Привитая полимерная добавка для диспергирования пигмента и краска, в которой она используется, с улучшенной укрывистостью

Привитая полимерная добавка для диспергирования пигмента и краска, в которой она используется, с улучшенной укрывистостью

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Данное изобретение в целом относится к привитой полимерной добавке для диспергирования пигментов, таких как диоксид титана, к краскам с улучшенной укрывистостью, в которых она используется, и к способам ее получения и применения.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Краска включает компонент пленкообразующей непрерывной фазы, который может быть водным или неводным, который содержит полимер в виде растворенного компонента или в виде коллоидной дисперсии. Пигменты представляют собой пылевидные соединения, которые могут быть диспергированы в смолистом или полимерном связующем краски, обеспечивая кроющую способность и цвет краскам и покрытиям. Пигменты могут также улучшать свойства долговечности и атмосферостойкости, обеспечивать непрозрачность и специальные эффекты (например, переход, сверкание) и модифицировать свойства текучести и нанесения. Пигменты могут быть диспергированы в краски в виде сухого порошка при размоле, т.е. суспендированы в водном растворе и диспергирующих добавках или в жидкой композиции красителя. Тяжелые частицы пигмента отделены друг от друга и равномерно распределены по композициям красок в виде коллоидной суспензии. В ином случае может произойти ряд дефектов, таких как изменение цвета, расслаивание и неоднородность, осаждение и потеря блеска. Пигменты, не имеющие на себе зарядов и не покрытые, требуют поверхностно-активных веществ/диспергирующих добавок для лучшего распределения.

[0003] После нанесения краски или покрытия на подложку и образования пленки на подложке пигменты в краске или покрытии препятствуют прохождению света сквозь пленку к слою(слоям) ниже на подложке и обратно к глазу наблюдателя. Пигменты осуществляют это, поглощая и рассеивая свет. Кроющая способность или способность краски придавать непрозрачность может быть выражена через количество квадратных метров, покрываемых 1 литром краски для получения полного укрывания. Кроющая способность пигмента может быть выражена через количество квадратных метров, покрываемых килограммом пигмента, диспергированного в краске и нанесенного так, что он укроет цвет какого-либо предыдущего слоя. Пигменты на основе диоксида титана (TiO₂) имеют отличную кроющую способность, поскольку их показатели отражения высоки и поскольку они имеют оптимальный размер частиц для максимальной кроющей способности. Например, белый диоксид титана рутил имеет диаметр частиц 200-300 нм. Однако диоксид титана может быть прозрачным, если присутствует в виде крупных кластеров, а его кроющая способность значительно снижается при агломерации вследствие пониженной эффективности рассеивания света. С другой стороны, хорошая дисперсия увеличивает укрывающую эффективность диоксида титана. С целью максимизировать кроющую способность композиции краски с пигментами на основе диоксида титана следует использовать диспергирующую добавку для предотвращения агломерации частиц диоксида титана.

[0004] Поскольку диоксид титана является дорогим компонентом, были сделаны различные попытки увеличить кроющую эффективность диоксида титана и снизить количество диоксида титана как кроющего или придающего непрозрачность пигмента в композиции краски. Патент США 5385960, выданный Emmons et al., патент США 6080802, выданный Emmons et al., патент США 2012/0058277, выданный Bohling et al., и патент США 2012/0058278, выданный Bohling et al., описывают полимерные частицы латекса, адсорбированные непосредственно на поверхность частиц диоксида титана для достижения оптимального расстояния между частицами диоксида титана.

[0005] Существует продолжающаяся потребность в разработке добавки для диспергирования пигментов, в частности, диоксида титана, для максимизации кроющей способности диоксида титана, следовательно, снижения количества диоксида титана, требуемого в красках, и снижения цены производства красок.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Данное изобретение относится к привитой полимерной добавке для диспергирования пигментов, в частности, диоксида титана, полученной путем полимеризации мономеров в присутствии полимерной диспергирующей пигмент добавки, предпочтительно полимера с низким молекулярным весом и высоким содержанием кислоты. Диспергирующая пигмент добавка растворима в щелочном растворе. При введении в краску улучшается укрывистость. Поэтому требуется меньше диоксида титана для оптимальной укрывистости.

[0007] Первый вариант осуществления изобретения относится к композициям привитой полимерной добавки для диспергирования пигмента, содержащим полимеры-носители, привитые диспергирующей пигмент добавкой с низким молекулярным весом (MW) и высоким кислотным числом, при этом диспергирующая пигмент добавка, подлежащая привитию, представляет собой полимер со средневесовым молекулярным весом по меньшей мере приблизительно 1000 и предпочтительно от приблизительно 1000 до приблизительно 20000 и с кислотным числом по меньшей мере приблизительно 150 и предпочтительно от приблизительно 150 до приблизительно 250. Привитый полимер для диспергирования пигмента представляет собой добавку к композиции краски и содержит по меньшей мере приблизительно 1%, и менее чем приблизительно 50% и предпочтительно менее чем приблизительно 25% по весу диспергирующей пигмент добавки с низким MW, высокой кислотностью. Диспергирующая пигмент добавка растворима в щелочных растворах.

[0008] Другой вариант осуществления изобретения относится к способу получения привитой полимерной добавки для диспергирования пигмента, при этом диспергирующую пигмент добавку с низким молекулярным весом и высоким кислотным числом добавляют во время полимеризации в эмульсии, дающей полимерные частицы с диспергирующей пигмент добавкой, привитой на поверхности. Привитые полимерные частицы могут быть одностадийными полимерами, двустадийными полимерами с ядром и оболочкой, или даже многостадийными полимерами, имеющими ядро с несколькими оболочками.

[0009] Другой вариант осуществления изобретения относится к композициям краски, включающим привитую полимерную добавку для диспергирования пигмента, при этом композиции краски содержат диоксид титана и по меньшей мере одно латексное связующее.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] Прилагаемые чертежи образуют часть описания, которые следует читать в связи с ним и в которых одинаковые номера позиций использованы для обозначения одинаковых частей в различных видах.

Фигура 1А представляет собой данные гель-проникающей хроматографии (GPC) диспергирующей пигмент добавки с низким MW и высоким кислотным числом, полученные с помощью рефрактометрического (RI) детектора;

Фигура 1В представляет собой увеличенный вид области пика ФИГУРЫ 1А.

Фигура 2А представляет собой данные GPC полимера, полученного с помощью способа Примера 3 ниже, полученные с помощью RI детектора.

Фигура 2В представляет собой увеличенный вид области пика ФИГУРЫ 2А.

Фигура 3 представляет собой данные GPC диспергирующей пигмент добавки с низким MW и высоким кислотным числом, использованной в Фигуре 1А, полученные с помощью детектора на фотодиодной матрице (длина волны 254 нм).

Фигура 4 представляет собой данные GPC полимера, полученного с помощью способа Примера 3 ниже, полученные с помощью детектора на фотодиодной матрице (длина волны 254 нм).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Обычно латексную краску получают в две стадии. На стадии измельчения пигменты, диспергирующие добавки и воду вместе с другими добавками добавляют в сосуд и перемешивают с высокой скоростью. На этой стадии каждый агломерат пигмента разрушается до его изначального размера частиц. После разрушения агломератов пигмента их следует стабилизировать против повторной агломерации. Эту стабильность обеспечивают диспергирующими добавками, такими как коммерчески доступные диспергирующие добавки Tamol™, которые являются полимерами и/или поверхностно-активными веществами с низким молекулярным весом и кислотной функциональностью. Эти материалы доступны как в нейтрализованном основаниями виде, так и в не нейтрализованном виде. Считается, что эти поликислотные диспергирующие добавки адсорбируются на поверхности частиц пигмента, обеспечивая частицы пигмента, электростатически стабилизированные против агломерации. На стадии разжижения продукт помола смешивают с водной латексной смолой и другими добавками, такими как поверхностно-активные вещества, загустители, пеногасители, биоциды и т.д., для получения краски.

[0012] Способность пленки краски быть непрозрачной является функцией количества и распределения диоксида титана в пленке краски. Для максимизации рассеяния от частиц диоксида титана они предпочтительно разделяются на расстояние по меньшей мере одного диаметра друг от друга. Поскольку, как правило, диаметр частиц диоксида титана составляет приблизительно 250 нм, такое разделение не может быть обеспечено поликислотной диспергирующей добавкой с низким молекулярным весом, известной в данной области.

[0013] В одном варианте осуществления настоящего изобретения расстояние между частицами пигмента диоксида титана обеспечивают путем присоединения, предпочтительно путем привития, полимеров с кислотной функциональностью к поверхностям полимеров-носителей, тем самым позволяя полученным полимерным частицам адсорбироваться на поверхностях пигмента оксида титана. В данном изобретении мономеры носителя полимеризуют в присутствии полимерной диспергирующей пигмент добавки с получением полимерных частиц с полимерной диспергирующей пигмент добавкой, привитой на поверхностях полученных полимерных частиц.

[0014] Настоящее изобретение в целом относится к (i) композициям привитой полимерной диспергирующей пигмент добавки, содержащим эмульсионные полимеры или полимеры-носители, привитые полимерной диспергирующей пигмент добавке с низким молекулярным весом и высоким кислотным числом, (ii) способу их получения, в котором диспергирующую пигмент добавку с низким молекулярным весом и высоким кислотным числом добавляют во время полимеризации в эмульсии мономеров носителя, (iii) композициям краски, содержащим привитую полимерную диспергирующую пигмент добавку по настоящему изобретению, и (iv) способу снижения количества пигмента диоксида титана в композиции краски с сохранением непрозрачности.

[0015] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, полимерные диспергирующие пигмент добавки с низким молекулярным весом и высоким кислотным числом привиты на поверхность полимеров-носителей. Предпочтительно, диспергирующие пигмент добавки, подлежащие привитию, являются полимерами с молекулярным весом от приблизительно 1000 до приблизительно 20000, предпочтительно от приблизительно 5000 до приблизительно 17000 и более предпочтительно от приблизительно 8000 до приблизительно 17000, и кислотным числом от приблизительно 150 до приблизительно 250, предпочтительно от приблизительно 200 до приблизительно 250, и растворимы в щелочных растворах. Коммерческие примеры могут включать без ограничения Joncryl®, доступный от BASF, Morcryl™, доступный от DOW, и Tamol™, доступный от DOW.

[0016] Привитая природа полимеров по настоящему изобретению подтверждается данными гель-проникающей хроматографии (GPC). Пик на GPC свободной или не присоединенной диспергирующей пигмент добавки с низким MW и высоким кислотным числом, полученный с помощью рефрактометрического (RI) детектора, представлен на Фигуре 1А и Фигуре 1В. На Фигурах 1А-1В, 2А-2В, 3 и 4 использованная полимерная диспергирующая пигмент добавка с низким MW и высоким кислотным числом представляла собой Joncryl® 678, доступную от BASF, имеющую средневесовой молекулярный вес приблизительно 8600 и кислотное число приблизительно 215. Свойства других полимерных диспергирующих пигмент добавок с низким MW и высоким кислотным числом, использованных в примерах и экспериментах, описаны ниже.

[0017] Пик на Фигуре 1А одновершинный, с пиком приблизительно 6009 дальтон (на основе стандарта полистирола) и временем удержания пика приблизительно 22 минуты. Описанный выше привитый полимер с диспергирующей пигмент добавкой получили с использованием способа из Примера 3 ниже, а его пик GPC с помощью детектора RI показан на Фигуре 2А и Фигуре 2В. На кривой присутствует небольшой горб в области, где была бы полимерная диспергирующая пигмент добавка с низким MW и высоким кислотным числом, если бы была не привитой; кривая PJ показывает, что по меньшей мере часть полимерной диспергирующей пигмент добавки с низким MW и высоким кислотным числом прореагировала с метилметакрилатом с образованием полимера с более высоким молекулярным весом, который теперь заключен в области кривой более высокого молекулярного веса на Фигурах 2А-2В. Подтверждение привития возможно путем получения кривых GPC с помощью детектора на фотодиодной матрице, работающего на длине волны 254 нм. Этот детектор будет выдавать отклик на полимерную диспергирующую пигмент добавку с низким MW и высоким кислотным числом, содержащую стирольные фрагменты, но полимер полиметилметакрилат не будет давать отклика. Фигура 3 представляет собой кривую GPC свободной или не присоединенной полимерной диспергирующей пигмент добавки с низким MW и высоким кислотным числом, полученную с помощью детектора на фотодиодной матрице, которая снова демонстрирует пик на времени удержания приблизительно 22 минуты. Фигура 4 представляет собой кривую полимера из Примера 3, полученную с детектором на фотодиодной матрице; часть полимера, являющаяся полимерной диспергирующей пигмент добавкой с низким MW и высоким кислотным числом, дает отклик в этом полимере. Имеется пик приблизительно на 21,633 минуте, который является приблизительно тем же, что и пик свободной полимерной диспергирующей пигмент добавки с низким MW и высоким кислотным числом и, следовательно, обусловлен не прореагировавшей полимерной диспергирующей пигмент добавкой с низким MW и высоким кислотным числом. Однако второй пик, с более высоким молекулярным весом, также присутствует на 18,886 минутах. Этот пик обусловлен молекулами полимерной диспергирующей пигмент добавки с низким MW и высоким кислотным числом, имеющими молекулярный вес более высокий, чем таковой исходной полимерной диспергирующей пигмент добавки с низким MW и высоким кислотным числом, и единственным путем, которым это могло произойти, могло быть привитие цепей метилметакрилата цепями полимерной диспергирующей пигмент добавки с низким MW и высоким кислотным числом.

[0018] Соотношение площадей под пиками при 18,886 минутах и 21,633 минуте составляет приблизительно 27%:72%, указывая, что соотношение привитой полимерной диспергирующей пигмент добавки с низким MW и высоким кислотным числом к не прореагировавшей полимерной диспергирующей пигмент добавке с низким MW и высоким кислотным числом составляет приблизительно 27%:72% или приблизительно к или 1:3.

[0019] Привитый полимер для диспергирования пигмента можно добавлять к композиции краски в качестве добавки для улучшения кроющей способности композиций краски, поскольку полимерная диспергирующая пигмент добавка с низким молекулярным весом и высоким кислотным числом, привитая на полимеры-носители, может адсорбироваться на поверхности диоксида титана, обеспечивая лучшее расстояние между частицами диоксида титана. Как показано в приведенных ниже примерах, полимерные диспергирующие пигмент добавки с низким молекулярным весом и высоким кислотным числом добавляют во время полимеризации в эмульсии мономеров, которые становятся полимерами-носителями. Составляют краски с привитым полимером для диспергирования пигмента добавки по настоящему изобретению и испытывают их интенсивность цветового тона.

[0020] Интенсивность цветового тона является мерой того, насколько хорошо диоксид титана может добавлять белизну цветной краске. В одном испытании интенсивности цветового тона две унции красителя добавляют к 126 унциям краски. Делают мазки толщиной три мил и оставляют сушиться в течение ночи. Испытывают и экспериментальную и контрольную краску. Интенсивность цветового тона экспериментальной краски по отношению к стандартной краске определяют путем измерения отражающих способностей контрольного и экспериментального мазков с помощью Gretag Macbeth Color Eye 2145 и затем определения базовой интенсивности цветового тона с помощью программного обеспечения Color Eye 2145.

[0021] Предпочтительные мономеры в процессе полимеризации в эмульсии, который производит полимеры-носители, могут включать без ограничения метилметакрилат (ММА) и стирол. Пригодные стирольные мономеры включают без ограничения стирол, метилстирол, хлорстирол, метоксистирол и подобные.

[0022] Привитые добавки к смоле ММА (примеры 14, 17 и 19) проявляют постоянную улучшенную интенсивность цветового тона при 85% загрузке TiO₂ по сравнению с 100% загруженным TiO₂ контрольным образцом из Примера 9 и значительно улучшенную интенсивность цветового тона по сравнению с 85% загруженными красками из Примеров 10 и 11. 100% загрузка TiO₂ означает количество пигментов TiO₂ в стандартной краске, что составляет 248 фунтов TiO₂ на 100 галлонов краски; 85% загруженная краска, следовательно, будет содержать 211 фунтов TiO₂ на 100 галлонов. Также определяли коэффициенты контрастности красок. Для коэффициентов контрастности делают мазок толщиной 2 мил влажной краски на карте Penopac Chart 5314 (Byk-Gardner). Карта имеет три области: покрытую черную область, покрытую белую область и непокрытую область. Мазок оставляют сушиться в течение ночи. На следующий день Y отражающую способность краски поверх покрытой черной части карты и Y отражающую способность краски поверх покрытой белой части карты определяют на Gretag Macbeth Color Eye 2145. Более белые покрытия дадут более высокие значения Y. Коэффициент контрастности - это соотношение значения Y краски поверх черной области, деленное на значение Y краски поверх белой области. Коэффициенты контрастности красок 14, 17 и 19 находились в диапазоне 0,943-0,953, что близко к диапазону 0,949-0,958, наблюдаемому в 100% загруженном TiO₂ контрольном образце из Примера 9. Коэффициенты контрастности красок 14, 17 и 19 также хорошо сочетаются с коэффициентами контрастности 85% загруженных TiO₂ красок 10 и 11, составляющими 0,945 и 0,943 соответственно. Значения Y (поверх черного) или сухие отражающие способности поверх черного в Таблице 1 находятся в диапазоне 88,27-88,77 для красок из Примеров 14,17 и 19, что хорошо сочетается с таковыми для полностью загруженным TiO₂ контрольным образцом из примера 9, составляющими 87,25-88,27. Значения Y значительно выше, чем для загруженных на 85% красок из Примеров 10 и 11, которые составляют 85,97 и 85,93 соответственно. Визуально, сухие укрывистости из Примеров 14, 17 и 19 приблизительно равны таковым для полностью загруженного контрольного образца и превосходят таковые для загруженных на 85% контрольных образцов. Все из привитых производных ММА эффективны при уровне загрузки TiO₂ в 85%.

[0023] Привитые стирольные добавки проявляют более высокую или приблизительно равную интенсивность цветового тона, если концентрация полимерной диспергирующей пигмент добавки относительно высока (примеры 12 и 15) при 85% загрузки TiO₂ по сравнению с загруженным на 100% TiO₂ контрольным образцом, и лучшую интенсивность цветового тона, чем оба из загруженных на 85% TiO₂ контрольных образцов. Коэффициенты контрастности из Примеров 12 и 15 составляют 0,943 и 0,940 соответственно, что близко к диапазону 0,949-0,958 для полностью загруженного TiO₂ контрольного образца, а также близко к значениям для загруженных на 85% TiO₂ красок 10 и 11. Y-значения поверх черного для примеров 12 и 15 составляют 87,87 и 87,49, соответственно, что лежит в диапазоне загруженных на 100% TiO₂ контрольных образцов из Примера 9, и значительно выше, чем таковые для загруженных на 85% TiO₂ красок из Примеров 10 и 11. Сухая укрывистость из Примера 12 приблизительно такая же, как и контрольной краски из Примера 9, и лучше, чем у загруженной на 85% TiO₂ краски. Сухая укрывистость краски из Примера 15 незначительно меньше, чем таковая у содержащего 100% TiO₂ контрольного образца, и незначительно лучше, чем таковая у загруженной на 85% TiO₂ краски из Примеров 10 и 11. Привитая стирольная добавка, использованная в краске из Примера 19, имеет относительно низкую концентрацию диспергирующей добавки и в отношении укрывистости хуже, чем содержащий 100% TiO₂ контрольный образец из Примера 9 и содержащие 85% TiO₂ краски из Примеров 10 и 11.

[0024] По отношению к содержащему 100% TiO₂ контрольному образцу, интенсивность цветового тона снижается при использовании смеси ММА и бутилакрилата (ВА) в качестве компонента полимера-носителя при загрузке 85% TiO₂, как видно в Примерах 13 и 16, при этом интенсивность цветового тона из Примера 13 более высока, чем для содержащих 85% TiO₂ контрольных образцов, а интенсивность цветового тона из Примера 16 приблизительно такая же, как для содержащих 85% ТiO₂ контрольных образцов. Коэффициенты контрастности из Примеров 13 и 16 близки к значениям для содержащих 100% и 85% TiO₂ контрольных образцов. Значения Y двух красок, содержащих добавку, лежат в диапазоне таковых для содержащих 85% TiO₂ контрольных образцов, но меньше, чем таковые для содержащего 100% ТiO₂ контрольного образца. Сухие укрывистости красок из Примеров 13 и 16 незначительно слабее, чем таковые для содержащего 100% TiO₂ контрольного образца. Таким образом, сочетание смеси ММА/ВА, использованное в этих примерах, не настолько эффективно, как использование стирола или ММА по отдельности.

[0025] Не привязываясь к теории, возможно, что сочетание ММА/ВА приводит к относительно мягким частицам, которые могут деформироваться при образовании пленки, что приводит к менее эффективному разделению в пространстве частиц диоксида титана. И ММА, и стирол ведут к более твердым полимерным частицам и более эффективному разделению в пространстве частиц диоксида титана. В частности, ММА дает твердый полимер с высокой температурой стеклования. Поэтому его обычно не используют индивидуально в получении латексных пленкообразующих смол для краски. ММА более эффективен для улучшения интенсивности цвета при загрузке 85% TiO₂, чем стирол, что может быть связано с растворимостью первого в воде. Растворимость в воде ММА, ВА и стирола составляет 1,6, 0,14 и 0,03 г/100 мл соответственно. Более высокая растворимость в воде может приводить к большему взаимодействию (привитию) водорастворимой полимерной диспергирующей пигмент добавки, возможно, приводя к более эффективно разделяющей полимерной добавке.

[0026] В качестве полимеров-носителей применяют твердые мономеры или смеси мономеров, дающие полимеры, имеющие минимальные температуры пленкообразования (MFFT) более чем приблизительно 10°С, более предпочтительно более чем приблизительно 15°С и более предпочтительно более чем приблизительно 20°С. MFFT предпочтительно составляют менее чем приблизительно 130°С и более предпочтительно менее чем приблизительно 100°С.

[0027] Другой аспект изобретения направлен на процессы получения привитой полимерной добавки для диспергирования пигмента путем полимеризации эмульсии. Предпочтительно диспергирующие пигмент полимеры добавляют до инициаторов, чтобы обеспечить их привитие на полимеры-носители. Чтобы сделать раствор основным, следовательно, растворяющим диспергирующую пигмент добавку, используют регуляторы pH, такие как водный аммиак.

[0028] Можно использовать процессы либо термического, либо окислительно-восстановительного инициирования с целью инициирования полимеризации для получения композиций привитых полимерных добавок по настоящему изобретению. Можно использовать обычные свободнорадикальные инициаторы, такие как, например, перекись водорода и персульфат аммония, натрия или калия, окислительно-восстановительные системы, такие как гидроксиметансульфинат натрия (восстановитель) и гидроперекись т-бутила (окислитель) и подобные, и их сочетания.

[0029] Примеры поглощающих растворов, пригодных в полимеризации для получения по настоящему изобретению композиции привитой полимерной добавки, включают без ограничения персульфат аммония, персульфат натрия, персульфат калия, окислительно-восстановительные системы, такие как гидроксиметансульфинат натрия (восстановитель) и гидроперекись т-бутила (окислитель), и подобные, и их сочетания, обычно в водном растворе. Пригодные окислительно-восстановительные поглотители включают Bruggolite FF6 М, являющийся натриевой солью производного органической сульфоновой кислоты и являющийся восстановителем, используемым в сочетании с окислителем для удаления остаточных мономеров..

[0030] Примеры регуляторов pH, пригодных для получения композиции привитой полимерной добавки по настоящему изобретению, могут включать без ограничения гидроксид аммония, гидроксид натрия, карбонат натрия, бикарбонат натрия, гидроксид калия, карбонат калия, бикарбонат калия, аммиак, амины, аминоспирты (например, 2-амино-2-метил-1-пропанол и/или соединения, продаваемые под торговым наименованием AMP™ 95 компанией Angus Chemical Co.), и подобные, и их сочетания. Предпочтительные регуляторы pH включают аммиак, амины и аминоспирты. В определенных случаях соединения, квалифицируемые как регуляторы pH, можно добавлять для целей, отличных от регулирования pH (например, временной деактивации реакционно-способных в ином случае функциональных групп, стабилизации эмульсии, или подобных), и при этом они могут все же характеризоваться в данном документе как регуляторы pH.

[0031] Пригодные поверхностно-активные вещества для применения в получении композиции привитой полимерной добавки по настоящему изобретению могут включать без ограничения неионные и/или анионные поверхностно-активные вещества, такие как анионные и/или неионные эмульгаторы, например щелочные или аммонийные алкилсульфаты, алкилсульфоновые кислоты, жирные кислоты, оксиэтилированные алкилфенолы, аммония ноноксинол-4-сульфат, нонилфенолэтоксилат (10), октилфенолэтоксилат (9-10), додецилбензолсульфонат натрия, додецилсульфонат натрия, тетрадецилсульфонат натрия, гексадецилсульфонат натрия, продаваемые под торговым наименованием TRITON™ (например, серия QS, серия CF, серия X и подобные), продаваемые под торговым наименованием IGEPAL™, продаваемые под торговым наименованием RHODAPON™, продаваемые под торговым наименованием RHODAPEX™, продаваемые под торговым наименованием RHODAFAC™, продаваемые под торговым наименованием RHODACAL™, и подобные, и их сочетания.

[0032] Другой аспект настоящего изобретения включает композиции краски, составленные из привитой полимерной добавки для диспергирования пигмента по настоящему изобретению, и способ снижения содержания пигмента диоксида титана в композиции краски. Диоксид титана применяют в качестве белого пигмента для обеспечения кроющей способности для покрывания ранее существовавших цветов или меток на подложках, подлежащих окрашиванию. TiO₂ обычно диспергируют с коммерческим диспергирующей добавкой, таким как Tamol™, в процессе размола перед смешиванием с пленкообразующим латексным связующим и привитой полимерной добавкой для диспергирования пигмента по настоящему изобретению в процессе разжижения. Привитая полимерная добавка для диспергирования пигмента по настоящему изобретению может составлять от приблизительно 1% до приблизительно 50% композиции краски по весу, предпочтительно от приблизительно 1% до приблизительно 25%, более предпочтительно от приблизительно 1% до приблизительно 10%, и более предпочтительно от приблизительно 5% до приблизительно 10%. Если привитая полимерная добавка для диспергирования пигмента по настоящему изобретению составляет приблизительно 50% композиции краски, она может работать как пленкообразующий латекс. Соотношение привитой полимерной добавки для диспергирования пигмента по настоящему изобретению к латексному связующему может составлять приблизительно от 1:50 до 50:1. Загрузка диоксида титана для красок, в которых используется привитая полимерная добавка для диспергирования пигмента по настоящему изобретению, может быть снижена до 85% или менее от современных составов, в которых не используется привитая диспергирующая пигмент полимерная добавка по настоящему изобретению, как показано в Примерах 12, 14, 17 и 19. Поэтому может быть снижена стоимость производства красок.

[0033] Как показано в Примерах 12, 14, 17 и 19, составы краски, использующие полимерную привитую ММА смолу для диспергирования пигмента и полимерную привитую стирольную смолу для диспергирования пигмента по настоящему изобретению, проявляют улучшенную кроющую способность даже при загрузке 85% диоксида титана. Привитые ММА смолы в Примерах 14, 17 и 19 дают наилучшую интенсивность цветового тона, как показано в Таблице 1.

[0034] Примеры пеногасителей, пригодных для композиций краски согласно настоящему изобретению, могут включать без ограничения сополимеры полисилоксанов с полимерами простых эфиров, такие как продаваемые Tego под торговым названием Foamex™, продаваемые под торговым названием BYK™, продаваемые под торговым названием Drewplus™, продаваемые под торговым названием Surfynol™ и подобные, и их сочетания.

[0035] Примеры модификаторов реологии, пригодных для композиций краски согласно настоящему изобретению, могут включать без ограничения гидрофобно модифицированные уретановые модификаторы реологии, гидрофобно модифицированные простые полиэфирные модификаторы реологии, разбухающие (или растворимые) в щелочах эмульсии, гидрофобно модифицированные разбухающие (или растворимые) в щелочах эмульсии, целлюлозные или гидрофобно модифицированные целлюлозные модификаторы реологии. Примерами являются доступные от Rohm & Haas под торговым названием Acrysol™, такие как RM-8W, RM-825, RM-5000, RM-2020 NPR и RM-825, RM-5, ТТ-935, и Natrasol™, Natrasol Plus™ и Aquaflow™ от Aqualon Division компании Hercules Inc., и UCAR Polyphobe™ от Dow.

ПРИМЕРЫ

[0036] В Примерах 1-8 три группы мономеров, т.е., ММА, стирол и ММА/ВА, с небольшими количествами МАА, служащие в качестве полимеров-носителей, полимеризуют в эмульсии в присутствии полимерных диспергирующих пигмент добавок в различных концентрациях для привития этих диспергирующих добавок к полимерам-носителям. Процентное содержание полимерных диспергирующих пигмент добавок представляет собой процентное содержание общей массы полимерной диспергирующей пигмент добавки и полимера-носителя. Процентное содержание представляет собой количество, присутствующее во время полимеризации эмульсии мономеров, используемое для составления полимера-носителя, и не все из этого процентного содержания оказывается привитым. Полимерными диспергирующими пигмент добавками, использованными в Примерах, являются Joncryl® 678 (примеры 1-8 и 20-21), 682 (Пример 24) и 690 (Пример 25). Их средневесовой молекулярный вес составляет 8600, 1700 и 16500 соответственно, а их кислотные числа составляют 215, 238 и 240 соответственно. Обобщенные результаты свойств полимерных диспергирующих пигмент добавок и полимеров-носителей представлены ниже.

Не привитые полимеры-носители и диспергирующие пигмент добавки в Примерах 28 и 29 не включены.

[0037] Полученные привитые полимерные добавки добавляют к композициям краски в Примерах 12-19, где композиции краски имеют загрузку 85% TiO₂. Примеры 9-11 являются сравнительными контрольными примерами, где композиции краски имеют загрузки 100% или 85% TiO₂. Были определены визуальные сухие укрывистости, коэффициенты контрастности, значения отражающей способности Y и интенсивности цвета для красок, и результаты приведены в Таблице 1. Визуальные сухие укрывистости являются наблюдениями мазков толщиной 2 мил, используемых для измерений коэффициента контрастности. Мазок экспериментальной краски сравнивают с таковым для контрольного образца, содержащего 100% TiO₂; если оказывается, что краска поверх черной области карты Leneta покрывает черный лучше, чем контрольный образец, она считается "сильнее", если она покрывает хуже, она "слабее", если она оказывается одинаковой, она "приблизительно одинакова". Следует отметить, что в таблице аббревиатура "незн." означает "незначительно". Сухие коэффициенты контрастности определяют на мазках толщиной 2 мил способом, описанным выше. Значение Y поверх черного определяют на мазке толщиной 2 мил, как описано выше. Интенсивности цветового тона определяют способом, описанным ранее.

[0038] В Примерах 20-21 использовали двухстадийный процесс полимеризации для получения привитой полимерной добавки для диспергирования пигмента по настоящему изобретению, при этом полимерные частицы имеют структуру ядро-оболочка. Свойства укрывистости соответствующих композиций краски испытаны в Примерах 22-23 и показаны в Таблице 2.

[0039] В Примерах 24-25 полимерные диспергирующие добавки с различным молекулярным весом привиты на полимеры-носители ММА. Свойства укрывистости соответствующих композиций краски испытаны в Примерах 26-27 и показаны в Таблице 3. Средневесовой молекулярный вес привитых полимерных добавок для диспергирования пигмента лежит в диапазоне от приблизительно 60000 дальтон до приблизительно 650000 дальтон.

[0040] В Примере 28 полимер-носитель получен из смолы ММА без какого-либо количества полимерной диспергирующей пигмент добавки с низким MW, высоким содержанием кислоты. Пример 29 детально описывает получение водного раствора полимерной диспергирующей пигмент добавки с низким MW и высоким кислотным числом без полимера-носителя. Пример 30 детально описывает получение краски с использованием смолы ММА из Примера 28 как укрывающей/диспергирующей смолы. Пример 31 представляет собой получение краски с использованием частиц ММА из Примера 28 и полимерной диспергирующей пигмент добавки с низким MW и высоким кислотным числом из Примера 29. Пример 32 представляет собой получение краски только с полимерной диспергирующей пигмент добавкой с низким MW и высоким кислотным числом из Примера 29. Свойства укрывистости данных композиций краски показаны в Таблице 4.

Пример 1:

[0041] Получение привитой полимерной добавки для диспергирования пигмента с 25% полимерной диспергирующей пигмент добавки со стирольными мономерами:

Латекс фильтруют, и он имеет следующие свойства: содержание твердой фазы 47,0%, pH 8,72, вязкость 140 сП, размер частиц 97 нм.

Пример 2:

[0042] Получение привитой полимерной добавки для диспергирования пигмента с 25% полимерной диспергирующей пигмент добавки с мономерами ММА/ВА/метакриловая кислота (МАА):

Латекс фильтруют, и он имеет следующие свойства: содержание твердой фазы 45,8%, pH 8,4, вязкость 113 сП, размер частиц 100 нм.

Пример 3:

[0043] Получение привитой полимерной добавки для диспергирования пигмента с 25% полимерной диспергирующей пигмент добавки с мономерами ММА:

Латекс фильтруют, и он имеет следующие свойства: содержание твердой фазы 46,6%, pH 8,9, вязкость 134 сП, размер частиц 125 нм.

Пример 4:

[0044] Получение привитой полимерной добавки для диспергирования пигмента с 14% полимерной диспергирующей пигмент добавки и стирольными мономерами:

Латекс фильтруют, и он имеет следующие свойства: содержание твердой фазы 46,5%, pH 9,4, вязкость 33 сП, размер частиц 132 нм.

Пример 5:

[0045] Получение привитой полимерной добавки для диспергирования пигмента с 14% полимерной диспергирующей пигмент добавки и мономерами ММА/ВА: