CN102046741A

CN102046741A - 新型蜡分散体制剂、其制造方法及用途

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Publication number: CN102046741A
Application number: CN2009801199202A
Authority: CN
Inventors: G.莱奥特萨科斯; W.M.格拉瓦特; C.P.史密斯; M.A.科库尔
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2009-05-29
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2029-05-29
Also published as: WO2009148944A3; US8853284B2; CN102046741B; ES2395754T3; JP2011522106A; JP5717626B2; EP2283094A4; US20090298971A1; US9404007B2; EP2283094A2; EP2283094B1; WO2009148944A2; US20140194560A1

Abstract

可用作油漆、墨和涂料的表面改性剂的水性蜡分散体。更特别地，可用作表面改性剂以在底漆、油漆、墨和其它涂料制剂中提供改进的性质的水性颗粒蜡分散体。该分散体稳定，基本均匀，在低粘度下具有高固体浓度并符合适用在食品包装用途中的FDA规章。

Description

新型蜡分散体制剂、其制造方法及用途

对相关申请的交叉引用

本申请要求2008年6月2日提交的美国临时专利申请No. 61/058,027的权益，其全文经此引用并入本文。

技术领域

本发明涉及可用作底漆、油漆、墨和涂料的表面改性剂、用作润滑剂、脱模剂和其它用途的水性蜡分散体。更特别地，本发明涉及可用作表面改性剂以在底漆、油漆、墨和其它涂料制剂中提供改进的性质的水性颗粒蜡分散体。

背景技术

在油漆和涂料工业中，天然和合成添加剂在产品的性能品质中起到重要作用，有助于最终涂层产品的合意的表面性质、改进的涂层完整性和表面外观，以及有助于涂布产品的下游加工和延长它们的使用寿命。尽管仅构成制剂的一小部分，但添加剂可以在低剂量和成本下实现整个制剂的性能的显著改进，从而提供提高的产品性能和价值。随着对表面改性剂的性能要求继续提高，这些工业中的最终用户也继续期望更低的成本，这产生更薄的涂膜和更快的作业线速。另外，随着四十亿美金的全球添加剂工业发展，越来越需要不含环境有害的表面活性剂、具有0或低挥发性有机化合物（VOC）含量且不含防沫剂和消泡剂的水基添加剂分散体。

在如今可得的许多添加剂中，天然和合成蜡能够满足这些工业中的此类需要，以环保的水性蜡分散体形式赋予油漆和涂料改进的表面改性性质。微粉化的颗粒蜡的水性分散体特别有用，因为该极小粒度能使粒子充分遍布在水基料中，从而改进该蜡的效率和效力。可以使用微流体技术通过使流体通过尺寸为大约1微米至500微米的通道来制造微粉化颗粒蜡的水性分散体，所述微流体技术使用能处理极小体积液体（即在微升/毫微升范围内）的装置。在这种尺寸规模下，影响流体行为的因素不同于在更大规模下的那些。例如，与大尺度系统相比，对微尺度系统而言，表面力成为日益主导的因素。在流体和微通道之间产生的大表面力、高剪切和拉伸率（分别例如低雷诺数和高魏森贝格数）可能使本来有用的大尺度方法和结构在微流体尺度下无用或行不通。许多可用的粒度降低方法和装置是本领域已知的，包括均化器、转子/定子和介质磨机，尽管一些技术好于另一些。随着流体导管的尺寸降低，控制粒子表面可湿性变得更难，而其在水性蜡分散体中是重要的。

微粉化的颗粒蜡已知在底漆、油漆、墨和其它涂料制剂中提供合意的表面性质，如高水平的耐擦性、耐刮伤性、耐划性和耐磨性，以及改进的滑爽性、光泽控制和抗粘连/沾污（offsetting）性质。本文所用的“微粉化”是典型地通过摩擦或粒子间碰撞和碎裂来降低蜡粒子的平均直径（mean average diameter）的方法，本发明的分散体中的“微粉化”蜡是下文更具体描述的平均（Mv）粒度在直径上已降至仅几微米的颗粒蜡。

颗粒蜡添加剂保护和改进油漆和涂料的表面的能力与该蜡的特性直接相关。例如，可以通过该蜡的摩擦系数（COF）、硬度和韧度、蜡类型、蜡分子量和在涂料分散体中的蜡剂量确定涂层的耐久性。蜡的韧度随该蜡的分子量、密度和结晶度的提高而提高。蜡密度影响在涂料组合物中分散的稳定性，因为该蜡的密度越接近该蜡混入的涂料的密度，稳定性越好。蜡的溶解性质也是相关因素。墨、涂料和油漆用途中最常用的微粉化的颗粒蜡必须在室温（25℃）在该墨、涂料或油漆制剂中保持不可溶，以防止该蜡溶胀。分子量和密度越高，该不溶性越高。另外，当添加到涂料中时，这些蜡具有大约0.1微米至大约50微米的粒度。为了保护涂膜的完整性，该蜡应保持不可溶以在产品储存过程中保持其原始粒度和原始粒度分布。这防止在施加的涂膜中形成缺陷，如果在该涂料组合物施加到表面上和/或固化的过程中该蜡迁移到膜表面上，可能发生这些缺陷。

颗粒蜡分散体中蜡粒子的尺寸是受该涂料的涂布厚度、施加参数和固化进度影响的另一相关考虑因素。通常，粒度越小，缺陷的可能性越小。特别地，当蜡粒子的尺寸小于涂层的湿膜厚度时，可避免膜缺陷。此外，蜡粒子越小，每单位重量的粒子数越大且它们的总表面积越大，由此在粒子浮现到（bloom）涂层表面上时提高涂层性能。相反，大粒子可能造成膜缺陷或产品失效。该蜡的粒度、粒度分布、粒子形态和折光指数也影响膜的光泽和浊度性质。

蜡作为表面改性剂的效力还取决于该蜡在所选油漆、墨或其它涂料中的可湿性。具体而言，不溶于水的蜡的不足的可湿性使微粉化蜡添加剂在水基漆、水基墨和其它水基涂料中的效力变复杂。为了补偿这种问题，已知在水性蜡分散体中掺入分散剂，如表面活性剂以改进蜡粒子的可湿性。例如，美国专利5,743,949教导了包括聚合碳水化合物分散剂，如水溶性烷基化或羟烷基化纤维素醚，如甲基纤维素或羟乙基纤维素，或碱金属纤维素，如羧甲基纤维素钠的水性蜡分散体。表面活性剂也可用于在水中的非蜡聚合物分散体。例如，美国专利申请公开2005/0100754和2007/0292705教导了包含分散剂，如羧酸、羧酸盐，表面活性剂等的在水中的非蜡聚烯烃树脂分散体。这些公开中描述的树脂分散体可用于涂布到基底上以便为该基底提供耐水、耐油或耐化学性，或作为墨或涂料组合物的粘合剂。美国专利7,307,042和欧洲专利申请公开EP1806237都教导了充当热记录材料的保护层的非蜡树脂乳状液，其中该树脂乳状液可包含表面活性剂作为乳化剂。

但是，在现有技术状况中，已知的水性蜡分散体具有显著的不合意缺点，在本领域中仍需继续改进。例如，美国专利5,743,949的分散体包含微粉化蜡、水和粘性纤维素基分散剂的掺合物。该粘性纤维素基分散剂充当使蜡粒子悬浮在水中并提高该分散体粘度的网络。这特别在实施例20中举例说明，其中公开了具有44.4%蜡浓度以及670 mPas（670厘泊）粘度的最低粘分散体。最好提供具有相当的蜡浓度但粘度明显更低的分散体，从而在添加后极小影响涂料的粘度。美国专利5,743,949中的另一缺陷涉及形成分散体的方式。具体而言，通过将蜡以微粉化粉末形式（即在将蜡微粉化后）引入水中，粒子附聚或结块在一起，且分散剂未能完全或基本完全润湿所有分散粒子，由此随时间经过产生具有低稳定性的劣质分散体。蜡粒子的完全或基本完全润湿是合意的，因为蜡尽管是水不可溶的，但可能可被水润湿以易于掺入制剂中和防止蜡与水介质分离。

对于聚合的非蜡树脂乳状液，如美国专利申请公开2005/0100754和2007/0292705、美国专利7,307,042和欧洲专利申请公开EP1806237（所有这些都教导了通过在水介质中将熔融的非蜡热塑性树脂与分散剂混合来形成分散体）中所述的那些，粒子附聚和不足的粒子润湿也成问题。这些树脂分散体具有明显不同于蜡的性质，这使它们不适合作为涂料，如油漆和墨，的有效添加剂。例如，蜡在高于大约40℃在不分解的情况下熔融或软化，通常在大约50℃至150℃之间转化成熔融的低粘状态并实质上不含灰分形成性化合物，这使它们区别于油和树脂。重要地，蜡也是不拉丝的（non-stringing）并且不像树脂和塑料，通常不形成自立膜。相反，不像蜡添加剂，在施加到基底上后，树脂分散体的树脂粒子聚结或固化并形成自立膜或在合适基底上的膜。蜡仅改变膜的表面性质，并且不会降低由包括蜡粒子的涂料组合物，如油漆或墨组合物，形成的膜的机械性质。树脂也与涂料，如油漆、墨或其它涂料掺合或交联，从而改变最终涂料组合物的物理性质，如膜与基底的粘合性。因此，尽管树脂分散体可用作墨或涂料的粘合剂，但它们不适合作为相同涂料的表面调节添加剂。表面调节添加剂，如蜡，不改变基础涂料的成膜性，由此在该涂料的整个寿命周期中作为独立的、自主的蜡粒子存在于涂料组合物中。在该涂料组合物的寿命周期中，该蜡首先无规悬浮在湿涂料组合物中，随后在干燥或固化过程中分散遍布该膜，优选地，大部分蜡粒子在最终干燥膜的表面。因此，为改变涂膜的表面性质，将蜡粒子添加到基础涂料（例如墨或油漆）中，这和油及树脂不同。

因此，最好提供具有高固体浓度且基本没有蜡粒子附聚的低粘度水性颗粒蜡分散体，和/或其中基本所有蜡粒子的表面基本完全被分散剂涂布（即润湿）以提高该分散体的品质和长期稳定性。也最好具有大体均匀性，其中该分散体不分离，由此保持蜡粒子均匀性和在使用前的储存过程中表现出产品稳定性。进一步合意地，蜡分散体符合适用在食品包装用途中的美国食品药品管理（U.S. Food and Drug Administration）（FDA）规章。仅使用极少量分散剂，本发明为本领域中的这些需要提供解决方案，并实现杰出的蜡粒子润湿。

发明内容

本发明提供水性蜡分散体，其包含：

a) 水；

b) 分散在该水中的至少一种颗粒蜡，其中该颗粒蜡包含平均粒度为大约0.1微米至大约6微米的粒子，其中基本所有蜡粒子具有大约20微米或更小的粒度，且其中该颗粒蜡构成该分散体的大约5重量%至大约45重量%；和

c) 该颗粒蜡重量的多于0重量%至大约5重量%的分散剂；该分散剂涂布至少一些蜡粒子的表面；且其中该分散体具有在大约25℃在占该分散体的大约10重量%的蜡浓度为大约100 cps或更小的粘度和在大约25℃在占该分散体的大约45重量%的蜡浓度为大约200 cps或更小的粘度，且其中基本没有蜡粒子附聚。

本发明还提供制造水性蜡分散体的方法，包括：

a) 将包含许多平均粒度大于大约6微米的蜡粒子的至少一种颗粒蜡与水和与至少一种分散剂合并形成混合物；和

b) 对该混合物施以足以将蜡粒子分散在水中和用该分散剂涂布至少一些蜡粒子的表面、且足以降低蜡粒子的尺寸以使平均蜡粒度为大约0.1微米至大约6微米和使基本所有蜡粒子具有大约20微米或更小的粒度的条件；由此制造水性蜡分散体，其中该颗粒蜡构成该分散体的大约5重量%至大约45重量%；其中该分散剂构成该颗粒蜡重量的多于0重量%至大约5重量%；且其中该分散体具有在大约25℃在占该分散体的大约10重量%的蜡浓度为大约100 cps或更小的粘度和在大约25℃在占该分散体的大约45重量%的蜡浓度为大约200 cps或更小的粘度。

本发明还提供通过方法制成的水性蜡分散体，该方法包括：

a) 将包含许多平均粒度大于大约6微米的蜡粒子的至少一种颗粒蜡与水和至少一种分散剂合并形成混合物，该蜡具有最多大约13,000的重均分子量；和

b) 将该混合物分离成多个混合物物流；

c) 在足以生成热和使蜡粒度降低的压力和速度下，使这些混合物物流连续相互碰撞，由此使蜡粒子连续相互碰撞；

d) 连续除去粒子碰撞生成的热和将该混合物冷却至大约5℃或更低；和

e) 使混合物物流和蜡粒子继续碰撞以将平均蜡粒度降至大约0.1微米至大约6微米且使基本所有蜡粒子具有大约20微米或更小的粒度，且也以使蜡粒子均匀分散在水中；由此制造水性蜡分散体，其中该颗粒蜡构成该分散体的大约5重量%至大约45重量%；其中该分散剂构成该颗粒蜡重量的多于0重量%至大约5重量%；且其中该分散体具有在大约25℃在占该分散体的大约10重量%的蜡浓度为大约100 cps或更小的粘度和在大约25℃在占该分散体的大约45重量%的蜡浓度为大约200 cps或更小的粘度；且其中基本没有蜡粒子附聚。

制造分散体的方法，包括：

a) 将包含许多粒子的至少一种颗粒材料与溶剂和至少一种分散剂合并形成混合物；和

b) 对该混合物施以足以使粒子分散在溶剂中且用该分散剂涂布至少一些粒子的表面、且足以至少部分降低粒子尺寸和由此制造其中颗粒材料构成该分散体的大约5重量%至大约45重量%的分散体的条件；其中该分散剂构成该颗粒材料的重量的多于0重量%至大约5重量%；且其中该分散体具有在大约25℃在占该分散体的大约10重量%的颗粒材料浓度为大约100 cps或更小的粘度和在大约25℃在占该分散体的大约45重量%的颗粒材料浓度为大约200 cps或更小的粘度。

附图说明

图1是本发明的方法的示意图。

图2是实施例16-18中测得的粘度值的图。

图3是在来自实施例12的分散体上进行的粒度分析的概述。

具体实施方式

本发明的水性蜡分散体制剂是环境安全的，具有0或低VOC含量，也符合适用在食品包装用途中的Code of Federal Regulations第21章下的FDA规章。它们可作为油漆、墨和其它涂料的搅入型添加剂获得，在使用前储存时贮存稳定，并在添加后对涂料粘度具有极小影响。该分散体包括与蜡固体相比低量的表面活性剂，不含防沫剂和消泡剂，并赋予涂层表面改进的滑爽性、耐磨性、防粘连性、保光泽性和耐磨性的平衡。该分散体也有助于涂布产品的下游加工，延长最终产品的使用寿命和改进最终产品的外观。

水性分散体是其中连续液体介质是水的分散体。去离子水是优选的，因为硬度过大的水会影响合适的分散体的形成。本文所用的“水性蜡分散体”是指蜡粒子分布在水中。水也优选是所用的唯一的连续液体介质并构成该分散体的既非蜡也非分散剂的余量。

如上所述，蜡通常被定义为是在室温是固体但在高于大约40℃在不分解的情况下熔融或软化的材料。它们通常是有机的并在室温下不溶于水，但可能是水可湿的并可以在一些溶剂，如非极性有机溶剂中形成霜、凝胶和/或糊。蜡可以是支链或直链的并可具有低结晶度或高结晶度。具有“低”结晶度的蜡具有低于大约20%的结晶度，优选大约9%至大约20%结晶度。具有“适中”结晶度的蜡具有大约20%至大约40%的结晶度。具有“高”结晶度的蜡具有高于40%，优选大约70%至大约95%的结晶度。在本发明的优选实施方案中，该蜡的结晶度为大约20%至大约90%。

蜡也具有相对较低极性。它们的重均分子量可以为大约400至大约25,000并具有大约40℃至大约150℃的熔点。优选蜡具有大约400至大约13,000，更优选大约400至大约10,000，最优选小于10,000的重均分子量。可用的蜡也具有大约1.0至大约4.0，更优选大约1.0至大约2.5，最优选大约1.0至大约1.5的优选多分散（Pd）指数。

蜡通常不像更高级聚合物/树脂那样形成自立膜，并通常是含有比油和油脂多的碳原子的脂族烃。蜡的另一规定性质是其粘度。粘度衡量材料的内部流动阻力，其中具有高粘度的材料被视为比具有低粘度的材料“更稠”和更不易流动。蜡的熔体粘度可以为低到高，并典型取决于该蜡的分子量、结晶度和该蜡是否氧化或共聚。提高该蜡的分子量和密度会提高蜡的熔体粘度，提高该蜡的结晶度会降低熔体粘度。蜡的脆度，即其在机械力下的粒度易降低性，随结晶度提高而提高并随蜡的密度和分子量提高而降低。在水性分散体中，氧化的蜡倾向于造成比未氧化的蜡（在室温下大约30 cps至大约150 cps）高的在水中的分散体粘度（例如在室温（~25℃）下大约300厘泊（cps）至大约400 cps）。这被认为归因于氧化的蜡的化学中固有的或由氧化过程连接到蜡表面上的极性基团和该极性基团对与水的氢键合的亲合力，这提高该混合物的流动阻力，从而造成水性分散体的粘度提高。蜡在高于其熔点的熔体粘度典型地低。在本发明的优选实施方案中，优选的蜡具有在140℃大约5 cps至大约10,000 cps，更优选大约5 cps至大约100 cps，最优选大约5 cps至大约80 cps的熔体粘度。

使用本领域公知的技术测量粘度值，并可以例如使用毛细、旋转或运动体流变仪测量。优选测量工具是可购自Brookfield Engineering Laboratories, Inc. of Middleboro, Massachusetts的布鲁克菲尔德旋转粘度计。典型地用布鲁克菲尔德旋转粘度计测量水性蜡分散体的粘度和水性蜡分散体的触变性、假塑性和/或牛顿流变性。

合适的蜡包括天然和合成蜡。合适的蜡非排他性地包括动物蜡，如蜂蜡、白蜡、虫胶蜡、鲸蜡和羊毛蜡（羊毛脂）；植物蜡，如杨梅蜡、小烛树蜡、巴西棕榈蜡、蓖麻蜡、梧牙草蜡、日本蜡、荷荷巴油蜡、小冠椰子蜡、米糠蜡和大豆蜡；矿物蜡，如纯白地蜡、褐煤蜡、地蜡和泥煤蜡；石油蜡，如石蜡和微晶蜡；和合成蜡，包括聚烯烃蜡，包括聚乙烯和聚丙烯蜡、蜡级聚四氟乙烯蜡（类似PTFE蜡的等级）、费托蜡、硬脂酰胺蜡（包括乙烯双-硬脂酰胺蜡）、聚合α-烯烃蜡、取代酰胺蜡（例如酯化或皂化的取代酰胺蜡）和其它化学改性蜡，如PTFE-改性聚乙烯蜡以及上述材料的组合。其中，优选的蜡包括石蜡、微晶蜡、费托蜡、支链和直链聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、巴西棕榈蜡、乙烯双-硬脂酰胺（EBS）蜡及其组合。表1列出这些优选蜡的性质：

表 1

。

待在用于特定用途的分散体中所用的蜡的适当类型取决于配制者想要实现什么。例如，酸值和/或皂化（“sap”）值大于0的蜡具有降低的疏水性。酸值或sap值越高，该蜡越亲水。优选用于本发明的蜡具有大约40或更小的酸值，更优选具有大约30或更小的酸值，最优选具有0的酸值。优选用于本发明的蜡具有大约80或更小的皂化值，更优选具有大约50或更小的皂化值，最优选具有0的皂化值。在本发明的最优选实施方案中，酸值和皂化值均为0。典型地有意使合成烃聚合物和聚烯烃均聚物不具有酸值或sap值，并因此是所有蜡中最疏水的。如果需要，可以将合成聚烯烃均聚物改性以使亲水基团连接到聚合物链上，例如通过氧化或与亲水基团共聚，例如通过连接侧面极性官能团，如羧基或羟基，以诱发亲水性和提高该聚合物在水中的可润湿和可分散能力。另外，对于重均分子量为大约800至大约15,000的未改性聚乙烯均聚物，乳状液不可得。

通常，蜡中需要亲水性以改进在水中的可湿性，以更容易实现该蜡-水性分散体，和改进该分散体的贮存稳定性。但是，一旦在涂料中，亲水性不合意，这是因为由于大多数树脂具有与亲水蜡中的相同基团类似的相同侧基以供反应和交联，如羧基、羟基、酮和醛，造成该蜡与极性树脂相容。由于亲水蜡是极性树脂相容的，它们会变成膜的一部分并且不在固化周期过程中迁移到表面以充当表面改性剂。由于它们具有低分子量，它们也可能充当次要膜粘合剂，并不利地影响固化的膜的机械性质。例如，在现有技术状况中，包括酸值为16或更高和/或sap值为16或更高的亲水蜡的乳状液是已知的，因为它们是水相容的，容易乳化，容易添加到水中，并提供具有良好保光泽性的涂层。但是，这些不优选作为用于本文所述的用途的表面改性剂。特别地，蜡粒子保持截留和混合在整个固化的膜中，由此无法提供充足的表面保护并对表面耐久性只有微小影响，无论该涂料中的蜡剂量如何。此类乳状液也不显著改进涂料，如墨和油漆的耐久性、滑爽性、耐擦和耐磨性。这部分是由于蜡亲水性。因此需要改进的水性蜡粒子分散体，特别是蜡粒度为大约0.1微米至6微米的那些，其中该水性分散体容易添加到涂料，如墨和油漆中，其中该蜡粒子表现出静置稳定性并在静置时与储槽中的其涂料保持相容，但由于它们与极性亲水材料的物理不相容性，在该材料固化时迁移到表面。

要考虑的重要因素包括所需要的主要性能、所需要的任何附加或次要性能、包括介质在内的制剂化学、施加法和固化环境、湿和干膜厚度、以及成本。影响水性蜡分散体的行为的蜡性质包括该蜡的固有化学、蜡的分子量和分子量分布、蜡的支化度和蜡粒子形态，包括蜡粒度和蜡粒度分布。其它考虑因素是蜡结晶度、密度、摩擦系数、硬度、熔点、粘度、疏水性和在室温下在溶剂中的不溶性。这些蜡性质中的一项或多项会影响产品性质，如韧度、耐磨性、耐刮伤性、耐擦性、滑/不滑、光泽或消光控制和抗粘连/沾污，以及易配制并入性和与涂料的相容性。例如，如上所述，蜡密度影响该分散体在涂料组合物中的稳定性，蜡密度越接近该蜡混入的涂料的密度，稳定性越好。在本发明的优选实施方案中，该蜡具有大约0.5克/立方厘米（g/cm³）至大约1.5 g/cm³，更优选大约0.8 g/cm³至大约1.0 g/cm³，最优选大约0.95 g/cm³至大约1.0 g/cm³的密度（如通过ASTM D-1505测得）。蜡在涂料（无论是水基还是溶剂基的）中的不溶性可防止该蜡溶胀，且分子量和密度越高，该不溶性越高。蜡，或更特别，在表面上的蜡涂层的摩擦系数是指示膜表面挨着其本身或另一表面移动的能力的对比值。摩擦系数越高，物体越难在该表面上滑动或移动。表面的所需摩擦系数可随配制者或最终用户在特定用途下的需求而变，因此用于COF用途的蜡的选择是随用途而变的。但是，在本发明的预期典型用途中，本发明的最优选的蜡提供具有低摩擦系数的干燥和/或固化的涂层表面，因此该涂层由此表现出高滑爽性，这改进该膜的表面性能，如脱模性质和防粘连性以及通过导致磨蚀剂从膜表面上滑脱而改进产品膜的耐久性。本文所述的大多数蜡降低表面的摩擦系数，包括聚乙烯蜡、蜡级PTFE、石蜡和费托蜡。相反，聚丙烯蜡提高表面的摩擦系数。

本发明的可用的蜡优选具有大约0.01 dmm至大约10 dmm，更优选大约0.5 dmm至大约5 dmm，更优选大约0.5 dmm至大约2 dmm，最优选低于2.0 dmm的通过ASTM D-5测得的硬度。蜡的硬度是蜡表面抗切割、刻痕或穿入的能力。高硬度蜡通过防止物体穿入膜来改进产品膜耐久性。本发明的可用的蜡优选具有大约0.01 dmm至大约10 dmm，更优选大约0.5 dmm至大约5 dmm，更优选大约0.5 dmm至大约2 dmm，最优选低于2.0 dmm的通过ASTM D-5测得的硬度。蜡韧度或蜡在不降解或碎裂的情况下吸收能量的能力与其物理性质，如分子量、硬度和密度直接相关。较高韧度的蜡表现出较低的由物体穿入引起的损伤和磨损。韧度随分子量、密度和硬度的提高而提高。优选的蜡也具有大约40℃至大约150℃，更优选大约80℃至大约150℃，最优选大约100℃至大约150℃的通过差示扫描量热法（DSC）或通过ASTM D-3954测得的熔点。

与疏水蜡相比，亲水蜡由于它们的水可湿性而更容易在水中稳定。但是，由于它们的提高的对水的亲合力，亲水蜡可能并非更容易微粉化，因为亲水基团不利地影响该聚合物的结晶度，以致降低其脆度和在水性分散体中微粉化和稳定化的能力。蜡的疏水性对于蜡在水介质中保持颗粒形式、防止蜡溶胀和防止由于亲水基团与水的氢键合而使蜡分散体的粘度升高而言是重要的。这允许该蜡有效充当表面改性剂。

优选的蜡是未氧化的聚烯烃蜡。更优选的是聚烯烃均聚物蜡。特别优选的蜡包括A-C®聚烯烃均聚物和共聚物蜡，以及可购自Honeywell International Inc. of Morristown, NJ 的ACUMIST®蜡。优选的非聚烯烃蜡和蜡掺合物非排他性地包括巴西棕榈蜡、酰胺蜡、褐煤蜡及其组合。最优选的是聚乙烯均聚物蜡，特别是重均分子量为大约400至大约10,000，更优选大约800至大约4,000的聚乙烯均聚物蜡。聚乙烯均聚物蜡由于它们有吸引力的性质，包括优异的韧度、耐化学性、低摩擦系数、接近0的吸湿性和良好的易加工性而是最优选的。另外，如上文解释的那样，均聚物比共聚物更晶态，因此更合意。见表2，其将可获自Honeywell International Inc.的优选的ACUMIST®和A-C® 聚乙烯蜡的典型性质与典型的聚丙烯蜡、典型的通常为聚四氟乙烯（PTFE）改性的聚乙烯蜡和典型的费托蜡进行比较：

表 2

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将蜡粒子和水与一种或多种分散剂混合在一起，（所述分散剂有助于将蜡粒子分散在水中），由此形成蜡混合物。本文所用的术语“分散剂”是涂布蜡粒子以改进水可湿性和该粒子在水中的稳定性的材料。这些包括表面活性的剂（也称作表面活性剂），其降低两种不混溶材料之间的界面张力。

可以使用会如本领域技术人员确定的任何合适的分散剂，包括一种或多种羧酸，如脂肪酸，如褐煤酸、羧酸盐、羧酸酯、羧酸酯的盐、烷基醚羧酸酯、石油磺酸盐、磺化聚氧乙烯化醇、硫酸化或磷酸化聚氧乙烯化醇、聚环氧乙烷/环氧丙烷/环氧乙烷分散剂、伯醇和仲醇乙氧基化物、烷基糖苷、烷基甘油酯，以及表面活性剂，包括阴离子型、非离子型或阳离子型表面活性剂，以及上述任何的组合。通常，本文中可以使用任何表面活性剂以助于蜡粒子润湿，但阳离子型表面活性剂由于与涂料树脂的阴离子性质的相互作用而较少用在墨和涂料中。本文所用的优选的表面活性剂是阴离子型和非离子型表面活性剂。最优选地，该分散剂包含阴离子型表面活性剂。同样合适的是这些分散剂的组合，如一种或多种阴离子型表面活性剂和一种或多种非离子型表面活性剂的组合。但是，该分散体优选不含任何环境有害的表面活性剂，如烷基酚乙氧基化物表面活性剂。本文没有具体描述的其它分散剂也可能可用。但是，可用的分散剂优选不提高分散体粘度至超出本文规定的参数。因此，在本发明中明确排除美国专利5,743,949中描述的聚合碳水化合物衍生物分散剂或其它基于纤维素的分散剂。

最适当的表面活性剂或表面活性剂混合物的选择直接取决于其涂布的蜡的疏水性或亲水性，以及该表面活性剂在水中的溶解度。非离子型表面活性剂的选择中可用的参数是表面活性剂的亲水-亲脂平衡（HLB）值。该HLB值是通过公知的Griffin方法（用于非离子型表面活性剂）或Davies方法（用于其它表面活性剂）测得的该表面活性剂的亲水或亲脂程度的经验衡量标准。通常，HLB值较低的表面活性剂较疏水并具有较高的油溶性，而HLB值较高的材料较亲水并具有较高的在水溶液中的溶解度。更具体而言，亲水表面活性剂通常被认为是HLB值大于大约10的化合物，而疏水表面活性剂通常被认为是HLB值小于大约10的化合物。对更亲水的蜡而言，HLB值较低的表面活性剂是优选的。对更疏水的蜡而言，HLB值较高的表面活性剂是优选的。所需表面活性剂的量也取决于该分散体中的蜡浓度、该蜡的粒度和分散在水中的蜡粒子的总表面积。总之，本文中优选的表面活性剂具有大约9至大约15，更优选大约12至大约15，最优选大约13至大约15的通过Griffin或Davies方法测得的HLB值。

可用的非离子型分散剂包括HLB值为大约9至大约15的那些，如可购自The Dow Chemical Company of Midland, Michigan 的TRITON® X-100——聚氧乙烯辛基苯基醚表面活性剂，HLB值为13.5。但是，这种表面活性剂含有烷基酚结构并由于环境原因而不太合意。优选的阴离子型表面活性剂非排他性地包括磺基丁二酸酯表面活性剂，如磺基丁二酸钠二辛酯（DSS）。其它阴离子型表面活性剂，如链烷磺酸钠、烯烃磺酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠、油酸甲基牛磺酸钠（sodium oleic acid methyltauride）、油酸异硫代硫酸钠、油酸肌氨酸钠也可能可用。对于与疏水聚乙烯均聚物蜡一起使用的阴离子型分散剂而言，最优选的是阴离子型磺基丁二酸盐/酯表面活性剂，特别是DSS。特别优选的是可以以商标AEROSOL®购自Cytec Industries of West Paterson, NJ的阴离子型磺基丁二酸盐表面活性剂，包括AEROSOL® OT-100，其是100%固体DSS表面活性剂。磺基丁二酸钠二辛酯是可用的，因为尽管其表现出极低的对水的亲合力和仅2%的在水中的溶解度，但其在1%浓度下将水的界面张力降至低于30 dynes/cm。此外，在水中的1% DSS混合物表现出低于2.0 dynes/cm的与矿物油的表面张力。由于矿物油表面在疏水性上类似于聚乙烯均聚物蜡，DSS表面活性剂的使用会产生具有低发泡、低粘度和优异分散稳定性的分散体。AEROSOL® OT 100%固体DSS表面活性剂与醇，如用作制造Cytec OT-NV（抗静电剂）用的组分的2-乙基己醇或用作制造Cytec OT-75（与20%水和5%乙醇的掺合物）用的组分的乙醇的含水掺合物也可用。但是，醇可造成分散在水中的蜡的一定的不稳定性，因此无醇掺合物是最优选的。具有低醇含量的表面活性剂（在表面活性剂中等于或小于1%，如Cytec OT-NV）或固体Aerosol OT-100%是优选的以制造如通过ASTM 方法 #24测得的0 VOC分散体。

为了有效改进水可湿性和蜡粒子在水中的稳定性，重要的是，加工蜡混合物以使基本所有蜡粒子的表面基本完全被分散剂涂布。本文所用的“基本所有”和“基本完全”分别是指至少大约90%，更优选至少大约95%，最优选至少大约99%的蜡粒子和蜡粒子表面积。根据本发明的方法，这仅用与颗粒蜡的重量相比少量的分散剂实现。特别地，该分散剂（一种或多种）以蜡重量的多于0重量%至大约5重量%的量存在于该水性蜡分散体中。可以使用多于一种分散剂，但该分散体优选包括仅一种分散剂，所有分散剂的组合总量优选不大于5重量%。

本文所用的“蜡混合物”是指尚未根据本发明在均化器中加工并包含水、分散剂和许多蜡粒子的掺合物。蜡粒子优选具有大于大约6微米的初始平均粒度，且其中许多粒子优选低于1000微米，更优选具有大约50微米或更小的“最大尺寸”（最大值）。该最大粒度可能受所用加工装置的能力的限制。例如，如果使用包含200微米直径微通道的微流体加工器，该蜡粒子应具有小于200微米的最大尺寸。该蜡也优选基本没有热史。聚合物的热史是该聚合物在加工操作过程中受到的累积热量，这影响该聚合物的分子结构。具有热史的聚合物已发生至少一定程度的劣化和/或分子重排，从而影响其性质和造成不可预测的表现。从未受热的聚合物没有热史并具有更可预测的表现。

“水性蜡分散体”在本文中是指包含水、分散剂和已根据本发明在均化器中微粉化，优选微粉化至具有大约0.1微米至大约6微米的平均粒度的微粉化蜡粒子的分散体，优选地其中基本所有（95%或更多，优选99%或更多）的粒子具有小于大约20微米的粒径。水性蜡分散体中的蜡粒度是对涂料组合物和涂布最终产品的性质具有影响的相关因素。为避免膜缺陷，蜡粒子在尺寸上应小于涂层的湿膜厚度，粒度越小，缺陷的可能性越低。蜡粒子越小，每单位重量的粒子数越大且它们的总表面积越大。在本发明的优选实施方案中，在微粉化后，该水性分散体的蜡粒子具有大约0.1微米至大约6微米，更优选大约1微米至大约6微米，再更优选大约1微米至大约3微米的平均粒度。但是，应该理解的是，本发明的方法（其中在均化器中与水和分散剂一起加工颗粒蜡以降低蜡粒度，同时将蜡-水-分散剂混合物连续冷却至低于50℃的温度（优选2℃至大约50℃））也可更广泛地用于形成具有更大粒度的分散体。因此，根据本发明的方法，可以制造水性蜡分散体，其中优选将基本所有（95%或更多，优选99%或更多）蜡粒子降至具有低于1000微米，更优选低于大约50微米，更优选大约0.1微米至大约20微米，再更优选大约0.1微米至大约12微米，再更优选大约0.1微米至大约6微米，更优选大约1微米至大约6微米，最优选大约1微米至大约3微米的平均粒度。在这样的实施方案中，所述蜡不需要一定被视为“微粉化”，且对可接受的粒度的唯一限制是该均化器装置的物理和机械限制。因此，本发明包括包含0重量%至大约5重量%至少一种分散剂和任何粒度的颗粒蜡的所有水性蜡分散体，其中该分散体具有在大约25℃在占该分散体的大约10重量%的蜡浓度为大约100 cps或更小的粘度和在大约25℃在占该分散体的大约45重量%的蜡浓度为大约200 cps或更小的粘度，且其中基本没有蜡粒子附聚。能够实现均化器连续冷却的本发明的方法也可用于树脂质（聚合）的非蜡粒子，无分子量限制，只要它们能够用均化器装置加工即可。

在将含有蜡粒子作为次要组分的涂料施加到基底上后，蜡粒子在风干涂施中移向和“浮到”涂层表面。在高温固化（即在高于蜡熔点的固化）周期过程中，它们会浮起到膜表面。在任一情况下，蜡会改变膜表面性质和膜外观。可以在可购自Microtrac Inc. of Montgomeryville, PA的MICROTRAC® 3500激光衍射计或另一合适的装置上测量蜡添加剂组分的粒度。

可以通过在能够粉化粒子的均化器装置中在足以在将如下粒子与水混合时将平均粒度降至低于6微米的条件下加工水、分散剂和许多平均（Mv）粒度（即平均直径）大于6微米的蜡粒子的混合物来制造水性蜡分散体。该水、分散剂和蜡粒子可以在转移到均化器装置中之前预混合并在该均化器中实施蜡粒子的微粉化，以使粒子能被分散剂润湿。随后操作该均化器以将粒子微粉化。

在本文中已经发现，可以使用高压微流体均化器而非其它装置实现优异的蜡粒子可湿性。非常确切地制造微流体均化器以包括含有极小“微通道“的室，通道直径为大约75微米至大约200微米，其典型地由金刚石或高级瓷器材料制成。本文中可用的均化器应包括适于使水性蜡混合物物流过所述通道而不会由蜡粒子造成堵塞的微通道。在本文中可以使用任何市售高压均化器，如可购自Microfluidics Corp. of Newton, MA的MICROFLUIDIZER®均化器；可购自Nanomizer, Inc. of Tokyo, Japan.的NANOMIZER™均化器和可购自Sugino Machine Ltd. of Toyama, Japan的ULTIMIZER™均化器；可购自Branson Ultrasonics Corp. of Danbury, CT的SONIFIER®均化器；可购自Bee International, Inc. of South Easton, MA的DeBEE™系列均化器或各种其它均化器。

最优选采用来自Microfluidics Corp.的M-110EH-30 MICROFLUIDIZER®加工器进行本发明的方法，其可以实现最多40,000 psi (275.8 MPa)的连续运行压力。该M-110EH-30 MICROFLUIDIZER®加工器经由增强泵在高压下将混合物导过含有精确划定的微通道的两个或更多个（典型地两个）室，将该混合物分离成多个混合物物流（典型地两个）并使这些混合物物流在相互作用室内相互碰撞。混合物物流的碰撞使混合物内的蜡粒子相互碰撞。这些物流也碰撞该相互作用室中的通道壁。这些粒子碰撞在高压和高速下进行以使蜡粒子在冲击下碎裂，从而造成蜡粒度降低，即蜡粒子微粉化。该M-110EH-30 MICROFLUIDIZER®加工器能在至少大约14,000 psi，更优选25,000 psi的压力下，最优选在大约30,000 psi的其最大压力下运行，以造成混合物物流的高速碰撞。高速的不合意副作用是生成热，这可造成蜡粒子熔融，由此降低蜡粒子的脆度并抑制蜡粒度降低。为了克服这一问题，应连续除去生成的热。除去生成的反应热防止蜡粒子熔融，降低或消除碎裂的蜡粒子的表面粘性，避免粒子附聚，在该方法的整个过程中保持蜡结晶度和蜡粒子的脆度，由此能继续降低粒度。相应地，分散体的冷加工是优选的。优选地，如使用者容易确定的那样，使用任何充分冷却装置，包括适当布置以除热，如置于加工器的室之间或在该装置内尤其生成热的另一位置的内部和/或外部热交换器，立即和连续将该混合物物流冷却至高于0℃至低于大约50℃的温度，更优选至大约2℃至大约50℃的温度，更优选至高于0℃至大约5℃的温度，最优选至大约2℃至大约5℃的温度。如果温度升至高于50℃，该分散体的粘度可能提高到使它们变成凝胶、霜和/或糊，这是本文中不想要的，因为该物流不再保持液态以供进一步加工。粒子变得不能相互碰撞，造成蜡粒度降低停止并使最终产物表现出大的蜡粒度和不合意的糊状粘度。这种物质不具有如本文中所述的所需表面改性性质。优选的是如实施例中所述配制成非胶凝的乳状液体的分散体。

热交换器可以是所选加工器的标准组件。这种热交换器可连接到外部高容量低温急冷器上以在该水性分散体物流恢复至环境大气压后冷却该水性分散体物流。合适的急冷器，如液冷式急冷器可购自例如Budzar Industries of Willoughby, Ohio。另外，内部热交换器（例如内部循环热交换器）典型地不能承受高压加工，因此它们通常必须设计成耐高压。相应地，必须使用其它工具在等于或高于这样的高压的同时除热，如辅助热交换器。例如，M-110EH-30 MICROFLUIDIZER®加工器不含足以胜任的标准热交换器，必须提供一个或多个辅助热交换器。因此，能够承受最多大约30,000 psi的压力并优选以承受由通过所述热交换器的液体物流施加的60,000 psi压力额定值设计（出于安全要求）的辅助热交换器优选置于该加工器的室之间。如果该分散体已离开MICROFLUIDIZER®加工器的高压回路并已恢复至环境液压，这种辅助热交换器可连接到高容量急冷器上。优选系统布置和本发明的方法的图显示在图1中。

优选使混合物物流和蜡粒子碰撞持续至平均蜡粒度降低（微粉化）至大约0.1微米至大约6微米，更优选大约1微米至大约6微米，更优选大约1微米至大约3微米，和使基本所有蜡粒子具有大约20微米或更小的粒度。更特别地，将基本所有蜡粒子减小至具有大约1微米至大约20微米，更优选大约1微米至大约12微米，再更优选大约1微米至大约6微米，最优选大约1微米至大约3微米的粒度。这种方法优选将蜡粒子分散在水中以将分散剂基本完全涂布到基本所有蜡粒子的表面上。所得水性分散体包含大约5重量%至大约45重量%的该分散体，更优选大约10重量%至大约45重量%的该分散体，再更优选大约20重量%至大约45重量%，再更优选大约30%至大约45%，最优选大约30重量%至大约40重量%的该分散体。该分散剂（一种或多种）以蜡重量的多于0重量%至大约5重量%，更优选大约2%至大约5%，最优选大约4%至大约5%的量存在于该水性蜡分散体中。该分散体的余量优选为水，最优选为去离子水。该水性分散体具有在室温下的低粘度，特别是在大约25℃在占该分散体的大约10重量%的蜡浓度为大约100 cps或更小的粘度，更优选在大约25℃在占该分散体的大约10重量%的蜡浓度为大约50 cps或更小，最优选20 cps或更小。也在高蜡浓度下实现低分散体粘度。特别地，具有在大约25℃下大约45%的蜡浓度的本发明的分散体具有大约200 cps或更小，更优选100 cps或更小，最优选50 cps或更小的优选粘度，它们各自是与现有技术的分散体相比的显著改进。相应地，对包括大约5%至大约45%蜡固体的所有分散体而言，粘度都是稳定的牛顿粘度并具有低于100 cps的粘度。该颗粒蜡最优选基本均匀分散在水内，并在使用本文所述的均化器之一时容易实现均匀分散。

该水性蜡分散体可以与涂料，如油漆、底漆、清漆，如罩印清漆，和墨，如苯胺印刷墨合并形成涂料组合物，其可施加到基底上以形成涂层。该水性蜡分散体也可以与本发明的范围内或外的其它分散体（包括非水性分散体）（非限制性）或与配制者可能需要的任何其它材料合并。例如，可以制造在本发明范围内的一种或多种不同的蜡分散体，此后将它们混合在一起以产生新材料。或者，可以将本发明的水性分散体与非蜡级PTFE的分散体合并。在优选实施方案中，涂料组合物优选包含占该涂料组合物重量（即该水性分散体＋涂料）的大约30%至大约45%的水性蜡分散体，更优选大约30%至大约40%，最优选大约35%至大约40%的水性蜡分散体。最好地，该水性分散体占该涂料组合物重量的40重量%。该涂料组合物可施加到任何合适的基底，包括高级纸基底，如80# centura光泽柔性基底，如纸、纸板、纤维和织物，或刚性基底，如用于刚性食品容器的还原电解锡或TFS（无锡钢）板上。

下列实施例用于举例说明但不限制本发明。

实施例

根据下列程序制造并测试十四种聚乙烯均聚物蜡在水中的分散体。

水性蜡分散体样品。

实施例 1-3

来自实施例1-3的各样品包含具有2,930的重均分子量(M_w)、1,300的数均分子量(M_n)和2.25的多分散指数的可购自Honeywell International Inc.的A-C® 820A聚乙烯均聚物蜡粒子。这些实施例包含占分散体重量（即蜡＋水和表面活性剂的总重量）的1重量%的Cytec OT-75% DSS表面活性剂。

实施例 4 和 5

来自实施例4和5的各样品包含具有2930的重均分子量(M_w)、1300的数均分子量(M_n)和2.25的多分散指数的可购自Honeywell International Inc.的ACUMIST® B-18聚乙烯均聚物蜡粒子。这些实施例包含占分散体重量（即蜡＋水和表面活性剂的总重量）的2重量%的OT-75表面活性剂。

实施例 6 和 7

来自实施例6和7的各样品包含具有与ACUMIST® B-18相同的M_w、M_n和Pd且与B-18的不同之处仅在于干蜡的粒度的可购自Honeywell International Inc.的ACUMIST® B-12聚乙烯均聚物蜡。这些实施例包含占分散体重量（即蜡＋水和表面活性剂的总重量）的2.5重量%的OT-75表面活性剂。

实施例 8 和 9

来自实施例8和9的各样品包含ACUMIST® B-12聚乙烯均聚物蜡。这些实施例包含占分散体重量（即蜡＋水和表面活性剂的总重量）的2.0重量%的Triton X-100表面活性剂（聚氧乙烯辛基苯基醚）。

实施例 10-12

来自实施例10-12的各样品包含ACUMIST® B-12聚乙烯均聚物蜡。这些实施例包含占分散体重量（即蜡＋水和表面活性剂的总重量）的2.0重量%的Cytec OT-NV表面活性剂。

实施例 13 和 14

来自实施例13和14的各样品包含ACUMIST® B-12聚乙烯均聚物蜡。这些实施例包含占分散体重量（即蜡＋水和表面活性剂的总重量）的2.0重量%的Cytec OT-100表面活性剂。

实施例 15

来自实施例15的样品包含具有990的重均分子量、850的数均分子量和1.2的多分散指数的可购自Honeywell International Inc.的ACUMIST® 1204聚亚甲基均聚物蜡（费托蜡）。该实施例包含占分散体重量（即蜡＋水和表面活性剂的总重量）的2.0重量%的OT-100表面活性剂。

对于实施例1-15每一，表3A和3B列出初始平均值（Mv）和最大粒度、各分散体样品中的水量（%）、各样品中活性蜡的量（%）、均化器中的加工压力、通过均化器通道的单遍的再循环时间或次数。在下面详细描述的所用均化器装置的情况下，“一遍”是指蜡分散体已经通过微流化器加工器一次，即经受外加压力一次和通过加工器中的两个微通道室一次，并在重新进入该回路以实施第二遍之前已离开和收集在大气压容器中。在规定压力下通过均化器加工规定持续时间后蜡粒子的平均粒度和最大粒度以及加工后各样品的所得粘度。通过在空气喷射微粉化器中使用可购自Hosokawa Micron Group of Japan的流化床对冲喷射磨机型号AFG 630机械减小250微米直径的粒子，实现12微米Mv至250微米Mv的较小的初始蜡粒度。

装置：

采用配有再循环回路以及串联连接和布置以用于进一步加工的具有200微米（室型号H30Z）和75微米（室型号F20Y）微通道直径尺寸的微通道的可购自Microfluidics Corp.的型号M-110EH-30 MICROFLUIDIZER®加工器制备水性蜡分散体。由制造商Microfluidics Corp.装入的机载热交换器安置在第二微通道室后并设计成在蜡-水流离开第二室后冷却水蒸气。在第一和第二微通道室之间安置第二热交换器并设计成在离开第一微通道室之后但在进入第二微通道室之前冷却该蜡-水物流。将该加工器连接至低温液冷式急冷器（型号LTW-05-CCB-SP，可购自Budzar Industries of Willoughby, Ohio），其在大约-10°F（-23.33℃）至大约30°F（-1.1℃）的温度范围内运行以除去MICROFLUIDIZER®加工器产生的热。该急冷器连接至家用设施急冷器以除去该急冷器本身产生的任何热。

工艺步骤：

通过将水、表面活性剂和干蜡粒子以此次序装入带有内部螺旋桨叶混合器的一升夹套式不锈钢预分散容器中，制备混合物。用该螺旋桨叶在适中搅拌下掺合这些组分。随后使所得混合物在冰箱中冷却至5℃，此后引入MICROFLUIDIZER®加工器中。随后使该混合物通过该微流化器再循环回路以使其1) 再循环一段时间（例如每升量大约30分钟）；或2) 通过该回路一次，再收集在合适的容器中并再通过该回路，直至实现所需粒度降低和粘度值。重复的多个单遍是优选的以确保所有材料暴露在相同加工条件下，其中由于再循环可能使一部分材料与另一部分不同地被处理。粘度与遍数无关，但由该方法的温度决定。其在离开该室时必须低于50℃，且粘度和粒度降低取决于多么有效地管理该方法的温度。越冷越好，但不希望冷冻管线，因此优选在大约2℃进入该室，并优选将温度控制至大约2℃，因此该混合物不会在高于50℃下离开该回路。在施加30,000 psi时且在限制混合物物流流过75微米直径通道时，该混合物在大约一秒内从2℃提高至50℃。如果温度高于50℃，粘度高且甚至产生凝胶、霜和/或糊。这些产品更可用于个人护理用途而非墨和油漆涂料。这种布置和方法的图显示在图1中。

在加工过程中，通过制造商集成的热交换器以及低温液冷式急冷器以及用置于该加工器的室之间的室间冷却热交换器来除去该微流体加工器生成的热。这两种热交换器都是管-槽类型的，并构造成耐受最多60,000 psi。实施例1-15各自的循环类型和持续时间规定在表3A和3B中。在加工后，将该分散体转移到带有内部螺旋桨叶混合器的一升夹套式不锈钢分散槽中，随后转移到也配有混合器的储槽中。

使用MICROTRAC® 3500型粒度分析仪在水介质中进行粒度测量。使用布鲁克菲尔德旋转粘度计根据传统技术测量粘度。

表 3A

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表 3B

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结论：

通过将具有较小初始粒度的蜡与水和分散剂合并，发现可以实现更高的聚合物初始浓度，多达大约45%。这也允许以较少的在微流化器中花费的加工遍数或时间在该均化器中进一步降低混合物中的粒度，从而降低所需加工时间和能量需求。在样品号12中表现出最佳结果。在24遍后，实现2.81 Mv的最低粒度和低于11微米的最大粒度，在40%蜡固体蜡浓度具有17.5 cps的低粘度。在来自实施例12的分散体上进行的粒度分析的概述显示在图3中。

实施例 16 和对比例 17 和 18

根据下列方法制造水基胶版印刷墨样品：

基于它们的总重量，制造包含35重量%酞菁蓝颜料分散体和65重量% letdown赋形剂的墨样品。该酞菁蓝颜料分散体的组成详述在表4中，并包括与酞菁蓝颜料合并的本发明的水性蜡分散体，其中颜料/粘合剂比率为4.676175（克干颜料/克干粘合剂聚合物（HPD 296固体））。该letdown赋形剂的组成详述在表5中并且是无蜡但高光泽的。

表 4

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JONCRYL® HPD 296是可购自BASF Corp. of Parsippany, NJ的苯乙烯丙烯酸酯树脂溶液。

BW 1531是可购自Pacific Coast Enterprises of Houston, Texas的酞菁蓝颜料。

BYK-022是可购自Byk Chemie GmbH of Wesel, Germany的基于有机硅的消泡剂。

表 5

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MORCRYL® 410是可购自Rohm and Haas Chemicals, L.L.C. of Philadelphia, PA的丙烯酸共聚物树脂（34%固含量）。

LUCIDENE® 604是可购自Rohm and Haas Chemicals, L.L.C.的丙烯酸共聚物乳状液。

LUCIDENE® 615是可购自Rohm and Haas Chemicals, L.L.C.的丙烯酸共聚物乳状液。

AEQUENOL™ 1700-70是可购自Palmer International, Inc. of Skippack, PA.的链烯基酚乙氧基化物非离子型表面活性剂。

DYNOL™ 604是可购自Air Products and Chemicals, Inc. of Allentown, PA.的表面张力降低剂。

根据上述实施例1-15中所述的技术由聚乙烯均聚物蜡制造蜡分散体。对实施例16而言，蜡分散体与实施例12中所用的相同，且蜡粒度平均值为2.81微米。对对比例17和18而言，使用商业蜡分散体1) 可购自The Lubrizol Corporation of Wickliffe, Ohio并被制造商描述为是在25%固体浓度具有6至8微米平均粒度的聚乙烯均聚物-水分散体的LIQUITRON® 250和2) MICROSPERSION® MPP 611XF，可购自Micro Powders, Inc. of Tarrytown, NY的细微粉化聚乙烯蜡分散体制备含聚乙烯均聚物蜡分散体的两种酞菁蓝墨，用于对比试验。这些蜡分散体传统用于苯胺印刷施墨。各分散体中的聚乙烯均聚物蜡具有6微米的蜡粒度平均值。对各实施例16-18而言，将蜡分散体以相对于墨制剂中按重量计墨固体的1%蜡固含量添加到墨制剂中，并根据各产物的%固含量的相对差异调节添加的蜡分散体的量，因此添加1%干蜡总重量。

使用550激光雕刻陶瓷网纹印刷辊将各墨样品（添加了蜡）校印到80# Centura光泽基底上。该陶瓷网纹辊的承载量为27亿立方微米/平方英寸（BCM）。此外，使用承载量为3.7 BCM的360 P 113铬网纹印刷辊将第二更稠的墨量施加到相同基底上。由此，以2.7 BCM和3.7 BCM膜厚度施加和测试各墨样品。

使用Sutherland摩擦试验机根据ASTM F-1571-95的程序用4# block进行摩擦试验。对于每一墨，进行试验总共80次摩擦。由从校样上擦除的墨进行光密度测量以测定给定样品的擦除程度。使用静态滑动角装置根据ASTM D-4918-97的程序进行静态摩擦系数试验并记录所得到的滑动开始角度。根据ASTM D2457的程序使用Byk Tri光泽计和60°入射角进行光泽测量。根据ASTM D-2196的方法，在带有SC4-31心轴的Brookfield LVF Digital DVII Pro粘度计上以45.16转/分钟（RPMs）进行墨粘度测量。各试验的结果列在表6中，其中a) 60%光泽数越高，该墨越有光泽；b) 滑动角越低，滑动越好；c) 所述80摩擦数目越低，擦除情况越好，或者越少墨被擦除；d) 墨粘度越低，从网纹印刷辊的施墨越好；和e) 蜡分散体粘度越低，对施墨粘度的影响越小。

表 6

添加了蜡的酞菁蓝苯胺印刷墨性能试验

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表 7

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表7概括用带有SC4-31心轴的Brookfield LVF Digital DVII Pro粘度计在各种RPM下获得的粘度测量结果。来自表7的粘度测量结果图示在图2中。

结论：

这些结果例证，来自实施例12的样品（包含40重量%ACUMIST® B-12聚乙烯均聚物蜡、2.0重量%OTNV表面活性剂和58重量%去离子水；粒度Mv = 2.81）与商业对照物LIQUITRON® 250和MPP 611XF相比改进苯胺印刷墨的性能。该优异性能归因于之前不可实现的本发明的蜡分散体的较低粒度，其与水基墨的相容性、其低分散粘度及其对施墨粘度的低影响。

尽管已经参照优选实施方案特别显示和描述了本发明，但本领域普通技术人员容易理解的是，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下作出各种变动和修改。权利要求书应被解释为涵盖所公开的实施方案、上文已公开的那些备选方案和它们的所有对等物。

Claims

1.水性蜡分散体，其包含：

a) 水；

b) 分散在该水中的至少一种颗粒蜡，其中该颗粒蜡包含平均粒度为大约0.1微米至大约6微米的粒子，其中基本所有所述蜡粒子具有大约20微米或更小的粒度，且其中该颗粒蜡构成该分散体的大约5重量%至大约45重量%；和

c) 基于该颗粒蜡重量的多于0重量%至大约5重量%的分散剂；该分散剂涂布至少一些所述蜡粒子的表面；且其中该分散体具有在大约25℃在占该分散体的大约10重量%的蜡浓度为大约100 cps或更小的粘度和在大约25℃在占该分散体的大约45重量%的蜡浓度为大约200 cps或更小的粘度，且其中基本没有所述蜡粒子的附聚。

2.权利要求1的水性蜡分散体，其中该蜡是疏水的。

3.权利要求1的水性蜡分散体，其中该分散剂包含一种或多种阴离子型表面活性剂、一种或多种非离子型表面活性剂或其组合。

4.包含权利要求1的水性蜡分散体以及至少一种涂料的涂料组合物。

5.由权利要求4的涂料组合物形成的涂料。

6.制造水性蜡分散体的方法，包括：

a) 将包含多个平均粒度大于大约6微米的蜡粒子的至少一种颗粒蜡与水并与至少一种分散剂合并形成混合物；和

b) 对该混合物施以如下条件：所述条件足以将所述蜡粒子分散在水中和用该分散剂涂布至少一些所述蜡粒子的表面；并足以降低所述蜡粒子的尺寸以使平均蜡粒度为大约0.1微米至大约6微米和使基本所有所述蜡粒子具有大约20微米或更小的粒度；由此制造水性蜡分散体，其中该颗粒蜡占该分散体的大约5重量%至大约45重量%；其中该分散剂占多于0重量%至大约5重量%，基于该颗粒蜡重量；且其中该分散体具有在大约25℃在占该分散体的大约10重量%的蜡浓度为大约100 cps或更小的粘度和在大约25℃在占该分散体的大约45重量%的蜡浓度为大约200 cps或更小的粘度。

7.权利要求6的方法，其中如下进行步骤b)：

i) 将该混合物分离成多个混合物物流；

ii) 在足以生成热和使蜡粒度降低的压力和速度下，使这些混合物物流连续相互碰撞，由此使所述蜡粒子连续相互碰撞；和

iii) 连续除去粒子碰撞生成的热和冷却该混合物。

8.权利要求6的方法，其中在步骤b)过程中使该混合物连续保持在大约2℃至大约50℃的温度。

9.权利要求6的方法，其中该颗粒蜡包含具有大于大约20微米的初始平均粒度和大约1微米至大约6微米的降低的平均粒度的粒子。

10.制备涂料组合物的方法，包括将根据权利要求6制成的水性蜡分散体与至少一种涂料合并，由此形成涂料组合物。

11.制备涂层的方法，包括将根据权利要求10形成的涂料组合物施加到基底上。

12.通过方法制成的水性蜡分散体，该方法包括：

a) 将包含多个平均粒度大于大约6微米的蜡粒子的至少一种颗粒蜡与水并与至少一种分散剂合并形成混合物，该蜡具有最多大约13,000的重均分子量；和

b) 将该混合物分离成多个混合物物流；

d) 连续除去粒子碰撞生成的热并将该混合物冷却至大约5℃或更低；和

e) 使混合物物流和蜡粒子继续碰撞以将平均蜡粒度降至大约0.1微米至大约6微米和使基本所有所述蜡粒子具有大约20微米或更小的粒度；也使所述蜡粒子均匀分散在水中；由此制造水性蜡分散体，其中该颗粒蜡占该分散体的大约5重量%至大约45重量%；其中该分散剂占多于0重量%至大约5重量%，基于该颗粒蜡重量；且其中该分散体具有在大约25℃在占该分散体的大约10重量%的蜡浓度为大约100 cps或更小的粘度和在大约25℃在占该分散体的大约45重量%的蜡浓度为大约200 cps或更小的粘度；且其中基本没有所述蜡粒子的附聚。

13.制造分散体的方法，包括：

a) 将包含多个粒子的至少一种颗粒材料与溶剂并与至少一种分散剂合并形成混合物；和

b) 对该混合物施以如下条件：所述条件足以使所述粒子分散在所述溶剂中并用该分散剂涂布至少一些所述粒子的表面，并足以至少部分降低所述粒子的尺寸和由此制造其中所述颗粒材料构成分散体的大约5重量%至大约45重量%的分散体；其中该分散剂占多于0重量%至大约5重量%，基于该颗粒材料的重量；且其中该分散体具有在大约25℃在占该分散体的大约10重量%的颗粒材料浓度为大约100 cps或更小的粘度和在大约25℃在占该分散体的大约45重量%的颗粒材料浓度为大约200 cps或更小的粘度。

14.权利要求13的方法，其中该颗粒材料是蜡或树脂。

15.权利要求13的方法，其中如下进行步骤b)：

i) 将该混合物分离成多个混合物物流；

ii) 在足以生成热和使粒度降低的压力和速度下，使这些混合物物流连续相互碰撞，由此使粒子连续相互碰撞；和

iii) 连续除去粒子碰撞生成的热和冷却该混合物。