ГИДРОКСИЛФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОЛИОЛЫ НА ОСНОВЕ МАСЛА И КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ, ПОЛУЧЕННЫЕ ИЗ ГИДРОКСИЛФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОЛИОЛОВ НА ОСНОВЕ МАСЛА Российский патент 2015 года по МПК C09D191/00 C09D175/04 C09D161/06 

Предпосылки создания изобретения

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к гидроксилфункциональным полиолам на основе масла, композициям для нанесения покрытия, сформированным из гидроксилфункциональных полиолов на основе масла, способам нанесения покрытия на подложки с помощью данных композиций для нанесения покрытия и к подложкам, покрытым данными композициями для нанесения покрытия.

2. Описание уровня техники

Современная техника основывается главным образом на технологии эпоксидных смол, отверждаемых аминосмолами и фенольными смолами. Композиции для нанесения покрытия, сформированные из эпоксидных смол на основе бисфенола А, используются в упаковочных покрытиях и контейнерах для продуктов питания и напитков. Однако среди некоторых потребителей и владельцев товарных знаков существует запрос на композиции для нанесения покрытия, не содержащие или по существу не содержащие бисфенола A, для использования в упаковках и контейнерах для продуктов питания и напитков.

Патент США № 5728796 раскрывает способ, в котором эпоксидсодержащее соединение реагирует с алифатическим гидроксилсодержащим соединением в присутствии катализатора на основе сульфоновой кислоты. Данный способ используется для формирования эпоксидных смол, имеющих высокие молекулярные массы.

Патент США № 4012559 раскрывает отверждаемую излучением композицию для нанесения покрытия, содержащую акриловый сополимер, полифункциональное соединение, имеющее молекулярную массу не более 2000, и эпоксидированное растительное масло. Поясняется, что отвержденные композиции могут быть нанесены в виде покрытия на металл, чтобы сформировать покрытые металлические изделия.

В публикации Guo, et al., Rigid Polyurethane Foams Based on Soybean Oil, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 77, 467-473 (2000) описана реакция эпоксидированного соевого масла с метанолом, приводящая к образованию полиола на основе эпоксидированного соевого масла, который используется для получения полиуретановых пен для применения в термоизоляции и упаковке.

Патентная публикация США № 2008/0302694 раскрывает отверждаемую излучением композицию для нанесения покрытия, содержащую олигомер на основе эпоксидированного растительного масла, полученный реакцией эпоксидированного растительного масла и гидроксилфункционального акрилата или гидроксилфункционального метакрилата в присутствии катализатора на основе сульфоновой кислоты. Данная композиция может быть использована в качестве покрытия для упаковочных материалов для хранения продуктов питания.

WO 2007/127379 раскрывает улучшенные олигомерные полиолы, полученные способом, включающим стадии: (a) предоставления олигомерного полиола, который включает по меньшей мере один сложный эфир глицерина и жирной кислоты, имеющий по меньшей мере одну сложноэфирную связь глицерина и жирной кислоты; и (b) расщепления по меньшей мере части сложноэфирных связей глицерина и жирной кислоты с образованием улучшенного олигомерного полиола. Улучшенные олигомерные полиолы полезны в получении полимеров, таких как полиуретаны.

WO 2006/012344 раскрывает способы получения ненасыщенных полиолов на основе модифицированного растительного масла, способы получения олигомерных полиолов на основе модифицированного растительного масла, олигомерных композиций, имеющих структуру модифицированного триглицерида жирной кислоты, и способы получения полиола, включающие гидроформилирование и гидрирование масел в присутствии катализатора.

US 2008/108728 раскрывает реакционно-способные композиции (мет)акрилатного мономера и способы, используемые для получения таких композиций. Такие реакционно-способные мономерные композиции могут быть произведены из источников возобновляемого сырья, таких как ненасыщенные масла семян или растительные масла, могут содержать по меньшей мере один из амидного фрагмента, сложноэфирного фрагмента или триглицеридного фрагмента и могут быть использованы для получения отверждаемых покрытий, покрытий, отверждаемых ультрафиолетовым светом (УФ), адгезивных композиций и герметизирующих композиций.

Патент US 4212781 раскрывает способы модификации эпоксидной смолы посредством реакции с сополимеризуемым мономером в присутствии инициатора. Привитой полимер формируют из эпоксидной смолы прививкой аддитивного полимера к алифатической основной цепи эпоксидной смолы. Раскрыто, что способ полезен для получения полимерных смесей для композиций для нанесения покрытия.

Существует запрос на получение применяемых в упаковке покрытий, которые не содержат бисфенола A или по существу не содержат бисфенола A. Гидроксилфункциональные полиолы на основе масла по изобретению отвечают данному запросу и могут быть использованы в получении композиций для нанесения покрытия, подходящих, среди прочего, в качестве применяемых в упаковке покрытий для упаковок и контейнеров продуктов питания и напитков. Они могут быть составлены так, чтобы давать более высокое содержание твердых компонентов для нанесения и улучшенную коррозийную стойкость по сравнению с некоторыми коммерческими эпоксидными системами для нанесения покрытия.

Сущность изобретения

Технология настоящего изобретения способна обеспечить лучшую коррозийную стойкость и покрытия с более высоким содержанием твердых компонентов, чем некоторые покрытия современного уровня техники. Более высокое содержание твердых компонентов позволяет получить более широкую ширину нанесения покрытия в операции единичного прохода. Технология настоящего изобретения может также давать еще не загустевшие высокомолекулярные композиции для нанесения покрытия, которые представляют собой превосходные пленкообразователи.

Настоящее изобретение включает способы получения гидроксилфункциональных полиолов на основе масла. Такие способы могут быть осуществлены в единственном реакторе или в множестве реакторов. В некоторых вариантах осуществления изобретения гидроксилфункциональный полиол на основе масла получают способом, включающим стадию взаимодействия эпоксидированного растительного масла с гидроксилфункциональным материалом в присутствии кислого катализатора.

Настоящее изобретение также включает композиции для нанесения покрытия, полученные из гидроксилфункциональных полиолов на основе масла. В некоторых вариантах осуществления композиции для нанесения покрытия получены способом, включающим взаимодействие эпоксидированного растительного масла с гидроксилфункциональным материалом в присутствии кислого катализатора с формированием гидроксилфункционального полиола на основе масла и сшивку гидроксилфункционального полиола на основе масла сшивающим агентом с формированием композиции для нанесения покрытия.

Настоящее изобретение дополнительно включает способы нанесения покрытия на подложку путем смешения гидроксилфункционального полиола на основе масла с сшивающим агентом с формированием смеси, нанесения данной смеси на подложку и сшивки смеси. Подложки, покрытые композициями для нанесения покрытия, также включены в настоящее изобретение. В некоторых вариантах осуществления подложка представляет собой банку или упаковку.

Подробное описание изобретения

Использованные в обсужденных выше вариантах осуществления и других вариантах осуществления данного изобретения и описанной здесь формуле изобретения следующие термины в общем имеют указанные значения, но данные значения не подразумеваются как ограничивающие объем изобретения, если эффект изобретения достигается приданием более широкого значения нижеследующим терминам.

За исключением рабочих примеров или специально оговоренных случаев все числа, выражающие количества ингредиентов, условия реакций и так далее, использованные в описании и формуле изобретения, следует понимать как модифицируемые во всех случаях термином “примерно”. Соответственно, если не указано обратное, числовые параметры, приведенные в нижеследующем описании и в прилагаемой формуле изобретения, представляют собой приблизительные значения, которые могут изменяться в зависимости от желаемых свойств, которые стремятся получить настоящим изобретением. Во всяком случае, но не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый числовой параметр следует рассматривать в свете числа значащих цифр и с учетом обычных способов округления. Несмотря на то, что числовые диапазоны и параметры, устанавливающие широкий объем изобретения, представляют собой приблизительные значения, числовые значения, указанные в конкретных примерах, приведены с наиболее возможной точностью. Любые числовые значения, однако, заведомо содержат определенные ошибки, неизбежно возникающие из стандартного отклонения, обнаруживаемого при измерениях в ходе проведения соответствующих испытаний. Если не указано иное, все процентные значения, отношения и доли, приведенные здесь, даны по массе и, в частности, если иное специально не указано, доли компонентов в описанных композициях даны в процентах относительно суммарной массы смеси данных компонентов.

Также в данной заявке представления числовых диапазонов конечными значениями включают все числа, включенные в такой диапазон (например, 1 до 5 включает 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4, 5 и так далее).

Также в данной заявке формы единственного числа, фразы “по меньшей мере один” и “один или более” использованы взаимозаменяемо.

Также в данной заявке термин “включает” и его варианты не имеют ограничивающего значения, если данные термины использованы в описании и формуле изобретения.

Термины “например”, “без ограничения” и тому подобное, а также иллюстративные соединения, диапазоны, параметры и тому подобное, раскрытые в описании и формуле изобретения, предназначены определять варианты осуществления изобретения неограничивающим образом. Другие соединения, диапазоны, параметры и тому подобное могут быть применены специалистами в данной области, не отклоняясь от сущности и объема изобретения.

Настоящее изобретение включает подложки, покрытые по меньшей мере частично композицией для нанесения покрытия по изобретению, и способы нанесения покрытия на подложки. Термин “подложка”, использованный здесь, включает без ограничения банки, металлические банки, упаковку, контейнеры, емкости или любые их части, используемые для того, чтобы вмещать, соприкасаться или контактировать с любым типом пищевого продукта или напитка. Также, термины “подложка”, “банка(и) для пищевых продуктов”, “контейнеры для пищевых продуктов” и тому подобное включают в качестве неограничивающего примера “концевые участки банок”, которые могут быть отштампованы из жести для консервных банок и использованы в упаковке пищевых продуктов и напитков.

Настоящее изобретение включает способы получения гидроксилфункциональных полиолов на основе масла и композиций для нанесения покрытия, содержащих гидроксилфункциональный полиол на основе масла, взаимодействием эпоксидированного растительного масла с гидроксилфункциональным материалом в присутствии кислого катализатора. Гидроксилфункциональные полиолы на основе масла могут быть использованы, среди прочего, в получении покрытий для упаковки. В некоторых вариантах осуществления изобретения гидроксилфункциональные полиолы на основе масла сшивают сшивающим агентом с формированием композиции для нанесения покрытия для упаковки и контейнеров для пищевых продуктов и напитков.

Эпоксидированное растительное масло может быть использовано в одиночку или в сочетании с другими эпоксидированными растительными маслами. Эпоксидированные растительные масла могут быть получены из растительных масел посредством, в качестве неограничивающего примера, добавления пероксида водорода и муравьиной или уксусной кислоты к растительному маслу и затем выдерживания смеси при повышенной температуре до тех пор, пока некоторые или все углерод-углеродные двойные связи не превратятся в эпоксидные группы.

Растительные масла содержат главным образом глицериды, которые представляют собой сложные триэфиры глицерина и жирных кислот с различными степенями ненасыщенности. В качестве неограничивающего примера эпоксидированные растительные масла для применения в изобретении могут быть получены из растительных масел (триглицеридов жирных кислот), таких как, без ограничения, сложные эфиры глицерина и жирных кислот, имеющих алкильную цепь от примерно 12 до примерно 24 атомов углерода. Глицериды жирных кислот, которые представляют собой триглицериды в ненасыщенных глицеридных маслах, называются в общем обезвоженными маслами или полуобезвоженными маслами. Обезвоженные масла включают в качестве неограничивающего примера льняное масло, перилловое масло и их сочетания, тогда как полуобезвоженные масла включают без ограничения талловое масло, соевое масло, сафлоровое масло и их сочетания. Триглицеридные масла в некоторых вариантах осуществления имеют одинаковые цепи жирных кислот или, альтернативно, имеют разные цепи жирных кислот, присоединенные к молекуле глицерина. В некоторых вариантах осуществления масла могут иметь цепи жирных кислот, содержащие несопряженные двойные связи. В некоторых вариантах осуществления цепи жирных кислот с единственной двойной связью или с сопряженными двойными связями используются в небольших количествах. Ненасыщенность по двойной связи в глицеридах может быть измерена йодным значением (числом), которое показывает степень ненасыщенности по двойным связям в цепях жирных кислот. Масла на основе глицеридов ненасыщенных жирных кислот, использованные в некоторых вариантах осуществления изобретения, имеют йодное число более примерно 25 и, альтернативно, от примерно 100 до примерно 210.

Природные растительные масла для применения в изобретении могут представлять собой в качестве неограничивающего примера смеси цепей жирных кислот, присутствующих как глицериды, и включать без ограничения распределение сложных эфиров жирных кислот глицерида, где распределение жирных кислот может быть случайным, но в пределах установленного диапазона, который может умеренно изменяться в зависимости от условий выращивания растительного источника. В некоторых вариантах осуществления использовано соевое масло, которое включает приблизительно примерно 11% пальмитиновой, примерно 4% стеариновой, примерно 25% олеиновой, примерно 51% линоленовой и примерно 9% линолевой жирных кислот, где олеиновая, линолевая и линоленовая представляют собой ненасыщенные жирные кислоты. Ненасыщенные растительные масла, использованные в некоторых вариантах осуществления изобретения, включают без ограничения глицеридные масла, содержащие глицеридные сложные эфиры несопряженных ненасыщенных жирных кислот, таких как, без ограничения ими, линолевая и линоленовая жирные кислоты.

Ненасыщенные глицеридные масла включают без ограничения кукурузное масло, хлопковое масло, виноградное масло, конопляное масло, льняное масло, масло дикой горчицы, арахисовое масло, перилловое масло, маковое масло, рапсовое масло, сафлоровое масло, кунжутное масло, соевое масло, подсолнечное масло, каноловое масло, талловое масло и их смеси. Глицериды жирных кислот для применения в изобретении включают в качестве неограничивающего примера те, которые содержат цепи линолевой и линоленовой жирных кислот, масла, такие, но без ограничения ими, как конопляное масло, льняное масло, перилловое масло, сафлоровое масло, соевое масло, подсолнечное масло, каноловое масло, талловое масло, виноградное масло, хлопковое масло, кукурузное масло и похожие масла, которые содержат высокие уровни глицеридов линолевой и линоленовой жирных кислот. В некоторых вариантах осуществления глицериды могут содержать меньшие количества насыщенных жирных кислот. В качестве неограничивающего примера может быть использовано соевое масло, которое содержит большей частью глицериды линолевой и линоленовой жирных кислот. В некоторых вариантах осуществления изобретения использованы сочетания таких масел. Растительные масла могут быть полностью или частично эпоксидированы известными способами, в качестве неограничивающего примера, как при помощи кислоты, такой, но без ограничения, как пероксикислота для эпоксидирования ненасыщенных двойных связей ненасыщенного растительного масла. Ненасыщенные глицеридные масла, использованные в некоторых вариантах осуществления, включают моно-, диглицериды и их смеси с триглицеридами или сложными эфирами жирных кислот, образованными насыщенными и ненасыщенными жирными кислотами.

В некоторых вариантах осуществления эпоксидированное растительное масло включает кукурузное масло, хлопковое масло, виноградное масло, конопляное масло, льняное масло, масло дикой горчицы, арахисовое масло, перилловое масло, маковое масло, рапсовое масло, сафлоровое масло, кунжутное масло, соевое масло, подсолнечное масло, каноловое масло, талловое масло, сложный эфир жирной кислоты, моноглицерид или диглицерид таких масел, или их смесь.

В некоторых вариантах осуществления использованы коммерчески доступные источники эпоксидированных растительных масел, в качестве неограничивающего примера, такие как эпоксидированное соевое масло, продаваемое под торговыми обозначениями “VIKOLOX” и “VIKOFLEX 7170”, доступные от Arkema, Inc, “DRAPEX 6.8”, доступное от Chemtura Corporation, и “PLAS-CHECK 775”, доступное от Ferro Corp. Другие эпоксидированные растительные масла для применения в изобретении включают в качестве неограничивающего примера эпоксидированное льняное масло, продаваемое под торговыми обозначениями “VIKOFLEX 7190”, доступное от Arkema, Inc., и “DRAPEX 10.4”, доступное от Chemtura Corporation, эпоксидированное хлопковое масло, эпоксидированное сафлоровое масло и их смеси. В некоторых вариантах осуществления использовано эпоксидированное соевое масло.

В некоторых вариантах осуществления изобретения гидроксилфункциональный материал включает без ограничения пропиленгликоль, этиленгликоль, 1,3-пропандиол, неопентилгликоль, триметилолпропан, диэтиленгликоль, простой полиэфиргликоль, сложный полиэфир, поликарбонат, полиолефин, гидроксилфункциональный полиолефин и их смеси. В некоторых вариантах осуществления гидроксилфункциональный материал включает спирт, такой как, без ограничения, н-бутанол, 2-этилгексанол, бензиловый спирт и тому подобное, индивидуально или в сочетании с диолами или полиолами.

В некоторых вариантах осуществления гидроксилфункциональный материал присутствует в количестве от примерно 2:98 до примерно 98:2 по массовому отношению гидроксилфункционального материала к эпоксидированному растительному маслу и, альтернативно, от примерно 5:95 до примерно 40:60. В некоторых вариантах осуществления эквивалентное отношение гидроксильной функциональной группы гидроксилфункционального материала к оксирановой функциональной группе в эпоксидированном растительном масле составляет от примерно 0,1:1 до примерно 3:1. В некоторых вариантах осуществления эквивалентное отношение гидроксильной функциональной группы к оксирановой функциональной группе в эпоксидированном растительном масле составляет от примерно 0,2:1 до примерно 3:1. В некоторых вариантах осуществления эквивалентное отношение гидроксильной функциональной группы к оксирановой функциональной группе в эпоксидированном растительном масле составляет примерно 0,2:1.

Кислый катализатор, используемый для содействия реакции эпоксидированного растительного масла с гидроксилфункциональным материалом, может представлять собой в некоторых вариантах осуществления изобретения катализатор на основе сильной кислоты, в качестве неограничивающего примера, такой как одна или более сульфоновых кислот или другая сильная кислота (кислота с pKa примерно 3 или менее), трифторметансульфокислота, трифлатная соль металла Группы IIA, IIB, IIIA, IIIB или VIIIA Периодической таблицы элементов (согласно конвенции IUPAC 1970), смесь указанных трифлатных солей или их сочетание. В некоторых вариантах осуществления количество кислого катализатора может изменяться в диапазоне от примерно 1 ppm (части на миллион) до примерно 10000 ppm и, альтернативно, от примерно 10 ppm до примерно 1000 ppm в расчете на суммарную массу реакционной смеси. Катализаторы включают в качестве неограничивающего примера катализаторы на основе трифлата металла Группы IIA, такие как, но без ограничения, трифлат магния, катализаторы на основе трифлата металла Группы IIB, такие как, но без ограничения, трифлат цинка и кадмия, катализаторы на основе трифлата металла Группы IIIA, такие как, но без ограничения, трифлат лантана, катализаторы на основе трифлата металла Группы IIIB, такие как, но без ограничения, трифлат алюминия и катализаторы на основе трифлата металла Группы VIIIA, такие как, но без ограничения, трифлат кобальта, и их сочетания. Количество катализатора на основе трифлата металла может изменяться в качестве неограничивающего примера в диапазоне от примерно 10 до примерно 1000 ppm, альтернативно, от примерно 10 до примерно 200 ppm в расчете на суммарную массу реакционной смеси. В некоторых вариантах осуществления изобретения используется катализатор на основе трифлата металла в форме раствора в органическом растворителе. Примеры растворителей включают без ограничения воду, спирты, такие как н-бутанол, этанол, пропанол и тому подобное, а также ароматические углеводородные растворители, циклоалифатические полярные растворители, в качестве неограничивающего примера, такие как циклоалифатические кетоны (например, циклогексанон), полярные алифатические растворители, в качестве неограничивающего примера, такие как алкоксиалканолы, 2-метоксиэтанол, не содержащие гидроксильной функции растворители, и их смеси.

В некоторых вариантах осуществления эпоксидированное растительное масло и гидроксилфункциональный материал нагревают в присутствии кислого катализатора до температуры от примерно 50 до примерно 200°C. Необязательно, растворитель может быть включен в синтез эпоксидированного растительного масла и гидроксилфункционального материала, чтобы содействовать контролю вязкости. В некоторых вариантах осуществления растворитель включает в качестве неограничивающего примера кетон, такой как, без ограничения, метиламилкетон, ароматический растворитель, такой как, без ограничения, ксилол или Aromatic 100, сложноэфирный растворитель или другой не содержащий гидроксильных функциональных групп растворитель, и их смеси. В различных вариантах осуществления изобретения используют от примерно 0 до примерно 90% растворителя в расчете на суммарную массу реакционной смеси и, альтернативно, используют от примерно 5 до примерно 30%. В некоторых вариантах осуществления через от примерно 2 до примерно 3 часов расходуется >90% эпоксидных групп. Растворители, выбранные из вышеописанных, а также другие растворители, включающие без ограничения гидроксилфункциональные растворители, могут быть прибавлены после охлаждения. В некоторых вариантах осуществления желательно иметь конечное NV (содержание нелетучих по массе) от примерно 30 до примерно 80.

В некоторых вариантах осуществления гидроксилфункциональный полиол на основе масла смешивают с сшивающим агентом для формирования отверждаемой композиции для нанесения покрытия. В некоторых вариантах осуществления смесь дополнительно включает гидроксилфункциональный акриловый сополимер, кислотно-функциональный акриловый сополимер, глицидилфункциональный акриловый сополимер, акриламидофункциональный акриловый сополимер и их смесь. Неограничивающий перечень сшивающих агентов для применения в изобретении включает бензогуанамин, бензогуанаминформальдегид, гликольурил, меламинформальдегид, фенольный сшивающий агент, фенолформальдегид, мочевиноформальдегид, изоцианат, блокированный изоцианат и их смеси. В различных вариантах осуществления отношение сшивающего агента к гидроксилфункциональному полиолу на основе масла составляет от примерно 1:99 до примерно 90:10 и, альтернативно, от примерно 5:95 до примерно 60:40. К смеси гидроксилфункционального полиола на основе масла и сшивающего агента может быть необязательно добавлен катализатор отверждения, чтобы улучшить отверждение. Катализаторы отверждения включают в качестве неограничивающего примера додецилбензолсульфоновую кислоту, п-толуолсульфоновую кислоту и тому подобное, а также их смеси. В некоторых вариантах осуществления другие полимеры могут быть подмешаны в композицию для нанесения покрытия, такие как, без ограничения, простые полиэфиры, сложные полиэфиры, поликарбонаты, полиуретаны и тому подобное, а также их смеси. Условия отверждения для применяемых в упаковке покрытий в некоторых вариантах осуществления представляют собой: от примерно 10 до примерно 60 секунд при от примерно 500°F (250°C) до примерно 600°F (320°C) и, альтернативно, от примерно 1 минуты до примерно 20 минут при от примерно 250°F (120°C) до примерно 500°F (250°C). В некоторых вариантах осуществления используют добавки, обычно применяемые при составлении составов термически отверждаемых покрытий, такие как, без ограничения, растворители и агенты облегчения скольжения.

Гидроксилфункциональные полиолы на основе масла и композиции для нанесения покрытия по изобретению могут включать традиционные добавки, известные специалистам в данной области, такие как, без ограничения, добавки для улучшения текучести, поверхностно-активные агенты, пеногасители, добавки для предотвращения образования лунок, смазки, тепловыделяющие добавки и катализаторы отверждения.

Гидроксилфункциональные полиолы на основе масла могут быть использованы для формирования термоотверждаемых композиций для нанесения покрытия. Считается, что гидроксильная функциональная группа гидроксилфункционального полиола на основе масла реагирует с традиционными сшивающими агентами, такими как меламиновые и фенольные материалы. Соединения с гидроксильной функциональной группой, которые также имеют (мет)акрилатную функциональную группу, не являются предпочтительными материалами для получения гидроксилфункциональных полиолов на основе масла для термического отверждения.

В некоторых вариантах осуществления изобретения одну или более композиций для нанесения покрытия наносят на подложку, в качестве неограничивающего примера, такую как банки, металлические банки, упаковка, контейнеры, емкости, концевые участки банок или любые их части, используемые для того, чтобы вмещать или соприкасаться с любым типом пищевого продукта или напитка. В некоторых вариантах осуществления дополнительно к композициям для нанесения покрытия настоящего изобретения наносят одно или более покрытий, и в качестве неограничивающего примера, например, грунтовое покрытие может быть нанесено между подложкой и композицией для нанесения покрытия.

Композиции для нанесения покрытия могут быть нанесены на подложки любым способом, известным специалистам в данной области. В некоторых вариантах осуществления композиции для нанесения покрытия распыляют или наносят валиком на подложку.

Для некоторых приложений полимерные растворы на основе растворителей могут содержать в качестве неограничивающего примера от примерно 20% до примерно 60% по массе твердых полимерных компонентов. Органические растворители используются в некоторых вариантах осуществления, чтобы облегчить нанесение роликом или осуществление других способов нанесения, и такие растворители могут включать без ограничения н-бутанол, 2-бутоксиэтанол-1, ксилол и другие ароматические растворители и сложноэфирные растворители, и их смеси. В некоторых вариантах осуществления н-бутанол используют в сочетании с 2-бутоксиэтанолом-1. В некоторых вариантах осуществления композициям для нанесения покрытия настоящего изобретения может быть придана окраска пигментом и/или непрозрачность известными пигментами и агентами, сообщающими непрозрачность. Во многих областях применения, включая применение с продуктами питания, в качестве неограничивающего примера, пигмент может представлять собой оксид цинка, сажу или диоксид титана. Получаемые в результате композиции для нанесения покрытия наносят в некоторых вариантах осуществления традиционными способами, известными в промышленности нанесения покрытий. Так, как для прозрачных, так и окрашенных пигментом пленок в качестве неограничивающего примера могут быть использованы способы нанесения покрытия распылением, с использованием валика, окунанием и поливом. В некоторых вариантах осуществления после нанесения на подложку композицию для нанесения покрытия термически отверждают при температурах в диапазоне от примерно 130°С до примерно 250°С и, альтернативно, при более высоких температурах в течение времени, достаточного, чтобы осуществить полное отверждение, а также испарение любых летучих компонентов.

Примеры

Изобретение будет дополнительно описано со ссылкой на следующие неограничивающие примеры.

Пример 1

Получение гидроксилфункционального полиола на основе масла

11,0 грамм пропиленгликоля, 112,0 грамм эпоксидированного соевого масла, 30,9 грамм метиламилкетона и 0,036 грамма Nacure А-218 (доступного от King Industries, катализатор - трифлат цинка) перемешивали в атмосфере азота и нагревали до 150°С. Первоначальный экзотермический эффект контролировали при <155°С и смесь выдерживали при 150°С в течение примерно 2 часов, затем охлаждали. Титрование оксирана показало конверсию эпоксидных групп >99,9%.

Пример 2

Получение гидроксилфункционального полиола на основе масла

50,9 грамм диэтиленгликоля и 150 грамм эпоксидированного соевого масла прибавляли в колбу на 1 литр. 0,02 грамма Nacure А-218 (доступного от King Industries, катализатор - трифлат цинка) прибавляли в колбу при 20°С, и смесь перемешивали в атмосфере азота и нагревали до 160°С. Первоначальный экзотермический эффект контролировали при <165°С и смесь выдерживали при 160°С в течение примерно 3 часов. Титрование оксирана показало конверсию эпоксидных групп >99,9%. Прибавляли 50,3 грамма бутилцеллозольва при охлаждении, что давало 80% NV.

Пример 3

Получение гидроксилфункционального полиола на основе масла

50,0 грамм неопентилгликоля и 150 грамм эпоксидированного соевого масла прибавляли в колбу на 1 литр. 0,02 грамма Nacure А-218 (доступного от King Industries, катализатор - трифлат цинка) прибавляли в колбу при 20°С, и смесь перемешивали в атмосфере азота и нагревали до 160°С. Первоначальный экзотермический эффект контролировали при <165°С и смесь выдерживали при 160°С в течение примерно 3 часов. Титрование оксирана показало конверсию эпоксидных групп >99,9%. Прибавляли 50,3 грамма бутилцеллозольва при охлаждении, что давало 80% NV.

Пример 4А

Получение гидроксилфункционального полиола на основе масла

185,500 грамм пропиленгликоля, 812,450 грамм эпоксидированного соевого масла и 0,206 грамма Nacure A-218 (доступного от King Industries, катализатор - трифлат цинка) перемешивали в атмосфере азота и нагревали до 150°С (141 грамм пропиленгликоля оставался в качестве непрореагировавшего растворителя). Первоначальный экзотермический эффект контролировали при <155°С и смесь выдерживали при 150°С в течение примерно 2 часов, затем охлаждали. Титрование оксирана показало конверсию эпоксидных групп >99,9%.

Пример 5

Получение гидроксилфункционального полиола на основе масла

150,0 грамм эпоксидированного соевого масла, 36,8 грамм триметилолпропана и 46,7 грамм метиламилкетона прибавляли в колбу на 1 литр. 0,02 грамма Nacure A218 (доступного от King Industries, катализатор - трифлат цинка) прибавляли в колбу при 20°C, и смесь перемешивали в атмосфере азота и нагревали до 150°С. Первоначальный экзотермический эффект контролировали до 153°C и смесь выдерживали при 150°С в течение примерно трех часов, затем охлаждали. Титрование оксирана показало конверсию эпоксидных групп >99,9%.

Пример 6

Получение глицидилфункционального акрилового сополимера

1253 грамма бутилцеллозольва загружали в пятилитровую стеклянную колбу и нагревали при перемешивании в атмосфере азота до 110°С. Смесь 450 грамм глицидилметакрилата, 525 грамм бутилакрилата, 525 грамм метилметакрилата и 75 грамм трет-бутилпероктоата прибавляли в течение периода трех часов, поддерживая содержимое колбы при 110°С. Дополнительные 197 грамм бутилцеллозольва прибавляли в колбу, позволяя температуре упасть до 95°С. Затем в течение 30 минут прибавляли смесь 150 грамм бутилцеллозольва и 25 грамм трет-бутилпероктоата. Затем колбу выдерживали при 95°С в течение 60 минут и затем охлаждали.

Пример 7

Получение композиции для нанесения покрытия

Готовили смесь, состоящую из 76,14 фунтов (34,56 кг) смолы из примера 5; 57,9 фунтов (26,26 кг) смолы из примера 6; 85,7 фунтов (38,87 кг) RSO199, фенольной смолы, доступной от Cytec Industries; 17,04 фунтов (7,73 кг) Santolink EP560, фенольной смолы, доступной от Cytec Industries; 10,7 фунтов (4,85 кг) Cymel 27-809, бензогуанаминовой смолы, доступной от Cytec Industries; 6,06 фунтов (2,75 кг) Lanco Glidd TPG 087, дисперсии карнаубского воска в растворителе, доступной от Lubrizol Advanced Materials; 4,6 фунтов (2,09 кг) дисперсии, состоящей из 30 частей MPP-620XF, полиэтиленового воска, доступного от Micro Powders, Inc., в 70 частях бутилцеллозольва; 0,387 фунтов (0,176 кг) Coroc A-620-A2, акрилового агента улучшения текучести, доступного от Cook Composites and Polymers; и 16,4 фунтов (7,44 кг) бутилцеллозольва.

Изобретение относится к гидроксилфункциональным полиолам на основе масла, композициям для нанесения покрытия, сформированным на их основе, способам нанесения покрытий на подложки поверхностей с помощью данных композиций, в частности на упаковочные материалы и тому подобные для хранения пищевых продуктов и напитков, и к подложкам, покрытых данными композициями. Гидроксилфункциональные полиолы на основе масла могут быть получены взаимодействием эпоксидированного растительного масла с гидроксилфункциональным материалом в присутствии кислого катализатора, включающего сильную кислоту Композиции для нанесения покрытия могут быть получены сшивкой гидроксилфункциональных полиолов на основе масла сшивающим агентом. Полиол не включает соединение, имеющее (мет)акрилатную функциональную группу. 7н. и 13 з.п. ф-лы, 7 пр.

1. Термоотверждаемая композиция для нанесения покрытия, включающая гидроксилфункциональный полиол на основе масла, полученный способом, включающим взаимодействие эпоксидированного растительного масла с гидроксилфункциональным материалом при температуре от 50 до 200°C в присутствии кислого катализатора, включающего сильную кислоту, где гидроксилфункциональный полиол смешивают с сшивающим агентом с формированием термоотверждаемой композиции для нанесения покрытия, и где гидроксифункциональный полиол не включает соединение, которое имеет (мет)акрилатную функциональную группу.

2. Термоотверждаемая композиция по п.1 для нанесения покрытия, где эпоксидированное растительное масло включает кукурузное масло, хлопковое масло, виноградное масло, конопляное масло, льняное масло, масло дикой горчицы, арахисовое масло, перилловое масло, маковое масло, рапсовое масло, сафлоровое масло, кунжутное масло, соевое масло, подсолнечное масло, каноловое масло, талловое масло, сложный эфир жирной кислоты, моноглицерид или диглицерид таких масел, или их смесь.

3. Термоотверждаемая композиция по п.1 для нанесения покрытия, где эпоксидированное растительное масло является производным глицерида ненасыщенной жирной кислоты.

4. Термоотверждаемая композиция по п.1 для нанесения покрытия, где эпоксидированное растительное масло присутствует в количестве от примерно 2 до примерно 98 частей в расчете на суммарную массу гидроксилфункционального полиола на основе масла.

5. Термоотверждаемая композиция по п.1 для нанесения покрытия, где гидроксилфункциональный полиол включает пропиленгликоль, 1,3-пропандиол, этиленгликоль, неопентилгликоль, триметилолпропан, диэтиленгликоль, простой полиэфиргликоль, сложный полиэфир, поликарбонат, гидроксилфункциональный полиолефин или их смесь.

6. Термоотверждаемая композиция по п.1 для нанесения покрытия, где эквивалентное отношение гидроксильной функциональной группы гидроксилфункционального материала к оксирановой функциональной группе в эпоксидированном растительном масле составляет от примерно 0,2:1 до примерно 3:1.

7. Термоотверждаемая композиция по п.1 для нанесения покрытия, где сильная кислота включает сульфоновую кислоту, трифторметансульфокислоту, трифлатную соль металла Группы IIА, IIB, IIIA, IIIB или VIIIA Периодической таблицы элементов (согласно конвенции IUPAC 1970), смесь указанных трифлатных солей или их сочетание.

8. Термоотверждаемая композиция по п.1 для нанесения покрытия, где реакцию эпоксидированного растительного масла и гидроксилфункционального полиола проводят в присутствии растворителя.

9. Термоотверждаемая композиция по п.8 для нанесения покрытия, где растворитель включает кетон, ароматический растворитель, сложноэфирный растворитель, не содержащий гидроксильных функциональных групп растворитель или их смесь.

10. Термоотверждаемая композиция по п.1 для нанесения покрытия, где сшивающий агент включает фенолформальдегид, меламинформальдегид, мочевиноформальдегид, бензогуанаминформальдегид, блокированный изоцианат или их смесь.

11. Термоотверждаемая композиция по п.1 для нанесения покрытия, дополнительно включающая гидроксилфункциональный акриловый сополимер, кислотнофункциональный акриловый сополимер, глицидилфункциональный акриловый сополимер, акриламидофункциональный акриловый сополимер или их смесь.

12. Термоотверждаемая композиция, полученная способом, включающим взаимодействие эпоксидированного растительного масла с гидроксилфункциональным материалом, включающим гидроксилфункциональный полиол, при температуре от 50 до 200°C в присутствии сильной кислоты с формированием гидроксилфункционального полиола на основе масла, где гидроксифункциональный полиол не включает соединение, которое имеет (мет)акрилатную функциональную группу, и сшивку гидроксилфункционального полиола на основе масла с сшивающим агентом с формированием термоотверждаемой композиции для нанесения покрытия.

13. Способ нанесения покрытия на подложку, которая контактирует с пищевым продуктом или напитком, включающий:
а) получение термоотверждаемой композиции для нанесения покрытия способом, включающим взаимодействие эпоксидированного растительного масла с гидроксилфункциональным материалом, включающим гидроксилфункциональный полиол, при температуре от 50 до 200°C в присутствии кислого катализатора, включающего сильную кислоту, с формированием гидроксилфункционального полиола на основе масла, где гидроксифункциональный полиол не включает соединение, которое имеет (мет)акрилатную функциональную группу;
b) смешивание гидроксилфункционального полиола на основе масла с сшивающим агентом с формированием смеси;
c) нанесение смеси на подложку; и
d) сшивку смеси.

14. Подложка, которая контактирует с пищевым продуктом или напитком, покрытая термоотверждаемой композицией по п.1 для нанесения покрытия.

15. Термоотверждаемая композиция для нанесения покрытия, включающая гидроксилфункциональный полиол на основе масла, полученный способом, включающим взаимодействие эпоксидированного растительного масла с гидроксилфункциональным материалом, включающим гидроксилфункциональный полиол, при температуре от 50 до 200°C в присутствии кислого катализатора, включающего сильную кислоту, с формированием гидроксилфункционального полиола на основе масла, где эквивалентное отношение гидроксильной функциональной группы гидроксилфункционального материала к оксирановой функциональной группе в эпоксидированном растительном масле составляет от примерно 0,2:1 до примерно 3:1, и где гидроксифункциональный полиол не включает соединение, которое имеет (мет)акрилатную функциональную группу.

16. Термоотверждаемая композиция по п.15 для нанесения покрытия, где гидроксилфункциональный материал включает пропиленгликоль, 1,3-пропандиол, этиленгликоль, неопентилгликоль, триметилолпропан, диэтиленгликоль, простой полиэфиргликоль, бензиловый спирт, 2-этилгексанол, сложный полиэфир, поликарбонат, гидроксилфункциональный полиолефин или их смесь.

17. Термоотверждаемая композиция по п.15 для нанесения покрытия, где сильная кислота включает сульфоновую кислоту, трифторметансульфокислоту, трифлатную соль металла Группы IIА, IIB, IIIA, IIIB или VIIIA Периодической таблицы элементов (согласно конвенции IUPAC 1970), смесь указанных трифлатных солей или их сочетание.

18. Отверждаемая композиция по п.16 для нанесения покрытия, где гидроксилфункциональный полиол на основе масла смешивают с сшивающим агентом с формированием термоотверждаемой композиции для нанесения покрытия.

19. Способ нанесения покрытия на подложку, которая контактирует с пищевым продуктом или напитком, включающий:
a) получение термоотверждаемой композиции для нанесения покрытия способом, включающим взаимодействие эпоксидированного растительного масла с гидроксилфункциональным материалом, включающим гидроксилфункциональный полиол, при температуре от 50 до 200°C в присутствии кислого катализатора, включающего сильную кислоту, с формированием гидроксилфункционального полиола на основе масла, эквивалентное отношение гидроксильной функциональной группы к оксирановой функциональной группе в эпоксидированном растительном масле составляет от примерно 0,2:1 до примерно 3:1, и где гидроксифункциональный полиол не включает соединение, которое имеет (мет)акрилатную функциональную группу;
b) смешивание гидроксилфункционального полиола на основе масла с сшивающим агентом с формированием смеси;
c) нанесение смеси на подложку; и
d) сшивку смеси.

20. Подложка, которая контактирует с пищевым продуктом или напитком, покрытая термоотверждаемой композицией по п.10 для нанесения покрытия.