UV可固化涂料组合物制造技术

本发明专利技术涉及一种方法，所述方法包含聚合物颗粒的水性分散体，所述聚合物颗粒具有包含丙烯酸酯单体和羧酸单体的结构单元的主链，其中所述羧酸单体的所述结构单元的部分用甲基丙烯酸缩水甘油酯官能化，其中所述甲基丙烯酸缩水甘油酯官能化聚合物颗粒具有在5,000至50,000道尔顿范围内的数均分子量。本发明专利技术的所述组合物提供UV可固化涂料，其在减少对多官能丙烯酸酯的使用的依赖的情况下实现了硬度和柔韧性的优异平衡。

UV curable coating composition

【技术实现步骤摘要】
UV可固化涂料组合物
技术介绍
本专利技术涉及一种UV涂料组合物，其可用于涂覆基材如木材、金属、塑料和砖石。已知水性丙烯酸涂料显示出比如双组分溶剂型涂料或UV可固化水性聚氨基甲酸酯分散体(WB-PUD)的替代品显著更差的耐化学性和硬度(以及与交联密度相关的其它特性)。UV可固化的丙烯酸涂料组合物可用于制造用于木材的性能更好的涂料组合物；此外，如氨基甲酸酯-丙烯酸杂化组合物的分散体已用于在木材上提供具有可接受的饰面的涂料。为了提供UV固化的机理，从而改善涂料的物理特性，US9,574,101公开了使用高水平的多官能丙烯酸酯(MFA)以与丙烯酸分散体组合使用以进一步改善涂料的特性。然而，MFA确实具有缺点：三官能MFA如三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯虽然易于运输到主体胶乳颗粒，但是皮肤敏化剂因此实际上不合适；具有较高丙烯酸酯官能度的MFA如二季戊四醇五丙烯酸酯通常需要以较高浓度使用以获得可接受的硬度。由于这些高浓度的MFA在涂料中引起脆性，因此寻找产生具有优异的硬度和柔韧性的涂料的UV可固化的水性丙烯酸组合物将是UV可固化涂料领域的进步。
技术实现思路
本专利技术为一种组合物，其包含聚合物颗粒的水性分散体，所述聚合物颗粒具有包含80至96重量％的丙烯酸酯单体的结构单元和4至20重量％的羧酸单体的结构单元的主链，其中至少30％的羧酸单体的结构单元用烯系不饱和缩水甘油基官能化单体官能化，并且其中甲基丙烯酸缩水甘油酯官能化聚合物颗粒具有在5,000至50,000道尔顿范围内的数均分子量。本专利技术的组合物提供UV可固化涂料，其在减少对昂贵的MFA的依赖的情况下实现了硬度、柔韧性和温暖性的优异平衡。具体实施方式本专利技术为一种组合物，其包含聚合物颗粒的水性分散体，所述聚合物颗粒具有包含80至96重量％的丙烯酸酯单体的结构单元和4至20重量％的部分中和的羧酸单体的结构单元的主链，其中至少30％的羧酸单体的结构单元用烯系不饱和缩水甘油基官能化单体官能化，并且其中甲基丙烯酸缩水甘油酯官能化聚合物颗粒具有在5,000至50,000道尔顿范围内的数均分子量。如本文所用，术语“丙烯酸酯单体”是指一种或多种丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体。术语“结构单元”用于描述并入聚合物主链后所述单体的残余物。举例来说，丙烯酸甲酯的结构单元通过以下结构示出：其中虚线表示结构单元到聚合物主链的连接点。丙烯酸酯单体的实例包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸正丁酯，其中优选丙烯酸甲酯。以丙烯酸酯单体和羧酸单体的结构单元的重量计，丙烯酸酯单体的结构单元的浓度优选地在84至92重量％范围内。羧酸单体的实例包括丙烯酸、甲基丙烯酸和衣康酸。以丙烯酸酯单体和羧酸单体的结构单元的重量计，羧酸单体的结构单元的浓度优选地在8至16重量％范围内。优选地，30％至90，更优选至80％的羧酸单体的结构单元用烯系不饱和缩水甘油基官能化单体(GFM)如甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、丙烯酸缩水甘油酯、烯丙基缩水甘油醚或4-羟丁基丙烯酸酯缩水甘油醚官能化以形成烯系不饱和加合物，其实例如下示出：其中波浪线表示聚合物主链。优选未用GFM官能化的羧酸基不完全中和。优选地，约40至80％的非官能化羧酸基为羧酸盐形式，如锂、钠、钾、铵或单-、二-或三烷基铵盐。聚合物颗粒优选包括链转移剂(CTA)的残余物，优选烷基硫醇如正十二烷基硫醇，其浓度以丙烯酸酯单体羧酸单体的结构单元和CTA的重量计，优选地在0.2，更优选0.5至优选5，更优选至3，并且最优选至2重量％范围内。正十二烷基硫醇的残余物如下所示：聚合物颗粒具有在5,000，优选10,000道尔顿至50,000，优选至30,000道尔顿范围内的数均分子量(Mn)，如相对于聚苯乙烯标准溶剂所测量的使用四氢呋喃溶剂通过凝胶渗透色谱法所测定。聚合物颗粒还优选单相颗粒，其优选包含基本上不存在多烯系共聚单体的结构单元。如本文所用，术语“基本上不存在多烯系不饱和共聚单体的结构单元”是指小于0.09，优选小于0.01，并且最优选0重量％的多烯系不饱和共聚单体如二乙烯基苯或甲基丙烯酸烯丙酯的结构单元。此外，分散的聚合物颗粒完全可溶于用于制备GFM官能化聚合物的有机溶剂中。优选地，GFM官能化聚合物，更优选GMA官能化聚合物以至少100g/L的浓度可溶于甲基乙基酮中。组合物任选地包含MFA，其具有至少2，优选至少3的平均丙烯酸酯官能度。合适的MFA的实例包括二三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯。优选地，以烯系不饱和聚合物颗粒、链转移剂和MFA的重量计，组合物包含1，更优选10至50，更优选至40，并且最优选至35重量％的MFA。组合物还可包括未用GFM官能化的分散的聚合物颗粒。优选地，辅助聚合物颗粒具有在50,000至1,000,000道尔顿范围内的Mn。在本专利技术的另一个方面，组合物包含官能化聚合物颗粒和非官能化聚合物颗粒，其官能化与非官能化w/w比在60:40，更优选65:35至95:5，更优选至80:20，并且最优选至75:25范围内。本专利技术的优选组合物有利地如下制备：在第一步中，向反应器中装入具有高于70℃的沸点的有机溶剂。合适的有机溶剂的实例包括乙二醇醚、乙烯二甘醇醚、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲基乙基酮、甲苯和二甲苯。在搅拌下将反应器加热至适于促进丙烯酸酯和羧酸单体的自由基聚合的温度，通常为75℃至95℃，其后时间将单体、CTA和引发剂装入反应器中。继续加热直至聚合完成。将内容物的温度降至然后添加约1至1000ppm的抑制剂如(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-基)氧基(TEMPO)以抑制进一步的聚合。然后将碱如三乙胺添加到反应器中，然后添加GFM，其优选为甲基丙烯酸缩水甘油酯。然后将反应器的温度升至足够的温度以促进GFM和羧酸基的反应在此反应基本完成后，优选添加MFA如二季戊四醇五丙烯酸酯，并将反应器温度降至然后将反应器的内容物方便地转移到含有水的釜中，任选地在表面活性剂存在下，并在真空中去除有机溶剂，使溶剂的水平优选降低至小于5000ppm，并且更优选至小于2000ppm。如果需要，此时可以将未用GFM官能化的胶乳与官能化胶乳组合。通过将MFA添加到有机溶剂型聚合物分散体中来促进MFA并入主体官能化聚合物颗粒中。因此，即使非常疏水的MFA如二季戊四醇五丙烯酸酯也容易转移到聚合物颗粒上。借助于光引发剂可以将本专利技术的组合物配制成UV可固化的组合物，其实例包括α-羟基酮如2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮，2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙酮和1-羟基-环己基苯基丙酮；二苯甲酮；和单-和二酰基膦。合适的光引发剂的其它实例公开于US9,574,101第7栏第43-54行。以组合物中总固体的重量计，光引发剂的浓度典型地在0.5至4重量％范围内。本专利技术的组合物还可包括一种或多种选自由以下组成的群组的添加剂：聚结剂、表面活性剂、消泡剂、Zn盐和流变改性剂。由本专利技术的组合物制备的涂料显示出木材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合物，其包含聚合物颗粒的水性分散体，所述聚合物颗粒具有包含80至96重量％的丙烯酸酯单体的结构单元和4至20重量％的部分中和的羧酸单体的结构单元的主链，其中至少30％的所述羧酸单体的所述结构单元用烯系不饱和缩水甘油基官能化单体官能化，并且其中所述甲基丙烯酸缩水甘油酯官能化聚合物颗粒具有在5,000至50,000道尔顿范围内的数均分子量。/n

【技术特征摘要】
20180605 US 62/6807611.一种组合物，其包含聚合物颗粒的水性分散体，所述聚合物颗粒具有包含80至96重量％的丙烯酸酯单体的结构单元和4至20重量％的部分中和的羧酸单体的结构单元的主链，其中至少30％的所述羧酸单体的所述结构单元用烯系不饱和缩水甘油基官能化单体官能化，并且其中所述甲基丙烯酸缩水甘油酯官能化聚合物颗粒具有在5,000至50,000道尔顿范围内的数均分子量。


2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述丙烯酸酯单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸正丁酯；并且其中所述羧酸单体为丙烯酸、甲基丙烯酸或衣康酸，并且其中所述烯系不饱和缩水甘油基官能化单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯。


3.根据权利要求2所述的组合物，其中以所述丙烯酸酯单体和所述羧酸单体的所述结构单元的重量计，所述丙烯酸酯单体的结构单元的浓度在84至92重量％范围内，其中30至80％的所述羧酸单体的所述结构单元用甲基丙烯酸缩水甘油酯官能化。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，其中所述聚合物主链的剩余部分包括链转移剂，其浓度以所述丙烯酸酯单体所述羧酸单体的所述结构单元和所述链转移剂的重量计在0.2至5重量％范围内。


5.根据权利要求4所述的组合物，其中所述聚合物颗粒含有...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·C·格雷森，C·R·海格杜斯，A·海尔，R·L·拉德瓦斯基，E·B·沃格尔，王文钦，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，罗门哈斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US