降低水基組合物脫水收縮的方法
2023-04-30 15:32:01 1
專利名稱：降低水基組合物脫水收縮的方法
技術領域：
本發明涉及降低某些水基組合物脫水收縮且同時提高該水基體系粘度效力的方法。本發明的方法特別適用於含有膠乳聚合物和增稠劑的水基組合物。
自從水基組合物首次問世以來，一直在尋找可提高粘度且可使該粘度在各種加工條件和最終使用場合下保持所需水平的添加劑。通常將這類添加劑稱為「增稠劑」。在乳膠漆中採用增稠劑以改進和控制粘度以及起保護膠體的作用且改進顏料分散、流平和流動性。此外，該添加劑常使各膠乳拼料乳化、分散和穩定。在乳膠漆和織物處理組合物中，增稠劑往往可以改進整個組合物的「粘著」或粘結性。在化妝品工業中常採用增稠劑作為觸變劑以改進軟化、上漿和操作的性能。作為紙張塗料組合物的添加劑，增稠劑可改進高剪切條件下的增稠作用。在油井鑽探液和驅油液、滅火泡沫和滅火液、洗滌劑、皮革用糊劑和塗飾劑、粘結劑、藥物、農用製劑和所有各種乳劑中，增稠劑同樣用於前述的和其它的性能方面。
許多眾所周知的增稠劑是天然產物例如藻酸鹽、酪蛋白、刺梧桐樹膠、刺槐豆膠和黃蓍樹膠，以及改性的天然產物例如包括甲基纖維素、羥乙基纖維素和羥丙基纖維素的纖維素類。
許多合成增稠劑也是有效的，例如羧基乙烯基醚共聚物、丙烯酸類聚合物和馬來酸酐苯乙烯共聚物。目前最重要的合成增稠劑種類之一是由氨基甲酸酯聚合物組成的增稠劑。更具體而言，這類聚合物包含與聚環氧乙烷主鏈連接的疏水部分。通過氨基甲酸酯鍵將各種不同的聚合物鏈連接在一起。經常將這類增稠劑稱為HEUR改性劑，HEUR代表「疏水改性了的環氧乙烷氨基甲酸酯」。這類疏水基位於該聚合物鏈的兩端且總共包含至少20個碳原子。由於該聚合物的每端包含一個疏水基，所以稱這類改性劑為「雙疏水物」。該聚合物主鏈由親水聚醚鏈段組成。美國專利4,079,028和4,426,485中對這類HEUR改性劑作了詳細的敘述。
可將HEUR增稠劑稱為「締合性增稠劑」，這是因為它們增稠的機理涉及在該增稠劑分子的疏水部分與其它包括另外的增稠劑分子、顏料或膠乳微粒的疏水表面之間形成疏水締合。這種與膠乳微粒的相互作用是本發明的重點。
某些含有HEUR改性劑的製劑可能引起膠乳微粒之間的橋連，從而導致該水基膠乳體系的絮凝或「脫水收縮」。脫水收縮就是從凝膠中分離出液體且發生從分離相中滲出或「擠出」稀釋劑。顯然，這種分離在水基乳膠漆製劑中出現是不能接受的。然而，通過取消或減少HEUR改性劑用量試圖解決此問題會導致該製劑粘度降低到不能接受的程度。具體而言，造成不能接受的中剪切(Krebs-Stormer)粘度的降低，該值按KU或「Krebs Units」的降低測定。
本發明解決了水基乳膠製劑的脫水收縮問題。出乎意料的是，本發明的方法還導致KU效率提高。在本文中將KU效率定義為達到目標粘度所需的增稠劑量的量度。即達到特定粘度所需的增稠劑量越大，則KU效率越低。達到較高的KU效率同時降低或消除脫水收縮經常涉及使用兩種工藝參數截然相反的解決方案。基於現有技術，只通過一種方法使這兩個目的都達到是令人驚奇和非顯見的。
本發明涉及通過將高分子量的單疏水物(monophobe)或與多疏水物混合的單疏水物添加到含有基於氨基甲酸酯的增稠劑或「HEUR」增稠劑的水基組合物中，以降低該水基組合物的脫水收縮並提高其粘度效力的方法。該單疏水物包含至少一個親水鏈段且僅包含一個疏水鏈段。該疏水鏈段的碳含量理想的是大於12、優選為12-18。本發明的單疏水物可以是非離子型、陰離子型、陽離子型或兩性的。該單疏水物的親水鏈段的Mn(數均分子量)至少為2,000、且優選為大於5,000、至多為10,000。
該單疏水物可任選包含各種不同鏈長或分子量的多疏水物分子。多疏水物是含有至少一個親水鏈段和至少兩個疏水鏈段的分子。這類多疏水物優選為雙疏水物(2個疏水鏈段)。該雙疏水物親水鏈段的Mn比該單疏水物的Mn的兩倍小。該雙疏水物的疏水鏈段的疏水性足以形成非特殊的疏水締合。優選該雙疏水物的每個疏水鏈段包含具有至少8個碳原子的烴部分或其相當物。
為了達到提高粘度效力和降低脫水收縮的雙重目的，已經發現可將多疏水物與單疏水物組合在一起。單疏水物加多疏水物的總重的至多66％可以是多疏水物。如果添加多疏水物超過此量，雖然可提高KU效率但很可能發生脫水收縮。
添加到水基組合物中的本發明單疏水物或單疏水物-多疏水物混合物的量是含在該組合物中的HEUR增稠劑量的函數。添加本發明混合物的量為該HEUR增稠劑重量的至少1％。優選該量為2-50％且最優選為10-30％。
材料數量(％，以體積計)Tamol 681 4.13Nuosept 95(Creanova，Inc.) 0.22Foamaster AP(Henkel Corp.) 0.55丙二醇 4.34氨水 0.14Texanol(Texaco Corp.) 5.54Triton GR-7M 0.25Rhoplex HG-74P(Rohm and Haas) 82.67水 2.17100％還採用了從Philadelphia，PA的羅姆哈斯公司買到的HEUR流變改性劑，RM2020NPR。
雙疏水物的製備親水鏈段＝pE0(平均Mn＝～8,600)疏水鏈段＝C18部分將450克甲苯和258克(0.03摩爾)聚(乙二醇)(平均Mn為～8,600)裝入燒瓶中，然後攪拌並加熱到恆沸點通過迪安斯達克榻分水器將殘餘水分除去。將釜溫降低到90℃，添加17.73克(0.06摩爾)異氰酸十八烷基酯，接著再添加0.2克二月桂酸二丁錫催化劑。在90℃下攪拌1小時後，反應結束。
製備單疏水物親水鏈段＝pEO(平均Mn＝～10,000)將300克甲苯和300克(0.03摩爾)聚(乙二醇)單甲醚(平均Mn＝～10,000)裝入燒瓶中，然後攪拌並加熱到恆沸點通過迪安斯達克榻分水器將殘餘水分除去。將釜溫降低到90℃，添加8.02克(0.03摩爾)異氰酸十六烷基酯，接著再添加0.2克二月桂酸二丁錫催化劑。在90℃下攪拌1小時後，反應結束。
將20％單疏水物和/或雙疏水物的水溶液添加到150克無顏料油漆中，所得結果示於表1。
表1
*脫水收縮比預期的更差@市售表面活性劑Triton X-405(辛基酚疏水物和@1800Mw聚環氧乙烷聚合物主鏈)在對比例中使用普通的表面活性劑反映出眾所公認的採用這類物質消除脫水收縮不良影響的實際情況。從上述結果顯而易見，使用這種表面活性劑，其用量與本發明的單疏水物相同，卻顯著地降低增稠劑的效力(低的KU)而且不能抑制脫水收縮。然而，由於本發明單疏水物和TritonX-405均被認為是非離子型的表面活性劑，鑑於市售的表面活性劑沒有效果，而本發明的單疏水物卻能增加增稠劑的效力並抑制脫水收縮，這是令人吃驚的。
權利要求
1.一種降低脫水收縮和提高含有增稠劑的水基組合物中粘度效力的方法，該方法包括將高分子量的單疏水物添加到所述組合物中，該單疏水物包括至少一個親水鏈段且僅有一個疏水鏈段。
2.權利要求1的方法，其中該增稠劑是基於疏水改性了的環氧乙烷的氨基甲酸酯流變改性劑。
3.權利要求1的方法，其中該單疏水物親水鏈段的數均分子量(Mn)至少為2,000。
4.權利要求3的方法，其中該單疏水物親水鏈段的Mn為5,000-10,000。
5.權利要求1的方法，還包括多疏水物。
6.權利要求5的方法，其中該多疏水物是雙疏水物。
7.權利要求6的方法，其中該單疏水物和雙疏水物重量的至多66％包括該雙疏水物。
8.權利要求7的方法，其中該雙疏水物親水鏈段的Mw比該單疏水物親水鏈段的Mn的兩倍小。
9.權利要求1的方法，其中該粘度效力通過KU單位的增加確定。
10.權利要求1的方法，其中該組合物含有膠乳聚合物。
全文摘要
一種降低或消除水基膠乳組合物脫水收縮的方法,該脫水收縮是由於膠乳微粒與基於疏水改性了的環氧乙烷的氨基甲酸酯流變改性劑相互作用產生絮凝而造成的。本發明的方法涉及將含有單一疏水部分的分子添加到水基膠乳組合物中,該疏水部分具有的聚環氧乙烷主鏈鏈長大於約5000Mn。本發明的方法還可通過將多疏水物與單疏水物組合而使該水基膠乳組合物的粘度效力提高。
文檔編號C08L101/00GK1329107SQ0112164
公開日2002年1月2日 申請日期2001年6月20日 優先權日2000年6月20日
發明者J·M·哈裡斯, J·W·尼利 申請人:羅姆和哈斯公司