CN106065241A - 装饰性涂料组合物、经涂布的衬底及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种涂料组合物，其包括水、多个最大尺寸小于0.05英寸的片状物、多个无机纤维、不可溶于水的触变悬浮剂和树脂。本发明还提供混凝土衬底上的装饰性涂层。本发明还涉及一种经涂布的衬底以及形成该衬底的方法。

Description

装饰性涂料组合物、经涂布的衬底及其形成方法
技术领域
本发明涉及一种用于混凝土衬底的装饰性涂料组合物、经涂布的衬底及其形成方法。
背景技术
由如混凝土等材料制成的硬表面随处可见。这些表面见于许多工业和家庭环境中。举例来说，水泥和混凝土表面见于大多数工业商店、车库、人行道等。随时间推移，这些表面的外观因来自环境的染色和污染而劣化。
已知用于混凝土和水泥表面的装饰性涂层。一类用于这些应用的装饰性涂层包括多个分散于树脂层中的着色片状物。大多数现有技术涂布方法涉及将树脂涂覆于表面并且接着在所涂覆的层已干燥之前将片状物或小片引入(即，散布)于其上。接着使已涂布的层上涂有一个或多个额外树脂层以确保片状物不暴露。片状物的暴露会随时间推移产生不良的外观并且使涂层过早失效。尽管这种工艺运行得较好，但涂覆这些层所必需的多个步骤使该工艺复杂并且冗长。
因此，本领域亟需一种改进的涂布硬表面的方法和组合物。
发明内容
为了解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种装饰性涂料组合物。
本发明的目的还在于提供一种经涂布的衬底。
本发明的目的还在于提供形成上述经涂布的衬底的方法。
为达到上述目的，一方面，本发明提供一种涂料组合物，其包含：
水；
多个片状物，所述片状物的最大尺寸小于0.05英寸；
多个无机纤维；
不可溶于水的触变悬浮剂；和
树脂。
根据本发明所述的涂料组合物，优选地，所述多个片状物包括着色片状物。
根据本发明所述的涂料组合物，优选地，所述多个片状物包括其纵横比大于10的颗粒。
根据本发明所述的涂料组合物，优选地，所述触变悬浮剂包括硅酸镁。
根据本发明所述的涂料组合物，优选地，所述触变悬浮剂包括具有约1微米到5微米的长度和约100m2/g到500m2/g的表面积的针形颗粒。
根据本发明所述的涂料组合物，优选地，所述触变悬浮剂包括海泡石黏土。
根据本发明所述的涂料组合物，优选地，所述树脂包括至少一种丙烯酸类树脂。
根据本发明所述的涂料组合物，优选地：
所述多个片状物的存在量为10到40重量％；
所述多个无机纤维的存在量为约0.5到5重量％；
所述触变悬浮剂的存在量为约0.2到4重量％；并且
所述树脂的存在量为10到25重量％，所述涂料组合物的其余部分为水。
根据本发明所述的涂料组合物，优选地，水的存在量为约10到30重量％。
根据本发明所述的涂料组合物，优选地，其进一步包括添加剂，所述添加剂选自由以下各项组成的群组：颜料、溶剂、增稠剂、表面活性剂、消泡剂、防腐剂、缓冲剂以及其组合。
根据本发明所述的涂料组合物，优选地，所述添加剂的存在量为约0.1％到10％。
另一方面，本发明还提供了一种经涂布的衬底，其包含：
衬底；
安置在所述衬底上的装饰性层，所述装饰性层包括：
树脂；
多个片状物，所述多个片状物分散在所述树脂内且其最大尺寸小于0.05英寸；和
多个分散在所述树脂内的无机纤维
其中所述装饰性层上未涂覆有任何其它树脂层。
根据本发明所述的经涂布的衬底，其进一步包括不可溶于水的触变悬浮剂的残余物。
根据本发明所述的经涂布的衬底，优选地，所述多个片状物包括着色片状物。
根据本发明所述的经涂布的衬底，优选地，所述多个片状物包括具有大于10的纵横比的颗粒。
根据本发明所述的经涂布的衬底，优选地，所述触变悬浮剂包括硅酸镁。
根据本发明所述的经涂布的衬底，优选地，所述触变悬浮剂包括具有约1微米到5微米的长度和约100m2/g到500m2/g的表面积的针形颗粒。
根据本发明所述的经涂布的衬底，优选地，所述树脂包括至少一种丙烯酸类树脂。
根据本发明所述的经涂布的衬底，优选地，所述装饰性层具有约0.01英寸到约0.2英寸的厚度。
再一方面，本发明还提供了一种形成上述的经涂布的衬底的方法，所述方法包括：
a)涂覆涂料组合物，所述涂料组合物包括：
水；
多个最大尺寸小于0.05英寸的片状物；
多个无机纤维；
不可溶于水的触变悬浮剂；和
树脂；以及
b)将所述涂料组合物固化以形成所述经涂布的衬底。
本发明通过在至少一个实施例中提供适用于涂布混凝土的组合物来解决现有技术中的一个或多个问题。涂料组合物包括水、多个最大尺寸小于0.05英寸的片状物、多个无机纤维、不可溶于水的触变悬浮剂和树脂。
在另一实施例中，提供由涂料组合物形成的有涂层衬底。有涂层衬底包括衬底和安置在衬底上的装饰性层。装饰性层包括树脂、多个分散在该树脂内且最大尺寸小于0.05英寸的片状物和多个分散在该树脂内的无机纤维。在一个优化中，该装饰性层不会额外涂有任何其它树脂层。
在另一实施例中，用于形成有涂层衬底的方法包括将上述涂料组合物涂覆于衬底的步骤。使涂料组合物固化(cure)以形成有涂层衬底。有利的是，这一方法并不涉及将片状物散布于湿的树脂预置层，同时避免额外加涂层。
附图说明
图1为本发明提供的涂布有装饰性层的衬底的示意性横截面。
主要附图标号说明：
10、有涂层衬底；12、衬底；14、装饰性层；
16、树脂；18、片状物20、无机纤维。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例及说明书附图对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
现将详细参考本发明目前优选的组合物、实施例和方法，该组合物、实施例和方法构成了目前本发明人已知的实践本发明的最佳模式。附图不一定按比例绘制。然而，应理解，所披露的实施例仅是本发明的示例性实施例，它们可以按不同的并且替代性的形式实施。因此，在此所披露的具体细节不解释为限制性的，而仅作为本发明的任何方面的一个代表性基础和/或作为用于教导本领域普通技术人员以多方面地利用本发明的一个代表性基础。
除了在实例中，或以其它方式明确指示时，在描述本发明的最广范围时，在本说明书中指示反应和/或使用的材料的量或条件的所有数值数量应理解为由字“约”来修饰。在该数值界限内的实践通常为优选的。此外，除非明确地做出相反陈述：否则百分比、“部分的(parts of)”和比率值都是按重量计；将一组或一类材料描述为对于与本发明相关的给定目标是合适的或优选的，意味着该群组或类的成员中的任何两者或两者以上的混合物同样是合适的或优选的；用化学术语描述成分是指在添加到说明书中所指定的任何组合中时的成分，并且不必排除一旦混合则在混合物的成分中发生的化学相互作用；缩略语或其它缩写的第一次定义适用于同一缩写在本文中所有的后续使用，并且加以必要修正适用于初始定义的缩写的正常语法变化形式；并且，除非明确地做出相反陈述，否则特性的测量通过与先前或随后就相同特性而言所参考的相同技术来确定。
还应理解，本发明并不限于下文描述的具体实施例和方法，因为特定的组分和/或条件当然可以发生变化。此外，在此所用的术语仅出于描述本发明的具体实施例的目的而使用，并且并不意指以任何方式具有限制性。
还必须指出，除非上下文另外清楚指出，否则如本说明书及所附权利要求书中所使用，单数形式“一(a,an)”和“该(the)”包含复数的指示物。举例来说，以单数形式提及的组分意指包括多个组分。
在整个参考公开的本申请中，这些公开的公开内容特此以全文引用的方式并入本申请中，以更加完整地描述本发明所涉及的目前最先进的水平。
如在至少一个实施例中所用，术语“纵横比”是指颗粒的最小与最大尺寸的比率。在一个优化中，纵横比为颗粒的最小和最大弗雷特直径(Feret diameter)的比率。举例来说，圆形颗粒的纵横比为1。如片状物的平坦颗粒的纵横比具有小于0.2的较低数目并且如果充分薄，那么可以接近零。
如在至少一个实施例中所用，术语“弗雷特直径(Feret diameter)”是指与颗粒的相对侧平行的两个切线之间的距离。
如在至少一个实施例中所用，术语“残余物(residue)”是指在进行干燥和/或固化以形成这些干燥层之后保留于层中的一部分化合物。
术语“主波长”是指用产生相同色感的单色光描述多色光混合物的方式。在CIE色彩坐标空间上借由直线确定用于所关注的色彩坐标和用于照明的坐标。最接近所关注的色彩的坐标空间周边处的交叉为主波长。
在一实施例中，提供适用于在硬表面上涂覆装饰性涂层的涂料组合物。这些硬表面的实例包括(但不限于)混凝土、花岗石和水泥表面。涂料组合物包括水、多个最大尺寸小于0.05英寸的片状物、多个无机纤维、不可溶于水的触变悬浮剂和树脂。通常，多个片状物包括不透明片状物，并且具体来说为着色片状物。
在本发明的上下文中，术语“片状物”是指具有两个有类似程度的尺寸和小得多的第三尺寸的实质上平坦的颗粒。如本文所使用，术语“片状物”和“小片”可互换。片状物的最大尺寸小于0.05英寸。最大尺寸为片状物的最长尺寸并且有时称为长度。在一个优化中，片状物的最大尺寸(以递增的优先次序)平均小于0.05英寸、0.04英寸、0.03英寸、0.02英寸或0.01英寸。在一个优化中，片状物的最大尺寸(以递增的优先次序)平均大于0.001英寸、0.005英寸、0.007英寸、0.01英寸或0.012英寸。典型地，片状物不透明并且有着色。具体来说，片状物具有电磁波谱的可见光区域中的主波长(即，390nm到700nm的光波长)。在一个变化形式中，多个片状物中的大多数或更多(>50数量百分比)片状物的纵横比(例如厚度比长度)小于1:5并且大于0:1。在一个优化中，多个片状物中的大多数或更多(>50数量百分比)片状物的纵横比小于1:5、1:10、1:20；1:50；或1:100。在另一个优化中，多个片状物中的大多数或更多(>50数量百分比)片状物的纵横比大于1:2000、1:1000、1:500；1:10；或1:50。合适的着色片状物包括聚合树脂：无机颗粒和颜料。着色片状物的实例为可购自位于威斯康星州希博伊根市(Sheboygan,Wisconsin)的托吉诺尔公司(Torginol,Inc.)的Polymer ColorFlakesTM。
在一些优化中，多个片状物的存在量为(以递增的优先次序)大于涂料组合物总重量的1重量％(weight percent)、2重量％、5重量％、10重量％、15重量％或20重量％。在其它优化中，多个片状物的存在量为(以递增的优先次序)小于涂料组合物总重量的60重量％、55重量％、50重量％、45重量％、40重量％、30重量％或25重量％。
本发明包括悬浮剂，且具体来说，包括触变悬浮剂。术语“悬浮剂”的意思是使涂料组合物中的组分维持分散，由此延迟片状物和其它水不可溶组分发生沉淀所花费的时间的组分。在一种变化形式中，悬浮剂包括硅酸镁，并且具体来说，包括水合硅酸镁。有用的水合硅酸镁的实例具有化学式Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4·8H2O或Mg4Si6O15(OH)2·6H2O。在一个优化中，悬浮剂包括具有约1微米到5微米的长度和约100m2/g到500m2/g的表面积的针形颗粒。这些针形颗粒的实例包括海泡石黏土。海泡石为硅酸镁的黏土矿物质。海泡石黏土的典型式为Mg4Si6O15(OH)2·6H2O。有用的悬浮剂的特定实例包括可购自位于密歇根州怀恩多特市(Wyandotte Michigan)的巴斯夫公司(BASF Corporation)的ATTAGELTM；可购自位于英国纽波特(NewportUnited Kingdom)的英国艾斯卡公司(ISCA UK LTD)的PANGELTM Rheology Modifier(流变改性剂)；和可购自位于德国韦塞尔(Wesel Germany)的阿尔塔纳集团(ALTANA AG)的LAPONITETM。
在一个优化中，多个片状物的存在量为涂料组合物总重量的0.2到4重量％。在一些优化中，悬浮剂的存在量为(以递增的优先次序)大于涂料组合物总重量的0.5重量％、0.1重量％、0.2重量％、0.3重量％、0.5重量％或1重量％。在其它优化中，悬浮剂的存在量为(以递增的优先次序)小于涂料组合物总重量的10重量％、8重量％、5重量％、4重量％、3重量％或2.5重量％。
如上文所述，涂料组合物包括树脂。典型地，该树脂包括至少一种丙烯酸类树脂。应了解，通常会获得本文所用的丙烯酸树脂并且作为水乳状液引入到涂料组合物中。在一些优化中，该丙烯酸树脂为共聚物和/或交联的。有用的树脂的实例包括可购自位于意大利米兰(Milano Italy)的Vinavil,SpA公司的CRILATTM 4815和可购自位于伊利诺伊州马伦哥市(Marengo Illinois)的EPS材料公司(EPS materials)的2293。以下树脂的量根据组合物中树脂(例如固体)的实际量来提供。在一个优化中，树脂的存在量为约10到70重量％，其余为水。在一些优化中，树脂的存在量为(以递增的优先次序)大于涂料组合物总重量的5重量％、8重量％、10重量％、12重量％、15重量％或20重量％。在其它优化中，树脂的存在量为(以递增的优先次序)小于涂料组合物总重量的60重量％、50重量％、40重量％、45重量％、30重量％或25重量％。
如上文所述，涂料组合物还包括多个无机纤维。适合的无机纤维包括金属氧化物，如氧化硅、氧化铝、CaO+MgO等以及其组合。在一个优化中，无机纤维的平均长度为约50微米到800微米并且平均直径为约1微米到10微米。有用的无机纤维的实例为可购自位于荷兰(The Netherlands)的Lapinus Fibres公司的CF30。在一个优化中，无机纤维的存在量为组合物总重量的约0.5到5重量％。在一些优化中，无机纤维的存在量为(以递增的优先次序)大于涂料组合物总重量的0.1重量％、0.3重量％、0.5重量％、0.8重量％、1.0重量％或2.0重量％。在其它优化中，无机纤维的存在量为(以递增的优先次序)小于涂料组合物总重量的15重量％、10重量％、8重量％、5重量％、4重量％或3重量％。
涂料组合物的某些变化包括一种或多种额外添加剂，该添加剂选自由以下各项组成的群组：颜料、溶剂、增稠剂、表面活性剂、消泡剂、防腐剂、缓冲剂以及其组合。添加剂的总量以涂料组合物总重量的约0.1到20重量％的量存在。在一个优化中，添加剂的总量以涂料组合物总重量的约0.1到10重量％的量存在。在另一个优化中，当各添加剂均存在时，其存在量独立地为大于涂料组合物总重量的0.01重量％、0.03重量％、0.05重量％、1重量％、2.0重量％或3.0重量％。在再另一个优化中，当各添加剂均存在时，其存在量独立地为小于涂料组合物总重量的15重量％、10重量％、5.0重量％、3.0重量％、2.0重量％或1.0重量％。
合适的分散剂的特定实例包括焦磷酸四钾(Tetrapotassium pyrophosphate；TKPP)和三聚磷酸钾(KTPP)。额外实例包括可购自位于密歇根州米德兰市(MidlandMichigan)的陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)的TAMOLTM 2011、TAMOLTM 731a、TAMOLTM 2002和TAMOLTM 1124。合适的增稠剂的特定实例包括可购自位于密歇根州米德兰市的陶氏化学公司的SCT 275、RM8W、RM12W、RM 895和RM 825。合适的表面活性剂的特定实例包括可购自位于密歇根州米德兰市的陶氏化学公司的TERGITOLTM NP-9、TRITONTM X405、TRITONTM CF-10。合适的溶剂的特定实例为丙二醇、三乙二醇、可购自位于田纳西州金斯波特市(Kingsport Tennesse)的伊士曼化学公司(Eastman Chemical Company)的TEXANOLTM和可购自位于密歇根州米德兰市的陶氏化学公司的BUTYL CELLOSOLVETM(例如乙二醇单丁醚)。合适的消泡剂的特定实例包括可购自位于德国韦塞尔的阿尔塔纳集团的BYK 22和BYK 024；可购自亚什兰公司(Ashland,Inc.)的DREWTM T-4507和DREWTM L-475；可购自位于德国北莱因-威斯特法伦州的埃森市(Essen,North Rhine-Westphalia,Germany)的赢创工业集团(Evonik Industries AG)的TEGOTM 810；和可购自位于密歇根州怀恩多特市的巴斯夫公司的FOAMSTARTM A12。
如上文所述，涂料组合物还可以包括多种颜料以按需要赋予额外特性。举例来说，可以添加夜光、金属、红外反射和着色颜料。此外，可以添加颜料以改良耐磨性。
涂料组合物的其余部分为水。显然，涂料组合物的所有组分的总和总计为100百分比。典型地，水的存在量为约10到30重量％。在一些优化中，水的存在量为涂料组合物的约5到50重量％。
在另一实施例中，提供由上述涂料组合物形成的有涂层衬底。参见图1，提供有涂层衬底的示意性横截面。有涂层衬底10包括衬底12和安置在衬底上的装饰性层14。装饰性层14包括树脂16、多个分散在该树脂内且最大尺寸小于0.05英寸的片状物18和多个分散在该树脂内的无机纤维20。典型地，该装饰性层不会额外涂有任何其它树脂层。通过将上述涂料组合物涂覆于衬底而形成有涂层衬底。使涂料组合物固化以形成有涂层衬底。有利的是，这一方法并不涉及将片状物散布于湿的树脂预置层。此外，本发明方法避免使用额外加的涂层。
以下实例说明本发明的各种实施例。本领域的普通技术人员将认可在本发明的精神和权利要求书的范围内的许多变化形式。
表1提供用于在混凝土或水泥衬底上形成装饰性层的涂料组合物的实例。所得装饰性涂层由不同标准测试方法来分类。举例来说，光泽度可由ASTM D523和ASTMD823中所述的测试方法来确定；附着力(方格测试(Cross hatch))可由ASTM D3359中所述的测试方法来确定；耐化学性可由ASTM D1308中所述的测试方法来确定；并且摩擦系数(詹姆斯测试(James Test))可由ASTM D4103、ASTM F489和ASTM2047中所述的测试方法来确定。表2提供本发明所述的涂料组合物与若干可买到的涂层系统的比较。从表2中可以观察到，总体来说本发明的组合物相对于测试的所有商业性方法，具有更优良的性能。其中观察到改进的染色/耐化学性、防水性和黏合特性有显著改进。
表1.涂料组合物
表2
尽管上文描述了几个示例性实施例，但这些实施例并不意指描述本发明的所有可能形式。实际上，说明书中使用的词为描述性而非限制性的词，并且应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以做出各种改变。另外，各种执行实施例的这些特征可以合并以形成本发明的其他实施例。

Claims (20)

1.一种涂料组合物，其包含：
水；
多个片状物，所述片状物的最大尺寸小于0.05英寸；
多个无机纤维；
不可溶于水的触变悬浮剂；和
树脂。
2.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中，所述多个片状物包括着色片状物。
3.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中，所述多个片状物包括其纵横比大于10的颗粒。
4.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中，所述触变悬浮剂包括硅酸镁。
5.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中，所述触变悬浮剂包括具有约1微米到5微米的长度和约100m2/g到500m2/g的表面积的针形颗粒。
6.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中，所述触变悬浮剂包括海泡石黏土。
7.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中，所述树脂包括至少一种丙烯酸类树脂。
8.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中：
所述多个片状物的存在量为10到40重量％；
所述多个无机纤维的存在量为约0.5到5重量％；
所述触变悬浮剂的存在量为约0.2到4重量％；并且
所述树脂的存在量为10到25重量％，所述涂料组合物的其余部分为水。
9.根据权利要求8所述的涂料组合物，其中，水的存在量为约10到30重量％。
10.根据权利要求1所述的涂料组合物，其进一步包括添加剂，所述添加剂选自由以下各项组成的群组：颜料、溶剂、增稠剂、表面活性剂、消泡剂、防腐剂、缓冲剂以及其组合。
11.根据权利要求5所述的涂料组合物，其中，所述添加剂的存在量为约0.1％到10％。
12.一种经涂布的衬底，其包含：
衬底；
安置在所述衬底上的装饰性层，所述装饰性层包括：
树脂；
多个片状物，所述多个片状物分散在所述树脂内且其最大尺寸小于0.05英寸；和
多个分散在所述树脂内的无机纤维
其中所述装饰性层上未涂覆有任何其它树脂层。
13.根据权利要求12所述的经涂布的衬底，其进一步包括不可溶于水的触变悬浮剂的残余物。
14.根据权利要求12所述的经涂布的衬底，其中，所述多个片状物包括着色片状物。
15.根据权利要求12所述的经涂布的衬底，其中，所述多个片状物包括具有大于10的纵横比的颗粒。
16.根据权利要求13所述的经涂布的衬底，其中，所述触变悬浮剂包括硅酸镁。
17.根据权利要求13所述的经涂布的衬底，其中，所述触变悬浮剂包括具有约1微米到5微米的长度和约100m2/g到500m2/g的表面积的针形颗粒。
18.根据权利要求12所述的经涂布的衬底，其中，所述树脂包括至少一种丙烯酸类树脂。
19.根据权利要求12所述的经涂布的衬底，其中，所述装饰性层具有约0.01英寸到约0.2英寸的厚度。
20.一种形成权利要求12所述的经涂布的衬底的方法，所述方法包括：
a)涂覆涂料组合物，所述涂料组合物包括：
水；
多个最大尺寸小于0.05英寸的片状物；
多个无机纤维；
不可溶于水的触变悬浮剂；和
树脂；以及
b)将所述涂料组合物固化以形成所述经涂布的衬底。
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