ДВУХКОМПОНЕНТНАЯ ПОЛИУРЕТАНОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ
TWO-COMPONENT POLYURETHANE COMPOSITION FOR COATING BASED ON ORGANIC SOLVENTS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к двухкомпонентному (2К) полиуретановому покрытию на основе органических растворителей. Настоящее изобретение также относится к использованию композиции указанного двухкомпонентного (2К) полиуретанового покрытия на основе органических растворителей в качестве защитного покрытия, в особенности, для древесных субстратов.
Уровень техники по изобретению
Двухкомпонентные (2К) системы полиуретановых покрытий на основе органических растворителей стали промышленным стандартом для устойчивой по отношению к атмосферным воздействиям окраски. Такие системы покрытий могут сочетать в себе исключительную устойчивость по отношению к химическому и физическому разрушению с высокой степенью глянца и долговременным сохранением глянца, цвета и механических свойств. Традиционно, указанные системы покрытий составляли при использовании a) первого компонента, включающего высокомолекулярный с высокой степенью функциональности полиол, сочетаемый при необходимости с пигментами, добавками и другими полиактивными соединениями водорода, и b) второго компонента, включающего высокофункциональный жидкий полиизоцианатный сшивающий агент с низкой вязкостью.
Принятые в последнее время природоохранные требования установили пределы количеств летучих органических соединений (VOC), которые разрешены в различных системах покрытий. В связи с этим, требуется признанная необходимость усовершенствовать состав 2К полиуретановых композиций для покрытия, чтобы они требовали меньшего содержания органического растворителя.
Была использована одна из стратегий, обнаруженная в данной области техники, для понижения указанной концентрации VOC, с применением полиолов более низкой молекулярной массы (с более низкой вязкостью), которые требуют меньшего количества растворителя. Однако при включении, например, гидроксиакриловых полимеров с низкой молекулярной массой или закрытых систем, таких как оксазолидины, в полиуретановые системы для покрытия возникает неизбежное изменение физических свойств полученных покрытий с низким содержанием VOC и/или в способе обработки реактивной смеси: многие из указанных полиуретановых покрытий с низким содержанием VOC характеризуются коротким сроком хранения после смешивания, низкой устойчивостью по отношению к растворителям, слабой гибкостью и чрезвычайной чувствительностью к концентрации катализатора, и это оказывает влияние на профиль отверждения. Более того, составы часто требуют малопривлекательных коэффициентов смешивания полиола к полиизоцианату.
2
Альтернативная стратегия, обнаруживаемая в данной области техники, состоит в частичном замещении органических растворителей в композициях для покрытия на воду. Было определено, что несмотря на то, что алифатические полиизоцианаты реагируют до некоторой степени с водой с получением групп CO и мочевины, эта реакция в значительной степени более медленная, чем реакция изоцианатных групп с гидроксигруппами полиолов, образующих полиуретановую решетку. Также, поскольку вода довольно быстро оставляет сохнущую полиуретановую пленку, это ограничивает вклад реакции NCO-вода. Однако из-за реакции NCO-вода воду нельзя вводить в систему для покрытия вместе с полиизоцианатным компонентом, но следует вводить в стабильной дисперсии полиола. Более того, для ограничения совместно протекающей реакции NCO-вода и промотирования пути реакции изоцианат/полиол существует необходимость в эффективной дисперсии полиизоцианата в полиольной фазе. В связи с этим перед составителями возникает техническая проблема в обнаружении компонента, химия которого облегчает указанную стадию получения эмульсии.
Для одного из решений указанной проблемы полиол обеспечивают одновременно гидроксилфункциональностью для реакции образования полиуретана и кислыми группами для способности диспергироваться в воде.
Патенты США №№ 5389718 и 5563207, помимо прочего, предлагают второй вариант решения, посредством которого полиизоцианат модифицируют путем его частичной реакции с гидрофильным простым полиэфиром. Подобная гидрофилизация полиизоцианата обеспечивает эмульгируемый сшиватель, имеющий лучшую совместимость с другими веществами, вступающими в реакцию, но введение указанного полиизоцианата в покрытие может часто приводить к его неприемлемой чувствительности к воде.
Третий вариант решения состоял в применении гидрофобных полиизоцианатов, таких как Desmodur N 3600 (Bayer AG), которые обладают пониженной вязкостью и которые смешивают с полиольным компонентом при высокой скорости сдвига в присутствии эмульгаторов, таких как фталаты. Использование высоких скоростей сдвига безусловно является энергоемким. Более того, добавление эмульгаторов означает, что определенное пространство состава будет занято органическим соединением.
Изложение сущности изобретения
Настоящие изобретатели осознали, что состав покрытия, удовлетворяющего по содержанию VOC, и, более конкретно, 2К полиуретанового покрытия, удовлетворяющего по содержанию VOC, может быть осуществлен путем выбора растворителя, который комбинируют с водой, в качестве среды для дисперсии для полиольного компонента.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечивают двухкомпонентную полиуретановую композицию для покрытия на основе органического растворителя, включающую: в качестве первого компонента дисперсию, включающую: гидроксилфункциональное акрилатное связующее; первый растворитель, представляющий собой по крайней мере одно соединение, выбранное из группы, состоящей из 2-пропоксиэтанола и 2-бутоксиэтанола; воду в количестве от 5 до 50%, предпочтительно от 10 до 50% по массе; и, необязательно, по крайней мере один другой дополнительный растворитель; и в качестве второго компонента по крайней мере один сшивающий агент, имеющий изоцианатные группы.
В присутствии 2-пропоксиэтанола и/или 2-бутоксиэтанола можно применять больший объем воды для формирования стабильной 2К полиуретановой композиции для покрытия по сравнению с используемой с органическими растворителями, обычно присутствующими в полиольной дисперсии. Без связи с определенной теорией, 2-пропоксиэтанол и/или 2-бутоксиэтанол обладают большей смешиваемостью с водой: при смешивании полиизоцианата - обычно в его собственном органическом растворе-носителе - в полиольной дисперсии происходящая декомпозиция дает возможность гомогенному распределению полиизоцианата по дисперсии. Одновременно проходит эффективная реакция между полиизоцианатом и полиолом, которая минимизирует количество непрореагировавшего полиизоцианата, который может отвердевать из раствора при испарении растворителя покрытия.
В частности, были получены стабильные двухкомпонентные полиуретановые покрытия, которые характеризуются ограниченной фазой сепарации, где композиция включает от 10 до 50% масс. воды и/или от 10 до 40% указанного первого растворителя от массы композиции.
Композиция покрытия может иметь высокое содержание твердых веществ. Более того, композиции покрытий и получаемые покрытия обладают высокой реакционной способностью в сочетании с хорошим сроком хранения после смешивания, устойчивостью к растворителям, воде и воздействию погодных условий и хорошими оптическими и механическими свойствами.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения здесь обеспечивается способ покрытия древесного, металлического, стеклянного, пластикового, минерального или тканевого субстрата, включающий нанесение вышеупомянутой композиции для покрытия на субстрат и отверждение покрытия при температуре от 0º до 130ºС. Указанный способ в особенности применим для древесных субстратов.
Определения
Термин «композиция для покрытия на основе растворителя», как используется здесь, означает композицию для покрытия, вязкость которой устанавливают путем использования органического растворителя (Art. 2, Directive 2004/42/CE of the European Parliament and of the Council). Такие композиции для покрытия, таким образом, отличаются от композиций для покрытия на водной основе (WB), вязкость которых устанавливают путем использования воды: в композициях для покрытия на основе воды непрерывная фаза представляет собой воду, и, таким образом, воду используют для разбавления указанной композиции.
Префикс «поли», используемый здесь в таких определениях как «полиол», «полиизоцианат», «простой полиэфир» или «полиамин», указывает, что вещество, о котором идет речь, формально содержит более чем одну функциональную группу, соответствующую его названию, на молекулу.
Термин «(мет)акрилат», как используется здесь, обозначает сложные эфиры как акриловой, так и метакриловой кислот. Сходным образом, «(мет)акриловая кислота» определяет не только акриловую, но и метакриловую кислоту.
Несмотря на то, что дисперсия первого компонента будет здесь далее описана со ссылкой на 2К полиуретановые покрытия, квалифицированный читатель поймет, что указанная дисперсия может иметь сходное применение как в однокомпонентных покрытиях с низкой реакционной способностью, так и блокированных сшивающих агентах или в других многокомпонентных композициях. С этой точки зрения, пригодные альтернативные сшивающие смолы включают амид- и амин-формальдегидные смолы, фенольные смолы, альдегидные и кетоновые смолы, такие как фенол-формальдегидные смолы, резолы, фурановые смолы, карбамидные смолы, смолы сложных эфиров карбамидной кислоты, триазиновые смолы, меламиновые смолы, бензогуанаминовые смолы, цианамидные смолы, анилиновые смолы и их смеси. Также пригодны блокированные полиизоцианаты.
Двухкомпонентные композиции для покрытия в контексте настоящего изобретения понимают как композиции для покрытия, в которых компонент связующего и компонент сшивающего агента должны храниться в отдельных сосудах с связи с их (высокой) реакционной способностью. Два компонента смешивают только незадолго до применения, и затем они реагируют, обычно без добавления активатора. Однако также можно применять катализаторы или применять повышенные температуры для ускорения сшивающей реакции.
Подробное описание изобретения
n
Гидроксилфункциональное акрилатное связующее первого компонента должно типично иметь: число средней молекулярной массы (M), как определено гель-проникающей хроматографией, от примерно 500 до 50000, предпочтительно от примерно 1000 до 10000; гидроксильное число от примерно 20 до 300, предпочтительно от 30 до 250 мг КОН/г полимера; кислотность (по твердому веществу) от 0 до 150, предпочтительно от 0 до 100 мг КОН/г полимера; и содержание сульфоновой кислоты и/или карбоксильных групп от 5 до 450, предпочтительно от 20 до 300 микроэквивалентов на 100 г полимера (твердое вещество).
Такие гидроксилфункциональные акрилатные связующие конечно могут быть получены из известных коммерческих источников, в таком случае предпочтительно использовать коммерческие продукты на основе растворителей, поскольку это требует небольшой предварительной обработки перед использованием в настоящем изобретении. Примеры таких коммерческих смол, которые могут быть использованы здесь, представляют собой Desmophen A 450 BA, Desmophen A 450 BA/X, Desmophen 800, Desmophen 1200 и Desmophen 670 (все доступны от Viverso); и Synthalat 1633, Synthalat 1653 и Synthalat A 333 (все доступны от Synthopol). Перед перемешиванием или стадией эмульгирования, описанной ниже, содержание воды и/или растворителя коммерческого состава можно увеличивать или уменьшать при использовании технологических способов, таких как дистилляция, которые хорошо известны специалисту, имеющему обычные навыки в данной области техники.
Гидроксилфункциональные смолы, обеспечиваемые как лак на основе растворителя, вмешивают обычно при высокой скорости перемешивания, не обязательно при нагревании, в водный раствор 2-пропоксиэтанола и/или 2-бутоксиэтанола с получением первого компонента. Это служит для стабилизации дисперсии (эмульгирования) воды в лаковой системе на основе растворителя.
Сходным образом, гидроксилфункциональные полимеры могут быть получены известным способом путем сополимеризации олефинового ряда ненасыщенных мономеров, олефинового ряда ненасыщенных мономеров, содержащих гидроксильные группы, и мономеров, содержащих кислые группы (например, сульфоновую кислоту и/или карбоксильные группы), указанные три мономерные группы обычно смешивают и сополимеризуют в качестве мономеров. После сополимеризации кислые группы, по крайней мере частично, нейтрализуют.
Обычно мономеры, содержащие кислотные группы, используют в целях включения карбоксильной и/или сульфоновой кислотной группы в сополимерах. Соответственно, «кислые» сомономеры будут, таким образом, олефинового ряда ненасыщенными полимеризуемыми соединениями, которые содержат по крайней мере одну карбоксильную группу и/или группу сульфоновой кислоты, например: олефинового ряда ненасыщенные моно- или дикарбоновые кислоты, имеющие молекулярную массу от 70 до 250, такие как (мет)акриловая кислота, малеиновая кислота или итаконовая кислота; олефинового ряда ненасыщенные соединения, содержащие группы сульфоновой кислоты, такие как 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота и их смеси.
Количество указанных гидрофильных мономеров, используемых в сополимеризации, будет влиять на растворимость или диспергируемость в воде сополимеров, в особенности после по крайней мере частичной нейтрализации кислотных групп. В общем, в производных полимерах, пригодных для первого компонента по настоящему изобретению, «кислые» сомономеры следует использовать в количествах от 1 до 30% по массе, предпочтительно от 5 до 20% по массе от общей массы используемых мономеров.
Мономеры, содержащие гидроксильные группы, используют в таких количествах, чтобы полученные полимеры имели гидроксильное число, установленное выше, указанные величины, соответствующие содержанию гидроксильных групп полимера от примерно 0,5 до 8, предпочтительно от 1 до 5% по массе. В общем гидроксифункциональные сомономеры используют в количествах от примерно 1 до 75% по массе, предпочтительно от примерно 5 до 50% по массе от общей массы используемых мономеров. Дополнительно, важно гарантировать, чтобы количество гидроксифункциональных мономеров было выбрано таким образом, чтобы обеспечить сополимеры, содержащие в среднем по крайней мере две гидроксильных группы в молекуле.
Пригодные мономеры, содержащие гидроксильные группы, включают, в частности, гидроксильные сложные эфиры (мет)акриловой кислоты, предпочтительно содержащие от 2 до 4 атомов углерода в алкильном радикале. В качестве конкретных примеров могут быть перечислены 2-гидроксиэтил (мет)акрилат, 2- или 3-гидроксипропил (мет)акрилат и изомерные гидроксибутил (мет)акрилаты.
Третья группа олефинового ряда ненасыщенных мономеров, которая может быть использована для получения сополимеров, представляет собой олефинового ряда ненасыщенные соединения, которые не содержат ни кислотных, ни гидроксильных групп. Указанные соединения включают сложные эфиры акриловой или метакриловой кислоты, содержащие от 1 до 18, предпочтительно от 1 до 8 атомов углерода в спиртовом радикале, такие как метил (мет)акрилат, этил (мет)акрилат, изопропил (мет)акрилат, н-пропил (мет)акрилат, н-бутил (мет)акрилат, 2-этилгексил (мет)акрилат, н-стеарил (мет)акрилат, стирол, алкилзамещенные стиролы, (мет)акрилонитрил, винилацетат, винилстеарат и их смеси. Сомономеры, содержащие эпоксидные группы, такие как глицидил (мет)акрилат, или мономеры, такие как N-метоксиметил(мет)акриламид, могут быть использованы в небольших количествах.
Мономеры указанной третьей группы используют в количествах до 90% по массе, предпочтительно от примерно 40 до 80% по массе от массы всех используемых мономеров.
Гидроксилфункциональные акрилатные полимеры могут быть получены стандартными способами полимеризации, которые могут быть прерывными или непрерывными. Полимеры получают в органическом растворителе, момент добавления растворителя к смеси мономеров определяют согласно используемому способу полимеризации. Как известно в данной области техники, пригодные органические растворители включают: ароматические углеводороды, такие как бензол, толуол, ксилол и хлорбензол; сложные эфиры, такие как этилацетат, бутилацетат, метилгликоль ацетат, этилгликоль ацетат и метоксипропил ацетат; простые эфиры, такие как бутилгликоль, тетрагидрофуран, диоксан и этилгликолевый простой эфир; кетоны, такие как ацетон и метилэтилкетон; галогенсодержащие растворители, такие как метиленхлорид и трихлормонофторэтан, и их смеси.
Полимеризация может быть инициирована инициаторами, имеющими время полураспада при от 80ºС до 180ºС от примерно 0,01 до 400 минут. В общем, реакция сополимеризации проходит при температурах в установленном выше диапазоне, предпочтительно при температуре от примерно 100ºС до 160ºС, при давлении от примерно 1000 до 20000 мбар. Точную температуру полимеризации определяют согласно типу используемого инициатора. Инициаторы используют в количествах от примерно 0,05 до 6% по массе от общего количества мономеров.
Пригодные инициаторы включают алифатические азо соединения, такие как азоизобутиронитрил, и пероксиды, такие как дибензоил пероксид, т-бутил перпивалат, т-бутил пер-2-этилгексаноат, т-бутил пербензоат, т-бутил гидропероксид, ди-т-бутил пероксид, кумол дигидропероксид и дициклогексил и дибензил пероксикарбонат.
Молекулярную массу гидроксилфункциональных полимеров можно регулировать при использовании стандартных регуляторов, таких как н-додецилмеркаптан, диизопропил ксантоген дисульфид, ди(метилентриметилолпропан)ксантоген дисульфид и тиогликоль. Их обычно добавляют в количествах до примерно 3% по массе от смеси мономеров.
По завершении полимеризации гидроксилфункциональный полимер присутствует, растворенный в органических растворителях. Как обсуждалось выше, с точки зрения коммерческих составов связующих, часть органического растворителя может быть удалена из продукта полимеризации путем простой дистилляции или азеотропной дистилляции перед стадией примешивания (или эмульгирования), описанной ниже.
Для получения первого компонента композиции для покрытия органический раствор гидроксилфункционального полимера затем примешивают, обычно при высокой скорости, к необязательно предварительно нагретому водному раствору по крайней мере одного соединения, выбранного из группы, состоящей из 2-пропоксиэтанола и 2-бутоксиэтанола. Это служит для эмульгирования воды в лаковой системе на основе растворителя.
Количественное отношение необходимых и обязательных ингредиентов первого компонента следует предпочтительно установить таким образом, чтобы полученная дисперсия имела содержание твердых веществ от 20 до 80% по массе, предпочтительно от 35 до 60% по массе.
Необязательно, первый компонент композиции может содержать один или несколько дополнительных полимерных полиолов, имеющих две и более гидроксильных группы, которые способны реагировать с изоцианатной группой. Указанные необязательные дополнительные полиолы должны быть в значительной степени неразветвленными с молекулярной массой в диапазоне от 300 до 20000, предпочтительно в диапазоне от 500 до 2500. Предпочтительные полиолы представляют собой сложные полиэфиры, полиацетали, поликарбонаты, простые полиэфиры, простые политиоэфиры, полиамиды и/или амиды сложных полиэфиров, содержащие в среднем от 2 до максимум 4 гидроксильных групп.
Первый компонент композиции может также необязательно включать: полимерные или сополимерные полигидроксилы, которые содержат основные атомы азота, уретановые или карбамидные группы; аналоги упомянутых выше полимерных или сополимерных полигидроксилов, которые имеют терминальные амино- или сульфидные группы; и полиолы, которые можно получить при полном или частичном раскрытии кольца эпоксидизированных триглицеридов с первичными или вторичными гидроксильными соединениями.
Сшивающие агенты, представленные во втором компоненте 2К полиуретановых покрытий по настоящему изобретению, представляют собой полиизоцианатные соединения, которые имеют свободные изоцианатные группы и которые включают одно или несколько из следующих: ароматические, циклоалифатические или алифатические диизоцианаты; частично скрытые полиизоцианаты; полиизоцианаты, частично прореагировавшие с, например, фенолами, третичным бутанолом, фталимидом и капролактамом; хлорированные и бромированные диизоцианаты; и содержащие серу и фосфор диизоцианаты. Указанные полиизоцианаты необязательно обеспечивают в качестве отдельного сшивающего компонента в двухкомпонентной композиции для покрытия.
Пригодные примеры диизоцианатов, которые могут быть использованы сами по себе или в смеси, включают, но не ограничиваются перечисленным: мета-тетраметилксилол диизоцианат (TMXDI); изофорон диизоцианат (IPDI); тетраметилен диизоцианат; гексаметилен диизоцианат (HDI); триметилгексаметилен диизоцианат; 2,4-толуол диизоцианат; 2,6-толуол диизоцианат; диметилбензил диизоцианат; 4,4'-дициклогексилметан диизоцианат (H12MDI); бензол 1,3-бис(1-изоцианато-1-метилэтил); 1-5-нафталин диизоцианат (NDI); п-фенилен диизоцианат (PPDI); транс-циклогексан-1,4-диизоцианат; битолилен диизоцианат (TODI); димер толилен диизоцианат; 4,4'-дифенилметан диизоцианат; 4,4'-дифенилдиметилметан диизоцианат; ди- и тетраалкилдифенилметан диизоцианат; 4,4'-дибензил диизоцианат; 1,3-фенилен диизоцианат; 1,4-фенилен диизоцианат; изомеры толилен диизоцианата; 1-метил-2,4-диизоцианатоциклогексан; 1-изоциоанатометил-3-изоционатометил-3-изоцианато-1,5,5-триметил циклогексан; циклогексан-1,4-диизоцианат; 1,2-диизоцианатододекан; 1,6-диизоцианато-2,2,4-триметилгексан; 1,6-диизоцианато-2,4,4-триметилгексан; тетраметоксибутан-1,4-диизоцианат, бутан-1,4-диизоцианат, гексан-1,6-диизоцианат, дициклогексилметан диизоцианат; этилен диизоцианат; сложный изоцианатоэтиловый эфир фталевой кислоты; 4,4'-диизоцианатофенил перфторэтан; 1-хлорметилфенил-2,4-диизоцианат; 1-бромметилфенил-2,6-диизоцианат; 3,3-бис-хлорметиловый простой эфир 4,4'-дифенил диизоцианат; и димер жирной кислоты диизоцианат.
Изоцианат должен иметь среднюю функциональность от 2,0 до 3,2, предпочтительно от 2,2 до 3,0 изоцианатных остатков на молекулу и содержание NCO от 10 до 35% по массе.
Неограничивающие примеры коммерчески доступных продуктов, которые могут быть использованы в качестве или включены во второй компонент композиции для покрытия, представляют собой: Tolonate HDB 75, Tolonate LV, Tolonate LV2, Tolonate IDT (все доступные от Perstorp/Rhodia); и Desmodur N 75 BA и Desmodur Z 4470 BA (оба доступные от Bayer).
1
4
Содержание твердых веществ второго компонента обычно находится в диапазоне от 40 до 100% масс. и предпочтительно от 60 до 100% масс. Если изоцианат предназначен для композиции на основе растворителя, в особенности пригодные растворители включают, но не ограничиваются перечисленным: этилацетат; пропилацетат; бутилацетат; метилэтилкетон; метилизобутилкетон; этилгликоль ацетаты; 1,2-диацетоксипропан; 1-метокси-2-пропилацетат; 1-этокси-2-пропилацетат; 1-бутокси-2-пропилацетат; метоксибутилацетат; 2-бутоксиацетат; и диметиловый простой эфир дипропиленгликоля (CAS 11109-77-04). Дополнительно к сложным ацетатным эфирам, будет понятно, что в качестве растворителей для второго компонента могут также применяться другие алифатические сложные эфиры, такие как C-C пропионатные, бутиратные и валериановые сложные эфиры.
Два компонента композиции для покрытия объединяют с получением реакционной смеси, которая включает по крайней мере один полиизоцианат и по крайней мере один гидроксилфункциональный полимер. Два компонента комбинируют в таком количестве, что отношение эквивалентов изоцианатных групп к эквивалентам, реакционноактивным по отношению к изоцианатным группам, в композиции для покрытия составляет от 0,5:1 до 6:1 и предпочтительно примерно 1:1. Указанная стадия реакции должна обычно проходить в пригодном реакторе, где реагенты пригодным образом комбинируют, смешивают и вводят в реакцию и где тепло можно подводить к и отводить от реактора. Реакцию также предпочтительно проводят в атмосфере азота или инертного газа, что минимизирует или препятствует дополнительному введению воды в реакционную смесь. Первый и второй компоненты можно добавлять в реактор непрерывно, постепенно с течением времени (как при полунепрерывном способе) или партиями. Предпочтительно первый и второй компоненты постепенно добавляют в реактор.
Традиционные добавки технологии покрытий, такие как противопенные добавки, пигменты, диспергирующие вспомогательные добавки, добавки, повышающие текучесть, матирующие вещества, предохраняющие кожу добавки, противоосаждающие вещества и эмульгаторы, можно добавлять до, в течение или после получения композиций для покрытия путем смешивания с индивидуальными компонентами.
Если изоцианатные группы обеспечивают в избытке по отношению к гидроксильным группам в 2К композиции для покрытия, агенты, удлиняющие цепь, имеющие активные атомы водорода и обычно среднюю молекулярную массу менее 400, могут быть включены в композиции для покрытия. Агенты, удлиняющие цепь, известны в данной области техники, включая, например, первичные или вторичные аминфункциональные соединения и охватывая также полиаминовые соединения, имеющие терминальные группы первичных аминов, а также внутренние группы вторичных аминов. Алифатические, циклоалифатические и ароматические диамины представляют собой предпочтительные, поскольку они обычно обеспечивают максимальное увеличение молекулярной массы посредством удлинения цепи, не вызывая желирования дисперсии.
Как также известно в данной области техники, композиция для покрытия может дополнительно включать регулятор молекулярной массы, который будет действовать таким образом, чтобы контролировать молекулярную массу полиуретанового полимера, полученного в результате реакции первого и второго компонента. Пригодные регуляторы молекулярной массы включают аминоспирты, такие как этаноламин, пропаноламин, бутаноламин, N-метилэтаноламин, диметилэтаноламин, N-метилизопропаноламин, таурин и изэтионовая кислота.
Стехиометрический избыток изоцианатных реакционных групп в композиции для покрытия может быть также нейтрализован добавлением одного или нескольких нейтрализующих агентов. Пригодные нейтрализующие агенты включают: неорганические основания, такие как гидроксид калия и гидроксид лития; а также третичные амины, такие как триэтиламин, трибутиламин, моноэтил дипропиламин, моноэтил дибутиламин, диэтил монопропиламин и диэтил монобутиламин.
Первый компонент композиции может необязательно дополнительно включать катализатор, который будет действовать, укорачивая общее время реакции между изоцианатом и реакционноактивными по отношению к изоцианату группами при их объединении. Пригодные катализаторы включают: материалы на основе олова, такие как дилаурат дибутил олова, дибутил бис(лаурилтио)станнат, дибутилолово бис(изооктилмеркаптоацетат), октоат олова и дибутилолово бис(изооктилмалеат); третичные амины, такие как 1,4-диазабицикло[2.2.2]октан (DABCO), пентаметил дипропилентриамин, бис(диметиламино этиловый сложный эфир), пентаметил диэтилентриамин, фенольная соль 1,8-диазабицикло[5.4.0]ундецен-7 (коммерчески доступная как U-CATSAI, Sun Apro K.K.), диметилциклогексиламин, 2,4,6-трис(N,N-диметиламинометил)фенол (DMT-30), 1,3,5-трис(3-диметиламинопропил)гексагидро-s-триазин; амидиновые комплексы цинка(II); карбоксилаты цинка; карбоксилаты висмута и соли аммония.
Количество катализатора, присутствующего в ходе реакции, обычно составляет в диапазоне от 0% до 2% и предпочтительно от 0,05% до 1,75% по массе всей композиции.
Два компонента композиции для покрытия предпочтительно обеспечивают в упаковке, которая состоит из двух отдельных камер, с полиольным компонентом, представленным в первой камере, и полиизоцианатным компонентом, представленным во второй камере. Компоненты вводят в соответствующие камеры упаковки и упаковку целиком герметизируют непроницаемо для воздуха и влаги.
Для мелкомасштабных применений, в которых обычно будут использоваться объемы менее чем 1 литр, предпочтительная упаковка композиций двух компонентов будет представлять собой размещающиеся в ряд двойные картриджи или соосно размещающиеся картриджи, где две трубчатые камеры располагаются одна рядом с другой или одна внутри другой и запечатаны, например, поршнями. Перемещение указанных поршней позволяет компонентам быть экструдированными из картриджа преимущественно через близко установленное статическое или динамическое смешивающее устройство.
Для определенных применений покрытий лаковый и отверждающий компоненты могут быть смешаны вручную или механически в предварительно определенных количествах. Таким же образом, композиции для покрытия можно применять из упаковки при использовании предназначенного для этого 2К оборудования для распыления, которое представляет собой коммерчески доступное.
Для более масштабных применений, в частности для применений в промышленном производстве, два компонента композиций для покрытия могут предпочтительно храниться в бидонах или канистрах. В этом случае два компонента экструдируют через гидравлические прессы, в частности при использовании прижимных пластин подачи, и подают через трубопровод в смешивающий аппарат, который может обеспечивать тонкое и высокогомогенное перемешивание сшивающего и связывающего компонентов.
При любой упаковке важно, чтобы полиизоцианатный компонент по крайней мере был запечатан непроницаемо для воздуха и влаги так, чтобы оба компонента могли храниться в течение длительного времени, в идеальном случае в течение 12 месяцев и дольше.
Композиция для покрытия по настоящему изобретению показывает особую пригодность в качестве прозрачного покрытия, основного покрытия и/или окрашенного верхнего покрытия. Композиции для покрытия можно применять обычными способами нанесения, такими как нанесение кистью, нанесение покрытия при помощи валиков, нанесение штукатурной кистью, способами печати, распылением из пульверизатора, распылением с пневматическим усилителем, безвоздушным распылением, распылением при низком давлении в большом объеме и безвоздушным распылением с пневматическим усилением.
Рекомендуется, чтобы композиции для покрытия наносили до состояния влажной пленки толщиной от 10 до 500 мкм. Нанесение более тонких слоев в указанном диапазоне представляет собой более экономичное и обеспечивает меньшую вероятность получения толстых отвердевших зон, которые могут потребовать дополнительной шлифовки. Однако нанесение более тонких слоев может потребовать большего контроля для того, чтобы избежать образования прерывистой затвердевшей пленки.
Нанесенные слои покрытия следует экспонировать в достаточных условиях отверждения для получения полного затвердевания. Пригодные условия отверждения могут быть определены эмпирически в зависимости от конкретного оборудования для распыления, применяемого субстрата и температуры среды. Температура отверждения предпочтительно составляет в диапазоне от 0ºС до 130ºС и более предпочтительно в диапазоне от 20ºС до 60ºС.
Композиции для покрытия согласно настоящему изобретению находят применение в: покрытии стекла; покрытии минеральных строительных материалов, таких как связанная известью или цементом штукатурка, поверхности, содержащие гипс, строительные материалы из волокнистого цемента и бетон; окраске и герметизации дерева и древесных материалов, таких как древесно-стружечные плиты, древесно-волокнистые плиты и бумага; окраске и покрытии металлических поверхностей; покрытии и окраске дорожного покрытия, содержащего асфальт и битум; окраске и герметизации различных пластиковых поверхностей и покрытии кожи и ткани. Также предусмотрено, что композиции для покрытия могут быть использованы для скрепления поверхность к поверхности различных материалов и могут быть использованы для скрепления одинаковых или различных материалов один к другому.
Пример
Настоящее изобретение теперь будет проиллюстрировано следующим примером. Как использовано здесь:
Desmophen A 450 BA/X представляет собой гидроксилфункциональную полиакрилатную смолу, доступную от Viverso.
Disperbyk-174 представляет собой концентрат пигмента, доступный от BYK-Chemie.
Desmodur N 75 BA представляет собой алифатическую полиизоцианатную смолу на основе гексаметилендиизоцианата, доступную от Bayer Chemie.
Borchi Kat 22 не содержащий олова катализатор доступен от OMG Borchers.
Первый компонент композиции для покрытия настоящего примера был получен в соответствии с спецификацией в таблице 1, представленной ниже:
<u>Таблица </u>1
Ингредиент
% по массе
Бутилацетат
17
Desmophen A 450 BA/X
35
Вода
25,9
2-пропоксиэтанол
10
Кремнеземовые матирующие агенты
3,5
Паста стеарата цинка
1,9
Сложный эфир целлюлозы
3
Добавка, повышающая текучесть
0,2
Силиконовый антивспенивающий агент
1
Не содержащий олова катализатор (Borchi Kat 22)
1,5
Disperbyk-174
1
Высококачественную добавку сложного эфира целлюлозы медленно перемешивали с растворителем бутилацетат до полного в нем растворения. Гидроксилфункциональный полиакрилат, пигментную пасту, кремнеземовые матирующие агенты и пасту оксида цинка затем добавляли к раствору при перемешивании. К полученной смеси добавляли воду и 2-пропоксиэтанол при условиях перемешивания, которые были достаточными для образования эмульсии вода-в-масле, к которую затем добавляли силиконовый антивспенивающий агент, добавку, повышающую текучесть, и не содержащий олова катализатор.
Второй сшивающий компонент композиции для покрытия настоящего примера был получен в соответствии с спецификацией в таблице 2, приведенной ниже:
<u>Таблица 2</u>
Ингредиент
% по массе
Desmodur N 75 BA
70
Бутилацетат
30
Первый и второй компоненты, как описано выше, смешивали в соотношении лаковый компонент к сшивающему 10:1. 200 мкл полученной смеси немедленно наносили на черное стекло при использовании пленочного аппликатора и оставляли высыхать на воздухе при комнатной температуре (25ºС) в течение 30 минут. Пленку затем дополнительно сушили при 60ºС в течение 1 часа.
Поверхностный блеск полученной пленки составил 20 (+/-2)% при измерении под углом 60 градусов при использовании BYK Gardner Multigloss Meter в соответствии с ASTM D2457 или ASTM D523.
При визуальном исследовании пленки, проведенном одновременно с оценкой блеска, было обнаружено, что покрытие имеет достаточную прозрачность и не содержит явного загрязнения.