ВОДНЫЕ ДИСПЕРСИИ, КОМПОЗИЦИИ ПОКРЫТИЙ, ОБРАЗОВАННЫЕ ВОДНЫМИ ДИСПЕРСИЯМИ, И МНОГОСЛОЙНЫЕ ПОКРЫТИЯ Российский патент 2020 года по МПК C09D175/04 

Уведомление о государственной поддержке

Настоящее изобретение было разработано при государственной поддержке по контракту № DE-EE0005777, заключенному Министерством энергетики. Правительство Соединенных Штатов может обладать определенными правами на настоящее изобретение.

Область техники

Настоящее изобретение относится к водным дисперсиям, содержащим самосшиваемые частицы ядро-оболочка, композициям для покрытий, содержащим водные дисперсии, и к многослойным покрытиям, приготовленным посредством композиций для покрытий.

Уровень техники

Покрытия наносятся на широкий спектр подложек для обеспечения цветовых и других визуальных эффектов, коррозионной стойкости, стойкости к истиранию, химической стойкости и т.п. Кроме того, различные типы покрытий, в частности, покрытия, наносимые на автомобильные подложки, включая транспортные средства и мотоциклы, могут быть сформированы из композиций, содержащих дисперсии на водной основе, в связи с чем, покрытия могут быть подвергнуты термической обработке и сформированы при низких температурах отверждения. Поскольку эти композиции могут быть подвержены обжигу при низких температурах отверждения, было обнаружено, что такой подход полезен при формировании многослойных покрытий, которые часто включают слой верхнего покрытия, нанесенный поверх слоя основного покрытия. Что касается многослойных покрытий, наносимых на металлические подложки, в частности, на автомобильные подложки, здесь часто наносят еще и грунтовочный слой. Чтобы защитить грунтовочный слой от ультрафиолетового излучения и обеспечить его защиту от механического повреждения, поверх грунтовочного слоя отдельно наносится шпаклевочный слой. При том, что шпаклевочный слой обеспечивает защитные свойства покрытия, нанесение шпаклевочного слоя требует дополнительных стадий нанесения покрытия и материалов в процессе нанесения покрытия.

Соответственно, целью настоящего изобретения является создание композиций покрытий, которые могут быть отверждены при сравнительно низких температурах для формирования покрытий, имеющих различные свойства, и которые также устраняют необходимость в шпаклевочном слое в многослойных покрытиях, тем самым снижая затраты и повышая эффективность процессов нанесения покрытий, в частности, в автомобильной промышленности.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к водной дисперсии, содержащей водную среду и самосшиваемые частицы ядро-оболочка, диспергированные в водной среде. Частицы структуры ядро-оболочка содержат полимерное ядро (1) по меньшей мере частично инкапсулированное полимерной оболочкой (2), содержащей уретановые связи, кето- и/или альдо-функциональные группы и гидразидные функциональные группы. Кроме того, полимерное ядро ковалентно связано с по меньшей мерес частью полимерной оболочки.

Настоящее изобретение также относится к композиции для покрытия, содержащей водные дисперсии в соответствии с настоящим изобретением, а также к подложкам по меньшей мере частично покрытым покрытиями, сформированными из таких композиций для покрытия.

Настоящее изобретение дополнительно относится к многослойному покрытию, содержащему: подложку; первый слой основного покрытия; и второй слой основного покрытия. Первый слой основного покрытия сформирован из композиции первого основного покрытия, содержащего водную среду и самосшиваемые частицы ядро-оболочка, диспергированные в водной среде, в которой частицы ядро-оболочка содержат (1) полимерное ядро по меньшей мере частично инкапсулированное полимерной оболочкой (2), содержащей уретановые связи, кето- и/или альдо-функциональные группы и гидразидные функциональные группы. Второй слой основного покрытия сформирован из композиции второго основного покрытия, содержащего водную среду, несамосшиваемые частицы ядро-оболочка, и полигидразид, диспергированный в водной среде, в которой несамосшиваемые частицы ядро-оболочка содержат (1) полимерное ядро, содержащее кето- и/или альдо-функциональные группы, которое по меньшей мере частично инкапсулировано полимерной оболочкой (2), содержащей уретановые связи. Кроме того, полимерная основа частиц ядро-оболочка первой композиции основного покрытия и второй композиции основного покрытия независимо ковалентно связаны с по меньшей мере частью полимерной оболочки частиц ядро-оболочка. Более того, (i) первый слой основного покрытия сформирован по меньшей мере на части подложки, а второй слой основного покрытия сформирован по меньшей мере на части первого слоя основного покрытия, или (ii) второй слой основного покрытия сформирован поверх по меньшей мере части подложки, а первый слой основного покрытия сформирован по меньшей мере на части второго слоя основного покрытия.

Описание изобретения

Настоящее изобретение относится к водной дисперсии, содержащей водную среду и самосшиваемые частицы ядро-оболочка, диспергированные в водной среде. Используемый в настоящем документе термин «водная среда» относится к жидкой среде, содержащей по меньшей мере 50 мас.% воды в расчете на общую массу жидкой среды. Такие водные жидкие среды могут содержать, например, по меньшей мере 60 мас.% воды или по меньшей мере 70 мас.% воды или по меньшей мере 80 мас.% воды или по меньшей мере 90 мас.% воды или по меньшей мере 95 мас.% воды или 100 мас.% воды, в расчете на общую массу жидкой среды. Растворители, при их наличии в композиции, составляют менее 50 мас.% жидкой среды и включают органические растворители. Неограничивающие примеры подходящих органических растворителей включают полярные органические растворители, например, протонные органические растворители, в частности, гликоли, гликолевые эфирные спирты, спирты, летучие кетоны, гликолевые диэфиры, сложные эфиры и диэфиры. Другие неограничивающие примеры органических растворителей включают ароматические и алифатические углеводороды.

Кроме того, термин «самосшиваемый» относится к полимерной частице, имеющей две или более функциональные группы, которые реагируют друг с другом и которые участвуют в реакциях внутримолекулярного и/или межмолекулярного сшивания с образованием ковалентной связи при отсутствии сколь угодного внешнего сшивающего агента. Например, каждая из полимерных частиц по настоящему изобретению может содержать гидразидные функциональные группы, а также кето- и/или альдо-функциональные группы, которые могут реагировать друг с другом с образованием гидразоновых связей. Используемый в данном документе термин «сшивающий агент», «химическое соединение, сшивающее линейные полимеры» и подобные термины относятся к молекуле, содержащей две или более функциональных группы, которые реагируют с другими функциональными группами, и которые способны связывать два или более мономера или молекулы полимера посредством химических связей. Естественно, что самосшиваемые частицы ядро-оболочка также могут реагировать с отдельными сшивающими агентами, когда они присутствуют.

Водные дисперсные частицы ядро-оболочка, по настоящему изобретению содержат ядро, которое по меньшей мере частично инкапсулировано оболочкой. Частица ядро-оболочка, в которой ядро по меньшей мере частично инкапсулировано оболочкой, относится к частице, содержащей (i) по меньшей мере первый материал или материалы, которые образуют центр частицы (то есть ядро), и (ii) по меньшей мере, второй материал или материалы (т.е. оболочка), которые образуют слой по меньшей мере на части поверхности первого материала (материалов) (т.е. ядра). Следует принимать во внимание, что первый материал (материалы), который образует ядро, отличается от второго материала (материалов), который образует оболочку. Кроме того, частицы ядро-оболочка могут иметь различные формы (или морфологии) и размеры. В частности, частицы ядро-оболочка обычно имеют сферическую, кубическую, плоскостную, многогранную или игольчатую (удлиненную или волокнистую) морфологию. Частицы ядро-оболочка также могут иметь средний размер частиц от 30 до 300 нанометров, или от 40 до 200 нанометров, или от 50 до 150 нанометров. Используемый термин «средний размер частиц» относится к среднеобъемному размеру частиц. Средний размер частиц может быть определен, например, с помощью устройства «Zetasize 3000HS», следуя инструкциям в руководстве по эксплуатации этого устройства.

Полимерное ядро обычно содержит аддитивный полимер, полученный из этилен ненасыщенных мономеров. Этилен ненасыщенные мономеры могут включать (мет)акрилатный мономер, виниловый мономер или их комбинацию. Как таковое, полимерное ядро может содержать (мет) акрилатный полимер, виниловый полимер или их комбинацию. Используемый в данном документе термин «(мет) акрилат» относится как к метакрилату, так и к акрилату. Кроме того, основная цепь или главная цепь полимера или полимеров, которые образуют по меньшей мере часть полимерной оболочки, могут содержать мочевинные связи и/или уретановые связи, и также могут необязательно содержать другие связи. Например, полимерная оболочка может содержать полиуретан с основной цепью, которая включает уретановые связи и мочевинные связи. Как указано, полимерная оболочка также может содержать дополнительные связи, включая, но не ограничиваясь следующим: сложноэфирные связи, эфирные связи и их комбинации.

Полимерное ядро и/или полимерная оболочка также могут содержать одну или более, в частности, две или более, реакционно-способных функциональных групп. Термин «реакционно-способная функциональная группа» относится к атому, группе атомов, функции, или группе, имеющей достаточную реакционную способность, чтобы образовать по меньшей мере одну ковалентную связь с другой совместной реакционно-способной группой в химической реакции. По меньшей мере, некоторые из реакционно-способных функциональных групп полимерной оболочки являются кето-функциональными группами (также называемыми кетоновыми функциональными группами) и/или альдо-функциональными группами (также называемыми альдегидными функциональными группами), а также гидразидными функциональными группами. Необязательно, полимерное ядро также содержит реакционноспособные функциональные группы, такие как кето-функциональные группы, альдо-функциональные группы или их комбинации. Альтернативно, полимерное ядро не содержит реакционноспособных функциональных групп, таких как кето-функциональные группы и альдо-функциональные группы.

Другие неограничивающие примеры дополнительных реакционно-способных функциональных групп, которые могут присутствовать на полимерной оболочке и/или полимерном ядре, включают группы карбоновой кислоты, аминогруппы, эпоксидные группы, гидроксильные группы, тиольные группы, карбаматные группы, амидные группы, мочевинные группы, изоцианатные группы (включая блокированные изоцианатные группы), этилен-ненасыщенные группы и их комбинации. Используемый в настоящем документе термин «этилен-ненасыщенный» относится к группе, имеющей по меньшей мере одну углерод-углеродную двойную связь. Неограничивающие примеры этилен ненасыщенных групп включают, но не ограничиваются такими веществами, как (мет) акрилатные группы, винильные группы и их комбинации. Следует принять во внимание, что полимерная оболочка, полимерное ядро или оба могут быть свободны от (т.е. не содержать) каких-либо дополнительных реакционно-способных функциональных групп.

Полимерное ядро и полимерная оболочка частиц ядро-оболочка могут быть приготовлены для обеспечения образования гидрофильной полимерной оболочки с повышенной водо-диспергируемостью/стабильностью и гидрофобностью полимерного ядра. Используемый в данном документе термин «гидрофильный» относится к полимерам, мономерам и другим материалам, которые имеют химическое сродство к воде, и которые будут диспергироваться или растворяться в воде или других средах на водной основе. Гидрофильные материалы, такие как гидрофильные полимеры, обычно имеют диспергируемые в воде группы. «Диспергируемая в воде группа» относится к группе, имеющей или образованной из одной или более гидрофильных функциональных групп, которые имеют сродство к воде, и которые помогают диспергировать соединение, такое как полимер, в воде или других средах на водной основе. В свою очередь, используемый в данном документе термин «гидрофобный» относится к полимерам, мономерам и другим материалам, которые не имеют сродства к воде или другим водным средам, и имеют тенденцию отталкивать, не растворяться или диспергироваться и/или не смачиваться водой или другими водными средами. Гидрофобные материалы, в частности, гидрофобные полимеры, часто не содержат диспергируемых в воде групп.

Как указано, полимерное ядро и полимерная оболочка частиц ядро-оболочка могут быть приготовлены для обеспечения гидрофильной полимерной оболочки с повышенной водо-диспергируемостью/стабильностью и гидрофобного полимерного ядра. Таким образом, полимерная оболочка может содержать гидрофильные вододиспергируемые группы, тогда как полимерное ядро может не содержать гидрофильных вододиспергируемых групп. Гидрофильные вододиспергируемые группы могут увеличивать вододиспергируемость / стабильность полимерной оболочки в водной среде, поэтому полимерная оболочка по меньшей мере частично инкапсулирует гидрофобное ядро.

Как описано ранее, вододиспергируемые группы содержат одну или более гидрофильных функциональных групп. Например, полимер(ы), которые образуют гидрофильную полимерную оболочку, могут содержать ионные или ионизируемые группы, в частности, кислотные группы, такие как функциональные группы карбоновой кислоты или их соли. Функциональную группу карбоновой кислоты можно, например, вводить с использованием группы карбоновой кислоты, содержащей диол, для образования полимерной оболочки. Кислотные группы, в частности, карбоновые кислотные функциональные группы, могут быть по меньшей мере частично нейтрализованы (то есть по меньшей мере 30% от общего эквивалента нейтрализации) неорганическим основанием, таким как летучий амин, с образованием солевой группы. Под летучим амином подразумевается соединение амина, имеющее начальную температуру кипения, меньшую или равную 250°С, измеренную при стандартном атмосферном давлении 101,3 кПа. Примерами подходящих летучих аминов являются аммиак, диметиламин, триметиламин, моноэтаноламин и диметилэтаноламин. Следует принять во внимание, что амины будут испаряться во время формирования покрытия, чтобы обнажить кислотные группы, такие как функциональные группы карбоновой кислоты, и позволить кислотным группам, таким как функциональные группы карбоновой кислоты, подвергаться дальнейшим реакциям, например, с сшивающим агентом, реагирующим с кислотными группами или функциональными группами карбоновой кислоты. Другие неограничивающие примеры вододиспергируемых групп включают полиоксиалкиленовые группы, в частности, с использованием простых полиэтилен/пропилен гликолевых эфирных материалов.

В некоторых примерах полимерная оболочка образована из (i) полиуретанов, содержащих боковые и/или концевые кето-и/или альдо-функциональные группы, а также боковые и/или концевые функциональные группы карбоновой кислоты, и (ii) полиуретаны, содержащие боковые и/или концевые гидразидные функциональные группы, а также боковые и/или концевые функциональные группы карбоновой кислоты. Согласно вышеописанному, функциональные группы карбоновой кислоты могут быть по меньшей мере частично нейтрализованы (то есть по меньшей мере 30% от общего эквивалента нейтрализации) неорганическим основанием, таким как летучий амин, с образованием солевой группы, как было описано ранее. Кроме того, полимерное ядро может быть гидрофобным ядром, которое не содержит таких групп карбоновой кислоты и солевых групп, которые образуются из них. «Боковая группа» относится к группе, которая является ответвлением со стороны основной цепи полимера, и которая не является частью основной цепи полимера. И наоборот, «концевая группа» относится к группе на конце основной цепи полимера, которая является частью основной цепи полимера.

Полимерная оболочка также ковалентно связана с по меньшей мере частью полимерного ядра. Например, полимерная оболочка может быть ковалентно связана с полимерным ядром путем взаимодействия по меньшей мере одной функциональной группы на мономерах и/или форполимерах, которые используются для формирования полимерной оболочки по меньшей мере с одной функциональной группой на мономерах и/или форполимерах, которые используются для формирования полимерного ядра. Функциональные группы могут включать любую из ранее описанных функциональных групп при условии, что по меньшей мере одна функциональная группа на мономерах и/или форполимерах, которые используются для формирования полимерной оболочки, является реакционноспособной по меньшей мере с одной функциональной группой на мономерах и/или форполимерах, которые используются для формирования полимерного ядра. Например, мономеры и/или форполимеры, которые используются для формирования полимерной оболочки и полимерного ядра, могут оба содержать по меньшей мере одну этилен ненасыщенную группу, которая реагирует друг с другом с образованием химической связи. Используемый в настоящем документе термин «форполимер» относится к предшественнику полимера, способному к дальнейшим реакциям или полимеризации с одной или более реакционно-способными группами с образованием более высокой молекулярной массы или сшитого состояния.

Согласно настоящему изобретению. для формирования частиц ядро-оболочка могут быть использованы различные копоненты. Например, частицы ядро-оболочка могут быть образованы из полиуретановых форполимеров с изоцианатной функциональностью, полиаминов, гидразидных функциональных соединений и этилен ненасыщенных мономеров. Полиуретановые форполимеры с изоцианатной функциональностью могут быть получены любым способом, известным в данной области техники, в частности, взаимодействием по меньшей мере одного полиизоцианата с одним или более соединений, имеющих функциональные группы, которые реагируют с изоцианатной функциональностью полиизоцианата. Реакционноспособные функциональные группы могут быть активными водородсодержащими функциональными группами, в частности, гидроксильными группами, тиольными группами, аминогруппами, гидразидными группами и кислотными группами, такими как группы карбоновой кислоты. Гидроксильная группа может, например, реагировать с изоцианатной группой с образованием уретановой связи. Первичная или вторичная аминогруппа может реагировать с изоцианатной группой с образованием мочевинной связи. Примеры подходящих соединений, которые можно использовать для образования полиуретана, включают, но не ограничиваются, полиолы, полиизоцианаты, соединения, содержащие одну или несколько групп карбоновых кислот, в частности, диолы, содержащие одну или более групп карбоновых кислот, полиамины, этиленовые ненасыщенные функциональные гидроксильными группы, такие компоненты, как гидроксиалкиловые эфиры (мет) акриловой кислоты и/или другие соединения, имеющие такие реакционно-способные функциональные группы, как гидроксильные группы, тиольные группы, аминогруппы и группы карбоновых кислот. Полиуретановый форполимер также может быть получен кето- и/или альдо-функциональными одноатомными спиртами.

Неограничивающие примеры подходящих полиизоцианатов включают изофороны диизоцианата (IPDI), дициклогексилметан 4,4'-диизоцианат (H12MDI), циклогексилдиизоцианат (CHDI), м-тетраметилксилилендиизоцианат (м-TMXDI), п-тетраметилксилилендиизоцианат (п-TMXDI) этилендиизоцианат, 1,2-диизоцианатопропан, 1,3-диизоцианатопропан, 1,6-диизоцианатогексан (гексаметилендиизоцианат или HDI), 1,4-бутилендиизоцианат, лизиндиизоцианат, 1,4-метилен-бис-(циклогексилизоцианат), толуолдиизоцианат (TDI), м-ксилилендиизоцианат (MXDI) и п-ксилилендиизоцианат, 4-хлор-1,3-фенилендиизоцианат, 1,5-тетрагидро-нафталиндиизоцианат, 4,4'-дибензилдиизоцианат и 1,2,4-бензолтриизоцианат, ксилилендиизоцианат (XDI) и их смеси или комбинации.

Примеры полиолов, которые можно использовать для получения полимера на основе полиуретана, такого как полиуретановый форполимер, включают, но не ограничиваются ими, низкомолекулярные гликоли, простые полиэфирполиолы, сложные полиэфирполиолы, их сополимеры и их комбинации. Неограничивающие примеры низкомолекулярных гликолей включают этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,2-пропиленгликоль, 1,3-бутиленгликоль, тетраметиленгликоль, гексаметиленгликоль и их комбинации, а также другие соединения, которые включают две или более гидроксильные группы и комбинации любого из вышеперечисленного. Неограничивающие примеры подходящих простых полиэфирполиолов включают политетрагидрофуран, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль, полибутиленгликоль и их комбинации. Неограничивающие примеры сложных полиэфирполиолов включают те, которые получают из полиола, содержащего эфирную группу и карбоновую кислоту или ангидрид.

Другие подходящие полиолы включают, но не ограничиваются такими веществами, как циклогександиметанол, 2-этил-1,6-гександиол, 1,3-пропандиол, 1,4-бутандиол, неопентилгликоль, триметилолпропан, 1,2,6-гексантриол, глицерин и их комбинациями. Кроме того, подходящие аминоспирты, которые можно использовать, включают, но не ограничиваются такими веществами, как этаноламин, пропаноламин, бутаноламин и их комбинациями.

Соответствующие карбоновые кислоты, которые могут реагировать с полиолами с образованием сложного полиэфирполиола, включают, но не ограничиваются такими веществами, как дикислоты, такие как глутаровая кислота, янтарная кислота, малоновая кислота, щавелевая кислота, фталевая кислота, изофталевая кислота, гексагидрофталевая кислота, адипиновая кислота, малеиновая кислота и их смеси. Кроме того, неограничивающие примеры кислотосодержащих диолов включают, но не ограничиваются такими веществами, как 2,2-бис (гидроксиметил) пропионовая кислота, которая также упоминается как диметилолпропионовая кислота (DMPA), 2,2-бис(гидроксиметил) маслянная кислота, которая также упоминается как диметилолбутановая кислота (DMBA), дифеноловая кислота и их комбинации.

Неограничивающие примеры материалов с гидразидной функциональностью, которые могут быть использованы при получении полиуретанового форполимера и для обеспечения гидразидной функциональности, включают соединения с дигидразидной функциональной группой, но не ограничиваются такими веществами, как малеиновый дигидразид, фумаровый дигидразид, итаконовый дигидразид, фталевый дигидразид, изофталевый дигидразид терефталевый дигидразид, тримеллитовый тригидразид, щавелевый дигидразид, дигидразид адипиновой кислоты, себациновый дигидразид и комбинации вышеприведенных веществ.

Примеры кетофункциональных моноспиртов, которые можно использовать при получении полиуретанового форполимера, и для обеспечения кето- и/или альдо-функциональности, включают, но не ограничиваются такими веществами, как гидроксиацетон, 4-гидрокси-2-бутанон, 5-гидрокси-4-октанон 4-гидрокси-4-метилпентан-2-он, который также называют диацетоновым спиртом, 3-гидроксиацетофенон и комбинациями вышеприведенных веществ. Кроме того, неограничивающие примеры альдо-функциональных моноспиртов включают раствор D-лактальдегида, 3-гидрокси-бутанал, 4-гидрокси-пентанал, 5-гидрокси-гексанал, 5-гидрокси-5-метилгексанал, 4-гидрокси-4-метил- пентанал, 3-гидрокси-3-метилбутанал, и комбинации этих веществ.

Неограничивающие примеры соединений, которые можно использовать для включения этиленненасыщенных фрагментов в полиуретановый форполимер, включают гидроксиалкиловые эфиры (мет) акриловой кислоты, в частности, гидроксиметил (мет) акрилат, гидроксиэтил (мет) акрилат, гидроксипропил (мет) акрилат, гидроксибутил (мет) акрилат, и комбинации этих веществ.

Компоненты, которые образуют полиуретановый форполимер, могут реагировать поэтапно или одновременно. Например, полиуретановый форполимер может быть получен взаимодействием диизоцианата, полиола, диола, содержащего карбоксильную группу, этиленненасыщенного мономера, содержащего гидроксильную группу, и соединения с функциональной дигидразидной группой.

Как упоминалось ранее, частицы ядро-оболочка также могут быть получены с использованием полиаминов, и этиленненасыщенных мономеров, не включенных в полиуретан во время их получения. Например, полиуретановые форполимеры с изоцианатной функциональностью могут быть получены, как описано выше, и затем подвергаться взаимодействию с полиаминами в качестве удлинителя цепи. Используемый в данном документе термин «удлинитель цепи» относится к соединению с более низкой молекулярной массой, имеющему две или более функциональных группы, которые являются реакционно-способными по отношению к изоцианату.

Подходящие полиамины, которые можно использовать для получения полимера на основе полиуретана, включают алифатические и ароматические соединения, которые содержат две или более аминогрупп, выбранных из первичных и вторичных аминогрупп. Примеры включают, но не ограничиваются такими компонентами, как диамины, в частности, этилендиамин, гексаметилендиамин, 1,2-пропандиамин, 2-метил-1,5-пента-метилендиамин, 2,2,4-триметил-1,6-гександиамин, изофорондиамин, диаминоциклогексан, ксилилендиамин, 1,12-диамино-4,9-диоксадодекан и их комбинациями. Подходящие полиамины также продаются компанией «Huntsman» под торговым наименованием «JEFFAMINE®», в частности, «JEFFAMINE® D-230 и JEFFAMINE® D-400».

Другие неограничивающие примеры подходящих полиаминофункциональных соединений включают продукты реакции Михаэля присоединения полиаминофункционального соединения, такого как, в частности, диамин, к кето- и/или альдосодержащими этиленненасыщенными мономерами. Полиаминное функциональное соединение обычно содержит по меньшей мере две первичные аминогруппы (то есть функциональную группу, представленную структурной формулой -NH₂ ), и кето- и/или альдо-содержащие ненасыщенные мономеры включают, но не ограничиваются такими веществами, как (мет)акролеин диацетон (мет)акриламид, диацетон (мет)акрилат, ацетоацетоксиэтил (мет)акрилат, винилацетоацетат, кротоновый альдегид, 4-винилбензальдегид и их комбинациями. Получающиеся продукты в результате реакции присоединения Михаэля могут включать соединение по меньшей мере с двумя вторичными аминогруппами (то есть с функциональной группой, представленной структурной формулой -NRH, в которой R является углеводородом) и по меньшей мере с двумя кето- и/или альдо-функциональными группами. Следует принимать во внимание, что вторичные аминогруппы будут реагировать с изоцианатными функциональными группами полиуретановых форполимеров с образованием мочевинных связей и удлинением цепи полиуретанов. Кроме того, кето- и/или альдо-функциональные группы будут вытягиваться из основной цепи удлиненного цепью полиуретана, такого как, например, из атома азота мочевинной связи, с образованием полиуретана с боковыми кето- и/или альдо-функциональными группами.

Как указано, и в соответствии с настоящим изобретением водная дисперсия включает частицы ядро-оболочка, которые имеют полимерную оболочку, содержащую кето- и/или альдо-функциональные группы, а также гидразидные функциональные группы. Полимерная оболочка частиц ядро-оболочка может быть приготовлена из гидразидных функциональных полимеров и кето- и/или альдо-функциональных полимеров или полимеров, которые содержат как гидразидную функциональность, так и кето- и/или альдо-функциональность. Полимеры также могут включать дополнительные функциональные группы, как было описано ранее, включая, но не ограничиваясь этилен ненасыщенными группами. Например, полимерная оболочка частиц ядро-оболочка может быть приготовлена из таких компонентов, как: (i) первый полиуретан, содержащий уретановые связи, вододиспергируемые группы, такие как группы карбоновой кислоты, этиленненасыщенные группы и гидразидные группы; и (ii) второй полиуретан, содержащий уретановые связи, вододиспергируемые группы, такие как группы карбоновых кислот, этилен ненасыщенные группы, кето- и/или альдогруппы, и, необязательно, мочевинные связи.

Кроме того, первый и второй полиуретаны могут быть получены при использовании ранее описанных компонентов. Например, первый полиуретан может быть получен путем взаимодействия изоцианата и этилен ненасыщенного функционального полиуретана с дигидразидным функциональным соединением, таким как дигидразид адипиновой кислоты. Второй полиуретан может быть получен, например, путем взаимодействия и удлинения цепи изоцианата и этилен ненасыщенных функциональных полиуретанов с продуктом реакции Михаэля присоединения диамина к кето- и/или альдосодержащим этиленненасыщенным мономерам. Изоцианатные и этилен ненасыщенные функциональные полиуретаны, используемые для образования первого и второго полиуретанов, могут быть образованы из полиолов, полиизоцианатов, диолов, содержащих функциональные группы карбоновой кислоты, и этиленовых ненасыщенных компонентов с гидроксильными функциональными группами.

После образования полиуретана(ов) (например, первого и второго полиуретанов, описанных ранее), полиуретан(ы) и дополнительные этиленненасыщенные мономеры могут быть подвергнуты процессу полимеризации с образованием частиц ядро-оболочка. Дополнительные этиленненасыщенные мономеры могут быть добавлены после образования полиуретана(ов). Альтернативно, дополнительные этиленненасыщенные мономеры могут быть использованы в качестве разбавителя во время приготовления полиуретана(ов) и не добавляться после образования полиуретана(ов). Следует принимать во внимание, что этиленненасыщенные мономеры могут быть использованы в качестве разбавителя при получении полиуретана(ов), а также добавлены после образования полиуретана(ов).

Дополнительные этиленненасыщенные мономеры могут включать мультиэтиленненасыщенные мономеры, моноэтилен ненасыщенные мономеры или их комбинации. «Моноэтиленненасыщенный мономер» относится к мономеру, содержащему только одну этиленненасыщенную группу, а «мультиэтилен ненасыщенный мономер» относится к мономеру, содержащему две или более этиленненасыщенные группы.

Неограничивающие примеры этиленненасыщенных мономеров включают, но не ограничиваются такими компонентами, как: алкиловые эфиры (мет) акриловой кислоты, гидроксиалкиловые эфиры (мет) акриловой кислоты, кислотные группы, содержащие этиленненасыщенные мономеры, винил ароматические мономеры, альдо- или кето-содержащие этиленовые ненасыщенные мономеры и их комбинации.

Неограничивающие примеры алкиловых эфиров (мет) акриловой кислоты включают метил (мет) акрилат, этил (мет) акрилат, бутил (мет) акрилат, изобутил (мет) акрилат, этилгексил (мет) акрилат, лаурил (мет) акрилат, октил (мет) акрилат, глицидил (мет) акрилат, изононил (мет) акрилат, изодецил (мет) акрилат, винил (мет) акрилат, ацетоацетоксиэтил (мет) акрилат, ацетоацетоксипропил (мет) акрилат и комбинации вышеречисленных веществ. Другие неограничивающие примеры включают ди(мет)акрилатные алкиловые диэфиры, образованные конденсацией двух эквивалентов (мет)акриловой кислоты, такой как, например, этиленгликоль ди(мет)акрилат. Ди(мет)акрилатные алкиловые диэфиры, образованные из C_2-24 диолов, таких как бутандиол и гександиол, также могут быть использованы.

Неограничивающие примеры гидроксиалкиловых эфиров (мет) акриловой кислоты и кето- и альдосодержащих этиленненасыщенных мономеров включают любые из ранее описанных веществ. Неограничивающие примеры кислотных групп, содержащих этиленненасыщенные мономеры, включают (мет)акриловую кислоту, итаконовую кислоту, малеиновую кислоту, фумаровую кислоту, кротоновую кислоту, аспарагиновую кислоту, яблочную кислоту, меркаптосукциновую кислоту и их комбинации.

Неограничивающие примеры винилароматических мономеров включают стирол, 2,4-диметилстирол, этилстирол, изопропилстирол, бутилстирол, винилнафталин, винилтолуол, ароматические дивинил мономеры, в частности, дивинил бензол и их комбинации.

Как отмечалось ранее, этиленненасыщенные мономеры могут полимеризоваться в присутствии полиуретана(ов), который(е) также может(могут) содержать этилен ненасыщенные группы, с образованием частиц ядро-оболочка. Полимеризация может быть проведена с использованием известных в технике методов, а также традиционных добавок, таких как эмульгаторы, защитные коллоиды, инициаторы свободных радикалов и агенты переноса цепи, известные в данной области техники.

Таким образом, в некоторых примерах частицы ядро-оболочка по настоящему изобретению получают из таких веществ, как: (i) этиленненасыщенные мономеры; (ii) первый полиуретан, содержащий уретановые связи, группы карбоновых кислот, этилен ненасыщенные группы и гидразидные группы; и (iii) второй полиуретан, содержащий уретановые связи, мочевинные связи, группы карбоновых кислот, этилен ненасыщенные группы и кето- и/или альдо группы. Получающиеся в результате частицы ядро-оболочка содержат, таким образом, полимерное ядро, полученное из этиленненасыщенных мономеров, содержащее, таким образом, например, аддитивный полимер, образованный свободно-радикальной полимеризацией из мономерного компонента, который может содержать любой из упомянутых ранее этиленненасыщенных мономеров, который ковалентно связан с по меньшей мере частью полиуретановой оболочки, имеющей боковые функциональные группы карбоновой кислоты, боковые или концевые кето- и/или альдо-функциональные группы, гидразидные функциональные группы, уретановые связи и мочевинные связи. Для повышения диспергируемости/стабильности в воде, функциональные группы карбоновых кислот на полимерной оболочке могут быть по меньшей мере частично нейтрализованы (то есть по меньшей мере 30% от общего эквивалента нейтрализации) неорганическим основанием, таким как летучий амин, с образованием солевой группы, согласно ранее приведенному описанию. Полимерное ядро также может включать в себя боковые и/или концевые функциональные группы, такие как кето- и/или альдо-функциональные группы, с использованием этиленненасыщенных мономеров, которые содержат дополнительные функциональные группы, такие как кислотные группы, содержащие этиленненасыщенные мономеры, и/или альдо или кето содержащие этиленненасыщенные мономеры, как указано выше. В качестве альтернативы, полимерное ядро может не содержать дополнительные функциональные группы, свободные от кето- и/или альдо-функциональных групп. Впоследствии, полимерное ядро ковалентно связано с по меньшей мере частью полимерной оболочки после полимеризации мономеров и полиуретана(ов).

Понятно, что частицы ядро-оболочка, описанные в данном документе, диспергированы в водной среде с образованием латекса. Используемый в данном документе термин «латекс» в отношении частиц ядро-оболочка, диспергированных в воде, относится к водной коллоидной дисперсии полимерных частиц.

Настоящее изобретение также направлено на композицию покрытия, содержащую ранее описанную водную среду самосшиваемых частиц ядро-оболочка. Самосшиваемые частицы ядро-оболочка могут составлять по меньшей мере 10 мас.% по меньшей мере 20 мас.% по меньшей мере 30 мас.% или по меньшей мере 40 мас.% композиции покрытия, в расчете на общую массу твердых веществ композиции покрытия. Самосшиваемые частицы ядро-оболочка могут составлять до 90 мас.%, до 80 мас.%, до 70 мас.%, до 60 мас.% или до 50 мас.% композиции покрытия, в расчете на общее содержание твердых веществ массы состава покрытия. Самосшиваемые частицы ядро-оболочка также могут составлять диапазоны, в частности, от 10 до 90 мас.%, или от 10 до 80 мас.%, или от 20 до 60 мас.%, или от 20 до 50 мас.% композиции покрытия, в расчете на общую массу твердых веществ композиции покрытия.

Композиция покрытия может также, необязательно, содержать дополнительные компоненты. Например, композиция покрытия также может содержать несамосшиваемые частицы ядро-оболочка. Используемый в данном документе термин «несамосшиваемый» относится к полимерной частице, имеющей одну или более функциональных групп, которые не вступают в реакцию друг с другом, и, таким образом, для осуществления реакции сшивания требуется один или более внешних сшивающих агентов. Несамосшиваемые частицы ядро-оболочка могут, например, включать полимерное ядро, содержащее: (i) остатки из этиленненасыщенных мономеров, таких как (мет)акрилатные мономеры, винильные мономеры или их комбинации, и, следовательно, включают аддитивный полимер, такой как (мет)акрилатный полимер, виниловый полимер или их комбинацию; и (ii) кето и/или альдо-функциональные группы. Кроме того, основная цепь или главная цепь полимера(ов), которая образует по меньшей мере часть полимерной оболочки, может содержать уретановые связи и, необязательно, другие связи, такие как, например, сложноэфирные связи, эфирные связи и их комбинации. Таким образом, полимерное ядро может содержать кето- и/или альдо-функциональные группы, а полимерная оболочка может содержать полиуретан(-ы), который не содержит кето- и/или альдо-функциональные группы и, необязательно, не содержит мочевинных связей. Кроме того, как полимерное ядро, так и полимерная оболочка могут не содержать гидразидных функциональных групп. Следует принимать во внимание, что такие несамосшиваемые частицы ядро-оболочка могут быть получены из материалов, аналогичных описанным выше в отношении самосшиваемых частиц ядро-оболочка.

Несамосшиваемые частицы ядро-оболочка могут также включать полимерное ядро, содержащее аддитивный полимер, в частности, (мет)акрилатный полимер, виниловый полимер или их комбинацию, которая может быть получена из этиленненасыщенных мономеров, таких как (мет)акрилат мономеры, виниловые мономеры, или их комбинации и полимерную оболочку, содержащую уретановые связи, вододиспергируемые группы, такие, как группы карбоновой кислоты, этиленненасыщенные группы, кето- и/или альдогруппы и, необязательно, мочевинные связи. Кроме того, основная цепь или главная цепь полимера(ов), которая образует по меньшей мере часть полимерной оболочки, может, необязательно, содержать другие связи, такие, как сложноэфирные связи, эфирные связи и их комбинации. Получающиеся в результате частицы ядро-оболочка содержат, таким образом, полимерное ядро, полученное из этилен ненасыщенных мономеров, которое ковалентно связано с по меньшей мере частью полиуретановой оболочки, имеющей боковые функциональные группы карбоновой кислоты, боковые или концевые кето и/или альдо-функциональные группы, уретановые связи, и, необязательно, мочевинные связи. Для повышения диспергируемости/стабильности в воде, функциональные группы карбоновых кислот на полимерной оболочке могут быть по меньшей мере частично нейтрализованы (то есть по меньшей мере 30% от общего эквивалента нейтрализации) неорганическим основанием, таким как, летучий амин, с образованием солевой группы, согласно ранее приведенному описанию. Полимерное ядро также может включать в себя боковые и/или концевые функциональные группы, такие как, в частности, кето- и/или альдо-функциональные группы, с использованием этилен ненасыщенных мономеров, которые содержат дополнительные функциональные группы, как обсуждалось выше в отношении самосшиваемых частиц ядро-оболочка. В качестве альтернативы, полимерное ядро может не содержать дополнительных функциональных групп, таких, как кето и/или альдо-функциональные группы. Кроме того, как полимерное ядро, так и полимерная оболочка могут не содержать гидразидных функциональных групп. Следует принимать во внимание, что такие частицы ядро-оболочка могут быть получены из материалов, аналогичных описанным выше в отношении самосшиваемых частиц ядро-оболочка.

Несамосшиваемые частицы ядро-оболочка могут составлять по меньшей мере 0,1 мас.%, по меньшей мере 1 мас.%, по меньшей мере 2 мас.%, по меньшей мере 5 мас.%, или по меньшей мере 10 мас.% от состава покрытия, в расчете на общий вес твердых веществ композиции покрытия. Самосшиваемые частицы ядро-оболочка могут составлять до 50 мас.%, до 40 мас.%, до 30 мас.% или до 20 мас.% композиции покрытия, в расчете на общую массу твердых веществ составе покрытия. Самосшиваемые частицы ядро-оболочка также могут содержаться в диапазонах, в частности, от 0,1 до 50 мас.%, или от 1 до 30 мас.% или от 2 до 20 мас.% композиции покрытия, в расчете на общую массу твердых веществ. состава покрытия.

Композиция покрытия также может содержать один или более сшивающих агентов. Например, композиция для покрытия согласно настоящему изобретению может содержать по меньшей мере один сшивающий агент, который реагирует с функциональными группами на несамосшиваемых частицах ядро-оболочка, описанных выше, и/или в некоторых случаях пленкообразующие смолы, дополнительно описанные в данном документе. Неограничивающие примеры сшивающих агентов включают полигидразиды, карбодиимиды, полиолы, фенольные смолы, эпоксидные смолы, бета-гидрокси (алкил) амидные смолы, гидрокси (алкил) мочевинные смолы, оксазолин, алкилированные карбаматные смолы, (мет) акрилаты, изоцианаты, блокированные изоцианаты, поликислоты, ангидриды, металлоорганические кислотно-функциональные материалы, полиамины, полиамиды, аминопласты, азиридины и их комбинации.

Сшивающий агент (ы) может реагировать с частицами ядро-оболочка, чтобы способствовать отверждению композиции покрытия. Термины «отверждаемый», «отверждение» и тому подобные означают, что по меньшей мере часть смолистых материалов в композиции является сшитой или сшиваемой. Отверждение или степень отверждения могут быть определены с помощью динамического механического термического анализа (DMTA) с использованием анализатора «DMTA Polymer Laboratories MK III», проводимого в атмосфере азота. Степень отверждения может, например, составлять по меньшей мере 10%, например, по меньшей мере 30%, например, по меньшей мере 50%, например, по меньшей мере 70% или по меньшей мере 90% полного сшивания, как определено упомянутым выше анализом.

Кроме того, отверждение может происходить в условиях окружающей среды, при нагревании или с помощью других средств, таких как актиническое излучение. «Условия окружающей среды», используемые в данном документе, относятся к условиям окружающей среды, таким как температура, влажность и давление в помещении или на открытом воздухе. Например, композиция покрытия может быть отверждена при комнатной температуре окружающей среды (например, 20°C). Кроме того, термин «актиническое излучение» относится к электромагнитному излучению, которое может инициировать химические реакции. Актиническое излучение включает, но не ограничивается такими явлениями, как: видимый свет, ультрафиолетовое (УФ) излучение, инфракрасное и ближнее инфракрасное излучение, рентгеновское и гамма-излучение.

Композиция покрытия может содержать по меньшей мере один сшивающий агент, который реагирует с такими компонентами, как: (i) кето- и/или альдо-функциональные группы или гидразидные функциональные группы на полимерной оболочке самосшиваемых частиц ядро-оболочка; и/или (ii) кето- и альдо-функциональные группы на полимерном ядре и/или оболочке несамосшиваемых частиц ядро-оболочка, когда они присутствуют. Сшивающий агент может также реагировать с функциональными группами, такими как кето- и альдо-функциональные группы, которые могут присутствовать в полимерном ядре самосшиваемых частиц ядро-оболочка. Например, композиция покрытия может содержать полигидразид, который реагирует с кето- и/или альдо-функциональными группами на полимерной оболочке несамосшиваемых частиц ядро-оболочка, и кето- и/или альдо-функциональными группами на полимерной оболочке самосшиваемых частиц ядро-оболочка. Полигидразиды могут включать неполимерные полигидразиды, полимерные полигидразиды или их комбинации. Неограничивающие примеры подходящих неполимерных полигидразидов включают дигидразидные функциональные соединения, описанные ранее.

Полимерные полигидразиды могут включать в себя различные типы полимеров, содержащих две или более гидразидных функциональных групп. Например, полимерный полигидразид может содержать полиуретан, имеющий две или более гидразидных групп. Полигидразидный полиуретан с функциональной группой может быть получен сначала путем образования вододиспергируемого полиуретанового форполимера с изоцианатной функциональностью. Такие вододиспергируемые полиуретановые форполимеры с изоцианатной функциональностью могут, например, быть получены взаимодействием полиолов, изоцианатов и, необязательно, соединений, содержащих карбоновые кислоты, такие, как диол-содержащие группы карбоновых кислот, и/или полиамины. Неограничивающие примеры этих соединений включают любые из ранее описанных в отношении полиуретанового форполимера частиц ядро-оболочка.

Следует принять во внимание, что полиуретановый форполимер с изоцианатной функциональностью, используемый для получения полиуретановой полигидразидной функциональности, может включать дополнительные функциональные группы. Например, полиуретановый форполимер с изоцианатной функциональностью также может включать любую из ранее описанных реакционно-способных функциональных групп, в частности, группы карбоновых кислот, которые могут быть по меньшей мере частично нейтрализованы неорганическим основанием с образованием солевой группы и повышением водо-диспергируемости/стабильности полиуретана. Полиуретановый форполимер также может быть свободен от сколь угодной из дополнительных функциональных групп. Кроме того, полиуретановый форполимер с изоцианатной функциональностью может включать дополнительные связи, отличные от уретанов, включая, но не ограничиваясь такими, как эфирные связи, сложноэфирные связи, мочевинные связи и любые их комбинации.

После образования вододиспергируемого полиуретанового форполимера с изоцианатной функциональностью, полиуретановый форполимер подвергают взаимодействию с одним или более гидразиновых и/или полигидразидных соединений с образованием вододиспергируемого полиоргидразидного функционального полиуретана. Гидразиновые и полигидразидные соединения также могут удлинять цепь изоцианатного функционального полиуретанового форполимера. Неограничивающие примеры полигидразидных соединений, которые могут взаимодействовать с полиуретановым форполимером, с изоцианатной функциональностью, включают любое из ранее описанных неполимерных гидразидных функциональных соединений.

Полимерные полигидразиды также могут содержать частицы ядро-оболочка, включающие полимерное ядро, по меньшей мере, частично инкапсулированное полимерной оболочкой, имеющей две или более функциональные группы гидразида. Частицы ядро-оболочка с полигидразидными функциональными группами могут быть получены взаимодействием полиуретановых форполимеров, имеющих изоцианатные и этилен ненасыщенные функциональные группы, с соединениями гидразина и/или полигидразида и этилен ненасыщенных мономеров и/или полимеров. В некоторых примерах частицы ядро-оболочка с полигидразидной функциональностью получают взаимодействием полиуретановых форполимеров, имеющих изоцианатные и этиленненасыщенные группы, с соединениями гидразина и/или полигидразида с образованием полиуретанов, имеющих гидразидные и этиленненасыщенные группы. Полиуретаны, имеющие гидразидные и этилен ненасыщенные группы, затем полимеризуются в присутствии этилен ненасыщенных мономеров и/или полимеров с образованием частиц ядро-оболочка. Получающиеся частицы ядро-оболочка будут содержать полимерное ядро, полученное из этилен ненасыщенных мономеров и/или полимеров, которые ковалентно связаны с по меньшей мере частью полиуретановой оболочки, имеющей гидразидные функциональные группы и уретановые связи. Полимерная оболочка также может содержать дополнительные функциональные группы (например, функциональные группы карбоновой кислоты) и/или связи (например, сложноэфирные связи и/или эфирные связи), как описано ранее в отношении полиуретановых оболочек. Частицы ядро-оболочка с гидразидными функциональными группами также могут не содержать дополнительных функциональных групп и связей, подобно сколь угодным из ранее описанных в данном документе. Понятно, что частицы ядро-оболочка с гидразидными функциональными группами, которые можно использовать в качестве сшивающего агента, не содержат кето- и альдо-функциональных групп.

Композиция покрытия также может содержать по меньшей мере два различных типа сшивающих агентов, которые реагируют с функциональными группами, которые могут присутствовать на частицах ядро-оболочка, в частности, кето и/или альдо-функциональные группы, гидразидные группы и/или функциональные группы карбоновой кислоты. В некоторых примерах композиция покрытия содержит полигидразид, реагирующий с кето-и/или альдо-функциональной группой, в частности, со сколь угодной из ранее описанных, и карбодиимид, реагирующий с функциональными группами карбоновой кислоты. Неограничивающие примеры подходящих карбодиимидов описаны в публикации заявки на патент США № 2011/0070374 в параграфах [0006] - [0105], которая включена в настоящий документ посредством ссылки.

Кроме того, композиция для покрытия может содержать дополнительные материалы, включая, но не ограничиваясь такими веществами, как дополнительные смолы, в частности, дополнительные пленкообразующие смолы. Используемый в данном документе термин «пленкообразующая смола» относится к смоле, которая при использовании в составе покрытия может образовывать самонесущую непрерывную пленку по меньшей мере на горизонтальной поверхности в результате дегидратации и/или после отверждения. Термин «обезвоживание» относится к удалению воды и/или других растворителей. Следует принять во внимание, что дегидратация также может вызывать по меньшей мере частичное отверждение смолистого материала, такого как частицы ядро-оболочка, и дополнительных смол, описанных в данном документе. Композиция покрытия, содержащая дополнительную смолу, может быть обезвожена и/или отверждена в условиях окружающей среды, при нагревании или с помощью других средств, в частности, актиничное излучение, согласно ранее описанным способам.

Дополнительная смола может включать в себя любую из множества термопластичных и/или термореактивных пленкообразующих смол, известных в данной области техники. Термин «термореактивный» относится к смолам, которые «необратимо» схватываются при отверждении или сшивании, при этом полимерные цепи смол соединены вместе ковалентными связями. После отверждения или сшивания термореактивная смола не плавится при воздействии тепла и не растворяется в растворителях. Как отмечено, пленкообразующая смола также может включать термопластичную пленкообразующую смолу. Термин «термопластичный» относится к смолам, которые не соединены ковалентными связями и, таким образом, могут быть подвержены разжижению при нагревании и могут быть растворимы в некоторых растворителях.

Неограничивающие примеры подходящих дополнительных смол включают полиуретаны, отличные от ранее описанных, сложные полиэфиры, такие как сложные полиэфир полиолы, полиамиды, простые полиэфиры, полисилоксаны, фторполимеры, полисульфиды, простые политиоэфиры, полимочевины, (мет) акриловые смолы, эпоксидные смолы, виниловые смолы и их комбинации. Дополнительные смолы также могут включать не дисперсные смолы.

Дополнительная смола может иметь любую из множества реакционноспособных функциональных групп, включая, но не ограничиваясь такими веществами, как группы карбоновых кислот, аминогруппы, эпоксидные группы, гидроксильные группы, тиольные группы, карбаматные группы, амидные группы, мочевинные группы, изоцианатные группы (включая блокированные изоцианатные группы), (мет) акрилатные группы и их комбинации. Термореактивные композиции покрытий обычно содержат сшивающий агент, который может быть выбран из любого из известных в данной области сшивающих агентов, чтобы реагировать с функциональностью смол, используемых в композициях покрытия. Сшиватели могут включать сколь угодные из ранее описанных. В качестве альтернативы можно использовать термореактивную пленкообразующую смолу, имеющую функциональные группы, которые вступают в реакцию сами с собой; таким образом, такие термореактивные смолы являются самосшивающимися.

Композиция покрытия также может включать другие дополнительные материалы, такие как краситель. Используемый в данном документе термин «краситель» относится к любому веществу, которое придает композиции цвет и/или дополнительную непрозрачность и/или другой визуальный эффект. Краситель может быть добавлен к покрытию в любой подходящей форме, такой как дискретные частицы, дисперсии, растворы и/или хлопья. Один краситель или смесь двух или более красителей могут быть использованы в покрытиях по настоящему изобретению.

Примеры красителей включают пигменты (органические или неорганические), красители и оттенки, в частности те, которые используются в лакокрасочной промышленности и/или те, что были перечислены в Ассоциации производителей сухих красок (DCMA), а также композиции со специальными эффектами. Краситель может включать, например, тонко измельченный твердый порошок, который является нерастворимым, но смачиваемым в условиях использования. Краситель может быть органическим или неорганическим и может быть агломерированным или не агломерированным. Красящие вещества могут быть включены в покрытие с использованием средства для шлифования, такого как средство для шлифования акриловых красок, применение которого будет знакомо специалисту в данной области техники.

Примеры пигментов и/или пигментных композиций включают, но не ограничиваются такими компонентами, как неочищенный пигмент карбазол диоксазина, азо, моноазо, диазо, нафтол AS, тип соли (хлопья), бензимидазолон, изоиндолинон, изоиндолин и полициклический фталоцианин, хинакридон, перилен, перинон, дикетопирролопиррол, тиоиндиго, антрахинон, индантрон, антрапиримидин, флавантрон, пирантрон, антантрон, диоксазин, триарилкарбоний, пигменты хинофталона, дикетопирролопиррол красный (смесь DPPBO красный), диоксид титана, углеродная сажа и их смеси. Термины «пигмент» и «цветной наполнитель» могут использоваться взаимозаменяемо.

Примеры красителей включают, но не ограничиваются такими, как краски на основе растворителя и/или на водной основе, такие как фтало-зеленый или синий, оксид железа и ванадат висмута.

Примеры оттенков включают, но не ограничиваются такими, как пигменты, диспергированные в водосодержащих или смешивающихся с водой носителях, например, «AQUA-CHEM 896», коммерчески доступный от компании «Degussa, Inc., CHARISMA COLORANTS и MAXITONER INDUSTRIAL COLORANTS», коммерчески доступный от компании «Accurate Dispersions Division of Eastman Chemical, Inc.»

Краситель, который можно использовать с композицией для покрытия по настоящему изобретению, также может содержать композицию со специальным эффектом или пигмент. Используемый в настоящем документе термин «композиция или пигмент со специальным эффектом» относится к композиции или пигменту, которые взаимодействуют с видимым светом, чтобы обеспечить эффект внешнего вида, отличный от монотонного неизменного цвета или в дополнение к нему. Примеры композиций со специальным эффектом и пигментами включают те, которые создают один или более эффектов внешнего вида, таких как отражательная способность, перламутровый эффект, металлический блеск, текстура, фосфоресценция, флуоресценция, фотохромизм, светочувствительность, термохромизм, гониохромизм и/или изменение цвета. Неограничивающие примеры композиций со специальным эффектом могут включать слюду с прозрачным покрытием и/или синтетическую слюду, диоксид кремния с покрытием, оксид алюминия с покрытием, алюминиевые чешуйки, прозрачный жидкокристаллический пигмент, жидкокристаллическое покрытие и их комбинации.

Другие неограничивающие примеры других материалов, которые могут, необязательно, использоваться с композицией покрытия по настоящему изобретению, включают пластификаторы, абразивостойкие частицы, антиоксиданты, светостабилизаторы на основе затрудненного амина, поглотители и стабилизаторы УФ-света, поверхностно-активные вещества, агенты для контроля потока и поверхности, тиксотропные агенты, катализаторы, ингибиторы реакции и другие обычные вспомогательные вещества.

Композиция покрытия может быть нанесена непосредственно поверх по меньшей мере части подложки или непосредственно по меньшей мере на часть дополнительного слоя грунтовочного покрытия, что объясняется более подробно в настоящем документе, и, необязательно, обезвожена и/или отверждена для образования такого слоя покрытия, как слой основного покрытия. «Слой основного покрытия» относится к слою покрытия, который наносится на грунтовку и/или непосредственно на подложку, необязательно включая компоненты (такие, как пигменты), которые влияют на цвет и/или обеспечивают другое визуальное воздействие. Кроме того, «слой грунтовочного покрытия» относится к грунтовке, которая может быть нанесена на подложку для подготовки поверхности к нанесению системы защитного или декоративного покрытия.

Композицию покрытия можно наносить на широкий спектр подложек, известных в лакокрасочной промышленности. Например, композицию покрытия можно наносить на автомобильные подложки, промышленные подложки, авиационные подложки и компоненты, подложки упаковки, деревянные полы и мебель, одежду, электронику, в том числе корпуса и печатные платы, стекло и прозрачные пленки, спортивное оборудование, включая гольф шары и тому подобное. Эти подложки могут быть, например, металлическими или неметаллическими. Металлические подложки включают, помимо прочего, олово, сталь (включая электрически гальванизированную сталь, холоднокатаную сталь, сталь с горячим оцинкованием и др.), алюминий, алюминиевые сплавы, цинк-алюминиевые сплавы, сталь, покрытую цинк-алюминиевым сплавом, и сталь с алюминиевым покрытием. Неметаллические подложки включают полимерные, пластиковые, полиэфирные, полиолефиновые, полиамидные, целлюлозные, полистирольные, полиакриловые, поли (этиленнафталат), полипропилен, полиэтилен, нейлон, EVOH, полимолочную кислоту, другие «зеленые» полимерные субстраты, поли (этилентерефталат) ( ПЭТ), поликарбонат, поликарбонат-акрило-бутадиен-стирол (ПК / АБС), полиамид, дерево, шпон, древесный композит, ДСП, ДВП средней плотности, цемент, камень, стекло, бумагу, картон, текстиль, кожу, как синтетические, так и натуральные, и т.п. Подложка может быть предварительно обработана сколь угодным образом, например, для придания визуального и/или цветового эффекта, защитной предварительной обработки или другого слоя покрытия и т.п.

Композиция покрытия по настоящему изобретению особенно полезна при нанесении на металлическую подложку. Например, покрытия по настоящему изобретению особенно полезны при нанесении на металлические подложки, которые используются для изготовления автомобильных транспортных средств, таких как автомобили, грузовики и тракторы.

Композицию покрытия можно наносить непосредственно по меньшей мере на часть подложки или слоя грунтовочного покрытия любыми стандартными в данной области способами, такими как распыление, электростатическое распыление, погружение, прокатывание, нанесение кистью и другими подобными способами. После нанесения композиция может быть обезвожена и/или отверждена для формирования слоя покрытия. Композиция для покрытия может быть обезвожена и/или отверждена при температуре окружающей среды (например, от 20°C) до 140°C, или от температуры окружающей среды до 120°C, или от температуры окружающей среды до 100°C, или от температуры окружающей среды до 90°C, или от 40 до 80°С или от 50 до 80°С.

Было обнаружено, что покрытия по настоящему изобретению могут быть сформированы при более низких температурах дегидратации/отверждения, чем те, которые обычно требуются в других покрытиях, обычно наносимых на автомобильные кузовные подложки. Как таковые, покрытия по настоящему изобретению, включая многослойные покрытия, дополнительно описанные в данном документе, помогают снизить затраты и ускорить весь процесс нанесения покрытия.

Как указано, настоящее изобретение также относится к многослойному покрытию, которое содержит по меньшей мере первый слой основного покрытия и второй слой основного покрытия. Согласно более детальным объяснениям в данном документе, многослойное покрытие может включать в себя дополнительные слои покрытия, включая, но не ограничиваясь такими, как слой грунтовки, слой верхнего покрытия или их комбинацию. «Верхнее покрытие» относится к самому верхнему слою покрытия, который наносится поверх другого слоя покрытия, такого как основное покрытие, для обеспечения защитного и/или декоративного слоя.

Первый слой основного покрытия многослойного покрытия сформирован из ранее описанной композиции покрытия, которая содержит диспергированные в воде самосшиваемые частицы ядро-оболочка. Композиция покрытия, используемая для формирования первого слоя основного покрытия, может также включать одну или более из ранее описанных несамосшиваемых частиц ядро-оболочка, дополнительных пленкообразующих смол, сшивающих агентов, красителей и/или других дополнительных материалов. Например, первая композиция основного покрытия может включать, без ограничений, самосшиваемые частицы ядро-оболочка, несамосшиваемые частицы ядро-оболочка, полигидразид и карбодиимид, которые вступают в реакцию с по меньшей мере несамосшиваемыми частицами ядро-оболочка и/или самосшиваемыми частицами ядро-оболочка, сложный полиэфир полиол и по меньшей мере один краситель.

Как описано выше, многослойное покрытие также включает в себя второй слой основного покрытия. Второй слой основного покрытия многослойного покрытия, описанного в данном документе, может быть сформирован из композиции покрытия, которая содержит водную среду и несамосшиваемые частицы ядро-оболочка, диспергированные в водной среде. Водные диспергированные несамосшиваемые частицы ядро-оболочка могут содержать любые из ранее описанных несамосшиваемых частиц ядро-оболочка. Например, вторая композиция основного покрытия может включать несамосшиваемые частицы ядро-оболочка с полимерным ядром, содержащие: (i) остатки из этилен ненасыщенных мономеров, в частности, (мет) акрилатные мономеры, винильные мономеры или их комбинации; и (ii) кето и/или альдо-функциональные группы. Кроме того, основная цепь или главная цепь полимера (ов), которая образует по меньшей мере часть полимерной оболочки, может содержать уретановые связи и необязательно, другие связи, такие как сложноэфирные связи, эфирные связи и их комбинации. Композиция второго основного покрытия также может содержать ранее описанные самосшиваемые частицы ядро-оболочка. Альтернативно, вторая композиция основного покрытия может быть полностью свободной от самосшиваемых частиц ядро-оболочка.

Композиция второго основного покрытия также может содержать любую из ранее описанных дополнительных смол, сшивающих агентов, красителей и/или других необязательных материалов. Например, вторая композиция основного покрытия может дополнительно содержать полигидразидный сшивающий агент, реагирующий с кето- и/или альдо-функциональными группами по меньшей мере несамосшиваемых частиц ядро-оболочка, и/или карбодиимидный сшивающий агент, реагирующий с карбоновыми кислотными функциональными группами по меньшей мере несамосшиваемых частиц ядро-оболочка и красителями. Кроме того, в некоторых примерах вторая композиция основного покрытия может содержать пигменты со специальным эффектом, а первая композиция основного покрытия может не содержать пигменты со специальным эффектом. По существу, первая композиция основного покрытия может, например, содержать только пигменты, которые придают монотонный неизменный цвет, а второй слой основного покрытия может, например, содержать только пигменты со специальным эффектом. В качестве альтернативы, первая композиция основного покрытия может содержать пигменты со специальным эффектом, а вторая композиция основного покрытия может не содержать пигменты со специальным эффектом. По существу, вторая композиция основного покрытия может содержать, например, только пигменты, которые придают монотонный неизменный цвет, а первый слой основного покрытия может, например, содержать только пигменты со специальным эффектом.

Первую композицию основного покрытия или вторую композицию основного покрытия можно наносить непосредственно на по меньшей мере часть подложки любыми стандартными в данной области способами, такими как распыление, электростатическое распыление, погружение, прокатывание, нанесение кистью и подобными способами. После нанесения, композиция может быть обезвожена и/или отверждена с образованием слоя основного покрытия. Композиция для покрытия может быть обезвожена и/или отверждена при температуре окружающей среды (например, от 20°C) до 140°C, или от температуры окружающей среды до 120°C, или от температуры окружающей среды до 100°C, или от температуры окружающей среды до 90°C, или от 40°С до 80°С или от 50°С до 80°С.

Когда композицию первого основного покрытия наносят непосредственно по меньшей мере на часть подложки, композицию второго основного покрытия можно наносить непосредственно по меньшей мере на часть композиции первого основного покрытия, способом «мокрый по мокрому» (т.е. до обезвоживания композиции первого основного покрытия). Композицию второго основного покрытия можно наносить любыми стандартными в данной области способами, такими как распыление, электростатическое распыление, погружение, раскатывание, нанесение кистью и тому подобное. После нанесения второй композиции основного покрытия обе композиции основного покрытия могут быть одновременно обезвожены и/или отверждены. Обе композиции основного покрытия могут быть обезвожены и/или отверждены одновременно при температуре окружающей среды (например, от 20°С) до 140°С, или температуры окружающей среды до 120°С, или от температуры окружающей среды до 100°С, или от температуры окружающей среды до 90°С, или от 40°С до 80°С, или от 50°С до 80°С.

Композицию второго основного покрытия также можно наносить непосредственно по меньшей мере на часть обезвоженного и/или отвержденного первого слоя основного покрытия. Композицию второго основного покрытия затем можно обезвоживать и/или отверждать при температуре окружающей среды (примерно от 20 до 25°С) до 140°С, или от температуры окружающей среды до 120°С, или от температуры окружающей среды до 100°С, или от температуры окружающей среды до 90°С, или от 40°С до 80°С, или от 50°С до 80°С.

В качестве альтернативы, когда композицию второго основного покрытия наносят непосредственно по меньшей мере на часть подложки, композицию первого основного покрытия можно наносить непосредственно по меньшей мере на часть композиции второго основного покрытия, используя способ «мокрый по мокрому» (т.е. до обезвоживания второго состава основного покрытия). После нанесения первой композиции основного покрытия обе композиции основного покрытия могут быть одновременно обезвожены и/или отверждены. Обе композиции основного покрытия могут быть обезвожены и/или отверждены одновременно при температуре окружающей среды (например, от 20°С) до 140°С, или от температуры окружающей среды до 120°С, или от температуры окружающей среды до 100°С, или от температуры окружающей среды до 90°С, или от 40°С до 80°С, или от 50°С до 80°С.

Композицию первого основного покрытия также можно наносить непосредственно по меньшей мере на часть обезвоженного и/или отвержденного второго слоя основного покрытия. Первую композицию основного покрытия можно затем обезвоживать и/или отверждать при температуре окружающей среды (от около 20 до 25°С) до 140°С, или от температуры окружающей среды до 120°С, или от температуры окружающей среды до 100°С, или от температуры окружающей среды до 90°С, или от 40°С до 80°С, или от 50°С до 80°С.

В некоторых примерах композицию первого основного покрытия наносят непосредственно по меньшей мере на часть подложки, а композицию второго основного покрытия наносят непосредственно по меньшей мере на часть композиции первого основного покрытия или обезвоженного и/или отвержденного первого слоя основного покрытия. В таких примерах второй слой основного покрытия может обеспечивать дополнительную толщину покрытия и дополнительные свойства покрытия (например, специальные оптические эффекты) без нежелательного растекания, получаемого при использовании одного слоя для достижения того же результата.

После того, как слои основного покрытия были обезвожены и/или отверждены, необязательно, по меньшей мере на часть первого или второго слоя основного покрытия, может быть нанесен слой верхнего покрытия. Например, первый слой основного покрытия может быть сформирован поверх подложки, второй слой основного покрытия может быть сформирован поверх первого слоя основного покрытия, а слой верхнего покрытия может быть сформирован поверх второго слоя основного покрытия. Слой верхнего покрытия может быть, необязательно, сформирован из композиции покрытия, которая содержит пленкообразующую смолу, сшивающий агент, водную или не водную среду растворителя и/или любые другие материалы, такие как те, что были описаны ранее в данном документе. По сравнению с водной средой «неводная среда» содержит менее 50 мас.% воды или менее 40 мас.% воды или менее 30 мас.% воды или менее 20 мас.% воды или менее 10 мас.% воды или менее 5 мас.% воды в расчете на общую массу жидкой среды. Растворители, которые составляют 50 мас.% или более жидкой среды, могут включать, но не ограничиваются любым из ранее описанных органических растворителей. Условия, используемые для отверждения верхнего слоя, зависят от компонентов в композиции верхнего покрытия. Например, композиция верхнего покрытия может содержать компоненты, которые будут отверждаться при температуре от 80°С до 150°С.

Слой верхнего покрытия, необязательно, используемый с многослойным покрытием по настоящему изобретению, может быть прозрачным слоем верхнего покрытия. Используемый в данном документе термин «прозрачный слой покрытия» относится к слою покрытия, который является по меньшей мере практически прозрачным или полностью прозрачным. Термин «практически прозрачный» относится к покрытию, в котором поверхность за покрытием по меньшей мере частично видна невооруженным глазом при просмотре через покрытие. Термин «полностью прозрачный» относится к покрытию, в котором поверхность за покрытием полностью видна невооруженным глазом при просмотре через покрытие. Понятно, что слой прозрачного верхнего покрытия может содержать красители, такие как пигменты, при условии, что красители не влияют на желаемую прозрачность слоя прозрачного верхнего покрытия. Альтернативно, прозрачный верхний слой не содержит красителей, таких как пигменты (то есть, является непигментированным).

Неограничивающие примеры слоев верхнего покрытия, которые можно использовать с многослойным покрытием по настоящему изобретению, включают в себя те, которые описаны в патенте США № 4650718, столбец. 1 строка 62 до сб. 10 строка 16; Патенте США № 5814410 в сб. 2 строка 23 до сб. 9 строка 54; и Патенте США № 5891981 в сб. 2 строка 22 до сб. 12 строка 37; все вышеприведенные документы включены в настоящий документ посредством ссылки. Подходящие композиции верхнего покрытия, которые можно использовать для формирования слоя верхнего покрытия, также включают в себя композиции, коммерчески доступные от компании «PPG Industries, Inc.» под торговыми названиями NCT®, DIAMOND COAT® и CERAMICLEAR®».

Многослойное покрытие в соответствии с настоящим изобретением может также содержать другие, необязательные слои, включая, но не ограничиваясь ими, дополнительные слои основного покрытия, а также слой грунтовочного покрытия, как указано выше. Используемый в данном документе термин «слой грунтовочного покрытия» относится к грунтовке, которая может быть нанесена на подложку для подготовки поверхности к нанесению системы защитного или декоративного покрытия. Слой грунтовочного покрытия может быть сформирован по меньшей мере на части подложки, а первый или второй слои основного покрытия могут быть сформированы по меньшей мере на части слоя грунтовочного покрытия. Кроме того, дополнительные слои основного покрытия могут быть получены из любых частиц ядро-оболочка и других ранее описанных материалов. Дополнительные слои основного покрытия могут быть нанесены, например, поверх первого или второго слоев основного покрытия перед нанесением слоя верхнего покрытия.

Слой грунтовочного покрытия, необязательно используемый с многослойным покрытием по настоящему изобретению, может быть сформирован из композиции покрытия, которая содержит пленкообразующую смолу, такую как смола на основе катиона, смола на основе аниона и/или любая дополнительная пленка, образующая смолы, описанные ранее. Композиция покрытия, используемая для формирования композиции грунтовочного покрытия, может также включать ранее описанные сшивающие агенты, красители и другие дополнительные материалы.

Кроме того, композиция грунтовочного покрытия может включать ингибитор коррозии. Используемый в данном документе термин «ингибитор коррозии» относится к компоненту, такому как материал, вещество, соединение или комплекс, который снижает скорость или степень коррозии поверхности на подложке из металла или металлического сплава. Ингибитор коррозии может включать, но не ограничиваться следующим: компонент щелочного металла, компонент щелочноземельного металла, компонент переходного металла или их комбинации. Термин «щелочной металл» относится к элементу в группе 1 (Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC)) периодической таблицы химических элементов, и включает, в частности, цезий (Cs), франций (Fr), литий (Li), калий (K), рубидий (Rb) и натрий (Na). Термин «щелочноземельный металл» относится к элементу группы 2 (IUPAC) периодической таблицы химических элементов и включает, в частности, барий (Ba), бериллий (Be), кальций (Ca), магний (Mg) и стронций (Sr). Термин «переходный металл» относится к элементу групп с 3 по 12 (IUPAC) периодической таблицы химических элементов и включает, в частности, титан (Ti), хром (Cr) и цинк (Zn), и другие.

Определенные неограничивающие примеры неорганических компонентов, которые действуют в качестве ингибитора коррозии, включают оксид магния, гидроксид магния, карбонат магния, фосфат магния, силикат магния, оксид цинка, гидроксид цинка, карбонат цинка, фосфат цинка, силикат цинка, цинковую пыль и комбинации этих элементов.

Компоненты композиции грунтовочного покрытия могут быть выбраны для формирования композиции гальванизируемого покрытия. «Композиция гальванизируемого покрытия» относится к композиции покрытия, которая способна наноситься на электропроводящую подложку под воздействием приложенного электрического потенциала. Неограничивающие примеры композиций гальванизируемого покрытия включают в себя традиционные анионные и катионные композиции гальванизируемого покрытия, в частности, покрытия на основе эпоксидной смолы или полиуретана. Подходящие гальванизируемые покрытия раскрыты в патенте США № 4933056, столб. 2, строка 48 до столб. 5 строка 53; Патенте США № 5530043 в столб. 1 строка 54 до столб. 4 строка 67; Патенте США № 5760107 в столб. 2, строка 11 до столб. 9 строка 60; и Патенте США № 5820987 в столб. 3 строка 48 до столб. 10 строка 63, все из которых включены в настоящий документ посредством ссылки. Подходящие композиции гальванизируемого покрытия также включают коммерчески доступные компоненты от компании «PPG Industries, Inc.», такие как, например, ED 6280, ED 6465 и ED 7000.

Как указано, композиция грунтовочного покрытия может быть нанесена непосредственно поверх по меньшей мере части подложки перед нанесением первой или второй композиции основного покрытия и обезвожена и/или отверждена с образованием слоя грунтовочного покрытия. Композицию грунтовочного покрытия, касательно настоящего изобретения, можно наносить любыми стандартными в данной области способами, в частности, такими как электроокраска, распыление, электростатическое распыление, погружение, прокатка, нанесение кистью и другие. Когда композицию грунтовочного покрытия наносят по меньшей мере на часть подложки, композицию можно обезвоживать и/или отверждать для образования слоя грунтовочного покрытия. Композиция грунтовочного покрытия может быть обезвожена и/или отверждена, например, при температуре от 175°С до 205°С с образованием слоя грунтовочного покрытия.

Было обнаружено, что многослойные покрытия по настоящему изобретению могут быть сформированы при более низких температурах обезвоживания/отверждения, чем те, которые обычно требуются в других покрытиях, обычно наносимых на автомобильные подложки. Многослойные покрытия также устраняют перемещение растворителя между слоями и необходимость использования грунтовочного слоя. Как таковые, многослойные покрытия по настоящему изобретению помогают снизить затраты, устранить количество оборудования для нанесения покрытия и ускорить весь процесс нанесения покрытия.

В некоторых примерах многослойное покрытие наносят на подложку путем: формирования первого слоя основного покрытия по меньшей мере на части подложки путем нанесения композиции первого основного покрытия непосредственно на по меньшей мере часть подложки; и формирование второго слоя основного покрытия по меньшей мере на части первого слоя основного покрытия путем нанесения композиции второго основного покрытия, непосредственно по меньшей мере на часть: (1) первого слоя основного покрытия после того, как композиция первого основного покрытия будет обезвожена и/или отверждена; или на композицию первого основного покрытия (2) перед тем, как композицию первого основного покрытия обезвоживают и/или отверждают. Композиции первого и второго основных покрытий могут быть обезвожены и/или отверждены по отдельности или одновременно при температуре окружающей среды (например, от 20°С) до 140°С, или от температуры окружающей среды до 120°С, или от температуры окружающей среды до 100°С, или от температуры окружающей среды до 90°С, или от 40°С до 80°С, или от 50°С до 80°С. Необязательно, слой верхнего покрытия по меньшей мере на части второго слоя основного покрытия формируют слой верхнего покрытия путем нанесения композиции слоя верхнего покрытия непосредственно на по меньшей мере часть второго слоя основного покрытия.

Подложка может, необязательно содержать слой грунтовочного покрытия, а первый слой основного покрытия наносится по меньшей мере на часть слоя грунтовочного покрытия путем нанесения композиции первого основного покрытия непосредственно на по меньшей мере часть слоя грунтовочного покрытия. Слой грунтовочного покрытия может быть сформирован путем нанесения композиции грунтовочного покрытия, например, путем гальванизации композиции гальванизируемого покрытия по меньшей мере на часть подложки перед нанесением композиции первого основного покрытия.

Многослойные покрытия можно наносить на любой вид подложки, как описано выше, например, на автомобильные детали на заводе по сборке автомобилей. В некоторых примерах, во время нанесения многослойного покрытия на заводе по сборке автомобилей металлическая подложка, необязательно, сначала передается на станцию гальванизации, где композиция грунтовочного покрытия гальванизируется поверх металлической подложки и обезвоживается и/или отверждается. Первую композицию основного покрытия затем наносят непосредственно на слой гальванизированного покрытия или, альтернативно, непосредственно наносят по меньшей мере на часть подложки в зоне основного покрытия, содержащей одну или более станций нанесения покрытия. Зона основного покрытия может быть расположена ниже по потоку перемещения от установки гальванизации и рядом с ней. Станция нанесения первого основного покрытия имеет один или более обычных аппликаторов, например, роботизированных или распыляемых пистолетом аппликаторов, находящихся в жидкостном соединении с источником первого состава основного покрытия. Первую композицию основного покрытия можно, например, распылять на подложку посредством одного или более аппликаторов на первой станции основного покрытия за один или более проходов распыления, чтобы сформировать первый слой основного покрытия поверх подложки.

Первый слой основного покрытия может быть обезвожен и/или отвержден с помощью обычного сушильного устройства, такого как сушильная камера, расположенного ниже по потоку и/или рядом со второй станцией нанесения покрытия и/или первой станцией нанесения покрытия. После нанесения второй композиции основного покрытия второй слой основного покрытия может быть обезвожен и/или отвержден отдельно, если первый слой основного покрытия был предварительно обезвожен и/или отвержден. Альтернативно, когда композицию второго основного покрытия наносят «мокрым по мокрому» на композицию первого основного покрытия, обе композиции основного покрытия могут быть одновременно обезвожены и/или отверждены. Понятно, что аналогичный процесс может быть проведен со второй композицией основного покрытия, наносимой перед первой композицией основного покрытия.

После того, как первый состав основного покрытия и второй состав основного покрытия будут обезвожены и/или отверждены, один или более обычных слоев верхнего покрытия могут быть нанесены поверх слоя(слоев) основного покрытия на станции для нанесения верхнего покрытия. Станция для нанесения верхнего покрытия включает в себя один или более обычных аппликаторов, например, роботизированных аппликаторов, находящихся в жидкостном соединении с источником потока композиции верхнего слоя. Сушильная установка расположена ниже по потоку и/или рядом со станцией слоя верхнего покрытия для обезвоживания и/или отверждения композиции верхнего покрытия.

Неограничивающий пример автомобильного сборочного конвейера для нанесения многослойного покрытия описан в патенте США № 8 846 156, столб. 3 строка 1 до столб. 4 строка 43 и фиг. 1, что включено в настоящий документ посредством ссылки.

В виду вышеизложенного, настоящее изобретение соответствует, в частности, без ограничения к вышеуказанному, следующим аспектам:

Аспект 1: Водная дисперсия, содержащая водную среду и самосшиваемые частицы ядро-оболочка, диспергированные в водной среде, где частицы ядро-оболочка содержат (1) полимерное ядро по меньшей мере частично инкапсулированное (2) полимерной оболочкой, содержащей уретановые связи, кето- и/или альдо-функциональные группы, и гидразидные функциональные группы, и при этом полимерное ядро ковалентно связано с по меньшей мере частью полимерной оболочки.

Аспект 2: Водная дисперсия по аспекту 1, где полимерное ядро самосшиваемых частиц ядро-оболочка содержит аддитивный полимер, полученный из этиленненасыщенных мономеров.

Аспект 3: Водная дисперсия по аспекту 2, где этиленненасыщенные мономеры включают (мет)акрилатный мономер, виниловый мономер или их комбинацию.

Аспект 4: Водная дисперсия по любому из предшествующих аспектов 1-3, в которой полимерная оболочка самосшиваемых частиц ядро-оболочка дополнительно содержит по меньшей мере одну группу, диспергируемую в воде.

Аспект 5: Водная дисперсия по аспекту 4, где по меньшей мере одна диспергируемая в воде группа выбрана из функциональных групп карбоновой кислоты, их солей и/или полиоксиалкиленовых групп.

Аспект 6: Водная дисперсия по любому из предшествующих аспектов 1-5, в которой самосшиваемые частицы ядро-оболочки образуются из смеси реагентов, содержащей: (а) изоцианат-функциональные этиленненасыщенные полиуретановые форполимеры; (б) продукт реакции Михаэля присоединения этиленненасыщенных мономеров, содержащих кето- и/или альдо-функциональную группу, к соединению, содержащему по меньшей мере две аминогруппы; (в) гидразидный функциональный компонент; и (г) этиленненасыщенные мономеры.

Аспект 7: Водная дисперсия по любому из предшествующих аспектов 1-6, в которой полимерная оболочка самосшиваемых частиц ядро-оболочка содержит боковые кето и/или альдо-функциональные группы.

Аспект 8: Водная дисперсия по любому из предшествующих аспектов 1-7, в которой полимерное ядро самосшиваемых частиц ядро-оболочка полностью свободно от кето- и/или альдо-функциональных групп.

Аспект 9: Композиция покрытия, содержащая водную дисперсию по любому из предшествующих аспектов 1-8.

Аспект 10: Композиция покрытия по аспекту 9, дополнительно содержащая несамосшиваемые частицы ядро-оболочка.

Аспект 11: Композиция покрытия по аспекту 10, в которой несамосшиваемые частицы ядро-оболочка содержат (1) полимерное ядро, содержащее кето- и/или альдо-функциональные группы, которое по меньшей мере частично инкапсулировано (2) полимерной оболочкой, содержащей уретановые связи, и при этом полимерное ядро ковалентно связано с по меньшей мере частью полимерной оболочки.

Аспект 12: Композиция покрытия по любому из аспектов 10 или 11, в которой несамосшиваемые частицы ядро-оболочка полностью свободны от гидразидных функциональных групп.

Аспект 13: Композиция покрытия по любому из предшествующих аспектов 9-12, дополнительно содержащая пленкообразующую смолу, которая отличается от частиц ядро-оболочка.

Аспект 14: Композиция покрытия по любому из предшествующих аспектов 10-13, дополнительно включающая по меньшей мере один сшивающий агент, который реагирует с по меньшей мере одним из: несамосшиваемыми частицами ядро-оболочка и пленкообразующей смолой, если она присутствует.

Аспект 15: Композиция покрытия по аспекту 14, в которой сшивающий агент выбран из полигидразида, карбодиимида или их комбинации.

Аспект 16: Многослойное покрытие, содержащее: подложку; первый слой основного покрытия, сформированный из первой композиции основного покрытия, при этом первая композиция основного покрытия является композицией покрытия, определенной в любом из предыдущих аспектов 9-15; второй слой основного покрытия, сформированный из второй композиции основного покрытия, содержащей водную среду, несамосшиваемые частицы ядро-оболочка и полигидразид, диспергированные в водной среде, причем несамосшиваемые частицы ядро-оболочка содержат (1) полимерное ядро, содержащее кето- и/или альдо-функциональные группы, которое по меньшей мере частично инкапсулировано полимерной оболочкой (2), содержащей уретановые связи, при этом полимерное ядро частиц ядро-оболочка второй композиции основного покрытия ковалентно связано с по меньшей мере частью полимерной оболочки из частиц ядро-оболочка второй композиции основного покрытия, и в которой: (i) первый слой основного покрытия сформирован по меньшей мере на части подложки, а второй слой основного покрытия сформирован по меньшей мере на части первого слоя основного покрытия; или (ii) второй слой основного покрытия сформирован поверх по меньшей мере части подложки, а первый слой основного покрытия сформирован по меньшей мере на части второго слоя основного покрытия.

Аспект 17: Многослойное покрытие по аспекту 16, дополнительно содержащее слой грунтовочного покрытия, непосредственно нанесенный по меньшей мере на часть подложки, при этом, слой грунтовочного покрытия расположен между первым или вторым слоями основного покрытия и подложкой.

Аспект 18: Многослойное покрытие по любому из аспектов 16 или 17, в котором полимерное ядро частиц ядро-оболочка первой композиции основного покрытия и второй композиции основного покрытия, каждое независимо содержит аддитивный полимер, полученный из этиленненасыщенных мономеров, включающий (мет)акрилатный мономер, виниловый мономер или их комбинацию.

Аспект 19: Многослойное покрытие по любому из аспектов 16-18, в котором полимерная оболочка частиц ядро-оболочка первой композиции основного покрытия, и второй композиции основного покрытия, каждая независимо содержит функциональные группы карбоновой кислоты и/или их соли.

Аспект 20: Многослойное покрытие по любому из аспектов 16-19, в котором первая композиция основного покрытия, и вторая композиция основного покрытия, каждая независимо дополнительно содержат карбодиимид, диспергированный в водной среде.

Аспект 21: Многослойное покрытие по любому из аспектов 16-20, в котором несамосшиваемые частицы ядро-оболочка первой композиции основного покрытия, при наличии такового, и второй композиции основного покрытия полностью свободны от гидразидных функциональных групп.

Аспект 22: Многослойное покрытие по любому из аспектов 16-21, дополнительно содержащее слой верхнего покрытия, нанесенный по меньшей мере на часть первого или второго слоя основного покрытия.

Аспект 23: Многослойное покрытие по любому из аспектов 16-22, в котором первая композиция основного покрытия и вторая композиция основного покрытия содержат по меньшей мере один пигмент.

Аспект 24: Многослойное покрытие по п.23, в котором первая композиция основного покрытия содержит по меньшей мере один пигмент, который придает монотонный неизменный цвет, а вторая композиция основного покрытия содержит по меньшей мере один пигмент со специальным эффектом.

Аспект 25: Подложка по меньшей мере частично покрытая составом, сформированным из композиции покрытия по любому из аспектов 9-15 или многослойным покрытием по любому из аспектов 16-24.

Следует понимать, что изобретение может предполагать различные альтернативные варианты и этапы, за исключением случаев, когда указано иное. За исключением сколь угодных рабочих примеров, или в случае, если указано иное, все числа, выражающие, например, количество компонентов, используемых в описании, и в формуле изобретения, следует понимать, как изменяемые во всех случаях посредством использования термина «приблизительно». Соответственно, если не указано иное, числовые параметры, изложенные в последующем описании и прилагаемой формуле изобретения, являются приблизительными значениями, которые могут варьироваться в зависимости от желаемых свойств, которые должны быть получены с использованием настоящего изобретения. По меньшей мере, и не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов к пунктам заявленной формулы изобретения, каждый числовой параметр должен по меньшей мере истолковываться с учетом числа сообщаемых значащих цифр, и путем применения обычных методов округления.

Несмотря на то, что числовые диапазоны и параметры, определяющие широкий объем изобретения, являются приблизительными, числовые значения, указанные в конкретных примерах, сообщаются с максимально возможной точностью. Однако любое числовое значение по своей природе содержит определенные ошибки, неизбежно возникающие в результате стандартного отклонения, обнаруженного в соответствующих тестовых измерениях.

Также следует понимать, что любой числовой диапазон, приведенный в данном документе, предназначен для включения всех поддиапазонов, включенных в него. Например, диапазон «от 1 до 10» предназначен для включения всех поддиапазонов между (и включая) приведенным минимальным значением 1 и приведенным максимальным значением 10, то есть с минимальным значением, равным или превышающим 1 и максимальным значением равным или меньшим 10.

В настоящей заявке использование единственного числа включает множественное число, а множественное число охватывает единственное число, если не указано иное. Кроме того, в настоящей заявке использование «или» означает «и/или», если не указано иное, даже если «и/или» может быть явно использовано в определенных случаях. Кроме того, в данной заявке использование единственного числа означает «по меньшей мере, один», если не указано иное. Например, покрытие, частица ядро-оболочка и тому подобное подразумевают один или более из этих элементов.

Следующие примеры представлены для демонстрации общих принципов изобретения. Изобретение не следует рассматривать как ограниченное конкретными представленными примерами. Все части и проценты в примерах являются весовыми, если не указано иное.

Пример 1

Получение Латекса с несамосшиваемыми частицами ядро-оболочка

Часть А: Полиуретан сначала приготовили путем загрузки следующих компонентов в четырехгорлую круглодонную колбу, снабженную термопарой, механической мешалкой и конденсатором: 270 граммов бутилакрилата, 213,84 грамма гидроксиэтилметакрилата (HEMA), 4,1 грамма 2,6-ди-трет-бутил 4-метилфенола, 2,1 грамма трифенилфосфита, 2,1 грамма дилаурата дибутилолова, 1093,5 грамма политетрагидрофурана с среднечисленной молекулярной массой 1000 г/моль, 242,5 г диметилолпропионовой кислоты (DMPA) и 10,8 г триэтиламина. Смесь нагревали до 90°С и выдерживали в течение 15 минут. Затем в колбу в течение 90 минут загружали 636,0 грамма изофорондиизоцианата. После добавления изоцианата воронку для добавления изоцианата промывали 54 граммами бутилакрилата. Смесь выдерживали при 90°С до тех пор, пока не исчезли все инфракрасные пики изоцианата. Как только инфракрасные пики исчезли, в колбу загрузили 1215 г бутил акрилата и охладили до температуры окружающей среды. Полученный полиуретан имел кислотное число 25,9 мг КОН/г, и средневесовую молекулярную массу 6,953 г/моль. Средневесовую молекулярную массу определяли гель-проникающей хроматографией в сравнении со стандартом полистирола с тетрагидрофураном в качестве подвижной фазы. Кислотное число измеряли титрованием 0,1 раствора N KOH.

Часть Б: Латекс, содержащий полиуретан-акриловые частицы ядро-оболочка с кето-функциональностью на акриловом ядре и боковую карбоновую кислоту на полиуретановой оболочке, приготовили путем загрузки следующих компонентов в четырехгорлую колбу с круглым дном, снабженную термопарой, механической мешалкой, и конденсатором: 4500 граммов деионизированной воды, 67,3 грамма AEROSOL® OT-75 (поверхностно-активное вещество, коммерчески доступное от компании «Cytec»), 25,4 грамма «Reasoap SR-10» (реактивный эмульгатор, коммерчески доступный от Adeka Corp.), 73,7 грамма диметилэтаноламина, 1713 граммов из полиуретана, полученного в части A, 437 граммов метилметакрилата, 252 грамма диацетонакриламида и 168 граммов гександиолдиакрилата. Смесь нагревали до 36°С, и выдерживали в течение 30 минут в слое N₂. Затем в колбу загружали смесь 5,8 г трет-бутилгидропероксида и 126 г деионизированной воды и перемешивали в течении 15 минут. Затем в колбу в течение 30 минут загружали смесь 0,06 г двухвалентного сульфата аммония, 3,2 г метабисульфита натрия, и 126 г деионизированной воды. После экзотермического пика систему выдерживали при температуре 65°С в течение одного часа. После того, как смесь охладили до 45°С, 29,5 г ACTICIDE® MBS (микробиоцида, образованного из смеси 1,2-бензизотиазолин-3-он, и 2-метил-4-изотиазолин-3-он, коммерчески доступны от компании «Thor» GmbH ), 1,5 г FOAMKILL® 649 (несиликоновый пеногаситель, коммерчески доступный от «Crucible Chemical Company») и 13 г деионизированной воды загружали в колбу и перемешивали в течение 15 минут. Полученный латекс имел содержание твердого вещества 37,1% и средний размер частиц 122 нанометра (нм). Средний размер частиц определяли с помощью Zetasizer 3000HS, следуя инструкциям руководства Zetasizer 3000HS.

Пример 2

Приготовление латекса, имеющего самосшиваемые частицы ядро-оболочка

Часть А: Полиуретан сначала приготовили путем загрузки следующих компонентов в четырехгорлую круглодонную колбу, снабженную термопарой, механической мешалкой и конденсатором: 113 граммов бутилакрилата, 8,7 грамма гидроксиэтил метакрилата (HEMA), 0,7 грамма 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенола, 90,9 грамма FOMREZ® 66-56 (насыщенный гидроксилом линейный полиэфирполиол, коммерчески доступный от компании «Chemtura»), 90,9 г полиола POLYMEG® 2000 (политетраметилен эфир гликоль, коммерчески доступный от компании «LyondellBasell»), 30 г диметилолпропионовой кислоты (DMPA) и 1,3 г триэтиламина. Смесь нагревали до 50°С и выдерживали в течение 15 минут. После нагревания смеси 123,0 г изофорон диизоцианата загружали в колбу в течение 10 минут и перемешивали в течение 15 минут. Затем в колбу загружали 8,2 г бутил акрилата и 0,34 г дилаурата дибутилолова (DBTDL). Сразу же наблюдался экзотермический эффект. После затухания экзотермического эффекта, смесь нагревали до 90°С и выдерживали в течение 60 минут. Измеренная эквивалентная масса NCO составила 1326. Затем смесь охлаждали до 70°С и в колбу загружали 113,0 г бутил метакрилата и 23,5 г гександиол диакрилата. Смесь выдерживали при 60°С, а затем выполняли диспергирование в воде.

Часть Б: Латекс, содержащий полиуретан-акриловые частицы ядро-оболочка с мочевинными связями и уретановыми связями и функциональными группами карбоновой кислоты, кето-функциональными группами и гидразидными функциональными группами на полиуретановой оболочке, готовили посредством загрузки следующих компонентов в четырехгорлую круглодонную колбу, снабженную термопарой, механической мешалкой и конденсатором: 480 г деионизированной воды, 5,3 г диацетон акриламида, 18,3 г диметил этаноламина и 6,0 г этилендиамина. Смесь нагревали до 70°С, и выдерживали в течение двух часов в среде N₂. После нагревания смеси 21,3 г адипинового дигидразида, 8,0 г AEROSOL® OT-75 (поверхностно-активное вещество, коммерчески доступное от Cytec) и 350 г деионизированной воды загружали в колбу и выдерживали при температуре 50°C в течение 15 минут. Затем 520 г полиуретана, приготовленного в части А, диспергировали в колбе в течение 20 минут, и перемешивали в течение дополнительных 15 минут. В колбу загружали смесь 1,0 г персульфата аммония, 1,0 г 35% перекиси водорода и 30 г деионизированной воды. Температура выросла с 50°С до 74°С из-за экзотермической полимеризации. Затем смесь выдерживали при 70°С в течение дополнительного часа. После охлаждения до 40°C, 0,2 грамма FOAMKILL® 649 (несиликоновый пеногаситель, коммерчески доступный от «Crucible Chemical Company») , 4,7 грамма ACTICIDE® MBS (микробиоцид, образованный из смеси 1,2-бензизотиазолин-3-он и 2-метил-4-изотиазолин-3-он, коммерчески доступный от компании «Thor» GmbH), и 11 г деионизированной воды загружали и перемешивали в течение дополнительных 15 минут. Полученный латекс имел содержание твердого вещества 38,6%.

Сравнительный пример 3

Приготовление латекса с частицами ядро-оболочка

Часть А: Полиуретан сначала приготовили путем загрузки следующих компонентов в четырех-горлую круглодонную колбу, снабженную термопарой, механической мешалкой и конденсатором: 134,5 грамма бутилакрилата, 10,3 грамма гидроксиэтил метакрилата (HEMA), 0,8 грамма 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенола, 108,2 грамма FOMREZ® 66-56 (насыщенный гидроксилом линейный сложный полиэфир полиол, коммерчески доступный от компании «Chemtura»), 108,2 г полиола POLYMEG® 2000 (политетраметиленэфиргликоль, коммерчески доступный от компании «LyondellBasell»), 32 г диметилпропионовой кислоты (DMPA) и 1,6 г триэтиламина. Смесь нагревали до 50°С и выдерживали в течение 15 минут. После нагревания 135,0 г смеси изофорон диизоцианата загружали в колбу в течение 10 минут и перемешивали в течение 15 минут. Затем в колбу загружали 9,7 г бутил акрилата и 0,40 г дилаурата дибутилолова (DBTDL). Сразу же наблюдался экзотермический эффект. После затухания экзотермического эффекта, смесь нагревали до 90°С и выдерживали в течение 60 минут. Затем смесь охлаждали до 70°С и в колбу загружали 134,5 г бутил метакрилата и 19,8 г гександиол диакрилата. Смесь выдерживали при 60°С, а затем выполняли диспергирование в воде.

Часть Б: Латекс, содержащий полиуретан-акриловые частицы ядро-оболочка с мочевинными связями и уретановыми связями и с кетофункциональностью на акриловой основе и карбоновой кислоте и гидразидной функциональностью на полиуретановой оболочке, готовили сначала загрузкой следующих компонентов в четырех-горлую круглодонную колбу с термопарой, механической мешалкой и конденсатором: 1000 граммов деионизированной воды, 20 граммов диметил этаноламина, 4,5 грамма этилен диамина и 10 граммов AEROSOL® OT-75 (поверхностно-активное вещество, коммерчески доступное от Cytec) . Смесь нагревали до 50°С в среде N₂. После нагревания смеси в колбу загружали 26,4 г дигидразида адипина и перемешивали в течение пяти минут. Затем 650 г полиуретана, полученного в части А, диспергировали в колбе в течение 20 минут и перемешивали в течение дополнительных 15 минут, затем добавили 25,0 г диацетонакриламида и выдерживали в течение 15 минут. В колбу загружали смесь 1,0 г персульфата аммония, 3,5 г 35% перекиси водорода и 60 г деионизированной воды. Температура выросла с 50°С до 71°С из-за экзотермической полимеризации. Затем смесь выдерживали при 70°С в течение дополнительного часа. После охлаждения до 40°C, 0,2 грамма FOAMKILL® 649 (несиликоновый пеногаситель, коммерчески доступный от компании «Crucible Chemical Company»), 5,8 грамма ACTICIDE® MBS (микробиоцид, образованный из смеси 1,2-бензизотиазолин-3-он и 2-метил-4-изотиазолин-3-он, коммерчески доступный от компании «Thor» GmbH), и 14 г деионизированной воды загружали, и перемешивали в течение дополнительных 15 минут. Полученный латекс имел содержание твердого вещества 36,4%.

Примеры 4-5

Приготовление композиций основного покрытия

Две отдельные композиции основного покрытия были приготовлены с ранее описанными частицами полиуретан-акриловой ядро-оболочки. Каждую композицию основного покрытия готовили с использованием компонентов, перечисленных в таблице 1.

Таблица 1

Компоненты Пример 4. Части по весу (граммы). Комп. Пример 5. Части по весу (граммы). Латекс из Примера 2 149,72 0,00 Латекс сравнительного примера 3 0,00 158,76 Латекс из Примера 1 13,59 13,59 Адипиновая кислота дигидразид 0,18 0,18 Полиэфирная смола ¹ 100,00 100,00 CARBODILITE® V-02-L2 ² 10,00 10,00 BYK® 348 ³ 0,26 0,26 BYK® 032 ⁴ 1,92 1,92 Деионизированная вода 77,41 58,46 Добавка оттенка ⁵ 48,25 48,25 Белый оттенок ⁶ 33,13 33,13 Желтый Оттенок ⁷ 8,00 8,00 Черный оттенок ⁸ 21,36 21,36 BYKETOL® WS ⁹ 9,00 9,00 SURFYNOL® 104E ¹⁰ 4,00 4,00 Изопропанол 9,00 9,00 TALCRON® MP1052 ¹¹ 4,00 4,00 N-бутоксипропанол 10,00 10,00 59% DMEA ⁹ 0,30 0,46

¹ Полиэфирная смола, полученная в соответствии с примером 9 патента США № 6762240, который включен в настоящий документ посредством ссылки. Кислотные группы сложного полиэфира были нейтрализованы на 100% диметил этаноламином. Полиэфир разбавляли до 20 мас.% сухих веществ с водой перед использованием.

² Водорастворимый карбодиимидный сшиватель с гидрофильным сегментом, коммерчески доступный от компании «GSI Exim America, Inc».

³ Модифицированный полиэфиром силоксан, коммерчески доступный от Byk.

⁴ Эмульсия минеральных масел на основе парафина и гидрофобных компонентов, коммерчески доступных от компании «Byk».

⁵ Расширитель подкрашивающей пасты, состоящий из 61 мас.% сульфата бария, диспергированного в 10 мас.% акрилового полимера и имеющий содержание твердых веществ 71 мас.%.

⁶ Паста белого оттенка, состоящая из 61 мас.% TiO ₂ диспергированная в 9 мас.% акриловой полимерной смеси, имеет содержание твердых веществ 70 мас.%.

⁷ Паста желтого оттенка, состоящая из 25 мас.% желтого оксида железа, диспергированного в 21 мас.% акрилового полимера, имеет содержание твердых веществ 46 мас.%.

⁸ Паста черного оттенка, состоящая из 6 мас.% сажи, диспергированной в 18 мас.% акрилового полимера, имеет содержание твердых веществ 24 мас.%.

⁹ Не содержащая силикона поверхностная добавка, коммерчески доступная от компании «Byk».

¹⁰ Поверхностно-активное вещество, коммерчески доступное от компании «Air Products».

¹¹ Силикат магния, коммерчески доступный от компании «Barretts Minerals».

¹² Диметил этаноламин, 59 мас.% водный раствор.

Компоненты, перечисленные в таблице 1, были смешаны обычной лопастной мешалкой, предотвращая вспенивание и проникновение воздуха.

Пример 6

Приготовление композиции основного покрытия

Композицию основного покрытия готовили из компонентов, перечисленных в таблице 2.

Таблица 2

Составная часть Часть по весу
(в граммах) Латекс из Примера 1 251,98 Адипиновая кислота дигидразид 3,27 CARBODILITE® V-02-L2 ¹ 10,00 BYK® 348 ² 0,23 Минеральные растворители для лаков ¹³ 3,76 2-этилгексанол 12,38 Деионизированная вода 108,06 LAPONITE® RD ¹⁴ 0,91 Бутил КАРБИТОЛ ^{ТМ 15} 10,00 Алюминиевая паста ¹⁶ 31,43 Алюминиевый пассивирующий агент¹⁷ 10,11 50% DMEA ¹⁸ 0,40

¹³ Органический растворитель, коммерчески доступный от компании «Shell Chemical Co.»

¹⁴ Силикат натрия с литием и магнием, коммерчески доступный от компании «Byk».

¹⁵ Диэтилен гликоль монобутиловый эфир, коммерчески доступный от компагнии «Dow».

¹⁶ Алюминиевая паста TSB 2180A, коммерчески доступная от Toyal America.

¹⁷ 60/36/4 вес/вес раствора LUBRIZOL 2062/диизопропаноламин/пропиленгликоль бутиловый эфир LUBRIZOL 2062, коммерчески доступный от компании «Lubrizol Co».

¹⁸ Диметил этаноламин, 50 мас.% водный раствор.

Компоненты, перечисленные в таблице 2, были смешаны обычной лопастной мешалкой, предотвращая вспенивание и проникновение воздуха.

Примеры 7-10

Подготовка и оценка многослойных покрытий

Различные многослойные покрытия, имеющие два отдельных слоя основного покрытия, были приготовлены с использованием компонентов и конечной температуры горячей сушки, приведенных в таблице 3.

Таблица 3

Пример многослойного покрытия № Композиция, использованная для формирования первого основного покрытия Композиция, используемая для формирования второго основного покрытия Конечная температура горячей сушки (°C) 7 Пример 4 Пример 6 80 8 Сравн. Пример 5 Пример 6 80 9 Пример 4 Пример 6 100 10 Сравн. Пример 5 Пример 6 100

Каждое многослойное покрытие было подготовлено путем распыления соответствующих композиций первого и второго основного покрытия на стальные панели размером 4 на 12 дюймов, на которые предварительно было нанесено эл. покрытие ED 6465 (эл. покрытие, коммерчески доступное от компании «PPG»). Композиции слоев основных покрытий наносили в контролируемых условиях окружающей среды при 21-24°C (70-75°F) и относительной влажности 50-60%. Затем композиции слоев первого основного покрытия, каждую из многослойного покрытия, наносили независимо в два слоя с 60-секундной задержкой при температуре окружающей среды между слоями, а затем с задержкой при температуре окружающей среды в течение пяти минут. Толщина пленки первых слоев основного покрытия находилась в диапазоне от 12,7 до17,8 мкм (0,5-0,7 мил). Затем композиции слоев второго основного покрытия, каждую из многослойного покрытия, наносили в два слоя поверх слоев первого основного покрытия без 90-секундной задержки между слоями, а затем с задержкой в течение пяти минут при комнатной температуре, а затем в течение пяти минут сушили при 80°C. Толщина пленки слоев второго основного покрытия находилась в диапазоне от 12,7 до 15,2 мкм (0,5-0,6 мил).

После формирования слоев основного покрытия поверх панелей с основным покрытием было нанесено 2К прозрачное покрытие, отвержденное изоцианатом, в два слоя без задержки между слоями. Покрытые панели высушивали в течении 10 минут в условиях окружающей среды и прогревали в течение 30 минут, при температуре горящей сушки, указанной в таблице 3 (т.е. 80°C или 100°C). Толщина сухой пленки прозрачных покрытий находилась в диапазоне от 45,7 до 50,8 мкм (1,8-2,0 мил).

Внешний вид и физические свойства полученных многослойных покрытий приведены в таблице 4.

Таблица 4

Пример многослойного покрытия № Флоп индекс ¹⁹ Адгезия ²⁰ Адгезия после 1 часа ²¹ Адгезия после 24 часов ²¹ 7 13,6 5 2 5 8 12,9 5 1 5 9 Не применимо 5 4 5 10 Не применимо 5 2 5

¹⁹ Мера изменения яркости металлического цвета при наклоне покрытия во всем диапазоне углов обзора. Индекс флопа измеряли с помощью прибора BYK Wavescan Dual (производства компании «BYK»), следуя инструкциям руководства по приборам BYK «Wavescan». Более высокие значения флоп индекса более предпочтительны.

²⁰ Адгезия была определена в соответствии с ASTM D3359-09e2. Результаты адгезии были представлены по шкале от 0 до 5, где 0 - наихудший, а 5 - лучший результат.

²¹ Панели подвергались 10-дневному испытанию на влагостойкость, аналогичному ASTM D1735-92, которое проводилось в шкафу для коррозионных испытаний Harshaw Equipment GS «Uni-Fog», настроенном на 38°C (100°F), и относительную влажность 100%. Адгезию панелей затем определяли в соответствии с ASTM D3359-09e2 через один час и 24 часа после завершения испытания. Результаты по адгезии были представлены по шкале от 0, как наихудшая, и до 5, как лучшая.

Принимая во внимание, что конкретные варианты воплощения настоящего изобретения были выше описаны в целях иллюстрации, специалистам в данной области техники будет очевидно, что многочисленные вариации деталей настоящего изобретения могут быть выполнены без отступления от изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

Настоящее изобретение относится к водной дисперсии и к многослойным покрытиям, приготовленным посредством композиций для покрытий, и может быть использовано, в частности, в автомобильной промышленности. Водная дисперсия содержит водную среду и самосшиваемые частицы ядро-оболочка, диспергированные в водной среде. Частицы ядро-оболочка включают полимерное ядро (1), по меньшей мере частично инкапсулированное полимерной оболочкой (2), имеющей уретановые связи, кето- и/или альдо-функциональные группы и гидразидные функциональные группы. Кроме того, полимерное ядро ковалентно связано с по меньшей мере частью полимерной оболочки. Технический результат: создание композиций покрытий, которые могут быть отверждены при сравнительно низких температурах для формирования покрытий, имеющих различные свойства, и которые также устраняют необходимость в шпаклевочном слое в многослойных покрытиях, тем самым снижая затраты и повышая эффективность процессов нанесения покрытий. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 4 табл., 10 пр.

1. Водная дисперсия, содержащая водную среду и самосшиваемые частицы ядро-оболочка, диспергированные в водной среде, при этом частицы ядро-оболочка содержат (1) полимерное ядро, по меньшей мере частично инкапсулированное (2) полимерной оболочкой, содержащей уретановые связи, кето- и/или альдо-функциональные группы и гидразидные функциональные группы, и при этом полимерное ядро ковалентно связано с по меньшей мере частью полимерной оболочки.

2. Водная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что полимерное ядро самосшиваемых частиц ядро-оболочка содержит аддитивный полимер, полученный из этиленненасыщенных мономеров.

3. Водная дисперсия по п. 2, отличающаяся тем, что этиленненасыщенные мономеры включают (мет)акрилатный мономер, виниловый мономер или их комбинацию.

4. Водная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что полимерная оболочка самосшиваемых частиц ядро-оболочка дополнительно содержит по меньшей мере одну диспергируемую в воде группу.

5. Водная дисперсия по п. 4, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна диспергируемая в воде группа выбрана из функциональных групп карбоновой кислоты, ее солей и/или полиоксиалкиленовых групп.

6. Водная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что самосшиваемые частицы ядро-оболочка образованы смесью реагентов, содержащей: (а) изоцианат-функциональные этиленненасыщенные полиуретановые форполимеры; (б) продукт реакции Михаэля присоединения этиленненасыщенных мономеров, содержащих кето- и/или альдо-функциональную группу, к соединению, содержащему по меньшей мере две аминогруппы; (в) гидразидный функциональный компонент; и (г) этиленненасыщенные мономеры.

7. Водная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что полимерная оболочка самосшиваемых частиц ядро-оболочка содержит боковые кето- и/или альдо-функциональные группы.

8. Водная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что полимерное ядро самосшиваемых частиц ядро-оболочка полностью свободна от кето- и/или альдо-функциональных групп.

9. Композиция покрытия, содержащая водную дисперсию по п. 1.

10. Композиция покрытия по п. 9, отличающаяся тем, что дополнительно содержит несамосшиваемые частицы ядро-оболочка.

11. Композиция покрытия по п. 10, отличающаяся тем, что несамосшиваемые частицы ядро-оболочка содержат (1) полимерное ядро, содержащее кето- и/или альдо-функциональные группы, которое по меньшей мере частично инкапсулировано (2) полимерной оболочкой, содержащей уретановые связи, и при этом полимерное ядро ковалентно связано с по меньшей мере частью полимерной оболочки.

12. Композиция покрытия по п. 11, отличающаяся тем, что несамосшиваемые частицы ядро-оболочка полностью свободны от гидразидных функциональных групп.

13. Композиция покрытия по п. 10, отличающаяся тем, что дополнительно содержит пленкообразующую смолу, которая отличается от частиц ядро-оболочка.

14. Композиция покрытия по п. 13, отличающаяся тем, что дополнительно включает по меньшей мере один сшивающий агент, который реагирует с по меньшей мере одним из: несамосшиваемыми частицами ядро-оболочка и пленкообразующей смолой.

15. Композиция покрытия по п. 14, отличающаяся тем, что сшивающий агент выбран из полигидразида, карбодиимида или их комбинации.

16. Подложка, по меньшей мере частично покрытая веществом покрытия, образованным композицией покрытия по п. 9.

17. Многослойное покрытие, содержащее:

подложку;

первый слой основного покрытия, сформированный из композиции первого основного покрытия, содержащей водную среду и самосшиваемые частицы ядро-оболочка, диспергированные в водной среде, причем самосшиваемые частицы ядро-оболочка содержат (1) полимерную сердцевину, по меньшей мере частично инкапсулированную ( 2) полимерной оболочкой, содержащей уретановые связи, кето- и/или альдо-функциональные группы и гидразидные функциональные группы; а также

второй слой основного покрытия, сформированный из второй композиции основного покрытия, содержащей водную среду, несамосшиваемые частицы ядро-оболочка и полигидразид, диспергированные в водной среде, причем несамосшиваемые частицы ядро-оболочка содержат (1) полимерное ядро, содержащее кето- и/или альдо-функциональные группы, которое по меньшей мере частично инкапсулировано (2) полимерной оболочкой, содержащей уретановые связи,

при этом полимерное ядро частиц ядро-оболочка первого состава основного покрытия и второго состава основного покрытия каждое независимо ковалентно связано с по меньшей мере частью полимерной оболочки частиц ядро-оболочка, и

при этом: (i) первый слой основного покрытия сформирован по меньшей мере на части подложки, а второй слой основного покрытия сформирован по меньшей мере на части первого слоя основного покрытия; или (ii) второй слой основного покрытия сформирован поверх по меньшей мере части подложки, а первый слой основного покрытия сформирован по меньшей мере на части второго слоя основного покрытия.

18. Многослойное покрытие по п. 17, отличающееся тем, что дополнительно содержит слой грунтовочного покрытия, непосредственно нанесенный по меньшей мере на часть подложки, при этом слой грунтовочного покрытия расположен между первым или вторым слоями основного покрытия и подложкой.

19. Многослойное покрытие по п. 17, отличающееся тем, что полимерное ядро частиц ядро-оболочка первого состава основного покрытия и второго состава основного покрытия каждое независимо содержит аддитивный полимер, полученный из этиленненасыщенных мономеров, включающих (мет) акрилатный мономер, винил мономер или комбинацию этих веществ.

20. Многослойное покрытие по п. 17, отличающееся тем, что каждая полимерная оболочка частиц ядро-оболочка первого состава основного покрытия и второго состава основного покрытия содержит функциональные группы карбоновой кислоты и/или их соли.

21. Многослойное покрытие по п. 17, отличающееся тем, что первая композиция основного покрытия и вторая композиция основного покрытия каждая независимо дополнительно содержат карбодиимид, диспергированный в водной среде.

22. Многослойное покрытие по п. 17, отличающееся тем, что самосшиваемые частицы ядро-оболочка образованы смесью реагентов, содержащей: (а) изоцианат-функциональные этиленненасыщенные полиуретановые форполимеры; (б) продукт реакции Михаэля соединения этиленненасыщенных мономеров, содержащих кето- и/или альдо-функциональную группу, и соединения, содержащего по меньшей мере две аминогруппы; (в) гидразидный функциональный компонент; и (г) этиленненасыщенные мономеры.

23. Многослойное покрытие по п. 17, отличающееся тем, что первая композиция основного покрытия дополнительно содержит несамосшиваемые частицы ядро-оболочка.

24. Многослойное покрытие по п. 23, отличающееся тем, что несамосшиваемые частицы ядро-оболочка первого состава основного покрытия и второго состава основного покрытия полностью свободны от гидразидных функциональных групп.

25. Многослойное покрытие по п. 17, отличающееся тем, что первая композиция основного покрытия дополнительно содержит пленкообразующую смолу, которая отличается от частиц ядро-оболочка.

26. Многослойное покрытие по п. 17, отличающееся тем, что дополнительно содержит слой верхнего покрытия, нанесенный по меньшей мере на часть первого или второго слоев основного покрытия.

27. Многослойное покрытие по п. 17, отличающееся тем, что первая композиция основного покрытия и вторая композиция основного покрытия содержат по меньшей мере один пигмент.

28. Многослойное покрытие по п. 27, отличающееся тем, что первая композиция основного покрытия содержит по меньшей мере один пигмент, который придает монотонный неизменный цвет, а вторая композиция основного покрытия содержит по меньшей мере один пигмент со специальным эффектом.