УСТОЙЧИВЫЕ К ИСТИРАНИЮ И УСТОЙЧИВЫЕ К ОТСЛАИВАНИЮ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В АРХИТЕКТУРЕ
RESISTANT TO ABRASION AND RESISTANT TO PEELING COMPOSITION FOR USE IN ARCHITECTURE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001]
Данное изобретение в целом относится к краскам и окрашивающим средствам, которые являются устойчивыми к истиранию и/или отслаиванию, и более конкретно настоящее изобретение относится к краскам и окрашивающим средствам, предназначенным для стен в областях с интенсивным движением.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002]
Люди или объекты, такие как вешалки-плечики, обувь или мебель во время перемещения в офисе, часто касаются или задевают стены в областях с интенсивным движением или в ограниченных пространствах, таких как комнаты для переодевания или коридоры. Такие объекты оставляют потертости на стенах, либо удаляя слой краски, либо оставляя остаток на поверхности краски. Попытки свести к минимуму количество потертостей не были полностью удовлетворительными, и стены в областях с интенсивным движением необходимо регулярно повторно окрашивать.
[0003]
В патенте Соединенных Штатов Америки № 5959020, выданном Oliveri et al., описана отверждаемая под действием УФ композиция, содержащая воск, полимеризуемое под воздействием излучения соединение и по меньшей мере один ингибитор, который предотвращает полимеризацию in situ. Данный воск растворяют с полимеризуемым под воздействием излучения соединением и ингибитором, охлаждают и затем микронизируют до тонкодисперсных частиц. Такие тонкодисперсные частицы затем смешивают с краской, лаком или типографской краской, которые являются отверждаемыми под действием УФ. В данном приведенном источнике раскрыт один отвержденный под действием УФ образец, который проявляет некоторую устойчивость к истиранию.
[0004]
В патенте Соединенных Штатов Америки № 6033736, выданном Pearlman и Black, описана водная эмульсия воска, которую наносят на поверхность старой краски, поверхность свежей краски или любую неокрашенную поверхность в качестве базового покрытия для нанесения краски так, что другое покрытие может быть нанесено поверх нее. Водная эмульсия воска высыхает, становясь непрерывным покрытием воска, которое может быть удалено с помощью горячей воды под давлением, с удалением при этом также верхнего покрытия. Водная эмульсия воска, как правило, содержит этиленовый воск, эмульгатор и воду.
[0005]
Ранее в термопластики также были включены воски перед процессом формования для изменения одной или более характеристик процесса формования и/или сформованных частей. В патенте Соединенных Штатов Америки № 5962573, выданном Berta, описано добавление определенных окисленных полиэтиленовых восков в композицию на основе термопластичных полиолефинов так, что сформованные части обладали улучшенной адгезией к краскам. В патенте Соединенных Штатов Америки № 7291676, выданном Berta, описано добавление конкретных окисленных полиэтиленовых восков к гетеропластическому полиолефину с обеспечением надлежащего баланса между стойкостью к абразивному износу и мягкостью сформованных частей.
[0006]
Традиционные устойчивые к истиранию краски, как правило, представляют собой двухкомпонентные композиции, для которых необходимо смешивание потребителями двух отдельных компонентов вместе перед нанесением их на окрашиваемые поверхности. Однако остается необходимость в противоизносных и/или стойких к отслаиванию покрытиях для использования в архитектуре или красках, которые могут быть отверждены путем испарения растворителя на воздухе и не требуют смешивания компонентов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007]
Настоящее изобретение направлено на композиции краски, которые содержат латексную смолу с включением зерен воска и порошок воска и/или эмульсию воска, а также другие добавки. Композиции краски по настоящему изобретению образуют пленки краски путем испарения растворителя, которые могут являться устойчивыми к образованию потертостей и отслаиванию. Предпочтительно композиция краски по настоящему изобретению представляет собой однокомпонентную краску, т.е. нет необходимости в смешивании двух или более компонентов, перед тем как краска является готовой к применению.
[0008]
В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к водной композиции покрытия для использования в архитектуре, которая образует пленку краски, при этом указанная пленка краски способна проявлять устойчивость к истиранию или отслаиванию, при этом водная композиция покрытия для использования в архитектуре содержит латекс с включением зерен воска, где латекс с включением зерен воска содержит гидрофобное соединение воскового ряда, заключенное в полимерную матрицу, и добавленный воск, где добавленный воск составляет от 1,04 вес. % до 4,77 вес. % водной композиции покрытия для использования в архитектуре.
[0009]
Водная композиция покрытия для использования в архитектуре может дополнительно содержать придающий мутность пигмент, при этом диапазон весовых отношений придающего мутность пигмента к воску составляет от 5,6 до 8. Водная композиция покрытия для использования в архитектуре может дополнительно содержать добавку, способствующую коалесценции, при этом диапазон весовых отношений латекса с включением зерен воска к добавке, способствующей коалесценции, составляет от 14,7 до 16,15. Водная композиция покрытия для использования в архитектуре может дополнительно содержать полиуретановую смолу, при этом диапазон весовых отношений латекса с включением зерен воска к полиуретановой смоле составляет приблизительно 2,17 ± 10%, предпочтительно ± 5%, более предпочтительно ± 2,5%. Водная композиция покрытия для использования в архитектуре может дополнительно содержать полимерный синтетический пигмент, при этом диапазон весовых отношений латекса с включением зерен воска к полимерному синтетическому пигменту составляет приблизительно 12,11 ± 10%, предпочтительно ± 5%, более предпочтительно ± 2,5%.
[0010]
В другом варианте осуществления настоящее изобретение направлено на водную композицию покрытия для использования в архитектуре, которая образует пленку краски, причем указанная пленка краски способна проявлять устойчивость к истиранию или отслаиванию, при этом водная композиция покрытия для использования в архитектуре содержит латекс с включением зерен воска, где латекс с включением зерен воска содержит гидрофобное соединение воскового ряда, заключенное в полимерную матрицу, необязательный придающий мутность пигмент и добавленный воск, где добавленный воск составляет от приблизительно 2,0 вес. % до приблизительно 12,0 вес. % водной композиции покрытия для использования в архитектуре.
Воск предпочтительно может составлять от приблизительно 3,0 вес. % до 10,0 вес. % водной композиции покрытия для использования в архитектуре или от приблизительно 3,0 вес. % до 7,0 вес. % водной композиции покрытия для использования в архитектуре.
[0011]
Водная композиция покрытия для использования в архитектуре может дополнительно содержать придающий мутность пигмент, и при этом диапазон весовых отношений придающего мутность пигмента к воску составляет менее чем приблизительно 8,0, или диапазон весовых отношений придающего мутность пигмента к воску составляет менее чем приблизительно 6,0. Диапазон весовых отношений латекса с включением зерен воска к добавке, способствующей коалесценции, составляет от приблизительно 15 до приблизительно 35. Водная композиция покрытия для использования в архитектуре может дополнительно содержать полиуретановую смолу, при этом диапазон весовых отношений латекса с включением зерен воска к полиуретановой смоле составляет от приблизительно 1,0 до приблизительно 2,5 или от приблизительно 1,25 до приблизительно 2,25.
В еще одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к водной композиции покрытия для использования в архитектуре, которая образует пленку краски, причем указанная пленка краски способна проявлять устойчивость к истиранию или отслаиванию, при этом водная композиция покрытия для использования в архитектуре содержит латекс с включением зерен воска, необязательный придающий мутность пигмент, воск и добавку, способствующую коалесценции. Латекс с включением зерен воска содержит гидрофобное соединение воскового ряда, заключенное в полимерную матрицу, и при этом воск составляет от приблизительно 0,25 вес. % до приблизительно 2,0 вес. % водной композиции покрытия для использования в архитектуре. Предпочтительно добавка, способствующая коалесценции, составляет от приблизительно 2,5 вес. % до приблизительно 5 вес. % водной композиции покрытия для использования в архитектуре.
[0012]
Воск может составлять менее чем приблизительно 1,75 вес. %, предпочтительно менее чем приблизительно 1,5 вес. % или 1,25 вес. %, или менее чем приблизительно 1,0 вес. %, или приблизительно 0,5 вес. % водной композиции покрытия для использования в архитектуре.  Добавка, способствующая коалесценции, может составлять по меньшей мере приблизительно 2,8 вес. %, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,0 вес. %, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,5 вес. % водной композиции покрытия для использования в архитектуре.
[0013]
Во всех вариантах осуществления воск может предусматривать порошок окисленного HDPE, характеризующийся значениями среднего размера частиц (mV) от приблизительно 1 микрона (мкм) до приблизительно 25 мкм, предпочтительно от приблизительно 3 мкм до приблизительно 22 мкм, предпочтительно от приблизительно 5 мкм до приблизительно 20 мкм. Воск может предусматривать дисперсию HDPE-воска в воде или другом растворителе. Латекс с включением зерен воска может содержать восковую сердцевину, характеризующуюся молекулярной массой (Mn или Mw) от приблизительно 200 до приблизительно 1000, и необязательно акриловый матричный полимер. Во всех вариантах осуществления водная композиция покрытия для использования в архитектуре может содержать цветной(цветные) пигмент(пигменты) или краситель(красители).
[0014]
Во всех вариантах осуществления настоящее изобретение относится к водным композициям покрытия для использования в архитектуре, которые образуют пленки краски посредством коалесценции путем испарения растворителя, и пленки краски способны проявлять устойчивость к истиранию или отслаиванию.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0015]
В прилагаемых графических материалах, которые образуют часть описания, и которые следует читать в сочетании с ним, и в которых одинаковые номера позиций использованы для обозначения одинаковых частей в различных видах:
[0016]
фиг. 1 представляет собой фотографию стены в области с интенсивным движением, показывающую наглядное сравнение краски по настоящему изобретению и традиционной устойчивой к истиранию краски;
[0017]
фиг. 2 представляет собой другую фотографию, подобную фигуре 1;
[0018]
фиг. 3A – 3C представляют собой фотографии потертостей и разводов на стенах, окрашенных традиционными красками;
[0019]
фиг. 4A – 4C представляют собой фотографии стен, окрашенных краской по настоящему изобретению; и
[0020]
фиг. 5A – 5D представляют собой фотографии собственной процедуры тестирования устойчивости к истиранию.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0021]
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что воск при применении в определенных или предварительно заданных количествах и в комбинации с гидрофобной водной латексной смолой обеспечивает получение пленок краски, которые являются устойчивыми к истиранию и отслаиванию. Предпочтительная гидрофобная водная латексная смола раскрыта в совместном патенте Соединенных Штатов Америки № 8980995 под названием “Paints with Improved Water Staining and Color Rub-Off Qualities”, выданном Yang et al и опубликованном 17 марта 2015 г. В патенте ‘995 описан гибридный латексный полимер, где латекс содержит гидрофобную или восковую сердцевину, заключенную в полимерную оболочку, далее в данном документе «латекс с включением зерен воска». Патент ‘995 включен во всей своей полноте посредством ссылки в данный документ. В настоящем изобретении применяют данный латекс с включением зерен воска в различных покрытиях для использования в архитектуре, таких как краски и окрашивающие средства, предпочтительно для конкретных применений, например, для стен в областях с интенсивным движений, таких как коридоры и комнаты для переодевания.
[0022]
Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, хотя восковые сердцевины в латексе с включением зерен воска в незначительной степени мигрируют к поверхности латекса, они обеспечивают гидрофобность пленок краски с улучшением устойчивости к размягчению и образованию пятен под действием воды и с увеличением твердости, и при этом восковые частицы, как правило, перемещаются к поверхности пленок краски с обеспечением скольжения, так что посторонние предметы при трении о пленки краски по настоящему изобретению имеют более низкую склонность их истирать.
I. ГИБРИДНЫЕ ЛАТЕКСНЫЕ ПОЛИМЕРЫ ИЛИ ЛАТЕКС С ВКЛЮЧЕНИЕМ ЗЕРЕН ВОСКА, РАСКРЫТЫЕ В ПАТЕНТЕ США № 8980995
[0023]
В совместном патенте США № 8980995 описана улучшенная устойчивость к образованию пятен под действием воды и стирание цвета латексных красок, при этом с поддержанием отличных свойств в отношении стойкости к истиранию и высвобождения масляных пятен. В отличие от других гидрофобных твердых полимерных добавок, которые непрочно связаны на поверхности сухой пленки или на границе раздела латексных частиц, данные гибридные латексные полимеры заключают гидрофобные соединения в матричном полимере. Гибридный латексный полимер содержит одно или более гидрофобных соединений и один или более матричных полимеров, при этом гидрофобные соединения заключены в структуру матричных полимеров (не только на поверхности матричных полимеров).
[0024]
Не ограничиваясь конкретным механизмом, гибридные латексные полимеры могут иметь структуру «ядро-оболочка» или любую неоднородную морфологию. Оболочка или вторая фаза гибридного латексного полимера может иметь такой же или подобный мономерный состав, как и гомогенный латексный полимер, для улучшения совместимости и/или для обеспечения механизма самосшивания для образования по сути однородной сшитой сетки для улучшения механической прочности. Гибридный латексный полимер содержит одно или более гидрофобных соединений и один или более матричных полимеров, при этом гидрофобное соединение заключено в структуру матричного полимера, а не просто добавлено или примешано в состав или в композицию краски.
[0025]
Гидрофобные соединения могут представлять собой кремнийорганические соединения, силиконмодифицированные алкиды, низкомолекулярный полиэтилен, низкомолекулярный полипропилен и парафины, и при этом матричный полимер можно образовывать из любого из следующих мономеров: (мет)акрилаты, стиролсодержащие мономеры, виниловые сложные эфиры и другие этиленненасыщенные мономеры.
[0026]
«Гидрофобное соединение» означает гидрофобное соединение, которое является твердым или характеризуется температурой перегонки при 50% отгона, составляющей по меньшей мере более 200°C, и предпочтительно представляет собой (1) силикон или дисперсию силиконмодифицированного полимера, (2) дисперсии фторированного полимера, характеризующегося молекулярной массой от нескольких сотен до более миллиона, (3) дисперсию углеводородных полимеров с молекулярной массой от нескольких сотен до более миллиона, (4) полимеры, содержащие длинные звенья с алкановой структурой на главной цепи или боковой цепи, или (5) их смеси.
[0027]
Предпочтительные гидрофобные соединения представляют собой твердые вещества в дисперсии, наиболее предпочтительно в водной дисперсии. Более предпочтительно гидрофобные соединения предусматривают без ограничения кремнийорганические соединения, парафины и их смеси. Более предпочтительно гидрофобные соединения предусматривают без ограничения силиконовое масло, реакционноспособное силиконовое масло, силиконмодифицированные уретаны, силиконмодифицированные алкиды, низкомолекулярный полиэтилен, низкомолекулярный полипропилен и их смеси.
[0028]
«Низкомолекулярный» определен как характеризующийся либо средневесовой молекулярной массой, либо среднечисловой молекулярной массой, составляющей от приблизительно 200 до приблизительно 1000. «Парафин» определен как низкомолекулярный полиэтилен. «Смесь мономеров» относится к комбинации мономеров, применяемых для образования матричного полимера. «Матричный полимер» является известным специалисту в данной области техники, и его образуют из этиленненасыщенных мономеров, таких как (мет)акрилаты, стиролсодержащие мономеры, сложные виниловые эфиры, и других этиленненасыщенных мономеров.
[0029]
1
20
3
20
Примеры (мет)акрилатов включают без ограничения различные (C-C)алкиловые или (C-C)алкениловые сложные эфиры (мет)акриловой кислоты; например, без ограничения метил(мет)акрилат, этил(мет)акрилат, н-пропил(мет)акрилат, изопропил(мет)акрилат, н-бутил(мет)акрилат, изобутил(мет)акрилат, пентил(мет)акрилат, 2-этилгексил(мет)акрилат, децил(мет)акрилат, додецил(мет)акрилат, стеарил(мет)акрилат, α-хлорэтил(мет)акрилат, циклогексил(мет)акрилат, фенил(мет)акрилат, метоксиэтил(мет)акрилат, этоксиэтил(мет)акрилат, метоксипропил(мет)акрилат, этоксипропил(мет)акрилат, лаурилакрилат, метилметакрилат, бутилметакрилат, этилметакрилат, изодецилметакрилат и лаурилметакрилат. Предполагается, что выражение «(мет)акриловая кислота» используется как общее выражение, охватывающее как акриловую, так и метакриловую кислоту. Подобным образом предполагается, что выражение «(мет)акрилат» представляет собой общее выражение, охватывающее сложные эфиры как акриловой кислоты, так и метакриловой кислоты.
[0030]
Примеры стиролсодержащих мономеров включают без ограничения стирол, алкилстиролы (например, α-этилстирол, α-метилстирол, винилтолуол, 2,4-диметилстирол, 4-трет-бутилстирол и т.п.) и галогенстиролы (например, α-бромстирол, 2,6-дихлорстирол и т.п.).
[0031]
Примеры сложных виниловых эфиров включают без ограничения винилкарбоксилат-алкиловые простые эфиры (например, винилацетат, винилпропионат, винилбутираты, винилбензоаты, их галогензамещенные варианты, такие как винилхлорацетат и т.п.), и мономеры VeoVa.
[0032]
Другие этиленненасыщенные мономеры, которые можно применять в качестве сомономеров, включают без ограничения содержащие карбоксильную группу мономеры, содержащие гидроксильную группу мономеры, содержащие амидную группу мономеры, содержащие аминогруппу мономеры, содержащие эпоксигруппу мономеры, содержащие винильную группу мономеры и родственные олигомеры. Неограничивающие примеры представляют собой акриловую кислоту (AA), метакриловую кислоту (MAA), итаконовую кислоту (IA), полуэфир итаконовой кислоты, малеиновую кислоту, полуэфир малеиновой кислоты, малеиновый ангидрид и т.п., гидроксиэтилакрилат (HEA), гидроксиэтилметакрилат (HEMA), гидроксипропил(мет)акрилат, гидроксибутилакрилат, сложный эфир моно(мет)акриловой кислоты и аллилового спирта, многоатомные спирты и т.п., 2-аминоэтил(мет)акрилат, диметиламиноэтил(мет)акрилат, диэтиламиноэтил(мет)акрилат, 3-аминопропил(мет)акрилат, 2-бутиламиноэтил(мет)акрилат, винилпиридин и т.п., акриламид, малеинамид, диалкилакриламиды, диалкилалкакриламиды, аллиловые соединения (например, аллилхлорид, аллиловые сложные эфиры насыщенных монокарбоновых кислот, сложные аллилалкиловые эфиры насыщенных дикарбоновых органических кислот и т.п.) и т.п. и их комбинации.
[0033]
Другая группа мономеров, которые можно применять в матричном полимере, также содержит реакционноспособные функциональные группы, но данные группы способны сшивать полимер после нанесения продуктов в виде покрытий, в которых применяют полимеры. Такие мономеры совместно называют термином «способные к сшиванию мономеры», такие как содержащие «кетогруппу» или карбонильную группу мономеры. Неограничивающие примеры представляют собой метилвинилкетон, этилвинилкетон, бутилвинилкетон, (мет)акролеин, кротоновый альдегид, диацетон(мет)акриламид, диацетон(мет)акрилат и смешанные сложные эфиры алифатических диолов с (мет)акриловой кислотой и ацетоуксусной кислотой, диацетонметакриламид, ацетоацетоксиэтилметакрилат (AAEM), малеиновый ангидрид, итаконовый ангидрид, цитраконовый ангидрид и диацетонакриламид (DAAM); глицидилмет(акрилат), β-метилглицидилмет(акрилат), 3,4-эпоксициклогексилметилмет(акрилат), 3,4-эпоксициклогексилэтилмет(акрилат), 3,4-эпоксициклогексилпропилмет(акрилат), аллилглицидиловый эфир, аллилглицидиловый эфир; N-метилолакриламид и такие «сшиваемые под действием кислорода» мономеры, в которых используется атмосферный кислород, но не требуется сшивающее средство в их составе для образования поперечных связей под действием кислорода, и т.п.
[0034]
Способные к сшиванию мономеры обеспечивают отверждение водных латексных смол и краски или композиций для использования применения в архитектуре, которые включают способные к сшиванию мономеры, посредством испарения растворителя, коалесценции и/или осуществления реакции после нанесения краски или композиций для использования применения в архитектуре на окрашиваемую поверхность без необходимости в отверждении под действием тепла или УФ.
[0035]
Дополнительные мономеры, которые можно применять в матричном полимере, включают содержащие функциональные этиленуреидогруппы мономеры; аллилацетоацетат; этилен; пропилен; бутадиен и другие сложные виниловые эфиры; виниловые мономеры, такие как винилхлорид, винилтолуол и винилбензофенон; винилиденхлорид, малеиновый ангидрид; 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту; винилсульфоновую кислоту; стиролсульфоновую кислоту; 1-аллилокси-2-гидроксипропансульфоновую кислоту; алкилаллилсульфоянтарную кислоту; сульфоэтил(мет)акрилат; фосфоалкил(мет)акрилаты, такие как фосфоэтил(мет)акрилат, фосфопропил(мет)акрилат и фосфобутил(мет)акрилат; фосфоалкилкротонат, фосфоалкилмалеат; фосфоалкилфумарат; фосфодиалкил(мет)акрилат; фосфодиалкилкротонат и аллилфосфат, аллилметакрилат, диаллилфталат, 1,4-бутиленгликольдиметакрилат, 1,2-этиленгликольдиметакрилат, 1,6-гександиолдиакрилат и дивинилбензол.
[0036]
Способ полимеризации, необходимый для образования гибридных латексных полимеров по настоящему изобретению, представляет собой эмульсионную полимеризацию (известную из уровня техники) мономеров, применяемых для образования матричных полимеров, при этом инициация* эмульсионной полимеризации происходит в присутствии гидрофобных соединений.
[0037]
В одном варианте осуществления гибридных латексных полимеров гидрофобные соединения представляют собой зерна в виде эмульсии. Гибридные латексные полимеры, как правило, полимеризуют в системе для получения латекса, содержащей воду, поверхностно-активное вещество, необходимые мономеры для матричного полимера, гидрофобное соединение, инициатор, необязательное средство для контроля молекулярной массы полимера, необязательное средство для регуляции pH, необязательное средство для дополнительной инициации, необязательную добавку, способствующую коалесценции, необязательный пеногаситель и необязательный консервант, каждый из которых может быть добавлен в различные моменты времени. В одном варианте осуществления способ полимеризации осуществляют в среде, где растворитель отсутствует.
[0038]
Примеры поверхностно-активных веществ, пригодных в способе полимеризации, могут включать без ограничения неионогенные и/или анионные поверхностно-активные вещества, такие как ноноксинол-4-сульфат аммония, нонилфенолэтоксилат (10), нонилфенолэтоксилат (~10 мол. %), нонилфенолэтоксилат (~40 мол. %), октилфенолэтоксилат (~40 мол. %), октилфенолэтоксилат (9-10), додецилсульфонат натрия, тетрадецилсульфонат натрия, гексадецилсульфонат натрия, полиэфир-фосфатные сложные эфиры, фосфатные сложные эфиры этоксилатов спиртов, соединения, такие как продаваемые под торговым названием Triton™ (например, серии QS, серии CF, серии X и т.п.), соединения, такие как продаваемые под торговым названием Rhodapon™, соединения, такие как продаваемые под торговым названием Rhodapex™, соединения, такие как продаваемые под торговым названием Rhodacal™, соединения, такие как продаваемые под торговым названием Rhodafac™, и т.п. и их комбинации.
[0039]
Примеры инициаторов и растворов веществ для дополнительной инициации, пригодных в способе полимеризации, могут включать без ограничения персульфат аммония, персульфат натрия, окислительно-восстановительные системы, такие как гидроксиметансульфинат натрия (формальдегидсульфоксилат натрия; восстановитель) и трет-бутилгидропероксид (окислитель), и т.п. и их комбинации, как правило, в водном растворе. Один из данных компонентов либо оба из них могут необязательно при необходимости содержать дополнительное поверхностно-активное вещество и/или средство для регуляции pH с целью стабилизации эмульсии.
[0040]
Примеры средств для регуляции pH, пригодных в способе полимеризации, могут включать без ограничения гидроксид аммония, гидроксид натрия, карбонат натрия, бикарбонат натрия, гидроксид калия, карбонат калия, бикарбонат калия, аммиак и т.п. и их комбинации. В определенных случаях соединения, которые квалифицируют как средства для регуляции pH, можно добавлять для целей, отличных от регуляции pH, например, стабилизации эмульсии, и при этом их все еще обозначают в данном документе как средства для регуляции pH.
[0041]
Средства для контроля молекулярной массы полимера предназначены для контроля (обычно для ограничения) молекулярной массы растущего полимера. Хотя средства для контроля молекулярной массы полимера могут предусматривать такие вещи как излучение, обычно они представляют собой молекулы, добавленные к полимеризационной смеси. Примеры средств для контроля молекулярной массы полимера включают без ограничения средства переноса цепи (CTA), например, меркаптоалкиловые сложные эфиры, такие как изооктилмеркаптопропионат, алкилмеркаптаны и т.п. и их комбинации. Средства переноса цепи обычно работают как молекулы для контроля молекулярной массы полимера, например, путем каталитического или истощающего обрыва растущей цепи полимера таким образом, который также обеспечивает инициацию новой растущей цепи полимера. Таким образом, количество средства(средств) переноса цепи может быть оптимизировано для уменьшения целевой молекулярной массы полимера в установленной полимеризационной системе или, в качестве альтернативы, в комбинации с расчетом количества инициатора может быть рассчитано для нацеливания на конкретную среднюю молекулярную массу полимера (например, в заданном диапазоне) в полимеризационной системе.
[0042]
Один неограничивающий способ полимеризации для получения данных гибридных латексных полимеров включает загрузку в реактор зерен, при этом зерна содержат гидрофобные соединения, где гидрофобные соединения присутствуют в дисперсии, нагревание реактора до указанной температуры, добавление инициатора и смеси мономеров в реактор, поддержание реактора при указанной температуре до тех пор, пока полимеризация практически не завершится (присутствует менее чем приблизительно 2 вес. % непрореагировавших мономеров), и добавление вещества для дополнительной инициации в реактор, при этом стадии способа происходят по порядку. После добавления вещества для дополнительной инициации присутствует менее чем приблизительно 0,5 вес. % непрореагировавших мономеров.
[0043]
Другой подходящий способ эмульсионной полимеризации включает загрузку в реактор части инициатора и небольшой части смеси мономеров (до приблизительно 5% по весу), нагревание реактора до 80°C, через 15 минут продолжение подачи смеси мономеров и инициатора в течение периода, составляющего 2-4 часа. Когда подача порции мономера завершена, способ включает добавление зерен в реактор, при этом зерна содержат гидрофобные соединения, и возобновление загрузки оставшейся части инициатора и смеси мономеров. Полученный продукт представляет собой смесь латексного гомополимера и гибридного латексного полимера с гидрофобными зернами. Без ограничения, в одном варианте осуществления данный способ полимеризации осуществляют в отсутствие растворителя.
[0044]
В одном варианте осуществления гидрофобные соединения добавляют предпочтительно после полимеризации по меньшей мере 40% матричного полимера.
[0045]
Гибридные латексные полимеры из патента ‘995 являются пригодными в латексных красках. Краска содержит гибридный латексный полимер, необязательно одно или более связующих, один или более биоцидов, один или более пеногасителей, один или более модификаторов реологических свойств, один или более наполнителей для пигментов/красителей, один или более пигментов и одну или более других добавок.
[0046]
Примеры биоцидов или консервантов, пригодных в способе полимеризации и/или нанесения краски, могут включать без ограничения содержащие функциональные гидроксигруппы азадиоксабицикло-соединения, такие как коммерчески доступные от ISP под торговым названием Nuosept™ 95, соединения, продаваемые под торговым названием SKANE™, изотиазолоны, такие как продаваемые под торговым названием Kathon™, добавки Polyphase™ от Troy Corp. и т.п. и их комбинации.
[0047]
Добавки, способствующие коалесценции, содействуют образованию пленки во время высушивания краски, которая включает гибридные латексные полимеры. Примеры средств, способствующих коалесценции, с низким содержанием VOC (летучих органических соединений) могут включать без ограничения сложные моноэфиры жирной кислоты и алкиленгликоля (например, соединения, продаваемые под торговым названием Archer RC™ от Archer Daniels Midland), ароматические алкоксилаты (например, крезолпропоксилаты, такие как соединения, продаваемые под торговым названием PLURACOAT™, в том числе PLURACOAT™ CA120, PLURACOAT™ CA110 и PLURACOAT™ CA100), соединения, продаваемые под торговым названием EDENOL™ от Cognis (например, EDENOL™ EFC 100), соединения, продаваемые под торговым названием OPTIFILM™ от Eastman Chemical (например, OPTIFILM™ Enhancer 400), и т.п. и их комбинации. Хотя это менее предпочтительно, композиция может содержать традиционные (VOC) добавки, способствующие коалесценции, которые могут включать без ограничения 2-этилгексиловый эфир этиленгликоля (например, коммерчески доступный от Eastman Chemical как растворитель Eastman™ EEH), алкиловые сложные эфиры ароматических карбоновых кислот (например, 2-этилгексилбензоат и/или соединения, продаваемые под торговым названием Velate™ 368 от Velsicol Chemical Corp.), метилкарбитол, пропиленгликоль, этиленгликоль, сложные моноэфиры необязательно алкилзамещенных алкандиолов и органической карбоновой кислоты (например, моноизобутират 2,2,4-триметил-1,3-пентандиола и соединения, продаваемые под торговым названием Texanol™ от Eastman Chemical), фосфатные соли, такие как тетрапирофосфат калия, пластификаторы, такие как дибутилфталат, и т.п. и их комбинации.
[0048]
Примеры пеногасителей, пригодных в полимеризации и/или композициях краски (рассмотренных ниже), могут включать без ограничения сополимеры полисилоксана и полиэфира, такие как продаваемые Tego под торговым названием Foamex™, продаваемые под торговым названием BYK™, продаваемые под торговым названием Drewplus™, продаваемые под торговым названием Surfynol™ и т.п. и их комбинации.
Пример 1. Получение эмульсии акрилового полимера с применением силиконового эластомера в качестве зерен для полимеризации
[0049]
Эмульсионную полимеризацию проводили в четырехгорлой колбе при продувании азотом. Реакционная колба была оснащена холодильником, термометром, мешалкой и питающим насосом. Колбу погружали в водяную баню с контролированной температурой, поддерживаемой при постоянной температуре в приблизительно ±0,1°C от установленной точки. В таблице 1 показаны ингредиенты, применяемые для полимеризации.
[0050]
Реакцию начинали с загрузки деионизированной воды, альфа-олефинсульфоната натрия и бикарбоната натрия в реакционную колбу. Реактор нагревали до 75°C при перемешивании, а затем в реактор загружали зерна дисперсии силикона. После смешивания в течение 5 минут в реакционную колбу добавляли раствор инициатора 1. После этого смесь мономеров, которую предварительно смешивали в отдельной колбе, и раствор инициатора 2 подавали в реакционную колбу в течение периода, составляющего 3,5 часа. Небольшое количество деионизированной воды применяли для промывания колбы для смеси мономеров и капельных воронок после завершения подачи. Температуру реакционной колбы поддерживали при 80-85°C в течение одного часа, после чего ее охлаждали до приблизительно 65°C. Растворы веществ для дополнительной инициации, полученных из окисляющего средства и восстанавливающего средства, подавали в реакционную колбу на протяжении 30 минут. Затем содержимое реакционной смеси охлаждали до 35°C и добавляли раствор гидроксида натрия и раствор дигидразида адипиновой кислоты.
[0051]
Все значения процентного содержания в данном описании представляют собой весовые проценты, если не указано иное. Значения Tg в данном описании взяты из уравнения Фокса, если не указано иное. Конечная эмульсия полимера характеризовалась содержанием твердого вещества, составляющим 31,7%. Высушенный полимер характеризуется Tg, составляющей 14,5°C.
Пример 2. Получение эмульсии акрилового полимера с применением эмульсии модифицированного парафинового воска в качестве зерен для полимеризации
[0052]
Способ и реакционные условия для данного примера являлись такими же, как условия, применяемые в примере 1. В таблице 2 показаны ингредиенты для реакции.
[0053]
Эмульсия полимера характеризовалась содержанием твердого вещества, составляющим 40% по весу, и Tg, составляющей 8,8°C.
Пример 3. Получение эмульсии акрилового полимера с применением эмульсии силиконмодифицированного алкида в качестве зерен для полимеризации
[0054]
Полимеризацию осуществляли при тех же условиях, что и в примере 1. В таблице 3 показаны ингредиенты для реакции.
[0055]
Эмульсия полимера характеризовалась содержанием твердого вещества, составляющим 45%, при этом 50% твердых веществ представляли собой зерна, представляющие собой силиконмодифицированный алкид. Tg акрилового полимера составляла приблизительно 8,8°C.
[0056]
Гибридные латексные полимеры, описанные в патенте '995, также называют латексными полимерами с включением зерен воска в патенте '995, и в данном документе их также называют таковыми. В патенте '995 также описано получение латексных смесей, которые представляют собой смеси традиционных полимерных частиц и полимера с включением зерен воска, в примерах 5 и 6 патента '995. В патенте '995 также описаны композиции краски, приготовленные с латексом с включением зерен воска, в примерах 7, 8 и 9; однако в таких композициях для краски используют только традиционные стиролакриловые полимеры или смеси полимеров с включением зерен воска и акриловых полимеров. Проблемы, которые патент '995 был нацелен решить, представляют собой улучшенную устойчивость к образованию пятен под действием воды и стирание цвета, что рассматривается в реферате и колонке 1.
II. ПОДХОДЯЩИЕ ВОСКИ
[0057]
Воски, подходящие для противоизносных или стойких к отслаиванию красок по настоящему изобретению, включают синтетические или природные воски. Синтетические воски включают без ограничения полиэтилен (PE), окисленный PE, полипропилен, воски, полученные по методу Фишера-Тропша (FT), этилен-бис-стеарамид (EBS) и эрукамид. Природные воски включают без ограничения канделильский, карнаубский, монтановый воски и нефтяные воски, такие как парафины и микрокристаллические воски. Также можно применять воски, которые применяют для восковых сердцевин/ядер в латексной смоле с включением зерен воска из патента '995, рассмотренного выше. Подходящие воски доступны в виде твердых веществ, таких как формы микронизированного порошка или тонкодисперсного порошка, характеризующиеся значениями среднего размера частиц (mV) от приблизительно 1 микрона (мкм) до приблизительно 25 мкм, предпочтительно от приблизительно 3 мкм до приблизительно 22 мкм, предпочтительно от приблизительно 5 мкм до приблизительно 20 мкм, и в виде дисперсий воска в воде или другом растворителе.
[0058]
3
3
3
3
Предпочтительно применяют воски на основе PE высокой плотности (HDPE) в виде порошка, характеризующиеся одним или более диапазонами значений среднего размера частиц. HDPE содержит практически линейные цепи полимера, которые являются минимально разветвленными. HDPE характеризуется плотностью в диапазоне от 0,94 г/см до приблизительно 0,99 г/см. Более высокие плотности HDPE являются предпочтительными, и, вследствие размеров микронизированных порошкообразных восков, плотность подходящих HDPE-восков составляет от приблизительно 0,98 г/см до приблизительно 0,99 г/см. Предпочтительные HDPE-воски также предусматривают окисленный HDPE.
[0059]
Микронизированные порошкообразные формы воска являются коммерчески доступными от Honeywell в виде микронизированных порошкообразных форм окисленного полиэтилена ACumist, характеризующихся значениями среднего размера частиц (mV) от приблизительно 6 до приблизительно 7,5 мкм, от приблизительно 10 до приблизительно 13 мкм, от приблизительно 16 до приблизительно 19 мкм, и обозначенные как ACumist A-6, A-12 и A-18 соответственно. Комбинации таких размеров частиц можно применять в той же самой композиции краски. Другие подходящие коммерчески доступные порошкообразные формы окисленного HDPE-воска включают без ограничения классы Petrolite C и Petrolite E от Baker-Petrolite Corporation.
[0060]
Дисперсии воска являются коммерчески доступными от Michelman в виде эмульсии Michem при различных % твердых веществ, предусматривающих диапазон от приблизительно 34,5% до приблизительно 35,5% или приблизительно 35% твердых веществ воска, которые предпочтительно представляют собой эмульсию неионогенного HDPE-воска, рассмотренную выше, диспергированную в осадителе или водной среде.
III. КОМПОЗИЦИИ КРАСКИ ПО НАСТОЯЩЕМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛАТЕКСА С ВКЛЮЧЕНИЕМ ЗЕРЕН ВОСКА И ВОСКА
[0061]
Авторы настоящего изобретения нашли решения проблем истирания и отслаивания покрытий краски в областях с интенсивным движением и в ограниченных пространствах, таких как комнаты для переодевания в торговых центрах, где потребители, вешалки для одежды, обувь и т. д. образуют множество соскабливаний красок на стенах, а также в коридорах и комнатах для переговоров в офисных и других коммерческих зданиях. Авторы настоящего изобретения использовали латексные полимеры с включением зерен воска, смешанные с воском в композициях для использования применения в архитектуре и необязательно с полиуретановой смолой. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, авторы настоящего изобретения полагают, что комбинация воска и латексных полимеров с включением зерен воска уменьшает трение на поверхности высохшей краски и обеспечивает скольжение объектов, которые смещаются вдоль поверхности краски, а не стирание материалов пленки краски такими объектами.
[0062]
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения латекс с включением зерен воска из патента ‘995 применяют в композициях для использования в архитектуре, которые также содержат дисперсию уретана и сухой или эмульгированный воск. Предпочтительно латекс с включением зерен воска представляет собой акриловый латекс с включением зерен воска или содержит акриловую матрицу снаружи зерен воска. Данная композиция для использования в архитектуре также включает придающий мутность пигмент, такой как диоксид титана. Добавки, такие как противомикробный консервант, фунгицид, диспергирующие средства, поверхностно-активные вещества, пеногасители, добавки, способствующие коалесценции, модификаторы реологических свойств, рассмотренные выше в отношении патента '995, можно применять в композициях для использования в архитектуре по настоящему изобретению. Композиции для использования в архитектуре по настоящему изобретению могут быть колерованы в любой цвет и являются устойчивыми к истиранию, а также отслаиванию. Пример данного покрытия для использования в архитектуре по настоящему изобретению показан ниже.
[0063]
Пример 4. Устойчивая к истиранию краска (полуматовая конечная отделка, основа 1)
pH: 9,0-9,2
Вес/галлоны: 10,49-10,74 фунтов
Вязкость (KU): 94,0-100,0
Вязкость (ICI): 0,800-1,400
Общее количество твердых веществ: 53,156% по весу; 40,619% по объему
[0064]
В примере 4 соотношение по весу латекса с включением зерен воска и уретановой смолы составляет приблизительно 2,17:1, и соотношение по весу пигмента и PE-воска составляет приблизительно 5,6:1. Отношение по весу латекса с включением зерен воска к добавке, способствующей коалесценции, составляет приблизительно 14,7. Такие отношения могут изменяться не более чем на ± 10% или ± 5% или предпочтительно на ± 2,5%. Отношение для латекса с включением зерен воска к добавке, способствующей коалесценции, может варьировать до не более 2x или ½x от соотношения в примере 4. Все отношения, рассмотренные в данном документе, представляют собой весовые отношения, если не указано иное.
[0065]
В примере 4 воск ACumist A12, применяемый в композиции, представляет собой микронизированный окисленный PE-воск, характеризующийся средним размером частиц (mV) от приблизительно 10 мкм до приблизительно 13 мкм, и весовой процент частиц воска в композиции по настоящему изобретению с латексом с включением зерен воска составляет (50 фунтов/1047 фунтов) приблизительно 4,77%.
[0066]
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения латекс с включением зерен воска из патента ‘995 применяют в композиции для использования в архитектуре, которая является устойчивой к отслаиванию пленки высушенной краски. Предпочтительно латекс с включением зерен воска представляет собой акриловый латекс с включением зерен воска или содержит акриловую матрицу снаружи зерен воска. Покрытие для использования в архитектуре также содержит придающий мутность пигмент и воск. Покрытие для использования в архитектуре также может содержать полимерный пигмент, и при этом количество добавки, способствующей коалесценции, составляет приблизительно 2,5 вес. % или больше, как рассмотрено ниже. Композиция для использования в архитектуре по настоящему изобретению может быть колерована в любой цвет и проявлять устойчивость к отслаиванию, а также истиранию. Данный вариант осуществления можно применять в полуглянцевой конечной отделке в качестве красок для отделочных работ. Пример данного покрытия для использования в архитектуре по настоящему изобретению показан ниже.
[0067]
Пример 5. Устойчивые к отслаиванию краски (основа 1)
pH: 8,6-8,8
Вес/галлоны: 10,49-10,74 фунтов
Вязкость (KU): 92,0-97,0
Вязкость (ICI): 1,200-1,600
Общее количество твердых веществ: 54,584% по весу; 43,073% по объему
[0068]
В примере 5 соотношение по весу пигмента и PE-воска составляет приблизительно 8:1, и соотношение по весу латекса с включением зерен воска и полимерного синтетического пигмента составляет приблизительно 12,11:1. Отношение по весу латекса с включением зерен воска к добавке, способствующей коалесценции, составляет приблизительно 16,15. Такие отношения могут изменяться не более чем на ± 10% или ± 5% или предпочтительно на ± 2,5%. Отношение для латекса с включением зерен воска к добавке, способствующей коалесценции, может варьировать до не более 2x или ½x от соотношения в примере 5. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, добавка, способствующая коалесценции, в количестве 2,5 вес. % или больше улучшает устойчивость к отслаиванию пленки. В примере 5 покрытие для использования в архитектуре составлено для образования гибких высушенных пленок для поглощения ударов без отслаивания.
[0069]
В примере 5 применяемый воск, эмульсия MICHEM 93235, представляет собой водную дисперсию PE-воска с 35% твердых веществ воска, и весовой процент частиц воска в композиции по настоящему изобретению с латексом с включением зерен воска составляет (0,35 x 30 фунтов/1008 фунтов) приблизительно 1,04%.
[0070]
Как показано выше, латекс с включением зерен воска, раскрытый в патенте ‘995, включен в покрытия для использования в архитектуре, которые включают воск, предпочтительно PE-воск, для улучшения устойчивости высушенной пленки к отслаиванию и истиранию. Покрытия для использования в архитектуре по настоящему изобретению также могут включать полиуретановую смолу, как показано в примере 4, или полимерный синтетический пигмент, как показано в примере 5. Добавку, способствующую коалесценции, предпочтительно применяют в покрытиях по настоящему изобретению, и она может иметь благоприятные эффекты путем способствования противодействию отслаиванию высушенных пленок.
[0071]
Композицией краски в соответствии с примером 4 красили коридор, где офисные стулья были сложены и хранились смежно к окрашенной стене. Композиция по настоящему изобретению образовывала пленку 10 краски на левой стороне фотографии на фигуре 1, и традиционная коммерческая противоизносная композиция краски образовывала пленку 12 краски на правой стороне той же фотографии. Подлокотники 16 стульев 18 образовывали потертости 14 на традиционной пленке 12 краски, но не оставили визуально заметных отметок на противоизносной пленке 10 по настоящему изобретению. На фигуре 2 показаны другие сравнительные результаты в отношении сопротивления износу, но с удаленным стульями для ясности. На фигурах 1 и 2 проиллюстрировано свойство в отношении сопротивления износу настоящего изобретения.
[0072]
В другом тесте в рабочих условиях композицией краски по настоящему изобретению из примера 4 окрашивали одну примерочную кабинку в магазине одежды в торговом районе Манхэттена в Нью-Йорке. На фигурах 3A-3C показаны типы отметин, т.е. истирание, пятна и пятна от помады соответственно, которые могут портить поверхность, окрашенную с помощью традиционной краски. Как правило, примерочные кабинки красят каждую неделю для покрытия потертостей и пятен. На фигурах 4A-4C показана та же примерочная кабинка через приблизительно четыре недели после нанесения композиции краски по настоящему изобретению. Окрашенные поверхности визуально выглядят чистыми и без потертостей или разводов.
[0073]
Когда проводили второй тест в рабочих условиях, одна стена из семи в примерочных кабинках в том же магазине одежды была окрашена композицией краски по настоящему изобретению. Такие стены были в значительной степени запачканы и потерты перед тем как их покрасили одним слоем композиции краски по настоящему изобретению, и одна проблемная область была подкрашена. Такие стены осматривали через приблизительно 11 недель и стены оставались в идеальном состоянии. Две небольшие отметки были обнаружены и были легко удалены с помощью традиционного очищающего средства и лоскута ткани, рассмотренных ниже.
[0074]
На основе примеров 4 и 5 диапазон весовых процентов для воска составляет от 1,04% до 4,77%. Диапазон весовых отношений пигмента к воску составляет от 5,6 до 8. Диапазон весовых отношений латекса с включением зерен воска к добавке, способствующей коалесценции, составляет от 14,7 до 16,15.
IV. Дополнительные примеры образования противоизносных красок
[0075]
2
2
2
2
Традиционные композиции краски колеруют в магазинах розничной торговли с помощью красителей с получением конечных окрашенных красок, которые потребители покупают. Как правило, колерованные краски можно смешивать с красителями с получением красок в пяти конечных вариантах отделки (тусклый, матовый, полуматовый, глянцевый и полуглянцевый). Колерованные краски можно классифицировать на четыре основы, такие как белая, пастельная/светлая, насыщенная или средняя/полутон. Каждая основа содержит различное количество придающих мутность пигментов, таких как диоксид титана. Конечные цвета краски зависят в значительной степени от количества белых пигментов на основе TiO, в колерованной основе. Например, насыщенные цвета требуют меньшее количество TiO, тогда как пастельные цвета требуют большего количества TiO. Аналогично, белая и средняя основы характеризуются разными уровнями TiO. Магазины розничной торговли, как правило, хранят колерованные краски в пяти конечных вариантах отделки и в четырех основах (основа 1 – основа 4), т.е. приблизительно 20 различных колерованных основ красок для каждой линии красок.
[0076]
2
Например, колерованные краски с основой 1 для одной линии красок могут содержать 283 фунтов придающего мутность пигмента, такого как TiO, на 100 галлонов для полуглянцевых; 202 фунтов на 100 галлонов для перламутровых/глянцевых; 269 фунтов на 100 галлонов для полуматовых; 218 фунтов на 100 галлонов для матовых и 210 фунтов на 100 галлонов для тусклых. Как показано на примерах ниже, колерованная краска с основой 1 будет содержать наибольшее количество придающего мутность пигмента; с основой 2 будет содержать меньшее количество; с основой 3 будет содержать еще меньше и с основой 4 может не содержать какого-либо придающего мутность пигмента. Колерованные краски и их основы и конечные варианты отделки полностью раскрыты в опубликованной международной заявке на патент № WO 2017/053190, которая включена в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте.
[0077]
Примеры ниже предусматривают дополнительные примеры противоизносных красок по настоящему изобретению на основе 1 – основе 4 и в матовой, полуматовой и глянцевой конечной отделке. Все значения в следующих примерах представляют собой значения веса в фунтах (фунты), за исключением отношений и значений процентного содержания, представленных в конце каждой таблицы.
[0078]
В примере 6 показаны противоизносные матовые композиции краски для основы 1 – основы 4.
†: порошок микронизированного окисленного HDPE-воска. Воск 1 характеризовался средним размером частиц (mV) от приблизительно 16 до приблизительно 19 мкм; воск 2 характеризовался средним размером частиц (mV) от приблизительно 10 до приблизительно 13 мкм; и воск 3 характеризовался средним размером частиц (mV) от приблизительно 6 до приблизительно 7,5 мкм.
††: Дисперсия PE-воска при 35% твердых веществ воска.
[0079]
Следует отметить, что весовой процент воска в значительной степени выше для основы 2, чем для основы 4 в примере 6.
[0080]
В примере 7 показаны противоизносные полуматовые композиции краски для основы 1 - основы 4.
[0081]
В примере 8 показаны противоизносные глянцевые композиции краски для основы 1 - основы 4.
[0082]
Как показано в примерах 6-8, матовая конечная отделка характеризуется более высоким вес. % воска, особенно в основе 2 – основе 4, который выше 9 вес. %. В целом, вес. % воска во всех трех конечных отделках составляет от 3,19% до 9,64%. Предпочтительный диапазон вес. % воска составляет от приблизительно 2% до приблизительно 12%, более предпочтительно от приблизительно 3% до приблизительно 10%, и более предпочтительно от приблизительно 3% до приблизительно 7%.
[0083]
Предпочтительный диапазон отношений придающего мутность пигмента/воска составляет от менее чем приблизительно 8 и может составлять ноль, более предпочтительно менее чем приблизительно 6. Предпочтительный диапазон отношения латекса с включением зерен воска к добавке, способствующей коалесценции, составляет от приблизительно 15 до приблизительно 35, и любые два отношения, рассмотренные в данном документе, могут образовывать диапазон для отношений латекса с включением зерен воска к добавке, способствующей коалесценции. Если применяют PU-смолы с зернами воска, диапазон отношений латекса с включением зерен воска/PU-смолы предпочтительно составляет от приблизительно 1,0 до приблизительно 2,5, более предпочтительно от приблизительно 1,25 до приблизительно 2,25, и любые два отношения, рассмотренные в данном документе, могут образовывать диапазон отношений латекса с включением зерен воска к PU-смоле.
V. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ, СТОЙКАЯ К ОТСЛАИВАНИЮ КОМПОЗИЦИЯ КРАСКИ
[0084]
Все значения в следующем примере представляют собой значения веса в фунтах (фунты), за исключением отношений и значений процентного содержания, представленных в конце каждой таблицы.
[0085]
Пример 9. Композиция краски с низким содержанием воска
[0086]
Весовой процент воска в примере 9 составляет 0,33%, что является низким и подобно таковому в примере 5, который содержал 1,04 вес. % воска. Композиции краски с низким содержанием воска предпочтительно содержат приблизительно 2,0 вес. % воска или меньше или предпочтительно 1,75 или 1,5 вес. % воска или меньше, предпочтительно содержат приблизительно 1,25 или 1,0 вес. % или меньше или 0,5% или меньше, но более 0,25 вес. %. Эксперименты показали, что более низкое процентное содержание воска в комбинации с относительно высоким содержанием добавки, способствующей коалесценции, составляющем по меньшей мере 2,8 вес. % (например, 30 фунтов/1075 фунтов) или по меньшей мере 2,5 вес. %, предпочтительно по меньшей мере 3,0 вес. % или по меньшей мере 3,5%, но менее 5%, могут обеспечивать свойство стойкости к отслаиванию для композиции краски.
[0087]
В примере 9 отношение по весу пигмента к воску составляет приблизительно 72,6; отношение по весу латекса с включением зерен воска к синтетическому наполнителю для пигмента составляет приблизительно 10,85; отношение по весу латекса с включением зерен воска к добавке, способствующей коалесценции, составляет приблизительно 14,46.
[0088]
Диапазоны данных соотношений для композиций краски, которые характеризуются низким вес. % воска, т.е. примеры 5 и 9, являются следующими. Диапазон соотношений по весу пигмента и воска составляет от приблизительно 8:1 до 72,6; диапазон соотношений по весу латекса с включением зерен воска и синтетического наполнителя для пигмента составляет от приблизительно 10:1 до приблизительно 12:1; соотношение по весу латекса с включением зерен воска и добавки, способствующей коалесценции, составляет от приблизительно 14:1 до приблизительно 17:1.
VI. ДОБАВКИ К КОМПОЗИЦИЯМ КРАСКИ
[0089]
Композиции краски по настоящему изобретению, рассмотренные в данном документе, отверждают путем испарения растворителя, коалесценции и/или осуществления реакции после нанесения краски или композиций для использования в архитектуре на окрашиваемую поверхность без необходимости в отверждении под действием тепла или УФ.
[0090]
Композиция для использования в архитектуре по настоящему изобретению может включать придающий мутность пигмент, такой как диоксид титана, и/или цветные пигменты, и при этом в красках с основой 4 придающие мутность пигменты могут отсутствовать. Добавки, такие как противомикробный консервант, фунгицид, диспергирующие средства, поверхностно-активные вещества, пеногасители, добавки, способствующие коалесценции, и т. д., рассмотренные выше в отношении получения латекса с включением зерен воска из патента '995, можно применять в композициях для использования в архитектуре по настоящему изобретению.
[0091]
Примеры модификаторов реологических свойств, пригодных в композициях краски, могут включать без ограничения таковые, коммерчески доступные от Rohm & Haas (теперь Dow Chemical Company), продаваемые под торговым названием Acrysol™, такие как RM-242, RM-8W, RM-825, RM-5000, RM-2020 NPR и RM-825, Natrasol™ и Aquaflow™ от Aqualon Division, подразделения компании Hercules Inc., и UCAR Polyphobe™ от Dow.
[0092]
Хотя обычно несколько пигментов/красителей присутствуют в латексах для конечного применения, которые подлежат использованию в видах применения, таких как краска или покрытие для использования в архитектуре, иногда только белый пигмент, такой как оксид цинка и/или оксид титана, добавляют на ранних стадиях образования композиции краски (например, в композицию основы). В таком случае любые другие необходимые пигменты/красители различных цветов (в том числе дополнительное количество белого пигмента) можно необязательно добавлять на более поздних стадиях или после образования композиции краски. Примеры пигментов/красителей, пригодных в соответствии с настоящим изобретением, могут включать без ограничения сажу, красители оксид железа черный, оксид железа желтый, оксид железа красный, оксид железа коричневый, органические красные пигменты, в том числе хинакридон красный и содержащие металл и не содержащие металл красные азокрасители (например, литолы, литол-рубин, толуидиновый красный, нафтол красный), фталоцианиновый синий, фталоцианиновый зеленый, моно- или диарилидовый желтый краситель, бензимидазолон желтый, гетероциклический желтый, DAN оранжевый, хинакридон маджента, хинакридон фиолетовый и т.п. и любую их комбинацию. Такие иллюстративные цветные пигменты можно добавлять в виде порошкообразных форм, но можно более удобно добавлять в виде водной дисперсии в композиции краски.
[0093]
Дополнительно или в качестве альтернативы, можно добавлять наполнители для пигментов/красителей. Примеры наполнителей для пигментов/красителей, пригодных в композициях краски в соответствии с настоящим изобретением, могут включать без ограничения диоксид кремния, силикаты, карбонаты, такие как карбонаты кальция, и т.п. и их комбинации. Керамические микросферы могут быть также включены в качестве наполнителя или в качестве пигмента. Подходящие керамические микросферы включают без ограничения Zeeospheres, такие как Zeeospheres W-410.
[0094]
Краски по настоящему изобретению могут дополнительно включать другие добавки, такие как эмульгаторы, добавки, способствующие коалесценции, загустители или модификаторы реологических свойств, добавки, обеспечивающие стабильность при замерзании-оттаивании, увлажнители, смачивающие средства, красители, воски, средства, защищающие от действия УФ-излучения, и антиоксиданты при условии, что они не влияют негативно на характеристики покрытия для использования в архитектуре или свойства сухой пленки.
[0095]
2
18
В одном варианте осуществления, рассмотренном выше, композиция краски содержит гибридный латексный полимер или латекс с включением зерен воска, который содержит способный к сшиванию мономер, такой как имеющий «кетогруппу», карбонильную или ангидридную группу, при этом композиция краски содержит сшивающее средство, которое будет сшивать «кетогруппы», карбонильные, ангидридные группы в гибридном полимере во время и после высушивания краски. Примеры способных к сшиванию мономеров представляют собой метилвинилкетон, этилвинилкетон, бутилвинилкетон, (мет)акролеин, кротоновый альдегид, диацетон(мет)акриламид, диацетон(мет)акрилат и смешанные сложные эфиры алифатических диолов с (мет)акриловой кислотой и ацетоуксусной кислотой, диацетонакриламид, диацетонметакриламид, ацетоацетоксиэтилметакрилат (AAEM) и диацетонакриламид (DAAM), малеиновый ангидрид, итаконовый ангидрид, цитраконовый ангидрид и т.п.; примеры сшивающего средства в композиции краски представляют собой производные гидразина, дигидразиды насыщенной C-Cдикарбоновой кислоты, такие как дигидразид щавелевой кислоты, дигидразид малоновой кислоты, дигидразид глутаровой кислоты, дигидразид янтарной кислоты, дигидразид адипиновой кислоты, дигидразид себациновой кислоты и т.п.; дигидразиды моноолефиновой ненасыщенной дикарбоновой кислоты, такие как дигидразид малеиновой кислоты, дигидразид фумаровой кислоты, дигидразид итаконовой кислоты и т.п.; дигидразид терефталевой кислоты или дигидразид изофталевой кислоты; дигидразид, тригидразид или тетрагидразид пиромеллитовой кислоты; нитрилотригидразид, тригидразид лимонной кислоты, тригидразид 1,2,4-бензола, тетрагидразид этилендиаминтетрауксусной кислоты, тетрагидразид 1,4,5,8-нафтойной кислоты; полифункциональные гидразиды, гидразины, семикарбазиды и т.п.
[0096]
В другом варианте осуществления композиция краски, содержащая гибридный латексный полимер по настоящему изобретению, может быть составлена в соответствии со следующим способом без ограничения порядка добавления каждого ингредиента. Сначала образуют композицию в виде дисперсии пигмента или размолотой массы путем объединения воды, необязательного органического растворителя, диспергирующего средства, средства для регуляции pH, поверхностно-активного вещества, пеногасителя, пигмента/красителя и биоцида и/или консерванта; перемешивания и необязательно измельчения в течение периода времени для достаточного смешивания ингредиентов; и при продолжении перемешивания и/или измельчения добавления дополнительного количества воды. К данной композиции в виде дисперсии пигмента можно добавлять гибридный латексный полимер по настоящему изобретению с последующим добавлением средства для регуляции pH при необходимости и необязательно композицию, представляющую собой добавку для улучшения характеристик, такую как без ограничения поверхностно-активное вещество и пеногаситель. Можно добавлять добавку, способствующую коалесценции. Затем можно добавлять один или более модификаторов реологических свойств, необязательно включающих воду, и средство для регуляции pH, с образованием композиции краски. Также можно при необходимости добавлять дополнительные пигмент/красители для придания оттенка.
VII. ТЕСТИРОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ К ИСТИРАНИЮ
[0097]
Насколько известно авторам настоящего изобретения, не существует всеми признанного теста или процедуры для определения устойчивости окрашенной поверхности к истиранию или способности отмывать такие потертости. ASTM F2497 конкретно направлен на устойчивость к абразивному износу и истиранию среды для струйной печати. ASTM D5264 направлен на устойчивость к абразивному износу печатных материалов. В патенте США № 7291676 раскрыт тест в отношении истирания для пластмассовых дисков с толщиной 2 мм, диаметром 10 см. Ни одна из таких процедур не является адаптируемой для тестирования способности композиций краски в отношении устойчивости к истиранию. Авторы настоящего изобретения предлагают процедуру для тестирования истирания, описанную ниже.
[0098]
Собственная процедура тестирования истирания
. Цель данной процедуры заключается в тестировании устойчивости к истиранию пленки краски и в определении того, насколько легко потертость, если она существует, можно отмыть. Потертость или истирание определяют как соскабливание или счесывание поверхности, например, окрашенной поверхности, объектом, таким как обувь, мебель и т. д. Потертость также включает отметки в результате соскабливания или задевания поверхности объектом. Как проиллюстрировано на фигуре 5A, рычаг маятника установлен с возможностью вращения на верхнем конце на рабочей поверхности и имеет черную заднюю часть, присоединенную к свободному концу, как наилучшим образом показано на фигуре 5B. Рычаг маятника имеет подходящие размеры и габариты для колебания таким образом, что черная задняя часть будет контактировать с окрашенной плитой, прикрепленной липкой лентой к полу ниже, когда рычаг маятника колеблется вдоль плиты. Рычаг маятника может начать колебаться при некоторых значениях вертикальной высоты над окрашенной плитой, например, 12 дюймов, 6 дюймов или 3 дюйма. Каждое значение вертикальной высоты представляет собой различный уровень потенциальной/кинетической энергии и количество импульса/силы, которая скользит по окрашенной плите, как показано на фигуре 5C. Блок, показанный на фигурах 5A и B, представляющий вертикальную высоту(значения вертикальной высоты), поддерживает свободный конец рычага маятника, и его удаляют для начала колебаний. Потертость (потертости) на плите показаны на фигуре 5D.
[0099]
Данная собственная процедура тестирования включает следующие стадии.
1) Осуществить нанесение краски по длине на белую длинную шероховатую плиту с применением планки для нанесения краски с щелью 7 мил.
2) Поместить плиту в камеру с постоянной температурой/влажностью для отверждения в течение ночи или другого предварительно заданного периода времени.
3) Слегка отшлифовать черную заднюю часть, присоединенную к маятнику.
4) Прикрепить плиту к полу.
5) Подпереть нижнюю часть черной резины на 12-дюймовом блоке.
6) Отпустить блок для обеспечения колебания маятника и образования отметок на плите.
7) Убрать рычаг маятника для высвобождения от плиты.
8) Переместить плиту на 2 дюйма от стены и повторно прикрепить.
9) Подпереть нижнюю часть черной резины на 6-дюймовом блоке.
10) Отпустить блок для обеспечения колебания маятника и образования отметок на плите.
11) Отвести рычаг маятника для высвобождения от плиты.
12) Переместить плиту еще на 2 дюйма от стены и повторно прикрепить.
13) Подпереть нижнюю часть черной резины на 3-дюймовом блоке.
14) Отпустить блок для обеспечения колебания маятника и образования отметок на плите.
15) Отвести рычаг маятника для высвобождения от плиты.
16) Повернуть плиту и повторить стадии 4) – 15) так, что будет присутствовать два набора отметок на плите.
17) Разрезать плиту пополам так, что каждая половина имеет отметки при 3, 6 и 12 дюймах на ней.
18) Убедиться в том, чтобы под каждой потертостью была отметка о том, при какой высоте отпускали маятник.
19) Взять одну из плит и выполнить процедуру очистки: (500 циклов с помощью губки и раствора для очистки – очищающее средство с 0,25% фосфата тринатрия (TSP), 0,5% неионогенное неденатурирующее моющее средство – октилфеноксиполиэтоксиэтанол, коммерчески доступный как Igepal CO-630).
20) Обеспечить высушивание в течение ночи.
21) Перед считыванием значений для плиты на Spectro i5 (спектрофотометр) изменить размер отверстия до 10 мм.
22) Откалибровать, как указано в инструкции.
23) Открыть шаблон для считывания значений для цвета.
24) Сначала получить значения считывания для плиты, которую не очищали.
25) Измерить эталонное значение на не потертой части плиты. При этом убедиться, что оно находится на линии с потертостями.
26) Измерить тестируемую область потертости при 3 дюймах, записать изменение в значениях цветовой разницы (ΔE).
27) Измерить также тестируемую область потертости при 6 дюймах и потертости при 12 дюймах и записать ΔE для каждого.
28) После окончания также получить считанные значения для плиты, которую очистили, и записать ΔE для каждой потертости, которую очистили.
29) ΔE, составляющая менее чем приблизительно 2,0, предпочтительно 1,0, более предпочтительно 0,5, может считаться приемлемой.
30) Относительное сравнение ΔE при аналогичных значениях высоты для нанесения потертости позволяет установить различия между образцами.
[00100]
Как рассмотрено в опубликованной заявке совместного патента США № 2017/0088723-A1, цвета, расположенные достаточно близко друг к другу, представляют собой тот же цвет для людей, если цветовая разница (ΔE) между ними меньше или равна приблизительно 2,0 единицы по CIEDE2000, предпочтительно менее чем приблизительно 1,0 единицы по CIEDE2000 или менее чем приблизительно 0,5 единицы по CIEDE2000. Эксперименты показали, что глаза человека не должны различать цвета или могут едва различать цвета, которые находятся в пределах 2,0 единицы цветовой разницы по CIEDE2000 друг от друга.
[00101]
Для потертостей, которые являются более темными, и которые можно детектировать более легко по сравнению с более светлой поверхностью краски, глаза человека не должны быть способны различить потертости, которые находятся в пределах 1,0 единицы цветовой разницы по CIEDE2000 друг от друга, и ΔE, составляющая менее 2,0 единицы по CIEDE2000 или менее 1,5 по CIEDE2000 может считаться приемлемой.
[00102]
L
C
H
Значение  рассчитывают с применением формулы цветовой разницы, такой как формула цветовой разницы CIEDE2000 для стандартного наблюдения при 10°. Формула цветовой разницы CIEDE2000 представлена в G. Sharma, W. Wu, and E. Dalal, “The CIEDE2000 Color-Difference Formula: Implementation Notes, Supplementary Test Data, and Mathematical Observations,” Color Res. Appl. 30: с. 21-30, февраль 2005 г., который включен в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте. Как отмечено в статье Sharma, значения цветовой разницы CIEDE2000 рассчитывают с помощью методики, в которой измеренные значения по CIELAB преобразуют в значения цветового пространства CIE L*C*h (светлота, насыщенность, тон). Уравнение цветовой разницы по CIEDE2000 содержит весовые коэффициенты k, k и k для количественной разницы светлоты, количественной разницы насыщенности и количественной разницы тона, которые в настоящем изобретении составляют 1, 1, 1 соответственно. Другие подходящие уравнения цветовой разницы включают уравнения цветовой разницы по CIELUV, CIELAB и CIE94.
[00103]
Следовательно, если измеренные потертости характеризуются менее 1,0 единицы по CIEDE2000, то скорее всего они не будут замечены наблюдателями-людьми. Более того, если после очистки, как описано в собственном тесте выше, или с помощью бытовых очищающих средств ΔE составляет менее 1,0 единицы по CIEDE2000, то очищенные поверхности вероятно не будут проявлять потертости, которые будут заметны наблюдателям-людям. Как указано выше, ΔE, составляющая менее 2,0 по CIEDE2000 или 1,5 по CIEDE2000 перед очисткой может быть приемлемой.
[00104]
Тесты в отношении устойчивости к истиранию проводили для пастельной основы (основа 1) для красок по настоящему изобретению, показанных в примерах 6-8, при самой высокой вертикальной высоте, составляющей 12 дюймов, которая предусматривает наиболее высокий уровень потенциальной/кинетической энергии. Как показано ниже, отметки на полуматовой и глянцевой пленках краски имеют значения ниже ΔE, составляющей 2,0 – уровня, который вероятно будет замечен людьми. Отметки на матовой конечной отделке были легко очищены до значения ниже данного уровня.
[00105]
Из двух потертостей, обнаруженных при втором тесте в рабочих условиях в магазине одежды, рассмотренных выше, более заметная потертость характеризовалась измеренным значением, составляющим 5,06 единицы по CIE2000, перед очисткой и значением, составляющим 0,26 единицы по CIE2000, после очистки с помощью обычных бытовых очищающих продуктов. Краска, применяемая в данном тесте, представляла собой полуматовую краску с основой 1 из примера 7. Следует отметить, что примененные значения силы, которые образовывали данные две потертости, были неизвестными, поскольку они были образованы покупателями в магазине одежды во время обычных действий. Подобным образом применяемые значения силы, которые образовывали потертости 14 на фигурах 1 и 2, не измеряли, но они представляют собой значения силы, которые встречаются в повседневной жизни.
[00106]
Хотя очевидно, что иллюстративные варианты осуществления изобретения, описанные в данном документе, удовлетворяют указанным выше целям, понятно, что специалистами в данной области техники могут быть разработаны многочисленные модификации и другие варианты осуществления. Поэтому будет понятно, что подразумевается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие модификации и варианты осуществления, которые будут входить в суть и объем настоящего изобретения.