[發明專利]水基隔離涂料組合物

無效

• 申請號: 200980116020.2
• 申請日: 2009-03-11
• 公開（公告）號: CN102015293A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: C·G·拉夫納;D·E·諾克斯;J·A·威洛比
• 申請（專利權）人: 米德韋斯瓦科公司
• 主分類號: B32B27/20
• 分類號: B32B27/20;B32B27/30;C08K3/34;C08K5/17;C09D7/12;B32B27/18;B32B27/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李進;李連濤

本非臨時申請依賴于2008年4月30日提交的臨時美國申請序列號61/049252的提交日期，已于其后十二(12)個月內提交，并要求其在35USC§1.19(e)下的優先權，該臨時美國申請通過引用結合至本文。

公開背景

阻止或減少選擇的底物(例如氣體、蒸汽、液體和/或氣味(aroma))滲透的隔離涂料廣泛用于包裝、汽車、油漆和輪胎工業。對氣體(如氧氣)滲透的抗性用于包裝敏感食品、藥品和化學制品方面。已知聚合物的隔離性能可通過添加剝離的、層狀的填料來提高。還認識到層狀填料在聚合物基料(binder)中的定向對于實現增強隔離性能是關鍵的。當層狀填料垂直于擴散方向剝離并定向(即與聚合物材料的平面平行)時，存在曲折作用使擴散分子只能在層狀填料周圍運動。這降低了通過聚合物結構的擴散率，使綜合滲透率明顯下降。

已報道用于制備包含剝離的層狀填料的隔離涂料組合物的幾種技術。該隔離組合物可通過后添加(post-add)程序獲得，其中剝離的層狀填料混入預先形成的聚合物基料。或者，先將剝離層狀填料與單體混合，然后使該單體聚合以形成包含分散層狀填料的聚合物，從而得到該隔離組合物。該方法被稱為原位聚合方法，并描述于美國專利第6,759,463號。

該隔離組合物可被制成熔化混合物或在液態載體中。當該隔離組合物制成熔化態時，層狀填料混入熔化的聚合物基料中或者混入聚合物單體前體中。形成膜時除了聚合物基料中層狀填料垂直定向之外，兩種成分的兼容性對于實現良好的隔離性能也是重要的。美國專利第4,528,235號公開了含有高密度聚乙烯和小尺寸層狀填料的薄隔離膜，層狀填料均勻分散于膜中并基本與膜平面平行。為提高填料與聚合物的兼容性，將填料用氨基硅烷偶聯劑(如γ-氨基丙基三乙氧基-硅烷)涂覆。為使層狀填料基本與聚合物膜平面平行定向，使熔體混合聚合物和層狀填料制成的膜雙軸伸長。經熔化處理制成的隔離涂料通常包含少于3％重量的層狀填料，其結果是，這些涂料在減少滲透性方面不是最優的。此外，這些隔離涂料通常經過多道擠壓程序(multiply?extrusion?process)以應用于基材，這導致高生產成本。

生產隔離組合物時，考慮到環境因素，與有機溶劑相比水是最好的選擇。對于獲得水基隔離涂料組合物，有幾個因素是必需考慮的。第一，層狀填料必需是剝離的且定向的，這樣在將該組合物應用于基材上并干燥時該層狀填料與擴散方向垂直。第二，該層狀填料必需與聚合物基料兼容。第三，該水基涂料組合物必需長期以及當被處理用于涂覆基材時具有優良的穩定性。

為實現增強的隔離性能，在水相介質中層狀填料應剝離至可能的最大限度。通常層狀填料用離子溶液預處理以使層狀填料自然發生的層間陽離子(例如Na⁺、K⁺)與溶液中陽離子交換，引起水相介質中層狀填料剝離。酸溶液(即“酸洗”)通常用于層狀填料的預處理。美國專利第7,119,138號描述了包含聚合物彈性體基料和層狀硅酸鹽填料的水基隔離涂料組合物，其中硅酸鹽用酸或堿預處理以提供分散的、基本剝離的硅酸鹽填料。美國專利第6,107,387號也公開了非常細粘土的酸洗滌法，該方法針對于具有30至200毫當量每100克粘土的陽離子交換容量涂料；該專利的權利要求中包括了蒙脫土。美國專利第7,473,729號也描述了與非彈性體丙烯酸聚合物結合的酸處理粘土系統。美國專利第4,425,465號公開了水基涂料組合物，該組合物包含剝離的蛭石顆粒在成膜聚合物基料水溶液或分散體中的分散體。該蛭石用堿金屬鹽或烷基銨鹽的一種或多種水溶液預處理，然后研磨使蛭石分層，形成片晶結構。然而，這些涂料組合物通常需要穩定表面活性劑來抑制該組合物中一種或多種成分絮凝。

為提高層狀填料和聚合物基料之間的兼容性，通常將層狀填料用表面改性劑預處理以減少填料的疏水性。此種改性劑的實例為氨基酸、包括烷基銨離子基團的表面活性劑等。在介質pH低于氨基酸pKa的酸性介質中，使氨基酸的胺官能團質子化為可與層狀填料中自然產生的層間陽離子進行陽離子交換的銨鹽。據相信烷基銨離子表面活性劑也容易與層狀填料中自然產生的層間陽離子進行交換。使用這些改性劑的一個缺點是每當組合分散體pH小于聚合物主鏈上酸基pKa則該銨基離子使水基涂料組合物不穩定。事實上這些組合物僅會穩定相對短的時間段并容易由于聚合物主鏈上羧酸基的質子化而沉淀。