基于壳聚糖的涂料体系


背景技术：

1.本发明涉及引入有基于壳聚糖的试剂的涂料体系。更具体而言，本发明涉及水基涂料，其包含：载剂，如清洁剂、抛光剂或涂饰剂(finishing agent)；以及基于壳聚糖的试剂，如壳聚糖乙酸酯、壳聚糖乳酸酯、壳聚糖柠檬酸酯乙酸酯以及它们的组合及其各自的盐，所述基于壳聚糖的试剂起到了用于清洁剂、抛光剂或涂饰涂料(finish coating)的防腐剂和/或螯合剂的作用。
2.消费者所使用的产品在使用前通常会在货架上放置数年。诸如金黄色葡萄球菌(staphylococcus aureus)、巴西曲霉(aspergillus brasiliensis)、绿脓杆菌(pseudomonas aeruginosa)、白色念珠菌(candida albicans)和大肠杆菌(escherichia coli)之类的微生物常常会进入产品包装中并侵蚀清洁剂、抛光剂和涂饰剂中的成分或以这些成分为食。因此，通常将防腐剂引入到来自化妆品和香波之类的水基产品的清洁剂、油漆和蜡中，以抑制或限制此类微生物对水基材料产品的侵蚀，从而延长此类产品的保存期限和使用期限。
3.为了确保此类产品能够保持其预期的性能特征，必须使用恰当量的防腐剂。此外，当选择特定防腐剂并引入到产品中时，通常关键在于，此类防腐剂不会影响基础产品的可用性，并且不会改变基础产品所制定的性能特征。
4.常规防腐剂为最终产品提供的性能增强效果极小或不提供性能增强效果。换句话说，常规防腐剂仅有有限的防腐败效果。此外，浓缩形式的常规防腐剂制剂具有许多与其相关的危害，例如腐蚀性、过敏原、水生危害性、或者甚至是致突变性或致癌性。因此，防腐剂受美国环境保护局控制和管理，并且防腐剂的贸易许可需要大量的科学测试和筛选。
5.将防腐剂引入到清洁剂和其他涂料中是一个复杂的问题。即，清洁剂必须在层压材料、木质地板、瓷砖、石材或陶瓷材料的表面上保持几乎没有可见的残留物。清洁剂的另一个问题是需要具有接近中性的ph 7，这样随着时间的推移不会与表面有不利的相互作用。此外，当配制具有光泽或完全哑光的抛光剂和涂饰剂时，添加不相容的材料不仅可导致失去光泽或絮凝，而且会导致其他不希望的问题，如粘度变化、ph漂移或颜色变化。
6.本发明涉及水基涂料，该水基涂料中引入了天然来源的基于壳聚糖的试剂，以用于控制此类产品中不希望的微生物生长并且延长其保存期限和使用期限，并且提供螯合剂的附加益处。


技术实现要素：

7.以下内容给出了本发明的简要总结，以提供对本发明的若干方面的基本理解。该总结并不是本发明的详尽概述。并非旨在确定本发明的重要或关键要素、或者旨在描述本发明的范围；该总结的唯一目的是以简化的形式给出本发明的概念，以作为随后给出的详细说明的序言。
8.本发明包括一种涂料体系。在本发明的一个实施方案中，涂料体系包含载剂和含有基于壳聚糖的试剂的防腐剂。基于壳聚糖的试剂可为壳聚糖乙酸酯及其盐、壳聚糖柠檬
酸酯乙酸酯及其盐、或者它们的组合。在本发明的一个实施方案中，载剂可为清洁剂、抛光剂和/或涂饰剂。
9.在本发明的一个实施方案中，涂料体系可以包含0.01重量％至5重量％的基于壳聚糖的试剂。在本发明的另一实施方案中，涂料体系可以包含0.01重量％至1.0重量％的基于壳聚糖的试剂。在本发明的又一实施方案中，涂料体系可以包含0.01重量％至0.10重量％的基于壳聚糖的试剂。并且在本发明的又一实施方案中，涂料体系可以包含0.01重量％至0.8重量％的基于壳聚糖的试剂。
10.可供选择地，涂料体系可以包含0.01重量％至0.4重量％的基于壳聚糖的试剂。在该实施方案中，载剂可为清洁剂，并且基于壳聚糖的试剂的ph优选小于7。进一步可供选择地，涂料体系可以包含0.01重量％至0.5重量％的基于壳聚糖的试剂。在该实施方案中，载剂可为抛光剂或涂饰剂，并且基于壳聚糖的试剂的ph优选为6至10。
11.在本发明的一个实施方案中，涂料体系的ph为2至7。此外，基于壳聚糖的试剂可以同时用作防腐剂和螯合剂。
12.本发明还包括制造涂料体系的方法。在本发明的一个实施方案中，该方法包括提供水和分散剂，然后将水与分散剂混合以形成分散液的步骤。接下来，该方法包括在搅拌下将溶液形式的基于壳聚糖的试剂与分散液混合，以形成基于壳聚糖的分散液。此外，将基于壳聚糖的分散液与流变改性剂和消泡剂组合，直至基于壳聚糖的分散液稳定。然后，可以将氨基甲酸酯和/或丙烯酸树脂各自与稳定的基于壳聚糖的分散液组合。
13.在本发明的一个实施方案中，例如当制造低光泽度涂饰剂时，本发明的方法还可以包括在将氨基甲酸酯和丙烯酸树脂与稳定的基于壳聚糖的分散液组合之后添加消光剂的步骤。在本发明的其他实施方案中，该方法还可以包括将预混物添加到稳定的基于壳聚糖的分散液的步骤。例如，预混物可以包含水、溶剂、润湿剂、消泡剂和增塑剂中的一种或多种。
14.在本发明的一个实施方案中，分散剂可为润湿剂。此外，在本发明的一个实施方案中，基于壳聚糖的溶液可为壳聚糖乙酸酯及其盐、壳聚糖柠檬酸酯乙酸酯及其盐、或者它们的组合。本发明方法的涂料体系可为清洁剂、抛光剂或涂饰剂。当涂料体系为清洁剂时，基于壳聚糖的试剂的ph可以小于7。当涂料体系为抛光剂或涂饰剂时，基于壳聚糖的试剂的ph可为6至10。
15.在本发明方法的一个实施方案中，涂料体系包含0.01重量％至5重量％的基于壳聚糖的试剂。在本发明方法的另一实施方案中，涂料包含0.01重量％至1.0重量％的基于壳聚糖的试剂。在本发明方法的又一实施方案中，涂料体系包含0.01重量％至0.5重量％的基于壳聚糖的试剂。在本发明方法的又一实施方案中，涂料体系包含0.01重量％至0.4重量％的基于壳聚糖的试剂。
16.本发明的其他特征将通过如下说明而显而易见。在概述之后，这些特征可从说明中部分地明显看出，或者可通过本发明的实践而得知。应当理解的是，前文中的概述以及后面的详细说明仅为示例性和阐述性的，而并非对所要求保护的本发明的限制。
具体实施方式
17.本发明涉及一种涂料体系及其制造方法。涂料体系可为施用于基材和表面上的清
洁剂、抛光剂和/或涂饰剂的形式。本发明的涂料体系包含基于壳聚糖的试剂，例如壳聚糖乙酸酯、壳聚糖乙酸酯乳酸酯(chitosan acetate lactate)、壳聚糖柠檬酸酯乙酸酯以及它们的组合。基于壳聚糖的试剂用作防腐剂以延长涂料体系的保存期限和使用期限。特别地，在涂料体系中引入基于壳聚糖的试剂抑制了微生物的生长，同时不会不利地影响涂料体系的功能特性。此外，将基于壳聚糖的试剂引入到涂料体系中也可以有助于随着时间的推移保持清洁剂ph水平，并且用作螯合剂以减少皂垢。
18.本发明的涂料体系可以包含与基于壳聚糖的试剂防腐剂(如壳聚糖乙酸酯或壳聚糖柠檬酸酯乙酸酯)组合的载剂，例如清洁剂、抛光剂和/或涂饰剂。根据涂料体系的预期用途，本发明的涂料体系还可与其他成分和/或添加剂组合。
19.尽管在本文中，主要从本发明的涂料体系作为清洁剂、抛光剂和/或涂饰剂方面的用途进行了说明，但是应当清楚的是，本发明的涂料体系可具有许多其他的用途。此外，虽然基于壳聚糖的试剂延长了诸如清洁剂、抛光剂和/或涂饰剂之类的涂料体系的保存期限和使用期限，但是其也可表现出其他有益特性和性能。
20.除非另有说明，否则说明书和权利要求书中所使用的如下术语具有以下给出的含义。
[0021]“螯合剂”是具有与水中存在的金属离子形成键以防止金属离子形成皂垢的分子的试剂。
[0022]“甲壳质”是通常来源于节肢动物和甲壳纲动物的外骨骼的纤维物质。本发明的基于甲壳质的成分通常来源于贝类。已经进一步在诸如蘑菇之类的真菌中发现了本发明的基于甲壳质的成分。虽然甲壳质具有各种已知的应用，例如抑制微生物在诸如纺织品和食品之类的体系中的生长，但是甲壳质不溶于常规溶剂，因此尚未与涂料体系联用。
[0023]“壳聚糖”是甲壳质的衍生物，壳聚糖通常可溶于有机酸，但是当引入到ph约7的溶液中会过早沉淀(premature precipitation)。
[0024]“基于壳聚糖的试剂”是壳聚糖的衍生物，基于壳聚糖的试剂可以引入到ph约7的溶液中而不会过早沉淀，并且当其与上述溶液组合时用作防腐剂。基于壳聚糖的试剂至少包括壳聚糖乙酸酯、壳聚糖乳酸酯、壳聚糖柠檬酸乙酸酯、以及它们的组合和它们的盐。
[0025]“防腐剂”是这样的物质，其添加到组合物中以控制组合物的分解和/或不希望的微生物生长。
[0026]
下面将更详细地阐述本发明的实施方案和实施例。这些实施例中所列出的具体成分及其含量、以及其他条件和细节不应认为对本发明构成不适当的限制。尽管示出了本发明的宽泛范围的数值范围和参数是近似值，但是尽可能精确地记录了具体实施例中所示出的数值。然而，任何数值均固有地包含一定的误差，该误差是其各自的试验测量中的标准偏差的必然结果。此外，应理解的是，本文中所披露的所有范围涵盖了其中所包括的任何和全部子范围。在本说明书的实施例和讨论中，除非另有说明，否则所有百分比、比例和比率均以重量(质量)计。
[0027]
如上所述，披露了引入基于壳聚糖的防腐剂的涂料体系。该涂料体系包含载剂和基于壳聚糖的试剂的形式的防腐剂。基于壳聚糖的试剂可为壳聚糖乙酸酯溶液及其盐。此外，基于壳聚糖的防腐剂可为壳聚糖柠檬酸酯乙酸酯溶液及其盐。进一步可供选择地，基于壳聚糖的试剂可为壳聚糖乙酸酯溶液和壳聚糖柠檬酸酯乙酸酯溶液及其各自的盐的组合。
在本发明的一个实施方案中，载剂可为清洁剂、抛光剂和/或涂饰剂。
[0028]
在本发明的一个实施方案中，涂料体系可以包含0.01重量％至5重量％的基于壳聚糖的试剂。在本发明的另一实施方案中，涂料体系可以包含0.01重量％至2.0重量％的基于壳聚糖的试剂。在本发明的另一实施方案中，涂料体系可以包含0.01重量％至1.0重量％的基于壳聚糖的试剂。在本发明的又一实施方案中，涂料体系可以包含0.01重量％至0.80重量％的基于壳聚糖的试剂。并且在本发明的又一实施方案中，涂料体系可以包含0.01重量％至0.1重量％的基于壳聚糖的试剂。
[0029]
在本发明的一个实施方案中，载剂为清洁剂，涂料体系可以包含0.01重量％至0.4重量％的基于壳聚糖的试剂。此外，当涂料体系引入了清洁剂与基于壳聚糖的试剂的组合时，基于壳聚糖的试剂的ph优选小于7且大于2。更优选地，基于壳聚糖的试剂的ph为3至7，从而用于与清洁剂联用。可供选择地，在本发明的一个实施方案中，载剂为抛光剂或涂饰剂，涂料体系可以包含0.01重量％至0.5重量％的基于壳聚糖的试剂。此外，当涂料体系引入抛光剂或涂饰剂与基于壳聚糖的试剂的组合时，基于壳聚糖的试剂的ph优选为6至10。更优选地，基于壳聚糖的试剂的ph为6至9，从而用于与抛光剂和/或涂饰剂联用。
[0030]
在本发明的一个实施方案中，涂料体系的ph为3至10。更优选地，涂料体系的ph为6至8。甚至更优选地，涂料体系的ph为6.5至7.5。
[0031]
本发明还包括一种制造涂料体系的方法。在本发明的一个实施方案中，该方法包括提供水和分散剂，然后将水与分散剂混合以形成分散液的步骤。接下来，该方法包括在搅拌下将溶液形式的基于壳聚糖的试剂与分散液混合，以形成基于壳聚糖的分散液。此外，将基于壳聚糖的分散液与流变改性剂和消泡剂组合，直至基于壳聚糖的分散液稳定。然后，当形成抛光剂或涂饰剂的涂料体系时，可以将氨基甲酸酯和/或丙烯酸树脂和醇酸树脂各自与稳定的基于壳聚糖的分散液组合。
[0032]
在本发明的一个实施方案中，例如当制造低光泽度涂饰剂时，本发明的方法还可以包括在将氨基甲酸酯和丙烯酸树脂与稳定的基于壳聚糖的分散液组合之后添加消光剂的步骤。在本发明的其他实施方案中，该方法还可以包括将预混物添加到稳定的基于壳聚糖的分散液中的步骤。例如，预混物可以包含水、溶剂、润湿剂、消泡剂和增塑剂中的一种或多种。
[0033]
在本发明的一个实施方案中，分散剂可为润湿剂。此外，在本发明的一个实施方案中，溶液形式的基于壳聚糖的试剂可为壳聚糖乙酸酯及其盐、壳聚糖柠檬酸酯乙酸酯及其盐、和/或者它们的组合。本发明方法的涂料体系可为清洁剂、抛光剂或涂饰剂。
[0034]
在本发明方法的一个实施方案中，涂料体系包含0.01重量％至5重量％的基于壳聚糖的试剂。在本发明方法的另一实施方案中，涂料体系包含0.01重量％至2.0重量％的基于壳聚糖的试剂。在本发明方法的另一实施方案中，涂料体系包含0.01重量％至1.0重量％的基于壳聚糖的试剂。在本发明方法的又一实施方案中，涂料体系包含0.01重量％至0.8重量％的基于壳聚糖的试剂。在本发明方法的又一实施方案中，涂料体系包含0.01重量％至0.5重量％的基于壳聚糖的试剂。在本发明方法的又一实施方案中，涂料体系包含0.01重量％至0.4重量％的基于壳聚糖的试剂。可供选择地，在本发明方法的一个实施方案中，涂料体系包含0.01重量％至0.1重量％的基于壳聚糖的试剂。
[0035]
在本发明方法的一个实施方案中，形成清洁剂，当基于壳聚糖的试剂与分散液混
合时，基于壳聚糖的试剂的ph优选小于7且大于2。更优选地，基于壳聚糖的试剂的ph为3至7。可供选择地，在本发明方法的实施方案中，形成抛光剂或涂饰剂，当基于壳聚糖的试剂与分散液混合时，基于壳聚糖的试剂的ph优选为6至10。更优选地，基于壳聚糖的试剂的ph为6至9。优选地，当分散液与基于壳聚糖的试剂混合时，分散液的ph为6至9。
[0036]
申请人确定，虽然将甲壳质和/或壳聚糖引入到诸如清洁剂、抛光剂和涂饰剂之类的涂料体系中对生产效率和透明度产生负面影响，但是以本文所述的一定成分范围添加诸如壳聚糖乙酸酯和/或壳聚糖柠檬酸酯乙酸酯之类的基于壳聚糖的试剂则具有相反的效果，并且对涂料体系非常有益。
[0037]
即，本发明的基于壳聚糖的涂料体系防止了微生物对某些清洁剂、抛光剂和涂饰剂的侵蚀。此外，保持了此类清洁剂、抛光剂和涂饰剂的粒度和ph，这对于保持表面以及在罐或瓶中的透明度至关重要。此外，基于壳聚糖的试剂用作缓冲体系以在更长的时间内保持ph，并用作螯合剂以减少皂垢。
[0038]
已大致描述了本公开，可通过参照如下所示的某些特定实施例获得进一步的理解，提供这些实施例仅为了说明的目的，并且除非另有说明，否则这些实施例不旨在是全面的或限制性的。
[0039]
实施例&测试
[0040]
下面将进一步描述本公开的示例组合物的制备、鉴定和测试。不应认为这些实施例中所列举的具体材料及其含量、以及其他条件和细节对本发明构成了不恰当的限制。
[0041]
对本发明的基于壳聚糖的涂料体系进行抗微生物测试，微生物例如为金黄色葡萄球菌、巴西曲霉、绿脓杆菌、白色念珠菌和大肠杆菌。使用以下步骤制备涂料体系：(1)将水添加到容器中；(2)缓慢添加并温和地混合任意润湿剂或分散剂；(3)在搅拌下缓慢添加诸如壳聚糖柠檬酸酯乙酸酯之类的基于壳聚糖的试剂的溶液，并温和地混合3分钟至5分钟；(4)添加任意流变改性剂和/或工艺消泡剂。对于清洁剂，当基于壳聚糖的试剂与溶液混合时，基于壳聚糖的试剂的ph小于7。对于抛光剂和涂饰剂，可以并入以下步骤：(5)当流变改性剂和消泡剂稳定时，缓慢地添加氨基甲酸酯和丙烯酸树脂，一次添加一种。此外，对于抛光剂和涂饰剂，当基于壳聚糖的试剂与溶液混合时，基于壳聚糖的试剂的ph值可为6至9。对于低光泽度涂饰剂，可以在添加氨基甲酸酯和/或丙烯酸树脂之后，将消光剂添加到体系中。最后，可以在该过程结束时引入可包含水、溶剂、润湿剂、消泡剂和增塑剂的预混物。
[0042]
在具有清洁剂的涂料体系中，制剂中的壳聚糖柠檬酸酯乙酸酯的水平为至少0.01重量％至0.4重量％时，抑制了微生物的生长。
[0043]
将基于壳聚糖的试剂引入聚氨酯-丙烯酸抛光剂。使用与上述相同的步骤制备抛光剂涂料体系。对该体系进行抗微生物测试，所述微生物例如为金黄色葡萄球菌、巴西曲霉、绿脓杆菌、白色念珠菌和大肠杆菌。在抛光剂涂料体系中，在制剂中的诸如壳聚糖柠檬酸酯乙酸酯之类的基于壳聚糖的试剂的水平为至少0.01重量％至0.5重量％时，抑制了微生物的生长。
[0044]
将基于壳聚糖的试剂引入水基聚氨酯涂饰剂。使用与上述相同的步骤制备涂饰剂涂料体系。对该体系进行抗微生物测试，所述微生物例如为金黄色葡萄球菌、巴西曲霉、绿脓杆菌、白色念珠菌和大肠杆菌。在涂饰剂涂料体系中，制剂中的诸如壳聚糖柠檬酸酯乙酸酯之类的基于壳聚糖的试剂的水平为至少0.01重量％至0.5重量％时，抑制了微生物的生
长。
[0045]
在全部经测试的涂料体系中，基于壳聚糖的试剂对抛光剂和涂饰剂具有缓冲能力。此外，当将产品以强力方式施用于地板上时，基于壳聚糖的试剂有助于产品的消泡。经测试的涂料体系没有导致失去光泽或絮凝、粘度变化、ph漂移或颜色变化。在50℃烘箱内的置物架上测试时，没有发生这些问题中任何一个。此外，基于壳聚糖的试剂在全部测试的涂料体系中均起到螯合剂的作用。
[0046]
虽然已在上文中描述了本发明的各种实施方案和实施例，但是给出这些描述的目的仅仅是为了示例和阐述，而不是限制。可对上文中公开的体系和方法进行改变、修改、改进和变动，而不脱离本发明的精神和范围。实际上，在阅读上面的描述之后，对于相关领域技术人员而言，如何以可替代的实施方案来实施本发明是显而易见的。因此，不应以任何上述示例性实施方案来限制本发明。
[0047]
此外，摘要的目的是使各种专利工作人员和公众、尤其是本领域中不熟悉专利或法律条款或术语的科学家、工程师和从业者通过粗略查看，从而迅速确定本技术的技术公开的本质和精华。摘要不旨在以任何方式对本发明的范围构成限制。