含有低VOC成膜助剂的水性涂料组合物制造技术

公开了水性涂料组合物，包括胶乳乳液聚合物和作为成膜助剂的具有10至20个碳原子的一羟基脂族醇的乙酰丙酸酯。本发明专利技术的涂料组合物具有降低的VOC含量，并与多元醇，如甘油的酯相比提供改善的聚结活性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及水性涂料组合物，特别涉及包括胶乳乳液聚合物和可以由生物基材料制得的低VOC成膜助剂的涂料组合物。
技术介绍
成功的水性丙烯酸(或胶乳乳液)涂料组合物必须提供可以与传统的溶剂型涂料相比的性能，并满足日益严格的VOC (挥发性有机化合物)排放法规。涂料领域中已知的是，可以通过在胶乳乳液中混入聚结剂以促进胶乳膜的形成。这些聚结剂(或成膜助剂)通过降低该胶乳聚合物的最低成膜温度(MFFT)以促进单个胶乳粒子聚集在一起以便由此在给定的温度下形成连续膜。由此，如全文中所用那样，本专利技术的成膜助剂降低了它们用于其中的涂料组合物的最低成膜温度，如下文中进一步描述的那样。传统的成膜助剂描述为短效成膜助剂，因为它们倾向于随时间推移从涂料膜中逸出。结果，在某些司法管辖区，此类成膜助剂作为VOC或挥发性有机化合物而受到管制。因此需要能够满足施加于涂料工业的VOC法规的非短效成膜助剂。此外，近年来，同样由于关注环境，对可再生生物基材料的兴趣与日俱增。因此本专利技术的目的是提供可用于低VOC排放的涂料组合物并可以由生物基材料制成的成膜助剂。乙酰丙酸，或4-酮戊酸是一种生物基化学品，可以通过使用来自造纸厂的低等级纤维素副产物和其它生物质源的生物精炼法以低成本制得。或者，可以例如通过与浓盐酸一起加热蔗糖，或通过其它常规合成方法来制备乙酰丙酸。其还可以通过纤维素的酸催化水解来制备。通常认可的反应途径是，在第一步骤中，将纤维素的聚合物链破坏为低分子量片段，最终成为葡萄糖，葡萄糖进一步分解为5-羟甲基糖醛(HMF)。在第二步骤中，HMF转化为乙酰丙酸和甲酸。乙酰丙酸酯衍生物是在有机溶剂基体系中用于纤维素材料的已知增塑剂。由此，美国专利号2，004，115公开了改性多元醇的乙酰丙酸酯的制备方法及其作为纤维素衍生物的增塑剂的用途。美国专利号2，008, 720公开了一元醇的乙酰丙酸酯的制备方法及其作为纤维素衍生物的增塑剂的应用。W02007/094922公开了可以在聚合物组合物中用作增塑剂和/或成膜助剂溶剂的乙酰丙酸的酯衍生物。公开的酯衍生物是乙酰丙酸与多元醇，例如甘油的反应产物。提到的多元醇是具有两个或多个羟基的多元醇，例如糖醇，如山梨糖醇、甘露糖醇、赤藓醇、乳糖醇、麦芽糖醇、木糖醇、甘油等等。美国专利申请公开号2008/0242721公开了由甘油和乙酰丙酸制备缩酮化合物，以及此类缩酮化合物作为增塑剂的用途。EP0501614公开了酮基羧酸的酯在油漆和涂料中作为成膜助剂的用途。该文献公开了该成膜助剂应具有当涂施的油漆干燥时足以逸出但应当蒸发得比水(其为该胶乳的液体载体)更慢的挥发性。该酮基羧酸，尤其是4-氧代戊酸和5-氧代己酸的N-丁基酯据称是最优选的。在该公开文本中，用于该组合物的醇的链长为2至8个碳原子。虽然本领域那些技术人员预期由碳链长度大于八个碳的醇形成的酯疏水性太高和体积太大以致于不能用作成膜助剂，本专利技术人已经令人惊讶地发现，具有至少10个碳原子的碳链长度的一元醇的乙酰丙酸酯是有效的成膜助剂，提供具有与现有技术教导的那些相比降低的VOC含量的胶乳涂料组合物，并由此与成膜助剂应易于蒸发的教导相反。本专利技术的乙酰丙酸酯还表现出与多元醇，如甘油的酯相比改善的成膜活性，如下文进一步详细描述的那样。专利技术概述在一方面，本专利技术涉及一种水性涂料组合物，其包括:(a)胶乳乳液聚合物；和6)具有至少10个碳原子的一轻基脂族醇的乙酰丙酸酯(levulinic acid ester)。在另一方面，本专利技术涉及水性涂料组合物，其包括胶乳乳液聚合物；和具有10至20个碳原子的一羟基脂族醇的乙酰丙酸酯。在其它方面，该乙酰丙酸酯是具有10至18个碳原子、或10至16个碳原子、或12至16个碳原子的一羟基脂族醇的酯。在另一方面，该乙酰丙酸酯可以包含下列一羟基脂族醇的一种或多种的酯:1-十二烷醇；1-十四烷醇；1-十六烷醇；2-己基-1-癸醇；2_ 丁基-1-辛醇；月桂醇、肉豆蘧醇和鲸蜡醇的混合物；1-癸醇；3，7-二甲基-1-辛醇；香叶醇；香茅醇；异癸醇；异^^一烷醇；或异十三 烷醇。在再一方面，该乙酰丙酸酯可以包含下列一羟基脂族醇的一种或多种的酯:1-十四烷醇、1-十六烷醇、2-己基-1-癸醇、月桂醇、肉豆寇醇或鲸蜡醇。在再一方面，该乙酰丙酸酯可以包含1-十四烷醇或2-己基-1-癸醇的酯或其混合物。在一方面，在基于该胶乳聚合物的固体的各种情况下，该水性涂料组合物的乙酰丙酸酯以(a)中的胶乳聚合物固体的大约I重量％至大约20重量％、或(a)中的胶乳聚合物固体的I重量％至15重量％、或(a)中的胶乳聚合物固体的I重量％至10重量％的量存在。下面公开并要求保护本专利技术的其它方面。专利技术详述在一方面，本专利技术涉及包含成膜助剂的水性涂料组合物，所述成膜助剂是一元醇的乙酰丙酸酯。更具体而言，本专利技术涉及包含具有至少10个碳原子、或10至20个碳原子的一元醇，即具有相对长链疏水性基团的醇的乙酰丙酸酯的涂料组合物。发现此类乙酰丙酸酯在降低胶乳乳液聚合物的最低成膜温度方面特别有效，并能够提供具有降低的VOC排放的涂料制剂。在本专利技术的一种实施方案中，提供了一种水性涂料组合物，其包含(a)胶乳乳液聚合物和(b)作为成膜助剂的本专利技术的一元醇的乙酰丙酸酯。该胶乳乳液聚合物，成分(a)的实例包括水性乙烯基聚合物，其是一种或多种烯键式不饱和单体的反应产物。所述烯键式不饱和单体的实例包括但不限于苯乙烯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸2-乙基己酯、异戊二烯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸辛酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、α-甲基苯乙烯、乙烯基萘、乙烯基甲苯、氯甲基苯乙烯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、丙烯腈、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸乙酰乙酰氧基乙酯、丙烯酸乙酰乙酰氧基乙酯、氯乙烯、偏二氯乙烯、乙酸乙烯酯、丁基丙烯酰胺、乙基丙烯酰胺等等。胶乳乳液聚合物在涂料组合物领域是公知的，我们不会特别限制该术语，尽管某些胶乳乳液聚合物可以更好地适合作为涂料组合物，本身或于本专利技术的成膜助剂一起。根据本专利技术可用的商品胶乳乳液聚合物的实例包括Rhoplex SG-30、Rhoplex HG-74P、Rhoplex SG-10M、Rhoplex AC2508、Ucar 626 和 Ucar379G (均可获自 The Dow ChemicalCompany)> Acronal296D (BASF Corp.)、Aquamac705 和 Aquamac588 (Hexion SpecialtyChemicals)等等。本专利技术的成膜助剂，即成分(b)，是乙酰丙酸的酯衍生物，其可以通过令至少10个碳原子的一元醇与乙酰丙酸、乙酰丙酸卤化物或乙酰丙酸酐反应，并尤其与乙酰丙酸反应来制备。根据本专利技术可用的一元醇是具有单个羟基的。尽管根据本专利技术可以使用任何具有至少10个碳原子的一元醇,优选的一元醇是具有10至20个碳原子、或10至18个碳原子、或10至16个碳原子、或12至16个碳原子的化合物。该一元醇可以是直链分子，例如，具有至少本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭钊明，菲利普·布莱恩·霍尔，
申请(专利权)人：伊士曼化工公司，
类型：
国别省市：