用于緩釋功能成分的涂料組合物用水性膠乳、其制備方法以及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水性膠乳及其制備方法。具體地，本發(fā)明涉及一種可用于緩釋功 能成分的涂料組合物用水性膠乳及其制備方法。本發(fā)明還涉及一種包含這種水性膠乳的涂 料組合物。
【背景技術(shù)】
[0002] 涂料組合物可以應(yīng)用到各種應(yīng)用如住宅應(yīng)用、商業(yè)應(yīng)用和工業(yè)應(yīng)用中使用的各種 產(chǎn)品上形成涂層。所述產(chǎn)品包括木質(zhì)產(chǎn)品、金屬材料、墻面材料、紡織品等等。水性膠乳形 式的成膜樹(shù)脂作為涂料組合物中最重要的成分之一，通常決定了涂料組合物的基本性能， 比如成膜性、耐久性、耐候性等等。
[0003] 為了賦予涂層所需要的額外功能性，通常向涂料組合物中添加相應(yīng)的功能成分， 諸如相轉(zhuǎn)變材料、驅(qū)避劑、抗菌劑、防霉劑、精油、香料、甲醛清除劑、酸清除劑等等。已知這 些功能成分可以被包埋在聚合物材料中以微膠囊形式添加到涂料組合物中進(jìn)行緩釋。通 常，在配制涂料組合物的過(guò)程中需要通過(guò)強(qiáng)烈攪拌將各種組分混合均勻。在攪拌過(guò)程中，以 微膠囊形式添加的功能成分會(huì)出現(xiàn)囊壁破裂、進(jìn)而導(dǎo)致功能成分流失的問(wèn)題。為了解決上 述問(wèn)題，業(yè)已提出了通過(guò)增加囊壁的厚度，例如通過(guò)二次造囊壁的方式來(lái)提高囊壁的強(qiáng)度。 顯然，這會(huì)不可避免地延長(zhǎng)工藝流程、繼而增加生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明人考慮到功能成分在涂料工業(yè)中的需求，設(shè)計(jì)了一種新型的用于緩釋功能 成分的涂料組合物用水性膠乳。
[0005] 本發(fā)明一方面提供了一種用于緩釋功能成分的涂料組合物用水性膠乳，所述水 性膠乳包含具有聚合物核-殼結(jié)構(gòu)的聚合物顆粒以及包含在所述聚合物顆粒的聚合物核 中的所述功能成分，其中，所述聚合物殼具有20°c或更低的Tg，并且其中，所述功能成分在 室溫下的水溶解度為l〇g/l〇〇g水或更小。優(yōu)選地，所述功能成分在室溫下的水溶解度為 7g/100g水或更小，更優(yōu)選地，所述功能成分在室溫下的水溶解度為lg/100g水或更小，還 要更優(yōu)選地，所述功能成分在室溫下的水溶解度為0. 5g/100g水或更小，
[0006] 在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述功能成分在所述聚合物顆粒中的濃度在1. 5至50質(zhì) 量％的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述聚合物核與所述聚合物殼的質(zhì)量比在I: 1 至1 : 3之間。
[0007] 本發(fā)明另一方面提供了一種用于制備緩釋功能成分的涂料用水性膠乳的方法，所 述方法包括如下步驟：
[0008] a.在所述功能成分的存在下，使單體混合物進(jìn)行乳液聚合，從而形成乳液作為其 中包含所述功能成分聚合物核；并且
[0009]b.在含有所述聚合物核的種子乳液的存在下，使另一種單體混合物進(jìn)行乳液聚 合，從而形成具有核-殼結(jié)構(gòu)的聚合物顆粒，
[0010] 其中，所述聚合物殼具有20°C或更低的Tg;并且其中，所述功能成分在室溫下的 水溶解度為10g/100g水或更小，優(yōu)選為7g/100g水或更小。
[0011] 本發(fā)明的另一方面提供了一種用于制備緩釋功能成分的涂料用水性膠乳的方法， 所述方法包括如下步驟：
[0012] a.使單體混合物進(jìn)行乳液聚合，從而形成乳液作為聚合物殼；并且
[0013] b.用另一種單體混合物和所述功能成分溶脹所得到的乳液，并且使所述另一種單 體混合物進(jìn)行原位乳液聚合，形成其中包含所述功能成分的聚合物核，由此形成了具有聚 合物核殼結(jié)構(gòu)的聚合物顆粒，
[0014]其中，所述聚合物殼具有20°C或更低的Tg;并且其中，所述功能成分在室溫下的 水溶解度為lg/100g水或更小，優(yōu)選為〇. 5g/100g水或更少。
[0015]本發(fā)明的另一方面提供了一種水性涂料組合物，其包含：水；成膜量的成膜樹(shù)脂； 和常規(guī)添加劑，其中所述成膜樹(shù)脂包含本發(fā)明的水性膠乳。
[0016]本發(fā)明的水性膠乳包含具有聚合物核-殼結(jié)構(gòu)的聚合物顆粒，聚合物殼是軟質(zhì) 的、具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。一方面，這種結(jié)構(gòu)的水性膠乳可以作為可緩釋功能成分 的成膜樹(shù)脂，適用于各種涂料組合物。另一方面，由于聚合物殼是軟質(zhì)的，具有強(qiáng)柔韌性，因 此，當(dāng)這種水性膠乳作為成膜樹(shù)脂用在涂料組合物的配制過(guò)程中時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)或者在很少 程度上出現(xiàn)由于機(jī)械剪切而造成的外殼破裂，從而導(dǎo)致功能成分流失。。另外，功能成分包 含在這種具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物顆粒的聚合物核中，結(jié)果由其形成的涂層，與將功能成分 與常規(guī)水性膠乳的混合物形成的涂層相比，顯示更長(zhǎng)時(shí)間的釋放效果。
[0017]此外，本發(fā)明的水性膠乳還可以以簡(jiǎn)便、廉價(jià)的方式制成。
[0018]本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)在以下的說(shuō)明書中闡明。根據(jù)說(shuō)明書和權(quán)利 要求，本發(fā)明其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。
[0019] MM
[0020] 圖1示出了在相同量的樣品中，功能成分的含量隨時(shí)間的變化圖線：表示本發(fā) 明的水性膠乳，其中含有一定量的功能成分；▲表示常規(guī)水性膠乳與相同量的上述功能成 分形成的參照樣品。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 在本文中使用時(shí)，" 一種"、"這種"、"至少一種"和"一種或多種"可互換使用。因 此，例如包含"一種"功能成分的聚合物顆?？梢员唤忉尀楸硎驹摼酆衔镱w粒包含"一種或 多種"功能成分。
[0022] 在組合物被描述為包括或包含特定組分的情況下，預(yù)計(jì)該組合物中并不排除本發(fā) 明未涉及的可選組分，并且預(yù)計(jì)該組合物可由所涉及的組分構(gòu)成或組成，或者在方法被描 述為包括或包含特定工藝步驟的情況下，預(yù)計(jì)該方法中并不排除本發(fā)明未涉及的可選工藝 步驟，并且預(yù)計(jì)該方法可由所涉及的工藝步驟構(gòu)成或組成。
[0023] 為了簡(jiǎn)便，本文僅明確地公開(kāi)了一些數(shù)值范圍。然而，任意下限可以與任何上限組 合形成未明確記載的范圍；以及任意下限可以與其它下限組合形成未明確記載的范圍，同 樣任意上限可以與任意其它上限組合形成未明確記載的范圍。此外，盡管未明確記載，但是 范圍端點(diǎn)間的每個(gè)點(diǎn)或單個(gè)數(shù)值都包含在該范圍內(nèi)。因而，每個(gè)點(diǎn)或單個(gè)數(shù)值可以作為自 身的下限或上限與任意其它點(diǎn)或單個(gè)數(shù)值組合或與其它下限或上限組合形成未明確記載 的范圍。
[0024] 當(dāng)針對(duì)功能成分使用時(shí)，短語(yǔ)"包含在聚合物顆粒的聚合物核中"是指，該功能成 分可以聚集在聚合物核的中心或者可以分布、甚至均勻地分布在聚合物核中。
[0025] 當(dāng)針對(duì)功能成分使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"水溶解度"是指，該功能成分在一定溫度下在100g 水中達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)所溶解的克數(shù)。在本發(fā)明中，功能成分的水溶解度是在室溫條件下根 據(jù)GB/T21845-2008 測(cè)定的。
[0026] 術(shù)語(yǔ)"優(yōu)選的"和"優(yōu)選地"是指在某些情況下可提供某些益處的本發(fā)明實(shí)施方案。 然而，在相同或其他情況下，其他實(shí)施方案也可能是優(yōu)選的。另外，一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選的實(shí)施 方案的敘述不意味著其他實(shí)施方案是不可用的，并且不旨在將其他實(shí)施方案排除在本發(fā)明 范圍外。
[0027] 水件膠乳
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的一方面提供了一種用于緩釋功能成分的涂料組合物用水性膠乳，所 述水性膠乳包含具有聚合物核-殼結(jié)構(gòu)的聚合物顆粒以及包含在所述聚合物顆粒的聚合 物核中的所述功能成分，其中，所述聚合物殼具有20°C或更低的Tg，并且其中，所述功能成 分在室溫下的水溶解度為l〇g/l〇〇g水或更小。
[0029] 在本發(fā)明的水性膠乳中，聚合物顆粒具有聚合物核_殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)核主要由聚合物 形成，其中含有大部分或者全部功能成分；而外殼也是主要由聚合物形成的，但其中基本上 不含功能成分。在這樣的上下文中使用時(shí)，"含有大部分或全部"功能成分是指，本發(fā)明的聚 合物核包含功能成分的至少80重量％、優(yōu)選至少90重量％、更優(yōu)選至少95重量％、還要更 優(yōu)選至少98重量％、最優(yōu)選100重量％。在這樣的上下文中使用時(shí)，"基本上不含"功能成 分是指，本發(fā)明的聚合物殼包含小于20重量％、優(yōu)選小于10重量％、更優(yōu)選小于5重量％、 還要更優(yōu)選小于2重量％、最優(yōu)選完全不含所述功能成分。
[0030] 在根據(jù)本發(fā)明的聚合物顆粒中，聚合物殼是軟質(zhì)的，具有20°C或更低的Tg。術(shù)語(yǔ) "Tg"在本文中表示玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，其是聚合物從玻璃狀、脆性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z態(tài)的溫度。 Tg值可以通過(guò)使用諸如差示掃描量熱法（DSC)的技術(shù)實(shí)驗(yàn)性測(cè)定或使用Fox方程計(jì)算。除 非另有聲明，本文中給出的Tg值和范圍是基于使用Fox方程計(jì)算得到的Tg。
[0031] 根據(jù)Fox方程，具有n種共聚的共聚單體的共聚物的Tg(以開(kāi)式度計(jì)）通過(guò)各共 聚單體類型的重量分?jǐn)?shù)W和得自各共聚單體的均聚物的Tg(以開(kāi)式度計(jì)）給出：
[0033] 以開(kāi)氏度計(jì)算的Tg可以很容易地轉(zhuǎn)化為攝氏度（°C)。
[0034] 盡管不希望受到理論的束縛，我