Вододиспергируемый полимер и способ его получения

Вододиспергируемый полимер и способ его получения

Реферат

 

Изобретение относится к вододиспергируемым полимерам и способу его получения, которые являются основной композицией для покрытий, обладающих повышенной коррозионной стойкостью. Вододиспергируемый полимер получают взаимодействием а) эпоксисоединения, содержащего около двух эпоксигрупп, такого, как эпоксисмола; в) соединения, содержащего i) сопряженные углерод-углеродные двойные связи или углерод-углеродную тройную связь и ii) остаток, способный к взаимодействию с эпоксигруппой, такой, как сорбиновая кислота; с) акриловых мономеров, по крайней мере, часть из которых является способной придавать полимеру вододиспергируемость, таких, как акриловая кислота, где эпоксичасть (а) полимера ковалентно связывается с заполимеризованной акриловой частью (с) с помощью соединения (в). Покрытия на основе композиций, содержащих вододиспергируемый полимер, имеют превосходные гибкость, адгезию к металлическому субстрату и повышенную коррозионную стойкость. 2 с. и 16 з. п.ф-лы, 2 табл.

Настоящее изобретение относится к вододиспергируемым полимерам и композициям для покрытия металлических субстратов, содержащим вододиспергируемые полимеры. Композиции для покрытия включают вододиспергируемый полимер, нестойкое основание, отверждающий агент и носитель, включающий воду и летучий органический растворитель. Вододиспергируемый полимер готовится из а) эпокси соединения, содержащего около двух эпокси групп, б) сшивающего соединения, содержащего i) сопряженные углерод-углеродные двойные связи или углерод-углеродные тройные связи и достаток, способный к взаимодействию с эпокси группой, и с) акриловых мономеров, где эпокси часть (а) полимера ковалентно связывается с заполимеризованной акриловой частью (с) с помощью сшивающего соединения (б).

Уровень техники Хорошо известно, что водный раствор при контакте с необработанным металлическим субстратом может приводить к коррозии необработанного металлического субстрата. Поэтому металлические изделия, такие, как металлические контейнеры для продуктов на водной основе, подобных пищевым продуктам или напиткам, выполняются коррозионно устойчивыми для того, чтобы замедлить или исключить взаимодействия между продуктом на водной основе и металлическим изделием. Обычно, коррозионная устойчивость придается металлическому изделию или металлическому субстрату, в основном, за счет пассивирования металлического субстрата или за счет покрытия металлического субстрата коррозионно ингибирующим покрытием.

Исследователи постоянно обращали внимание на создание улучшенных композиций для покрытия, которые снижают или исключают коррозию металлического изделия и не оказывают вредного влияния на продукты на водной основе, упакованные в металлические изделия. Например, исследователи обращали внимание на улучшение герметичности покрытия для того, чтобы предотвратить ионы, вызывающие коррозию, молекулы кислорода и молекулы воды от контактирования и взаимодействия с металлическим субстратом. Герметичность может быть улучшена за счет ухудшения обеспечения более толстого и более гибкого и более адгезивного покрытия, но часто, улучшение одной конкретной преимущественной характеристики покрытия достигается за счет другой преимущественной характеристики покрытия.

Кроме того, практические соображения ограничивают толщину, адгезионные свойства и гибкость покрытия, применяемого к металлическому субстрату. Например, толщина покрытий является дорогостоящей, требует более продолжительного времени отверждения, может быть эстетически неприятной и может вредно влиять на процесс штамповки и формования покрытого металлического субстрата в полезное металлическое изделие. Аналогично, покрытие должно быть достаточно гибким, таким, чтобы непрерывность покрытия не нарушалась в процессе штамповки и формования металлического субстрата в желаемую форму металлического изделия.

Исследователи также обращали внимание на создание покрытий, которые обладали химической стойкостью дополнительно к ингибированию коррозии. Пригодное покрытие для внутренней части металлического контейнера должно быть способно противостоять сольватирующим свойствам продукта, упакованного в металлический контейнер. Если покрытие не обладает достаточной химической стойкостью, компоненты покрытия могут экстрагироваться в упакованный продукт и оказывать вредное влияние на продукт. Даже небольшое количество экстрагированных компонентов покрытия могут оказывать вредное влияние на чувствительные продукты, подобные пиву, за счет придания нежелательного вкуса продукту.

Обычно, для обеспечения отвержденных покрытий, обладающих превосходной химической стойкостью, использовали композиции для покрытия на основе органического растворителя. Такие композиции на основе растворителя включают ингредиенты, которые по своей природе являются водонерастворимыми и, тем самым, эффективно сопротивляются сольватирующим свойствам продуктов на водной основе, упакованным в металлический контейнер. Однако, когда речь идет об окружающей среде и токсикологических задачах, и для того чтобы соответствовать повышенным жестким законодательным требованиям, увеличивающееся количество композиций для покрытия создается на водной основе. Композиции для покрытия на водной основе включают ингредиенты, которые являются водорастворимыми или вододиспергируемыми и, поэтому, отвержденные покрытия, получающиеся из композиций для покрытия на водной основе, часто являются более восприимчивыми к сольватирующим свойствам воды.

Покрытия на основе эпокси соединений и покрытия на основе поливинилхлорида использовали для покрытия внутренней части металлических контейнеров для пищевых продуктов и напитков из-за того, что эти покрытия проявляли приемлемую комбинацию адгезии к металлическому субстрату, гибкости, химической стойкости и ингибирования коррозии. Однако, покрытия на основе эпокси соединений и покрытия на основе поливинилхлорида обладают серьезными недостатками, которые исследователи еще пытаются преодолеть.

Например, покрытия на основе поливинилхлорида или родственных галоид-содержащих виниловых полимеров, подобных поливинилиденхлориду, обладают вышеперечисленными преимущественными свойствами химической стойкости и ингибирования коррозии и являются экономичными. Однако, отверждение поливинилхлорида или родственного галоид-содержащего винилового полимера может генерировать токсичные мономеры, такие, как винилхлорид, известный канцероген. Кроме того, захоронение галоид- содержащего винилового полимера, такое, как сжигание, также может генерировать токсичные мономеры. Генерированный винилхлорид, тем самым создает потенциальную опасность для рабочих на заводах, производящих металлические контейнеры, на заводах по переработке продуктов и упаковке и в местах захоронения. Захоронение поливинилхлорида и родственных полимеров может также продуцировать канцерогенные диоксины и опасную для окружающей среды хлористоводородную кислоту. Поэтому действуют законодательные акты для исключения использования композиций для покрытия на основе поливинилхлорида, которые контактируют с пищевыми продуктами, и тем самым эти правила исключают опасность для окружающей среды и здоровья, связанную с галоид-содержащими виниловыми полимерами.

Для преодоления этой опасности, касающейся окружающей среды, недавно использовали для покрытия внутренней части контейнеров пищевых продуктов и напитков композиции на основе эпокси содержащих соединений. Однако, покрытия на основе эпокси содержащих соединений также обладают недостатками. Например, композиции для покрытия на основе эпокси содержащих соединений являются более дорогими, чем композиции для покрытия на основе поливинилхлорида.

Различные патенты раскрывают водоустойчивые (waterborne) композиции для покрытия металлических контейнеров. В общем, ранее известные патенты раскрывают композиции для покрытия, включающие водоустойчивые термореактивные смолы для применения в качестве контейнерных покрытий. Термореактивные смолы могут быть сгруппированы со сшивающим агентом для обеспечения получения сшитых пленок в процессе отверждения, что показало стойкость отвержденного покрытия на воздействие органических растворителей, таких, как метилэтилкетон. Отвержденные термореактивные смолы часто не дают достаточной гибкости для применения их в качестве контейнерных покрытий.

Недавно было раскрыто применение водоустойчивых фенокси смол в качестве покрытий для металлических контейнеров. Эти водоустойчивые фенокси смолы являются высокомолекулярными термопластичными смолами, которые являются трудными для производства и являются слишком дорогими для практического промышленного применения. Кроме того, из-за того, что эти фенокси смолы являются термопластичными смолами, отвержденные покрытия, полученные из них, не обладают сопротивлением к органическим растворителям, хотя отвержденные покрытия часто обеспечивают достаточные барьерные свойства композиций на водной основе для применения их в качестве контейнерных покрытий.

Исследователи поэтому обратили внимание на водоустойчивую композицию для покрытия внутренней части пищевых контейнеров и контейнеров для напитков, которая сохраняет преимущественные свойства адгезии, гибкости, химической стойкости и ингибирования коррозии и, таким образом, является экономичной и не оказывает вредного воздействия на пищевые продукты и напитки, упакованные в контейнер.

Исследователи предпочитают термореактивную композицию для покрытия, потому что такие композиции являются более легкими в обработке и обеспечивают лучшую химическую устойчивость, чем термопластичные композиции для покрытия. Термореактивная композиция для покрытия также требует сшивающего агента, обычно фенольную смолу, аминопласт или аналогичную смолу, для того, чтобы обеспечить отвержденное покрытие, имеющее достаточный молекулярный вес.

Прежние исследователи изучили водоустойчивые композиции на основе эпокси смолы для применения к металлическим субстратам. Многие из этих исследователей рассматривали водные композиции на основе эпокси смол, которые обеспечивают достаточную гибкость отвержденному покрытию, так что покрытый металлический субстрат может быть деформирован без разрушения непрерывности пленки. Часто, обычные эпокси смолы обеспечивают жесткую отвержденную пленку, тем самым делая ее трудной в применении и непригодной для покрытия металлического субстрата до деформирования, т.е. формования металлического субстрата в металлическое изделие, подобное металлическому контейнеру. Покрытие металлического субстрата до формования является обычной промышленной практикой.

Например, Johnson et al., Патент США 4954553 раскрывают водную композицию для покрытия, включающую фенокси смолу, несущую карбоксильную группу, и смолу, которая является мягкой по сравнению с фенокси смолой, подобно полиэфиру. Фенокси смола, несущая карбоксильную группу, готовится прививкой этиленовых ненасыщенных мономеров к фенокси смоле. Композиция для покрытия обеспечивает гибкие отвержденные покрытия. Fan в Патентах США 4355122 и 4374875 раскрывает водоустойчивую фенольную композицию, где этиленовый ненасыщенный мономер, включающий карбоксильную группу, прививается на фенокси смолу с помощью стандартных способов радикальной полимеризации, затем карбоксильные группы нейтрализуются основанием.

Chu et al. Патент США 4446258 раскрывают водную композицию для покрытия, включающую: (1) нейтрализованный продукт реакции эпокси смолы с предварительно полученным полимером присоединения, содержащим карбоксильные группы, и (2) акриловый или виниловый полимер, который готовится либо in situ, либо добавлением к композиции, и который отличается от предварительно полученного полимера присоединения.

Evans et al., Патент США 4212781 раскрывают прививку акрилового мономера или мономерной смеси к эпокси смоле для получения полимерной смеси, включающей непрореагировавшую эпокси смолу, акриловую смолу и привитой полимер акриловой смолы и эпокси смолы. Steinmetz в Патенте США 4302373 раскрывает водоустойчивую композицию для покрытия, состоящую, в основном, из нейтрализованного продукта реакции модифицированного полиэпоксида (например, сложного эфира или простого эфира) или фенольного и карбокси-функционального полимера.

Patel в Патенте США 4963602 раскрывает водную композицию для покрытия, включающую эпокси смолу, акриловую смолу, фенокси смолу, новолачную смолу и резольную смолу. Wu et al., в Патентах США 3943187 и 3997694 раскрывают композицию для покрытия на основе органического растворителя, состоящую, в основном, из смеси акрилового полимера, содержащего жесткий и мягкий сегменты и эпокси смолы. Salensky в Патенте США 4638038 раскрывает модифицированную фенокси смолу, где ангидриды или поликарбоновые кислоты прививаются на фенокси смолу. Spenser в Патенте США 5296525 раскрывает (а) продукт реакции эпокси смолы с мономером, имеющим ненасыщенные группы, (б) где продукт реакции (а) затем взаимодействует с предварительно полученным карбокси-функциональным полимером и третичным амином, (с) вслед за взаимодействием продукта реакции (б) с ненасыщенными мономерами при эмульсионной полимеризации.

Другие патенты, которые раскрывают эпокси смолы, смешанные с акриловыми смолами, или содержащие привитые на них акриловые смолы, включают Matthews et al., Патент США 4247439; Evans et al., Патент США 4308185; Wu, Патент США 4021396; McCarty, Патент США 4444923; Brown et al., Патент США 4585813; Ting et al., Патент США 4480058.

Публикации, раскрывающие композиции для покрытия на водной основе, которые включают эпокси смолу и акриловую смолу, включают: J. T. K. Woo et al., "Синтез и свойства водоразбавляемых привитых эпокси сополимеров", J. Coat. Tech. 54 (1982), pp.41-45; и R.N. Johnson et al., "Водоустойчивые фенокси смолы для покрытий с низкой величиной VOC с превосходной ударной вязкостью, гибкостью и адгезией", представленные на Симпозиуме по водоустойчивым и высокотвердым покрытиям, февраль 3-5, 1988 г. в Новом Орлеане, LA.

Вышеуказанные патенты и публикации раскрывают водоустойчивые композиции для покрытия, влючающие эпокси смолу и акриловую смолу. Патенты и публикации не раскрывают водоустойчивую композицию для покрытия, содержащую вододиспергируемый полимер, который содержит эпокси смолу, ковалентно связанную с акриловой смолой за счет сшивающего соединения, содержащего углерод-углеродные двойные связи или тройную связь.

Настоящие композиции для покрытия после отверждения демонстрируют: (1) превосходную гибкость; (2) превосходную адгезию; (3)превосходную химическую стойкость и ингибирование коррозии.

Сущность изобретения.

Настоящее изобретение направлено на создание водоустойчивых композиций для покрытия, которые после отверждения эффективно ингибируют коррозию металлического субстрата; не оказывают вредного влияния на продукты, упакованные в контейнер, имеющий внутреннюю поверхность, покрытую отвержденной композицией; и показывают превосходную гибкость, химическую стойкость и адгезию. Композиции для покрытия эффективно ингибируют коррозию железных и нежелезных металлических субстратов, когда композиция применяется для поверхности металлического субстрата, затем отверждается в течение достаточного промежутка времени и при температуре, достаточной для обеспечения сшитого покрытия. Композиция для покрытия согласно настоящему изобретению может быть использована и на внутренней и на внешней частях днищ контейнеров и на корпусах контейнеров и на металлических перегородках для пищевых контейнеров.

Композиция для покрытия согласно настоящему изобретению преодолевает недостатки, связанные с ранее известными композициями для покрытия на основе эпокси смол, и включает: (а) вододиспергируемый полимер, приготовленный из i) эпокси соединения, содержащего около двух эпокси групп, подобных эпокси смоле; ii) сшивающего соединения, имеющего A) либо сопряженные углерод-углеродные двойные связи, либо углерод-углеродные тройные связи, и В) остаток, способный взаимодействовать с эпокси группой; и iii) акриловых мономеров, по крайней мере, часть из которых является способной к превращению полимера в вододиспергируемый, где полимер содержит, по крайней мере, одну эпокси группу и эпокси часть i) полимера, который ковалентно связывается с заполимеризованной частью акрилового мономера iii) за счет сшивающего соединения ii); (б) неустойчивое основание, подобное третичному амину; (с) отверждающий агент; и (д) носитель, включающий воду и летучий органический растворитель.

В частности, настоящая композиция для покрытия включает: а) от около 5 вес.% до около 60 вес.% нелетучего материала, вододиспергируемого полимера; б) достаточное количество неустойчивого основания для превращения вододиспергируемого полимера; и с) от около 0.5 вес.% до около 25 вес.% нелетучего материала, отверждающего агента, подобного фенольной смоле или аминопласту.

Вододиспергируемый полимер, введенный в композицию для покрытия, готовится из i) эпокси соединения, ii) сшивающего соединения, содержащего остаток активированной ненасыщенной углерод-углеродной связи и остаток, способный взаимодействовать с эпокси группой, и iii) акриловых мономеров, по крайней мере, некоторые из которых являются способными к превращению полимера в вододиспергируемый. Термин "остаток активированной ненасыщенной углерод-углеродной связи", как он использован здесь и повсюду в описании, определяется либо как сопряженные углерод-углеродные двойные связи, либо как углерод-углеродная тройная связь.

Эпокси соединение содержит около двух эпокси групп, т.е. от около 1.5 до около 2.5 эпокси групп на молекулу эпокси соединения, и эпокси эквивалентный вес (EEW) от около 180 до около 20000 и присутствует в количестве от около 5 вес. % до около 95 вес.% полимера. Сшивающее соединение, содержащее остаток активированной ненасыщенной углерод-углеродной связи и остаток, способный к взаимодействию с эпокси группой, присутствует в количестве, достаточном для взаимодействия, по крайней мере, с около 1% (т.е. около 1% или более) и вплоть до около 50% эпокси групп, обеспеченных эпокси соединением. Или же установлено, что сшивающее соединение присутствует в количестве от около 0.1 вес.% до около 5 вес.% от эпокси соединения, или от около 0.003 вес.% до около 4 вес.% от вододиспергируемого полимера.

Заполимеризованные акриловые мономеры составляют в количестве от около 5 вес. % до около 95 вес.% полимера. По крайней мере, 5 вес.% заполимеризованных акриловых мономеров содержат остаток, подобный карбоновой кислоте или амидному остатку, который превращает полимер в вододиспергируемый. Полимер содержит от около 0.25 вес.% до около 20 вес.% заполимеризованных акриловых мономеров, содержащих остаток, способный придавать вододиспергируемость. Часть заполимеризованного акрилового мономера в полимере также может включать от 0 вес.% до вплоть 95 вес.% виниловых мономеров, подобных стиролу. Часть заполимеризованного акрилового мономера в полимере также может включать от 0 вес.% вплоть до около 3 вес.% мономеров, содержащих более чем одну винильную группу, подобных дивинилбензолу.

Вододиспергируемый полимер поэтому имеет общую структурную формулу: E-L-A, где E является частью эпокси смолы полимера, L является сшивающей частью полимера, и A является заполимеризованной акриловой частью полимера. Полимер превращается в вододиспергируемый путем добавления основания, например, неустойчивого основания, к полимеру.

Эпокси часть вододиспергируемого полимера обеспечивает адгезию, а сшивание обеспечивает способность к сопротивлению царапанию, и обеспечивает химическую и коррозионную устойчивость. Акриловая часть вододиспергируемого полимера обеспечивает свойства текучести, смачиваемости и твердости и обеспечивает гидрофильность, которая является необходимой для диспергирования вододиспергируемого полимера в воде. Сшивание эпокси и акриловой частей обеспечивает увеличенную гибкость и свойства устойчивости в вододиспергируемом полимере. Вододиспергируемый полимер, поэтому, показывает превосходную гибкость и формуемость, требуемые для покрытия контейнера, и показывает улучшенные свойства химической стойкости.

Компоненты от (а) до (с) композиции для покрытия диспергируются в водном носителе, таком, что композиция для покрытия включает от около 5 вес.% до около 50 вес.%, и предпочтительно, от около 10 вес.% до около 50 вес.% нелетучих компонентов от общей композиции. Другие необязательные компоненты, такие, как пигмент, наполнитель, или добавка для увеличения эстетичности композиции или перерабатываемости, также могут быть включены в композицию и соответственно увеличивать весовое процентное содержание общего нелетучего материала в композиции выше чем около 60 вес.% от общей композиции для покрытия. Носитель композиции для покрытия также включает летучий органический растворитель для облегчения диспергирования или эмульгирования ингредиентов композиции или для улучшения применения композиции для покрытия субстрата. Композиция для покрытия обычно включает от около 15 вес.% до около 35 вес.% летучего органического растворителя.

Термин "композиции для покрытия", как он использован здесь и далее, определяется как композиция для покрытия, включающая вододиспергируемый полимер, неустойчивое основание, отверждающий агент и любые другие необязательные ингредиенты, диспергированные в носителе. Термин "отвержденная композиция для покрытия" определяется как адгезивное полимерное покрытие, получающееся при отверждении композиции для покрытия.

Композиция для покрытия, после применения к металлическому субстрату и последующего отверждения при достаточной температуре в течение достаточного промежутка времени, обеспечивает адгезивный слой отвержденной композиции для покрытия, который эффективно ингибирует коррозию; показывает превосходную гибкость и адгезию к металлическому субстрату; и не оказывает вредного влияния на продукт, подобный пищевому продукту или напитку, который контактирует с отвержденной композицией для покрытия. Из-за этих преимущественных свойств, отвержденная композиция для покрытия может быть использована для покрытия внутренней части контейнеров для пищевых продуктов и напитков и устранения недостатков, связанных с обычными композициями на основе поливинилхлорида и композиций на основе эпокси соединений. Отвержденная композиция для покрытия включает вододиспергируемый полимер и отверждающий агент. Эти ингредиенты присутствуют в композиции для покрытия в достаточном количестве, выраженном в виде нелетучего материала. Неустойчивое основание исключается или удаляется из композиции для покрытия в процессе цикла отверждения.

В соответствии с другим важным аспектом настоящего изобретения, отвержденная композиция для покрытия демонстрирует превосходную гибкость, устойчивость к продукту и адгезию к металлическому субстрату, по сравнению с прежними покрытиями на основе эпокси/акриловой смолы. Превосходная адгезия отвержденной композиции для покрытия к металлическому субстрату улучшает коррозионно-ингибирующие свойства композиции для покрытия. Превосходная гибкость отвержденной композиции для покрытия облегчает переработку покрытого металлического субстрата в покрытое металлическое изделие, подобную процессу формования или штамповки, так что отвержденная композиция для покрытия остается в постоянном и тесном контакте с металлическим субстратом. Отвержденная композиция для покрытия также показывает превосходную химическую стойкость, являясь достаточно твердой для сопротивления царапанию и не оказывает вредного влияния на пищевой продукт и напиток, упакованные в контейнер, имеющий внутреннюю поверхность, покрытую отвержденной композицией для покрытия.

В соответствии с другим важным аспектом настоящего изобретения, композиция для покрытия обеспечивает отвержденную композицию для покрытия, которая преодолевает недостатки ранее известных покрытий на основе эпокси/акриловых смол и обычных покрытий на основе поливинилхлорида, используемых для покрытия внутренней поверхности контейнеров для пищевых продуктов и напитков. Кроме того, настоящая композиция для покрытия может быть использована и для внутренней и для внешней части корпусов контейнеров и днищ контейнеров и для перегородок, тем самым устраняя необходимость для производителя контейнеров в применении многочисленных композиций для покрытия.

Эти и другие аспекты и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из следующего детального описания предпочтительных вариантов.

Детальное описание предпочтительных вариантов Композиции для покрытия согласно настоящему изобретению после отверждения обеспечивают отвержденные композиции для покрытия, которые эффективно ингибируют коррозию металлических субстратов, таких, как алюминий, железо, сталь и медь, но не ограничиваются ими. Отвержденные композиции для покрытия после отверждения также демонстрируют превосходную адгезию к металлическому субстрату, превосходную химическую стойкость и стойкость к царапанию, и превосходную гибкость.

В общем, композиция для покрытия согласно настоящему изобретению включает: (а) вододиспергируемый полимер; (б) неустойчивое основание; (с) отверждающий агент в (д) носителе, включающем воду и органические растворители. Кроме того, композиции для покрытия по настоящему изобретению могут включать необязательные ингредиенты, подобные смазкам, улучшают эстетический вид композиции, которые улучшают переработку композиции или которые улучшают функциональное свойство композиции. Индивидуальные ингредиенты композиции описываются более детально ниже.

(а) Вододиспергируемый полимер.

Вододиспергируемый полимер готовится из (i) эпокси соединения, имеющего две эпокси группы, (ii) сшивающего соединения, содержащего остаток активированной ненасыщенной углерод-углеродной связи и остаток, способный к взаимодействию с эпокси группой, и (iii) акриловых мономеров, по крайней мере, часть из которых является способной к превращению полимера в вододиспергируемый. Сшивающее соединение (ii) обеспечивает ковалентную связь между эпокси соединением (i) и заполимеризованными акриловыми мономерами (iii).

В соответствии с важным аспектом настоящего изобретения, вододиспергируемый полимер присутствует в композиции для покрытия в количестве от около 5 вес.% до около 60 вес.%, и предпочтительно, от около 10 вес.% до около 50 вес.% нелетучего материала.

Как продемонстрировано ниже, эпокси часть вододиспергируемого полимера обеспечивает адгезионные свойства и химическую стойкость и сопротивление царапанию для отвержденной композиции для покрытия. Акриловая часть вододиспергируемого полимера обеспечивает функциональность, необходимую для диспергирования полимера в воде, а также придает свойства текучести, твердости и смачиваемости. Гибкость и химическая стойкость отвержденной композиции для покрытия улучшается по сравнению с ранее известными композициями на основе эпокси/акрилата из-за того, что в композиции для покрытия присутствует вододиспергируемый полимер, содержащий ковалентно связанные эпокси и акриловые части. Отвержденная композиция для покрытия показывает преимущественные свойства по сравнению с комбинацией эпокси смолы и акриловой смолы, с дополнительным преимуществом в том, что эпокси и акриловая части полимера являются ковалентно связанными.

Гибкость отвержденной композиции для покрытия является важной чертой из-за того, что композиция для покрытия может быть затем применена к металлическому субстрату и отверждена до превращения металлического субстрата в металлическое изделие, такое, как днище контейнера, корпус контейнера или перегородка. Гибкость, придаваемая отвержденной композиции для покрытия, решает проблемы жесткости, связанные с прежними композициями на основе эпокси смол. Химическая стойкость и устойчивость к царапанию отвержденной композиции для покрытия являются важными свойствами по отношению к сопротивлению царапанию отвержденной композиции для покрытия в процессе производства металлического изделия и сопротивлению коррозионным эффектам материалов, упакованных в металлическое изделие.

Вододиспергируемый полимер готовится из эпокси соединения, сшивающего соединения и акриловых мономеров. Эти компоненты взаимодействуют для обеспечения вододиспергируемости полимера, имеющего величину EEW от около 360 до около 20000, и, предпочтительно, от около 1000 до около 12000. Вододиспергируемый полимер имеет средневесовой молекулярный вес (М_w) от около 35000 до около 7500 и, предпочтительно, от около 45000 до около 65000; и среднечисленный молекулярный вес (М_n) от около 6000 до около 25000 и, предпочтительно, от около 7000 до около 16000.

Индивидуальные компоненты вододиспергируемого полимера описываются более детально ниже.

(i) Эпокси соединение, содержащее около двух эпокси групп.

Эпокси соединение, содержащее около двух эпокси групп, присутствует в количестве от около 5 вес.% до около 95 вес.% и предпочтительно, от около 10 вес.% до около 90 вес.% вододиспергируемого полимера. Для достижения полного преимущества настоящего изобретения, эпокси соединение присутствует в количестве от около 15 вес.% до около 85 вес.% вододиспергируемого полимера.

В процессе приготовления вододиспергируемого полимера, часть эпокси групп, обеспеченных эпокси соединением, расходуется в реакции со сшивающим соединением. Однако, как обсуждается ниже, эпокси соединение после модификации реакцией со сшивающим соединением содержит, по крайней мере, одну эпокси группу.

Эпокси соединение содержит в среднем от около 1.5 до около 2.5 эпокси групп на молекулу эпокси соединения. Если среднее количество эпокси групп превышает около 2.5, избыточное сшивание композиции может приводить к отвержденному покрытию, которое является слишком жестким или хрупким. Эпокси соединение имеет величину EEW от около 180 до около 20000 и, предпочтительно, от около 1000 до около 12000. Для достижения полного преимущества настоящего изобретения, эпокси соединение имеет величину EEW от около 2000 до около 8500.

Эпокси соединение придает химическую стойкость и устойчивость к царапанию отвержденной композиции для покрытия. Если эпокси соединение присутствует в количестве ниже чем около 5 вес.% от вододиспергируемого полимера, отвержденная композиция для покрытия растрескивается и может образовывать трещины или терять адгезию в процессе производства металлического изделия. Кроме того, сшиваемые остатки присутствуют в недостаточном количестве для достижения соответствующего отверждения покрытия. Если эпокси содержащее соединение присутствует в количестве выше чем около 95 вес.% от вододиспергируемого полимера, отвержденная композиция для покрытия не обладает достаточными свойствами текучести и смачиваемости и диспергирование полимера в воде в сильной степени затрудняется. Внутри пределов указанных выше весов, отвержденная композиция для покрытия является достаточно гибкой для того, чтобы позволить деформацию отвержденной композиции для покрытия без образования трещин, и является достаточно твердой для проявления превосходной химической стойкости и устойчивости к царапанию.

Эпокси соединения, содержащие около двух эпокси групп, обычно являются линейной эпокси смолой, обрывающейся на каждом конце молекулы смолы эпокси группой. Поэтому эпокси соединения, содержащие около двух эпокси групп, содержат в среднем от около 1.5 до около 2.5 эпокси групп на молекулу эпокси соединения.

Эпокси соединение может быть алифатическим эпокси соединением или ароматическим эпокси соединением. Предпочтительные эпокси соединения являются ароматическими, подобно эпокси смолам на основе диглицидилового эфира бисфенола A. Эпокси соединение имеет величину EEW от около 180 до около 20000 и, предпочтительно, от около 1000 до около 12000. Эпокси соединения имеют средневесовой молекулярный вес (М_w) от около 400 до около 50000. Эпокси соединение может быть использовано в его промышленно доступной форме или может быть приготовлено на основе преимущественно низкомолекулярного эпокси соединения с помощью стандартных способов, хорошо известных специалистам в этой области, например, обработкой эпокси соединения, имеющего величину EEW от около 180 до около 500 бисфенолом A с получением эпокси соединения, имеющего величину EEW от около 1000 до около 12000.

Примеры эпокси соединений включают, но не ограничиваются ими, DER 664, DER 667, DER 668 и DER 669, все доступные из Dow Chemical Co., Midland, Michigan, и EPON 1004, EPON 1007 и EPON 1009, все доступные из Shell Chemical Co. Houston, Texas. Пример эпокси соединения с низкой молекулярной массой, который используют в его промышленной форме или который может сочетаться с бисфенолом A, представляет EPON 828, доступный из Shell Chemical Co.

В общем, пригодные эпокси соединения представляют алифатические-, циклоалифатические- или ароматические эпокси смолы, такие, как, например, эпокси смолы, представленные структурной формулой I или II: где каждый A представляет независимо двухвалентную углеводородную группу, содержащую от 1 до около 12, предпочтительно, от 1 до около 6, и наиболее предпочтительно, от 1 до около 4, атомов углерода; каждый R представляет независимо водород или алкильную группу, содержащую от 1 до около 3 атомов углерода; каждый X представляет независимо водород, гидрокарбильную или гидрокарбилокси группу, содержащую от 1 до около 12, предпочтительно, от 1 до около 6, и наиболее предпочтительно, от 1 до около 4, атомов углерода, или атомов галоида, предпочтительно, хлора или брома; n равно 0 или 1 и n' имеет среднюю величину от 0 до около 150, и предпочтительно, от 0 до около 100.

В частности, предпочтительными эпокси смолами являются (диглицидиловый эфир/бисфенол-A) смолы, т.е. полиэфирные диэпоксиды, приготовленные за счет полимерного присоединения бисфенола-A (III) и диглицидилового эфира бисфенола-A (IV).

Диглицидиловый эфир может быть предварительно получен за счет взаимодействия двух молекул эпихлоргидрина с одной молекулой бисфенола-A в присутствии основания, такого, как гидроксид натрия. Предпочтительно, однако, эту реакцию проводят таким образом, что образующиеся молекулы диглицидилового эфира взаимодействуют in situ с молекулами бисфенола-A с образованием эпокси смол.

В этом случае, эпокси смола является смесью, включающей полимерные образцы, соответствующие различным величинам n' в следующей идеализированной формуле V: где n' представляет число, равное от 0 до около 150.

Дополнительно к бисфенолу-A, полезные эпокси смолы могут быть приготовлены за счет взаимодействия приводимого ниже диглицидилового эфира бисфенола-A с приведенными ниже, но не ограничивающими бисфенолами: Другие эпокси смолы, которые могут быть использованы в качестве компонента вододиспергируемого полимера, готовятся из следующих исходных эпокси-содержащих материалов. Эти эпокси- содержащие материалы взаимодействуют с бисфенолом-A или другим бисфенолом для регулирования молекулярного веса эпокси соединения до достаточно высокой величины.