Aqueous coating composition for polyolefin substrates and articles

Abstract

The present application relates to an aqueous coating composition for polyolefin substrates and an article, wherein the aqueous coating composition for polyolefin substrates comprises: i) a modified polyurethane dispersion, ii) an adhesion promoter, and iii) optionally additional additives; wherein polyurethane in the modified polyurethane dispersion bears a urea group; and wherein the adhesion promoter comprises one or more silane having a general formula Y-R-Si-MenX3-n, in which Y is an isocyanate group, an isocyanurate group, or a methacryloyloxy group, R is an alkyl group comprising 1-5 carbon atoms, Me is a methyl group, and n=1-3, and X is methoxy (OCH3), ethoxy (OC2H5), isopropoxy (OCH2(CH3)2) or 2-methoxyethoxy (OCH3OC2H4).

Description

AQUEOUS COATING COMPOSITION FOR POLYOLEFIN SUBSTRATES AND ARTICLESTECHNICAL FIELD

[0001] The present application relates to an aqueous coating composition for polyolefin substrates and to an article comprising the aqueous coating composition.BACKGROUND

[0002] Polyolefins are used in a wide range of fields, such as automobile parts, because they are inexpensive and have excellent mechanical properties, heat resistance, chemical resistance, and water resistance. However, since polyolefins do not have polar groups in their molecules, they are usually of low polarity and demonstrate poor coatability and adhesion.

[0003] For these reasons, attempts have been made to chemically treat the surface of a polyolefin substrate using a chemical reagent or the like, and to oxidize the surface of the substrate using various methods such as corona discharge treatment, plasma treatment, and flame treatment. However, these treatments are complex and costly, and not only do they require special devices, but the improvement in coatability and adhesion is not always sufficient. Adhesion promoters, CPO resins, or graft-modified CPO resins have also been utilized to alter or enhance the surface of polyolefin substrates, but the incorporation of halogen elements may cause undesired environmental hazards. Moreover, from the viewpoint of current environmental issues, a reduction in volatile organic compounds (VOCs) is required in coatings used with polyolefin substrates. However, many conventional coatings still used with such substrates are solvent-based and do not provide the necessary reduction in VOCs.

[0004] Therefore, it is necessary to provide an economical and simple method to improve the adhesion and coatability of polyolefin substrates for various practical across industries. In other words, there is still a need for an aqueous coating composition for polyolefin substrates in the coating industry.SUMMARY

[0005] A first aspect of the present application provides an aqueous coating composition for polyolefin substrates comprising: i) a modified polyurethane dispersion, ii) an adhesion promoter, and iii) optionally additional additives; wherein polyurethane in the modified polyurethane dispersion bears a urea group; and  wherein the adhesion promoter comprises one or more silane having a general formula Y-R-Si-MenX3-n, in which Y is an isocyanate group, an isocyanurate group, or a methacryloyloxy group, R is an alkyl group comprising 1-5 carbon atoms, Me is a methyl group, and n=1-3, and X is methoxy (OCH3) , ethoxy (OC2H5) , isopropoxy (OCH2 (CH3) 2) or 2-methoxyethoxy (OCH3OC2H4) .

[0006] A second aspect of the present application provides an article, characterized in that the article comprises: a substrate having at least one major surface; and the aqueous coating composition described herein, applied on the at least one major surface of the substrate.

[0007] Surprisingly, it was found that the aqueous coating compositions of the present application contain film-forming resins with a specific structure that provide a core structure similar to that of the polyolefin substrate and that contain polar functional groups that can be used to increase reactivity and enhance adhesion to the polyolefin substrate. In addition, the adhesion of the paint film to the polyolefin substrate is further improved by matching it with a suitable adhesion promoter.

[0008] It was also found that by further matching suitable additives (e.g., film-forming additives and dispersants) , the film-forming and wetting properties of the aqueous coating compositions are further improved, which in turn improves the adhesion and leveling properties of the paint film on the polyolefin substrate.

[0009] The details of one or more embodiments of the disclosure are set forth in the following description. Other features, objects, and advantages of the disclosure will be apparent from the description and from the claims.DETAILED DESCRIPTIONSelected Definitions

[0010] As used herein, "a" , "an" , "the" , "at least one" , and "one or more" are used interchangeably. Thus, for example, a coating composition that comprises "an" additive can be interpreted to mean that the coating composition includes "one or more" additives. As used herein, the singular forms are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise.

[0011] Unless otherwise indicated, the terms “comprises” , “having” , “including” , “incorporating” , and variations thereof do not have a limiting meaning, but rather these terms in the description and claims are intended to be open-ended and non-limiting. For example, where compositions are described as having, including, or comprising specific components or fractions, or where processes are described as having, including, or comprising specific process steps, it is contemplated that the compositions or processes as disclosed herein may further comprise other components or fractions or steps, whether or not, specifically mentioned in this invention, as along as such components or steps do not affect the basic and novel characteristics of the invention, but it is also contemplated that the compositions or processes may consist essentially of, or consist of, the recited components or steps.

[0012] For the sake of brevity, only certain ranges are explicitly disclosed herein. However, it should be understood that any lower limit may be combined with any upper limit to recite a range not explicitly recited, as well as, any lower limit may be combined with any other lower limit to recite a range not explicitly recited, in the same way, any upper limit may be combined with any other upper limit to recite a range not explicitly recited. Additionally, although not explicitly recited, every point or individual value within a range is expressly included in the range. Thus, every point or individual value may serve as its own lower or upper limit and be combined with any other point or individual value or any other lower or upper limit, to form a range not explicitly recited.

[0013] Unless otherwise indicated, the recitations of numerical ranges by endpoints include all numbers subsumed within that range. For example, a range of from 1 to 5 includes 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 5, etc. Furthermore, disclosure of a range includes disclosure of all subranges included within the broader range. For example, a range of from 1 to 5 discloses the subranges of from 1 to 4, from 1.5 to 4.5, from 1 to 2, etc. Thus, every point or individual value may serve as a lower or upper limit combined with any other point or individual value or any other lower or upper limit, to recite a range explicitly recited in the present application.

[0014] As used herein, “or” refers to an inclusive. That is, the phrase "A or B" means "A, B, or both A and B" , which can also be abbreviated as "A and / or B" . More specifically, a condition A or B is satisfied by any one of the following: A is true (or present) and B is false (or not present) ; A is false (or not present) and B is true (or present) ; and both A and B are true (or present) . In contrast, the exclusive "or" is represented herein, for example, by terms such as "either A or B" and "one of A or B" .

[0015] When used in the context of "acoating applied on a surface or substrate, " the term "on" includes coatings that are applied directly or indirectly on the surface or substrate. Thus, for example, a coating applied on a primer coating on a substrate is regarded as a coating applied on the substrate.

[0016] The terms “preferred” and “preferably” refer to embodiments of the invention that may afford certain benefits, under certain circumstances. However, other embodiments may also be preferred, under the same or other circumstances. Furthermore, the recitation of one or more preferred embodiments does not imply that other embodiments are not useful, and is not intended to exclude other embodiments from the scope of the invention.Aqueous Coating Composition

[0017] The aqueous coating composition for polyolefin substrates according to the first aspect of the present application comprises: i) a modified polyurethane dispersion, ii) an adhesion promoter, and iii) optionally additional additives; wherein polyurethane in the modified polyurethane dispersion bears a urea group; and  wherein the adhesion promoter comprises one or more silane having a general formula Y-R-Si-MenX3-n, in which Y is an isocyanate group, an isocyanurate group, or a methacryloyloxy group, R is an alkyl group comprising 1-5 carbon atoms, Me is a methyl group, and n=1-3, and X is methoxy (OCH3) , ethoxy (OC2H5) , isopropoxy (OCH2 (CH3) 2) or 2-methoxyethoxy (OCH3OC2H4) .

[0018] In the embodiments according to the present application, the silanes include, but are not limited to, isocyanate-based silanes, isocyanurate-based silanes, methacryloyloxy silanes and mixtures thereof. The isocyanate-based silanes include, but are not limited to, 3-isocyanatopropyltrimethoxysilane, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, and mixtures thereof. The isocyanurate-based silanes include, but are not limited to, tris- ( (3-trimethoxysilyl) propyl) isocyanurate, tris- ( (3-triethoxysilyl) propyl) isocyanurate, and mixtures thereof. The methacryloxy silanes include, but are not limited to, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltriethoxysilane, γ-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, γ-methacryloxypropyltriisopropoxysilane, methacryloxypropyltris (2-methoxyethoxy) oxy) silane and mixtures thereof.

[0019] Thus, in the embodiments described herein, the silane is selected from one or more of 3-isocyanatopropyltrimethoxysilane, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, tris- ( (3-trimethoxysilyl) propyl) isocyanurate, tris- ( (3-triethoxysilyl) propyl) isocyanurate, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, γ-methacryloyloxypropyltriethoxysilane, γ-methacryloyloxypropylmethyldiethoxysilane, γ-methacryloyloxypropyltriisopropoxysilane, and methacryloyloxypropyltris (2-methoxyethoxysilane) silane.

[0020] It was found that the end groups of the above silanes (e.g., SILQUEST A-LINK 597) are reactive organofunctional groups, which can be used to react with resins, thereby improving compatibility with resins and wettability to substrates.

[0021] In an embodiment according to the present application, the aqueous coating composition comprises, relative to the total weight of the aqueous coating composition, at least 0.1 wt%of an adhesion promoter, preferably at least 0.2 wt%of an adhesion promoter. According to the present application, it is preferred that the aqueous coating composition comprises a higher amount of adhesion promoter, but taking into account the actual conditions, the content of adhesion promoter, relative to the total weight of the aqueous coating composition, is at most 5 wt%, at most 4 wt%, at most 3 wt%, at most 2 wt%, at most 1 wt%or less. Preferably, the adhesion promoter is an isocyanate-based silane or an isocyanurate-based silane.

[0022] In the embodiments of the present application, the polyurethane in the modified polyurethane dispersion comprises one or more of a polyether-type polyurethane, a polyester-type polyurethane and a polyolefin-type polyurethane, preferably a polyolefin-type polyurethane.

[0023] The polyurethane in the modified polyurethane dispersion according to the present application bears a urea group. Such a polyurethane is usually obtained by reacting the following components and, each comprise the structural units originated from the components: (a) at least one type of diol component and / or polyol component, (b) at least one type of diisocyanate component and / or polyisocyanate component, (c) at least one type of component having at least one hydrophilic group, (d) optionally, an amino compound and / or a hydroxyamino compound each having  mono-, di-, and / or tri-functionality, and (e) optionally, a compound having reactivity with another isocyanate.

[0024] A proper diol and / or polyol component (s) (a) have / has at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms. Examples of the component (a) include, for example, polyether polyol, polyester polyol, polylactone polyol, polycarbonate polyol and polyolefin polyol. The advantageous component (a) has, preferably, 2 to 4, especially preferably, 2 or 3, and, most preferably, two hydroxyl groups. A mixture of such various types of compound is also suitable.

[0025] Examples of the polyether polyol include polyadducts of cyclic ethers, and condensates of polyhydric alcohols. Examples of the cyclic ether include, for example, styrene oxide, ethylene oxide, propylene oxide, tetrahydrofuran, butylene oxide, and epichlorohydrin, and these may each be used alone, or two or more thereof may be used as a mixture. Examples of the polyhydric alcohol include the above diols and the highly functional polyols, and these may each be used alone, or two or more thereof may be used as a mixture. For example, a polyadduct of tetrahydrofuran is known as polytetramethyleneether glycol (PTMG) . Preferably, a homopolyer of each of, a mixed polymer of, and a grafted polymer of propylene oxide and ethylene oxide are used as the polyether polyol.

[0026] The polyester polyol can be produced adjusting the production conditions for a polyester and is a polyester that has hydroxyl groups at least on both ends of the main chain. Examples of the polyester polyol include linear polyester diols and slightly-branched polyester polyols. These diols and polyols can each be produced using a known method using an aliphatic, an alicyclic, or an aromatic dicarboxylic acid and a diol, and optionally using a polyhydric carboxylic acid and / or a highly functional polyol. Examples of the dicarboxylic acid include, for example, succinic acid, methylsuccinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, nonanedicarboxylic acid, decanedicarboxylic acid, terephthalic acid, isophthalic acid, o-phthalic acid, tetrahydrophthalic acid, hexahydrophthalic acid, cyclohexanedicariboxylic acid, maleic acid, fumaric acid, and malonic acid, and anhydrides such as o-phthalic acid anhydride, and succinic anhydride. Examples of the polyhydric carboxylic acid include, for example, trimellitic acid and trimellitic acid anhydride. An ester of a lower alcohol such as methanol and the dicarboxylic acid or the polyhydric carboxilic acid may also be used as the dicarboxylic acid or the polyhydric carboxylic acid. The dicarboxylic acid and the polyhydric carboxylic acid may each be used alone, or two or more thereof may be used in combination. Examples of the diol include, for example, ethanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, 1, 2-propanediole, dipropylene glycol, tripropylene glycol, tetrapropylene glycol, 1, 3-propanediol, 1, 4-butanediol, 1, 3-butanediol, 2, 3-butanediol, 1, 5-pentanediol, 1, 6-hexanediol, 2, 2-dimethyl-1, 3-propanediol, 1, 4-dihydroxycyclohexane, 1, 4-dimethylolcyclohexane, 1, 8-octanediol, 1, 10-decanediol, and 1, 12-dodecanediol. Examples of the highly functional polyol include trifunctional and higher functional polyols such as, for example, trimethylolpropane, glycerol, and pentaetythritol. An alicyclic or an aromatic dihydroxyl compound and an alicyclic or an aromatic polyhydroxyl compound are also suitably used as the diol and the highly functional polyol. The diol and the highly functional polyol may each be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

[0027] The polylactone polyol is a homopolymer or a copolymer of lactone and is a polylactone prepared to have hydroxyl groups at least on both ends of the main chain.

[0028] The polycarbonate polyol is a polycarbonate that is produced by adjusting the production conditions for a polycarbonate and that has hydroxyl groups at least on both ends of the main chain.

[0029] The polyolefin polyols can be selected from, but not limited to, hydroxyl-terminated polybutadiene, hydroxyl-terminated polystyrene butadiene copolymer, hydroxyl-terminated polypropylene butadiene copolymer and the mixtures thereof.

[0030] Examples of the component (a) that is suitable include diols, triols, and / or tetraols of low molecular weight compounds. Examples thereof include, for example, ethane diol, diethylene glycol, triethylene glycol, and tetraethylene glycol, 1, 2-propane diol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, tetrapropylene glycol, 1, 3-propanediol, 1, 4-butanediol, 1, 3-butanediol, 2, 3-butanediol, 1, 5-pentanediol, 1, 6-hexanediol, 2, 2-dimethyl-1, 3-propanediol, 1, 4-dihydroxycyclohexane, 1, 8-octanediol, 1, 10-decanediol, 1, 12-dodecanediol, neopentyl glycol, 1, 4-cyclohexanediol, 1, 4-cyclohexanedimethanol, 1, 4-dihydroxybenzene, 1, 3-dihydroxybenzene, 1, 2-dihydroxybenzene, 2, 2-bis (4-hydroxyphenyl) -propane (bisphenol A) , TCD-diol, trimethylolpropane, glycerol, pentaerythritol, and dipentaerythritol, and these may each be used alone, or two or more thereof may be used as a mixture.

[0031] Reaction products of the diols, the triols, and / or the tetraols of low molecular weight compounds with ethylene oxides and / or propylene oxides can also be used as the component (a) .

[0032] The component (b) is an organic compound having at least two free isocyanate groups per one molecule and, preferably, a diisocyanate Y (NCO) 2 [where Y represents a C4-12 divalent aliphatic hydrocarbon group, a C6-15 divalent alicyclic hydrocarbon group, a C6-15 divalent aromatic hydrocarbon group, or a C7-15 divalent araliphatic hydrocarbon group] is used. Examples of the preferably used diisocyanate include tetramethylene diisocyanate, methylpentamethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, dodecamethylene diisocyanate, 1, 4-diisocyanatocyclohexane, 1-isocyanato-3, 3, 5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexane (=IPDI, isophorone diisocyanate) , 4, 4'-diisocyanatodicyclohexylmethane, 4, 4'-diisocyanatodicyclohexylpropane- (2, 2) , 1, 4-diisocyanatobenzene, 2, 4-diisocyanatotoluene, 2, 6-diisocyanatotoluene, 4, 4'-diisocyanatodiphenylmethane, 2, 2'-diisocyanatodiphenylmethane, 2, 4'-diisocyanatodiphenylmethane, tetramethylxylylene diisocyanate, p-xylylene diisocyanate, p-isopropylidene diisocyanate, and a mixture of any combination of these compounds.

[0033] In addition to these simple diisocyanates, an isocyanate whose isocyanate group is bonded to a hetero atom-containing group and / or a polyisocyanate having three or more isocyanate groups per one molecule are / is also suitable. This polyisocyante is prepared by, for example, modifying an aliphatic, an alicyclic, an araliphatic, and / or an aromatic simple diisocyanate, comprises at least two types of diisocyanate, and is a polyisocyanate having a uretdione, an isocyanurate, a urethane, an allophanate, a biuret, a carbodiimide, an iminooxadiazinedione, and / or an oxadiazinetrione structure.

[0034] Preferably, examples of the component (b) include hexamethylene diisocyanate (=HDI) , dodecamethylene diisocyanate, 1, 4-diisocyanatocyclohexane, 1-isocyanato-3, 3, 5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexane (=IPDI) , 4, 4'-diisocyanatodicyclohexylmethane, 2, 4-diisocyanatotoluene, 2, 6-diisocyanatotoluene, 4, 4'-diisocyanatodiphenylmethane, 2, 2'-diisocyanatodiphenylmethane, 2, 4'-diisocyanatodiphenylmethane, and a mixture of any combination of these compounds.

[0035] The component (c) that is suitable is, for example, a component having a sulfonate group and / or a carboxylate group, and examples thereof include, for example, a diamino compound and a dihydroxy compound each having a sulfonate group and / or a carboxylate group.

[0036] A polyether having a nonionic hydrophilic function that is formed by adding ethyleneoxide, or ethyleneoxide and propyleneoxide to an alcohol or an amine can also be used as another suitable component (c) . Examples of the preferred component (q) include N- (2-aminoethyl) -2-aminoethanesulfonate, dimethylolpropionate, and dimethylolbutyrate.

[0037] The component (d) that is suitable is a monofunctional, a difunctional or a trifunctional amine and / or a monofunctional, a difunctional or a trifunctional hydroxyamine. Examples of the component (d) include, for example, an aliphatic and / or an alicyclic primary and / or secondary monoamine (ethylamine, diethylamine, and an isomeric propylamine and an isomeric butylamine as specific examples) , and a higher linear aliphatic monoamine and an alicyclic monoamine (cyclohexylamine as a specific example) . Other examples thereof include amino alcohol, that is, a compound having an amino group and a hydroxyl group in one molecule such as, for example, ethanol amine, N-methylethanolamine, diethanolamine, diisopropanolamine, 1, 3-diamino-2-propanol, N- (2-hydroxyethyl) ethylenediamine, N, N-bis (2-hydroxyethyl) ethylenediamine, and 2-propanol amine. Other examples thereof include a diamine and a triamine such as, for example, 1, 2-ethanediamine, 1, 6-hexamethylenediamine, 1-amino-3, 3, 5-trimethyl-5-aminomethylcyclohexane (isophoronediamine) , piperazine, 1, 4-diaminocyclohexane, bis (4-aminocyclohexyl) methane, and diethylenetriamine. Adipic acid hydrazide, hydrazine, and hydrazine hydrate are also suitable as the component (d) . These may each be used alone, or two or more thereof may be used as a mixture as the component (d) .

[0038] Preferably, the component (d) is 1, 2-ethanediamine, 1-amino-3, 3, 5-trimethyl-5-aminomethylcyclohexane, diethylenetriamine, diethanolamine, ethanolamine, N- (2-hydroxyethyl) ethylenediamine, or N, N-bis (2-hydroxyethyl) ethylenediamine.

[0039] Preferably, the component (d acts as a chain extender to increase the molecular weight or acts as a monofunctional compound to limit the molecular weight, and / or, depending on the case, additionally incorporates a further reactive group (for example, a free hydroxyl group) as a further cross-linkage site.

[0040] Examples of the component (e) additionally used depending on the case include, for example, an aliphatic, an alicyclic, or an aromatic C2 to 22 monoalcohol. Examples of the C2 to 22 monoalcohol include, for example, ethanol, butanol, hexanol, cyclohexanol, isobutanol, benzyl alcohol, stearyl alcohol, and 2-ethylethanol. A blocking agent usually used for an isocyanate group and capable being removed again at a high temperature can be used as the component (e) and examples thereof may include, for example, butanoneoxime, dimethylpyrazole, caprolactam, malonic acid ester, triazole, dimethyltriazole, tert-butylbenzylamine, and cyclopentanoncarboxyethyl ester.

[0041] The polyurethane in the modified polyurethane dispersion according to the present application is a polyurethane that comprises, as the constituting components of the polyurethane, one or more structural unit (s) selected from the group consisting of an aliphatic diisocyanate, an alicyclic diisocyanate, and an aromatic diisocyanate, and one or more structural unit (s) selected from the group consisting of polyester polyol, polycarbonate polyol, and polytetramethyleneether glycol.

[0042] The modified polyurethane dispersion is commercially available or can be prepared by producing an isocyanate-functional prepolymer by reacting component (a) , component (b) , optionally component (c) and optionally component (e) in a one-stage or two-stage reaction, as appropriate reacting the resulting isocyanate-functional pre-polymer with component (c) and optionally component (d) in a one-stage or two-stage reaction, and dispersing the obtained substance in water or adding water to the obtained substance to disperse the substance therein. A portion or all of the additionally used solvent can be distilled away during the dispersion or after the dispersion.

[0043] Examples of the suitable solvent include, for example, methylisobutyl ketone, butanone, tetrahydrofuran, dioxane, acetonitrile, dipropyleneglycoldimethyl ether, and 1-methyl-2-pyrolidone. These solvents can not only be added at the start of the production but also be gradually added after the start of the production depending on the case.

[0044] In an embodiment according to the present application, the modified polyurethane dispersion comprises from 20 wt%to 50 wt%non-volatile components relative to the total weight of the modified polyurethane dispersion, preferably the modified polyurethane dispersion comprises from 20 wt%to 40 wt%non-volatile components.

[0045] In an embodiment according to the present application, preferably the polyurethane in the modified polyurethane dispersion has a weight-average molecular weight Mw of 50,000 or more, more preferably 100,000 or more, as determined using GPC (Gel Permeation Chromatography) . Furthermore, the weight-average molecular weight Mw of the polyurethane is preferably 300000 or less, more preferably 150,000 or less. If the weight-average molecular weight Mw is within the above range, the compatibility with the polyolefin substrate is better.

[0046] The polyurethane in the modified polyurethane dispersion has a glass transition temperature Tg in the range of -10℃ to 50℃, as determined using differential scanning calorimetry (DSC) analysis.

[0047] In an embodiment according to the present application, the aqueous coating composition comprises, relative to the total weight of the aqueous coating composition, at least 30 wt%of the modified polyurethane dispersion, preferably at least 40 wt%of the modified polyurethane dispersion, more preferably at least 50 wt%of the modified polyurethane dispersion. The content of the modified polyurethane dispersion, according to the present application, is at most 65 wt%, at most 60 wt%, at most 55 wt%, at most 50 wt%, at most 45 wt%, at most 40 wt%or less, relative to the total weight of the aqueous coating composition.

[0048] Surprisingly, it was found that the aqueous coating compositions of the present application contain film-forming resins with a specific structure that provide a core structure similar to that of the polyolefin substrate and that contain polar functional groups that can be used to increase reactivity and enhance adhesion to the polyolefin substrate. In addition, the adhesion of the paint film to the polyolefin substrate is further improved by matching it with a suitable adhesion promoter.

[0049] It was also found that by further matching suitable additives (e.g., film-forming additives and dispersants) , the film-forming and wetting properties of the aqueous coating compositions are further improved, which in turn improves the adhesion and leveling properties of the paint film on the polyolefin substrate.

[0050] Thus, in the present application, the aqueous coating composition may optionally further comprise additional additives commonly used in coating composition, and these additives will not adversely affect the coating composition or the cured coating obtained therefrom. Suitable additives include, for example, those that can be used to improve the processability or manufacturability of the composition, enhance composition aesthetics, or improve a particular functional property or characteristic of the coating composition or the cured composition resulting therefrom, such as adhesion to a substrate. Suitable examples of the additive include, such as carriers, emulsifiers, pigments, anti-migration aids, antibacterial agents, chain extenders, lubricants, wetting agents, biocides, plasticizers, antifoaming agent, coloring agent, wax, antioxidant, anticorrosive, flow control agent, thixotropic agent, dispersant, adhesion promoter, UV stabilizer, thickener, defoamer, pH adjuster or combination thereof. The content of each optional ingredient is sufficient to achieve its intended purpose, but preferably such an amount does not adversely affect the coating composition or the cured coating obtained therefrom. In a preferred embodiment of the present application, suitable additional additives include a coalescent, a wetting agent, a dispersant, pigment / filler, a leveling agent, an antifoaming agent, or any combination thereof, and preferably include a coalescent, a wetting agent, a dispersing agent, pigment / filler, or any combination thereof.

[0051] The aqueous coating compositions according to embodiments of the present application comprise a coalescent to assist in film formation. Suitable coalescents include alcohols, such as ethylene glycol, propylene glycol, hexylene glycol, benzyl alcohol and the like; alcohol esters, such as dodecanol esters; alcohol ethers, such as ethylene glycol monobutyl ether (BCS) , propylene glycol methyl ether, propylene glycol ethyl ether, propylene glycol n-propyl ether, propylene glycol butyl ether, dipropylene glycol methyl ether, dipropylene glycol propyl ether, dipropylene glycol butyl ether (DPNB) , tripropylene glycol n-butyl ether and the like; alcohol ether esters, such as hexylene glycol butyl ether acetate, ethylene glycol butyl ether acetate (BGA) ; diesters, such as diisobutyl dicarboxylate.

[0052] In a preferred embodiment, the aqueous coating composition comprises, relative to the total weight of the aqueous coating composition, from about 2 wt%to about 5 wt%, preferably from about 2 wt%to about 4.5 wt%, more preferably from about 2.5 wt%to about 4.5 wt%, even more preferably from about 3 wt%to about 4.5 wt%of the coalescent. Specifically, the amount of the coalescent contained in the aqueous coating composition is about 2 wt%, about 2.5 wt%, about 3 wt%, about 3.5 wt%to about 5 wt%, about 4.5 wt%, or about 4 wt%, relative to the total weight of the aqueous coating composition.

[0053] Suitable wetting agents include silicone wetting agents, alkynediol wetting agents, or combinations thereof. All types of wetting agents are commercially available commodities. As an example of the silicone wetting agent, BYK 346 purchased from BYK, Germany, may be used.

[0054] In a preferred embodiment, the aqueous coating composition, relative to the total weight of the aqueous coating composition, comprises from about 0.8 wt%to about 12 wt%, preferably from about 1 wt%to about 10 wt%, of a wetting agent. Specifically, the aqueous coating composition comprises a wetting agent in an amount of about 0.8 wt%, about 1 wt%, about 1.5 wt%, about 2 wt%, about 3 wt%, about 4 wt%, about 5 wt%, about 6 wt%, or about 7 wt%to about 12 wt%, about 10 wt%, about 9 wt%, relative to the total weight of the aqueous coating composition.

[0055] Suitable dispersants may include an anionic dispersant, a cationic dispersant, a nonionic dispersant, an amphoteric dispersant, or any combination thereof, preferably a nonionic dispersant. As an example of a non-ionic dispersant, BYK190 purchased from BYK, Germany, may be used.

[0056] In a preferred embodiment, said aqueous coating composition, relative to the total weight of the aqueous coating composition, may comprise from about 0.8 wt%to about 2.2 wt%, preferably from about 1 wt%to about 2 wt%, of a dispersant. Specifically, the amount of dispersant contained in the aqueous coating composition is about 0.8 wt%, about 1 wt%, about 1.2 wt%, about 1.5 wt%, about 1.7 wt%to about 2.2 wt%, about 2 wt%, or about 1.8 wt%, relative to the total weight of the aqueous coating composition.

[0057] If desired, the aqueous coating compositions according to the present application may optionally comprise one or more fillers. The term “filler” as used herein refers to any volume extender suitable for the coating, which may be in organic or inorganic form such as particles. There is no particular restriction on the shape of the particles, which may have any suitable shape. The average particle size of the filler can vary over a wide range, for example from about 10 nm to about 50 μm. Some filler impart one or more desired properties to the composition and / or the coating formed from the composition in addition to acting as a volume extender for the coating. For example, some filler may impart a desired color to the composition and to the coating obtained from the composition. In this case, the pigment / filler may also be referred to as a "pigment" . Some fillers can improve chemical and / or physical properties, in particular mechanical properties of the coating obtained from the composition. In this case, such fillers are also referred to as "reinforcing fillers" . In the present application, pigments and fillers are collectively referred to as “pigment / filler” .

[0058] In embodiments of the present application, suitable exemplary fillers include, for example, zinc stearate, china clay, wollastonite, barite, calcium carbonate, diatomaceous earth, titanium dioxide, talc, barium sulphate, magnesium aluminium silicate, silicon dioxide and any combination thereof.

[0059] In a preferred embodiment, the aqueous coating composition, relative to the total weight of the aqueous coating composition, comprises from about 15 to about 35 wt. %, preferably from about 17 to about 30 wt. %, of pigment / filler. Specifically, the amount of pigment / filler contained in the aqueous coating composition is, relative to the total weight of the aqueous coating composition, about 15 wt%or about 17 wt%to about 35 wt%, about 30 wt%, about 25 wt%or about 20 wt%.

[0060] The amount of each optional ingredient is sufficient to serve its intended purpose, but preferably such an amount does not adversely affect the aqueous coating composition or the cured coating obtained therefrom. According to certain embodiments of the present application, the total amount of additional additives is in the range of from about 2 wt%to about 40 wt%, preferably in the range of from about 2 wt%to about 35 wt%, relative to the total weight of the aqueous coating composition.

[0061] Thus, in the embodiments according to the present application, relative to the total weight of said aqueous coating composition, the aqueous coating composition comprises: 30-65 wt%of the modified polyurethane dispersion; 0.2-5 wt%of the adhesion promoter; and 2-35 wt%of the additional additives comprising a coalescent, a wetting agent, a  dispersant and pigment / filler.

[0062] In a preferred embodiment, the aqueous coating composition comprises, relative to the total weight of the aqueous coating composition, from about 2 wt%to about 5 wt%, preferably from about 2 wt%to about 4.5 wt%, more preferably from about 2.5 wt%to about 4.5 wt%, even more preferably from about 3 wt%to about 4.5 wt%of a coalescent. When the amount of the coalescent is within the above range, the film-forming and wetting properties of the aqueous coating composition are improved and balanced, which in turn improves the adhesion and leveling properties of the paint film on the polyolefin substrate.

[0063] Any suitable aqueous medium can be used to adjust the viscosity of the aqueous coating composition. Suitable aqueous media include water-soluble organic solvents, water, and mixtures thereof. The aqueous medium is selected so as to adjust the viscosity of the aqueous coating composition for use in further formulation.

[0064] Suitable water-soluble organic solvents include alcohols (e.g., ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, and the like) ; ketones (e.g., 2-butanone, cyclohexanone, methyl aryl ketone, ethyl aryl ketone, methyl isoamyl ketone, and the like) ; diols (e.g., butyl glycol) ; glycol ethers (e.g., glycol monomethyl ether, glycol monoethyl ether, glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, methoxypropanol, dipropylene glycol methyl ether, etc. ) ; diol esters (e.g., butyl glycol acetate, methoxypropyl acetate, etc. ) ; and mixtures thereof.

[0065] The amount of the aqueous medium included in the aqueous coating composition may vary, for example, depending on the coating method and the desired viscosity. Preferred embodiments of the aqueous coating compositions comprise 2-30 wt%of an aqueous medium, more preferably 2-20 wt%of water. The aqueous medium is added in an amount such that the total amount of the final aqueous coating composition is 100 wt%.

[0066] The aqueous coating composition according to the present application can be prepared as follows: before application, the modified polyurethane dispersion is simply mixed with adhesion promoters and optionally other additives in predetermined weight ratios in a mixing device. The coating composition obtained from the mixing may be applied using various methods familiar to those skilled in the art, including spraying (e.g., air-assisted, airless, or electrostatic spraying) , brushing, rolling, overflow coating, and dipping. In one embodiment of the present application, the mixed aqueous coating composition is applied by spraying coating. In an embodiment of the present application, when applied on a substrate, the aqueous coating composition has a construction thickness of up to 15 μm, preferably a construction thickness in the range of 7 μm to 13 μm, more preferably a construction thickness in the range of 8 μm to 12 μm. The applied coating may be cured by allowing it to air dry or by accelerating curing using various drying devices (e.g., ovens) familiar to those skilled in the art.

[0067] Considering from the viewpoint of current environmental issues, a reduction in volatile organic compounds (VOCs) is required in coatings. By using the aqueous coating composition of the present application, it is possible to prepare a low VOC coating, and a low VOC primer. The amount of VOC of the aqueous coating composition of the present application is not particularly limited, and is preferably 250 g / L or less, more preferably 150 g / L or less, and further preferably 100 g / L or less.Article

[0068] A second aspect of the present application provides an article comprising a substrate having at least one major surface; and a coating applied directly or indirectly to the main surface of the substrate, the coating being formed from the aqueous coating composition according to the present application.

[0069] The substrate comprises an olefin-based resin such as a polyolefin, a polyamide resin, an unsaturated polyester resin, a polybutyleneterephthalate resin, a polycarbonate resin, a vinyl chloride resin, a polyester resin, a polyurethane resin, an epoxy resin, paper, synthesized paper, a wood material, a woven cloth, a knitted cloth, an unwoven cloth, a metal component (including iron, aluminum, copper, nickel, silver, gold, platinum, various types of alloy, or the like) , a wood material (including a pulp paper material and the like) , or a stone material, preferably an olefin-based resin. Examples of the olefin-based resin include a high-pressure method polyethylene, a middle or low-pressure method polyethylene, polypropylene, poly-4-methyl-1-pentene, poly-1-butene, an ethylene / propylene copolymer, an ethylene / butene copolymer, and a propylene / butene copolymer and, preferably, the olefin-based resin comprising a polypropylene crystalline structure is used. The substrate may be surface treated or unsurfaced.

[0070] In addition, the shape of the substrate is not especially limited such as a film, a sheet, a plate-like article, or the like. The substrate may be a molded article obtained by a known molding method such as injection molding, compression molding, hollow molding, extrusion, or rotational molding.

[0071] According to the present application, the substrate has at least one, preferably two major surfaces facing each other.

[0072] According to the present application, the articles thus obtained can be used in the following applications, including, but not limited to: various types of industrial part such as those for automobiles, home appliances, and construction materials, and have practically sufficient performance as parts / materials whose thicknesses are reduced, whose functions are enhanced, and whose sizes are increased. For example, the article can be used as automobile parts such as a bumper, an instrumental panel, a trim, and a garnish, home appliance parts such as a TV case, a washing machine tank, a refrigerator part, an air conditioner part, and a cleaner part, water close parts such as a water closet seat, a water closet seat lid, and a water tank, and the parts in and around a bathroom such as a bathtub, a bath room wall, a ceiling, and a drainage van. Especially, the article is suitable for an automobile bumper. EXAMPLES

[0073] The present disclosure is further described in the following examples that are intended as illustrations only. It is to be understood that the particular examples, materials, amounts, and procedures are to be interpreted broadly in accordance with the scope and spirit of the present application as set forth herein. Unless otherwise noted, all parts, percentages, and ratios reported in the following examples are on a weight basis. Unless otherwise specified, all chemicals are used are commercially available.Test MethodsGloss

[0074] This test was used to measure the gloss of cured coatings according to GB / T 9754. Adhesion

[0075] An adhesion test was performed to evaluate whether the coating adhered to the coated substrate. The adhesion test was performed according to GB / T 9286 scratch test. Adhesion is usually divided into a 0-5 scale, where 0 indicates the best adhesion.ACT Orange Peel Rating

[0076] Using an orange peel meter, DOI=f (50%du, 30%Wa, 20%Wb) , where du is the degree of obscurity, and Wa and Wb represent the wavelength, the orange peel of the coating film is analyzed according to the size of the surface ripples. The larger the DOI value, the better the leveling of the coating film, and the less pronounced the orange peel phenomenon is.

[0077] Test Method: When the instrument is turned on for measurement, press and hold the operation button to make the instrument move smoothly and slowly on the sample surface.

[0078] During the measurement process, the instrument screen will display the progress bar of the measurement, and when the measurement is completed, the result of the measurement is displayed on the screen.Preparation of aqueous coating compositions and article with coatings

[0079] The formulations shown in Table 1 were used to obtain the aqueous coating compositions of Examples 1-4 and the comparative examples, respectively

[0080] Table 1

[0081] The aqueous coating compositions prepared as described above were individually applied to a polyolefin substrate with a construction thickness of about 10 micrometers and baked at 90℃ for 10 min; then a commercially available two-component polyurethane topcoat was applied and baked at 70℃ for 50 min. The resulting articles were allowed to cool to room temperature.

[0082] Corresponding performance was determined based on the above tests and the results were summarized in Table 2 below.

[0083] Table 2

[0084] The results in Table 2 shown that the aqueous coating compositions of the present application comprised a film-forming resin with a specific structure, which provided a core structure similar to that of a polyolefin substrate, and which comprised polar functional groups that can be used to improve reactivity and enhance adhesion to the polyolefin substrate. In addition, the adhesion of the paint film to the polyolefin substrate was further improved by matching with a suitable adhesion promoter; and further matching with a suitable additive (e.g., a coalescent) improved the film-forming and wetting properties of the aqueous coating composition, which in turn improved the adhesion and leveling properties of the paint film on the polyolefin substrate. The aqueous coating composition comprises, relative to the total weight of the aqueous coating composition, from about 2 wt%to about 5 wt%, preferably from about 2 wt%to about 4.5 wt%, of a coalescent.

[0085] While the present application has been described with reference to a number of embodiments and examples, those skilled in the art will readily recognize that changes may be made to the present application without departing from the principles disclosed in the foregoing specification. For example, without departing from the principles disclosed in the foregoing specification, the technical solutions obtained by combining multiple features or preferred modes described herein should be understood as belonging to the contents described herein. Such changes are considered to be included in the following claims unless the claims expressly state otherwise. Accordingly, the embodiments detailed herein are exemplary only and are not intended to limit the scope of the present application, which is the full scope of the appended claims and any and all equivalents thereof.

Claims

1.An aqueous coating composition for polyolefin substrates comprising:i) a modified polyurethane dispersion,ii) an adhesion promoter, andiii) optionally additional additives;wherein polyurethane in the modified polyurethane dispersion bears a urea group; and wherein the adhesion promoter comprises one or more silane having a general formula Y-R-Si-MenX3-n, in which Y is an isocyanate group, an isocyanurate group, or a methacryloyloxy group, R is an alkyl group comprising 1-5 carbon atoms, Me is a methyl group, and n=1-3, and X is methoxy (OCH3) , ethoxy (OC2H5) , isopropoxy (OCH2 (CH3) 2) or 2-methoxyethoxy (OCH3OC2H4) .2.The aqueous coating composition according to claim 1, wherein the silane is selected from one or more of: 3-isocyanatopropyltrimethoxysilane, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, tris- ( (3-trimethoxysilyl) propyl) isocyanurate, tris- ( (3-triethoxysilyl) propyl) isocyanurate, γ-methacryloyloxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloyloxypropylmethyldimethoxysilane, γ-methacryloyloxypropyltriethoxysilane, γ-methacryloyloxypropylmethyldiethoxysilane, γ-methacryloyloxypropyltriisopropoxysilane, methacryloyloxypropyltris (2-methoxyethoxysilane) silane.3.The aqueous coating composition according to claim 1 or 2, wherein the polyurethane in the modified polyurethane dispersion comprises one or more of a polyether polyurethane, a polyester polyurethane and a polyolefin polyurethane, preferably a polyolefin polyurethane.4.The aqueous coating composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the polyurethane in the modified polyurethane dispersion comprises a structural unit selected from more than one of aliphatic diisocyanates, alicyclic diisocyanates, and aromatic diisocyanates, and a structural unit selected from more than one of polyester polyols, polyolefin polyols, polycarbonate polyols, and poly (tetramethylene ether) glycols.5.The aqueous coating composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the polyurethane in the modified polyurethane dispersion has a glass transition temperature Tg in the range of -10℃ to 50℃, as determined using differential scanning calorimetry DSC.6.The aqueous coating composition according to any one of claims 1 to 5, wherein the polyurethane in the modified polyurethane dispersion has a weight average molecular weight Mw in the range of 50,000 to 300,000.7.The aqueous coating composition according to any one of claims 1 to 6, wherein, relative to the total weight of the modified polyurethane dispersion, the modified polyurethane dispersion comprises from 20 wt%to 50 wt%of non-volatile components preferably the modified polyurethane dispersion comprises from 20 wt%to 40 wt%of non-volatile components.8.The aqueous coating composition according to any one of claims 1 to 7, wherein, relative to the total weight of the aqueous coating composition, the aqueous coating composition comprises:30-65 wt%of the modified polyurethane dispersion;0.2-5 wt%of the adhesion promoter; and2-35 wt%of the additional additives comprising a wetting agent, a dispersant, a coalescent and pigment / filler.9.The aqueous coating composition according to any one of claims 1 to 8, wherein the aqueous coating composition has a thickness of at most 15 μm when applied to a substrate, preferably the thickness is in the range of 7 μm to 13 μm, more preferably the thickness is in the range of 8 μm to 12 μm.10.The aqueous coating composition according to any one of claims 1 to 9, wherein the volatile organic compound VOC is 250 g / L or less.11.An article comprising:a substrate having at least one main surface;a coating applied directly or indirectly to the main surface of the substrate, the coating being formed from an aqueous coating composition according to any one of claims 1 to 10.12.The article according to claim 11, wherein said substrate comprises an olefin-based resin.13.The article according to claim 11 or 12, wherein the olefin-based resin comprises high-pressure polyethylene, medium-and low-pressure polyethylene, polypropylene, poly-4-methyl-1-pentene, poly-1-butene, ethylene-propylene copolymer, ethylene-butylene copolymer, propylene-butylene copolymer.