CN111094469A - 改善对金属基材的粘附性的包含共聚物配制物的漆组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旨在施加到金属基材上的漆组合物，其中该漆组合物包含一定量的共聚物乳液配制物以用于改善漆组合物对金属基材的粘附性。

Description

改善对金属基材的粘附性的包含共聚物配制物的漆组合物
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年9月11日提交的美国临时专利申请序列号62/556,604的优先权的益处，并且还要求于2018年9月10日提交的美国专利申请号16/126,357的优先权的益处，它们的内容全文以引用方式并入本文。
技术领域
本公开涉及可以添加到各种漆组合物中以用于改善此类漆组合物对金属基材的粘附性的共聚物配制物，以及相关方法。
背景技术
许多工业过程都需要将漆组合物施加到金属基材上。此类漆组合物理想地表现出对金属基材的良好粘附性。粘附性是指在漆膜与金属基材之间形成的粘结的强度。如果粘附性不足，则可能会导致粘合失效，表现为在界面处形成的起泡、漆膜的提升或由界面处的低粘附性导致的任何其他情况。
因此，期望提供具有改善的粘附质量的漆组合物，特别是当施加到金属基材上时。另外，根据随后对本发明主题的详细描述和所附权利要求，结合本发明的主题的该背景，本发明主题的其他期望的特征和特性将变得显而易见。
发明内容
在示例性实施方案中，公开了一种旨在施加到金属基材上的漆组合物，其中该漆组合物包含一定量的共聚物乳液配制物以用于改善漆组合物对金属基材的粘附性。漆组合物可以选自通常任何光泽度的漆，例如高光漆、半光漆、蛋壳漆、珍珠漆、哑光面漆或无光面漆等。金属基材可以选自通常任何类型的金属，例如铝、钢、铜、铸铁或镀锌钢等。共聚物乳液配制物可以包含：乳化形式的乙烯/丙烯酸共聚物、乳化形式的马来酸化聚丙烯、乳化形式的马来酸化聚乙烯、或乳化形式的低密度氧化乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。与不包含共聚物乳液配制物的漆组合物的总重量相比，基于共聚物乳液配制物的干燥聚合物固体重量，共聚物乳液配制物的量为约1％至约30％、或2％至约15％。
在另一个示例性实施方案中，公开了一种用于改善漆组合物对金属基材的粘附性的方法，其中该方法包括以下步骤：向漆组合物中添加一定量的共聚物乳液配制物，以及将其中添加了共聚物配制物的漆组合物施加到金属基材上。在又一个示例性实施方案中，公开了一种其上施加了漆组合物的金属基材，其中该漆组合物包含一定量的共聚物乳液配制物以用于改善漆组合物对金属基材的粘附性。
本发明内容被提供以介绍简化形式的一系列概念，这一系列概念在下文具体实施方式中被进一步描述。本发明内容并非旨在识别要求保护的主题的关键特征或本质特征，也并非旨在用于辅助确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
在下文中，将结合以下附图描述本公开，其中：
图1A–1J是图像，显示了使用施加到镀锌钢基材上的具有各种共聚物配制物的半光漆组合物进行的粘附性测试的结果；
图2A–2F是图像，显示了使用施加到铝基材上的具有各种共聚物配制物的半光漆组合物进行的粘附性测试的结果；
图3A–3H是图像，显示了使用施加到镀锌钢基材上的具有各种共聚物配制物的无光漆组合物进行的粘附性测试的结果；
图4A–4F是图像，显示了使用施加到铝基材上的具有各种共聚物配制物的无光漆组合物进行的粘附性测试的结果。
具体实施方式
本公开的实施方案广泛地涉及各种共聚物乳液配制物用于改善各种漆组合物对各种金属基材的粘附性的用途。本公开的实施方案还涉及包含各种共聚物乳液配制物的各种漆组合物。本公开的实施方案还涉及其上施加了包含各种共聚物乳液配制物的各种漆组合物的各种金属基材。更进一步，本公开的实施方案涉及将包含各种共聚物乳液配制物的各种漆组合物施加到各种金属基材上的方法。
金属基材
金属基材通常可以被认为是主要或仅由金属元素构成的基材。本公开的实施方案适合与各种金属基材一起使用，金属基材的示例可以尤其包括以下这些。
钢：根据本公开使用的一种示例性基材是钢。钢，特别是具有一定光洁度的钢，在通常需要涂漆的商业应用诸如建筑材料中广泛使用。钢是铁和其他元素(主要是碳)的合金。可以对钢进行各种精加工，从而减小任何表面粗糙度，诸如抛光，这往往降低涂料(诸如漆)粘附到表面的能力。
镀锌钢：根据本公开使用的一种示例性基材是镀锌钢。镀锌是在钢上施加保护性锌涂层的过程，以保护下面的钢免受腐蚀性物质的侵害。镀锌的常用方法是“热浸”法，其中将钢浸入熔融锌的热浴中。该方法产生锌涂层表面，锌涂层表面已被证明会降低涂料(如漆)粘附到表面的能力。
铝：根据本公开使用的一种示例性基材是铝。铝，特别是具有光面的铝，在通常需要涂漆的商业应用诸如建筑材料中广泛使用。光面是指铝离开轧机、挤出模头或拉制过程后的表面纹理。光面已被证明会对涂料(诸如漆)粘附到表面的能力提出挑战。
施加到金属基材的漆组合物
本公开的实施方案设想将各种漆组合物施加到上述金属基材上，诸如如下所述的那些，等等。
漆通常包含四种基本成分，即颜料、粘结剂、液体和添加剂。这些成分中的任一种或全部可以是单一成分，也可以包括多个项目。颜料为漆提供颜色，还使漆不透明，并且颜料通常是矿物或有机来源的，一些颜料是人工生产的。“着色”颜料提供颜色和不透明度(不透明覆盖)。常见的着色颜料是二氧化钛，它是白色的并用于乳胶漆和油性漆中。也可以使用特种或填料颜料。填料颜料通常针对它们对比如耐擦洗性、耐污性和耐粉化性的性质的影响来选择。矾或粘土可用于此目的。这些颜料被添加到漆中以提供某些特性，诸如厚度、一定水平的光泽度和耐久性。
粘结剂保持颜料并且还将其粘附至表面，诸如上述金属表面，并且粘结剂组合物可以具有一种以上的组分。在乳胶漆中，乳胶树脂是粘结剂。例如，在乳胶漆中，粘结剂可以是100％丙烯酸、乙烯基丙烯酸(聚乙酸乙烯酯)或苯乙烯化丙烯酸。颜料颗粒可能是不溶的，仅在粘结剂中形成悬浮液。粘结剂将颜料“粘结”成坚韧的连续膜，如上所述，这有助于漆粘附到表面上。在许多实施方案中，粘结剂在干燥(凝结)成干燥膜之前以液体形式存在于配制物中。
液体携带颜料和粘结剂，并且液体是漆或涂料产品中蒸发的那部分。液体的作用是使漆保持流体状态，以便于施加。一旦施加到表面上，它就会蒸发，留下均匀的膜，然后干燥形成保护涂层。所用的液体主要由粘结剂的溶解度决定。在油性漆和醇酸漆中，液体通常是漆稀释剂，而在乳胶漆中，液体通常是水。
添加剂是以低水平使用的成分，以提供某些特性，诸如但不限于：防霉性、更好的流动性和流平性以及抗飞溅性。传统漆配制物中常用的添加剂包括流变改性剂、表面活性剂、消泡剂、聚结剂和杀生物剂。其他众多的添加剂在本领域中是众所周知的，并且可以根据需要用于配制具有所需性质的漆。
关于任何漆组合物，本领域已知用于生产具有各种类型的光泽即“光亮”或光泽度的漆的各种技术。例如，通过逐渐增加颜料水平和/或通过使用较大的颜料颗粒，可以实现各种光泽度，包括但不限于无光、缎光和半光。
添加到漆组合物中以用于改善粘附性的共聚物配制物
根据本公开的实施方案，可以将各种共聚物配制物添加到上述任何漆组合物中，以用于改善漆组合物对上述金属基材的粘附性的目的。共聚物配制物优选地以乳液，特别是水包油乳液的形式提供。因此，对任何共聚物的描述应理解为包括其以乳化形式的用途。各种共聚物配制物尤其包括以下这些。
(1)活性固体为38.5％-41.4％且粘度小于或等于约100cp(25℃下的布氏粘度)的乙烯-丙烯酸共聚物的水包油乳液。该共聚物配制物可从Honeywell International Inc.以
Figure BDA0002407050040000051
3050获得。(2)活性固体为约25％-60％且在25℃下的粘度在约50cp至约100cp范围内(25℃下的布氏粘度)的高密度氧化聚乙烯的水包油乳液。该共聚物配制物可从Honeywell International Inc.以
Figure BDA0002407050040000052
1020获得。
以乳液形式制备的乙烯-丙烯酸(E/AA)共聚物：(1)梅特勒滴点为92℃(ASTM D-3954)、硬度为8.0dmm(ASTM D-5)、密度为0.93g/cm3(ASTM D-1505)、140℃下的粘度为600cps(Brookfield Thermosel)且酸值为120的乙烯-丙烯酸共聚物，其中AA含量为约15％(ASTM D-1386)。该共聚物可从Honeywell International Inc.以
Figure BDA0002407050040000053
5120获得。(2)梅特勒滴点为92℃(ASTM D-3954)、硬度为7.0dmm(ASTM D-5)、密度为0.93g/cm3(ASTM D-1505)、140℃下的粘度为1100cps(Brookfield Thermosel)且酸值为135的乙烯-丙烯酸共聚物，其中AA含量为约17％(ASTM D-1386)。该共聚物可从Honeywell International Inc.以
Figure BDA0002407050040000054
5135获得。(3)梅特勒滴点为90℃(ASTM D-3954)、硬度为10.0dmm(ASTM D-5)、密度为0.93g/cm3(ASTM D-1505)、140℃下的粘度为1000cps(Brookfield Thermosel)且酸值为150的乙烯-丙烯酸共聚物，其中AA含量为约19％(ASTM D-1386)。该共聚物可从Honeywell International Inc.以
Figure BDA0002407050040000055
5150获得。(4)梅特勒滴点为76℃(ASTM D-3954)、硬度为50.0dmm(ASTM D-1321)、密度为0.93g/cm(ASTM D-1505)、140℃下的粘度为625cps(Brookfield Thermosel)且酸值为185的乙烯-丙烯酸共聚物，其中AA含量为约23％(ASTM D-1386)。该共聚物可从Honeywell International Inc.以
Figure BDA0002407050040000056
5180获得。因此，通常，一些适用于本文的乙烯-丙烯酸共聚物合成蜡是梅特勒滴点为70℃至95℃(ASTM D-3954)、硬度为1.0至100dmm(ASTM D-5(或ASTM D-1321))、密度为0.91至0.95g/cm3(ASTMD-1505)、140℃下的粘度为500–1500cps(Brookfield Thermosel)、酸值为20至200(ASTMD-1386)的那些，其AA含量为5％–30％。
以乳液形式制备的丙烯-马来酸酐共聚物：可以以阴离子或非离子乳液形式提供的、ASTM D-5硬度小于0.5dmm、190℃下的粘度为350cp、梅特勒滴点为141℃且密度为0.94g/cm3的丙烯-马来酸酐共聚物。该共聚物配制物可从Honeywell International Inc.以
Figure BDA0002407050040000057
597P获得。
以乳液形式制备的低密度氧化乙烯-乙酸乙烯酯共聚物：可以阴离子或非离子乳液形式提供的、ASTM D-5硬度为5.0、140℃下的粘度为375cp、梅特勒滴点为99℃且密度为0.94g/cm3的氧化乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。该共聚物配制物可从HoneywellInternational Inc.以
Figure BDA0002407050040000061
645P获得。
将共聚物配制物添加到漆组合物中
根据本公开，将上述共聚物配制物添加到可以施加到金属基材上的上述漆组合物中。添加到漆组合物中的共聚物配制物的量可以基于与不包含共聚物的漆组合物的总重量相比所添加的共聚物固体的重量。在一些实施方案中，在此基础上，可添加约1％至约30％、或约2％至约25％、或约2％至约15％的共聚物配制物。在特定的示例中，在此基础上，该量可以是约2％、约5％、约10％或约15％中的任何一个，或前述值中的任何两个之间的任何范围。
可以使用任何合适的混合技术将共聚物配制物添加到漆组合物中，诸如低速至中速搅拌持续可在数分钟至数小时范围内但通常为约1分钟至约10分钟的时间段。进行混合的温度可以为大约室温(例如，约20℃)，并且不需要添加热量。
施加到金属基材上-测试
根据本公开的实施方案，可以将上述漆组合物和共聚物配制物的混合物施加到上述金属基材上。可以使用任何常规的湿膜施加技术来执行该施加过程，诸如刮涂棒、刷子、辊或喷雾器。
测试方案
以下测试方案用于制备本公开中列出的所有实施例：使用快速混合器(SpeedMixer)DAC 150FVZ-K将漆组合物和共聚物配制物混合三个周期，每两分钟间隔一次，总共六分钟。基于与不包含共聚物的漆组合物的总重量相比所添加的共聚物固体的重量，添加到漆组合物中的共聚物配制物的量在实施例与实施例之间不同，但是为2％、5％、10％或15％。测试了四种不同的共聚物：
Figure BDA0002407050040000062
597阴离子乳液(丙烯-马来酸酐共聚物)；
Figure BDA0002407050040000063
5150乳液(乙烯-丙烯酸共聚物)；
Figure BDA0002407050040000064
645乳液(低密度氧化乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)；
Figure BDA0002407050040000065
3050乳液(乙烯-丙烯酸共聚物)。
制作了光面铝和热浸镀锌钢的面板基材。在涂布之前，用溶剂油清洁每个面板基材。在涂布之前，让所有面板基材干燥一小时。然后用3密耳刮涂棒将面板基材涂上半光面漆和无光面漆。将面板基材干燥24小时，并记录干燥条件(64-69°F；49％-87％相对湿度)。在经涂布的面板基材干燥之后，使用剃刀刀片以交叉影线图案在水平和垂直方向划刻涂层。然后，使用Elcometer 99胶带(ASTM D-3359)，将胶带牢固地向下压在交叉影线部分上，并从各面板基材上一致地剥离。然后记录移除的漆的百分比，并与“对照”面板基材进行比较，该“对照”面板基材上已涂有相同的漆，但未添加任何共聚物配制物。
实施例1–镀锌钢、半光漆组合物
根据测试方案，将混合了各种共聚物配制物的半光漆施加到镀锌钢基材上。“对照”实施例(图1A)表现出48％的漆移除。具有2％、5％和10％的
Figure BDA0002407050040000071
3050的漆分别表现出4％、4％和8％的漆移除(图1B、图1C和图1D)。具有2％和5％
Figure BDA0002407050040000072
5150的漆分别表现出12％和8％的漆移除(图1E和图1F)。具有2％、5％、10％和15％阴离子
Figure BDA0002407050040000073
597P的漆分别表现出12％、4％、4％和4％的漆移除(图1G、图1H、图1I和图1J)。
实施例2–铝基材、半光漆组合物
根据测试方案，将混合了各种共聚物配制物的半光漆施加到镀锌钢基材上。“对照”实施例(图2A)表现出100％的漆移除。具有10％和15％
Figure BDA0002407050040000074
5150的漆分别表现出16％和4％的漆移除(图2B和图2C)。具有5％、10％和15％阴离子
Figure BDA0002407050040000075
597P的漆分别表现出25％、4％和4％的漆移除(图2D、图2E和图2F)。
实施例3–镀锌钢基材、无光漆组合物
根据测试方案，将混合了各种共聚物配制物的无光漆施加到镀锌钢基材上。“对照”实施例(图3A)表现出96％的漆移除。具有2％、5％、10％和15％
Figure BDA0002407050040000076
5150的漆分别表现出20％、32％、12％和4％的漆移除(图3B、图3C、图3D、图3E)。具有2％、5％和15％阴离子
Figure BDA0002407050040000077
597P的漆分别表现出60％、24％和4％的漆移除(图3F、图3G和图3H)。
实施例4–铝基材、无光漆组合物
根据测试方案，将混合了各种共聚物配制物的无光漆施加到镀锌钢基材上。“对照”实施例(图4A)表现出100％的漆移除。具有10％和15％
Figure BDA0002407050040000078
5150的漆分别表现出8％和4％的漆移除(图4B和图4C)。具有5％、10％和15％阴离子
Figure BDA0002407050040000081
597P的漆分别表现出28％、8％和4％的漆移除(图4D、图4E和图4F)。
因此，本公开提供了可以添加到各种漆组合物中以用于改善此类组合物对金属基材的粘附性的共聚物配制物。虽然在本发明主题的前述具体实施方式中已呈现了至少一个示例性实施方案，但是应当理解存在大量的变型形式。还应当理解，一个示例性实施方案或多个示例性实施方案仅是示例，并且不旨在以任何方式限制本发明主题的范围、适用性或配置。相反，前述具体实施方式将为本领域的技术人员提供一种用于实现本发明主题的示例性实施方案的便利路线图。应当理解，在不脱离如所附权利要求书中阐述的本发明主题的范围的情况下，可对示例性实施方案中描述的元件的功能和布置进行各种改变。

Claims (20)

1.一种用于施加到金属基材上的漆组合物，其中所述漆组合物包含一定量的共聚物乳液配制物以用于改善所述漆组合物对所述金属基材的粘附性。
2.根据权利要求1所述的漆组合物，其中所述漆组合物选自：半光面漆或无光面漆。
3.根据权利要求1所述的漆组合物，其中所述金属基材选自：铝或镀锌钢。
4.根据权利要求1所述的漆组合物，其中所述共聚物乳液配制物包含乳化形式的乙烯/丙烯酸共聚物。
5.根据权利要求1所述的漆组合物，其中所述共聚物乳液配制物包含乳化形式的高密度氧化聚乙烯共聚物。
6.根据权利要求1所述的漆组合物，其中所述共聚物乳液配制物包含乳化形式的丙烯-马来酸酐共聚物。
7.根据权利要求1所述的漆组合物，其中所述共聚物乳液配制物包含乳化形式的低密度氧化乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
8.根据权利要求1所述的漆组合物，其中与不包含所述共聚物乳液配制物的漆组合物的总重量相比，基于所述共聚物乳液配制物的干燥聚合物固体重量，所述共聚物乳液配制物的量为约1％至约30％。
9.根据权利要求1所述的漆组合物，其中与不包含所述共聚物乳液配制物的漆组合物的总重量相比，基于所述共聚物乳液配制物的干燥聚合物固体重量，所述共聚物乳液配制物的量为约2％至约15％。
10.一种用于改善漆组合物对金属基材的粘附性的方法，其中所述方法包括以下步骤：
向所述漆组合物中添加一定量的共聚物乳液配制物；以及
将其中添加了所述共聚物乳液配制物的所述漆组合物施加到所述金属基材上。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述漆组合物选自：半光面漆或无光面漆。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述金属基材选自：铝、钢或镀锌钢。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述共聚物乳液配制物包含乳化形式的乙烯/丙烯酸共聚物。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述共聚物乳液配制物包含乳化形式的高密度氧化聚乙烯共聚物。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述共聚物乳液配制物包含乳化形式的丙烯-马来酸酐共聚物。
16.根据权利要求10所述的方法，其中所述共聚物乳液配制物包含乳化形式的低密度氧化乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
17.根据权利要求10所述的方法，其中与不包含所述共聚物乳液配制物的漆组合物的总重量相比，基于所述共聚物乳液配制物的干燥聚合物固体重量，所述共聚物乳液配制物的量为约1％至约30％。
18.根据权利要求10所述的方法，其中与不包含所述共聚物乳液配制物的漆组合物的总重量相比，基于所述共聚物乳液配制物的干燥聚合物固体重量，所述共聚物乳液配制物的量为约2％至约15％。
19.一种其上施加了漆组合物的金属基材，其中所述漆组合物包含一定量的共聚物乳液配制物以用于改善所述漆组合物对所述金属基材的粘附性。
20.根据权利要求19所述的金属基材，其中与不包含所述共聚物乳液配制物的漆组合物的总重量相比，基于所述共聚物乳液配制物的干燥聚合物固体重量，所述共聚物乳液配制物的量为约1％至约30％。
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