容器涂料组合物

申请号 CN201480066771.9 申请日 2014-10-21 公开(公告)号 CN105793370A 公开(公告)日 2016-07-20
申请人 PPG工业俄亥俄公司; 发明人 J·M·杜迪克; C·里奇曼; Q·李; Y·穆萨; R·E·道翰保格; J·P·罗利; K·卡利姆;
摘要 一种用于施涂到容器表面的涂料组合物,其包含:(a)成膜 树脂 材料,其包含以下的含官能团的反应产物:(i)含环状 碳 酸酯基团的材料,(ii)多胺;(b)与(a)的官能团有 反应性 的 固化 剂;(c)液体稀释剂。
权利要求

1.一种用于施涂至容器表面的涂料组合物,其包含:
(a)成膜树脂材料,其包含以下组分的含官能团的反应产物:
(i)含环状酸酯基团的材料,
(ii)多胺;
(b)液体稀释剂。
2.如权利要求1的涂料组合物,其含有与(a)的官能团有反应性固化剂。
3.如权利要求1的涂料组合物,其中(i)选自丙烯酸聚合物、聚酯聚合物、聚酯聚合物和聚醚聚合物。
4.如权利要求3的涂料组合物,其中该丙烯酸类聚合物是由甲基丙烯酸缩甘油酯碳酸酯制备的。
5.如权利要求3的涂料组合物,其中该聚酯聚合物是由含羧酸或酸酐基团的聚酯与碳酸羟烷酯反应制备的。
6.如权利要求3的涂料组合物,其中该聚醚聚合物是由含环基的聚醚与二氧化碳反应获得。
7.如权利要求1的涂料组合物,其中(i)含有至少两个环状碳酸酯基团。
8.如权利要求1的涂料组合物,其中(i)选自丙三醇双环碳酸酯、环己烷二羟甲基双环碳酸酯和聚丙二醇双环碳酸酯。
9.如权利要求1的涂料组合物,其中该多胺含有至少两个伯胺基。
10.如权利要求2的涂料组合物,其中该固化剂选自酚塑料、氨基塑料和苯乙烯顺丁烯二酸酐共聚物。
11.如权利要求2的涂料组合物,其中(a)以50重量%至99重量%的量存在且(b)以1重量%至50重量%的量存在,重量百分比基于该涂料组合物中的树脂固体计。
12.如权利要求1的涂料组合物,其中该液体稀释剂为基本上不含水的有机介质。
13.如权利要求1的涂料组合物,其中该液体介质为含水介质。
14.一种其内表面施涂有涂料组合物的容器,该涂料组合物包含:
(a)成膜树脂材料,其包含以下组分的含官能团的反应产物:
(i)含环状碳酸酯基团的材料,
(ii)多胺;
(b)与(a)的官能团有反应性的固化剂;
(c)液体稀释剂。
15.如权利要求14的容器,其中(i)选自丙烯酸类聚合物、聚酯聚合物、聚氨酯聚合物和聚醚聚合物。
16.如权利要求15的容器,其中该丙烯酸类聚合物是由甲基丙烯酸缩水甘油酯碳酸酯制备的。
17.如权利要求15的容器,其中该聚酯聚合物是由含羧酸或酸酐基团的聚酯与碳酸羟烷酯反应制备的。
18.如权利要求15的容器,其中该聚醚聚合物是由含环氧基的聚醚与二氧化碳反应获得的。
19.如权利要求14的容器,其中(i)含有至少两个环状碳酸酯基团。
20.如权利要求14的容器,其中(i)选自丙三醇双环碳酸酯、环己烷二羟甲基双环碳酸酯和聚丙二醇双环碳酸酯。
21.如权利要求14的容器,其中该多胺含有至少两个伯胺基。
22.如权利要求14的容器,其中该固化剂选自酚醛塑料、氨基塑料和苯乙烯顺丁烯二酸酐共聚物。
23.如权利要求14的容器,其中(a)以50重量%至99重量%的量存在且(b)以1重量%至
50重量%的量存在,重量百分比基于该涂料组合物中的树脂固体计。
24.如权利要求14的容器,其中该液体稀释剂为基本上不含水的有机介质。
25.如权利要求14的容器,其中该液体介质为含水介质。
26.如权利要求14的容器,其为食品或饮料罐,或食品或饮料罐端。
27.一种方法,其包括:
(a)提供如权利要求2的涂料组合物,
(b)在使金属基材形成食品或饮料罐或罐端之前或之后,将该涂料组合物施涂至金属基材。
28.一种含水聚氨酯分散体,其通过以下制备:
(a)将以下成分混合在一起以形成含水介质中的分散体:
(i)单体组分,其含有烯属不饱和单体的混合物,该烯属不饱和单体包含含有环状碳酸酯基团的可聚合烯属不饱和单体,
(ii)分散剂;
(b)使该分散体经受聚合条件以形成含有环状碳酸酯基团的聚合物;
(c)使该聚合物与多胺反应以形成分散在含水介质中的聚氨酯。
29.如权利要求28的含水聚氨酯分散体,其中该含水介质中的分散体包含含有可聚合烯属不饱和基团的聚合物。
30.如权利要求29的含水聚氨酯分散体,其中含有可聚合烯属不饱和基团的聚合物为聚酯。
31.如权利要求30的含水聚氨酯分散体,其中该聚酯是由烯属不饱和多羧酸与多元醇反应制备的。
32.如权利要求29的含水聚氨酯分散体,其中该单体组分含有不同于含有环状碳酸酯基团的烯属不饱和单体的(甲基)丙烯酸类单体。
33.如权利要求29的含水聚氨酯分散体,其中含有环状碳酸酯基团的烯属不饱和单体组分为(甲基)丙烯酸缩水甘油酯碳酸酯。
34.如权利要求29的含水聚氨酯分散体,其中该分散剂为含有至少部分中和的羧酸基团的聚合物。
35.如权利要求34的含水聚氨酯分散体,其中该聚合物为(甲基)丙烯酸类聚合物。
36.如权利要求29的含水聚氨酯分散体,其中该聚合条件为氧化还原聚合条件。
37.如权利要求29的含水聚氨酯分散体,其中该多胺含有两个或更多个伯胺基。
38.如权利要求29的含水聚氨酯分散体,其中该聚氨酯呈胶凝颗粒形式。
39.如权利要求28的含水聚氨酯分散体,其中将该分散剂装入反应容器中,随后顺序添加该单体组分。
40.一种其内表面施涂有包含含水聚氨酯分散体的涂料组合物的容器,该含水聚氨酯分散体通过以下制备:
(a)将以下成分混合在一起以形成含水介质中的分散体:
(i)含有可聚合烯属不饱和基团的聚合物,
(ii)含有烯属不饱和单体混合物的单体组分,该烯属不饱和单体包含含有环状碳酸酯基团的可聚合烯属不饱和单体,
(iii)分散剂;
(b)使该分散体经受聚合条件以形成含有环状碳酸酯基团的聚合物;
(c)使该聚合物与多胺反应以形成分散在含水介质中的聚氨酯。
41.如权利要求40的容器,其中含有可聚合烯属不饱和基团的聚合物为聚酯。
42.如权利要求41的容器,其中该聚酯是由烯属不饱和多羧酸与多元醇反应制备的。
43.如权利要求40的容器,其中该单体组分含有不同于含有环状碳酸酯基团的烯属不饱和单体的(甲基)丙烯酸类单体。
44.如权利要求40的容器,其中含有环状碳酸酯基团的烯属不饱和单体组分为(甲基)丙烯酸缩水甘油酯碳酸酯。
45.如权利要求40的容器,其中该分散剂为含有至少部分中和的羧酸基团的聚合物。
46.如权利要求45的容器,其中该聚合物为(甲基)丙烯酸类聚合物。
47.如权利要求40的容器,其中该聚合条件为氧化还原聚合条件。
48.如权利要求40的容器,其中该多胺含有两个或更多个伯胺基。
49.如权利要求40的容器,其中该聚氨酯呈胶凝颗粒形式。
50.如权利要求40的容器,其中将该分散剂装入反应容器中,随后顺序添加该单体组分。

说明书全文

容器涂料组合物

发明领域

[0001] 本发明涉及容器涂料组合物,和更特别地涉及包含成膜树脂材料的容器涂料组合物,该成膜树脂材料包含含有环状酸酯基团的聚合物型材料和多胺的反应产物。
[0002] 发明背景
[0003] 基于聚合物型树脂粘合剂的涂料组合物用于涂布诸如食品和饮料罐的容器表面。树脂粘合剂可喷涂于罐的内表面或使用卷材涂布工艺施涂至连续金属带,且经涂布的带形成罐身或罐端。因此,聚合物型树脂粘合剂必须具有各种特性。其应对于食品接触而言是安全的;对基材具有良好附着性;抵抗降解且为挠性的以耐受各种制造步骤。基于由双酚A制造的环树脂的聚合物型粘合剂已经持续多年作为精选的聚合物型粘合剂,因为所得涂料对于容器施涂具有良好的整体特性。不幸地,察觉这些化合物潜在地对人体健康有害。因此,存在从容器涂层消除这些聚合物的公众意见。
[0004] 已提议由多异氰酸酯与多元醇的反应制造的聚酯作为含双酚A聚合物的替代物。然而,多异氰酸酯可引起呼吸道问题,且难以处理。此外,由于异氰酸酯从涂层渗出的危险,由这类聚氨酯制造的涂料组合物的终端用户不情愿将这类组合物用于接触食品的涂层。因此,令人期望的是具有聚氨酯的良好整体特性,但不具有与使用多异氰酸酯相关的问题的基于聚合物粘合剂的涂料组合物。
[0005] 发明概述
[0006] 本发明提供了用于施涂至容器表面的涂料组合物,其包含:
[0007] (a)成膜树脂材料,其包含以下组分的含官能团的反应产物:
[0008] (i)含环状碳酸酯基团的材料,
[0009] (ii)多胺;
[0010] (b)任选的与(a)的官能团有反应性固化剂;
[0011] (c)液体稀释剂。
[0012] 本发明还提供了其内表面施涂有上文所描述的涂料组合物的容器。
[0013] 本发明还提供了一种方法,其包括:
[0014] (a)提供上文所描述的涂料组合物,
[0015] (b)在使金属基材形成食品或饮料罐或罐端之前或之后,将该涂料组合物施涂至该金属基材。
[0016] 本发明还提供了一种含聚氨酯分散体,其如下来制备:
[0017] (a)将以下成分混合在一起以形成含水介质中的分散体:
[0018] (i)任选的含有可聚合烯属不饱和基团的聚合物,
[0019] (ii)含有包含可聚合烯属不饱和单体的单体混合物的单体组分,该烯属不饱和单体含有环状碳酸酯基团,
[0020] (iii)分散剂;
[0021] (b)使该分散体经受聚合条件以形成含有环状碳酸酯基团的聚合物;
[0022] (c)使该聚合物与多胺反应以形成分散在含水介质中的聚氨酯。
[0023] 本发明还提供了其内表面施涂有包含上文所描述的含水聚氨酯分散体的涂料组合物的容器。

具体实施方式

[0024] 除非另外明确指明,否则如本文中所使用,所有数字(诸如表示值、范围、量或百分比的那些)均可解读为如同前面由词“约”修饰,即使术语未明确出现。此外,应注意复数术语和/或短语涵盖他们的单数等效物,且反之亦然。例如,“一种”聚合物、“一种”交联剂和任何其他组分是指这些组分中的一种或多种。
[0025] 当提及值的任何数值范围时,这类范围应理解为包括在所述范围最小值与最大值之间的各个和每个数字和/或分数。
[0026] 如本文中所使用,术语“聚合物”宽泛地是指低聚物以及均聚物和共聚物两者。术语“树脂”与“聚合物”可互换使用。
[0027] 除非另外明确指明,否则术语“丙烯酸类”和“丙烯酸酯”可互换使用(除非这样做会改变意指意义)并包括丙烯酸、酸酐及其衍生物,诸如它们的C1-C5烷基酯、经低级烷基取代的丙烯酸(例如,经C1-C2取代的丙烯酸,诸如甲基丙烯酸、乙基丙烯酸等)和它们的C1-C4烷基酯。术语“(甲基)丙烯酸类”或“(甲基)丙烯酸酯”意欲涵盖所表明材料的丙烯酸类/丙烯酸酯和甲基丙烯酸类/甲基丙烯酸酯形式两者,例如,(甲基)丙烯酸酯单体。术语“(甲基)丙烯酸类聚合物”是指由一种或多种(甲基)丙烯酸类单体制备的聚合物。
[0028] 术语“酸”包括酸盐。
[0029] 术语“多羧酸”包括存在其中它们存在的这类酸的酸酐和这类酸的低级烷基(C1-C4)碳原子酯。
[0030] 如本文所使用,分子量是使用聚苯乙烯标准物,通过凝胶渗透色谱法测定。除非另外指明,否则分子量基于重量平均值。
[0031] 含环状碳酸酯基团的材料可由以下结构式表示:
[0032]
[0033] 其中R2为具有1至4个碳原子的亚烷基链,R为有机基团,典型地得自多元醇。R可为得自多缩水甘油醚,或诸如丙烯酸类聚合物、聚酯聚合物、聚醚聚合物和聚氨酯聚合物(包括它们的混合物)的聚合物型材料的基团;n表示至少2的整数,诸如1至5和2至3。
[0034] 多缩水甘油醚典型地通过使表氯醇与多元醇反应获得。多元醇的实例包括双(4-羟基环己基)2,2-丙烷、双(2-羟基基)甲烷、1,5-二羟基萘、环己烷二甲醇和丙三醇。
[0035] 此外,多元醇可为以下结构的聚醚醇:
[0036]
[0037] 其中R3为氢或烷基,优选低级烷基(例如,具有1至6个碳原子),且m为1至4,且n为2至50。
[0038] 随后,多缩水甘油醚与二氧化碳反应以将1,2-环氧基转化成环状碳酸酯基团。反应可在常压至150psi的压下进行。反应温度典型地为60℃至150℃。可使用催化剂,诸如叔胺。
[0039] 丙烯酸类聚合物可通过在自由基聚合条件下聚合单体混合物来制备,该单体混合物包含具有以下结构的单体(I)
[0040]
[0041] 其中R1为氢或甲基,且R2为具有1至4个碳原子的亚烷基链,和(2)一种或多种与单体(I)的环状碳酸酯官能团没有反应性的可聚合烯属不饱和单体。
[0042] 单体(I)典型地基于单体混合物总重量计以1重量%至50重量%,通常基于单体混合物总重量计以5重量%至35重量%,诸如15重量%至25重量%的量存在于单体混合物中。
[0043] 单体(I)可通过含1,2-环氧基的单体与二氧化碳在上文所描述的条件下的反应以将1,2-环氧基转化成环状碳酸酯基团来制备。适合的含1,2-环氧基单体的实例包括但不限于(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、巴豆酸缩水甘油酯和烯丙基缩水甘油醚。
[0044] 单体混合物可包含一种或多种不同于单体(I)的额外烯属不饱和单体。
[0045] 这类单体的例示性实例包括诸如羟基官能烯属不饱和单体和羧酸官能烯属不饱和单体的官能单体。
[0046] 例示性的羟基官能烯属不饱和单体为(甲基)丙烯酸的羟烷酯,诸如(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯及其混合物。
[0047] 例示性的羧酸官能烯属不饱和单体为(甲基)丙烯酸、顺丁烯二酸和巴豆酸。
[0048] 单体混合物可进一步任选地包含一种或多种非官能烯属不饱和单体。例示性的非官能单体包括乙烯基类单体(诸如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、叔丁基苯乙烯和2-乙烯基吡咯烷)和(甲基)丙烯酸的烷基酯。(甲基)丙烯酸的烷基酯的例示性实例包括(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸月桂基酯、(甲基)丙烯酸异癸酯和(甲基)丙烯酸甲酯。
[0049] 不同的烯属不饱和单体典型地基于单体混合物总重量计以50重量%至99重量%,通常基于单体混合物总重量计以65重量%至95重量%,诸如75重量%至85重量%的量存在于单体混合物中。
[0050] 丙烯酸类聚合物会典型地含有羟基,OH值为0至40且分子量为10,000至50,000。
[0051] 含有环状碳酸酯基团的聚酯的实例为通过使羧酸官能聚酯与1,2-碳酸酯醇反应获得的那些,该1,2-碳酸酯醇是诸如由下式表示的α,β,γ-烷三醇:
[0052]
[0053] 其中n为1至4的值。这类碳酸酯的实例为以下的1,2碳酸酯:1,2,3-丙三醇;1,2,4-丁三醇和1,2,5-戊三醇。
[0054] 通过使每分子具有至少两个羧酸基团的多元酸与每分子具有至少两个羟基的多元醇反应制备羧酸官能聚酯。
[0055] 多羧酸的实例包括邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、琥珀酸己二酸壬二酸、癸二酸、顺丁烯二酸、反丁烯二酸、衣康酸、偏苯三甲酸和均苯四甲酸。
[0056] 多元醇的实例包括每分子含有至少两个羟基的那些化合物,其通常用作用于聚酯生产的醇组分。这类醇的实例为二醇,诸如乙二醇、丙二醇、二乙二醇、丙二醇、四乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、2,3-丁二醇、1,2-丁二醇、3-甲基-1,2-丁二醇、1,2-戊二醇、1,5-戊二醇、1,4-戊二醇、2,4-戊二醇、2,3-二甲基三亚甲基二醇、四亚甲基二醇、3-甲基-4,5-戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、1,6-己二醇、1,5-己二醇、1,4-己二醇、2,5-己二醇、新戊二醇、羟基新戊酸新戊二醇酯等;由将诸如ε-己内酯的内酯添加至这些二醇形成的聚内酯二醇;诸如对苯二甲酸双(羟乙基)酯的聚酯二醇;和每分子具有至少3个羟基的多元醇,诸如丙三醇、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、二丙三醇、三丙三醇、1,2,6-己三醇、季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇、山梨糖醇和甘露糖醇。
[0057] 使羟基官能碳酸酯(II)与羧酸官能聚酯在常规的酯化条件下反应。(II)与羧基官能聚酯的当量比为0.5至1:1。
[0058] 所得聚酯典型地含有羟基,羟值为150至160且分子量为2000至4000。
[0059] 类似地,羧酸官能丙烯酸类聚合物、聚氨酯聚合物和聚醚聚合物可与上文所提及的1,2-碳酸酯醇(II)反应。
[0060] 与环状碳酸酯反应的多胺典型地为具有以下结构的那些:
[0061]
[0062] 其中
[0063] R1表示二价基,诸如具有2至18个、优选2至4个碳原子的直链或支化亚烷基,[0064] R2表示氢、具有1至8个碳原子(诸如1至4个碳原子)的烷基或具有1至8个碳原子的羟烷基(通常在烷基中具有1或2个碳原子),
[0065] 只要R2和R3也可生成环状环化合物,优选5元、6元或7元脂族环,则R3等于R2,[0066] A为二价连接基团或化学键。
[0067] 当A为化学键时,多胺具有以下结构:
[0068]
[0069] 其中R1至R3具有上文所提及的定义。这类多胺的实例为:N-甲基乙二胺、羟基乙基氨基乙胺、羟基乙基氨基丙胺、N,N’-二甲基乙二胺、N,N’-二甲基丙二胺、N,N’-二羟基乙基乙二胺;乙二胺、丙二胺、己二胺、辛二胺、三丙酮二胺、二氧杂癸二胺、二氧杂十二烷二胺和高级同系物;环脂族二胺,诸如1,4-环己二胺、4,4'-亚甲基双环己胺和4,4'-异亚丙基双环己胺、异佛尔酮二胺和N-氨基乙基哌嗪。当然,也能够使用这些多胺与彼此的混合物,包括例如二伯多胺与单伯多胺以及与下文式(IIIb)的那些的混合物。
[0070] 上述式(III)中,A也可代表–(R1NH)r–R1–NH–,其产生下式的多胺:
[0071]
[0072] 其中R1至R3具有上述意义,且r表示1至6,优选1至4。
[0073] 这类多胺的实例为:二亚乙基三胺、二亚丙基三胺、双亚己基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺、七亚乙基八胺等。
[0074] 也可使用多胺与一元胺(诸如二甲基胺和二甲基乙醇胺)的混合物。
[0075] 以0.4至1.2:1、诸如0.6至1.0:1的胺与环状碳酸酯的当量比使用具有环状碳酸酯基团的聚合物和多胺。
[0076] 反应可在无溶剂情况下或在适合的有机溶剂或溶剂混合物中进行。实例包括甲苯、二甲苯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙二醇乙酸酯、乙酸戊酯、乙酸己酯、乙酸甲氧基丙酯、四氢呋喃、二噁烷、二乙二醇二丁醚(dibutyldiglycol)、丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环戊酮、环己酮、N-甲基-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、经高取代的芳族物质(诸如溶剂石脑油、重苯(heavy benzole)、Solvesso溶剂和Diasol溶剂)和高沸点脂族和环脂族烃(诸如石油溶剂(white spirits)、松节油的矿物油、Ispar溶剂、Nappar溶剂、萘满和十氢萘)。
[0077] 反应通常在20℃至130℃、优选40℃至100℃的温度下进行。
[0078] 为加速含有环状碳酸酯基团的聚合物与多胺之间的反应,可任选地使用催化剂。实例包括叔胺,诸如三乙胺、三丁胺、1,4-二氮杂双环-(2,2,2)-辛烷和N,N-二甲基苄胺。
[0079] 含有环状碳酸酯基团的聚合物与多胺的反应产物典型地基于涂料组合物中的树脂固体重量计以50重量%至99重量%,诸如60重量%至90重量%的量存在于涂料组合物中。
[0080] 涂料组合物进一步包含固化剂,其与本身且与官能团(诸如环状碳酸酯-多胺反应产物的胺、羟基和/或羧酸基团)有反应性以形成热交联涂层。适合的交联剂为氨基塑料、酚类和苯乙烯顺丁烯二酸酐共聚物。氨基塑料交联剂可为三聚氰胺基、脲基、甘脲或苯并胍胺基。三聚氰胺交联剂为广泛市售的,诸如来自Cytec Industries,Inc.(在它们的CYMEL生产线中)。酚类交联剂包括例如酚清漆和甲阶酚醛树脂。就用于食品罐而言,不得自双酚A的酚类甲阶酚醛树脂(phenolic resole)是特别适合的。基于苯酚、甲酚和二甲酚的甲阶酚醛树脂是特别适合的。交联剂典型地基于涂料组合物中的树脂固体重量计以1重量%至50重量%,诸如10重量%至40重量%的量存在。
[0081] 涂料组合物含有稀释剂(诸如水,或有机溶剂,或水与有机溶剂的混合物)以溶解或分散组合物的成分。选择具有充分挥发性的有机溶剂以在固化工艺期间,诸如在175℃至205℃加热约5至15分钟期间,从涂料组合物实质上完全蒸发。适合的有机溶剂的实例为脂族烃,诸如矿油精和高闪点VM&P石脑油;芳族烃,诸如苯、甲苯、二甲苯和溶剂石脑油100、
150、200等;醇,例如乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇等;酮,诸如丙酮、环己酮、甲基异丁基酮等;酯,诸如乙酸乙酯、乙酸丁酯等;二醇,诸如丁基二醇;二醇醚,诸如甲氧基丙醇和乙二醇单甲醚和乙二醇单丁醚等。也可使用各种有机溶剂的混合物。在涂料组合物中,基于涂料组合物的总重量计以约20重量%至80重量%,诸如30重量%至70重量%的量使用稀释剂。
[0082] 辅助(adjuvant)树脂,诸如丙烯酸类多元醇、聚醚多元醇和聚酯多元醇,可包括在涂料组合物内以使所得涂料的某些特性最大化。当存在时,辅助树脂基于涂料组合物的树脂固体重量计以至多50重量%、典型地2重量%至50重量%的量使用。
[0083] 典型地存在于涂料组合物中的另一任选的成分为增加涂料组合物的固化或交联速率的催化剂。通常而言,可使用酸性催化剂且典型地以约0.05重量%至5重量%的量存在。适合的催化剂的实例为十二烷基苯磺酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、二壬基萘二磺酸和苯基膦酸。
[0084] 另一有用的任选的成分为润滑剂,例如蜡,其通过赋予经涂布的金属基材薄片润滑性而有助于金属盖子(metal closure)的制造。优选的润滑剂包括例如巴西棕榈蜡和聚乙烯型润滑剂。若使用,则润滑剂优选基于涂料组合物中的树脂固体重量计以至少0.1重量%存在于涂料组合物中。
[0085] 另一有用的任选的成分为诸如二氧化的颜料。若使用,则颜料基于涂料组合物中的固体总重量计以不超过70重量%、优选不超过40重量%的量存在于涂料组合物中。
[0086] 可任选地将表面活性剂添加至涂料组合物中以辅助基材的流动和湿润。适合的表面活性剂的实例包括但不限于壬基苯酚聚醚和盐。若使用,则表面活性剂基于涂料组合物中的树脂固体重量计以至少0.01%且不超过10%的量存在。
[0087] 在一些实施方式中,用于本发明实践中的组合物基本上(substantially)不含、可实质上(essentially)不含且可完全不含双酚A及其衍生物或残余物,包括双酚A(“BPA”)和双酚A二缩水甘油醚(“BADGE”)。这类组合物有时称为“非有意BPA”,因为并非有意添加BPA,包括其衍生物或残留物,但其可因不可避免的来自环境的污染而以痕量存在。组合物也可基本上不含且可实质上不含且可完全不含双酚F及其衍生物或残余物,包括双酚F和双酚F二缩水甘油醚(“BPFG”)。用于此情形下的术语“基本上不含”意指组合物含有小于1000百万分率(ppm)的任何上述化合物、衍生物或其残余物,“实质上不含”意指小于100ppm的任何上述化合物、衍生物或其残余物且“完全不含”意指小于20十亿分率(ppb)的任何上述化合物、衍生物或其残余物。
[0088] 如上所述,本发明的涂料组合物可施涂于所有类型的容器,且特别良好地适合用于食品和饮料罐(例如,两片罐、三片罐等)的内表面。
[0089] 组合物可通过本领域已知的任何方法,诸如辊涂和喷涂施涂于食品或饮料容器。应领会,对于两片食品罐,涂料典型地在罐制成之后喷涂。对于三片食品罐,平坦片材会典型地首先用一种或多种本发明组合物辊涂,并随后形成罐。如上所指出,组合物的固体百分比可基于施涂方法调节。可将涂料施涂成36mgs/4in2至4mgs/4in2,诸如20mgs/4in2至
2
14mgs/4in的干膜重量。
[0090] 在施涂之后,随后固化涂料。由本领域中的标准方法实现固化。对于卷材涂料,这通常为在高热(即,485°F(252℃)峰值金属温度)下的短停留时间(即,9秒至2分钟);经涂布的金属片材通常固化较长时间(即,10分钟)但在较低温度(即,400°F(204℃)峰值金属温度)下。对于两片罐上的喷涂涂料,固化可为5至8分钟,伴以在415°F(213℃)至425°F(218℃)的峰值金属温度下的90秒烘烤,或在390°F(199℃)下的60秒烘烤。
[0091] 可根据本发明的方法处理用于形成食品罐的任何材料。特别适合的基材包括、无锡钢和镀黑钢(black-plated steel)。
[0092] 在具体实施方式中,本发明的涂料组合物可制备成含水分散体。该分散体通过以下形成:
[0093] (a)将以下成分混合在一起以形成含水介质中的分散体:
[0094] (i)任选的含有可聚合烯属不饱和基团的聚合物,
[0095] (ii)含有包含可聚合烯属不饱和单体的单体混合物的单体组分,该烯属不饱和单体含有环状碳酸酯基团,
[0096] (iii)分散剂;
[0097] (b)使该分散体经受聚合条件以形成含有环状碳酸酯基团的聚合物;
[0098] (c)使该聚合物与多胺反应以形成分散在含水介质中的聚氨酯。
[0099] 含有可聚合烯属不饱和基团(i)的聚合物的实例为由使烯属不饱和多羧酸与多元醇反应制备的聚酯聚合物。这类聚酯的实例为使用诸如顺丁烯二酸、反丁烯二酸和衣康酸的多羧酸的上文所述的那些。典型地,不饱和多羧酸基于用于制备聚酯聚合物的反应物总重量计将构成3重量%至15重量%。
[0100] 单体组分(ii)包含烯属不饱和单体的混合物,该单体的一部分包含含有环状碳酸酯基团的烯属不饱和单体。这类单体的实例为如上文大体所描述的已与二氧化碳反应的含环氧基烯属不饱和单体(诸如(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、巴豆酸缩水甘油酯和烯丙基缩水甘油醚)的反应产物。这类单体的实例为(甲基)丙烯酸缩水甘油酯碳酸酯。含环状碳酸酯基团单体典型地基于烯属不饱和单体的总重量计以1重量%至50重量%,诸如5重量%至25重量%的量存在。
[0101] 其他可共聚烯属不饱和单体的实例为羟基官能和羧酸官能烯属不饱和单体和乙烯基类单体和(甲基)丙烯酸的烷基酯,其全部如上文所描述。
[0102] 组分(i)和(ii)典型地借助于分散剂而分散在含水介质中。分散剂可为羧酸官能聚合物,诸如(甲基)丙烯酸聚合物。
[0103] (甲基)丙烯酸类聚合物可通过自由基引发的可聚合烯属不饱和单体(包括含羧酸基团的烯属不饱和单体)的聚合制备。
[0104] 可聚合烯属不饱和羧酸单体的实例为丙烯酸和甲基丙烯酸。这些单体通常基于用于制备(甲基)丙烯酸类聚合物分散体的总单体重量计以约10重量%至60重量%,诸如15重量%至50重量%的量存在,且用诸如叔胺的至少部分中和以形成辅助聚合物颗粒分散的胺盐。
[0105] 其他可聚合烯属不饱和单体的实例为乙烯基类芳族单体和(甲基)丙烯酸的烷基酯,其全部如上文所描述。这些单体典型地基于总单体重量计以40重量%至90重量%,诸如50重量%至85重量%的量存在。
[0106] (甲基)丙烯酸类聚合物分散剂典型地具有10,000至20,000的分子量。
[0107] 成分(i)、(ii)和(iii)典型地以如下量存在:
[0108] (i)0至60重量%,诸如25重量%至50重量%,
[0109] (ii)5重量%至40重量%,诸如10重量%至30重量%,和
[0110] (iii)5重量%至40重量%,诸如10重量%至30重量%;
[0111] 重量百分比基于(i)、(ii)和(iii)的总重量计。
[0112] 将上述成分(i)、(ii)和(iii)在含水介质中混合在一起以形成分散体。随后,使各成分经受自由基引发的聚合条件以形成含有环状碳酸酯基团的聚合物。具体地,可将分散剂典型地与水和有机溶剂一起添加至反应容器中,随后顺序添加单体组分和自由基引发剂。
[0113] 适合的自由基聚合引发剂为能够在含水介质中引发自由基聚合的所有那些。它们可包括过氧化物(例如,碱金属过氧二硫酸盐(peroxodisulfate))和偶氮化合物两者。就聚合引发剂而言,通常使用称为氧化还原引发剂的物质,其由至少一种有机还原剂和至少一种过氧化物和/或氢过氧化物(例如,叔丁基过氧化氢)以及硫化合物(例如,羟基甲烷亚磺酸的钠盐,亚硫酸钠、焦亚硫酸钠(sodium disulfite)、硫代硫酸钠或丙酮合亚硫酸氢盐(acetone bisulfite)加合物)或过氧化氢与抗坏血酸组成。基于(i)和(ii)的重量计,所用的自由基引发剂体系的量优选为0.1重量%至2重量%。
[0114] 适合于进行乳液聚合的表面活性物质为通常用于这些目的的乳化剂和保护胶体。通常基于(i)和(ii)重量计以至多10重量%、优选0.5重量%至5重量%、和特别是1.0重量%至4重量%的量使用表面活性物质。
[0115] 适合的保护胶体的实例为聚乙烯醇、淀粉衍生物和纤维素衍生物和乙烯基吡咯烷酮共聚物。
[0116] 不同于保护胶体的那些,可使用相对分子量通常低于2000的乳化剂作为表面活性物质。它们本质上可为阴离子或非离子。阴离子乳化剂包括烷基中具有8至12个碳原子的烷基硫酸盐的碱金属盐和铵盐。适合的非离子乳化剂的实例为乙氧基化的单烷基酚、双烷基酚和三烷基酚(EO单元:3至50,烷基:C4-C9)。
[0117] 在完成聚合之后,将多胺(诸如上文所描述的那些)添加至分散体中,并使其与如上文大体所描述的含有环状碳酸酯基团的聚合物反应。分散在含水介质中的所得聚氨酯呈胶凝微粒(微凝胶)形式,如通过动态光散射技术测定,其重量平均粒径在100纳米至5000纳米(nm)范围内。微凝胶为交联的且不可溶于有机溶剂但在有机溶剂中可溶胀的聚合物型颗粒。分子量(若可测量)是高的,经常至少105,诸如106或更高。
[0118] 实施例
[0119] 提供以下实施例辅助理解本发明,且并不理解为限制其范围。除非另外指明,否则所有份数和百分比以重量计。
[0120] 测试方法
[0121] 以下测试方法用于随后的实施例中。
[0122] A.抗发白性:抗发白性测量涂层抵抗各种测试溶液侵蚀的能力。当经涂布的膜吸收测试溶液时,其通常变得混浊或看起来是白的。使用1至10的标度(其中“10”等级表明不发白,且“0”等级表明膜完全白化)视觉上测量发白。商业上可用的涂层典型地需要至少7的发白等级。测试的经涂布的板为2x4英寸(5x10cm),且测试溶液覆盖测试板的一半,这样你可以将暴露的面板的发白与未暴露的部分进行比较。
[0123] B.附着性:进行附着性测试以评估涂层是否粘附至基材。附着性测试是使用得自SaintPaul,Minn的3M Company的Scotch 610胶带根据ASTM D 3359测试方法B进行。附着性通常按照1至10的标度(其中“10”等级表明没有附着性失效,“9”等级表明90%涂层保持粘附,“8”等级表明80%涂层保持粘附,等等)评级。
[0124] C.Dowfax清洁剂测试:“Dowfax”测试经设计以测量涂层对沸腾的清洁剂溶液的耐受性。该溶液是通过将5克DOWFAX 2A1(Dow Chemical的产品)混合至3000克去离子水中来制备的。将经涂布的条浸入沸腾的Dowfax溶液中15分钟。随后冲洗各条,并且在去离子水中冷却,干燥,和立即如先前描述对发白进行评级。
[0125] D.Joy清洁剂测试:“Joy”测试经设计以测量涂层对热180°F(82℃)Joy清洁剂溶液的耐受性。该溶液是通过将30克Ultra Joy洗碗精(Procter&Gamble的产品)混合至3000克去离子水中来制备的。将经涂布的条浸入180°F(82℃)Joy溶液中15分钟。随后冲洗各条并在去离子水中冷却,干燥,并立即如先前描述对发白进行评级。
[0126] E.乙酸测试:“乙酸”测试经设计以测量涂层对沸腾的3%乙酸溶液的耐受性。该溶液是通过将90克乙酸(Fisher Scientific的产品)混合至3000克去离子水中来制备的。将经涂布的条浸入沸腾的乙酸溶液中30分钟。随后冲洗各条,并在去离子水中冷却,干燥,并立即如先前描述对发白进行评级。
[0127] F.去离子水甑馏(retort)测试:“去离子水甑馏”测试经设计以测量涂层对去离子水的耐受性。将经涂布的条浸入去离子水中,并在250°F(121℃)下放置在蒸气曲颈甑(steam retort)中30分钟。随后将各条在去离子水中冷却,干燥和立即如先前描述对发白进行评级。
[0128] 实施例A
[0129] 聚酯
[0130] 含有可聚合烯属不饱和基团的聚酯通过如下文所描述的以下成分制备:
[0131]
[0132]
[0133] 将总共275克2-甲基-1,3-丙二醇、69.5克衣康酸和680克Empol1008C36二聚酸添加至装备有搅拌器、温度探针、具有蒸馏头的蒸气加热回流冷凝器的适合的反应容器中。反应器装备有用于以氮气流冲洗反应器的入口。将烧瓶的内容物加热至130℃,且将氮气盖(nitrogen cap)切换为氮鼓泡。继续加热至180℃,此时水开始从反应产生(evolve)。分阶段将反应混合物的温度升高至200℃,且保持在该温度下直到蒸馏出96克水和反应混合物的酸值测量为1.99。冷却反应器的内容物并将其倾倒出。如针对聚苯乙烯标准测量的,最终材料为测得固体为94.9%、测得气泡粘度(bubble viscosity)为Z4+、羟值为152.1且重均分子量为3117的粘性液体材料。
[0134] 实施例B
[0135] 分散剂
[0136] 用作分散剂的(甲基)丙烯酸类聚合物通过如下文所描述的以下成分制备:
[0137]成分 重量份(克)
丁基溶纤剂 394.9
丙二醇甲基醚(Dowanol PM) 227.7
Luperox 270 22.5
丙烯酸丁酯 198
甲基丙烯酸甲酯 141
甲基丙烯酸羟基乙基酯 57
甲基丙烯酸 204
[0138] 将总共126克2-丁氧基乙醇(丁基溶纤剂)和84克Dowanol PM添加至装备有搅拌器、温度探针和回流冷凝器的适合反应容器中。反应器装备有用于以氮气流冲洗反应器的入口。在140℃下加热混合物至回流。经3小时将18克Luperox 270与63.8克丁基溶纤剂的混合物经由加料漏斗逐滴添加至反应器中。同时,但伴以5分钟延迟,经2.5小时将198克丙烯酸丁酯、141克甲基丙烯酸甲酯、57克甲基丙烯酸羟基乙酯和204克甲基丙烯酸的混合物经由加料漏斗逐滴添加至反应器中。当完成单体混合物时,用30克丁基溶纤剂(其随后添加至反应中)冲洗加料漏斗。在引发剂进料完成之后,经30分钟将4.5克Luperox 270与10.5克丁基溶纤剂的混合物经由加料漏斗逐滴添加至反应器中。随后用1.5克丁基溶纤剂(其添加至反应混合物中)冲洗加料漏斗。将反应物维持在140℃并保持1小时。将163.1克丁基溶纤剂与143.7克Dowanol PM的混合物添加至反应混合物中。冷却反应器的内容物至80℃并将其倾倒出。如针对聚苯乙烯标准测量,最终材料为理论酸值为106.9且理论羟值为19.8、测得固体(以溶液计)为51.2%且重均分子量为13,949的澄清粘性液体。
[0139] 实施例C
[0140] 含水聚氨酯分散体
[0141] 含水聚氨酯树脂分散体由如下文所描述的以下成分制备:
[0142]成分 重量份(克)
去离子水 184.59
实施例B的分散剂 39.1
二甲基乙醇胺 5.54
实施例A的聚酯 35.4
甲基丙烯酸缩水甘油酯碳酸酯 7.5
甲基丙烯酸丁酯 40.8
苯乙烯 2.1
异抗坏血酸 0.30
2%硫酸亚铵溶液 0.15
70%叔丁基过氧化氢 0.43
异佛尔酮二胺 4.3
[0143] 将总共58.4克水、39.1克实施例B的分散剂和2.48克二甲基乙醇胺添加至装备有揽拌器、温度探针和回流冷凝器的适合反应容器中。反应器装备有用于以氮鼓泡混合物20分钟的入口。将混合物加热至50℃,且移除鼓泡以提供经过反应容器的正氮气流。将0.3克异抗坏血酸、0.15克2%硫酸亚铁铵溶液和6.2克去离子水添加至反应器中并将反应保持最少5分钟。经1小时将35.4克实施例A的聚酯、7.5克甲基丙烯酸缩水甘油酯碳酸酯、40.8克甲基丙烯酸丁酯和2.1克苯乙烯的混合物经由加料漏斗逐滴添加至反应器中,并彻底混合内容物。同时,也经1小时将0.43克70%叔丁基过氧化氢与60克去离子水的混合物添加至反应容器中。随后将反应物在50℃下保持1小时。在保持之后,将3.06克二甲基乙醇胺与10克去离子水的混合物添加至反应混合物中,并将反应温度增加至80℃。在80℃下,经30分钟逐滴添加4.3克异佛尔酮二胺与50克去离子水的混合物。随后将反应在80℃下保持1小时,冷却至<40℃并倾倒出。最终材料为测得固体为34.7%的液体分散体。
[0144] 实施例1-3
[0145] 涂料组合物
[0146] 将实施例C的含水聚氨酯分散体与以树脂固体重量计为10%的丁基溶纤剂聚结。也在无交联剂和以总树脂固体重量计为7.5%以及15%的Cymel 327固体的情况下配制该分散体。用去离子水将油漆减少至30重量%固体。通过在以标准油漆混合叶片的适度搅拌下,以表1中显示的次序将材料添加至小内衬的油漆罐中制备油漆。在添加所有成分之后,将油漆搅拌另外5分钟。
[0147] 表1
[0148]
[0149]
[0150] 通过使用绕线刮涂(wire wound)棒在经铬处理的5182-H481板(5”x13”)上刮涂(draw)油漆以获得~7.0毫克/平方英寸(msi)的干燥涂层重量来获得经涂布的板。将经涂布的板立即置于单区、燃气输送带式烘箱中10秒,并烘烤至450°F(232℃)的峰值金属温度。当烘烤板离开烘箱时,立即使其在水中骤冷(quench)。随后将它们干燥,并切成较小的测试样片(test coupon),并将它们的性能与作为G1购自PPG Industries的双酚A(BPA)环氧树脂对照组比较。
[0151] 评估了涂层的用由甲乙酮饱和的抹布来软化和冲破(break through)所述涂层所需的用手双摩擦(double rubs)的次数。它们的挠性是用楔弯曲测试来评价的。对于该测试,将经涂布的板切割成2英寸乘4.5英寸的片,并且基板纹理垂直于该切割板的纵长延伸。它们然后沿着所述板的纵长在1/4英寸金属销子(metal dowel)上弯曲,并且经涂布的侧面朝外。然后将该弯曲样片置于金属上(在这里从其中预先切割出楔,其沿着4.5英寸长度的锥度是0-1/4英寸)。一旦置于该楔中,则用重为2.1kg的金属块从11英寸的高度冲击每个弯曲的样片来形成楔,在这里该经涂布的金属的一端撞击在它本身上,并且1/4英寸空间保留在相对端上。然后将该楔弯曲板置于硫酸盐酸水溶液中2分钟,来有意地蚀刻在其中涂层失效和破裂的区域中的铝板。该蚀刻的楔弯曲板然后通过1.0x放大率的显微镜检查,来确定涂层从撞击端沿着弯曲半径开裂有多远。挠曲结果是以开裂面积相对于楔弯曲板的总长的百分比来报导的。还评价了涂料粘附至铝板和在如上文所描述的四种水溶液中的抗发白能力。测试结果报导于表2中。
[0152] 表2
[0153]
[0154] 实施例D
[0155] 聚氨酯
[0156] 将100g(固体=84.2%,丙二醇甲基醚(Dowanol PM)作为溶剂)丙三醇双环碳酸酯(GDCC)添加至已装入146.67g Dowanol PM的1L烧瓶中。在N2保护下加热批料至220°F(104℃)。当达到温度时,开始经20至30分钟添加78.27g间二甲苯二胺。当完成添加时,将批料温度提高至255°F(124℃)。将批料保持在255°F(124℃)下1至2小时直到环状碳酸酯基团完全-1 -1消耗,这可通过混合物约1797cm 的FTIR峰的消失和约1707cm 的FTIR峰的出现表明。所得聚合物具有2,595的数均分子量和28,914的重均分子量和以下结构:
[0157]
[0158] 聚氨酯树脂为胺官能的,具有43.2的胺当量。
[0159] 实施例E
[0160] 聚氨酯
[0161] 将100g(固体=84.2%,Dowanol PM作为溶剂)GDCC添加至已装入146.67g Dowanol PM的1L烧瓶中。在N2保护下加热批料至220°F.(104℃.)。当达到温度时,开始经20至30分钟添加78.27g间二甲苯二胺。当完成添加时,将批料温度提高至255°F(124℃)。将批料保持在255°F(124℃)下1至2小时直到环状碳酸酯基团完全消耗。随后经20至30分钟装入具有71.12g碳酸丙烯酯的批料,随后在255°F(124℃)下保持2小时。添加2.2g三乙胺并再保持一小时。所得聚合物具有3,717的数均分子量,43,302的重均分子量和30.2的胺当量。
[0162] 实施例4-6
[0163] 将如实施例D和实施例E中所描述而制造的树脂配制成如表3中所示的涂料组合物。将所有涂料样品刮涂(draw down)至铝金属片材以形成膜重量约7msi的涂覆层。随后,在400°F(204℃)下烘烤经涂布的板5分钟。如MEK摩擦和Joy测试表明,所有样品展示出优异的耐溶剂性和耐水性。如乙酸沸腾测试表明,实施例6显现出更好的耐酸性。
[0164] 表3
[0165]
[0166] 1来自Cray Valley的苯乙烯顺丁烯二酸酐共聚物。
[0167] 表4
[0168]  MEK摩擦 Joy清洁剂 乙酸测试
实施例4 100+ 10 1
实施例5 100+ 10 1
实施例6 100+ 10 10
[0169] 实施例F
[0170] 聚氨酯
[0171] 将100g环己烷二羟甲基双环碳酸酯(CHDMDCC)(固体=86.4%,Dowanol PM作为溶剂)添加至已装入140.96g Dowanol PM的1L烧瓶中。在N2保护下加热批料至220°F(104℃)。当达到温度时,开始经20至30分钟添加30.48g间二甲苯二胺。当完成添加时,将批料温度提高至255°F(124℃)。将批料保持在255°F(124℃)下6小时。必要时,添加1.16g三乙胺作为催化剂。随后添加5.39g丙烯酸并保持1小时。添加5.39g丙烯酸的另一进料并保持1小时。产物为具有如下所示结构的暗黄色粘性液体:
[0172]
[0173] 实施例G
[0174] 聚氨酯
[0175] 将100g CHDMDCC(固体=86.4%,Dowanol PM作为溶剂)添加至已装入42.16g Dowanol PM的1L烧瓶中。在N2保护下加热批料至255°F(124℃)。当达到温度时,开始经20至30分钟添加27.94g间二甲苯二胺。当完成添加时,将批料保持在255°F(124℃)下6小时。开始冷却至212°F(100℃)。一旦温度达到212°F(100℃),将5.46g邻苯二甲酸酐装入烧瓶。随
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