МНОГОКОМПОНЕНТНАЯ ВОДНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ПОКРЫТИЯ И ПОДЛОЖКА С ПОКРЫТИЕМ
MULTICOMPONENT AQUEOUS COATING COMPOSITION AND COATED SUBSTRATE

Область техники
Настоящее изобретение относится к многокомпонентным водным композициям покрытий, используемых в бытовой электронной технике, которые содержат первый компонент и второй компонент, которые перемешивают друг с другом перед нанесением композиции на подложку. Первый компонент содержит водную дисперсию (i) поликарбонат-полиуретанового полимера и (ii) акрилового полиола, характеризующегося среднечисленной молекулярной массой, не большей, чем 5000. Второй компонент содержит материал, имеющий функциональные группы, вступающие в реакцию с функциональными группами акрилового полиола и/или поликарбонат-полиуретанового полимера. Настоящее изобретение также относится и к покрытиям, полученным из таких композиций, и подложкам, по меньшей мере, частично покрытым покрытиями, полученными из таких композиций.
Уровень техники
Уменьшение неблагоприятного воздействия композиций покрытий на окружающую среду, такого как связанное с выделениями в воздух летучей органики во время их нанесения, в течение последних лет представляло собой область непрерывного проведения исследований и разработок. В соответствии с этим повысился интерес к композициям покрытий, характеризующимся низкими уровнями содержания летучих органических соединений («композиции покрытий, характеризующиеся низким уровнем содержания ЛОС»).
На определенных рынках, таких как рынок бытовой электронной техники, желательным является нанесение защитных и декоративных покрытий на подложки из пластика, такие как подложки, сформированные из сополимера акрилонитрила-бутадиена-стирола и/или поликарбоната, помимо других материалов. Однако одна проблема, которая была связана с нанесением таких покрытий на данные типы подложек, заключается в получении надлежащей адгезии между покрытием и подложкой. В некоторых случаях получения надлежащей адгезии добиваются в результате использования покрытий, содержащих растворитель, которые подвергают подложку химическому «травлению», тем самым приводя к возникновению физического зацепления между полимерными цепями подложки и полимерными цепями в покрытии. Однако такие композиции покрытий несовместимы с желанием получения экологически безопасных композиций покрытий, характеризующихся низким уровнем содержания летучих органических соединений (ЛОС).
Другими свойствами, желательными для композиций покрытий, подходящих для нанесения на подложки из пластика, являются влагостойкость и твердость. Влагостойкость представляет собой меру способности покрытия оставаться неповрежденным и бездефектным после воздействия на него воды, в то время как более твердые покрытия являются более стойкими к царапанию и задиранию. Было бы желательно получить водные композиции покрытий, подходящие для использования при нанесении на подложки из пластика, которые могли бы обнаруживать хорошие характеристики адгезии к таким подложкам при одновременной демонстрации наличия достаточных характеристик влагостойкости и твердости.
Краткое изложение изобретения
В определенных аспектах настоящее изобретение относится к многокомпонентным водным композициям покрытий. Данные композиции покрытий содержат (а) первый компонент, содержащий водную дисперсию, содержащую (i) поликарбонат-полиуретановый полимер и (ii) акриловый полиол, характеризующийся среднечисленной молекулярной массой, не большей, чем 5000; и (b) второй компонент, содержащий материал, имеющий функциональные группы, вступающие в реакцию с функциональными группами акрилового полиола и/или поликарбонат-полиуретанового полимера.
Настоящее изобретение также относится к подложкам, по меньшей мере, частично покрытым покрытием, полученным при осаждении такой композиции, способам получения, по меньшей мере, частичного покрытия подложки покрытием, полученным из такой композиции, и подложкам, по меньшей мере, частично покрытым многокомпонентным многослойным покрытием, включающим, по меньшей мере, один слой покрытия, полученный при осаждении такой композиции.
В других аспектах настоящее изобретение относится к многокомпонентным водным композициям покрытий, содержащим водную дисперсию поликарбонат-полиуретанового полимера, где в случае осаждения и отверждения композиции, по меньшей мере, на части подложки из пластика композиция приводит к получению покрытия, которое пристает к подложке, по меньшей мере, настолько же хорошо, как при нанесении в тех же самых условиях к той же самой подложке пристает обычно используемая многокомпонентная содержащая растворитель композиция покрытия, содержащая полиуретан.
Подробное описание изобретения
Для целей следующего далее подробного описания необходимо понимать то, что изобретение может предполагать наличие различных альтернативных вариаций и последовательностей стадий.
Несмотря на то что численные диапазоны и параметры, определяющие широкий объем изобретения, представляют собой приближения, численные значения, представленные в конкретных примерах, приведены с максимально возможной точностью. Однако любое численное значение по самой своей природе включает определенные погрешности, необходимым образом возникающие в результате наличия стандартного отклонения, появляющегося в результате проведения измерений при соответствующих испытаниях.
В данной заявке использование единственного числа включает использование множественного числа, а множественное число включает единственное число, если только конкретно не будет указано другого. Например, и не в порядке ограничения, данная заявка относится к композициям покрытий, которые содержат «акриловый полиол». Такие ссылки на «акриловый полиол» подразумевают включение композиций покрытий, содержащих один акриловый полиол, а также композиций покрытий, которые содержат более чем один акриловый полиол. В дополнение к этому, в данной заявке использование «или» соответствует использованию «и/или», если только конкретно не будет указано другого, даже несмотря на то, что в некоторых случаях может иметь место однозначное использование «и/или».
Как указывалось ранее, определенные варианты реализации настоящего изобретения относятся к «многокомпонентным» композициям покрытий. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «многокомпонентный» обозначает то, что композиция покрытия содержит два и более компонентов, хранящихся или упаковываемых по отдельности, а после этого перемешиваемых друг с другом перед нанесением на подложку. В определенных вариантах реализации настоящего изобретения многокомпонентная композиция покрытия состоит из двух компонентов.
Как указывалось ранее, определенные варианты реализации настоящего изобретения относятся к «водным» композициям покрытий. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «водный» обозначает то, что растворитель или текучий носитель для композиции покрытия в основном или главным образом содержат воду. Например, в определенных вариантах реализации текучий носитель, по меньшей мере, на 80 мас.% состоит из воды.
3
3
Определенные варианты реализации настоящего изобретения относятся к композициям покрытий, которые представляют собой композиции покрытий, «характеризующиеся низким уровнем содержания ЛОС». В соответствии с использованием в настоящем документе термин «композиция, характеризующаяся низким уровнем содержания ЛОС» обозначает то, что композиция содержит не более чем три 1,36 кг (3 фунта) летучих органических соединений на 3,79 дм (один галлон) композиции. В определенных вариантах реализации композиции покрытий настоящего изобретения содержат не более чем 0,454 кг (один (1) фунт) летучего органического соединения на 3,79 дм (один галлон) композиции покрытия. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «летучее органическое соединение» обозначает соединения, которые содержат, по меньшей мере, один атом углерода и которые высвобождаются из композиции во время ее высушивания и/или отверждения. Примеры «летучих органических соединений» включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: спирты, бензолы, толуолы, хлороформы и циклогексаны.
Как указывалось ранее, определенные варианты реализации композиций покрытий настоящего изобретения включают водную дисперсию, содержащую поликарбонат-полиуретановый полимер, а в некоторых случаях алифатический поликарбонат-полиуретановый полимер. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «водная дисперсия» относится к системе, в которой органический компонент образует дисперсную фазу в виде частиц, распределенных по всему объему непрерывной фазы, которая содержит воду. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «органический компонент» подразумевает включение всех органических веществ, присутствующих в водной дисперсии, в том числе любых полимеров, а также любых органических растворителей. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «поликарбонат-полиуретановый полимер» подразумевает включение полимеров, которые в основной цепи полимера имеют повторяющиеся уретановые группы
и повторяющиеся карбонатные группы
Такие полимеры можно получать в результате проведения реакции между гидрокси-функциональным карбонатсодержащим материалом и полиизоцианатом. Подходящие для использования гидрокси-функциональные карбонатсодержащие материалы включают продукт реакции между угольной кислотой или ее производным и диолом. Примеры подходящих для использования диолов включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: этиленгликоль, пропан-1,2- и -1,3-диол, бутан-1,4- и -1,3-диол, гексан-1,6-диол, октан-1,8-диол, неопентилгликоль, 1,4-бисгидроксиметилциклогексан, 3 -метилпропан-1,3-диол, 2,2,4-триметилпентан-1,3-диол, диэтиленгликоль, три- и тетраэтиленгликоль, дипропиленгликоль, полипропиленгликоли, дибутиленгликоль, полибутиленгликоли, бисфенол А и тетрабромбисфенол А. В определенных вариантах реализации диольный компонент содержит от 40 до 100 мас.% гександиола, такого как гексан-1,6-диол, и/или производных гександиола, имеющих группы простого или сложного эфира в дополнение к концевым гидроксильным группам, например, продуктов, полученных в результате проведения реакции между 1 молем гександиола и ≥1 молем капролактона.
В определенных вариантах реализации гидрокси-функциональный карбонатсодержащий материал является, по существу, линейным, хотя в некоторых случаях при желании он может быть и разветвленным в результате включения полифункциональных компонентов, таких как низкомолекулярные полиолы, такие как глицерин, триметилолпропан, гексан-1,2,6-триол, бутан-1,2,4-триол, триметилолпропан, пентаэритрит, хинит, маннит и сорбит, метилгликозид и 1,4,3,6-диангидрогекситы.
Для получения поликарбонат-полиуретанового полимера, используемого в композициях покрытий настоящего изобретения, может быть использован любой материал из широкого ассортимента подходящих полиизоцианатов. Подходящие полиизоцианаты включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: 1,4-тетраметилендиизоцианат, 1,6-гексаметилендиизоцианат, изофорондиизоцианат, 4,4′-метиленбис(циклогексилизоцианат), пара-фенилендиизоцианат, дифенилметан-4,4′-диизоцианат, 2,4-толуолдиизоцианат, 2,6-толуолдиизоцианат, трифенилметан-4,4′,4′′-триизоцианат, 1,2,4-бензолтриизоцианат, полиметиленполифенилизоцианат, изоцианурат гексаметилендиизоцианата, биурет гексаметилендиизоцианата, изоцианурат изофорондиизоцианата, мета-α,α,α′,α′-тетраметилксилилендиизоцианат и пара-α,α,α′,α′-тетраметилксилилендиизоцианат.
2
2
2
Водные дисперсии таких поликарбонат-полиуретановых полимеров, которые являются подходящими для использования в композициях покрытий настоящего изобретения, коммерчески доступны. Примеры таких продуктов включают те, которые доступны в компании Bayer MaterialScience AG, Питтсбург, Пенсильвания, под торговым наименованием Bayhydrol, в том числе Bayhydrol 121 (анионная дисперсия алифатического поликарбонат-полиуретана в воде и н-метил-2-пирролидине при пределе прочности при растяжении 46200 кПа (6700 фунт/дюйм) и относительном удлинении при разрыве 150%), Bayhydrol 123 (анионная дисперсия алифатического поликарбонат-полиуретанового полимера в воде и н-метил-2-пирролидине при пределе прочности при 41400 кПа растяжении (6000 фунт/дюйм) и относительном удлинении при разрыве 320%) и Bayhydrol LS 2952 (анионная дисперсия алифатического поликарбонат-полиуретанового полимера в одной воде при пределе прочности при растяжении 37900 кПа (5500 фунт/дюйм) и относительном удлинении при разрыве 400%. В некоторых случаях такие водные дисперсии по существу не содержат или в некоторых случаях совершенно не содержат органического растворителя так, как это имеет место в случае Bayhydrol LS 2952. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «по существу не содержит» обозначает то, что рассматриваемый материал присутствует, если вообще присутствует, в виде случайной примеси. Другими словами, материал не оказывает влияния на свойства композиции. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «совершенно не содержит» обозначает то, что материал не присутствует совершенно.
Как указывалось ранее, определенные варианты реализации композиций покрытий настоящего изобретения включают водную дисперсию, содержащую акриловый полиол. Акриловые полиолы, подходящие для использования в настоящем изобретении, включают те из них, которые получают в результате проведения полимеризации по механизму полиприсоединения для различных ненасыщенных полимеризуемых материалов, по меньшей мере, один из которых представляет собой гидроксисодержащий полимеризуемый материал с ненасыщенностью этиленового типа. Примерами таких материалов, которые являются подходящими для использования при получении акрилового полиола, включенного в композиции покрытий настоящего изобретения, являются виниловые мономеры, такие как гидроксиалкилакрилаты и -метакрилаты, в том числе сложные эфиры, полученные из акриловой кислоты и метакриловой кислоты и этиленгликоля и пропиленгликоля. Данные акрилаты и метакрилаты в алкильной группе зачастую содержат от 2 до 6 атомов углерода. Кроме того, подходящими для использования являются гидроксисодержащие сложные эфиры и/или амиды ненасыщенных кислот, таких как малеиновая кислота, фумаровая кислота, итаконовая кислота и тому подобное.
В определенных вариантах реализации гидроксисодержащий полимеризуемый материал с ненасыщенностью этиленового типа содержит смесь двух и более вышеупомянутых материалов. В определенных вариантах реализации такие смеси включают смесь материалов, где, по меньшей мере, один из материалов имеет первичную гидроксигруппу, так, как в случае гидроксиэтил(мет)акрилата и 1-бутил(мет)акрилата. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «(мет)акрилат» подразумевает включение как акрилатов, так и метакрилатов. В определенных вариантах реализации такие смеси содержат, по меньшей мере, 2 мас.% материалов, имеющих первичную гидроксигруппу, при расчете на совокупную массу гидроксисодержащих полимеризуемых материалов с ненасыщенностью этиленового типа.
В определенных вариантах реализации количество гидроксисодержащего полимеризуемого материала с ненасыщенностью этиленового типа, используемого для получения акрилового полиола, находится в диапазоне от 2 до 50 мас.%, таком как от 20 до 30 мас.%, при расчете на массу совокупной комбинации мономеров, используемой для получения акрилового полиола.
В определенных вариантах реализации акриловый полиол, присутствующий в композициях покрытий настоящего изобретения, также получают из полимеризуемого материала (материалов) с ненасыщенностью этиленового типа, по существу или в некоторых случаях совершенно не имеющего гидроксильных групп и групп карбоновой кислоты. Примерами таких материалов, которые являются подходящими для использования при получении акрилового полиола, используемого в композициях покрытий настоящего изобретения, являются виниловые мономеры, такие как алкил-, циклоалкил- или арилакрилаты и -метакрилаты, содержащие от 1 до 6 атомов углерода в группе, образующей сложный эфир. Конкретные примеры включают метилметакрилат и н-бутилметакрилат. Другие подходящие для использования материалы включают лаурилметакрилат, 2-этилгексилметакрилат, изоборнилметакрилат и циклогексилметакрилат. Ароматическим винильным мономером, который зачастую включают, является стирол. Другими материалами, которые можно использовать, являются материалы с ненасыщенностью этиленового типа, такие как моноолефиновые и диолефиновые углеводороды, ненасыщенные сложные эфиры органических и неорганических кислот, амиды и сложные эфиры ненасыщенных кислот, нитрилы и ненасыщенные кислоты. Примеры таких мономеров включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: 1,3-бутадиен, акриламид, акрилонитрил, альфа-метилстирол, альфа-метилхлорстирол, винилбутират, винилацетат, аллилхлорид, дивинилбензол, диаллилитаконат, триаллилцианурат, а также их смеси. В определенных вариантах реализации количество полимеризуемого материала (материалов) с ненасыщенностью этиленового типа, не имеющего гидроксильных групп и групп карбоновой кислоты и используемого для получения акрилового полиола, находится в диапазоне от 40 до 98 мас.%, таком как от 60 до 80 мас.%, при расчете на массу совокупной комбинации мономеров, используемой для получения акрилового полиола.
В определенных вариантах реализации акриловый полиол, присутствующий в композициях покрытий настоящего изобретения, также получают из полимеризуемого материала с ненасыщенностью этиленового типа, который имеет группы карбоновой кислоты. Может быть использован практически любой ненасыщенный мономер с кислотной функциональностью, например акриловая кислота, метакриловая кислота, итаконовая кислота и сложные полуэфиры ненасыщенных дикарбоновых кислот, таких как малеиновая кислота. В определенных вариантах реализации количество полимеризуемого материала с ненасыщенностью этиленового типа, который имеет группы карбоновой кислоты и который используют для получения акрилового полиола, находится в диапазоне от 0,5 до 10 мас.%, таком как от 2 до 4 мас.%, при расчете на массу совокупной комбинации мономеров, используемой для получения акрилового полиола.
В определенных вариантах реализации описанный ранее акриловый полиол можно синтезировать из комбинации ненасыщенных полимеризуемых материалов, содержащих (а) от 2 до 50 мас.% так, как от 20 до 30 мас.%, гидроксисодержащего полимеризуемого материала (материалов) с ненасыщенностью этиленового типа; (b) от 40 до 98 мас.% так, как от 60 до 80 мас.%, полимеризуемого материала (материалов) с ненасыщенностью этиленового типа, не имеющего гидроксильных групп и групп карбоновой кислоты; и (с) от 0,5 до 10 мас.% так, как от 2 до 4 мас.%, полимеризуемого материала (материалов) с ненасыщенностью этиленового типа, который имеет группы карбоновой кислоты.
В определенных вариантах реализации акриловый полиол характеризуется гидроксильным числом в диапазоне от 2 до 50, таком как от 20 до 30 или в некоторых случаях от 5 до 250, мг КОН/грамм полимера согласно определению по хорошо известным потенциометрическим методикам. В определенных вариантах реализации акриловый полиол содержит от 0,070 до 1,400 миллиэквивалентов кислоты на один грамм твердой фазы полимера так, как от 0,250 до 0,550 миллиэквивалентов кислоты на один грамм твердой фазы полимера.
Как указывалось ранее, в определенных вариантах реализации композиций покрытий настоящего изобретения акриловый полиол характеризуется относительно низкой молекулярной массой, то есть он характеризуется среднечисленной молекулярной массой, не большей, чем 5000, такой как в диапазоне от 500 до 4000 или в некоторых случаях от 1000 до 3000, при этом молекулярную массу определяют по методу гельпроникающей хроматографии (ГПХ) при использовании в качестве стандарта полистирола. В определенных вариантах реализации такие акриловые полиолы также характеризуются показателем полидисперсности в диапазоне от 1 до 7, таком как от 1 до 5 или в некоторых случаях от 1 до 4. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «показатель полидисперсности» обозначает среднемассовую молекулярную массу (Mw), поделенную на среднечисленную молекулярную массу (Mn) полимера, определенные по методу гельпроникающей хроматографии при использовании полистирольных стандартов.
В определенных вариантах реализации получают водную дисперсию, содержащую акриловый полиол. Способ, подходящий для использования при получении такой водной дисперсии, в настоящем документе представлен в примерах. В определенных вариантах реализации водную дисперсию, содержащую акриловый полиол, получают в результате получения сначала акрилового полимера в органическом растворителе, а после этого, перед диспергированием в воде, кислотные группы акрилового полиола нейтрализуют при помощи щелочного материала, такого как амин. Подходящие амины, которые можно использовать для данной цели, включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: диалканоламины, триалканоламины, алкилалканоламины и арилалканоламины, содержащие от 2 до 18 атомов углерода в алканольной, алкильной и арильной цепях. Конкретные примеры включают N-этилэтаноламин, N-метилэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, N-фенилэтаноламин и диизопропаноламин. Кроме того, подходящими для использования являются и амины, которые не имеют гидроксильных групп, такие как триалкиламины, диамины и смешанные алкилариламины, а также могут быть использованы и замещенные амины, у которых заместители отличны от гидроксила. Конкретными примерами данных аминов являются триэтиламин, метилэтиламин, 2-метилпропиламин, диэтиламин, дипропиламин, дибутиламин, ди(радикал кокосового масла)амин, дифениламин, N-метиланилин, диизопропиламин, метилфениламин и дициклогексиламин. Кроме того, могут быть использованы амины, включающие кольцевые структуры, такие как морфолин, пиперидин, N-метилпиперазин и N-гидроксиэтилпиперазин. Также может быть использован и аммиак, и для целей данной заявки он рассматривается в качестве амина.
В определенных вариантах реализации непрерывная фаза водной дисперсии содержит исключительно воду. Однако в некоторых вариантах реализации в водной дисперсии также может присутствовать и органический растворитель (в виде части дисперсной фазы), например, в целях содействия уменьшению вязкости диспергируемого полимера (полимеров). Например, в определенных вариантах реализации водная дисперсия содержит вплоть до 20 мас.% так, как вплоть до 5 мас.% или в некоторых случаях вплоть до 2 мас.%, органического растворителя, при этом массовый процент получают при расчете на совокупную массу водной дисперсии. Примерами подходящих для использования растворителей, которые можно включать в органический компонент водной дисперсии, являются ксилол, кетон, такой как метиламилкетон, метилизоамилкетон и/или метилизобутилкетон, и/или ацетат, такой как н-бутилацетат, третбутилацетат и/или бутилкарбитолацетат.
Как указывалось ранее, композиции покрытий настоящего изобретения содержат первый компонент, содержащий водную дисперсию, содержащую описанный ранее поликарбонат-полиуретановый полимер и описанный ранее акриловый полиол. Примеры в настоящем документе описывают подходящий для использования способ получения такой дисперсии. В определенных вариантах реализации водную дисперсию получают в результате перемешивания водной дисперсии, содержащей акриловый полиол, которую можно получать так, как было описано ранее, с водной дисперсией, содержащей поликарбонат-полиуретановый полимер, которая может содержать один или несколько коммерчески доступных продуктов, описанных ранее. В определенных вариантах реализации настоящего изобретения количество поликарбонат-полиуретанового полимера, присутствующего в первом компоненте, находится в диапазоне от 5 до 50 мас.%, таком как от 15 до 30 мас.%, при расчете на твердую фазу смолы первого компонента. В определенных вариантах реализации настоящего изобретения количество акрилового полиола, присутствующего в первом компоненте, находится в диапазоне от 30 до 95 мас.%, таком как от 60 до 80 мас.%, при расчете на твердую фазу смолы первого компонента.
Как указывалось ранее, многокомпонентные композиции покрытий настоящего изобретения также содержат второй компонент, содержащий материал, имеющий функциональные группы, вступающие в реакцию с функциональными группами акрилового полиола и/или поликарбонат-полиуретанового полимера. Такой материал в настоящем документе может называться «отвердителем» или «сшивателем».
Неограничивающие примеры подходящих для использования отвердителей включают, например, полиизоцианаты, которые адаптированы к растворению в воде или диспергированию в воде. Такие материалы коммерчески доступны и включают, например, Desmodur ХР 2410 - алифатическую полиизоцианатную смолу на основе гексаметилендиизоцианата и Bayhydrol VP LS 2319 - диспергированная в воде алифатическая полиизоцианатная смола, Bayhydur 302 - диспергируемая в воде полиизоцианатная смола на основе гексаметилендиизоцианата, Bayhydur VP LS 2150 - диспергируемый в воде полиизоцианат на основе изофорондиизоцианата и Bayhydur ХР 7165 - не содержащий растворителя диспергируемый в воде полиизоцианат на основе гексаметилендиизоцианата, все из которых коммерчески доступны в компании Вауеr MaterialScience AG. Кроме того, подходящими для использования являются продукты Rhodocoat WT 1000, WT 2092, WT 2102, XWT 2104, все из которых представляют собой диспергируемые в воде полиизоцианатные смолы на основе алифатических полиизоцианатов, коммерчески доступные в компании Rhodia Corporation.
В определенных вариантах реализации материал, имеющий функциональные группы, вступающие в реакцию с функциональными группами акрилового полиола и/или поликарбонат-полиуретанового полимера, в композиции покрытия присутствует в количестве в диапазоне 15 до 40 мас.%, таком как от 20 до 30 мас.%, при расчете на совокупную массу твердой фазы смолы в композиции.
Композиции покрытий настоящего изобретения в дополнение к описанным ранее компонентам могут содержать широкий ассортимент других вспомогательных материалов. При желании в сочетании с вышеупомянутыми смолами могут быть использованы и материалы других смол. Определенные варианты реализации композиций покрытий настоящего изобретения включают поверхностно-активные вещества, такие как любые соединения из широко известных анионных, катионных или неионных поверхностно-активных веществ или диспергаторов.
Композиции покрытий настоящего изобретения дополнительно могут содержать неорганические и/или неорганически-органические частицы, например, диоксида кремния, оксида алюминия, в том числе модифицированного оксида алюминия (например, оксида алюминия, модифицированного диоксидом кремния, известного под наименованием альфа-оксида алюминия), карбида кремния, алмазного порошка, кубического нитрида бора и карбида бора.
В определенных вариантах реализации перед введением в композицию покрытия частицы включают неорганические частицы, которые характеризуются средним размером частиц в диапазоне от 1 до 10 микронов или от 1 до 5 микронов. В других вариантах реализации перед введением в пленкообразующую композицию неорганические частицы содержат оксид алюминия, характеризуясь средним размером частиц в диапазоне от 1 до 5 микронов.
В определенных вариантах реализации перед введением в композицию такие неорганические частицы могут характеризоваться средним размером частиц в диапазоне от 1 до менее, чем 1000 нанометров, таком как от 1 до 100 нанометров или в некоторых случаях от 5 до 50 нанометров или еще в других случаях от 5 до 25 нанометров. Данные материалы в определенных вариантах реализации настоящего изобретения могут составлять вплоть до 30 мас.% так, как от 0,05 до 5 мас.% или в некоторых случаях от 0,1 до 1 массового процента или еще в других случаях от 0,1 до 0,5 массового процента, при расчете на совокупную массу композиции покрытия.
Композиции покрытий также могут содержать катализатор для ускорения прохождения реакции отверждения, например, между отвердителем (отвердителями) и акриловым полиолом и/или поликарбонат-полиуретановым полимером. Примеры подходящих для использования катализаторов включают оловоорганические соединения, такие как дилаурат дибутилолова, оксид дибутилолова и диацетат дибутилолова. В случае использования катализатора он зачастую присутствует в количестве в диапазоне от 0,1 до 5,0 мас.% или в некоторых случаях от 0,5 до 1,5 мас.%, при расчете на совокупную массу твердой фазы смолы, присутствующей в композиции покрытия.
В композиции настоящего изобретения могут быть введены и другие дополнительные ингредиенты, например пластификаторы, поверхностно-активные вещества, тиксотропные добавки, агенты, препятствующие газообразованию, регуляторы текучести, антиоксиданты, поглотители УФ-излучения и подобные добавки, обычно используемые на современном уровне техники. В случае использования данных ингредиентов они зачастую присутствуют в количестве, доходящем вплоть до приблизительно 40 мас.% при расчете на совокупную массу твердой фазы смолы.
Композиции покрытий настоящего изобретения в определенных вариантах реализации также можно составлять и включающими один или несколько пигментов или наполнителей, обеспечивающих получение окраски и/или оптических эффектов или непрозрачности. Такие композиции пигментированных покрытий могут оказаться подходящими для использования в многокомпонентных многослойных покрытиях, обсуждающихся далее, например, в качестве покрытия грунтовки или в качестве композиции покрытия пигментированной основы в системе покрытия «с окрашенным и бесцветным слоями» или в качестве однослойного покровного покрытия.
Уровень содержания твердой фазы в композициях покрытий настоящего изобретения зачастую находится в диапазоне от 20 до 75 мас.% или от 30 до 65 мас.%, или от 40 до 55 мас.% при расчете на совокупную массу композиции покрытия.
Подходящие для использования способы получения композиций покрытий настоящего изобретения приведены в примерах. Перед нанесением композиции покрытия на подложку первый компонент и второй компонент перемешивают друг с другом. В определенных вариантах реализации композиции покрытий настоящего изобретения характеризуются жизнеспособностью, доходящей вплоть до 8 часов, такой как доходящая вплоть до 4 часов. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «жизнеспособность» относится к продолжительности времени, в течение которого композиция покрытия остается достаточно текучей для того, чтобы ее можно было бы использовать при нанесении покрытия.
Композиции покрытий настоящего изобретения можно наносить на различные подложки, в том числе, помимо прочего, на древесину, металлы, стекло, бумагу, поверхности каменной кладки, пеноматериал и пластик, в том числе на эластомерные подложки. В некоторых случаях композиции покрытий настоящего изобретения являются в особенности хорошо подходящими для использования при нанесении на подложки из пластика. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «подложка из пластика» предполагает включение любого термопластичного или термоотверждающегося синтетического материала, используемого в способах литьевого или реакционного формования, листового формования или других подобных способах, по которым формуют детали, так, как, например, помимо прочего, в случае сополимера акрилонитрила-бутадиена-стирола («АБС»), поликарбоната, термопластичного эластомера, полиуретана и термопластичного полиуретана. В результате настоящее изобретение также относится к подложкам, по меньшей мере, частично покрытым покрытием, полученным при осаждении композиции покрытия настоящего изобретения. Композиции можно наносить при использовании обычных способов, включающих нанесение кистью, по способу погружения, полива, распыления и тому подобного. Могут быть использованы обычные методики распыления и оборудование для распыления сжатым воздухом и либо ручные, либо автоматические способы.
После нанесения композиции покрытия настоящего изобретения на подложку композиции дают возможность коалесцировать до получения на подложке, по существу, непрерывной пленки. Обычно толщина пленки будет находиться в диапазоне приблизительно от 0,25 до 508 микронов (от 0,01 до 20 милов), таком как от 0,01 до 5 милов (от 0,25 до 127 микронов) или в некоторых случаях от 0,1 до 2 милов (от 2,54 до 50,8 микрона) по толщине. Пленку на поверхности подложки получают, добиваясь удаления из пленки материала, такого как вода и/или летучие органические соединения (в случае их присутствия), в результате нагревания или использования периода высушивания на воздухе. В некоторых случаях нагревание будут проводить только в течение короткого периода времени, достаточного для обеспечения возможности нанесения на пленку любых наносимых впоследствии покрытий без растворения композиции. Подходящие для использования условия высушивания будут зависеть от конкретных композиции и подложки, но в общем случае подходящим будет время высушивания продолжительностью от приблизительно 1 до 5 минут при температуре в диапазоне приблизительно от 20°С до 121°С (от 68°F до 250°F). Для разработки оптимального внешнего вида можно наносить более чем одно покрытие, образованное из композиции покрытия. Между нанесениями покрытий покрытие, нанесенное ранее, можно подвергнуть операции однократного испарения, то есть подвергнуть воздействию условий окружающей среды в течение приблизительно от 1 до 20 минут.
Композиции покрытий настоящего изобретения можно использовать при нанесении однослойного покрытия, бесцветного покровного покрытия, покрытия основы в двухслойной системе или одного или нескольких слоев в многослойной системе, включающей композицию бесцветного покровного покрытия, слой красителя и композицию покрытия основы, или слоя грунтовки.
В определенных вариантах реализации композиции покрытий настоящего изобретения можно использовать в качестве части многокомпонентного многослойного покрытия, такого как в случае системы покрытия «с окрашенным и бесцветным слоями», которая включает, по меньшей мере, одно покрытие пигментированной или окрашенной основы и, по меньшей мере, одно бесцветное покровное покрытие. В результате настоящее изобретение также относится и к многокомпонентным многослойным покрытиям, где, по меньшей мере, один слой покрытия получают при осаждении композиции, содержащей композицию покрытия настоящего изобретения. В определенных вариантах реализации все слои такого многокомпонентного многослойного покрытия получают при осаждении композиции, включающей композицию покрытия настоящего изобретения.
Например, в определенных вариантах реализации композиция покрытия, которую осаждают при получении покрытия пигментированной основы, может включать композицию покрытия настоящего изобретения. В таких вариантах реализации композиция покрытия, используемая при получении бесцветного покровного покрытия в системе покрытия «с окрашенным и бесцветным слоями», может включать любую композицию, подходящую для использования в областях применения покрытий, такую как те, что обычно используются, помимо прочего, в областях применения при изготовлении комплектного автомобильного оборудования, в областях применения при повторной чистовой отделке автомобилей, в областях применения промышленных покрытий, в областях применения строительных красок, в областях применения электроосаждаемых покрытий, в областях применения порошковых покрытий, в областях применения покрытий для полосового металла и в областях применения покрытий для аэрокосмических летательных аппаратов. Композиция покрытия, используемая при получении бесцветного покровного покрытия, обычно содержит связующую смолу. В особенности подходящие для использования связующие смолы, помимо прочего, включают, например, акриловые полимеры, сложные полиэфиры, в том числе алкидные смолы, и полиуретаны.
Как указывалось ранее, определенные варианты реализации композиций покрытий настоящего изобретения могут обеспечивать получение покрытий, которые обнаруживают подходящую адгезию к подложке из пластика. Поэтому, как должно быть очевидным из предшествующего описания, настоящее изобретение также относится и к многокомпонентным водным композициям покрытий, содержащим водную дисперсию поликарбонат-полиуретанового полимера, где в случае осаждения и отверждения композиции, по меньшей мере, на части подложки из пластика композиция приводит к получению покрытия, которое пристает к подложке, по меньшей мере, настолько же хорошо, как при нанесении в тех же самых условиях к той же самой подложке пристает обычно используемая многокомпонентная содержащая растворитель композиция покрытия, содержащая полиуретан. В соответствии с использованием в настоящем документе там, где утверждается то, что покрытие «пристает к подложке, по меньшей мере, настолько же хорошо, как и» другое покрытие, имеется в виду то, что покрытие обнаруживает характеристики адгезии, измеренные так, как это описывается в примерах в настоящем документе, равные или лучшие в сопоставлении с характеристиками адгезии, обнаруживаемыми у покрытия, с которым его сравнивают. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «обычно используемая многокомпонентная содержащая растворитель композиция покрытия, содержащая полиуретан» относится к содержащему растворитель двухкомпонентному уретановому однослойному покрытию, характеризующемуся средним уровнем содержания твердой фазы (30-45 мас.% твердой фазы), такому как те, которые коммерчески доступны в компании PPG Industries, Inc., Питтсбург, Пенсильвания под названием покрытий SPECTRACRON SPU 5000 ХРМ Series. В соответствии с использованием в настоящем документе в случае утверждения о том, что покрытие наносят «при тех же самых условиях», что и другое покрытие, имеется в виду то, что композицию покрытия (i) осаждают на подложку до той же самой или подобной толщины пленки, что и композицию, с которой ее сравнивают, и (ii) отверждают при тех же самых или подобных условиях отверждения, таких как температура, относительная влажность и время отверждения, что и композицию, с которой ее сравнивают.
Изобретение иллюстрируют следующие далее примеры, которые, однако, не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение приведенной в них детальной информацией. Если только не будет указано другого, то все части и процентные содержания в следующих далее примерах, а также во всем объеме описания изобретения являются массовыми.
Примеры
Пример 1: Получение дисперсии акрилового полиола
2
В стеклянную реакционную емкость объемом 12 л, оснащенную дефлегматором, перемешивающим устройством из нержавеющей стали и впускным отверстием для N, вводили и нагревали до кипения в условиях дефлегмации 360 г Aromatic 100 и 180 г Dowanol PM. Во втором контейнере получали смесь первичных мономеров, содержащую 1416 г метилметакрилата, 661 г стирола, 73 г димера α-метилстирола, 165 г бутилметакрилата, 518 г бутилакрилата и 840 г гидроксиэтилметакрилата. В третьем контейнере получали раствор инициатора, содержащий 251 г Lupersol 270 и 90 г Dowanol РnВ. Раствор инициатора закачивали в реакционную емкость при постоянном расходе в течение 3 часов 35 минут. По истечении пяти минут после начала добавления раствора инициатора в реактор при постоянном расходе в течение 2 часов закачивали смесь первичных мономеров. В четвертом контейнере получали смесь вторичных мономеров, содержащую 242 г метилметакрилата, 189 г стирола, 340 г гидроксиэтилметакрилата и 113 г акриловой кислоты. Когда добавление раствора первичных мономеров завершали, в реакционную емкость при постоянном расходе в течение 1 часа закачивали смесь вторичных мономеров. После завершения добавления подаваемых вторичных мономеров и раствора инициатора реакционную смесь в течение 30 минут выдерживали при кипячении в условиях дефлегмации. По завершении данного периода выдерживания реакционную смесь охлаждали до 100°С. При 100°С в реакционную емкость по каплям через загрузочную воронку в течение 20 минут добавляли раствор аминов, содержащий 136 г диметилэтаноламина, 68 г триэтаноламина и 614 граммов деионизованной воды. После завершения добавления раствора аминов и перемешивания в течение 15 минут при интенсивном перемешивании добавляли 4905 г деионизованной воды. Реакционную смесь охлаждали до 40°С и оставляли перемешиваться при данной температуре в течение ночи. Дисперсию смолы отфильтровывали через 25-микронный фильтр. Получающаяся в результате акриловая дисперсия характеризовалась значением рН 8,5, уровнем содержания твердой фазы 42,4%, средним размером частиц 1650 ангстремов и вязкостью 100 сантипуазов.
Пример 2: Получение композиций покрытий
Образцы 1 и 2 получали при использовании ингредиентов и количеств (в граммах), продемонстрированных в таблице 1. Образцы получали следующим образом. Ингредиенты первого компонента совместно отвешивали и подвергали переработке в течение ~ 5 минут при ~ 500 об/мин. Ингредиенты второго компонента совместно отвешивали и подвергали переработке в течение ~ 5 минут при ~ 500 об/мин. Две предварительные смеси смешивали друг с другом в течение 2 минут при перемешивании непосредственно перед нанесением.
Таблица 1
Материал
Образец 1
Образец 2
Первый компонент
Колеровочная паста<sup>1</sup>
112,37
150,20
Продукт из примера 1
116,99
134,21
Bayhydrol VP LS 2952
37,50
0,00
Деионизованная вода
24,83
20,98
BYK-333<sup>2</sup>
0,07
0,08
Dowanol PNB<sup>3</sup>
0,00
3,71
Второй компонент
Bayhydrol VP LS 2319
12,77
15,02
Desmodur XP 2410
12,77
15,02
Бутилкарбитолацетат<sup>4</sup>
10,90
12,82
<sup>1</sup> Колеровочная паста на основе Sparkle Silver 3500, коммерчески доступный силикат алюминия от компании Silberline Manufacturing Company. Использовали такое количество пасты, чтобы соотношение между совокупной массой пигмента и массой связующего у конечного покрытия находилось бы в диапазоне от 0,17 до 1,00.
<sup>2</sup> Пеногаситель в виде полисилоксана, модифицированного простым полиэфиром, поставляемый компанией BYK Chemie.
<sup>3</sup> н-бутоксипропанол, поставляемый компанией Dow Chemical Company.
<sup>4</sup> Ацетат диэтиленгликольбутилового простого эфира, поставляемый компанией Dow Chemical Company.
Пример 3: Подложки, подвергаемые испытанию
Образцы 1 и 2 из примера 2 и покрытие, содержащее растворитель, наносили на подложки из различных пластиков. Покрытием, содержащим растворитель, являлось покрытие SPECTRACRON ХРМ 60360S, коммерчески доступное в компании PPG Industries, Inc.. Покрытия наносили при использовании обычного распылителя Binks model 61, коммерчески доступного в компании ITW Industrial Finishing. Покрытия наносили до толщины пленки ~ 20 микронов, а окрашенные панели на 10 минут оставляли при температуре окружающей среды для обезвоживания. После этого панели подвергали горячему высушиванию при 60°С в течение 30 минут. После этого панели оставляли на 7 дней кондиционироваться в условиях окружающей среды. Затем панели подвергали испытанию, результаты которого продемонстрированы в таблице 2.
Таблица 2
Материал
Образец 1
Образец 2
Покрытие, содержащее растворитель
Твердость<sup>1</sup>
148
105
143
Стойкость к воздействию МЭК<sup>2</sup>
4
4
4
Адгезия<sup>3</sup> к:
ПК<sup>4</sup>
5В
0В
0В
АБС<sup>5</sup>
5В
0В
4В
ПК/АБС<sup>6</sup>
5В
0В
5В
ПВХ<sup>7</sup>
5В
0В
5В
Адгезия после воздействия влажности<sup>8</sup> к:
ПК<sup>4</sup>
5В
0В
0В
АБС<sup>5</sup>
5В
0В
3В
ПК/АБС<sup>6</sup>
5В
0В
5В
ПВХ<sup>7</sup>
5В
0В
5В
<sup>1</sup> Твердость измеряли при использовании маятникового прибора для определения твердости Konig в соответствии с документом ASTM D4366.
<sup>2</sup> Стойкость к воздействию МЭК измеряли в соответствии с документом ASTM D4752.
<sup>3</sup> Адгезию измеряли в соответствии с документом ASTM D3359.
<sup>4</sup> Поликарбонатная смола LEXAN EXL 1414, коммерчески доступная в компании GE Advanced Materials.
<sup>5</sup> Акрилонитрил-бутадиен-стирольная смола Dow Magnum 344, коммерчески доступная в компании Dow Chemical Company.
<sup>6</sup> Сплав поликарбонат/сополимер акрилонитрила-бутадиена-стирола CYCOLOY IP 1000, коммерчески доступный в компании GE Advanced Materials.
<sup>7</sup> Поливинилхлоридная смола МР101 Platinum DK2234 от компании PolyOne Corporation.
<sup>8</sup> Адгезию после воздействия влажности измеряли в соответствии с документом ASTM D3359 для панелей, которые перед проведением испытания на адгезию кондиционировали при 98%-ной относительной влажности и 60°С в течение 4 дней.
Как можно видеть, исходя из данных таблицы 2, образец 1, который включал композицию покрытия настоящего изобретения, обнаруживал эксплуатационные характеристики, выраженные через адгезию, твердость и влагостойкость, по меньшей мере, подобные тем, что имеются у покрытия, содержащего растворитель.
Специалисты в соответствующей области техники должны легко понять то, что без отклонения от концепций, раскрытых в предшествующем описании, могут быть реализованы и модификации изобретения. Такие модификации должны рассматриваться как включенные в последующую формулу изобретения. В соответствии с этим, варианты реализации, подробно описанные в настоящем документе, представляют собой исключительно иллюстрации и не ограничивают объем изобретения.