НОВЫЕ СМЕСИ ДИБЕНЗОАТНЫХ ПЛАСТИФИКАТОРОВ/КОАЛЕСЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК ДЛЯ ПОКРЫТИЙ С НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ЛЕТУЧИХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Российский патент 2015 года по МПК C08K5/10 C09B5/02 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение ориентировано на новые пленкообразующие добавки, предназначенные для использования при составлении рецептуры красок и других композиций для покрытия. В частности, это изобретение имеет отношение к дибензоатной трехкомпонентной композиции, имеющей низкое содержание летучих органических соединений и улучшенные рабочие характеристики по сравнению с традиционными пластификаторными/коалесцирующими композициями, в том числе пластификаторными композициями с низким содержанием летучих органических соединений, что облегчает использование хорошо известных эмульсионных систем при составлении рецептуры красок и других покрытий. Новая пленкообразующая добавка, соответствующая настоящему изобретению, совместима, эффективна и демонстрирует хорошие рабочие характеристики в традиционных эмульсиях, включая, но не ограничиваясь ими, латексные краски и покрытия.

Предпосылки создания изобретения

[0002] Летучие органические соединения (VOC) представляют собой углеродсодержащие соединения, которые легко выпариваются или испаряются в воздух, где они могут вступать в реакцию с другими элементами или соединениями с образованием озона. Озон, в свою очередь, вызывает загрязнение воздуха и целый ряд проблем со здоровьем, включая проблемы с дыханием, головную боль, чувство жжения, слезящиеся глаза и тошноту, наряду с прочими. Некоторые летучие органические соединения могут вызвать рак, а также поражение почек и печени.

[0003] Летучие органические соединения представляют особый интерес в лакокрасочной промышленности при изготовлении и применении продукции, в которой используются летучие органические соединения. Использование летучих органических соединений при изготовлении красок и покрытий приводит к плохому качеству воздуха в промышленных помещениях и воздействию на рабочих вредных химических веществ. Лица, подвергшиеся воздействию летучих органических соединений, могут иметь ряд проблем со здоровьем, в том числе, но не ограничиваясь ими, рак нескольких типов, нарушение деятельности головного мозга, нарушение функции почек и другие проблемы со здоровьем.

[0004] Подобным же образом, маляры (художники) и другие пользующиеся красками и покрытиями, содержащими летучие органические соединения, люди, которые регулярно подвергаются воздействию вредных паров летучих органических соединений, могут иметь проблемы со здоровьем. Продукты, содержащие летучие органические соединения, выделяют вредные летучие органические соединения в воздух в процессе высыхания, особенно в случае их применения внутри помещений. Уровни содержания летучих органических соединений, в случае их применения внутри помещений, обычно в 10 раз превышают уровни их содержания при наружном применении и могут быть в 1000 раз выше непосредственно после окрашивания. Кроме того, несмотря на то что уровни содержания летучих органических соединений наибольшие во время и вскоре после окрашивания, они продолжают выделяться в течение нескольких лет. Фактически, в течение первого года может быть выделено лишь 50 процентов летучих органических соединений.

[0005] Соответственно, для защиты производственных рабочих и конечных пользователей вводятся в действие нормативные акты.

[0006] Краски и покрытия, имеющие высокое содержание летучих органических соединений, также считаются представляющими опасность для окружающей среды. Они считаются вторым, после автомобилей, крупнейшим источником выделения в атмосферу летучих органических соединений, количество которых, по приблизительным оценкам, ежегодно составляет 11 миллиардов фунтов (около 5 млрд кг).

[0007] Потребители требуют более безопасных альтернативных вариантов, и перед разработчиками рецептур покрытий продолжает стоять проблема снижения содержания летучих органических соединений с одновременным созданием покрытий с необходимыми рабочими характеристиками. Чаще всего разработчики рецептур снижают количество или заменяют большинство летучих компонентов, используемых в покрытиях, что в определенной степени снижает остроту проблемы, связанной с летучими органическими соединениями, но результатом этого может быть ухудшение эксплуатационных качеств. Желательно, чтобы краски или покрытия с низким содержанием летучих органических соединений имели бы, как минимум, эксплуатационные качества, эквивалентные краскам или покрытиям с более высоким содержанием летучих органических соединений. С этой целью поставщики сырья продолжают разрабатывать новые продукты с пониженным содержанием летучих органических соединений для использования в красках и покрытиях, которые не вызывают ухудшения эксплуатационных качеств.

[0008] Одним из типичных летучих веществ, часто являющимся очень нужным компонентом, используемым в композициях для покрытий, является пленкообразующая добавка, т.е. коалесцирующая добавка, которая позволяет составителям рецептур покрытий использовать традиционные, общепризнанные латексные эмульсии, которые являются более дешевыми. Коалесцирующие добавки облегчают образование пленок благодаря размягчению диспергированных полимеров и обеспечивают им возможность слияния или образования сплошной пленки. Указанная коалесцирующая добавка в последующем частично или полностью улетучивается из пленки, что позволяет пленке восстановить свои первоначальные физические свойства, такие как блеск и стойкость к царапанию. Выбирают коалесцирующие добавки, которые улучшают свойства пленки краски/покрытия, такие как блеск, стойкость к царапанию и устойчивость против слипания. Коалесцирующие добавки выбирают также исходя из ряда свойств, включая, но без ограничения ими, летучесть, смешиваемость, стабильность, совместимость, легкость применения и стоимость. Традиционные коалесцирующие добавки обладают высокой летучестью и могут в значительной мере способствовать повышению содержания летучих органических соединений в краске или покрытии.

[0009] В качестве альтернативы, для достижения более низкого содержания летучих органических соединений, разрабатываются полимерные эмульсионные системы, которые не нуждаются в этих обладающих высокой летучестью пленкообразующих добавках. Полимеры, используемые в этих более новых эмульсионных системах, достаточно легкоплавкие для обеспечения низкой минимальной температуры пленкообразования (MFFT); иногда, однако, могут страдать определенные показатели эксплуатационных качеств и эти более легкоплавкие эмульсионные системы часто являются дорогостоящими.

[0010] Пленкообразующие добавки известны в этой области техники. Гидрофобные пленкообразующие добавки, такие как 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолмоноизобутират (ТХМВ), являющийся рабочим эталоном, распределяют полимер в эмульсии и размягчают диспергированные частицы эмульсии во время фазы коалесценции при применении. Указанная коалесцирующая добавка в последующем частично или полностью испаряется из пленки. По своей природе эта "уходящая" коалесцирующая добавка способствует значительному повышению содержания летучих органических соединений в пленке, начиная с фазы коалесценции при применении, и в течение значительного последующего периода времени. Это, в свою очередь, может отрицательно повлиять на качество воздуха вокруг пленки и проявляться в виде неприятного запаха.

[0011] В связи с этими проблемами существует тенденция, суть которой заключается в разработке и использовании в области нанесения покрытий менее летучих, более устойчивых пленкообразующих добавок, например, пластификаторов.

[0012] Пластификаторы известны и применяются многие годы в качестве великолепных коалесцирующих добавок для латексных лакокрасочных покрытий и других покрытий. В некоторых случаях они также желательны из-за своей пластифицирующей функции, поскольку часто необходимо размягчение более твердого основного полимера в покрытии. Хорошо известно также, что пластификаторы могут улучшить другие рабочие характеристики краски, такие как растрескивание при усыхании, время сохранения влажной кромки и время схватывания пленки по краям. Пластификаторы обладают большей степенью устойчивости, по сравнению с другими традиционными коалесцирующими добавками, и в некоторых случаях устойчивость пластификаторов может быть вредной. Для коалесцирующих добавок должно поддерживаться равновесие между большей устойчивостью - и, следовательно, меньшим содержанием летучих органических соединений, - и хорошими конечными свойствами пленки.

[0013] Фталатные пластификаторы, такие как ди-н-бутилфталат (DBP), диизобутилфталат (DIBP) или бутилбензилфталат (ВВР), традиционно используются в области нанесения покрытий, когда нужен истинный пластификатор, как, например, в случае, когда в одном или другом применении используются полимеры с высокими Tg's (температурами стеклования). DBP и DIBP имеют более низкое содержание летучих органических соединений, по сравнению с традиционными коалесцирующими добавками, но они, тем не менее, обладают некоторой летучестью, в то время как ВВР имеет очень низкое содержание летучих органических соединений. Однако кроме содержания летучих органических соединений, применение фталатного эфира имеет некоторые недостатки, так как использование DBP и ВВР, в частности, ограничено регулятивными органами.

[0014] Дибензоатные пластификаторы были признаны пригодными для различных применений приблизительно с 1938 года. Их полезность в покрытиях также хорошо известна. Дибензоаты по своей природе не являются фталатами и не имеют связанных с фталатами ограничений или вопросов, связанных с санитарией и гигиеной. [0015] Технология производства коалесцирующих добавок на основе монобензоатного сложного эфира развивается и разрабатывается с восьмидесятых годов прошлого века, когда в области нанесения покрытий начал использоваться изодецилбензоат (IDB) в качестве новой коалесцирующей добавки со сниженным содержанием летучих органических соединений. IDB обладает совместимостью со множеством полимеров, и было установлено, что он является эффективной слабопахнущей коалесцирующей добавкой в рецептурах латексных красок, по сравнению с традиционным применением ТХМВ в качестве коалесцирующей добавки.

[0016] В патенте США №5,236,987 на имя Arendt раскрыто применение изодецилбензоата, децилбензоата, изооктилбензоата, нонилбензоата и додецилбензоата в качестве коалесцирующих добавок для латексной краски.

[0017] В начале двадцать первого столетия 2-этилгексилбензоат (2-ЕНВ) начал применяться в качестве новой пленкообразующей добавки с пониженным содержанием летучих органических соединений. Установили, что 2-ЕНВ во многих рецептурах имеет большую эффективность, чем ТХМВ, а также имеет более слабый запах. Изононилбензоат (INB) был внедрен в 2009 году как коалесцирующая добавка со скоростью испарения и эффективностью в рецептуре, сравнимыми с соответствующими показателями 2-ЕНВ, демонстрирующая одновременно с этим более эффективное снижение минимальной температуры пленкообразования, чем IDB.

[0018] Была разработана технология производства коалесцирующих добавок на основе бензоатного сложного эфира второго поколения с менее летучими дибензоатными сложными эфирами. Дибензоаты могут удовлетворять требованию сниженного содержания летучих органических соединений в тех случаях, когда летучесть монобензоатных сложных эфиров считается слишком высокой. Дибензоатная технология традиционно основывается на смесях дипропиленгликольдибензоата (DPGDB) и диэтиленгликольдибензоата (DEGDB). Было установлено, что пленки, полученные с помощью этих смесей, демонстрируют эксплуатационные качества, сопоставимые с соответствующими свойствами пленок, которые получены с помощью ТХМВ, с улучшением стойкости к царапанию химической стойкости и улучшением времени схватывания пленки по краям.

[0019] В известном уровне техники описаны дибензоатные смеси вместе с другими компонентами для использования в водных полимерных композициях для покрытия со сниженным содержанием летучих органических соединений и других пленкообразующих композициях.

[0020] В US №2008/182929 на имя Strepka et al. раскрыты водные композиции для покрытия с пониженным содержанием летучих органических соединений, содержащие дибензоаты диэтилен- и дипропиленгликолей в комбинации с по меньшей мере одним из соответствующих моноэфиров с основной целью увеличения времени схватывания пленки по краям, демонстрируемого водными полимерными композициями и, отчасти, для замены по крайней мере части более летучих органических соединений, традиционно используемых в качестве коалесцирующих добавок.

[0021] В US №2008/0076861 на имя Strepka et al. раскрыта пленкообразующая композиция, содержащая по меньшей мере один акрил- или винилацетатный полимер или сополимер в качестве пленкообразующего ингредиента, и смесь бензоата шестиуглеродного одноатомного спирта, диэтиленгликольдибензоата и диэтиленгликольмонобензоата, для применения в качестве полирующего средства для полов.

[0022] В US №2011/0218285 раскрыта добавка для покрытия с низким содержанием летучих органических соединений, которая содержит водорастворимый полимер, водонерастворимый пластификатор, циклогександиметанол, и, согласно факультативному варианту, амфифильный компонент для покрытий для улучшения по крайней мере одной из рабочих характеристик покрытия, таких как время сохранения влажной кромки, время схватывания пленки по краям, стойкость к царапанию, адгезия невысохшего покрытия и водонепроницаемость. К раскрытым пластификаторам относятся диэтиленгликольдибензоат, дипропиленгликольдибензоат и трипропиленгликольдибензоат.

[0023] Тем не менее существует потребность в продолжении осуществления усилий, направленных на улучшение технологии пластификаторов/коалесцирующих добавок для достижения минимального содержания летучих органических соединений с одновременным улучшением эксплуатационных свойств. Была разработана более новая трехкомпонентная смесь дибензоатных эфиров следующего поколения, которая функционирует столь же успешно, как и традиционные пластификаторы или коалесцирующие добавки с низким содержанием летучих органических соединений в применениях покрытий, с одновременным обеспечением неожиданно улучшенных эксплуатационных преимуществ в отношении блеска и стойкости к царапанию по сравнению с коалесцирующими добавками с низким содержанием летучих органических соединений текущего поколения, включая некоторые улучшения по сравнению с традиционными дибензоатными смесями.

[0024] Был разработан новый дибензоатный трехкомпонентный пластификатор для использования в красках и покрытиях с низким содержанием летучих органических соединений. Настоящее изобретение имеет отношение к смеси трех дибензоатных пластификаторов, DEGDB, DPGDB и 1,2-протгаленгликольдибензоата (PGDB), обеспечивающую получение коалесцирующей добавки с низким содержанием летучих органических соединений с одновременным обеспечением неожиданно улучшенных свойств, по сравнению с традиционными дибензоатными смесями. Трехкомпонентная смесь, соответствующая настоящему изобретению, представляет собой усовершенствование существующей технологии производства дибензоатных пластификаторов, используемых в красках и покрытиях, которая ранее не была известна и не использовалась в применениях красок и покрытий. Упомянутый компонент, 1,2-пропиленгликольдибензоат, был известен ранее для применения его в качестве пластификатора, но не в раскрываемой в настоящем описании смеси, соответствующей настоящему изобретению. Конкретнее, 1,2-пропиленгликольдибензоат был известен в качестве ароматизатора для напитков, как описано в патенте США №3,652,291 на имя Bedoukian.

[0025] Трехкомпонентная смесь, соответствующая настоящему изобретению, особенно пригодна для применения в латексных и акриловых покрытиях и обеспечивает улучшенный блеск, стабильность при многократном замораживании, стойкость к царапанию, химическую стойкость и время схватывания пленки по краям, сопоставимые с соответствующими параметрами традиционных дибензоатных пластифицирующих смесей. Указанная новая трехкомпонентная смесь совместима с разнообразными материалами, используемыми в красках и других покрытиях. Новая трехкомпонентная смесь DPGDB, DEGDB и PGDB в прошлом в красках и других покрытиях не использовалась.

[0026] Целью настоящего изобретения является использование смеси, соответствующей настоящему изобретению, для разработки рецептур красок для строительных покрытий и красок для покрытий, используемых в промышленных условиях; настоящее изобретение однако не ограничивается этими применениями. Указанная трехкомпонентная пластификаторная смесь может использоваться индивидуально и в смесях с другими пластификаторами в применениях, которые охватывают, но ими не ограничиваются, адгезионные материалы, уплотняющие составы, покрытия, наносимые на заводе-изготовителе, пластизоли, герметики, лаки для лакирования, лаки, типографские краски, компаундируемый в расплавленном состоянии винил, полисульфиды, полиуретаны, эпоксидные смолы, стиролизованные полиакрилаты и их комбинации.

[0027] Цель настоящего изобретения заключается в создании пленкообразующей добавки, имеющей низкое содержание летучих органических соединений, а также эффективность и совместимость при использовании в традиционных латексных эмульсиях или других полимерных покрытиях.

[0028] Дополнительная цель настоящего изобретения заключается в создании полимерной эмульсионной краски или покрытия, имеющих низкое содержание летучих органических соединений и улучшенные эксплуатационные свойства, в том числе, но без ограничения ими, блеск, стойкость к царапанию и химическую стойкость, по сравнению с достигнутыми соответствующими параметрами существующих эмульсионных красок и покрытий с низким содержанием летучих органических соединений.

[0029] Еще одна цель настоящего изобретения заключается в создании полимерной эмульсионной краски или покрытия с низким содержанием летучих органических соединений, рентабельных в производстве, безопасных для окружающей среды, безопасных в обращении и не подлежащих регулятивному контролю.

Краткое изложение сущности изобретения

[0030] Пластификаторные смеси, соответствующие настоящему изобретению, имеют уникальную рецептуру, включающую три дибензоатных эфира: диэтиленгликольдибензоат (DEGDB), дипропиленгликольдибензоат (DPGDB) и 1,2-пропиленгликольдибензоат (PGDB). Согласно одному из вариантов осуществления, указанный пластификатор представляет собой новую трехкомпонентную смесь, содержащую от приблизительно 10% (масс.) до приблизительно 90% (масс.) DEGDB, от приблизительно 1% (масс.) до приблизительно 50% (масс.) DPGDB и от приблизительно 10% (масс.) до приблизительно 90% (масс.) PGDB, исходя из общей массы смеси.

[0031] Указанные выше пластификаторы/коалесцирующие добавки совместимы друг с другом и с различными полимерами, используемыми при производстве красок и покрытий, такими как, например, поливинилхлорид и его сополимеры, различные полиуретаны и их сополимеры, различные полиакрилаты и их сополимеры, различные полисульфиды и их сополимеры, различные эпоксидные смолы и их сополимеры, винилацетат и его сополимеры. В частности, новая трехкомпонентная смесь, соответствующая настоящему изобретению, особо совместима с латексом и другими полимерными эмульсиями, используемыми в лакокрасочной промышленности.

[0032] Пластификаторная/коалесцирующая дибензоатная трехкомпонентная смесь, соответствующая настоящему изобретению, имеет низкую летучесть и выгодно отличается от стандартной промышленной пленкообразующей добавки, ТХМВ, и применяемой в настоящее время недибензоатной коалесцирующей добавки с низким содержанием летучих органических соединений, три(этиленгликоль)-бис-(2-этилгексаноата) (TEGDO). В частности, трехкомпонентная дибензоатная смесь, соответствующая настоящему изобретению, обеспечивает эквивалентное, а в некоторых случаях большее влияние на эксплуатационные качества в отношении блеска и стойкости к царапанию по сравнению с некоторыми современными стандартными альтернативными вариантами и вариантами с низким содержанием летучих органических соединений, в том числе традиционные дибензоатные смеси. Трехкомпонентная смесь, соответствующая настоящему изобретению, в частности, демонстрирует значительные преимущества при использовании в более чувствительной глянцевой системе на основе акрилового сополимера, в которой она обеспечивает значительный выигрыш как по стойкости к царапанию, так и по устойчивости против слипания. Рецептуры, соответствующие настоящему изобретению, представляют собой альтернативу рецептурам красок и покрытий для улучшения существующих коалесцирующих добавок с низким содержанием летучих органических соединений, включая традиционные дибензоатные коалесцирующие добавки. Они также предоставляют возможность применения в красках и покрытиях более жестких полимеров (Tg>10°C). Трехкомпонентная смесь, соответствующая настоящему изобретению, может использоваться также с более мягкими полимерами, предназначенными для покрытий с низким содержанием летучих органических соединений, поскольку она будет помогать покрытию формировать лучшую пленку.

Краткое описание фигур

[0033] Фиг.1 представляет собой диаграмму, отражающую летучесть как недибензоатных, так и дибензоатных пластификаторов и коалесцирующих добавок.

[0034] Фиг.2 представляет собой диаграмму, отражающую стабильность вязкости акриловой матовой краски после трех циклов замораживания и оттаивания для различных коалесцирующих добавок с низким содержанием летучих органических соединений.

[0035] Фиг.3 представляет собой диаграмму, отражающую стабильность вязкости полуглянцевой акриловой краски после трех циклов замораживания и оттаивания для различных коалесцирующих добавок.

[0036] Фиг.4 представляет собой график, отражающий оценки времени сохранения влажной кромки/времени схватывания пленки по краям винил-акриловой матовой краски для различных коалесцирующих добавок.

[0037] Фиг.5 представляет собой график, отражающий оценки времени сохранения влажной кромки/времени схватывания пленки по краям полуглянцевой акриловой краски для различных коалесцирующих добавок.

[0038] Фиг.6 представляет собой график, отражающий оценки времени сохранения влажной кромки/времени схватывания пленки по краям глянцевой краски на основе акрилового сополимера для различных коалесцирующих добавок с низким содержанием летучих органических соединений.

[0039] Фиг.7 представляет собой диаграмму, отражающую оценку блеска полуглянцевой акриловой краски для различных коалесцирующих добавок.

[0040] Фиг.8 представляет собой диаграмму, отражающую оценку блеска полуглянцевой акриловой краски для различных коалесцирующих добавок с низким содержанием летучих органических соединений.

[0041] Фиг.9 представляет собой диаграмму, отражающую оценку блеска краски на основе акрилового сополимера для матовых покрытий для различных коалесцирующих добавок с низким содержанием летучих органических соединений.

[0042] Фиг.10 представляет собой диаграмму, отражающую стойкость к царапанию матовой винил-акриловой краски и полуглянцевой акриловой краски для различных коалесцирующих добавок с низким содержанием летучих органических соединений.

[0043] Фиг.11 представляет собой диаграмму, отражающую стойкость к царапанию краски для глянцевых покрытий на основе акрилового сополимера для различных коалесцирующих добавок.

[0044] Фиг.12 представляет собой диаграмму, отражающую устойчивость против слипания полуглянцевой акриловой краски для различных коалесцирующих добавок с низким содержанием летучих органических соединений.

[0045] Фиг.13 представляет собой диаграмму, отражающую устойчивость против слипания глянцевой краски на основе акрилового сополимера для различных коалесцирующих добавок с низким содержанием летучих органических соединений.

Подробное описание изобретения

[0046] Настоящее изобретение имеет отношение к трехкомпонентной смеси трех пластификаторов: DEGDB, DPGDB и PGDB в соотношениях, описанных в настоящем документе. Пластификаторы, соответствующие настоящему изобретению, обычно могут быть использованы в качестве пластификатора/коалесцирующей добавки с многочисленными термопластичными, термореактивными или эластомерными полимерами и полимерными эмульсиями, часто в качестве заменителя или альтернативы обычным пластификаторам/коалесцирующим добавкам, имеющим более высокое содержание летучих органических соединений. Любой из известных полимеров, который может быть введен в состав краски или покрытия, может быть использован в сочетании с новой трехкомпонентной смесью для получения соответствующих настоящему изобретению краски или покрытия с низким содержанием летучих органических соединений.

[0047] Пригодные полимеры охватывают, но не ограничиваются ими, различные латексные и виниловые полимеры, в том числе винилацетат, виншшденхлорид, диэтилфумарат, диэтилмалеат или поливинилбутираль; различные полиуретаны и их сополимеры; различные полисульфиды; нитрат целлюлозы; поливинилацетат; этиленвинилацетат и его сополимеры, а также различные полиакрилаты и их сополимеры.

[0048] Акрилаты, в частности, представляют собой большую группу полимеров различной жесткости для использования с трехкомпонентной смесью, соответствующей настоящему изобретению, и охватывают без ограничения ими различные полиалкилметакрилаты, такие как метилметакрилат, этилметакрилат, бутилметакрилат, циклогексилметакрилат или аллилметакрилат; различные ароматические метакрилаты, такие как бензилметакрилат; различные алкилакрилаты, такие как метилакрилат, этилакрилат, бутилакрилат или 2-этилгексилакрилат; различные акриловые кислоты, такие как метакриловая кислота; винилакрилаты; стиролизованные акрилаты и акрил-эпоксидные гибриды.

[0049] Другие полимеры охватывают без ограничения ими эпоксидные смолы, фенолформальдегидные смолы различных типов; меламины и т.п.

[0050] Настоящее изобретение не ограничивается каким-либо конкретным полимером. Специалистам в данной области будут известны другие полимеры, применимые в применениях красок и покрытий.

[0051] Настоящее изобретение описано в этом описании на примерах латекса или других эмульсий, таких как акриловые эмульсии, но оно пригодно для использования с широким спектром полимеров.

[0052] К предпочтительным дибензоатам, образующим трехкомпонентную пластификаторную/коалесцирующую смесь, соответствующую настоящему изобретению, относятся DEGDB, DPGDB и 1,2-пропиленгликольдибензоат (PGDB).

[0053] Количества отдельных дибензоатов в трехкомпонентной смеси, соответствующей настоящему изобретению, могут изменяться в широких пределах в зависимости от конкретного конечного применения и желаемых свойств. Так количество DEGDB может варьировать от приблизительно 10% (масс.) до приблизительно 90% (масс), исходя из общей массы трехкомпонентной дибензоатной композиции, предпочтительно - более чем приблизительно 60% (масс.). Более высокие количества DEGDB, по сравнению с количеством любого из двух других пластификаторов, являются предпочтительными из-за соображений стоимости. DEGDB гораздо дешевле, чем PGDB и DPGDB. Количество DPGDB обычно может варьировать от приблизительно 1% (масс.) до 50% (масс.), исходя из общей массы трехкомпонентной смеси, предпочтительно - более чем приблизительно 15%. Количество PGDB может изменяться в широких пределах, например, от 10% (масс.) до приблизительно 90% (масс), исходя из общей массы трехкомпонентной дибензоатной смеси, но предпочтительно присутствует в количестве приблизительно 20% (масс). PGDB также дешевле, чем DPGDB.

[0054] Один из предпочтительных вариантов осуществления изобретения приведен ниже:

[0055] a. 1,2-PGDB - 20% (масс.)

[0056] b. DEGDB/DPGDB 80/20 - 80% (масс.)

[0057] Новая трехкомпонентная дибензоатная смесь, соответствующая настоящему изобретению, может быть использована в качестве замены или приемлемой альтернативы пластификатора/коалесцируюшей добавки для различных красок с низким содержанием летучих органических соединений, предназначенных для строительных покрытий и для покрытий, используемых в промышленных условиях, для наружного и внутреннего применения, таких как, например, глянцевая, полуглянцевая и полуматовая краска. [0058] Количество трехкомпонентной дибензоатной смеси, использованной в красках и покрытиях, может изменяться в зависимости от состава конкретной краски или покрытия, характеристик, применения или использования и желаемых результатов. В качестве одной из целевых установок, трехкомпонентная пластифицирующая/коалесцирующая смесь, соответствующая настоящему изобретению, используется в количестве, достаточном для образования пленки, которая не трескается при температуре 40°F (4,4°C). Примерные количества могут варьироваться от приблизительно 0,5% на галлон (3,785 л) до приблизительно 1,5% на галлон (3,785 л) строительной краски для строительных покрытий. Для покрытий, используемых в легкой промышленности или других покрытий может потребоваться большее количество.

[0059] Другие подходящие количества приведены в примерах. Ожидается, что специалист в данной области техники сможет определить дополнительные приемлемые количества, исходя из предполагаемого использования и желаемых эксплуатационных качеств конкретного применения покрытия. Необходимое количество коалесцирующей добавки/пластификатора определяется на основе минимальной температуры пленкообразования базовой эмульсии. Чем тверже полимер (более высокая минимальная температура пленкообразования (MFFT) и температура стеклования (Tg)), тем больше требуемое количество пластификатора/коалесцирующей добавки. В некоторых случаях, исходя из количества твердых веществ, входящих в состав смолы, пластификатор может потребоваться в количестве 20% или более.

[0060] Новые пластификаторные/коалесцирующие смеси, соответствующие настоящему изобретению, обеспечивают низкое содержание летучих органических соединений, стабильность вязкости, т.е. хорошие эксплуатационные качества при знакопеременных перепадах температуры, эквивалентные или лучшие характеристики времени сохранения влажной кромки/времени схватывания пленки по краям, улучшенный блеск и неожиданно улучшенную стойкость к царапанию и устойчивость против слипания. Во многих случаях трехкомпонентная смесь, соответствующая настоящему изобретению, превосходит промышленные стандартные коалесцирующие добавки, независимо от содержания летучих органических соединений, в том числе традиционные и новые дибензоатные смеси. Трехкомпонентная смесь, соответствующая настоящему изобретению, особенно пригодна в качестве коалесцирующей добавки при рассмотрении возможности использования более жестких полимеров в качестве альтернативы более мягким полимерам для рецептур с низким содержанием летучих органических соединений.

[0061] Настоящее изобретение далее описывается примерами, рассмотренными в данном описании.

[0062] Экспериментальная методика

[0063] Испытываемые покрытия:

[0064] Две обычные строительные латексные красочные эмульсии и одна эмульсия, традиционно используемая в красках для легкой промышленности, были выбраны для проведения серии испытаний с трехкомпонентной смесью, соответствующей настоящему изобретению. Винил-акриловая эмульсия (MFFT=12°C, Tg=19°C), представленная в приведенной ниже Таблице 1, была выбрана в качестве полимера для рецептуры матовой краски для внутренних работ, а акриловая эмульсия (MFFT<12°C), представленная в приведенной ниже Таблице 2, была выбрана в качестве полимера для рецептуры полуглянцевой краски для внутренних работ. Кроме того, глянцевая эмульсия на основе более жесткого акрилового сополимера (MFFT=>30°C), представленная в приведенной ниже Таблице 3, была выбрана для того, чтобы обеспечить дополнительную оценку эксплуатационных качеств. Признано, что жесткий акриловый сополимер не предназначен конкретно для применений в строительных красках, а предназначен для применений в легкой промышленности. Однако эта эмульсия была выбрана, чтобы исследовать совместимость трехкомпонентной пластификаторной/коалесцирующей смеси, соответствующей настоящему изобретению.

[0065] Выбранная методика испытаний было одинаковой для всех рецептур красок/покрытий для обеспечения надлежащего сравнения при рассмотрении возможности использования более жестких полимеров с пластификаторами в качестве альтернативы более мягким полимерам для рецептур с низким содержанием летучих органических соединений. Использование более жестких полимеров представляет собой альтернативный путь для получения покрытий с более низким содержанием летучих органических соединений, кроме использования мягких полимеров, и предоставляет разработчикам рецептур красок больше вариантов для рассмотрения при разработке красок и покрытий с низким содержанием летучих органических соединений.

[0066] Ниже перечислены основные параметры покрытий:

Матовая винил-акриловая краска - Объемное содержание твердых веществ = 34,8% и ПВХ=58%.

Акриловая полуглянцевая краска - Объемное содержание твердых веществ = 33,7% и ПВХ=29,8%.

Глянцевая краска на основе акрилового сополимера - Объемное содержание твердых веществ = 18% и ПВХ=35%.

[0067] Общие исходные рецептуры представлены в приведенных ниже таблицах. Кроме определения надлежащего уровня необходимой коалесцирующей добавки, не предпринималось никаких попыток оптимизации рецептуры для каких-либо коалесцирующих добавок.

Таблица 1 Рецептура винил-акриловой матовой краски Тип материала Количество (фунты (кг)) Вода 390 (176,90) Пропиленгликоль 17,2 (7,80) Загуститель 5 (2,27) Микробицид 0,5 (0,23) Диспергатор пигмента 9 (4,08) Поверхностно-активное вещество 2 (0,91) Противовспенивающее вещество 4 (1,82) Эмульгатор 2 (0,91) Пигмент 100 (45,36)

Тип материала Количество (фунты (кг)) Пигмент 150 (68,04) Белый №1 190 (86,18) Полимер 254 (115,21) Коалесцирующая добавка 6 (2,72) ИТОГО 1129,7 (512,42)

Таблица 2 Рецептура акриловой полуглянцевой краски Тип материала Количество (фунты (кг)) Вода 218,7 (99,20) Пропиленгликоль 7 (3,18) Гидроксид аммония (28%) 1,5 (0,68) Диспергатор пигмента 12,5 (5,67) Поверхностно-активное вещество 2,2 (1,00) Противовспенивающее вещество 1,5 (0,68) Пигмент 225 (102,06) Наполнитель 10 (4,54) Микробицид 1,5 (0,68) Связующее вещество 483,54 (219,33) Полимер 43 (19,50) Поверхностно-активное вещество 1,0 (0,45) Модификатор реологии 17,4 (7,89) Модификатор реологии 4,3 (1,95) Коалесцирующая добавка 3,5 (1,59) ИТОГО 1032,6 (468,40)

Таблица 3 Рецептура глянцевой краски на основе акрилового сополимера Тип материала Количество (фунты (кг)) Вода 133,5 (60,55) Гидроксид аммония (28%) 54,0 (24,49) Нитрит натрия, 15% водный раствор 9,0 (4,08) Метиловый простой эфир дипропиленгликоля 20,0 (9,07)

Тип материала Количество (фунты (кг)) Пигмент 205,0 (92,99) Диспергатор пигмента 9,0 (4,08) Вещество, регулирующее пенообразование 1,0 (0,45) Поверхностно-активное вещество 2,0 (0,91) Смола (акриловая) 577,0 (261,72) Модификатор реологии 1,6 (0,73) Модификатор реологии 2,2 (1,00) Коалесцирующая добавка 37,9 (17,19) ИТОГО 1003,2 (455,04)

[0068] Испытываемые пластифицирующие/коалесцируюшие компоненты:

[0069] Оценивали пластификаторы/коалесцирующие добавки, представленные в приведенной ниже Таблице 4:

[0070] ТХМВ, 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолмоноизобутират представляет собой очень широко применяемый продукт, который является стандартом в промышленности, несмотря на то, что он считается 100% летучим по результатам испытания методом ЕРА 24 ASTM D-2369.

[0071] Триэтиленгликоль-ди-2-этилгексаноат (TEGDO) представляет собой имеющуюся в продаже коалесцирующую добавку с низким содержанием летучих органических соединений (CLVOC), которая является новой недибензоатной коалесцирующей добавкой с более низким содержанием летучих органических соединений, используемой в качестве основного контроля.

[0072] Как K-FLEX 850S, так и BENZOFLEX LA-705 представляют собой новые, имеющиеся в продаже смеси двух дибензоатов; K-FLEX 500 представляет собой более старую, традиционную смесь двух дибензоатных эфиров.

[0073] Рецептуры, соответствующие настоящему изобретению, включают X10 и Х20, которые представляют собой смеси трех дибензоатных эфиров, соответствующие настоящему изобретению, отличающиеся лишь соотношениями использованных эфиров.

[0074] Методы:

[0075] Подготовка краски

[0076] Сырье для измельчения смешивали в течение 20 мин в высокоскоростном диспергаторе. После этого добавляли смолу, и маточную смесь разделяли на меньшие партии. В каждую небольшую партию добавляли коалесцирующую добавку, противовспенивающее вещество и дополнительное количество воды. Затем краску дополнительно перемешивали в течение 10 мин и выдерживали с осаждением в течение ночи перед проведением испытания.

[0077] Испытание в печи. ASTM D2369. Поскольку изобретение имеет отношение к коалесцирующим добавкам с низким содержанием летучих органических соединений, первым ключевым испытанием было определение содержания летучих органических соединений в каждой испытанной коалесцирующей добавке. ASTM D2369, как указано в методе ЕРА 24, является наиболее приемлемым методом определения летучих компонентов в покрытиях для расчета содержания летучих органических соединений в покрытиях при определенных условиях испытания. Эта информация полезна для производителей красок и пользователей и представляет интерес с точки зрения загрязнения окружающей среды для определения летучих веществ, выделяемых покрытиями. Для этого примера 1/3 г каждой коалесцирующей добавки помещали в мерную чашку и добавляли 3 мл толуола. Указанные коалесцирующие добавки нагревали в течение одного часа при температуре 110±5°C. Содержание твердых веществ в массовых процентах (нелетучее вещество) может быть определено по разнице.

[0078] Испытание красок/покрытий. Оценка краски включала следующие определения: Жидкая краска и образование пленки - pH, вязкость, вязкость в единицах Кребса и показатель вязкости по ICI, стойкость к знакопеременным перепадам температуры, текучесть и розлив, время сохранения влажной кромки/время схватывания пленки по краям, высыхание до исчезновения отлипа, разбрызгивание, пленкообразование при низкой температуре, подкраска (при комнатной температуре и низкой температуре) и растрескивание при усыхании.

Сухие пленки - стойкость к царапанию, устойчивость против слипания, коэффициент контрастности, цвет и блеск.

[0079] Подробная информация о методах испытаний представлена в приведенной ниже Таблице 5:

Таблица 5 Краткое изложение использованных экспериментальных методов Испытание Ссылка/Метод Устойчивость против слипания ASTM D4946 - влажные пленки толщиной 3 мил (76,2 мкм) наносят на карту Leneta WB и указанные пленки сушат в течение 7 дней. Слипание испытывают "лицом к лицу" при температуре окружающей среды и при температуре 120°F (48,9°C) с наложенным грузом массой 1 кг. Образцы разделяют и оценивают. Кроющая способность Колерованную краску (черной краской из расчета 2 унции/галлон (14,98 кг/м³)) наносят слоем толщиной 3 мил (76,2 мкм). Через одну минуту краску втирают на участке с неуплотненной поверхностью. После этого оценивают кроющая способность краски. Коэффициент контрастности, отражательная способность и значения СШ ASTM D2805, Е97, D2244 - влажную пленку толщиной 3 мил (76,2 мкм) наносят на карту Leneta 3B и сушат в течение 5 дней. Коэффициент контрастности - отражательная способность черного, деленная на отражательную способность белого. Сухая адгезия ASTM D3359B - Краску наносят кистью на высохшую отвержденную алкидную смолу и высушивают в течение 7 дней перед определением адгезии методом решетчатого надреза.

Испытание Ссылка/Метод Время высыхания ASTM D1640 - влажную пленку толщиной 3 мил (76,2 мкм) наносят на карту Leneta 3B, высушивают при температуре окружающей среды до исчезновения липкости при прикосновении пальцем. Текучесть и розлив ASTM D4062 - Краску наносят с помощью экспериментального ракеля Leneta. Оценивается высохшая краска. Знакопеременные перепады температуры ASTM D2243 - Замораживают при температуре 0°C и оттаивают при температуре окружающей среды. Осуществляют 3 цикла. Блеск и глянец ASTM D2243 - влажную пленку толщиной 3 мил (76,2 мкм) наносят на карту Leneta 3B, высушивают в течение пяти дней. Термостойкость ASTM D1849 - Испытывают при температуре 120°F (48,9°C) в течение двух недель. Определяют начальную и конечную вязкость. Показатель вязкости по ICI ASTM D4287. Лабораторная система оценок 10 = отлично, 0 = очень плохо Низкотемпературная коалесценция Краску и оборудование кондиционируют при температуре 40°F (4,4°C) в течение 2 час. Влажную пленку краски толщиной 6 мил (152,4 мкм) вытягивают на карте Leneta Form HK. Пленки сушат в горизонтальном положении в течение 24 час и оценивают (смотри лабораторную систему оценок). Растрескивание при усыхании Краску наносят с помощью Antisag метра Leneta (14-60 мил (355,6-1524,0 мкм) на карту НК при температуре окружающей среды и при температуре 40°F (4,4°C). После высушивания в течение 24 час определяют наибольшую толщину в милах без растрескивания. pH ASTM E70 Разбрызгивание при окрашивании ASTM D4707 - Под панель Upsom после испытания на подкраску помещают улавливающую панель черного цвета. После нанесения краски экспериментальную панель оценивают согласно D4707.

Испытание Ссылка/Метод валиком   Стойкость к царапанию ASTM D2486 - Влажную красочную пленку толщиной 7 мил (177,8 мкм) наносят на карту Leneta P121-10N и высушивают при комнатной температуре в течение 7 дней. Используют прокладку 10 с абразивным средством (SC-2). Неблагоприятный исход испытания - непрерывная тонкая линия на прокладке. Вязкость по Стормеру ASTMD562 Подкраска Испытание на подкраску проводили с использованием краски, приготовленной для испытания на кроющая способность. Использовали самогрунтующуюся краску Upsom, которую наносили кистью из волокон Linzer 2" Bristle и кистью из полиэфирных волокон при комнатной температуре и при температуре 40Т (4,4°C) с последующим высушиванием в течение ночи. Экспериментальную краску наносили и оценивали на однородность блеска и различие цвета. Время сохранения влажной кромки/время схватывания пленки по краям Краску с помощью зазубренного вытяжного ракеля наносят на карту Leneta WB. С 1 мин интервалами кисть 1/4 дюйма погружают в краску и делают 10 мазков поперек упомянутой линии. Время сохранения влажной кромки оценивают по упомянутой лабораторной системе.

[0080] Пример 1 - Летучесть пластификатора/Коалесцирующей добавки

[0081] Несмотря на то, что количество коалесцирующей добавки, используемое в галлоне (3,79 л) краски, не является чрезмерным, важное значение имеет сведете к минимуму количества каждого компонента, способствующего повышению содержания летучих органических соединений. Даже сырье, обычно используемое в относительно малых количествах, может быть изменено для значительного снижения содержания летучих органических соединений. Испытания в печи представляют собой стандартный метод сравнения вклада летучих и полулетучих компонентов в содержание летучих органических соединений. Испытаниям в печи, как описано выше, были подвергнуты пластификаторы/коалесцирующие добавки, перечисленные в Таблице 4, а также DIBP, ВВР и DBP.

[0082] На Фигуре 1 показана летучесть коалесцирующих добавок, исходя из результатов, полученных при проведении испытаний в печи. Как видно на Фигуре 1, рецептура Х20, соответствующая настоящему изобретению, имела сопоставимо низкую летучесть по сравнению со смесями двух дибензоатов (K-FLEX 850S (более новая) и K-FLEX 500 (традиционная)), хотя значения для K-FLEX 500 были несколько выше. Х20 также имела благоприятный профиль летучести по сравнению с более новой недибензоатной, коалесцирующей добавкой, имеющей низкое содержание летучих органических соединений, использовавшейся в качестве основного контроля (TEGDO). Значения, полученные для X10, были по существу такими же, как и значения для Х20, но на Фигуре 1 они не показаны. Значения для BENZPFLEX LA-705 были сравнимы со значениями для K-FLEX 500, но на Фигуре 1 они также не показаны. В целом, K-FLEX 850S, X10 и Х20 дали одинаковые низкие значения летучести.

[0083] На Фигуре 1 показано, что, как было установлено, все коалесцирующие добавки с низким содержанием летучих органических соединений имели очень низкую летучесть по сравнению с ТХМВ, который является промышленным стандартом, и, благодаря этому, были признаны приемлемыми альтернативными вариантами с низким содержанием летучих органических соединений. Из числа недибензоатных пластификаторов DIBP является наиболее летучим. Остальные пластификаторные коалесцирующие добавки с низким содержанием летучих органических соединений в весьма незначительной степени способствовали бы повышению содержания летучих органических соединений в покрытии, особенно при низких уровнях применения.

[0084] Пример 2 - Эффективность коалесцирующих добавок

[0085] До начала оценки краски определяли эффективность каждой коалесцирующей добавки в основных рецептурах краски, описанных в приведенных выше Таблице 1, Таблице 2 и Таблице 3. Определение эффективности коалесцирующей добавки часто осуществляется на бинарной паре с определением минимальной температуры пленкообразования смеси коалесцирующей добавки и основной эмульсии. В этом случае уровень эффективности каждой коалесцирующей добавки устанавливался путем определения количества коалесцирующей добавки (в фунтах), необходимого для обеспечения надлежащего формирования пленки при температуре 40°F (4°C), в каждой(-м) из описанных выше красок/покрытий. Для этого испытания в качестве первичной проверки эффективности был использован ТХМВ, поскольку он до сих пор считается эталоном в подобного рода исследованиях. Для коалесцирующих добавок с низким содержанием летучих органических соединений лучшим образцом для сравнения является имеющаяся в продаже коалесцирующая добавка с низким содержанием летучих органических соединений TEGDO.

[0086] На 100 галлонов (378,54 л) матовой краски требуется 6 фунтов (2,72 кг), на 100 галлонов полуглянцевой краски требуется 3,5 фунта (1,59 кг), а на 100 галлонов глянцевой краски требуется 38 фунтов (17,24 кг) (в дополнение к присутствующему метиловому эфиру пропиленгликоля) каждой коалесцирующей добавки для правильной коалесценции (образования пленки). По результатам этого испытания было определено, что каждая коалесцирующая добавка обладала эквивалентной эффективностью.

[0087] Пример 3 - Характеристики влажной и сухой пленки

[0088] В Таблицах 6-8 представлены данные по эксплуатационным качествам, полученные для влажной краски или сухой краски с использованием различных коалесцирующих добавок, как описано выше. Как видно из указанных таблиц, эксплуатационные качества были аналогичны для каждой краски во всех случаях, в том числе pH, начальная вязкость (по Стормеру и по ICI), термостойкость, текучесть и розлив, растрескивание при усыхании (только матовая краска, комнатная температура и низкая температура), подкраска (комнатная температура и низкая температура), кроющая способность краски, устойчивость к разбрызгиванию при нанесении и пленкообразование при низких температурах (на уплотненной и неуплотненной основе). Большинство из этих параметров считаются очень важными, поскольку выбор коалесцирующей добавки может привести к ухудшению эксплуатационных качеств во всех этих областях. В случае рецептуры краски для блестящих покрытий на основе более жесткого акрилового сополимера (Таблица 8) данные представлены только для KF850S, Х20 и TEGDO.

[0089] Пример 4 - Стойкость к знакопеременным перепадам температуры

[0090] Одним из свойств краски, которое может пострадать у красок или покрытий с пониженным содержанием летучих органических соединений, является стойкость к знакопеременным перепадам температуры. На Фиг.2 и Фиг.3 показаны результаты, полученные для трех циклов замораживания/оттаивания винил-акриловых матовых красок и полуглянцевых акриловых красок. Матовые краски с дибензоатными коалесцирующими добавками продемонстрировали лучшие характеристики стойкости к знакопеременным перепадам температуры, по сравнению с красками с новой коалесцирующей добавкой TEGDO с низким содержанием летучих органических соединений. Для полуглянцевой рецептуры все краски с дибензоатными коалесцирующими добавками превосходили контроль с TEGDO, но были аналогичными контролю со сложным эфиром спирта ТХМВ. В глянцевой рецептуре на основе акрилового сополимера все системы, подвергавшиеся оценке, были повреждены после трех циклов замораживания/оттаивания. Исходя из этих результатов, трехкомпонентная смесь, соответствующая настоящему изобретению, обеспечивает некоторые преимущества матовым и полуглянцевым рецептурам.

[0091] Пример 5 - Время сохранения влажной кромки/время схватывания пленки по краям

[0092] Тип коалесцирующей добавки может влиять на время сохранения влажной кромки/время схватывания красочной пленки по краям. Известно, что пластификаторы увеличивают время сохранения влажной кромки лучше, чем летучие коалесцирующие добавки. На Фиг.4, Фиг.5 и Фиг.6 представлены данные, полученные для описания этой характеристики для пластификаторов/коалесцирующих добавок, описание которых приведено в настоящем документе. Испытание, проведенное для определения времени сохранения влажной кромки или времени схватывания пленки оценивавшихся рецептур по краям, описано в Таблице 5; указанное испытание несколько отличалось от других рассматриваемых испытаний, применяемых в настоящее время, например, от испытания, которое, по мнению комитета ASTM D01, описывает это свойство краски.

[0093] Полученные данные показали, что все краски с коалесцирующими добавками с низким содержанием летучих органических соединений имеют несколько большее время сохранения влажной кромки, чем матовые краски с коалесцирующей добавкой (ТХМВ) с высоким содержанием летучих органических соединений; однако трехкомпонентная рецептура Х20, соответствующая настоящему изобретению, превзошла как TEGDO, так и дибензоатный контрольный образец KF850S в красках для матовых покрытий. В акриловой полуглянцевой краске и в глянцевых системах покрытий на основе акрилового сополимера характеристики времени сохранения влажной кромки для всех коалесцирующих добавок с низким содержанием летучих органических соединений оказались эквивалентными.

[0094] Пример 6 - Характеристики сухой пленки

[0095] Блеск является хорошим показателем качества образования пленки покрытия. Данные, представленные на Фигуре 7, показывают, что, за исключением TEGDO, все коалесцирующие добавки с низким содержанием летучих органических соединений имели несколько больший блеск в случае полуглянцевой рецептуры краски, по сравнению с ТХМВ. В случае TEGDO блеск был ниже, чем с другими дибензоатными коалесцирующими добавками с низким содержанием летучих органических соединений и в случае коалесцирующей добавки ТХМВ. На Фиг.8 показаны результаты для полуглянцевой рецептуры краски, сравнивающие только коалесцирующие добавки KF850S (контроль), Х20 (трехкомпонентная смесь, соответствующая настоящему изобретению) и TEGDO. Указанные данные показывают, что дибензоатные коалесцирующие добавки KF850S (контроль) и Х20 (трехкомпонентная смесь, соответствующая настоящему изобретению) с низким содержанием летучих органических соединений давали несколько больший блеск в рецептуре полуглянцевой краски, чем TEGDO. В блескообразующей системе на основе акрилового сополимера указанная дибензоатная смесь Х20 давала несколько больший блеск, чем TEGDO, как показано на Фигуре 9.

[0096] Пример 7 - Стойкость к царапанию

[0097] Работа коалесцирующей добавки в латексной (или любой иной) композиции для покрытия - является ли она высоколетучим органическим соединением или истинным пластификатором для полимера - заключается в содействии процессу формирования пленки, особенно при низких температурах. Указанная коалесцирующая добавка должна также оказывать минимальное влияние на эксплуатационные характеристики покрытия после высыхания пленки. Можно предположить, что, в связи с их относительным постоянством, пластификаторы могут ухудшить свойства пленки, например, стойкость к царапанию, однако это не обязательно так. Фигура 10 показывает, что испытанные дибензоаты имели немного лучшую стойкость к царапанию, чем покрытия с TEGDO в матовой краске. KF850S и TEGDO имеют аналогичную стойкость к царапанию в полуглянцевой краске, а трехкомпонентная смесь Х20, соответствующая настоящему изобретению, превзошла обе указанные коалесцирующие добавки с низким содержанием летучих органических соединений в полуглянцевой краске.

[0098] На Фигуре 11 повышение стойкости к царапанию коалесцирующими добавками с низким содержанием летучих органических соединений, по сравнению с ТХМВ, неожиданно и значительно возросло в глянцевой краске с рецептурой на основе акрилового сополимера с дибензоатной системой KF850S, демонстрирующей дополнительное улучшение, по сравнению с TEGDO. Это указывает на то, что трехкомпонентная смесь, соответствующая настоящему изобретению, пригодна для разработки рецептур красок и покрытий с низким содержанием летучих органических соединений, включающих более жесткие полимеры, с одновременным обеспечением отличной стойкости к царапанию.

[0099] Пример 8 - Устойчивость против слипания

[00100] Другим показателем эксплуатационного качества пленки с пластификаторами является устойчивость против слипания. На Фигуре 12 представлены данные по устойчивости против слипания, полученные для полуглянцевых красок, содержащих коалесцирующие добавки с низким содержанием летучих органических соединений. Следует отметить, что бензоатные пластификаторы с низким содержанием летучих органических соединений превзошли TEGDO как при комнатной температуре, так и при повышенной температуре в течение семидневных испытаний устойчивости против слипания. Как указывалось выше, никакие попытки с целью модифицирования рецептур для оптимизации эксплуатационных качеств не предпринимались. Вместо этого данное исследование продемонстрировало возможность использования трехкомпонентной смеси пластификаторов/коалесцирующих добавок нового поколения в качестве замены или альтернативы пленкообразующим добавкам с низким содержанием летучих органических соединений, включая другие дибензоатные смеси.

[00101] Как показано на Фигуре 13, глянцевая система на основе акрилового сополимера, разработанная с включением пластификатора рецептуры Х20, соответствующей настоящему изобретению, продемонстрировала явное преимущество по устойчивости против слипания при повышенных температурах как над TEGDO, так и над дибензоатным контролем KF850S, после семидневного воздействия, а также преимущество над TEGDO после семи дней при комнатной температуре.

[00102] Данные, приведенные выше, указывают на то, что трехкомпонентная дибензоатная смесь, соответствующая настоящему изобретению, хорошо функционирует в покрытиях и как пластификатор и как коалесцирующая добавка с низким содержанием летучих органических соединений. Кроме того, результаты испытаний показали, что новая трехкомпонентная дибензоатная смесь обеспечивает большие преимущества по эксплуатационным показателям по блеску и стойкости к царапанию по сравнению с некоторыми современными стандартными вариантами коалесцирующих добавок и коалесцирующими добавками с низким содержанием летучих органических соединений. В частности, Х20 демонстрирует значительные преимущества при использовании в более требовательной глянцевой системе на основе акрилового сополимера, в которой она обеспечивает преимущества как по стойкости к царапанию, так и по устойчивости против слипания. Указанная рецептура, соответствующая настоящему изобретению, представляет собой альтернативу для разработчиков красок и покрытий для улучшения существующих коалесцирующих добавок с низким содержанием летучих органических соединений, в том числе традиционные дибензоатные коалесцирующие добавки.

[00103] В соответствии с патентным законодательством, в описании были изложены наилучшие способы применения и предпочтительные варианты осуществления изобретения, но объем изобретения ограничивается не ими, а исключительно объемом прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к пленкообразующим добавкам для использования при составлении рецептуры красок и в композициях для покрытия. Описывается трехкомпонентная коалесцирующая добавка с низким содержанием летучих органических соединений, содержащая от около 60 до около 90 мас.% диэтиленгликольдибензоата, от около 15 до около 50 мас.% дипропиленгликольдибензоата и от около 20 до около 90 мас.% 1,2-пропиленгликольдибензоата от общей массы композиции. Использование указанной добавки обеспечивает получение краски или покрытия с низким содержанием летучих органических соединений, стабильную вязкость после трех циклов замораживания/оттаивания и эквивалентные либо превосходящие характеристики времени сохранения влажной кромки/времени схватывания пленки по краям, блеска, стойкости к царапанию и устойчивости против слипания по сравнению с известным уровнем техники. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 13 ил., 8 табл., 8 пр.

1. Трехкомпонентная коалесцирующая добавка с низким содержанием летучих органических соединений для использования в полимерной композиции для покрытия, содержащая:
a. диэтиленгликольдибензоат в количестве от приблизительно 60 мас.% до приблизительно 90 мас.%,
b. дипропиленгликольдибензоат в количестве от приблизительно 15 мас.% до приблизительно 50 мас.%, и
c. 1,2-пропиленгликольдибензоат в количестве от приблизительно 20 мас.% до приблизительно 90 мас.%,
исходя из общей массы трехкомпонентной композиции.

2. Трехкомпонентная добавка по п. 1, где смесь содержит 80 мас.% смеси диэтиленгликольдибензоата (DEGDB) и дипропиленгликольдибензоата (DPGDB), где отношение DEGDB к DPGDB составляет приблизительно 4:1, и 20 мас.%
1,2-пропиленгликольдибензоата, по отношению к общей массе трехкомпонентной смеси.

3. Композиция для покрытия с низким содержанием летучих органических соединений, содержащая:
a. водную полимерную эмульсию; и
b. нефталатную коалесцирующую добавку с низким содержанием летучих органических соединений, содержащую трехкомпонентную смесь диэтиленгликольдибензоата, дипропиленгликольдибензоата и
1,2-пропиленгликольдибензоата,
где указанная коалесцирующая добавка имеет низкую летучесть и обеспечивает эквивалентные или лучшие характеристики времени сохранения влажной кромки/времени схватывания пленки по краям и блеска, эквивалентную или лучшую стойкость к царапанию и устойчивость против слипания по сравнению с традиционными коалесцирующими добавками с низким содержанием летучих органических соединений, и
где вязкость композиции для покрытия остается стабильной после трех циклов замораживания/оттаивания;
причем в упомянутой трехкомпонентной смеси
а. диэтиленгликольдибензоат содержится в количестве от приблизительно 60 мас.% до приблизительно 90 мас.%,
b. дипропиленгликольдибензоат содержится в количестве от приблизительно 15 мас.% до приблизительно 50 мас.%, и
c. 1,2-пропиленгликольдибензоат содержится в количестве от приблизительно 20 мас.% до приблизительно 90 мас.%,
исходя из общей массы трехкомпонентной смеси.

4. Композиция для покрытия с низким содержанием летучих органических соединений по п. 3,
где указанная полимерная эмульсия представляет собой латексную эмульсию, винил-акриловую эмульсию, полуглянцевую акриловую эмульсию или глянцевую эмульсию на основе акрилового сополимера.

5. Композиция для покрытия с низким содержанием летучих органических соединений по п. 3,
где указанная водная полимерная эмульсия содержит винилацетат, поливинилацетат, этиленвинилацетат и их сополимеры; винилиденхлорид; диэтилфумарат; диэтилмалеат; поливинилбутираль; полиуретаны и их сополимеры; полисульфиды, нитрат целлюлозы; полиалкилметакрилаты, такие как метилметакрилат, этилметакрилат, бутилметакрилат, циклогексилметакрилат или аллилметакрилат; различные ароматические метакрилаты, такие как бензилметакрилат; различные алкилакрилаты, такие как метилакрилат, этилакрилат, бутилакрилат или 2-этилгексилакрилат; различные акриловые кислоты, такие как метакриловая кислота; винилакрилаты; стиролизованные акрилаты; акрил-эпоксидные гибриды; эпоксидные смолы, фенолформальдегидные полимеры; меламины; или их смеси.

6. Композиция для покрытия с низким содержанием летучих органических соединений, содержащая:
a. полимерную эмульсию, содержащую латекс, винил-акрилового или акрилового сополимера; и
b. нефталатную трехкомпонентную коалесцирующую смесь, содержащую:
i. 80 мас.% смеси диэтиленгликольдибензоата (DEGDB) и дипропиленгликольдибензоата (DPGDB), где отношение DEGDB к DPGDB составляет приблизительно 4:1; и
ii. 20 мас.% 1,2-пропиленгликольдибензоата,
исходя из общей массы трехкомпонентной смеси.