ПОКРЫТИЕ ИЗ РАЗДРОБЛЕННОЙ ПЕНЫ
COATING MADE OF CRUSHED FOAM

Широко применяемый способ покрытия подложек представляет собой нанесение покрытия из раздробленной пены. Пенное покрытие не проникает в пористые подложки так глубоко, как проникает обычное покрытие, что, таким образом, позволяет сохранить первоначальные свойства подложки. Например, когда подложка представляет собой ткань, применение пенного покрытия уменьшает проникновение указанного покрытия в ткань, что, таким образом, позволяет сохранить мягкую драпировку и «тактильные ощущения» первоначальной ткани. Сушка и затем раздробление пены уменьшает толщину покрытия, что является желательным в самых различных применениях, например, в случае тканей с покрытием, используемых для драпировки. Однако после нанесения покрытия до обеспечения стандартной толщины и затем раздробления посредством стандартного способа раздробления желательно обеспечить покрытие из раздробленной пены, имеющее большую толщину, чем имеют другие покрытия из раздробленной пены после применения таких же стандартных способов покрытия и раздробления. Кроме того, желательно, чтобы после нанесения покрытия до обеспечения стандартной толщины и затем раздробления посредством стандартного способа раздробления, можно было обеспечить покрытие из раздробленной пены, характеризующееся большим привесом (массой покрытия на единицу площади), чем ранее известные покрытия. Также желательно, чтобы после нанесения покрытия до обеспечения стандартной толщины и затем раздробления посредством стандартного способа раздробления, можно было обеспечить покрытие из раздробленной пены, которое является более мягким при прикосновении (т.е. которое более мягкое на ощупь), чем известные ранее покрытия.
В US 7829626 описаны водные композиции, содержащие «полимерный матирующий компонент». В US 7829626 описаны обычные покрытия, нанесенные непосредственно на подложку и высушенные. Желательно получить покрытия из раздробленной пены, обеспечивающие одно или более из следующих улучшений по сравнению с известными ранее покрытиями из раздробленной пены: большую толщину при одинаковых условиях нанесения и раздробления; больший привес при одинаковых условиях нанесения и раздробления; большую мягкость «на ощупь» или любую комбинацию.
Ниже приведено описание изобретения.
Первый аспект настоящего изобретения представляет собой способ получения покрытия на подложке, включающий одну или более стадий раздробления высушенного слоя вспененной водной композиции для покрытия, при этом указанная водная композиция для покрытия содержит совокупность многослойных сополимерных частиц со средневзвешенным диаметром от 2 до 20 мкм, причем указанные многослойные сополимерные частицы содержат ядро, температура стеклования (Tg) которого составляет 20°С или менее.
Второй аспект настоящего изобретения представляет собой изделие, содержащее покрытие на подложке, полученное способом согласно первому аспекту. Ниже приведено подробное описание настоящего изобретения.
В настоящем документе следующие термины имеют указанные определения, если контекст явно не указывает на иное.
«Композиция для покрытия» представляет собой жидкую композицию, предназначенную для нанесения в виде слоя на поверхность подложки. Композиции для покрытия содержат непрерывную жидкую среду, в которой растворены или диспергированы один или более дополнительных ингредиентов. После нанесения на поверхность слоя композиции для покрытия жидкую среду подвергают испарению или оставляют испаряться, при этом считается, что оставшиеся ингредиенты образуют на поверхности «покрытие».
В настоящем документе считается, что композиция представляет собой жидкость, если она находится в жидком состоянии при 25°С.
В настоящем документе «полимер» представляет собой относительно большую молекулу, состоящую из продуктов реакции более маленьких химических повторяющихся звеньев. Полимеры могут иметь структуры, которые являются линейными, разветвленными, звездообразными, петлевидными, сверхразветвленными, сшитыми или представляют собой их комбинацию. Полимеры, содержащие один тип повторяющегося звена, называют гомополимерами, и полимеры, содержащие более одного типа повторяющегося звена, называют сополимерами. Сополимеры могут содержать разные типы повторяющихся звеньев, расположенных случайным образом, один за другим, в виде блоков, в других конфигурациях или в любой их смеси или комбинации. Средиевесовая молекулярная масса полимеров составляет 1000 или более.
В настоящем документе «масса полимера» означает сухую массу полимера.
В настоящем документе молекулы, которые могут взаимодействовать друг с другом с образованием повторяющихся звеньев полимера, называют «мономерами». В настоящем документе образованные таким образом повторяющиеся звенья называют «полимеризованными звеньями» мономера.
Органический полимер представляет собой полимер, в котором все полимеризованные звенья представляют собой звенья мономеров, являющихся органическими соединениями. Органические соединения представляют собой соединения, содержащие углеродные атомы, за исключением относительно небольшого количества углеродных соединений, которые в общем случае считаются неорганическими. Углеродными соединениями, которые обычно считаются неорганическими, являются, например, бинарные соединения (такие как оксиды углерода и дисульфид углерода), тернарные соединения (такие как цианиды металлов, карбонилы металлов, фосген и карбонилсульфид) и карбонаты металлов (такие как карбонат кальция и карбонат натрия).
1
2
3
4
Виниловые мономеры имеют структуру  где каждый из R, R, R и R независимо представляет собой водород, галоген, алифатическую группу (такую как, например, алкильная группа), замещенную алифатическую группу, арильную группу, замещенную арильную группу, другую замещенную или незамещенную органическую группу или любую их комбинацию.
Некоторые подходящие виниловые мономеры включают, например, стирол, замещенные стиролы, диены, этилен, другие алкены, диены, производные этилена и их смеси. Производные этилена включают, например, незамещенные или замещенные варианты следующих соединений: этениловых эфиров замещенных или незамещенных алкановых кислот (в том числе, например, винилацетат и винилнеодеканоат), акрилонитрила, (мет)акриловых кислот, (мет)акрилатов, (мет)акриламидов, винилхлорида, галогенированных алкенов и их смесей. В настоящем документе «(мет)акриловый» означает акриловый или метакриловый; «(мет)акрилат» означает акрилат или метакрилат; и «(мет)акриламид» означает акриламид или метакриламид. «Замещенный» означает содержащий по меньшей мере одну присоединенную химическую группу, такую как, например, алкильная группа, алкенильная группа, винильная группа, гидроксильная группа, группа карбоновой кислоты, другие функциональные группы и их комбинации. Согласно некоторым вариантам реализации замещенные мономеры включают, например, мономеры с более чем одной углерод-углеродной двойной связью, мономеры с гидроксильными группами, мономеры с другими функциональными группами и мономеры с комбинациями функциональных групп.
В настоящем документе акриловые мономеры представляют собой мономеры, выбранные из (мет)акриловой кислоты, алкиловых эфиров (мет)акриловой кислоты, алкиловых эфиров (мет)акриловой кислоты, содержащих один или более заместитель в алкильной группе, (мет)акриламида, N-замещенного (мет)акриламида и их смесей. В настоящем документе винилароматические мономеры представляют собой мономеры, выбранные из стирола, альфа-алкилстиролов и их смесей.
Одним из классов виниловых мономеров являются мультиэтиленненасыщенные мономеры, которые представляют собой мономеры, содержащие две или более полимеризуемые углерод-углеродные двойные связи. Примерами мультиэтиленненасыщенных мономеров являются дивинилбензол, аллил(мет)акрилат и мультиакрилатные эфиры алкилен полиолов. Алкилен полиолы представляют собой алканы, в которых два или более атомов водорода заменены на гидроксильные группы. Мультиакрилатный эфир алкилен полиола представляет собой соединение, имеющее структуру, которая образуется, если две или более из гидроксильных групп в полиоле каждая взаимодействуют с акриловой кислотой или метакриловой кислотой с образованием сложноэфирной связи. В настоящем документе мультиэтиленненасыщенные мономеры, в которых все углерод-углеродные двойные связи имеют равную реакционную способность в отношении свободнорадикальной полимеризации, называют «сшивающими мономерами». В настоящем документе мультиэтиленненасыщенные мономеры, в которых по меньшей мере одна из углерод-углеродных двойных связей имеет более высокую реакционную способность в отношении свободнорадикальной полимеризации, чем по меньшей мере одна из других углерод-углеродных двойных связей, называют «прививающими мономерами».
В настоящем документе скрытый сшивающий виниловый мономер представляет собой виниловый мономер, содержащий одну или более полимеризуемых винильных групп и также содержащий одну или более реакционноспособных групп, не взаимодействующих во время виниловой полимеризации, но способных подвергаться сшивающей реакции после того, как латексный полимер был нанесен на подложку.
В настоящем документе считается, что жидкость является «водной», если она содержит 50% или более воды по массе в расчете на массу жидкости. При диспергировании дополнительных ингредиентов в водной жидкости указанную жидкость называют водной средой. Ингредиенты, которые растворяются (а не диспергируются) в жидкости, становятся частью водной среды.
В настоящем документе полимер, полученный посредством полимеризации в водной эмульсии, называют «латексным» полимером. Латексные полимеры существуют в виде частиц, распределенных по всей водной среде.
В настоящем документе виниловый полимер представляет собой полимер, в котором 90% или более полимеризованных звеньев представляют собой виниловые мономеры. В настоящем документе «акриловый» полимер представляет собой полимер, в котором 30% или более полимеризованных звеньев выбраны из акриловых мономеров, а также в которых 75% или более полимеризованных звеньев выбраны из группы, состоящей из акриловых мономеров и винилароматических мономеров. Процентные содержания приведены по массе в расчете на массу полимера.
3
3
3
Совокупность частиц можно охарактеризовать с помощью средневзвешенного диаметра (WAD) частиц, содержащихся в такой совокупности. Кроме того, однородность распределения диаметров можно охарактеризовать с помощью W20, который представляет собой процент по массе совокупности частиц, состоящей из частиц, диаметр которых в 0,8 раз больше WAD и в 1,2 раз меньше WAD. Кроме того, однородность распределения диаметров можно охарактеризовать с помощью W10, который представляет собой процент по массе совокупности частиц, состоящей из частиц, диаметр которых в 0,9 раз больше WAD и в 1,1 раз меньше WAD. Средневзвешенный диаметр измеряют с помощью фотоседиментометрии с применением дисковой центрифуги, используя следующие условия: прибор представляет собой фотоседиментометр («DCP») (CPS Instruments, Inc.), который разделяет моды посредством центрифугирования и седиментации через сахарозу с градиентом концентрации. Пробы готовят путем добавления 1-2 капель в 10 см деионизированной воды, содержащей 0,1% лаурилсульфат натрия. Пробу объемом 0,1 см впрыскивают во вращающийся диск, заполненный 15 смсахарозы с градиентом концентрации. Пробы анализируют относительно полистирольного градуировочного стандарта. Конкретными условиями являются: градиент концентрации сахарозы от 2 до 8%; скорость диска 10000 об/мин; градуировочный стандарт представляет собой полистирол диаметром 895 нм.
Некоторые сферические частицы имеют однородный показатель преломления, что означает, что такой показатель преломления является одинаковым по всему объему частицы. Другие сферические частицы имеют неоднородный показатель преломления, что означает, что разные объемные части сферических частиц имеют разные показатели преломления. Некоторые неоднородные сферические частицы называют частицами с градиентным показателем («GRIN»); в GRIN частице значения показателя преломления распределены относительно центра частицы посредством сферической симметрии, при этом показатель преломления изменяется монотонно (возрастает или уменьшается, или изменяется скачкообразно или проявляет их комбинацию) от центра частицы к наружной поверхности.
Сферические частицы можно охарактеризовать с помощью значения K, которое представляет собой показатель сжимаемости частиц. Значения K определены в Investigation for Surface Morphology and Mechanical Property Variations of Single Polymer Particles», Journal of Applied Polymer Science Volume 104 (4) 2007, 2350, Dong Ok Kim, Jeong Нее Jin. K10 представляет собой значение K при 10% сжатии и K0 представляет собой значение К при полном сжатии. Значения K измеряют при скорости сжатия 0,79 грамм-сила/сек.
Температуру стеклования (Tg) определяют с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) при 10°С в мин, используя метод средней точки.
Многослойный полимер представляет собой полимер, полученный посредством двух или более отдельных процессов полимеризации, при этом второй процесс полимеризации выполняют в присутствии полимера, который был получен в первом процессе полимеризации, и любой последующий процесс полимеризации, при проведении, осуществляют в присутствии полимеров, которые были получены в предыдущих процессах полимеризации. В каждом из указанных отдельных процессов полимеризации получают полимер, называемый в настоящем документе «ступенью». «Ядро» представляет собой ступень, которая не является конечной ступенью.
В настоящем документе пена представляет собой композицию, в которой присутствуют пузырьки газа, распределенные в жидкой среде. Плотность пен составляет 0,6 г/см или менее. После того, как жидкая композиция была подвергнута процессу, который обеспечивает введение пузырьков газа и превращение жидкой композиции в пену, полученную пену называют «вспененной композицией».
После того, как слой водной композиции был нанесен на поверхность с образованием слоя, такой слой считается «высушенным», когда количество воды в слое составляет 20% или менее по массе в расчете на массу слоя, или когда количество воды составляет половину или менее от количества воды, которое присутствовало в слое, когда слой был впервые нанесен на поверхность, вне зависимости от того, какое количество ниже.
После того, как слой водной композиции для покрытия был нанесен на поверхность подложки и высушен, полученный слой называют в настоящем документе «покрытием», при этом изделие, содержащее как подложку, так и указанное покрытие, называют в настоящем документе «подложкой с покрытием».
В настоящем документе «раздробление» представляет собой процесс воздействия на слой высушенной водной композиции для покрытия механически приложенного давления для уменьшения толщины покрытия. Механическое давление можно приложить к покрытию, например, путем приложения механического давления к подложке с покрытием, например, посредством прессования подложки с покрытием между плоскими пластинами или посредством пропускания указанной подложки с покрытием между прижимными роликами под давлением.
Связующий полимер представляет собой полимер, который присутствует в водной композиции для покрытия или в растворенном состоянии или в виде диспергированных частиц или их комбинации. В условиях применения настоящего изобретения связующие полимеры образуют адгезивную пленку после нанесения на подложку слоя водной композиции для покрытия. Некоторые связующие полимеры требуют воздействие температуры выше 25°С для образования адгезивной пленки, а другие связующие полимеры не требуют.
Анионное поверхностно-активное вещество представляет собой соединение, содержащее одну или более углеводородную группу и одну или более анионную группу. Углеводородная группа представляет собой химическую группу, содержащую только атомы углерода и водорода и содержащую 6 или более атомов углерода.
В настоящем документе минеральный пигмент представляет собой неорганическое соединение, которое имеет форму совокупности твердых частиц со средневзвешенным размером от 50 нм до 1 мм.
В настоящем документе соединение является нерастворимым в воде, если количество такого соединения, которое растворится в 100 граммах воды при 25°С, составляет 0,1 грамма или менее.
В настоящем документе масло представляет собой соединение, нерастворимое в воде при 25°С и содержащее одну или более углеводородную группу, содержащую 10 или более углеродных атомов.
«Ручной» представляет собой характеристику ткани, которая может быть тканой или нетканой и которая может иметь покрытие или не иметь покрытия. «Ручной» относится к легкости, с которой ткань драпируется поверх объекта небольшой формы, таком как рука человека. Для целей настоящего изобретения, «ручной» является противоположностью жесткости.
Когда в настоящем документе указывают, что, соотношение составляет Х:1 или больше, это означает, что указанное отношение составляет Y:1, где Y больше или равно X. Например, если указано, что соотношение составляет 3:1 или больше, такое соотношение может составлять 3:1 или 5:1 или 100:1, но не может составлять 2:1. Аналогичным образом, когда в настоящем документе указывают, что соотношение составляет W:1 или меньше, это означает, что соотношение составляет Z:1, где Z меньше или равно W. Например, если указывают, что соотношение составляет 15:1 или меньше, такое соотношение может составлять 15:1 или 10:1 или 0,1:1, но не может составлять 20:1.
Практическая реализация настоящего изобретения включает применение водной композиции для покрытия, содержащей совокупность многослойных сополимерных частиц со средневзвешенным диаметром от 2 до 20 мкм и ядром, температура стеклования (Tg) которого составляет 20°С или менее.
Предпочтительные многослойные сополимерные частицы содержат ядро, Tg которого составляет 10°С или ниже; более предпочтительно 0°С или ниже. Предпочтительные ядра представляют собой виниловые полимеры; более предпочтительными являются виниловые полимеры, в которых количество полимеризованных звеньев акриловых мономеров составляет 50% или более; более предпочтительно 75% или более; более предпочтительно 95% или более по массе в расчете на массу винилового полимера. Ядро предпочтительно содержит полимеризованные звенья одного или более незамещенного алкилового эфира (мет)акриловой кислоты. Более предпочтительно, ядро содержит полимеризованные звенья одного или более незамещенного алкилового эфира акриловой кислоты, в которых алкильные группы имеют 2 или более углеродных атома; более предпочтительно 3 или более углеродных атомов. Более предпочтительно, ядро содержит полимеризованные звенья одного или более незамещенных алкиловых эфиров акриловой кислоты, в которых алкильная группа имеет 20 или менее углеродных атомов; более предпочтительно 12 или менее углеродных атомов; более предпочтительно 8 или менее углеродных атомов. Количество полимеризованных звеньев незамещенных алкиловых эфиров (мет)акриловой кислоты в ядре предпочтительно составляет 50% или более; более предпочтительно 70% или более по массе в расчете на массу ступени.
Ядро предпочтительно содержит полимеризованные звенья одного или более прививающего агента. Ядро предпочтительно содержит полимеризованные звенья прививающего агента в количестве 0,5% или более; более предпочтительно 1% или более. Ядро предпочтительно содержит полимеризованные звенья прививающего агента в количестве 10% или ниже; более предпочтительно 7% или ниже.
Предпочтительными являются многослойные сополимерные частицы, дополнительно содержащие одну или более ступень, Tg которой составляет больше 20°С; более предпочтительно 30°С или выше.
Среди ступеней, Tg которых выше 20°С, предпочтительными являются виниловые полимеры; более предпочтительными являются виниловые полимеры, в которых количество полимеризованных звеньев акриловых мономеров составляет 50% или более; более предпочтительно 75% или более; более предпочтительно 95% или более по массе в расчете на массу винилового полимера. Ступень, Tg которой выше 20°С, предпочтительно содержит полимеризованные звенья одного или более незамещенного алкилового эфира (мет)акриловой кислоты. Более предпочтительно, ступень, Tg которой выше 20°С, содержит полимеризованные звенья одного или более незамещенного алкилового эфира метакриловой кислоты, в которых алкильная группа содержит 6 или менее углеродных атомов; более предпочтительно 4 или менее углеродных атомов. Ступень, Tg которой выше 20°С, предпочтительно также содержит полимеризованные звенья одного или более незамещенного алкилового эфира акриловой кислоты, содержащие 8 или менее углеродных атомов; более предпочтительно 4 или менее углеродных атомов. Количество полимеризованных звеньев незамещенного алкилового эфира (мет)акриловой кислоты в ступени, Tg которой выше 20°С, предпочтительно составляет 50% или более; более предпочтительно 70% или более по массе в расчете на массу ступени.
Многослойные сополимерные частицы могут иметь любую морфологию, в том числе оболочку, окружающую ядро, оболочку, частично окружающую ядро, многолепестковую структуру, структуру типа «островки в матрице», другие структуры или их комбинацию. Ступень с температурой Tg более 20°С предпочтительно окружает ядро.
Средневзвешенный диаметр совокупности многослойных сополимерных частиц предпочтительно составляет 15 мкм или менее; более предпочтительно 10 мкм или менее. Средневзвешенный диаметр совокупности многослойных сополимерных частиц предпочтительно составляет 3 мкм или более.
Массовое отношение ядра к ступени, имеющей Tg более 20°С, предпочтительно составляет 1:1 или выше; более предпочтительно 1,5:1 или выше; более предпочтительно 2,3:1 или выше. Массовое отношение ступени, имеющей Tg 20°С или меньше, к ступени, имеющей Tg более 20°С, предпочтительно составляет 19:1 или ниже; более предпочтительно 9:1 или ниже; более предпочтительно 5,7:1 или ниже.
2
Многослойные сополимерные частицы предпочтительно имеют значение К10 менее 1,9 Е+10 Н/м. Многослойные сополимерные частицы предпочтительно имеют соотношение K0:K10 больше 1,5:1, более предпочтительно больше 3:1.
W20 совокупности многослойных сополимерных частиц предпочтительно составляет 80% или выше; более предпочтительно 90% или выше; более предпочтительно 95% или выше. W10 совокупности многослойных сополимерных частиц предпочтительно составляет 75% или выше; более предпочтительно 80% или выше; более предпочтительно 85% или выше.
Совокупность многослойных сополимерных частиц предпочтительно представляет собой совокупность GRIN сополимерных частиц. Среди GRIN частиц показатель преломления предпочтительно ниже в центре частицы, чем на наружной поверхности. Среди GRIN частиц разница между самым высоким и самым низким показателями преломления предпочтительно составляет 0,005 или более; более предпочтительно 0,01 или более. Среди GRIN частиц разница между самым высоким и самым низким показателями преломления предпочтительно составляет 0,1 или менее; более предпочтительно 0,06 или менее; более предпочтительно 0,02 или менее.
Одним из средств охарактеризования количества многослойных сополимерных частиц является сухая масса многослойных сополимерных частиц, выраженная как процентное содержание в расчете на общую массу твердой фазы водной композиции для покрытия. При таком охарактеризовании количество многослойных сополимерных частиц предпочтительно составляет 0,5% или более; более предпочтительно 1% или более. При таком охарактеризовании количество многослойных сополимерных частиц предпочтительно составляет 15% или менее; более предпочтительно 12% или менее; более предпочтительно 10% или менее; более предпочтительно 8% или менее.
Водная композиция для покрытия наряду с совокупностью многослойных сополимерных частиц предпочтительно содержит один или более связующих полимеров. Предпочтительный связующий полимер присутствует в виде совокупности диспергированных частиц в водной среде; более предпочтительными являются диспергированные частицы, полученные посредством эмульсионной полимеризации. Предпочтительными связующими полимерами являются акриловые полимеры. Предпочтительные связующие полимеры либо не содержат полимеризованные звенья мультиэтиленненасыщенных мономеров, либо содержат 1% или менее полимеризованных звеньев мультиэтиленненасыщенных мономеров по массе в расчете на массу связующего полимера. Предпочтительные связующие полимеры содержат от 0,5% до 10% по массе полимеризованных звеньев одного или более скрытых сшивающих виниловых мономеров. Предпочтительными скрытыми сшивающими виниловыми мономерами являются виниловые мономеры, содержащие триалкоксисилиловые группы, виниловые мономеры, содержащие одну или более карбонильных групп, алкилол(мет)акриламидные мономеры, виниловые мономеры, содержащие одну или более эпокси групп, дикарбоновые кислоты (такие как, например, итаконовая кислота), четверичный диметиламиноэтилметакрилат-эпихлоргидрин и их смеси. Более предпочтительными скрытыми сшивающими виниловыми мономерами являются виниловые мономеры, содержащие триалкоксисилиловые группы, виниловые мономеры, содержащие одну или более карбонильных групп, алкилол(мет)акриламидные мономеры, виниловые мономеры, содержащие одну или более эпокси групп, и их смеси.
Предпочтительные связующие полимеры имеют Tg 30°С или выше; более предпочтительно 50°С или выше. Предпочтительные связующие полимеры имеют Tg 100°С или ниже.
Общее количество твердого полимера в водной композиции для покрытия предпочтительно составляет 5% или более; более предпочтительно 10% или более; более предпочтительно 15% или более; более предпочтительно 20% или более по массе в расчете на общую массу водной композиции для покрытия. Общее количество твердого полимера в водной композиции для покрытия предпочтительно составляет 50% или менее; более предпочтительно 40% или менее; более предпочтительно 30% или менее по массе в расчете на общую массу водной композиции для покрытия.
Отношение сухой массы многослойных полимерных частиц к сухой массе связующего полимера предпочтительно составляет 0,01:1 или выше; более предпочтительно 0,02:1 или выше; более предпочтительно 0,025:1 или выше. Отношение сухой массы многослойных полимерных частиц к сухой массе связующего полимера предпочтительно составляет 0,4:1 или ниже; более предпочтительно 0,3:1 или ниже; более предпочтительно 0,2:1 или ниже.
Водная композиция для покрытия предпочтительно содержит одно или более анионное поверхностно-активное вещество. Предпочтительные анионные поверхностно-активные вещества содержат одну или более углеводородных групп, содержащих 8 или более углеродных атомов. Водная композиция для покрытия предпочтительно содержит одно или более анионных поверхностно-активных веществ, в которых углеводородная группа представляет собой линейную алкильную группу, содержащую 12 или более углеродных атомов; более предпочтительно 14 или более углеродных атомов; более предпочтительно 16 или более углеродных атомов. Водная композиция для покрытия предпочтительно содержит одно или более анионных поверхностно-активных веществ, в которых анионная группа представляет собой сульфосукцинатную группу, сульфатную группу, карбоксилатную группу или их смесь. Более предпочтительно, если водная композиция для покрытия содержит одно или более анионных поверхностно-активных веществ, в которых анионная группа представляет собой карбоксилатную групп.
Общее количество всех анионных поверхностно-активных веществ в водной композиции для покрытия предпочтительно составляет 3% или более; более предпочтительно 4% или более; более предпочтительно 5% или более по массе в расчете на массу твердой фазы всех полимеров в водной композиции для покрытия. Общее количество всех анионных поверхностно-активных веществ в водной композиции для покрытия предпочтительно составляет 10% или менее; более предпочтительно 9% или менее; более предпочтительно 8% или менее по массе в расчете на массу твердой фазы всех полимеров в водной композиции для покрытия.
Водная композиция для покрытия необязательно содержит один или более минеральный пигмент. При наличии одного или более минеральных пигментов предпочтительно, если частицы минерального пигмента диспергированы в водной среде. Предпочтительными минеральными пигментами являются диоксид титана, карбонат кальция, глина и их смеси.
При наличии одного или более минеральных пигментов количество минерального пигмента можно охарактеризовать с помощью соотношения W1:W2, где W1 представляет собой сухую массу всех связующих полимеров плюс сухая масса всех многослойных сополимерных частиц и W2 представляет собой сумму сухих масс всех минеральных пигментов. W1:W2 предпочтительно составляет 0,8:1 или выше; более предпочтительно 1:1 или выше; более предпочтительно 1,2:1 или выше. W1:W2 предпочтительно составляет 2:1 или ниже; более предпочтительно 1,8:1 или ниже; более предпочтительно 1,6:1 или ниже; более предпочтительно 1,4:1 или ниже.
Общее количество воды в водной композиции для покрытия предпочтительно составляет 70% или менее; более предпочтительно 60% или менее; более предпочтительно 55% или менее по массе в расчете на массу водной композиции для покрытия. Общее количество воды в водной композиции для покрытия предпочтительно составляет 49% или более по массе в расчете на массу водной композиции для покрытия.
Водная композиция для покрытия предпочтительно не содержит противовспенивающий агент или, если противовспенивающий агент присутствует, количество противовспенивающего агента составляет 0,01% или менее по массе в расчете на сухую массу связующего полимера. Типичные противовспенивающие агенты представляют собой нерастворимые масла и силиконовые полимеры. Общее количество всех нерастворимых масел и силиконовых полимеров в водной композиции для покрытия предпочтительно равно нулю или составляет 0,01% или менее по массе в расчете на сухую массу связующего полимера.
3
3
3
3
3
3
Согласно предпочтительным вариантам реализации предложена исходная водная композиция для покрытия, которая не является пеной, при этом такая исходная водная композиция для покрытия подвергается процессу, включающему введение пузырьков газа и превращение жидкой композиции в пену. Исходная водная композиция для покрытия предпочтительно содержит различные ингредиенты, которые в водной среде растворяются или диспергируются или подвергаются их комбинации. Плотность исходной водной композиции для покрытия составляет 0,7 г/см или выше; более предпочтительно 0,8 г/см или выше; более предпочтительно 0,9 г/см или выше. Плотность исходной водной композиции для покрытия предпочтительно составляет 1,5 г/см или ниже; более предпочтительно 1,4 г/см или ниже; более предпочтительно 1,3 г/см или ниже.
Способы, обеспечивающие введение пузырьков газа, включают, например, механическое перемешивание, нагнетание газа из источника при давлении выше атмосферного давления и их смеси. Предпочтительными являются способы, включающие механическое перемешивание.
3
3
3
3
3
3
3
3
При превращении водной композиции для покрытия во вспененную композицию плотность предпочтительно составляет 0,05 г/см или выше; более предпочтительно 0,08 г/см или выше; более предпочтительно 0,1 г/см или выше; более предпочтительно 0,13 г/см или выше. При превращении водной композиции для покрытия во вспененную композицию плотность предпочтительно составляет 0,5 г/см или ниже; более предпочтительно 0,4 г/см или ниже; более предпочтительно 0,3 г/см или ниже; более предпочтительно 0,2 г/см или ниже.
Предпочтительные подложки имеют один размер, составляющий 1 см или меньше, при этом два других размера составляют 10 см или больше. Предпочтительные подложки представляют собой полимерные пленки, тканые материалы, волокнистые маты без связующего вещества и клееные нетканые материалы; более предпочтительными являются тканые материалы и клееные нетканые материалы; более предпочтительными являются тканые материалы.
После того, как слой вспененной водной композиции для покрытия был нанесен на подложку, целесообразно оценить толщину такого слоя до проведения любого процесса сушки или раздробления. Предпочтительно, чтобы толщина составляла 5 мкм или более; более предпочтительно 10 мкм или более; более предпочтительно 20 мкм или более. Предпочтительно, чтобы толщина составляла 70 мкм или менее; более предпочтительно 50 мкм или менее; более предпочтительно 30 мкм или менее.
Слой водной композиции для покрытия на поверхности подложки предпочтительно высушивают путем воздействия на указанный слой нагретого воздуха. Такое воздействие предпочтительно осуществляют путем размещения подложки с покрытием в печь или путем пропускания подложки с покрытием через печь. Температура нагретого воздуха во время процесса сушки предпочтительно составляет 70°С или выше; более предпочтительно 80°С или выше; более предпочтительно 90°С или выше. Температура нагретого воздуха во время процесса сушки предпочтительно составляет 115°С или ниже; более предпочтительно 110°С или ниже. Длительность времени, в течение которого подложку с покрытием подвергают воздействию нагретого воздуха во время процесса сушки, предпочтительно составляет 1 минуту или более; более предпочтительно 2 минуты или более; более предпочтительно 4 минуты или более. Длительность времени, в течение которого подложку с покрытием подвергают воздействию нагретого воздуха во время процесса сушки, предпочтительно составляет 20 минут или менее; более предпочтительно 12 минут или менее; более предпочтительно 8 минут или менее.
После завершения процесса сушки количество воды в высушенном покрытии предпочтительно составляет 0,5% или более; более предпочтительно 1% или более; более предпочтительно 2% или более по массе в расчете на массу высушенного покрытия. После завершения процесса сушки количество воды в высушенном покрытии предпочтительно составляет 15% или менее; более предпочтительно 10% или менее по массе в расчете на массу высушенного покрытия.
После процесса сушки высушенное покрытие раздрабливают. Предпочтительный способ раздробления состоит в пропускании подложки с покрытием между параллельными роликами, выполненными таким образом, что механическая сила толкает ролики по направлению друг к другу. Механическая сила характеризуется параметром FLINEAR, который представляет собой общую механическую силу, действующую на ролики, деленную на длину роликов. FLINEAR предпочтительно составляет 2 кгс/см (11,2 фунт-сила/дюйм) или больше; более предпочтительно 4 кгс/см (22,4 фунт-сила/дюйм) или больше; более предпочтительно 5 кгс/см (28 фунт-сила/дюйм) или больше. FLINEAR предпочтительно составляет 9 кгс/см (50,4 фунт-сила/дюйм) или менее; более предпочтительно 8 кгс/см (44,8 фунт-сила/дюйм) или менее; более предпочтительно 7 кгс/см (39,2 фунт-сила/дюйм) или менее.
После того, как водная композиция для покрытия была вспенена, нанесена на подложку, высушена и раздроблена, конечный результат называют покрытием из раздробленной пены. После того как на поверхности подложки был сформирован первый слой покрытия из раздробленной пены, на поверхности предыдущего покрытия из раздробленной пены предпочтительно формируют один или более дополнительных слоев раздробленных вспененных покрытий. Для каждого последующего слоя все подходящие и предпочтительные характеристики, в том числе состав водной композиции для покрытия и характеристики стадий получения покрытия из раздробленной пены, являются такими же, как описано выше.
После того, как были сформированы все слои покрытия из раздробленной пены, полученное покрытие предпочтительно нагревают. Покрытие предпочтительно нагревают до подходящей температуры и в течение достаточного времени, так что реакционноспособные группы в скрытых сшивающих мономерах, если такие присутствуют, взаимодействуют с образованием поперечных связей. В настоящем документе такую стадию нагревания называют стадией нагревания для отверждения.
Покрытие из раздробленной пены предпочтительно отверждают путем воздействия на слой нагретого воздуха. Такое воздействие предпочтительно осуществляют путем размещения подложки с покрытием в печь или путем пропускания подложки с покрытием через печь. Температура нагретого воздуха во время процесса отверждения предпочтительно составляет 150°С или выше; более предпочтительно 160°С или выше; более предпочтительно 170°С или выше. Температура нагретого воздуха во время процесса отверждения предпочтительно составляет 210°С или ниже; более предпочтительно 190°С или ниже. Длительность времени, в течение которого подложку с покрытием подвергают воздействию нагретого воздуха во время процесса отверждения, составляет предпочтительно 1 минуту или более; более предпочтительно 2 минуты или более; более предпочтительно 4 минуты или более. Длительность времени, в течение которого подложку с покрытием подвергают воздействию нагретого воздуха во время процесса сушки, составляет предпочтительно 20 минут или менее; более предпочтительно 12 минут или менее; более предпочтительно 8 минут или менее.
После завершения процесса отверждения количество воды в отвержденном покрытии составляет от 0% до менее 2%; более предпочтительно от 0% до 1% по массе в расчете на массу отвержденного покрытия.
Одно из предпочтительных применений настоящего изобретения состоит в изготовлении драпировочных тканей способом, включающим нанесение покрытия из раздробленной пены на тканый материал. Покрытие из раздробленной пены обеспечивает отличную непрозрачность, которая часто требуется в драпировочных тканях.
При получении покрытия из раздробленной пены желательно, чтобы «привес» был высоким. Привес представляет собой характеристику готового, отвержденного покрытия из раздробленной пены. Привес представляет собой массу покрытия на единицу площади поверхности подложки. При приготовлении двух водных композиций для покрытия и при вспенивании, нанесении, высушивании, раздроблении и отверждении указанных двух водных композиций для покрытия с применением одинаковых способов, считается, что покрытие с более высоким привесом имеет лучший привес.
При получении покрытия из раздробленной пены желательно, чтобы конечная толщина была высокой. При приготовлении двух водных композиций для покрытия и при вспенивании, нанесении, высушивании, раздроблении и отверждении указанных двух водных композиций для покрытия с применением одинаковых способов, считается, что покрытие с более высокой толщиной имеет лучшую толщину.
В предыдущие годы для улучшения покрытий из раздробленной пены рассматривались и/или применялись другие подходы. Например, один из таких подходов представляет собой введение заполненных газом полых полимерных частиц. Некоторые примеры заполненных газом полых полимерных частиц представляют собой микросферы Expancel™ (AkzoNobel). Считается, что такие частицы расширяются при нагревании покрытия во время стадий сушки и/или отверждения процесса получения покрытия из раздробленной пены. Считается, что применение таких частиц может негативно влиять на внешний вид готового продукта из-за образования поверхности, которая не является гладкой.
При практической реализации настоящего изобретения водная композиция для покрытия предпочтительно не содержит заполненных газом полых полимерных частиц. Считается, что покрытия, изготовленные согласно настоящему изобретению, превосходят покрытия, изготовленные с применением заполненных газом полых полимерных частиц, поскольку покрытия, изготовленные согласно настоящему изобретению, будут более компактными и однородными. Считается, что одно из преимуществ применения способа согласно настоящему изобретению состоит в том, что полученные покрытия имеют после раздробления вид гладкой поверхности.
В общем случае, считается, что покрытия, изготовленные способом согласно настоящему изобретению, будут иметь отличные характеристики в отношении следующих свойств или в отношении любой комбинации следующих свойств: прочность при стирке, прочность при химической чистке и эластичность при сравнительно низкой температуре.
Ниже приведены примеры настоящего изобретения.
GRIN частицы были изготовлены согласно способам, описанным в US 7829626. GRIN частицы были изготовлены сначала путем получения затравочной частицы посредством полимеризации в водной эмульсии. Средневзвешенный диаметр затравочной частицы составлял 0,56 мкм. Затравка составляла 0,031% по массе относительно массы готовой GRIN частицы. Ядро получали путем полимеризации в водной эмульсии в присутствии затравочной частицы. Композиция ядра содержала 96% бутилакрилата и 4% аллил метакрилата по массе в расчете на массу первой ступени. Композиция второй ступени содержала 96% метилметакрилата и 4% этилакрилата по массе в расчете на массу второй ступени. Массовое соотношение первой ступени ко второй ступени составляло 80:20.
Полученная совокупность GRIN полимерных частиц имела средневзвешенный диаметр от 4 до 5 мкм, имела одну Tg ниже -20°С и имела другую Tg выше 50°С.
Связующий полимер представлял собой акриловый латексный полимер, содержащий полимеризованные звенья скрытого сшивающего мономера. Составы были следующими. «Ех» означает пример и «СЕх» означает сравнительный пример. В примерах 2, 3 и 4 связующий латекс смешивали с GRIN латексом и затем полученную смесь смешивали с остальными ингредиентами. Все четыре состава сохраняли постоянное массовое отношение, в расчете на влажную массу, суммы связующего латекса плюс латекс в форме GRIN частиц к суспензиям пигмента.
Каждый состав испытывали следующим образом.
Кусок тканого материала, состоящего из 70% полиэстера/30% хлопка, растягивали на 41,9 см × 76,2 см (16,5 × 30 дюйм) игольчатой раме и помещали на 34,3 см × 68,6 см (13,5 × 27 дюйм) блок. Ножевое устройство регулировали таким образом, чтобы его зазор составлял 25 мкм.
200 г состава вводили в чашу стандартного стационарного миксера. KITCHENAID™. С помощью дополнительного приспособления для взбивания смесь взбивали, используя «высокий» установочный параметр, в течение 2 минут и 30 секунд. Затем пену разглаживали путем понижения скорости до установочного параметра «2» в течение дополнительных 30 секунд.
Затем пену наносили на ткань путем нанесения пены сверху вниз с помощью ножевого устройства с получением однородного покрытия. Далее игольчатую раму с влажным пенным покрытием удаляли из блока и помещали в печь с температурой 104°С (220°F) на 5 минут.
Через 5 минут ткань удаляли из игольчатой рамы и пропускали через плюсовку Birch Brothers для раздробления сухого покрытия. Давление верхних и нижних роликов устанавливали равным 0,41 мегапаскаля (60 psi), что соответствует силе 5,91 кгс/см (33,12 фунт-сила/дюйм); при скорости 8,44 метров (27,7 футов) в минуту. Затем после раздробления ткань возвращали обратно на игольчатую раму и наносили еще 2 слоя, при этом сушку и раздробление осуществляли в промежутке между нанесением каждого слоя.
После нанесения всех 3 слоев, высушивания и раздробления, полученный занавес отверждали в печи с температурой 177°С (350°F) в течение 5 минут. Затем готовый продукт оценивали на привес и толщину. Результаты были следующими:
2
Применение больших количества латекса в форме GRIN частиц привели к более высокому привесу и большей толщине. Кроме того, было отмечено, что присутствие гранул GRIN приводит к более высокой толщине, чем можно было бы ожидать от сравнительных покрытий. То есть сравнительное покрытие СЕх 1 имеет привес 257 г/м и толщину 8,89 мкм. В обычном случае можно было бы ожидать, что, если бы привес увеличился, например, на 18%, то толщина также увеличилась бы на 18%. Однако покрытие Ех 2 имеет привес на 18% больше, чем привес СЕх 1, при этом покрытие Ех 2 имеет толщину, которая на 31% больше по сравнению с СЕх 1, намного больше, чем ожидаемые 18%. Аналогичным образом, по сравнению с СЕх 1 покрытие Ех 3 демонстрирует увеличение привеса на 42% и увеличение толщины на 75%. Аналогичным образом, по сравнению с СЕх 1 покрытие Ех 4 демонстрирует увеличение привеса на 64% и увеличение толщины на 96%. Во всех трех примерах % увеличение толщины намного больше, чем % увеличение привеса.
Предполагается, что способность наращивать непропорционально высокую толщину покрытия из раздробленной пены позволит способу согласно настоящему изобретению обеспечить покрытия из раздробленной пены более мягкие на ощупь, чем сопоставимые известные ранее покрытия.