水性涂料組合物和由其形成的防眩光涂層的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種水性涂料組合物、一種用于由其提供涂層的方法以及一種防眩光 聚合物涂層。具體來說，本發明涉及一種水性涂料組合物，包括：選自由以下組成的群組的 第一固體聚合物粒子：具有0. 60-0. 99 ym的平均直徑的多級漸變折射率（grin)組成性共 聚物粒子、具有〇. 60-0. 99 ym的平均直徑和所計算的玻璃轉化溫度（Tg)為20°C或更低的 橡膠狀核心的多級共聚物粒子以及其混合物；選自由以下組成的群組的第二固體聚合物粒 子：具有2-20 ym的平均直徑的多級漸變折射率（grin)組成性共聚物粒子、具有2-20 ym 的平均直徑和所計算的玻璃轉化溫度（Tg)為20°C或更低的橡膠狀核心的多級共聚物粒子 以及其混合物；以及第三固體聚合物粒子，其所計算的Tg為-60°C到120°C并且平均粒子直 徑為50nm到500nm;其中第一固體聚合物粒子與第二固體聚合物粒子的干重比是0.25 : 1 到2 : 1;其中第一固體聚合物粒子和第二固體聚合物粒子的總和與第三固體聚合物粒子 的干重比是0. 15 : 1到10 : 1;其中第二固體聚合物粒子的K10值小于1.9E+10N/m2;其 中第二固體聚合物粒子的外表面的折射率與第三固體聚合物粒子的折射率之間的差值介 于10E-4到10E-2之間；以及其中水性涂料組合物包括小于10體積％的無機填料粒子。
【背景技術】
[0002] 本發明涉及一種適用于防眩光涂層并且尤其有益于施加于襯底上的低厚度涂層 的聚合物涂料組合物。防眩光涂層當施加于襯底上時提供低表面光澤度并且常用于塑料、 玻璃、木材以及水泥類材料上的涂層。極為常見的是使用含有例如二氧化硅或硅酸鹽粒子 的無機微粒材料的涂料，所述材料已知還用于涂料技術中作為填料、消光劑和去光劑，從而 提供防眩光特性。在防眩光涂料的一些用途中，迫切希望所述涂層也提供高度的接觸色彩 清晰性，以使得在涂層干燥之后，可清楚地看到底層襯底以觀察所述襯底。防眩光和光學透 明度的組合針對銷售和廣告目的是特別重要的。舉例來說，放在商店中暴露于商店照明的 貨架上或冷凍單元中的包裝會出現閃亮的并且強烈的反射，并且因此購物者難以識別產品 的細節，例如包裝內的產品的制造商或類型。在防眩光涂層中使用無機填料用以減少包裝 的眩光并且有助于幫助購物者鑒別產品的細節。然而，無機填料的使用存在兩個方面的問 題。首先，無機填料的折射率可能顯著不同于粘合聚合物的折射率或無機材料的分散可能 不良；在兩種情況下，這導致在涂層中發展出濁度，所述濁度也導致了產品細節、即與包裝 內容物有關的信息的丟失。其次，無機填料通常是硬的并且這導致涂層的感覺或觸覺自然 是粗糙的。防眩光包裝的最佳美學價值無法在涂料中使用無機填料來獲得。
[0003] 針對防眩光涂料使用無機填料的替代方案是在防眩光涂料中使用聚合物粒子。粒 子直徑是1-20 y m的聚合物粒子尤其適用于防眩光應用。有機聚合物的優點是基于使表面 無光的能力、可能具有與粘合聚合物接近的折射率匹配、柔軟并且可變形同時在施加一些 壓力之后返回到其初始尺寸的潛能。
[0004] 美國專利第7, 829, 626號揭露了用于皮革的亞光涂料，包括粘合劑組分和具有 1-20微米的平均直徑的某些較暗淡的共聚物粒子。
[0005] 已用本發明解決的問題是通過使用大小不同的兩種聚合物粒子與充當涂層粘合 劑的第三聚合物粒子的特定摻合物，提供在一定的涂層厚度范圍內具有防眩光特性的涂層 的能力。
[0006] 防眩光涂層的關鍵目標包括形成膜并且濕透襯底、尤其是聚烯烴襯底的能力，尤 其是在涂層重量目標的下端，例如1. 4到1. 6鎊/令（2. 19-2. 5 y m)。
[0007] 在60°下測量的防眩光亞光涂層的光澤度目標通常介于5到25之間。
【發明內容】
[0008] 在本發明的第一方面，提供一種水性涂料組合物，包含：選自由以下組成的群組的 第一固體聚合物粒子：具有0. 60-0. 99 ym的平均直徑的多級漸變折射率（grin)組成性共 聚物粒子、具有〇. 60-0. 99 ym的平均直徑和所計算的玻璃轉化溫度（Tg)為20°C或更低的 橡膠狀核心的多級共聚物粒子以及其混合物；選自由以下組成的群組的第二固體聚合物粒 子：具有2-20 ym的平均直徑的多級漸變折射率（grin)組成性共聚物粒子、具有2-20 ym 的平均直徑和所計算的玻璃轉化溫度（Tg)為20°C或更低的橡膠狀核心的多級共聚物粒子 以及其混合物；以及第三固體聚合物粒子，其所計算的Tg為-60°C到120°C并且平均粒子直 徑為50nm到500nm ;其中所述第一固體聚合物粒子與所述第二固體聚合物粒子的干重比是 0.25 : 1到2 : 1;其中所述第一固體聚合物粒子和所述第二固體聚合物粒子的總和與所 述第三固體聚合物粒子的干重比是0.15 : 1到10 : 1;其中所述第二固體聚合物粒子的 K10值小于1. 9E+10N/m2;其中所述第二固體聚合物粒子的外表面的折射率與所述第三固體 聚合物粒子的折射率之間的差值介于10E-4到10E-2之間；以及其中所述水性涂料組合物 包含小于10體積％的無機填料粒子。
[0009] 在本發明的第二方面，提供一種用于提供涂層的方法，包含：(a)形成本發明第一 方面的所述水性涂料組合物；(b)將所述水性涂料組合物施加到襯底；以及（c)對所述水性 涂料組合物進行干燥或使其干燥；其中所述所提供的涂層的干膜厚度是所述的平均直徑的 0. 8到3倍。
[0010] 在本發明的第三方面，提供一種通過本發明第二方面的方法所形成的涂層，其中 所述涂層的60°鏡面光澤度是5到25。
[0011] 本發明的水性涂料組合物包括選自由以下組成的群組的第一固體聚合物粒 子：具有〇. 60-0. 99 ym的平均直徑的多級漸變折射率（grin)組成性共聚物粒子；具有 0. 60-0. 99 ym的平均直徑和橡膠狀核心的多級共聚物粒子，所述核心的所計算的玻璃轉化 溫度（Tg)為20°C或更低；以及其混合物。本文中的"水性"意指組合物的連續相主要是水， 優選地大于70重量％水；連續相的任選的其它組分是水溶性溶劑、寡聚物、聚合物等。
[0012] 本發明的水性涂料組合物包括第一固體聚合物粒子、第二固體聚合物粒子以及第 三固體聚合物粒子。本文中的"固體聚合物粒子"意指聚合物粒子在干的時候不包括一或 多個空隙。
[0013] 第一固體聚合物粒子的平均直徑是0.60-0. 99ym，優選地0.80-0. 90ym。優選 地，第一固體聚合物粒子是具有例如核-殼型或其它多級形態，例如多葉形結構的多級聚 合物。多級第一固體聚合物粒子包括聚合物核相和一或多個聚合物殼相并且可以是漸變 折射率（grin)組合物。核心可以從各種乙烯基單體制備，并且可以是橡膠狀或玻璃狀聚合 物。核心可以從例如以下的單體的聚合或共聚合制備：二烯烴，例如丁二烯或異戊二烯；乙 烯基芳香族單體，例如苯乙稀或氯苯乙稀；乙稀醋，例如乙酸乙稀醋或苯甲酸乙稀醋；丙稀 腈；甲基丙烯腈；（甲基）丙烯酸酯，例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸苯 酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯以及丙烯酸苯甲酯；氯乙烯；以及可通過 自由基引發聚合的其它單體。優選地，如所描述，其主要組分是丙烯酸系多級共聚物粒子、 乙烯基多級共聚物粒子、多級烯烴聚合物粒子、多級聚硅氧烷粒子、多級合成橡膠共聚物粒 子、多級氨基甲酸酯共聚物粒子、水分散性接枝共聚物粒子、其混合物、其組合以及其與單 級交聯（共）聚合物的混合物。特別優選的是丙烯酸系多級共聚物粒子，這歸因于它們在 吸引人的成本下的熱、水分以及UV穩定性。
[0014] 在一個實施例中，第一固體聚合物粒子是具有橡膠狀核心、即所計算的Tg為20°C 或更低或可替代地l〇°C或更低的核心聚合物的多級聚合物。橡膠狀核心可以包括合成或 天然橡膠，或優選地丙烯酸系橡膠。丙烯酸系橡膠核心包括丙烯酸烷酯共聚物，烷基具有2 到8個碳原子，以核心單體的總重量計，與0到15重量％、優選地0到10重量％的一或多 種交聯劑共聚合；以核心單體的總重量計，與〇到15重量％、優選地0到10%的一或多種 接枝聯接劑共聚合；以及以核心單體的總重量計，與〇到50重量％的一或多種可共聚合的 烯系不飽和單體共聚合。在圍繞丙烯酸系橡膠的一或多個聚合物外殼中，最外層殼聚合物 與第二固體聚合物粒子熱力學上相容。外殼可以包含〇到40重量％的多級粒子。
[0015] 在橡膠狀核心聚合物中，優選的丙烯酸烷酯是丙烯酸叔丁酯或丙烯酸正丁酯。可 共聚合的烯系不飽和單體可以是單烯系不飽和單體，例如甲基丙烯酸烷酯；和單烯系不飽 和芳烴，例如苯乙烯。如本文所使用的烯系不飽和芳烴包括以下單乙烯系不飽和芳香族單 體：例如苯乙烯；烷基苯乙烯；例如甲基苯乙烯和乙基苯乙烯；其它被取代的乙烯基苯，其 中取代基不干擾聚合；以及類似的乙烯基多環芳香族單體。核心聚合物的折射率和第二聚 合物粒子的折射率可以任選地完全匹配以產生幾乎完全透明的組合物。
[0016] 適用于核心聚合物中的交聯單體通常是可與其它核心單體共聚合的二烯系或多 烯系不飽和單體，其中烯系不飽和基團具有大致相等的反應性，例如二乙烯基苯（DVB);二 醇二（甲基）丙烯酸酯