专利名称：缩短干燥时间的方法
技术领域：
本发明涉及缩短水基涂料干燥时间的方法。更具体地说，本发明目的在于，通过将湿涂料与至少一种足以缩短干燥时间的量的暂时着色剂(transient colorant)混合、将该混合物涂布于底物上、干燥涂料，来缩短湿涂料的干燥时间。选择暂时着色剂，使湿涂料带上可见颜色，从而在湿涂料暴露于入射光时，缩短其干燥时间，但是选择的暂时着色剂最多只能使干燥后的涂料略有颜色。
涂料组合物可涂布于许多构件上。为达到充分的保护和美观性能，水基和非水基涂料组合物涂布后都必须干燥。对于室外干燥的水基涂料，由于高湿度对其干燥速度有不利影响，同时雨水、甚至严重的露水可能严重破坏涂料，如冲刷掉涂料薄膜，所以这种涂料组合物的干燥时间尤其重要。水基涂料组合物固体含量低、或者涂成厚涂层时，更需要快速干燥。涂料组合物的干燥时间决定于其温度，在室外用入射太阳光干燥彩色涂料时，由于彩色涂料比白色涂料吸收更多的辐射能量，所以彩色涂料可以达到较高温度，干燥速度较快。
不幸的是，由于功能和/或美学上的原因，很多情况下不希望涂布彩色涂料。例如，已知白色涂料与深色涂料相比，能够显著降低屋顶的表面温度。可能高达45℃的表面温度差距可以大大降低空调所需能量，并可减弱雨水落到热屋顶上时的骤冷冲击。这种屋顶涂料通常是相当厚的一干燥后的涂料厚度一般为30至40mils(密耳)-并且干燥可能很慢。干燥慢还可能妨碍随后的涂料的涂布，特别是对于屋顶上的厚涂料，在涂布第二涂层时，需要在第一涂层上操作。
澳大利亚专利Au 49046/72公开了掺入着色剂的表面涂料组合物，着色剂可以在较短时间内褪色或沥滤出该涂料组合物。特意公开的是一种改进白色和彩色涂料，它难于均匀涂布于已用相同颜色的涂料预涂布的表面上。
发明人面临的问题是，提高涂布后的涂料组合物的干燥速度而不永久改变其外观。
本发明的第一个方面提供缩短湿涂料干燥时间的方法，其中，将湿涂料与足以缩短干燥时间的量的至少一种暂时着色剂混合，将该混合物涂布于底物上，干燥涂料。
本发明的第二个方面提供缩短湿厚浆涂料(mastic)干燥时间的方法，其中，将湿厚浆涂料与足以缩短干燥时间的量的至少一种暂时着色剂混合，将该混合物涂布于底物上，干燥该涂料。
本发明涉及缩短湿涂料干燥时间的方法，其中，将湿涂料与足以缩短干燥时间的量的至少一种暂时着色剂混合，将该混合物涂布于底物上，干燥涂料。
湿涂料可以是任意着色或非着色建筑和工业涂料。湿着色涂料含有至少一种颜料和至少一种聚合物粘结剂。颜料可以包括如二氯化钛、碳酸钙、粘土等的无机颜料，还包括如在涂料组合物干燥时可产生充气空隙的聚苯乙烯珠和水不溶性聚合物水悬浮体的有机颜料。聚合物粘结剂可包括如丙烯酸类聚合物(共聚物)、乙酸乙烯酯聚合物、乙烯基/丙烯酸类共聚物、苯乙烯/丙烯酸酯共聚物、聚氨酯、苯乙烯/丁二烯聚合物的聚合物及其混合物。优选的涂料是其中的聚合物粘结剂是水基乳液加成聚合物的涂料。
优选的是涂布厚度大于10mils的涂料，特别优选快速干燥对其特别有利、湿涂料厚度大于约20mils的涂料、厚浆涂料、嵌缝胶(caulks)和密封胶(sealants)。
涂料还可含有其它组分，如乳化剂、分散剂、固化剂、凝结剂、湿润剂、杀虫剂、增稠剂、流性调节剂、增塑剂、消泡剂、其它色料、蜡或抗氧剂等。
这里所述的暂时着色剂是如染料的组合物，它在含有该暂时着色剂的涂料干燥过程中或之后颜色大大变化。湿涂料中暂时着色剂的用量应使该涂料比不含该暂时着色剂的涂料的干燥速度快。在干涂层中的暂时着色剂可能会有助于干涂层的其它有利性能，但是它在干燥一段时间、如一星期之后至多只能使干涂层有极轻微的颜色。暂时着色剂优选是在湿涂料中是强烈吸收可见光的、即深色的，而在干涂层中是无色的或白色的。基于湿涂料的重量，暂时着色剂的用量为约0.001%至约0.5%重量，优选用量为约0.03%至约0.3%重量。
用于本发明的适宜暂时着色剂，其有助于吸收可见光或产生颜色的作用必须在含有该暂时着色剂的涂层干燥过程中或干燥之后大大减小。引起光吸收减少的试剂可以在涂层的外部或内部。
外部试剂可存在于周围环境中或存在于底物表面上，它们或是天然的或是外部加入的。外部试剂例如包括氧气、二氧化碳、氧化硫、水(使用溶剂基涂料时)、盐、木质素等。
涂层内部试剂可以是由干燥方法本身导致的涂层组成的变化产生的，例如pH值的变化和配合剂相对浓度的变化。
暂时着色剂有助于吸收可见光和产生颜色的作用在含有该暂时着色剂的涂层干燥过程中大大减小的机理不限定本发明，但例如可包括氧化、脱水、光漂白(photobleaching)、pH指示剂的作用、配合、化学反应等。
适宜暂时着色剂的示例例如包括酚酞、百里酚酞、甲酚红、邻甲酚酞、荧光素、苯胺蓝、若丹明B、烟鲁绿B、甲苯胺蓝O、亚甲蓝、Evans蓝、SafraninO、玫瑰红、钌红、副品红等及它们的混合物。
在本发明一优选实施方案中，将水基涂料与至少一种pH指示剂混合，pH指示剂的颜色在涂料干燥引起涂料pH变化时大大减弱。这里的涂料固有pH是不含挥发性酸或碱的湿涂料的pH。如果湿涂料在其制备过程中或之后至少部分已用如氨的挥发性碱将pH调至高于其固有pH、在涂层干燥过程中湿涂料的pH将降低、即其酸性增强，可以使用在高于湿涂料固有pH的pH时有颜色而在湿涂料固有pH时颜色大大减弱或无色的对pH敏感着色剂或指示剂。另外，如果湿涂料在其制备过程中或之后至少部分已用如乙酸的挥发性酸将pH调至低于其固有pH、在涂层干燥过程中湿涂料pH将升高、即其碱性增强，可以使用在低于湿涂料固有pH的pH时有颜色而在湿涂料固有pH时颜色大大减弱或无色的对pH敏感着色剂或指示剂。可与挥发性碱一起使用的适宜对pH敏感着色剂例如包括酚酞、百里酚酞、甲酚红、邻甲酚酞、荧光素、苯胺蓝等及它们的混合物。
在本发明另一优选实施方案中，将水基涂料与至少一种暂时着色剂混合，该暂时着色剂在涂料于空气中干燥时颜色大大减弱，这种颜色变化据信是由于着色剂的光漂白作用引起的。适宜着色剂包括酚酞、百里酚酞、甲酚红、邻甲酚酞、荧光素、苯胺蓝、若丹明B、烟鲁绿B、甲苯胺蓝O、亚甲蓝、Evans蓝、Safranin O、玫瑰红、钌红、副品红等及它们的混合物。
本发明用于缩短涂料干燥时间的方法是将湿涂料与至少一种暂时着色剂混合、并将该混合物涂布于底物上。暂时着色剂可以溶解或分散于涂料连续相中。例如，使用含水或水基涂料时，可首先将暂时着色剂溶于或分散于水中或至少一种与水混溶的溶剂中或它们的混合物中。优选水溶性染料。混合可用搅拌或机械混合简易地完成。
本发明混合物可涂布的底物包括木材、塑料、金属、水泥和沥青底物、预先衬底或涂布的底物等。优选的底物是建筑底物，如墙壁、屋顶、屋顶防渗护面、窗户、窗框、这些底物截面间的交接处等。可用本领域熟知的涂布涂料、厚浆涂料、嵌缝胶和密封胶的方法，如空气辅助喷涂、无气喷涂、刷涂、辊涂、蘸涂、刀涂、嵌缝胶喷枪(caulk gun)等来涂布本发明混合物。
下列实施例意欲说明本发明缩短涂料干燥时间的方法，但不限定本发明的范围。对本领域普通技术人员来说本发明的其它应用是显而易见的。
实施例1-4和对比例A-B用暂时着色剂缩短厚浆涂料的干燥时间对比例A的制备在Cowles混合机中，将下列组分高速分散15分钟。用量单位是克。
水152.5乙二醇24.4羟乙基纤维素(NATROSOL 250 MHR)4.2
缩多酸颜料分散剂(30%固体)(TAMOL 850)4.8消泡剂(NOPCO NXZ)1.9二氧化钛(TI-PURE R-960)70.4氧化锌(KADOX 915)46.9氧化铝(ALCOA C-330)377.0杀虫剂(SKANE M-8)2.1搅拌下向上述混合物中依次加入丙烯酸类聚合物粘结剂(55%固体)(RHOPLEX EC-1791)470.6凝结剂(TEXANOL)7.0消泡剂(NOPCO NXZ)1.9NATROSOL是Hercules Co.的商标;TAMOL、SKANE和RHOPLEX是Rohm and Haas Co.的商标;TI-PURE是E.I.DuPont de Nemours Co.的商标;KADOX是Zinc Corporation of America的商标;ALCOA是Aluminun Company of America的商标;TEXANOL是Eastman Kodak Co.的商标;NOPCO是Henkel Corp.的商标。
对于实施例1-3，将4.0克着色剂溶于20克3A(变性)乙醇中，并将该溶液用20克水稀释。向1165克对比例A中加入10.0克所得着色剂溶液。
对于实施例4，将4.0克酚酞加入100克3A乙醇中。向1165克对比例A中加入11.0克着色剂溶液。
对于比较例B，向1165克对比例A中加入2.0克灯黑分散体(Colortend 888-9907着色剂)。
使用50mil牵伸块料(drawdown block)浇涛成测试涂层，制得约20mils厚的干涂层。
在Springhouse，Pennsylvania，在温度为82°F、相对温度为40%的无云晴天下，将涂布的板条置于室外的水平层压木板上。每隔5分钟，检查涂料干燥的进程。表皮形成时间是用轻微手指压力作用、观察到的形成表皮时的时间。用轻微手指压力接触涂料，确定不再发粘(Tack-free)时间。用中等压力的拇指搓捻涂料，确定涂料已形成坚硬表皮、内层仍是软的时候的时间为表面干燥时间。在中等压力拇指搓捻时，涂料不再流动的时间为完全干燥时间。结果列于表1.1中。
表1.1 加有暂时着色剂的干燥时间实施例 对比例A 对比例B 1加入的着色剂无 灯黑 苯胺蓝初始颜色白 灰蓝表皮形成时间50 2025不再发粘时间60 2530表面干燥时间80 4535完全干燥时间110 5570改进的% －－200 157最终颜色白 灰白实施例23 4加入的着色剂 烟鲁绿B 甲苯胺蓝 酚酞初始颜色 紫-灰紫深红表皮形成时间 15 15 25不再发粘时间 20 20 30表面干燥时间 25 25 45完全干燥时间 50 50 60改进的%220 220 183最终颜色白 白 白本发明的实施例1-4与没有暂时着色剂的对比例A相比，缩短了干燥时间。含有永久着色剂的对比例B与对比例A相比，也缩短了干燥时间，但它却永久改变了干燥涂料的外观。
实施例5-9和对比例C-D用暂时着色剂缩短厚浆涂料的干燥时间对比例C与上述对比例A的制备方法相同。
对于实施例5，搅拌下向1165克对比例A中加入12.0克酚红。
对于实施例6，将1.5克邻甲酚酞溶于100克3A(改性)乙醇中。向1165克对比例A中加入6.5克该着色剂溶液。
对于实施例7，将4.0克百里酚酞溶于100克3A(改性)乙醇中。向1165克对比例A中加入16.0克该着色剂溶液。
对于实施例8，将4.0克酚酞加入100克3A乙醇中。向1165克对比例A中加入11.0克该着色剂溶液。
对于实施例9，将1.0克甲苯胺蓝溶于50克水中。向1165克对比例A中加入20.0克该着色剂溶液。
对于对比例D，向1165克对比例A中加入2.0g灯黑分散体(Colortrend888-9907着色剂)。
测试方法同上述实施例1-4中所述。
在Springhouse，Pennsylvania、在温度为70°F、相对湿度为30%的晴间多云天气下，将涂布的板条置于室外的水平层压木上。所得结果列于表5.1。
表5.1 加有暂时着色剂的干燥时间实施例对比例C对比例D5加入的着色剂无灯黑苯酚红初始颜色白灰 品红表皮形成时间4815 20不再发粘时间602035表面干燥时间703555完全干燥时间10545 80改进的%--233131最终颜色白灰白实施例67加入的着色剂O-邻甲酚红百里酚酞初始颜色紫浅蓝表皮形成时间1010不再发粘时间2020表面干燥时间3545完全干燥时间5590改进的%190117最终颜色白白实施例87加入着色剂酚酞甲苯胺蓝初始颜色深红深紫表皮形成时间1515不再发粘时间2020表面干燥时间3530完全干燥时间5040改进的%210260最终颜色白白本发明实施例5-9与不含暂时着色剂的对比例C相比，缩短了干燥时间。含有永久着色剂的对比例D与对比例C相比，也缩短了干燥时间，但却永久改变了干燥涂料的颜色。
实施例10-11用暂时着色剂缩短厚浆涂料的干燥时间对比例E的制备方法同上述对比例A。
对于实施例10，基于粘结剂重量，搅拌下向对比例E中加入800ppm甲苯胺蓝。
对于实施例11，基于粘结剂重量，搅拌下向对比例E中加入800ppm亚甲蓝。
测量干燥时间的方法与上述实施例1-4中的相同。以Leneta颜色图表为参比，白色的反射系数为80、黑色的反射系数为1，使用Colorgard 45/0 Reflectometer测量反射系数。
在Springhouse，Pennsylvania，在起始温度为75°F、相对湿度为43%的有微风的清朗晴天中，将涂布的板条置于室外的水平层压木板上。所得结果列于表10.1中。
表10.1 加有暂时着色剂的干燥时间实施例对比例E1011加入着色剂无甲苯胺蓝亚甲蓝初始颜色白紫/蓝深蓝不再发粘时间(分钟)401718表面干燥时间(分钟)603025完全干燥时间 (分钟) 1708060反射系数1小时9477642小时9470813天9288835天9187857天908690本发明实施例10和11与对比例E相比，缩短了干燥时间。根据反射系数，实施例10和11的颜色经7天后褪成白色。
实施例12-13缩短透明嵌缝胶的干燥时间对比例F的制备将下列组分混合45分钟，然后除去空气。
丙烯酸类胶乳(总固体量62%)(Rhoplex2620)726.0预先混合的
水8.0十二烷基硫酸钠(28%)4.0杀虫剂(KATHON LX(1.5%))0.6乙二醇7.5丙二醇7.5预先混合的矿物油50.0Silane Z-6040预行混合的水40.0氢氧化铵(28%)8.0杀虫剂(SKANE M-8)0.5二氧化硅(CAB-O-SIL M-5)25.0紫外稳定剂(TINUVIN 1130)0.4CAB-O-SIL是Cabot Corp.的商标;TINUVIN是Ciba-Geigy Corp.的商标。
实施例12的制备向50克对比例F(透明嵌缝胶)中，加入1.0克1.0克甲苯胺蓝溶于50克水中的溶液。
实施例13的制备向50克对比例E(透明嵌缝胶)中，加入0.1克1.0克甲苯胺蓝溶于50克水中的溶液。
在3.5英寸直径的塑料Petri圆盘中，将嵌缝胶-实施例12和13和比较例F浇铸成0.25英寸厚的圆片，并在其中嵌入温度计。在温度为58°F、相对温度为30%的晴天中，将嵌缝胶样品置于室外。
表12.1掺有暂时着色剂的透明嵌缝胶置于阳光下时嵌缝胶升高的温度时间环境温度(°F)嵌缝胶温度(°F)对比例F实施例1205858581小时6258742小时686078在室外曝露2星期之后，实施例13几乎为透明的、几乎为无色的，并且与对比例F(在湿的时候具有牛奶状乳浊体的外观)相比，观察到前者比较干。
在室外暴露4星期之后，实施例13为透明无色的，而对比例F仍呈乳白色。实施例12仍不是无色的。
本发明实施例12在干燥过程中达到较高温度，可以认为它比对比例F干燥的快。本发明实施例13比对比例F干燥的快，并且其暂时颜色在曝露于室外时褪去。
实施例14-15缩短外部隔绝装饰物系(EIFS)装饰涂料的干燥时间对比例G的制备使用螺条混合机将下列组分(用量单位为克)混合数分钟，制备EIFS装饰涂料。
丙烯酸胶乳(46.5%固体)405.0乙二醇5.0消泡剂(Nopco NXZ)2.0二氧化钛(TI-PURE R-942 Slurry)65.0石英1000.0(MYSTIC WHITE ＃15)-150.0(MYSTIC WHITE ＃90)-850.0Attapulgite粘土(ATTAGEL 50)10.0杀虫剂6.0(DOWCIL-75)-4.0(SKANE M-8)-2.0凝结剂(TEXANOL)6.0阴离子增稠剂(RHOPLEX ASE-60)6.0
水18.03氨水(28%)2.0MYSTIC WHITE是U.S.Silica Co.的商标;ATTAFEL是Engelhard Corp.的商标。
实施例14的制备搅拌下向1165克对比例G中加入20.0克1.0克甲苯胺蓝溶于50克水中的溶液。
实施例15的制备搅拌下向1165克对比例G中加入11.0克4.0克酚酞溶于100克改性(3A)乙醇中的溶液。
在玻璃板上将实施例14、15和对比例G浇铸成湿厚度为0.125英寸的涂层，并将其置于气温为62°F、相对湿度为35%的有风(约10米/小时)晴天的室外。根据实施例1的测试方法测得的干燥速度数据列于表14.1中。
表14.1 EIFS装饰涂料的干燥时间样品对比例G实施列14实施例15颜色白蓝品红表成形成时间201520不再发粘时间303030表面干燥时间12060120完全干燥时间280120270
本发明实施例14与对比例G相比，显著缩短了干燥时间。实施例15中没有有效量的暂时着色剂，在这些干燥条件下未能缩短干燥时间。
实施例16-17缩短弹性墙壁涂料的干燥时间弹性墙壁涂料-对比例H的制备按下列给定顺序，依次加入下列组分(所有用量单位为克)，并使用Cowles混合机高速分散15分钟。
水171.7阴离子颜料分散剂(30%固体)(TAMOL 850)5.0三磷酸钾1.5消泡剂(NOPCO NXZ)2.0碳酸钙(CAMEL WITE)445.0二氧化钛(TI-PURE R-960)74.2氧化锌(KADOX 515)49.5搅拌下向上述混合物中加入下列组分丙烯酸类胶乳粘结剂聚合物(RHOPLEX 2447)439.9消泡剂(NOPCO NXZ)2.0凝结剂(TEXANOL)7.3
杀虫剂(SKANE M-8)2.2氨水(28%)1.0预先混合的乙二醇25.7增稠剂(NATROSOL 250MXR)4.4实施例16的制备搅拌下向1165克对比例H中加入20.0克1.0克甲苯胺蓝溶于50克水中的溶液。
实施例17的制备搅拌下向1165克对比例H中加入11.0克4.0克酚酞溶于100克改性(3A)乙醇中的溶液。
在玻璃板上将实施例16、17和对比例H浇铸成湿厚度为50mils的涂层，并将其置于气温为62°F、相对湿度为35%的有风(约10米/小时)晴天的室外。根据实施例1的测试方法测得的干燥速度数据列于表16.1中。
表16.1 弹性墙壁涂料的干燥样品对比例H实施例16实施例17颜色白的蓝品红表皮形成时间251515不再发粘时间552530表面干燥时间805060完全干燥时间180120180
本发明实施例16与对比例H相比，显著缩短了干燥时间。实施例17中没有有效量的暂时着色剂，在这些干燥条件下未能缩短干燥时间。
实施例18-20缩短在阴暗多云天气下的厚浆涂料的干燥时间比较例Ⅰ的制备方法同上述对比例A。
对于实施例18，基于粘结剂重量，搅拌下向对比例Ⅰ中加入200ppm甲苯胺蓝。
对于实施例19，基于粘结剂重量，搅拌下向对比例Ⅰ中加入400ppm甲苯胺蓝。
对于实施例20，基于粘结剂重量，搅拌下向对比例Ⅰ中加入800ppm甲苯胺蓝。
测量干燥时间的方法同上述实施例1-4中所述。
在Springhouse，Pennsylvania，在气温为72-93°F、相对湿度为30%-55%、乌云覆盖达约75%的阴暗多云天气下，将涂布的板条置于室外的水平层压木板上。结果列于表18.1中。
表18.1 加有暂时着色剂的干燥时间实施例对比例Ⅰ181920初始颜色白浅蓝中等蓝蓝/紫不再发粘时间(分钟)40252015表面干燥时间(分钟)120505035完全干燥时间(分钟)19012012090即使在阴暗多云气候条件下，本发明实施例18-20与比较例Ⅰ相比，也缩短了干燥时间。
权利要求
1.缩短湿涂料干燥时间的方法，它包括将所述湿涂料与足以缩短所述干燥时间的量的至少一种暂时着色剂混合，将所述混合物涂布于底物上，并干燥所述涂料。
2.缩短湿厚浆涂料干燥时间的方法，它包括将所述湿厚浆涂料与足以缩短所述干燥时间的量的至少一种暂时着色剂混合，将所述混合物以大于约10密耳的厚度涂布于底物上，并干燥所述涂料。
3.权利要求1的方法，其中，所述暂时着色剂的所述用量基于所述湿涂料的重量为约0.001%至约0.5%重量。
4.权利要求1的方法，其中，所述暂时着色剂的所述用量基于所述湿涂料的重量为约0.03%至约0.3%重量。
5.权利要求1的方法，其中，所述暂时着色剂选自酚酞、百里酚酞、甲酚红、邻甲酚酞、荧光素、苯胺蓝、甲苯胺蓝、若丹明B、烟鲁绿B、甲苯胺蓝O、Evans蓝、Safranin O、玫瑰红、亚甲蓝、钌红、副品红以及它们的混合物。
6.权利要求1的方法，其中所述涂料湿态时的pH不同于其固有pH、并在干燥过程中pH发生变化，并且其中所述暂时着色剂是对pH敏感着色剂。
7.权利要求1的方法，其中所述涂料湿态时的pH高于其固有pH、并在干燥过程中pH降低，并且其中所述暂时着色剂是对pH敏感着色剂。
8.权利要求7的方法，其中，所述对pH敏感着色剂选自酚酞、百里酚酞、甲酚红、邻甲酚酞、荧光素及它们的混合物。
9.权利要求1的方法，其中，所述暂时着色剂是光漂白着色剂。
10.权利要求9的方法，其中，所述光漂白着色剂选自酚酞、百里酚酞、甲酚红、邻甲酚酞、荧光素、苯胺蓝、甲苯胺蓝、亚甲蓝、若丹明B、烟鲁绿B、甲苯胺蓝O、Evans蓝、Safranin O.玫瑰红、钌红、副品红以及它们的混合物。
11.权利要求1的方法，其中，所述底物是建筑底物。
全文摘要
本发明提供缩短湿涂料干燥时间的方法，其中将所述湿涂料与足以缩短干燥时间的量的至少一种暂时着色剂混合，将该混合物涂布于底物上，并干燥该涂料。所述暂时着色剂例如可以是对pH敏感着色剂或光漂白着色剂。
文档编号B05D3/02GK1102429SQ9410673
公开日1995年5月10日 申请日期1994年6月21日 优先权日1993年6月21日
发明者G·F·德里克, L·S·福兰克尔, E·R·高莫尔, A·克恩 申请人:罗姆和哈斯公司