含水树脂组合物 【发明领域】
本发明涉及含水树脂组合物，该含水树脂组合物包含新型偶合溶剂并适用于建筑或工业涂料组合物，例如油漆和保护性涂料配方。发明背景
油漆和涂料工业正不断地寻求满足更好产品性能的新型配方。此外，这些工业也面临着日益增长的努力降低在基材上施用涂料配方时挥发性有机溶剂向环境中释放的规章的压力。这使得这些工业努力开发高性能、树脂基建筑涂料配方，其中树脂为水性的，即，可在水中分散或乳化，因此降低挥发性有机溶剂的存在量。
众所周知，需要在水性树脂涂料组合物中加入合适的偶合溶剂，使其在用于基材时获得满意的成膜和其它性能。用于涂料组合物的树脂通常不溶于水中。偶合溶剂增加了树脂与水之间的互溶性，因而提高涂料组合物的均一性并改善其用作保护涂料时的性能。通常，必须加入足够的偶合溶剂使任意水/树脂比例时维持单一相态的树脂/水混合物。因为用作偶合溶剂的化合物相对昂贵并且考虑到降低涂料组合物中挥发性有机溶剂的用量的需要，需要找到具有高偶合能力或偶合效率的溶剂，用最少量的溶剂获得满意的结果。偶合能力/效率可以用“偶合数”量化，该数表示确保任意水/树脂比例下呈单一相态体系所需的最小溶剂摩尔百分数。
二醇醚已被认为是有效的偶合溶剂。在Proceedings of theESD/ASM，Advanced Coatings Technology Conference(1991年6月10-12日，Dearborn，密歇根)上一篇题为“Fundamentals of GlycolEthers in Coupling Solvents”，D.K.Pollock和R.J.LaTulip，TheDow Chemical Company的文章中，从环氧乙烷和环氧丙烷制备的带有1到4个碳原子的烷基的二醇醚的偶合效率在各种烃/水混合物中评估。发现乙二醇醚，特别是乙二醇丁醚，在低级烃，例如环己烷或癸烷与水的混合物中用作偶合溶剂时有满意的效果。然而，发现所有所测试地基于环氧乙烷的乙二醇醚，包括乙二醇丁醚，都过于亲水，以至在水与高级烃，例如十六烷的混合物中用作偶合溶剂时不能发挥满意效果。
USP 5,753,738中描述了某些烷氧基乙氧基乙醇化合物，可用作偶合溶剂。这些二甘醇醚的偶合效率在庚烷与水的混合物和含水树脂体系中测试，并与商业可得的偶合溶剂，例如乙二醇丁醚，乙二醇己醚和二甘醇丁醚比较。该专利表1-5的数据指出在所测的商业可得的偶合溶剂中，乙二醇丁醚具有最好的偶合效率，随后是二甘醇丁醚，乙二醇己醚的效率最低。发明概述
根据本发明，申请人发现了一种具体的二醇醚组合物，通过在十六烷和水的混合物中偶合效率的测试表明可用作偶合溶剂。更具体地，本发明涉及水性树脂组合物，包含树脂组分，水和包含以正链或直链乙二醇戊醚为主体的组合物的偶合溶剂，该组合物含有至少90重量％的乙二醇正戊醚(基于二醇醚组合物的总重量)。发明详述
本发明中水性树脂组合物包含(a)树脂组分，(b)水和(c)新型二醇醚偶合溶剂组分，其偶合效率迄今为止在本领域还未被认识到。申请人发现的偶合溶剂组分在十六烷/水混合物中测试时表现出出乎意料的良好的偶合效率，是一种以正链或直链乙二醇戊醚为主体的组合物，该组合物含有至少90重量％(基于该组分的总重量)的乙二醇正戊醚。高用量的乙二醇正戊醚的加入看来可以改善偶合效率，当偶合溶剂组分中含有至少95重量％的乙二醇正戊醚时得到特别好的效果。
含有至少90重量％的乙二醇正戊醚的乙二醇戊醚偶合溶剂组分可通过本领域已知的方法和技术制备。这种产品可以方便地通过含有至少90重量％的正戊醇的戊醇与环氧乙烷在碱性或酸性催化剂存在下反应制备。含有至少90重量％的正戊醇的戊醇可以直接利用美国专利3,527,809；4,283,562；4,593,011；4,762,817；4,769,498；5,113,022；5,180,854和5,364,950中公开的氧合技术(oxotechnology)或通过已知技术对含有大于10％异构体的戊醇产品进行适当的精制制备。本发明使用的乙二醇正戊醚产品包含少量，即10％或更少的乙二醇2-甲基丁醚异构体，但基本不含包括高毒性种类，例如乙二醇3-甲基丁醚在内的异构体。
本发明的水性树脂组合物中存在的乙二醇正戊醚的量依所存在的树脂的种类和用量而定，最佳量易于由本领域熟练配方技师确定。典型地，乙二醇正戊醚组分的用量在约0.2到约50重量％之间(基于水性树脂组合物总重量)。
本发明水性树脂组合物除乙二醇正戊醚以外可以包含其它有机溶剂。可用作乙二醇正戊醚的共溶剂的合适化合物已被熟知，并可从醇、二醇、二醇醚、二醇醚酯、酮、酯、脂族和芳香族烃、卤代烃、腈、酰胺和碳酸酯中选择。这些化合物的非限定性例子包括乙醇、丁醇、乙二醇、乙二醇乙醚、乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、乙二醇己醚、二甘醇乙醚、二甘醇丁醚、丙二醇叔丁醚及其混合物。
适用于本发明组合物中的树脂为憎水性，并可以是本领域已知的任何一种适用于油漆和保护性涂料的树脂。这些树脂的例子包括，但不局限于醇酸树脂、环氧树脂、聚酯、聚氨酯、丙烯酸树脂、乙烯基树脂、苯乙烯树脂、苯乙烯-丙烯酸树脂、苯乙烯-丁二烯树脂、醋酸乙烯酯树脂及其混合物。典型地，本发明含水树脂组合物中树脂的用量范围为大约10到大约75重量％(基于组合物的总重量)。乙二醇正戊醚偶合溶剂特别适用于醇酸树脂。
当用于油漆和保护性涂料时，本发明的水性树脂组合物可以包含任何熟知的和常规的添加剂，例如流动控制剂、附着力促进剂、润湿剂、交联剂、表面活性剂、增塑剂、干燥抑制剂、生物杀伤剂、防泡剂、流变改性剂、颜料、填料等。这些添加剂的选择与使用可依据熟练配方技师的能力而定。
本发明的水性树脂组合物中水的用量取决于所存在的树脂的种类与用量，以及该组合物的用途。典型地，组合物中水的用量范围为大约5到大约75重量％(基于组合物的总重量)。水的合适用量的选择以及组合各种组分制备本发明树脂组合物的方式在熟练配方技师的能力范围内。实施例
商业可得的乙二醇己醚(EGHE)和本发明的乙二醇戊醚化合物(EGPE)的偶合数在十六烷/水体系中测定。测试的本发明的醚化合物含有大约99重量％的乙二醇正戊醚。
为测定所测试的二醇醚的偶合数，从通过在25℃时对在恒温浴中平衡至少24小时的相进行组成分析得到的相组成测量制成水-EGHE-十六烷和水-EGPE-十六烷的三元相图。水组成通过Karl Fisher滴定测定；二醇醚和十六烷组成通过气相色谱测定。通过连接三元相图中的数据点，绘成三元体系的相边界。特定二醇醚的偶合数，为确保任意水/十六烷比例下呈单一相态体系所需的最小二醇醚摩尔百分数，从相关三元相图的相边界曲线测定。
从十六烷三元相图中得到的EGHE和EGPE的偶合数如表1所示，并且与前面所述题目为“Fundamentals of Glycol Ethers in CouplingSolvents”(记为“Dow文章”)的文章中公开的EGBE的偶合数相比较。
表1 二醇醚 偶合数 乙二醇丁醚 61 *乙二醇正戊醚 40 乙二醇己醚 41
*发明
当高级烃，例如十六烷存在于含水混合物中时，可以预料含有较长烷基链的二醇醚比含有较短烷基链的二醇醚有较小的偶合数。事实上，这如表1中乙二醇丁醚和乙二醇己醚的偶合数所示的确如此。然而，表1所示本发明的乙二醇正戊醚化合物的偶合数与其它醚相比惊人地低。Dow文章和表1的数据表明乙二醇戊醚在十六烷混合物中的偶合数至少为50或更高。本发明的乙二醇戊醚的偶合数比预期的二醇戊醚的偶合数低至少20％。