酯;单烯系不饱和膦酸酯官能单体,如乙烯基膦酸、烯丙基膦酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷膦酸、α-膦酰基苯乙烯、2-甲基丙烯酰胺基-2-甲基丙烷膦酸;以及(甲基)丙烯酸1,2-烯系不饱和(羟基)亚膦酰基烷酯单体,如甲基丙烯酸(羟基)亚膦酰基甲酯。5.如以上项1、2、3或4中任一项所述的水性多段乳液共聚物组合物,其中(a)一种或多种二酰肼化合物为式H2NHN-X-NHNH2的化合物,其中X表示-CO-A-CO-基团,A表示C1到C12亚烷基或C6到C12亚芳基,优选C1到C8亚烷基,并且“-”表示共价键,优选己二酸二酰肼。6.如以上项1、2、3、4或5中任一项所述的水性多段乳液共聚物组合物,例如总挥发性有机化合物(VOC)含量为150g/L或更小或优选100g/L或更小的涂料组合物。7.本发明提供制备水性多段乳液共聚物组合物的方法,所述方法包含通过在以用于制备多段乳液共聚物的100份总单体固体计的50重量份到90重量份或优选60重量份到80重量份的引发剂或氧化还原对的存在下,逐步添加含有0.5wt.%到5.0wt.%或优选1wt.%到3.5wt.%的一种或多种单烯系不饱和亚磷酸单体和0.75wt.%到5wt.%或优选1wt.%到3wt.%的一种或多种含有酮基的酰胺单体(如例如,二丙酮丙烯酰胺(DAAM)或二丙酮甲基丙烯酰胺)(所有单体重量均以用于制备多段乳液共聚物的总单体固体计)以及余量的包括一种或多种软单体的非离子单体的第一单体混合物,进行水性乳液聚合以形成经由差示扫描量热法(DSC)测量的玻璃化转变温度(Tg)为-50℃到30℃或优选-30℃到20℃的(i)第一段水性乳液共聚物,以及通过在以用于制备多段乳液共聚物的100份总单体固体计的10重量份到50重量份或优选20重量份到40份的(i)第一段水性乳液共聚物和引发剂或氧化还原对的存在下,逐步添加含有包括一种或多种软单体和一种或多种硬乙烯基单体中的每种的一种或多种非离子单体的第二单体混合物顺序进行水性乳液聚合以形成具有50℃到125℃优选60℃到115℃的DSCTg的(ii)第二段乳液共聚物的水性多段乳液共聚物,其中第一段与第二段在之间的Tg差为45℃到150℃或优选至少60℃,并且其中以共聚物固体计,(i)第一段与(ii)第二段的重量比在50:50到90:10或优选60:40到80:20范围内,并且另外其中,水性多段乳液共聚物的(ii)第二段包含呈共聚合形式的不大于25wt.%或优选不大于10wt.%的用于制备水性多段乳液共聚物的总单烯系不饱和亚磷酸单体的固体和小于50wt.%或优选不大于25wt.%或更优选不大于15wt.%的用于制备水性多段乳液共聚物的总的含有酮基的酰胺单体的固体,并且然后,用以组合物固体的总重量计总量为0.5wt.%到4wt.%或优选1wt.%到3wt.%的一种或多种二酰肼化合物配制所形成的水性多段乳液共聚物。8.根据以上项7所述的方法,其中在种子聚合物优选丙烯酸种子聚合物的存在下进行用以形成(i)第一段水性乳液共聚物的水性乳液聚合。9.根据以上项7所述的方法,其中以用于制备(i)第一段的单体的总重量计,所述单体如羧酸和硫酸单体或其盐,优选丙烯酸、甲基丙烯酸或4-乙烯基苯磺酸,(i)第一段聚合物由0.05wt.%到1.5wt.%或优选0.1wt.%到1.0wt.%的一种或多种烯系不饱和酸单体制备。10.根据以上项7所述的方法,其中在(i)第一段聚合物中的一种或多种单烯系不饱和磷酸单体选自磷酸二氢官能单体,如其中醇还含有可聚合乙烯基或烯系基团的醇的磷酸二氢酯,如磷酸烯丙酯、双(羟基-甲基)富马酸或衣康酸的单或二磷酸酯;含有磷酸的(甲基)丙烯酸酯,如例如,包括(甲基)丙烯酸2-羟乙酯和(甲基)丙烯酸3-羟丙酯的(甲基)丙烯酸羟烷基磷酸酯,并且优选磷酸二氢单体,如(甲基)丙烯酸2-磷酸乙酯、(甲基)丙烯酸2-磷酸丙酯、(甲基)丙烯酸3-磷酸丙酯以及(甲基)丙烯酸3-磷酸-2-羟丙酯;单烯系不饱和膦酸官能单体,如乙烯基膦酸、烯丙基膦酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磷酸、α-膦酰基苯乙烯、2-甲基丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磷酸;以及(甲基)丙烯酸1,2-烯系不饱和(羟基)亚膦酰基烷酯单体,如甲基丙烯酸(羟基)亚膦酰甲酯。甲基丙烯酸磷酸乙酯(PEM)是尤其优选的。11.根据以上项7所述的方法,其中一种或多种二酰肼化合物为式H2NHN-X-NHNH2的化合物,其中X表示-CO-A-CO-基团,A表示C1到C12亚烷基或C6到C12亚芳基,优选C1到C8亚烷基,并且“-”表示共价键,优选己二酸二酰肼。除非另外指明,否则所有温度和压力单位均为室温(23℃至25℃)和标准压力(1atm或760mmHg)。所有包含圆括号的短语均表示所包括的括号中的物质和其不存在中的任一者或两者。举例来说,在替代方案中短语“(甲基)丙烯酸酯”包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。如本文所使用,术语“ASTM”是指宾夕法尼亚州西康舍霍肯ASTM国际性组织(ASTMInternational,WestConshohocken,PA)的出版物。除非另外指明,否则如本文所使用术语“玻璃化转变温度”或“Tg”均是指如通过使用DSCQ2000(特拉华州纽卡斯尔TA仪器公司(TAInstruments,NewCastle,DE))测量,通过差示扫描量热法测定的聚合物的中点玻璃化转变温度,其中给定的乳液共聚物样品在60℃下干燥过夜,并且然后每个样品的温度以20℃/min的加热速率倾斜上升到150℃并且在150℃下平衡5min。Tg取为以7℃/min的加热速率下从-90℃到150℃的第二次加热扫描的拐点。每40s调制度设定为±1C°。如本文所用,短语“丙烯酸”将意指(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸烷酯、(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯腈以及其修饰形式,如例如(甲基)丙烯酸羟基烷基酯。如本文所使用,短语“水性”将意指水或与以混合物的重量计50重量%或更少的水可混溶溶剂混合的水。如本文所使用,短语“60°光泽度”是指使用Micro-TRIGlossTM计(德国盖雷茨里德BYK-Gardner有限公司(BYK-GardnerGmbH,Geretsried,DE))以60°可视角度测量的涂料的光泽度。如本文所使用,短语“羧酸或盐”意指呈酸形式或盐形式(即羧酸根)的目标羧酸。如本文所用,短语“相容”将意指组分或聚合物本身能够与另一组分或聚合物形成均质共混物。如本文所用,短语“共聚物”将意指共聚物、三元共聚物、四元共聚物、五元共聚物或六元共聚物,并且还指无规、嵌段和接枝共聚物。如本文所使用,术语“硬乙烯基单体”意指如果聚合得到重均分子量为50,000或更大的均聚物,将形成具有40℃或更大的玻璃化转变温度的此类均聚物的任何单体。实例包括(甲基)丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯以及苯乙烯。如本文所使用,术语“挥发性有机化合物(VOC)含量”是指在室内或室外环境涂料应用的使用条件中挥发随后使所涂覆涂料随着时间推移干燥的给定组合物的有机部分。如本文所使用,术语“软单体”是指如果聚合得到重均分子量为50,000或更大的均聚物,将形成具有10℃或更小的DSC玻璃化转变温度的此类均聚物的任何(甲基)丙烯酸C1到C24烷基酯单体。实例包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、几乎任何(甲基)丙烯酸C4到C24烷基酯,例如丙烯酸叔丁酯、丙烯酸正十六烷酯和丙烯酸新戊酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸丁酯以及甲基丙烯酸异丁酯。作为参考,描述均聚物的玻璃化转变温度的可用数据的综合汇编可以见于《聚合物手册(PolymerHandbook)》,第1卷,编者Brandrup,J.;Immergut,E.H.;Grulke,E.A.,1999,第VI/193-277页。如本文所使用,除非另外指明,否则短语“重均分子量”或“Mw”均是指如通过凝胶渗透色谱法(GPC)测量的聚合物的重均分子量,对于对照聚苯乙烯校准标准品的乳液聚合物使用THF和有机羧酸作为流动相和稀释剂。如本文所使用,短语“非粘性”将是指组合物在涂覆和干燥时形成摸起来不发粘的膜。如本文所使用,短语“非离子单体”意指在pH2到13下不携带离子性电荷的共聚单体残基。如本文所使用,术语“颜料容积浓度”或%PVC是指通过下式计算的量:PVC(%)=(颜料的体积±增量剂体积±填料的体积)/涂料的总干燥体积×100。如本文所用,短语“聚合物”将包括树脂和共聚物。如本文所用,短语“树脂”将包括聚合物和共聚物。如本文所用,短语“基本上不含”任何事物(如含有共聚羟基的单体或二烯系或聚烯系不饱和乙烯基单体)是指未向组合物中添加任何所述事物或未使用任何所述事物制备所述组合物的组合物。如本文所使用,短语“总固体”是指在环境温度(23℃至25℃)和标准压力条件下不挥发的任何材料,如树脂、聚合物、颜料、添加剂。水、挥发性溶剂或挥发性有机化合物和氨水不视为固体。如本文所用,短语“乙烯基”或“乙烯基单体”将意指丙烯酸、乙烯基酯、乙烯基醚、单乙烯基芳香族化合物,如苯乙烯和α-甲基苯乙烯,以及乙烯基卤化物。如本文所使用,短语任何丙烯酸乳液聚合物(如多段丙烯酸乳液聚合物)的“重均粒径”或“重均粒径(BI-90)”是指如根据制造商的推荐程序使用BI-90MultisizerTM3库尔特计数器(CoulterCounter)(加利福尼亚州富来顿贝克曼库尔特公司有限公司(BeckmanCoulter,Inc.,Fullerton,CA))通过电阻抗测定的粒子分布的重均粒径。如本文所使用,短语“wt.%”代表重量百分比。所列举的所有范围均为包括性且可组合的。举例来说,1μm或更大,或2μm或更大,或4μm或更大并且高达20μm,或高达15μm的平均直径将包括1μm或更大到20μm或更低,1μm或更大到15μm或更小,2μm或更大到15μm或更小,2μm或更大到20μm或更小,4μm或更大到15μm或更小以及4μm或更大到20μm或更小的范围。所有包含圆括号的短语均指示所包括的括号中的物质和其不存在中的任一者或两者。举例来说,在替代方案中短语“(共)聚合物”包括聚合物、共聚物及其混合物。根据本发明,软-硬水性多段乳液共聚物组合物用以用于制备乳液共聚物的单体的总重量计的例如2.0wt.%含有酮基的酰胺单体制备,并且含有二酰肼化合物的软-硬水性多段乳液共聚物组合物展现出优异的湿粘附力、Q紫外线(QUV)光泽保持以及硬度形成。相比于不含有呈共聚合形式的含有酮基的酰胺单体或仅在第二段或硬聚合物段中含有此类单体的常规含有磷酸的聚合物,本发明的含有呈共聚合形式的含有酮基的酰胺单体以及如在多段共聚物的第一段中的甲基丙烯酸磷酸乙酯(PEM)的磷酸单体的组合物实现优异的光泽保持、湿粘附力、硬度形成、低粘性以及抗粘连性。通过在含有二酰肼如己二酸二酰肼(ADH)和遮光剂如TiO2的组合物中,例如使用含有呈共聚合形式的二丙酮丙烯酰胺(DAAM)和一种或多种磷酸单体的水性多段乳液共聚物来实现本发明的优点。出人意料地,含有酮基的酰胺单体和二酰肼自交联化学的结合还改进了涂料的低温成膜。具体来说,相较于在不同于磷酸单体的段中共聚合含有酮基的酰胺单体,在第一软段乳液共聚物中共聚合大部分或所有含酮基的酰胺单体以及一种或多种磷酸单体改进了湿粘附力。最后,本发明的组合物在低的VOC含量150g/L或更小或优选100g/L或更小时提供优异的抗粘连性。为改进涂料中的湿粘附力,用于本发明的合适的含有酮基的酰胺单体可包括二丙酮丙烯酰胺(DAAM)或二丙酮甲基丙烯酰胺。本发明的组合物还将软相和硬相两者结合到单一水性多段乳液共聚物中。为确保适当的涂料硬度形成,本发明的组合物为自交联的且包括软-硬水性多段乳液共聚物。同时,大部分软的第一段(50wt.%到90wt.%的多段乳液共聚物固体)的存在确保由本发明的组合物制备的涂料展示出良好的低温成膜。用于本发明的组合物中的二酰肼化合物(a)的合适实例包括二元酸二酰肼,如由羧酸和肼反应产生的碳二酰肼,草酸二酰肼、丙二酸二酰肼、丁二酸二酰肼、己二酸二酰肼、壬二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、十二烷二酸二酰肼、马来酸二酰肼、富马酸二酰肼、二乙醇酸二酰肼、酒石酸二酰肼、苹果酸二酰肼、间苯二甲酸二酰肼、对苯二甲酸二酰肼、二聚物酸二酰肼以及2,6-萘甲酸二酰肼。各种碱性酸二酰肼化合物描述在JP-B-02-4607中并且2,4-二肼基-6-甲胺基-均三嗪也是合适的。己二酸二酰肼为最优选的碳二酰肼。为改进光泽保持,用于制备本发明的水性多段乳液共聚物的合适的单烯系不饱和磷酸单体可以呈酸形式或为磷酸基团的盐。合适的单烯系不饱和磷酸单体的实例包括下式中的任一项:其中R为含有丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、烯丙基或乙烯基的有机基团;并且R'和R”独立地选自H和第二有机基团。第二有机基团可以是饱和或不饱和的。合适的单烯系不饱和磷酸单体包括磷酸二氢官能单体,如其中醇还含有可聚合乙烯基或烯系基团的醇的磷酸二氢酯,如磷酸烯丙酯、双(羟基-甲基)富马酸或衣康酸的单或二磷酸酯,(甲基)丙烯酸酯的衍生物,如例如包括(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸3-羟丙酯的(甲基)丙烯酸羟烷基磷酸酯等。其它合适的单烯系不饱和磷酸单体包括膦酸官能单体,如乙烯基膦酸、烯丙基膦酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷膦酸、α-膦酰基苯乙烯、2-甲基丙烯酰胺基-2-甲基丙烷膦酸。另外合适的单烯系不饱和磷酸官能单体为(甲基)丙烯酸1,2-烯系不饱和(羟基)亚膦酰基烷酯单体,如甲基丙烯酸(羟基)亚膦酰基甲酯。优选的单烯系不饱和磷酸单体为磷酸二氢酯,如(甲基)丙烯酸烷基磷酸酯、(甲基)丙烯酸羟烷基磷酸酯及其盐。磷酸二氢单体包括(甲基)丙烯酸2-磷酸乙酯、(甲基)丙烯酸2-磷酸丙酯、(甲基)丙烯酸3-磷酸丙酯以及(甲基)丙烯酸3-磷酸-2-羟丙酯。甲基丙烯酸磷酸乙酯为尤其优选的。为改进由其制备的涂料的柔软度,第一段聚合物由包含软单体和选择以形成Tg为-50℃到30℃的聚合物的其量的单体混合物制备。用于制备本发明的水性多段乳液共聚物的合适的非离子单体包括丙烯酸非离子单体和乙烯基非离子单体。丙烯酸非离子单体可包括例如一种或多种(甲基)丙烯酸C1-30烷酯单体、(甲基)丙烯酸C5-30环烷酯或(甲基)丙烯酸C5-30(烷基)芳酯单体,包括例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异癸酯和低Tg丙烯酸单体。合适的软单体包括(但不限于)丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸叔丁酯(t-BA)、丙烯酸2-乙基己酯(2-EHA)、丙烯酸十二烷酯、甲基丙烯酸十二烷酯、(甲基)丙烯酸十六烷酯、(甲基)丙烯酸二十烷酯、(甲基)丙烯酸十六烷基二十烷酯、(甲基)丙烯酸二十二烷酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯(n-BMA)。乙烯基非离子单体可包括例如乙酸乙烯酯或其它乙烯基酯;乙烯基单体,如苯乙烯或经取代的苯乙烯,包括α-甲基苯乙烯、氯乙烯和偏二氯乙烯。优选地,(i)多段丙烯酸乳液(共)聚合物的第一段聚合物包含选自EA、BA、n-BMA、2-EHA或MMA,尤其是EA、BA、n-BMA以及2-EHA的单体或这些中任一项与MMA的掺合物的聚合产物的(共)聚合物。用于制备本发明的第一段聚合物,含有合适的可共聚烯系不饱和羧酸基团的单体可包括例如丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、衣康酸、富马酸、马来酸、衣康酸单甲酯、富马酸单甲酯、富马酸单丁酯、马来酸酐、苯乙烯酸以及酸酐及其盐。优选的羧酸单体为丙烯酸、(甲基)丙烯酸以及衣康酸。此类单体赋予丙烯酸和乙烯基乳液聚合物粘合剂以水分散性。含有烯系不饱和硫酸基团的单体可包括例如苯乙烯磺酸、4-乙烯基苯磺酸或其盐。优选地,除二烯系或聚烯系不饱和磷酸单体以外,以用于制备多段丙烯酸乳液聚合物的单体的总固体重量计,本发明的多段水性乳液聚合物基本上不含或含有0.1wt.%或更小的共聚合二烯系或聚烯系不饱和单体。一般来说,在引发剂如热引发剂(如过酸,例如过硫酸盐或过氧化物)或氧化还原对(如过酸或过氧化物)和还原剂(如亚硫酸氢盐或有机次硫酸盐)的存在下,通过水性乳液聚合形成本发明的水性多段乳液共聚物。此类乳液聚合方法在所属领域中是常规的并且在下文中更详细描述。在乳液聚合中,可以添加纯单体混合物或水中的乳液形式的单体混合物。一种或多种单体混合物可以一次或多次添加来添加并且可以在整个反应时段或部分反应时段连续添加或在整个反应时段或部分反应时段不连续添加。一种或多种单体混合物如在渐进添加(逐加)的情况下可以线性添加,或如例如在半连续聚合时非线性添加,或以“发射”形式一次全部添加,或其任何组合。在乳液聚合中,常规表面活性剂可以使用如例如阴离子和/或非离子乳化剂,如例如烷基、芳基或烷基芳基硫酸根、磺酸根或磷酸根的碱金属或铵盐;烷基磺酸、磺基丁二酸盐;脂肪酸;烯系不饱和表面活性剂单体;以及乙氧基化醇或苯酚。优选地,表面活性剂为一种或多种乙氧基化烷基硫酸或其盐,如月桂醇醚硫酸钠。以单体的重量计,所用表面活性剂的量通常为0.1重量%到6重量%。单段和多段乳液聚合方法中使用相同表面活性剂和其量。单段或多段乳液聚合方法中可使用热或氧化还原引发方法。以总单体(如例如过氧化物、铵和/或碱过硫酸盐)的重量计,可以0.01wt.%到3.0wt.%的含量使用已知自由基引发剂。使用相同引发剂的氧化还原体系可以用于与合适的还原剂偶联,所述合适的还原剂如例如(异)抗坏血酸、含硫酸的碱金属和铵盐,如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、甲脒亚磺酸、羟甲基磺酸、甲醛次硫酸钠、2-羟基-2-亚磺基乙酸、2-羟基-2-磺酸基乙酸;胺,如乙醇胺、乙醇酸、乙醛酸水合物;硫醇,如巯基丙酸或甲基-3-巯基丙酸酯、乳酸、甘油酸、苹果酸、酒石酸以及前述酸的盐。以总单体的重量计,可以以0.001wt.%到3.0wt.%使用催化铁、铜、锰、银、铂、钒、镍、铬、钯或钴金属盐的氧化还原反应。为改进聚合物柔软度,以用于制备第一段聚合物的单体的总固体重量计,第一段聚合物可以在存在高达15wt.%或优选3wt.%到12wt.%或更优选3wt.%到10wt.%的一种或多种链转移剂的存在下形成。链转移剂可以用于降低一个或多个聚合物段的所形成聚合物的分子量并且可以以分一次或多次添加来添加,或在整个反应的大部分或全部时段或在反应时段的有限部分期间连续线性添加或非连续线性添加。合适的链转移剂可包括例如卤素化合物,如四溴甲烷;烯丙基化合物;以及优选地硫醇,如硫代乙醇酸烷酯、巯基烷酸烷酯,以及C4-C22直链或支链烷基硫醇,并且更优选地,3-巯基丙酸甲酯、3-巯基丙酸丁酯、正己基硫醇、正十二烷基硫醇以及其混合物。以用于制备给定聚合物的所有单体的总固体重量计,链转移剂的合适量可在高达15wt.%,优选0.1wt.%到5wt.%范围内。在常压下的任何乳液聚合中,在整个反应过程中,反应温度应该维持在低于100℃的温度,例如在30℃或或更大、或95℃、或60℃或更大或高达90℃。最优选地,在水性多段乳液共聚物中(i)第一段一种或多种水性多段乳液共聚物包含呈共聚合形式的至少98wt.%或优选所有的一种或多种单烯系不饱和亚磷酸单体。本发明的水性组合物可以用作涂料组合物并且可呈水性分散体形式,例如碱性、阴离子或非离子型。组合物可另外包含以常规量的常规添加剂,如例如流动剂或润湿剂、增稠剂或流变改性剂或其混合物、固化剂、颜料或着色剂、遮光剂和增量剂、分散剂、硅氧烷或润湿剂、粘着促进剂、流动剂和流平剂、抗氧化剂或塑化剂。优选地,组合物不包含或包含非常低量的VOC溶剂或聚结剂,使得在低VOC使用中能够进行良好的成膜。以组合物的总固体重量计,水性组合物可包含0到90wt.%,或优选高达70wt.%的一种或多种颜料或着色剂,包括氧化铁、遮光剂颜料,如例如二氧化钛和乳浊聚合物。本发明的组合物可以着色/填充有包括颜料的其它添加剂,所述颜料可以是有机或无机的并且可在功能上促进除耐久性和硬度(如硅酸盐)以外的不透明性(例如二氧化钛或含有空心或空隙的聚合物颜料)和颜色(例如氧化铁、云母、铝薄片和玻璃薄片、二氧化硅颜料或有机颜料(如酞菁))以及腐蚀保护(例如锌、磷酸盐、钼酸盐、铬酸盐、钒酸盐、铈酸盐)。一般来说,当颜料包括于涂料组合物中时,颜料与聚合物树脂的总固体的重量比可在0.1:1到8:1优选高达3:1的范围内。本发明的组合物可以用于制备透明涂层,其中透明涂层没有颜料或者可包括不会改变透明度的颜料或填料,如亚临界量的折射率小于1.7的颜料,例如二氧化硅、滑石、碳酸钙或氧化铝。在本发明的另一方面中,使用水性组合物的方法包含形成水性组合物,向一个或多个基材涂覆涂料组合物并且干燥,任选地固化涂料组合物。可使用已知方式进行干燥,如例如在将不会破坏基材的温度(例如150℃或更低,或100℃或更低)下空气干燥或热干燥。可以通过任何已知的方法,如例如喷涂、刷、辊、静电钟或流化床方法将水性组合物涂覆到建筑或工业木材基材,所述方法包括空气雾化喷涂、空气辅助喷涂、无空气喷涂、高体积低压喷涂和空气辅助无空气喷涂、通过辊涂或刮刀涂布。由本发明的水性组合物制成的涂层可包括底涂层、彩色涂层和顶涂层,其包含透明涂层、染料或半透明涂层、着色涂层和涂料中的任一种。水性涂料组合物可以涂覆到各种基材,包括但不限于木材、天然木材、胶合板、经工程改造的木材,如中密度纤维板(MDF)、颗粒板或层压胶合板木、其它含有木质纤维和木材的复合材料。组合物尤其可用于外部基材,如窗框和门框、木器或外饰。实例:在以下实例中,除非另外指示,否则所有温度单位均为室温(23℃至25℃)并且所有压力的单位均是标准压力(1atm或760mBar)。表1:材料在以下实例中,缩写具有在以上表1中阐述的含义,并且,以下使用的缩写包括:MMA=甲基丙烯酸甲酯;BA=丙烯酸正丁酯;BMA=甲基丙烯酸正丁酯;AA=丙烯酸;PEM=甲基丙烯酸磷酸乙酯(PEM)(65wt.%活性);DAAM=二丙酮丙烯酰胺;ADH=己二酸二酰肼。在实例1中合成聚合物:通过混合去离子(DI)水(223.5g)、表面活性剂B(19.5g,)、DAAM(33.2g)、PEM(28.7g)、BA(314.9g)、BMA(640.9g)以及MMA(81.8g)来制备第一单体乳液。通过混合DI水(115.8g)、表面活性剂B(13.5g)、AA(7.7g)、BA(61.3g)以及MMA(518.3g)来制备第二单体乳液。通过在氮气氛围下,向5升、四颈圆底烧瓶中添加去离子(DI)水(1124g)来制备本发明的水性多段乳液共聚物。将配备有桨式搅拌器、回流冷凝器以及温度计的烧瓶加热到85℃并且启动搅拌。向烧瓶中添加含有表面活性剂A(55.0g)和13.5g的DI水的溶液。然后向烧瓶中迅速添加一部分第一单体乳液(90.7g)。接下来,向烧瓶中添加在DI水中含有过硫酸铵(4.3g)的引发剂溶液(33.2g)及然后DI水的冲洗液(4.3g)。然后,在60分钟的时段内,将余量的第一单体乳液和在DI水中过硫酸铵(1.7g)的引发剂溶液(110.5g)单独且线性地进料到烧瓶中,同时保持烧瓶的内含物在约85℃的温度下。当完成所有添加时,用DI水(41.0g)冲洗容纳第一单体乳液的容器,所得冲洗液添加到烧瓶中。随后,在30分钟的时段内,将第二单体乳液和在DI水中过硫酸铵(0.9g)的引发剂溶液(55.3g)单独且线性地进料到烧瓶中。当完成所有添加时,向烧瓶中添加DI水(50.0g)冲洗液。接下来,将烧瓶的内含物冷却到70℃并且向烧瓶中添加14g氨水(28%)。将氧化还原对添加到烧瓶中以减少残余的单体含量。接下来,将烧瓶的内含物冷却到45℃。为获得7到9的目标pH范围,将氨水(24.2g,28wt.%活性)添加到烧瓶中。在pH调节后,将在DI水(108.6g)中的ADH(26.5g)添加到烧瓶中。实例1的所得水性分散体具有45.1wt.%的总固体%(T.S.%)含量和8.5的pH。视觉MFFT值和机械MFFT值分别为3.0℃和5.4℃。重均粒径为101nm。在实例2、实例1C、实例2C、实例3、实例3C以及实例4中合成聚合物使用以下表2和表7中列出的单体混合物,以与以上实例1的聚合物相同的方式制备实例2、实例3、实例1C、实例2C以及实例3C的水性多段乳液共聚物。大体基本上如实例1中所述来制备实例2,不同之处在于,将一部分DAAM(21.55g)添加到第一单体乳液中并且将余量的DAAM(11.60g)添加到第二单体乳液中。在聚合之后,为获得具有7-9的目标pH范围的乳液,将氨水(20.5g,28%活性)添加到烧瓶中。实例2的所得水性分散体具有44.9wt.%的总固体%(T.S.%)含量和7.7的pH。视觉MFFT值和机械MFFT值分别为0.9℃和6.2℃。重均粒径为106nm。大体基本上如实例1中所述制备比较实例1C,不同之处在于,所有DAAM(33.15g)从第一单体乳液中除去且添加到第二单体乳液中。在聚合之后,为获得具有7-9的目标pH范围的乳液,将氨水(20.5g,28%活性)添加到烧瓶中。实例1C的所得水性分散体具有45.1wt.%的总固体%(T.S.%)含量和7.3的pH。视觉MFFT值和机械MFFT值分别为9.1℃和11.6℃。重均粒径为121nm。基本上如实例1中所述来制备比较实例2C,不同之处在于,DAAM从第一单体乳液中除去并且ADH未添加到水性分散体中。在聚合之后,为获得具有7-9的目标pH范围的乳液,将氨水(21.1g,28%活性)添加到烧瓶中。实例2C的所得水性分散体具有44.1wt.%的总固体%(T.S.%)含量和7.5的pH。视觉MFFT值和机械MFFT值分别为<4.1℃和>23.1℃。重均粒径为112nm。基本上如实例1中所描述来制备实例3,不同之处在于,在第一单体乳液和第二单体乳液中分别存在PEM和AA的增加。向第一单体乳液中添加PEM(34.26g)并且向第二单体乳液中添加AA(15.47g)。在聚合之后,为获得具有7-9的目标pH范围的乳液,将氨水(11.8g,28%活性)添加到烧瓶中。实例3的所得水性分散体具有45.5wt.%的总固体%(T.S.%)含量和7.8的pH。视觉MFFT值和机械MFFT值分别为0.3℃和5.7℃。平均粒径为110nm。基本上如实例1中所描述来制备比较实例3C,不同之处在于,用AA(34.26g)替换第一单体乳液中的PEM。另外,在第二单体乳液中存在AA(15.47g)的增加。在聚合之后,为获得具有7到9的目标pH范围的乳液,将氨水(15.3g,28%活性)添加到烧瓶中。实例3C的所得水性分散体具有44.4wt.%的总固体%(T.S.%)含量和7.8的pH。重均粒径为105nm。基本上如实例1中所描述来制备实例4,不同之处在于,向第一单体乳液中添加4-乙烯基苯磺酸钠(5.62g)并且存在添加到5升、四颈圆底烧瓶中的DI水(1023g)的降低。在聚合之后,为获得具有7-9的目标pH范围的乳液,将氨水(20.0g,28%活性)添加到烧瓶中。实例2的所得水性分散体具有45.5wt.%的总固体%(T.S.%)含量和8.6的pH。视觉MFFT值和机械MFFT值分别为1.2℃和8.5℃。重均粒径为105nm。配制:通过将如以下表2中所示的二酰肼化合物结合到水性多段乳液共聚物中并且然后执行稀释以包括以下表3中列出的颜料和涂料材料来配制本发明的组合物。表2:水性多段乳液共聚物组合物测试方法:测试涂料组合物,如下:光泽度:根据用于镜面光泽的ASTMD523-89(1999)标准测试方法获得光泽度值。使用381μm陶氏胶乳膜涂覆器来制备在铬酸盐预处理的铝面板上的刮涂膜,并且允许在恒温室(23±3℃,50%±5%相对湿度)中干燥7天。使用来自毕克-加特纳(BYKGardner)(马里兰州哥伦比亚(Columbia,MD))的micro-TRI-光泽度计执行光泽度测量。所报导的每个数值为在相同刮涂膜的不同位置上的三个测量值的平均值。在面板放入QUV柜中之前,获得初始光泽度值。根据ASTMD-4587-11(2011)执行在QUV柜中的加速暴露(QUV光泽度)测试。用于荧光UV-冷凝暴露测试的测试循环包括对于指示时段1000小时或2000小时,连续地重复在60℃下8小时UV辐射,接着在50℃下4小时的冷凝。QUV腔室配备有UVA灯泡(340nm)并且在UV循环期间辐照度为0.89W/(m2·nm)。在设定时间间隔之后,面板从腔室中移出并且在使得面板干燥且平衡到室温之后测量光泽度。在光泽度测量之后,立即将面板放回到腔室中继续测试,直到已经达到设定的暴露小时数。摆撞硬度:使用TQCSP0500摆撞硬度测试仪(密歇根州梅塔莫拉的TQC-USA公司(TQC-USAInc.,Metamora,Michigan)根据ASTMD4366-95在涂布的铝面板上测量硬度。结果以秒为单位报导。使用127μm聚四氟乙烯刮涂棒来制备在铬酸盐预处理的铝板上的刮涂膜。在硬度测量之前,将涂料膜在恒温室(12±3℃,50%±5%相对湿度)中干燥所述的时间长度。早期抗粘连性:为测试抗粘连性,使用127μm聚四氟乙烯刮涂棒来制备在铬酸盐预处理的铝板上的刮涂膜。使刮涂膜在环境温度(23℃至25℃)下干燥30秒,在40℃烘箱中干燥6分钟,并且然后冷却到环境温度,维持30秒。然后将面板转移到恒温室(23±3℃,50%±5%相对湿度),并且切成38mm×38mm片段,一式两份。将切割片段与标准橡胶#8塞子(1.0Kg重)面对面放置.在16.0小时持续时间之后(重复),移出塞子并且根据以下表A1中所示的欧洲等级对面板评级。表3:涂料组合物及其特性表A1:早期抗粘连性等级粘性:表面损伤:5:面板根本不粘结可以:无损伤,0%4:面板轻微粘结在一起mOK,<10%3:面板粘结在一起m:较小,<20%2:难以分开mM,<50%1:非常难以分开M:较大,<80%0:面板完全粘结在一起MM:>80%最低成膜温度(MFFT):在RhopointMFFT仪器(英国Rhopoint仪器(RhopointInstruments,UK))上测定MFFT。间距尺寸为381μm的25.4mm立方光泽膜涂覆器用于在放置在温度梯度板上的ScotchTM胶带(明尼苏达州明尼阿波利斯的3M(3M,Minneapolis,MN))的条上刮涂膜。由在膜的视觉上无开裂和/或粉末状外观处的最低温度决定视觉MFFT。机械MFFT由在当从高温末端垂直于板缓慢拉动ScotchTM胶带时开始膜的连续开裂处的温度测定。湿粘附力:根据SKH公开05-01(荷兰瓦赫宁根SKH(SKH,Wageningen,theNetherlands))执行湿粘附力测试。用于此测试的松木面板没有表面缺陷。在涂布应用之前,面板使用3M优质汽车砂纸,320磨粒(3M)来磨砂,并且然后在涂布应用之前,其在恒温室(CTR)(23±3℃,50%±5%相对湿度)中适应至少24小时。将所测量的涂料刷涂覆在木材表面上,目标干膜厚度为60μm。在对其涂覆第二层涂料之前,将涂覆的涂料在CTR中干燥4小时。然后刷涂覆第二层涂料,目标干膜厚度为60μm。然后,涂料在CTR中干燥24小时。然后,使用浸没有去离子(DI)水的湿巾将涂料表面在润湿条件下保持24小时。为测定湿粘附力,在移出湿巾之后,立即吸干涂料表面并且通过涂料用锋利刀子以与木材纹理成30°的角度且垂直于涂料表面来制备5×5切口。切口之间的角度为约60°并且平行线之间的距离为约1cm。然后通过强烈将胶带按压到基材上,将压敏胶带施用在切口上。然后,在以接近于180°的角度的快速且连续运动中从基材中移出胶带。根据以下表A2中的量度获取涂料的表面损伤。表格A2:湿粘附力表面损伤等级描述0表面没有损伤1<5%的涂料被移出。25%到15%的涂料被移出。315%到35%的涂料被移出。435%到65%的涂料被移出。5>65%的涂料被移出。来自实例1、实例2、实例1C以及实例2C中的组合物的测试结果示出在以下表4中。表4:性能结果第一数字为粘性等级并且第二数字为表面损伤等级。涂料在4℃/40RH%下刷涂覆在白色松木面板上,其中目标干膜厚度为60μm。在以4℃/40RH%干燥涂料至少16小时之后,评估涂料的形态。更高的等级指示更好的成膜。7或高于7的等级指示略微/痕量开裂。5或低于5的等级指示中度到重度开裂。*在与其它四个实例隔开的时间配制和表征实例4。以上表4示出本发明实例1和本发明实例2与比较实例1C和比较实例2C的关键应用性能。包含在水性多段乳液共聚物的第一段(实例1)中呈共聚合形式的DAAM的组合物提供最高的硬度、光泽度以及最佳的湿粘附力。将几乎一半的共聚合DAAM移动到第二段(实例2)显示出稍微较低的硬度,但是仍维持良好的湿粘附力。将所有的DAAM移动到水性多段乳液共聚物(实例1C)的第二段导致显著较差的湿粘附力和较差的成膜。没有共聚合DAAM和二酰肼化合物(实例2C)的涂料显示出最低的硬度和最差的湿粘附力以及最差的低温成膜。尤其相比于来自比较实例1C和比较实例2C中的聚合物的涂料,使用溶剂和相同低VOC含量的不同组合单独配制的本发明实例4制得示出随着时间推移改进的硬度形成、优异的低温成膜以及改进的湿粘附力的涂料。以下表5和表6示出本发明实例1和本发明实例2与比较实例1C和比较实例2C的光泽保持数据。对于20°光泽度,本发明实例显示出最佳的光泽保持,紧接着是实例1C。在没有DAAM和二酰肼化合物情况下,实例2C显示出关于20°光泽度和60°光泽度的差得多的光泽保持。表5:实例1、实例2、实例1C以及实例2C的QUV20°光泽保持百分比:实例121C2C4小时0100%100%100%100%100%19492%92%87%51%94%44090%91%84%43%95%108694%92%78%45%85%表6:实例1、实例2、实例1C以及实例2C的QUV60°光泽保持百分比:实例121C2C4小时0100%100%100%100%100%19498%98%97%79%99%44098%99%98%74%101%1086107%104%98%76%105%如以上表5和表6所示,含有实例1与实例2和实例4的乳液聚合物的组合物胜过含有比较实例1C和比较实例2C的乳液聚合物的比较组合物。在较长时段之后,差异尤其显著。根据在以上实例1中列出的方法合成以下表7中示出的另外的水性多段乳液共聚物,不同之处在于用以下表7中列出的材料比例。然后,在以下表8中稀释水性多段乳液共聚物。表7:更水性多段乳液共聚物组合物表8:涂料组合物及其特性以下表9和表10示出本发明实例3和比较实例3C的光泽保持数据并且显示出在光泽保持方面本发明组合物显著地胜过比较组合物。表9:实例3和实例3C的QUV20°光泽保持百分比:实例33C小时0100%100%50097%51%100098%24%150090%22%200086%13%表10:实例3和实例3C的QUV60°光泽保持百分比:实例33C小时0100%100%500103%85%1000107%68%1500104%65%2000104%66%以上表9和表10示出本发明实例3和比较实例3C的光泽保持数据。相较于不含有PEM的比较实例3C,本发明实例3通过结合呈共聚合形式的磷酸(PEM)显示出好得多的光泽保持。当前第1页1 2 3 
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