CN103119108A - 防沉降组合物及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及防沉降添加剂、包含防沉降添加剂的组合物以及使用方法,所述添加剂包含单体或聚合物化合物,其每分子包含至少一个可聚合官能团、以及至少一个二环庚基-或二环庚烯基-或支链(C5-C42)烷基-聚醚基团,其中所述二环庚基-或二环庚烯基-聚醚基团的一个或多个成环碳原子中的每个成环碳原子可任选地被一个或两个(C1-C6)烷基基团取代,其可用于制备聚合物。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年8月2日提交的美国临时申请No.61/400,779的优先权,其内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及用于涂料和水性体系的防沉降化合物和添加剂,特别涉及用于涂料组合物/配制物等的防沉降添加剂。
背景技术
防沉降剂被用于涂料工业以防止在储存过程中颜料或其它高度分散的固体颗粒发生沉降。防沉降剂可以分为有机粘土、聚酰胺、乙烯-醋酸乙烯酯聚合物、热解硅石和磺酸钙衍生物。然而,这些防沉降剂类别中的多种防沉降剂都存在缺点。例如,有机粘土和热解硅石会对采用了它们的涂料产生不利的影响,导致光泽性变差以及使涂剂的粘度增大,从而显著影响涂剂的流动性和流平性。
涂料配制物中的防沉降剂需要使用通常能够使该涂料配制物保持合适的粘度的添加剂。这在有时候是难以实现的,因为(例如)更好地控制颜料的分散或沉降通常意味着具有更高的粘度。在涂覆之后立即就具有极高粘度的涂料组合物会对流动速率造成不良影响,由此导致流动速率低,并且阻碍形成平滑的膜。
常规的天然和合成的聚合物在作为水性体系(特别是涂剂和涂料组合物)中的增稠剂应用方面存在限制。通常,它们不能提供适合于涂剂和涂料中所需的理想流动性和其它性质的流变行为。例如,HEC在水中迅速溶胀并形成块状物,这样的块状物不易分散。在各种添加剂中,必须实现多种性质的恰当平衡。
发明内容
本发明涉及新的用作防沉降添加剂的单体和包含该单体的聚合物、包含所述防沉降添加剂的组合物、及其使用方法。本发明描述的是这样的添加剂,其控制颜料和其它细小的固体物使其悬浮在涂料和水性组合物中。已经惊奇地发现,本文所述的添加剂可提供稳定性,同时不会提高或几乎不会提高水性体系或涂料的粘度。在很多情况中,理想的是,所述添加剂不会为水性体系或涂料赋予额外的粘度,或者仅赋予极少的粘度。
在一个实施方案中,向涂料组合物中添加颜料悬浮剂或颗粒悬浮剂(以下也统称为“防沉降添加剂”或“防沉降剂”)有助于防止颜料或其它高度分散的固体颗粒在储存过程中发生沉降。根据沉降物的硬度,很难(有时甚至不能)通过在整个水性组合物或涂料组合物中对固体物质进行搅拌来使所述颜料和其它颗粒均匀地再分散。
通常,几乎没有颜料能被分散至其基本粒度(ultimate particlesize),并且涂料和水性组合物可能会包含很多凝聚物和絮凝物;然而,本文所述的防沉降添加剂能够使颜料的分散水平长期保持处于足够的水平,从而使得包含颜料和细固体颗粒的涂料和水性组合物能够长时间储存。在一些具体实施方案中,涂料组合物为染色剂、清漆或涂漆。
在一个方面,可以通过以下方式获得具有提高的防沉降性的涂剂和涂料:向水性组合物或涂料组合物中引入包含一种或多种单体单元的聚合物,各所述单体单元的每分子包含至少一个二环庚基-或二环庚烯基-或支链(C5-C42)烷基-聚醚基团,其中所述二环庚基-或二环庚烯基-聚醚基团的一个或多个成环碳原子中的每个成环碳原子可任选地被一个或两个(C1-C6)烷基基团取代。不受理论的束缚,据信,改善的沉降性归因于本发明聚合物和单体的软玻璃质行为(softglassy behavior)。
在另一个方面,本文所描述的为包含聚合物的防沉降添加剂,所述聚合物包含至少一种这样的单体,每分子所述单体包含:
i)至少一个可聚合官能团;和
ii)至少一个符合结构(I)的聚醚基团:
——R13—R12—R11 (I)
其中:
R11为二环庚基、二环庚烯基、或者直链或支链(C5-C42)烷基,其中所述二环庚基-或二环庚烯基-聚醚基团的一个或多个成环碳原子中的每个成环碳原子可任选地被一个或两个(C1-C6)烷基基团取代,
R12不存在或为二价连接基团,并且
R13符合结构(VIII):
其中:
p'和q独立地为2至5的整数,
每个r独立地为1至约80的整数,
每个s独立地为1至约80的整数,并且
t为1至50的整数,
其中所述聚合物的特征为重均分子量小于约500,000,并且所述聚合物被用作低粘度涂料组合物和涂料应用中的防沉降剂。
在另一个实施方案中,t为1至50的整数,条件是t与r+s之和的乘积小于或等于约100。
在另一个实施方案中,R11为:氢、直链或支链C1-C50烷基、环烷基、羟烷基、烷氧基烷基、烯基、烷氧基、芳基、芳烷基、烷芳基、或烷基烷氧基、环烷基,它们可以任选地被取代;直链或支链C1-C50羟基或烷氧基(包括但不限于乙氧基化的、丙氧基化的、乙丙氧基化的);含碳环(其为饱和或不饱和的并且任选被取代),任选为芳族的、饱和的或不饱和的碳环;或者为二环庚基、二环庚烯基、或者直链或支链(C5-C42)烷基,其中所述二环庚基-或二环庚烯基-聚醚基团的一个或多个成环碳原子中的每个成环碳原子可任选地被一个或两个(C1-C6)烷基基团取代。
在一些实施方案中,R11包含约1至约75个碳原子,在另一些实施方案中,R11包含约2至约50个碳原子,在另一个实施方案中,R11包含约3至约35个碳原子,在又一个实施方案中,R11包含约4至约35个碳原子。
在另一方面,本文所描述的为这样的单体化合物,其每分子包含:
至少一个可聚合官能团、以及至少一个二环庚基-或二环庚烯基-或支链(C5-C42)烷基-聚醚基团,其中所述二环庚基-或二环庚烯基-聚醚基团的一个或多个成环碳原子中的每个碳原子可任选地被一个或两个(C1-C6)烷基基团取代。
在又一个方面,本文所描述的为这样的防沉降组合物,其包含至少一种防沉降添加剂,所述防沉降添加剂含有至少一种下述聚合物,基于单体的总重量,所述聚合物包含:
(a)约25重量%至约70重量%的酸单体单元,其各自独立地包含羧酸官能取代基,
(b)约30重量%至约70重量%的非离子单体单元,其各自独立地包含非离子取代基,和
(c)约0.05重量%至约25重量%的疏水性单体单元,每一个单体单元各自独立地包含至少一个二环庚基-或二环庚烯基-或支链(C5-C42)烷基-聚醚基团,其中所述二环庚基-或二环庚烯基-聚醚基团的一个或多个成环碳原子中的每个碳原子可任选地被一个或两个(C1-C6)烷基基团取代。
在又一个方面,本文所描述的为通过向水性或涂料组合物中添加包含聚合物的防沉降添加剂,从而抑制所述组合物中的固体颗粒或颜料颗粒沉降的方法。所述聚合物包含一种或多种单体单元,各所述单体单元的每分子包含至少一个二环庚基-或二环庚烯基-或支链(C5-C42)烷基-聚醚基团,其中所述二环庚基-或二环庚烯基-聚醚基团的一个或多个成环碳原子中的每个成环碳原子可任选地被一个或两个(C1-C6)烷基基团取代,所述聚合物能够使水性组合物或涂料组合物具有防沉降性。
在另一个方面,本文所描述的为抑制水性组合物或涂料组合物中的固体颗粒沉降的方法,该方法包括以下步骤:
向水性组合物中加入防沉降添加剂,该防沉降添加剂包含至少一种这样的聚合物,基于单体的总重量,该聚合物包含:
(a)约25重量%至约70重量%的酸单体单元,其各自独立地包含羧酸官能取代基,
(b)约30重量%至约70重量%的非离子单体单元,其各自独立地包含非离子取代基,和
(c)约0.05重量%至约25重量%的疏水性单体单元,每一个单体单元各自独立地包含至少一个二环庚基-或二环庚烯基-或支链(C5-C42)烷基-聚醚基团,其中所述二环庚基-或二环庚烯基-聚醚基团的一个或多个成环碳原子中的每个碳原子可任选地被一个或两个(C1-C6)烷基基团取代。
在一个实施方案中,水性组合物或涂料组合物为KU范围为小于约200KU、小于约100KU、小于约80KU、小于约75KU、小于约60KU、或小于约50KU(在某些实施方案中)的低粘度涂料。
在一个实施方案中,基于所述水性组合物的总重量,所述防沉降添加剂的添加量为约0.5重量%至约1重量%。在另一个实施方案中,基于所述水性组合物的总重量,所述防沉降添加剂的添加量为约0.1重量%至约20重量%,或在另一个实施方案中,为约0.2重量%至约10重量%。在又一个实施方案中,基于所述水性组合物的总重量,所述防沉降添加剂的添加量为约0.4重量%至约5重量%。
在又一个方面,本文所描述的为抑制水性或涂料组合物中的固体颗粒沉降的方法,该方法包括以下步骤:
向水性组合物或涂料组合物中加入防沉降添加剂或防沉降组合物,所述防沉降添加剂包含至少一种这样的聚合物,基于单体的总重量,该聚合物包含:
(a)基于全部单体,占约25重量%至约70重量%的至少一种符合结构(II)的C3-C8α,β-烯键式不饱和羧酸单体:
RCH=C(R’)COOH (II)
其中R为H、CH3、或-CH2COOX;并且其中如果R为H,则R’为H、C1-C4烷基、或-CH2COOX;如果R为-C(O)OX,则R’为H或-CH2C(O)OX;或者如果R为CH3,则R’为H;并且X(如果存在的话)为H或C1-C4烷基;
(b)基于全部单体,占约30重量%至约70重量%的至少一种符合结构(III)的可共聚的非离子C2-C12α,β-烯键式不饱和单体:
CH2=CYZ (III)
其中Y为H、CH3、或Cl;Z为CN、Cl、-COOR’、-C6H4R’、-COOR’’、或-HC=CH2;并且其中R为C1-C8烷基或C2-C8羟烷基;并且其中R’为H、Cl、Br、或C1-C4烷基;并且R’’为C1-C8烷基;和
(c)基于单体总重量,占约0.05重量%至约25重量%的至少一种选自由结构III和结构V组成的组中的结构所表示的烯键式不饱和单体;其中结构III表示符合结构(IV)的烷氧基化脂肪醇的酯
其中R为H或CH3;其中R1为-(CH2)PH烷基链;其中p为1至约4的整数;其中j为0至约50的整数;其中k为0至约20的整数;其中g为0至约50的整数;其中g+j大于或等于1;其中h为1至4的整数;并且其中X符合以下结构(Vi)或结构(Vii):
其中m和n独立地为1至39的正整数,并且m+n表示4至40的整数;或
其中R1、R2和R3独立地选自:-H、叔丁基、丁基、异丁基、
其中结构V为符合结构(VI)的烷氧基化诺卜醇的酯
其中R3为H或CH3;R4为包含1至约4个碳的烷基链;R5为包含1至约6个碳(通常2个碳)的烷基链;M为0至约50的整数;N为0至20的整数,或者小于或等于M或N的整数;P为0至约50的整数;其中P+M大于或等于1;其中Q为1至4的整数。
本文所述的防沉降添加剂可用于使水性或涂料组合物变得稳定,特别是改善颜料悬浮性能,而不会显著提高水性组合物或涂料组合物的粘度。
本文所述的防沉降添加剂用于提供均质且可倾倒的液体,该液体可改善颜料在涂料中的悬浮性能,而不会显著提高粘度。除了改善所述性能以外,本文所述的防沉降剂只需使用极低或最小的剪切力即可混入配制物、涂料组合物或水性组合物中,而其它添加剂则难以混入配制物中。在一个实施方案中,所需的最小剪切力为约200rpm(每分钟转数)或更大。在另一个实施方案中,所需的最小剪切力为约300rpm(每分钟转数)或更大。在又一个实施方案中,所需的最小剪切力为约400rpm(每分钟转数)或更大。在又一个实施方案中,所需的最小剪切力为约500rpm(每分钟转数)或更大。
具体实施方式
如本文所使用,与有机基团有关的术语“Cr-Cs”(其中r和s均为整数)是指每个基团可包含r个碳原子至s个碳原子的基团。
如本文所使用,术语“烷基”是指一价直链或支链饱和烃基,更典型地,是指诸如(例如)甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正己基、正辛基和正十六烷基等一价直链或支链饱和(在一个具体的实施方案中为C1-C75)烃基。
如本文所使用,“防沉降添加剂”是指这样的添加剂,如本文所述例如其可用于防止在储存和/或处理过程中发生过度絮凝(水性或涂料组合物中的颜料、固体或细颗粒的絮凝)。
如本文所使用,术语“羟烷基”是指被一个或多个羟基取代的烷基(更通常(在一个具体的实施方案中)为C1-C75烷基),诸如(例如)羟乙基、羟丙基。
如本文所使用,术语“芳基”是指含有一个或多个六元碳环(更通常为含有一个六元碳环(其中不饱和度可由3个共轭碳-碳双键来表示))的不饱和烃基,所述芳基的一个或多个成环碳可以被烃基(典型为烷基或烯基)、卤素、卤代烷基取代,所述芳基诸如(例如)为苯基、甲基苯基、三甲基苯基、氯苯基、三氯甲基苯基。
如本文所使用,术语“卤素”是指氯、溴、碘或氟。
如本文所使用,术语“卤代烷基”是指一个或多个碳原子被一个或多个卤素基团取代的烷基基团((在一个具体实施方案中为C1-C75烷基),更通常为烷基基团),诸如(例如)氯甲基、三氯甲基。
如本文所使用,术语“环烷基”是指包含一个或多个环状烷基环的饱和或不饱和(在一个具体实施方案中为C1-C75)烃基,诸如(例如)环戊基、环庚基、环辛基,“二环烷基”是指包含两个稠环的环烷基环体系,例如二环庚基。
如本文所使用,术语“烯基”是指含有一个或多个碳-碳双键的不饱和直链或支链烃基(更通常为不饱和直链、支链(在一个具体实施方案中为C1-C75)烃基),诸如(例如)乙烯基、正丙烯基、异丙烯基。
如本文所使用,术语“环烯基”是指含有一个或多个环状烯环的不饱和(在一个具体实施方案中为C1-C75)烃基,例如环己烯基、环庚烯基,“二环烯基”是指包含两个稠环的环烯基环体系,例如二环庚烯基。
符号“二环[d.e.f]”在本文中涉及二环庚基和二环庚烯基环体系,其根据冯拜尔系统(von Baeyer system)的多环化合物命名法进行命名,其中,二环体系命名中的前缀“二环”表示所述体系中环的数目,其后为三个阿拉伯数字组成的数字串,这些阿拉伯数字按照数字递减的顺序排列,用句号隔开并括到方括号中,表示与两个共用原子(“桥头原子”)相连的各个非环链中各自的骨架原子数(不包括所述桥头原子)。
本方法中所用的聚合物可以为均聚物或共聚物。合适的聚合物包括线型聚合物、支化聚合物、星型聚合物和梳型聚合物。合适的共聚物包括无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物和接枝共聚物。
如本文所使用,术语“单体”、“聚合物”、“均聚物”、“共聚物”、“线型聚合物”、“支化聚合物”、“星型聚合物”、“梳型聚合物”、“无规共聚物”、“交替共聚物”、“嵌段共聚物”、“接枝共聚物”各自具有其在《聚合物科学基本术语表》(Glossary ofbasic terms in polymer science(lUPAC Recommendations1996),PureAppl.Chem.,Vol.68,No.12,pp.2287-2311,1996)中的含义。
在本说明书中,涉及聚合物或防沉降添加剂的术语“分子量”是指利用气体渗透色谱法测得的重均分子量。
合适的可聚合官能团包括(例如)丙烯酰基、甲基丙烯酰基、丙烯酰胺基、甲基丙烯酰胺基、二烯丙氨基、烯丙基醚、乙烯基醚、α-烯基、马来酰亚胺基、苯乙烯基、和α-烷基苯乙烯基。
在一个实施方案中,二环庚基-或二环庚烯基-或支链(C5-C42)烷基-聚醚基团符合结构(I):
——R13—R12—R11 (I)
其中:
R11为二环庚基、二环庚烯基、或支链(C5-C42)烷基,其中所述二环庚基或二环庚烯基基团的一个或多个成环碳原子中的每个成环碳原子可任选地被一个或两个(C1-C6)烷基基团取代,
R12不存在或为二价连接基团,并且
R13为二价聚醚基团。
在一个实施方案中,R11为符合结构(VII)的支链烷基基团:
其中:
R19和R20各自独立地为(C1-C40)烷基,b为0至39的整数,条件是R11(即,R19、R20连同-(CH2)b-基团)包含总共约6个至约42个(更通常约12个至42个)碳原子。
在一个实施方案中,R11为二环[d.e.f]庚基或二环[d.e.f]庚烯基,其中d为2、3或4,e为1或2,f为0或1,并且d+e+f=5,并且所述二环[d.e.f]庚基或二环[d.e.f]庚烯基的一个或多个成环碳原子可任选地被一个或多个(C1-C6)烷基基团取代。更通常,R11为:
(i)二环[3.1.1]庚基或二环[3.1.1]庚烯基,其通过其2-位碳原子与R12(如果存在)或R13(如果R12不存在)连接,并且通常在其6-位碳原子上被一个或两个(C1-C6)烷基基团取代,更通常被两个甲基基团取代,或
(ii)二环[3.1.1]庚基或二环[2.2.1]庚烯基,其通过其2-位或3-位碳原子与R12(如果存在)或R13(如果R12不存在)连接,并且通常在其7-位碳原子上被一个或两个(C1-C6)烷基基团取代,更通常被两个甲基基团取代。
在一个实施方案中,R12为二价亚烷基、氧亚烷基或氧亚烷基氧基团,该基团的一个或多个碳原子可以任选被烯基、环烷基或环烯基取代。在一个实施方案中,R12为-CvH2v-,其中v为1至10的整数,更通常为1至6的整数,甚至更通常为2至4的整数。在一个实施方案中,R12为-OCvH2v-,其中v为1至10的整数,更通常为1至6的整数,甚至更通常为2至4的整数。在一个实施方案中,R12为—O—CH2—C(R14)(R15)—,或—O—CH(R16)—CH(R17)-O—,其中R14、R15、R16和R17各自独立地为H、烷基、烯基、环烷基或环烯基,更通常为H、(C1-C6)烷基或(C1-C6)烯基,甚至更通常为H、甲基或乙基。
在一个实施方案中,R13为符合结构(VIII)的二价聚氧亚烷基:
其中:
p'和q独立地为2至5的整数,更通常为2或3,
每个r独立地为0至约80的整数,更通常为1至约50,
每个s独立地为0至约80的整数,更通常为约1至约50,并且
t为1至50的整数,条件是t与r+s之和的乘积小于或等于约100。
在-(OCp'H2p')-和-(OCqH2q)-(氧亚烷基单元中的p'不等于q)均存在的实施方案中,各氧亚烷基单元可以以无规、嵌段或交替的顺序排列。
在一个实施方案中,本发明的单体符合结构(IX):
R18——R13—R12—R11 (IX)
其中:
R11、R12和R13均如上文所定义,并且
R18为丙烯酰基、甲基丙烯酰基、丙烯酰胺基、甲基丙烯酰胺基、二烯丙基氨基、烯丙基醚、乙烯基醚、α-烯基、马来酰亚胺基、苯乙烯基、或α-烷基苯乙烯基。
在一个实施方案中,R18为丙烯酰基或甲基丙烯酰基。
在一个实施方案中,所述单体为符合结构(X)的化合物:
其中R21为H或甲基,R19、R20、b、p'、q、r、s和t均如上文所述。
在一个实施方案中,所述单体为符合结构(XI)的化合物:
其中R21为H或甲基,p'、q、r、s和t均如上文所述。
在一个实施方案中,所述单体为符合结构(XI.a)的化合物:
其中R3为H或CH3;R4为包含1至约4个碳原子的烷基链(在一个实施方案中,R4为包含1至约2个碳原子的烷基链);R5为包含1至约6个碳原子的烷基链(在一些实施方案中,R5为包含1至约3个碳原子的烷基链,或者R5为包含2个碳原子的烷基链);M为0至约50的整数(在一些实施方案中,M为0至约30的整数,或者M为1至约25的整数);N为0至20的整数,或者为小于或等于M或N的整数;P为0至约50的整数(在一些实施方案中,P为0至约30的整数,或者P为1至约25的整数);其中P+M大于或等于1;其中Q为1至4的整数。
在另一个实施方案中,聚合物包含至少一种单体,每分子所述单体包含:
i)至少一个可聚合官能团;和
ii)至少一个符合结构(I)的聚醚基团:
——R13—R12—R11 (I)
其中:
R11为二环庚基、二环庚烯基、直链或支链(C5-C42)烷基,其中所述二环庚基-或二环庚烯基-聚醚基团的一个或多个成环碳原子中的每个成环碳原子可任选地被一个或两个(C1-C6)烷基基团取代,
R12不存在或为二价连接基团,并且
R13符合结构(VIII):
其中:
p'和q独立地为2至5的整数,
每个r独立地为1至约80的整数,
每个s独立地为1至约80的整数,并且
t为1至50的整数(在一个实施方案中,任选地,t与r+s之和的乘积小于或等于约100),
其中所述聚合物的特征为重均分子量小于约500,000,并且所述聚合物用作低粘度涂料组合物或涂料应用中的防沉降剂。
在其它实施方案中,R11为氢、直链或支链C1-C50烷基、环烷基、羟烷基、烷氧基烷基、卤代烷基、烯基、烷氧基、芳基、芳烷基、烷芳基、或烷基烷氧基、环烯基,它们可以任选被取代。
在又一个实施方案中,R11为饱和或不饱和的、并且任选被取代的含碳环,或者任选为芳族的、饱和的或不饱和的含碳环。
在一个实施方案中,防沉降添加剂的重均分子量为约1,000g/mol至约2,000,000g/mol。在另一个实施方案中,所述聚合物或防沉降添加剂的重均分子量为约10,000g/mol至约1,000,000g/mol。
在另一个实施方案中,低分子量聚合物或防沉降添加剂的重均分子量为小于约1,000,000g/mol。在另一个实施方案中,所述聚合物或防沉降添加剂的重均分子量为小于约750,000g/mol。在进一步的实施方案中,所述聚合物或防沉降添加剂的重均分子量为小于约600,000g/mol。在又进一步的实施方案中,所述聚合物或防沉降添加剂的重均分子量为小于约500,000g/mol,或在另一个实施方案中,小于约400,000g/mol,或在另一个实施方案中,小于约300,000g/mol。在又一个实施方案中,所述聚合物或防沉降添加剂的重均分子量为小于约150,000g/mol。在进一步的实施方案中,所述聚合物或防沉降添加剂的重均分子量为小于约100,000g/mol。在又进一步的实施方案中,所述聚合物或防沉降添加剂的重均分子量为小于约80,000g/mol。
通常,在一个实施方案中,所述聚合物或防沉降添加剂的重均分子量为小于约250,000g/mol,更通常小于约200,000g/mol。
合适的二环庚基-和二环庚烯基-部分可以衍生自(例如)符合结构(XII)-(XVII)的具有母核(非取代的)7碳原子二环体系的萜烯化合物:
例如,二环庚烯基中间化合物(XVIII),称为“诺卜醇”:
其通过使β-蒎烯与甲醛反应而制得;和
二环庚基中间化合物(XIX),称为阿巴醇(Arbanol):
其通过使α-蒎烯异构化为莰烯并将该莰烯乙氧基羟基化而制得。
在一个实施方案中,使二环庚基-或二环庚烯基-中间体与一种或多种氧化烯化合物(例如氧化乙烯或氧化丙烯)反应,由此使该二环庚基-或二环庚烯基-中间体被烷氧基化,从而形成二环庚基-或二环庚烯基-聚醚中间体。可以利用公知的方法进行烷氧基化,并且通常在约100℃至约250℃范围内的温度、约1巴至约4巴范围内的压力下,在惰性气体(例如氮气或氩气)中,在催化剂(例如强碱、脂肪族胺或路易斯酸)的存在下进行。
之后通过(例如)在合适的反应条件下,使二环庚基-或二环庚烯基-聚醚中间体与(例如)甲基丙烯酸酐酯化,从而向该二环庚基-或二环庚烯基-聚醚中间体中加入可聚合官能团,由此形成所述的二环庚基或-二环庚烯基-聚醚单体。
可供选择的是,可以使包含可聚合官能团的单体(诸如(例如)聚乙二醇单甲基丙烯酸酯)烷氧基化,从而形成聚醚单体,然后使该烷氧基化的单体与二环庚基-或二环庚烯基-中间体反应,从而形成所述的二环庚基-或二环庚烯基-聚醚单体。
在一个实施方案中,本文所述的聚合物包含约30重量%至约65重量%(更通常为约30重量%至约60重量%)的酸单体单元、约35重量%至约70重量%(更通常为约40重量%至约60重量%)的非离子单体单元、和约0.5重量%至约35重量%(通常为约0.5重量%至约25重量%,通常为约0.5重量%至约20重量%,通常为约2重量%至约10重量%)的疏水性单体单元。
在一个实施方案中,本文所述的聚合物的酸单体单元衍生自一种或多种烯键式不饱和羧酸单体,诸如(例如)甲基丙烯酸。
在一个实施方案中,本文所述的聚合物的非离子单体单元衍生自一种或多种烯键式不饱和非离子单体,例如酸单体的烷基或羟烷基酯,例如丙烯酸2-乙基己酯。
在一个实施方案中,本文所述的聚合物的疏水性单体单元各自包含符合结构(I)的侧取代基,其中R11、R12和R13各自如上文所述。
在一个实施方案中,本文所述的聚合物由以下组分制备:(A)基于全部单体,占约25重量%至70重量%的C3-C8α,β-烯键式不饱和羧酸单体;(B)基于全部单体,占约30重量%至70重量%的至少一种可共聚的非离子C2-C12α,β-烯键式不饱和单体;和(C)基于单体总重量,占约0.05重量%至约25重量%的所选择的疏水性烯键式不饱和单体。可以改变各单体的比例以针对具体的应用而达到最佳的性质。在一个实施方案中,组分(C)为占单体总重量的约0.05重量%至约16重量%的所选择的疏水性烯键式不饱和单体。在另一个实施方案中,组分(C)为占单体总重量的约1重量%至约10重量%的所选择的疏水性烯键式不饱和单体。
组分A为至少一种符合结构(II)的C3-C8α,β-烯键式不饱和羧酸单体:
RCH=C(R’)COOH (II)
其中,如果R为H,则R’为H、C1-C4烷基、或-CH2COOX;如果R为-C(O)OX,则R’为H或-CH2C(O)OX;或者如果R为CH3,则R’为H;并且X(如果存在)为H或C1-C4烷基。
可用作烯键式不饱和羧酸单体和组分(A)的羧酸包括衣康酸、富马酸、巴豆酸、丙烯酸、甲基丙烯酸和马来酸。通常,羧酸单体为甲基丙烯酸或其与一种或多种其它羧酸的混合物。半酯(half esters)也是合适的。
在一些实施方案中,基于组分A、B和C的单体总重量,组分A的存在量为约20重量%至85重量%,约25重量%至70重量%,通常约30重量%至约65重量%,或约35重量%至约60重量%。
组分B为至少一种符合结构(III)的可共聚的非离子C2-C12α,β-烯键式不饱和单体:
H2C=CYZ (III)
其中Y为H、CH3、或Cl;Z为CN、Cl、-COOR’、-C6H4R’、-COOR、或-HC=CH2;R为C1-C8烷基或C2-C8羟烷基;R’为H、Cl、Br、或C1-C4烷基;并且R’’为C1-C8烷基。
可用作烯键式不饱和非离子单体和组分B的单体包括但不限于,丙烯酸和甲基丙烯酸的C1-C8烷基酯和C2-C8羟烷基酯。可用的单体包括丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲基、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸2-羟乙酯、甲基丙烯酸2-羟丁酯、苯乙烯、乙烯基甲苯、叔丁基苯乙烯、异丙基苯乙烯、和对氯苯乙烯、醋酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、己酸乙烯酯;丙烯腈、甲基丙烯腈、丁二烯、异戊二烯、乙烯基氯、偏二氯乙烯,及其组合。典型的单体为丙烯酸乙酯本身,或其与苯乙烯、丙烯酸羟乙酯、丙烯腈、乙烯基氯或醋酸乙烯酯的组合。
基于组分A、B和C的单体总重量,组分B的存在量为约20重量%至约95重量%,约30重量%至约70重量%,通常为约35重量%至约70重量%,或约40重量%至约60重量%。通常,可以通过合适地选择不饱和非离子单体来调节聚合产物的亲水平衡。
在一个实施方案中,组分C为至少一种选自由结构(I)表示的那些结构的疏水性烯键式不饱和单体:
——R13—R12—R11 (I)
其中:
R11为氢、直链或支链(C1-C50)烷基、环烷基、羟烷基、烷氧基烷基、卤代烷基、烯基、烷氧基、芳基、芳烷基、烷芳基、或烷基烷氧基、环烯基,它们可以任选被取代;或者R11为二环庚基、二环庚烯基、直链(C5-C42)烷基或支链(C5-C42)烷基,其中所述二环庚基-或二环庚烯基-聚醚基团的一个或多个成环碳原子中的每个成环碳原子可任选地被一个或两个(C1-C6)烷基基团取代,
R12不存在或为二价连接基团,并且
R13符合结构(VIII):
其中:
p'和q独立地为2至5的整数,
每个r独立地为1至约80的整数,
每个s独立地为1至约80的整数,并且
t为1至50的整数(在一个实施方案中,任选的是,t与r+s之和的乘积小于或等于约100)。
在一个实施方案中,组分C为至少一种选自由结构(IV)或结构(VI)所表示的那些结构中的疏水性烯键式不饱和单体。结构(IV)具有以下结构:
其中R为H或CH3;其中R1为-(CH2)pH烷基链;其中p为1至约4的整数;其中j为0至约50的整数;其中k为0至约20的整数;其中g为0至约50的整数;其中g+j大于或等于1;其中h为1至4的整数;并且其中X符合以下结构(Vi)或结构(Vii):
其中m和n独立地为正整数,并且m+n表示4至40(通常为4至20)的整数。在典型的结构中,k等于0,I等于25,h等于1,n等于8,并且m等于10;或
其中R1、R2和R3独立地选自:-H、叔丁基、丁基、异丁基、
对应于组分B的支链酯通常由格尔伯特醇(Guerbet alcohol)合成得到。这些醇具有支链结构,并且在升高的温度下表现出氧化稳定性。
结构(VI)具有以下结构:
其中R3为H或CH3;R4为包含1至约4个碳的烷基链;M为1至约50的整数,并且通常为约10至约40;N为值为0的整数或者为小于或等于M的整数。在最典型的结构中,R3和R4为CH3,M等于25,并且N等于5。
在又一个实施方案中,组分C为至少一种符合结构(XI.a)的疏水性烯键式不饱和单体:
其中R3为H或CH3;R4为包含1至约4个碳原子的烷基链;R5为包含1至约6个碳原子的烷基链;M为0至约50的整数;N为0至20的整数,或者为小于或等于M或N的整数;P为0至约50的整数;其中P+M大于或等于1;其中Q为1至4的整数。
在另一个实施方案中,基于组分A、B和C的单体总重量,组分C的存在量为约0.05重量%至约20重量%,通常为约1重量%至约15重量%,最通常为约2重量%至约10重量%。
在一个实施方案中,基于本文所述的聚合物(包含组分A、B和C)与所使用的乳化剂/表面活性剂的合并重量,所述聚合物组合物的固体含量为至多约60重量%,更通常约20重量%至约50重量%。
在一个实施方案中,所述聚合物组合物以水性胶态聚合物分散液的形式存在。当聚合物组合物以水性胶态聚合物分散液的形式存在时,该组合物的pH保持在约5或更低,从而保持稳定性。更通常,水性胶态聚合物分散液组合物的pH为小于约4。在一个实施方案中,水性胶态聚合物分散液包含其量介于0.1重量%至90重量%之间的本文所述的聚合物。在另一个实施方案中,水性胶态聚合物分散液包含大于10重量%的本文所述的聚合物。在另一个实施方案中,水性胶态聚合物分散液包含大于30重量%的本文所述的聚合物。在又一个实施方案中,水性胶态聚合物分散液包含大于40重量%的本文所述的聚合物。在进一步的实施方案中,水性胶态聚合物分散液包含大于50重量%的本文所述的聚合物。
可以通过常规的乳液聚合技术,在约5.0或更低的酸性pH下,利用生成自由基的引发剂(其量通常为单体重量的0.01%至3%),由上述单体来制备所述聚合物和聚合物组合物。在约5.0或更低的酸性pH下进行聚合反应允许直接制备固体含量相对较高的水性胶态分散液,而不会产生粘度过大的问题。
生成自由基的引发剂通常为过氧化合物或氧化剂。可用的过氧化合物或氧化剂化合物包括但不限于:无机过硫酸盐化合物,例如过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠;诸如过氧化氢之类的过氧化物;有机氢过氧化物,例如氢过氧化枯烯和叔丁基过氧化氢;有机过氧化物,例如,过氧化苯甲酰、过氧化乙酰、过氧化月桂酰、过乙酸和过苯甲酸(有时通过诸如亚铁化合物或亚硫酸氢钠之类的水溶性还原剂来活化);以及其他生成自由基的物质或技术,例如2,2’-偶氮二异丁腈和高能量辐射源。
任选地,可以使用链转移剂。代表性的链转移剂为:十二烷硫醇、四氯化碳、溴仿、溴代三氯甲烷;以及长链烷基硫醇和硫酯,例如正十二烷基硫醇、叔十二烷基硫醇、辛基硫醇、十四烷硫醇、十六烷硫醇、巯基乙酸丁酯、巯基乙酸异辛酯和巯基乙酸十二烷基酯。基于每100份可聚合单体,链转移剂的使用量可以至多为约10份。
所述组合物任选具有一种或多种乳化剂。可用的乳化剂包括阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂和两性离子表面活性剂。典型的表面活性剂为阴离子表面活性剂。阴离子乳化剂的例子为烷基芳基磺酸碱金属盐、烷基硫酸碱金属盐和磺化烷基酯。这些已知乳化剂的具体例子为:十二烷基苯磺酸钠、十二烷基丁基萘磺酸钠、月桂基硫酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸二钠、正十八烷基磺基琥珀酰胺酸二钠和二辛基磺基琥珀酸钠。可用的非离子乳化剂包括(例如)基于聚氧化乙烯或低聚糖的亲水性头部的一般结构。
任选地,可以包括在乳液聚合领域中公知的其它成分,例如螯合剂、缓冲剂、无机盐和pH调节剂。
通常,共聚合在介于约60℃至90℃之间的温度下进行,但也可以采用更高或更低的温度。可以按常规的方式分批和/或连续地加入单体来分批、逐步或连续地进行聚合反应。
可以按所述比例使单体共聚合,并且可以将所得乳液聚合物物理共混,从而根据特定的应用提供具有所需均衡性质的产物。例如,如果需要较粘的产物,可以提高酸和表面活性剂单体的含量。利用量更多的乙酸乙酯可以获得更高的挠性和聚结性。加入苯乙烯作为第二非离子乙烯基单体可以升高至较高的pH,该调节是使乳液溶解于水性涂料组合物中所需的。少量的、用于引入更高羧酸含量或有限的交联的多官能单体(例如衣康酸或富马酸)能够对调节pH之后乳液聚合物的可溶性提供进一步的控制。
因此,通过改变单体和它们的比例,可以设计出针对特定的应用而具有最佳性质的乳液聚合物。通过使约40重量%至约50重量%的甲基丙烯酸、约35重量%至约50重量%的丙烯酸乙酯和约0.05重量%至20重量%的符合结构(I)或(III)和/或(IV)的酯共聚合,获得了特别有效的液态乳液聚合物。
可以通过在酸性pH值下进行乳液聚合而制备的本文所述的聚合产物呈稳定的水性胶态分散液的形式,其包含以离散颗粒的形式分散的聚合物,通过光散射测量,该离散颗粒的平均粒径为约至约通常为约至约含有小于约的聚合物颗粒的分散液难以稳定,而大于约的颗粒会使其在水性产品中的分散容易性下降。
在一个实施方案中,乳液聚合过程包括向反应釜或反应器中投料。最初的投入料通常包括水、一种或多种表面活性剂和氧化剂化合物。使最初的投入料达到平衡,之后,在加入单体乳液之前或过程中向反应器中加入引发剂溶液。通过将水与本文所述的一种或多种氧化剂化合物(通常为过硫酸铵)混合来制备引发剂水溶液。在热平衡之后,以半连续方式加入单体乳液,并持续数小时。任选地,可以在加入单体乳液之前、过程中或之后加入链转移剂。单体乳液通常包括水、一种或多种乳液表面活性剂和本文所述的单体,它们在中等强度至高强度的剪切力下混合,从而形成稳定的乳液。在完成加入单体乳液和引发剂溶液之后,使反应器继续工作20分钟至1小时,在这段时间之后,加入追加溶液,其通常为抗坏血酸溶液。在使反应冷却之后,过滤所得聚合物从而除去聚合过程中形成的凝结物。
在另一个实施方案中,乳液聚合技术包括向反应釜或反应器中投料,之后加热该反应釜或反应器,同时用氮气吹扫。在整个过程中保持氮气吹扫。向反应釜中加入由DI水(去离子水)、表面活性剂、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和含诺卜醇单体形成的单体乳液(ME),以及由DI水和过硫酸铵形成的引发剂溶液(IS)。使该反应釜在恒定的高温下保持约3小时。使该反应釜再保持30分钟,同时用水涮洗IS加料漏斗及其管道(与批次装置(batch)断开连接)。(之后将该管道再与该批次装置连接。)将部分1—过苯甲酸叔丁酯追加体系/溶液加入反应釜中,并且将部分2—由异抗坏血酸和DI水形成的追加体系/溶液装入IS加料漏斗中。用30分钟的时间加入部分2。使该反应釜在恒定的高温下保持30分钟。
通常,利用凝胶渗透色谱法进行测量,这些乳液聚合物的数均分子量至少为约30,000。在一个实施方案中,本文所述的聚合物所表现出的分子量为约30,000至约5,000,000,更通常为约100,000至约2,000,000。在某些实施方案中,典型的是,中和时为水溶性的聚合物所具有的分子量在约200,000至约5,000,000的范围内。对于很多应用特别理想的是,按照在pH9和25℃的条件下以1%铵盐水溶液的形式测量的标准布氏(Brookfield)粘度来说,聚合物的粘度为约100cps至约1,000,000cps,并且通常为约100cps至约300,000cps。聚合物的水性分散液包含约10-50重量%的聚合物固体,并且粘度相对较低。它们可以容易地进行计量并能与水性产品体系共混。
除乳液聚合以外,还可以利用已知的溶液聚合技术制备本发明的聚合物。可以将单体溶于合适的溶剂中,所述溶剂例如为甲苯、二甲苯、四氢呋喃、或其混合物。可以在所需的温度下和时间内(例如,在60°C至80°C下和约2小时至24小时的时间)完成聚合。可以通过常规的技术(包括溶剂提取)来获得产物。
本文所述的聚合物和聚合物组合物是可在广泛类型的应用(例如水性涂剂和涂料)中使用的防沉降添加剂。溶液聚合的聚合物可以用于溶剂体系,或者通过已知的技术进行乳化从而用于水性体系。其它应用包括胶乳和洗涤剂。可用的组合物通常可以具有水性载体、颜料、化妆品活性成分、聚合物、和/或任选的辅料。可用的洗涤剂和清洁剂通常具有水性载体、乳液聚合物和任选的辅料。
合成胶乳呈胶乳聚合物颗粒的水性分散液/悬浮液的形式。合成胶乳包括通过一种或多种烯键式不饱和单体的乳液聚合而制备的非水溶性聚合物的水性胶态分散液。这种合成胶乳的典型代表为:单烯键式不饱和化合物(例如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈)与共轭二烯(例如丁二烯或异戊二烯)的乳液共聚物;苯乙烯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的共聚物;卤乙烯、偏卤乙烯、醋酸乙烯酯的共聚物等。可以将很多其它的烯键式不饱和单体或其组合乳液聚合,从而形成合成胶乳。这种胶乳通常用于涂剂(胶乳漆)和涂料组合物。可以将本文所述的组合物加入胶乳中。
如果需要,可以使用两种或多种添加剂的混合物或组合。用于涂料组合物中的胶乳聚合物通常在约25°C或更低的温度下自动成膜、或通过使用增塑剂而成膜。涂料组合物包括:水基消费品和工业用漆;胶料;油墨;粘合剂;压敏粘合剂;和用于纸、纸板、纺织品的其他涂料;等等。在一个实施方案中。
如本文所述,已经惊奇地发现本文所述的低Mw聚合物可促进涂料组合物中的防沉降性能,而不会显著提高涂料组合物的粘度。虽然该性能在高粘度、中粘度和低粘度涂剂和涂料组合物中都是有利的,但该性能在低粘度涂剂和涂料组合物中变得更加显著(且更加有利)。这样是有利的,这是因为经常会特别配制具有低粘度性质的涂料组合物,以便于涂布和获得涂布一致性(consistency of application)等。例如,很多最终用户和零售商都希望染色剂和清漆具有低的粘度;这使之不仅易于涂布,还使得所涂的基底上所呈现的色调、明暗和/或颜色具有一致性。低粘度涂料组合物通常为(但不限于)染色剂、清漆、低粘度水基涂剂、涂漆等。在一个实施方案中,涉及涂料组合物所述的低粘度是指小于约200KU、通常小于100KU、更通常小于80KU的KU范围。在一个实施方案中,低粘度涂料组合物的KU范围为小于约75KU,或小于约60KU,或者在另一些实施方案中为小于约50KU。通常,可以使用诸如典型的HASE(疏水改性的碱可溶性乳液)聚合物之类的增稠剂来使颗粒悬浮在配制物中。然而,在粘度不能显著增加的特定情况中,对于该情况而言,不希望使用所述HASE聚合物。
因此,本文所述的防沉降添加剂使得诸如染色剂、涂漆等水基涂料组合物的储存性质得到改善。
胶乳漆和涂料组合物可以包含多种辅料,例如颜料、填料和增充剂。可用的颜料包括(但不限于)二氧化钛、云母和铁氧化物。可用的填料和增充剂包括(但不限于)硫酸钡、碳酸钙、粘土、滑石和二氧化硅。本文所述的组合物可与大多数胶乳漆体系相容,并提供防沉降性能,而不会显著提高粘度。在一个实施方案中,“不会显著提高粘度”是指,相对于加入添加剂之前的涂料组合物进行测量,在加入该添加剂之后,不会使涂料组合物的粘度(KU)升高超过10%。在另一个实施方案中,“不会显著提高粘度”是指,相对于加入添加剂之前的涂料组合物进行测量,在加入该添加剂之后,不会使涂料组合物的粘度(KU)提高超过7%。在一个实施方案中,“不会显著提高粘度”是指,相对于加入添加剂之前的涂料组合物进行测量,在加入该添加剂之后,不会使涂料组合物的粘度(KU)提高超过15%。
根据所需的体系性质和最终的应用领域,可以以广泛范围的量将本发明的聚合物组合物加入水性产品体系中。在胶乳漆中,加入所述组合物,使得基于该胶乳漆的总重量(包括其所有成分,例如水、一种或多种本文所述的防沉降添加剂、胶乳聚合物、颜料和任何辅料),本文所述的聚合物或聚合物组合物在一个实施方案中以约0.05重量%至约10重量%的量存在,在另一个实施方案中,以约0.05重量%至约5重量%的量存在,在又一个实施方案中,以约0.1重量%至约3重量%的量存在。
在配制胶乳和胶乳漆/涂料组合物时,可以考虑的物理性质包括但不限于:粘度与剪切速率的关系、施加至表面的容易程度、可铺展性、和剪切变稀。
在某些实施方案中,本文所述的配制物和组合物包含表面活性剂,例如阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、及其混合物。
合适的阴离子表面活性剂为已知的化合物,包括(例如)直链烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、链烷烃磺酸盐、烷基酯磺酸盐、烷基硫酸盐、烷基烷氧基硫酸盐、烷基磺酸盐、烷基烷氧基羧酸盐、烷基烷氧基化硫酸盐、单烷基磷酸盐、二烷基磷酸盐、肌氨酸盐、羟乙基磺酸盐、牛磺酸盐、以及它们的混合物,诸如(例如)月桂基硫酸铵、月桂醇聚氧乙烯醚硫酸铵(ammonium laureth sulfate)、月桂醇聚氧乙烯醚硫酸三乙醇胺、月桂基硫酸单乙醇胺、月桂醇聚氧乙烯醚硫酸单乙醇胺、月桂基硫酸二乙醇胺、月桂醇聚氧乙烯醚硫酸二乙醇胺、月桂酸单甘油酯硫酸钠、月桂基硫酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠、月桂基硫酸钾、月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钾、十三醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十三烷基硫酸钠、十三醇聚氧乙烯醚硫酸铵、十三烷基硫酸铵、椰油基羟乙基磺酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸二钠、甲基油酰基牛磺酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚羧酸钠、十三醇聚氧乙烯醚羧酸钠、单烷基磷酸钠、二烷基磷酸钠、月桂基肌氨酸钠、月桂酰基肌氨酸、椰油基肌氨酸盐、椰油基硫酸铵(ammonium cocyl sulfate)、椰油基硫酸钠、椰油基硫酸钾、椰油基硫酸单乙醇胺、十三烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、以及它们的混合物。
阴离子表面活性剂的阳离子抗衡离子通常为钠阳离子,但可供选择的是还可以为钾阳离子、锂阳离子、钙阳离子、镁阳离子、铵阳离子,或者为具有最多6个脂肪族碳原子的烷基铵阳离子,例如异丙铵阳离子、单乙醇铵阳离子、二乙醇铵阳离子、或三乙醇铵阳离子。与钠盐相比,铵盐和乙醇铵盐通常更易溶。可以使用以上阳离子的混合。
合适的阳离子表面活性剂为已知的化合物,其包括(例如)符合以下结构(XX)的单阳离子表面活性剂、以及这类化合物的混合物:
其中:
R31、R32、R33和R34独立地为H或有机基团,条件是R31、R32、R33和R34中的至少一者不为氢,并且
X-为阴离子。
如果R31、R32、R33和R34中的一者至三者均为氢,那么该化合物可以称为胺盐。阳离子胺盐的一些例子包括聚乙氧基化(2)油烯基/硬脂酰胺、乙氧基化牛油胺、椰油烷基胺(cocoalkylamine)、油烯基胺、和牛油烷基胺。
对于季铵化合物(通常称为季铵盐)而言,R31、R32、R33和R34可以为相同或不同的有机基团,但不为氢。在一个实施方案中,R31、R32、R33和R34各自为C8-C24支链或直链烃基,其可以具有其它的官能性,诸如(例如):脂肪酸或其衍生物,包括脂肪酸酯以及具有烷氧基化基团的脂肪酸;烷基酰胺基基团;芳环;杂环;磷酸酯基团;环氧基团;和羟基。氮原子也可作为杂环或芳环体系的一部分,例如:鲸蜡基吗啉氮鎓乙基硫酸盐(cetethyl morpholinium ethosulfate)或司吡氯铵(steapyrium chloride)。
单烷基胺衍生物型季铵化合物的例子包括:十六烷基三甲基溴化铵(还称为CETAB或西曲溴铵)、十六烷基三甲基氯化铵(还称为西曲氯铵)、十四烷基三甲基溴化铵(也称为肉豆蔻基三甲基溴化铵或Quaternium13)、十八烷基二甲基苄基氯化铵(还称为硬脂基二甲基苄基氯化铵)、油烯基二甲基苄基氯化铵(还称为油基二甲基苄基氯化铵(olealkonium chloride))、甲基硫酸月桂基/肉豆蔻基三甲基铵(还称为甲基硫酸椰油基三甲基铵)、二氢磷酸十六烷基二甲基(2)羟乙基铵(还称为羟乙基十六烷基二甲基磷酸铵)、巴巴苏油酰胺丙基二甲基苄基氯化铵、椰油基三甲基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、小麦胚芽油脂酰胺丙基二甲基苄基氯化铵(wheatgerm-amidopropalkonium chloride)、甲基硫酸十八烷基辛基二甲基铵、异十八烷基氨基丙基二甲基苄基氯化铵、二羟丙基PEG-5亚油基甲基氯化铵、PEG-2十八烷基甲基氯化铵(PEG-2stearmoniumchloride)、季铵盐18(Quaternium18)、季铵盐80、季铵盐82、季铵盐84、山萮基三甲基氯化铵、双十六烷基二甲基氯化铵、甲基硫酸山萮基三甲基铵、牛油基三甲基氯化铵和乙基硫酸山萮酰胺丙基乙基二甲基铵。
二烷基胺衍生物型季铵化合物包括(例如):双十八烷基二甲基氯化铵、双十六烷基二甲基氯化铵、甲基硫酸十八烷基辛基二甲基铵、甲基硫酸二氢化棕榈基乙基羟乙基甲基铵(dihydrogenatedpalmoylethyl hydroxyethylmonium methosulfate)、甲基硫酸二棕榈酰乙基羟乙基甲基铵(dipalmitoylethyl hydroxyethylmoniummethosulfate)、甲基硫酸二油酰乙基羟乙基甲基铵、羟丙基双十八烷基二甲基氯化铵(hydroxypropyl bisstearyldimonium chloride)、及其混合物。
咪唑啉衍生物型季铵化合物包括(例如):异十八烷基苄基咪唑啉盐酸盐(isostearyl benzylimidonium chloride)、椰油酰基苄基羟乙基咪唑啉盐酸盐(cocoyl benzyl hydroxyethyl imidazoliniumchloride)、椰油酰基羟乙基咪唑啉PG-盐酸磷酸盐(cocoylhydroxyethylimidazolinium PG-chloride phosphate)、季铵盐32(Quaternium32)和十八烷基羟乙基咪唑啉盐酸盐(stearylhydroxyethylimidonium chloride)、及其混合物。
典型的阳离子表面活性剂包括二烷基衍生物(如双十六烷基二甲基氯化铵和双十八烷基二甲基氯化铵)、支链和/或不饱和的阳离子表面活性剂(如异十八烷基氨基丙基二甲基苄基氯化铵或油烯基二甲基苄基氯化铵)、长链阳离子表面活性剂(如硬脂基二甲基苄基氯化铵和山萮基三甲基氯化铵)、及其混合物。
合适的阳离子表面活性剂的阴离子抗衡离子包括(例如):氯阴离子、溴阴离子、甲基硫酸根阴离子、乙基硫酸根阴离子、乳酸根阴离子、糖精阴离子(saccharinate)、乙酸根阴离子和磷酸根阴离子。
合适的非离子表面活性剂为已知的化合物,包括胺氧化物、脂肪醇、烷氧基化醇、脂肪酸、脂肪酸酯和烷醇酰胺。合适的胺氧化物包括(C10-C24)饱和或不饱和的支链或直链烷基二甲基氧化物或烷基酰胺丙基胺氧化物,诸如(例如)月桂基胺氧化物、椰油胺氧化物、硬脂胺氧化物、硬脂酰胺丙基胺氧化物、棕榈酰胺丙基胺氧化物、癸胺氧化物、及其混合物。合适的脂肪醇包括(例如)(C10-C24)饱和或不饱和的支链或直链醇,更通常为(C10-C20)饱和或不饱和的支链或直链醇,诸如(例如)癸醇、月桂醇、肉豆蔻醇、鲸蜡醇、硬脂醇、油醇、亚油醇和亚麻醇,以及它们的混合物。合适的烷氧基化醇包括烷氧基化(通常为乙氧基化)的(C10-C24)饱和或不饱和的支链或直链醇(更通常为(C10-C20)饱和或不饱和的支链或直链醇)的衍生物,每分子所述烷氧基化醇可以包括平均1至22个烷氧基单元,诸如(例如)每分子具有平均5个环氧乙烷单元的乙氧基化月桂醇。可以使用这些烷氧基化醇的混合物。合适的脂肪酸包括(C10-C24)饱和或不饱和羧酸,更通常为(C10-C22)饱和或不饱和羧酸,诸如(例如)月桂酸、油酸、硬脂酸、肉豆蔻酸、鲸蜡酸、异硬脂酸、亚油酸、亚麻酸、蓖麻油酸、反油酸、花生四烯酸、肉豆蔻油酸和棕榈油酸,以及它们的中性变体。合适的脂肪酸酯包括(C10-C24)饱和或不饱和羧酸的酯,更通常为(C10-C22)饱和或不饱和羧酸的酯,例如异硬脂酸丙二醇酯、油酸丙二醇酯、异硬脂酸甘油酯和油酸甘油酯,以及它们的混合物。合适的烷醇酰胺包括:脂肪酸烷醇酰胺,例如椰油酰胺MEA(椰油单乙醇酰胺)和椰油酰胺MIPA(椰油单异丙醇酰胺);以及烷氧基化的烷醇酰胺;以及它们的混合物。
合适的两性表面活性剂为已知的化合物,包括(例如):脂肪族仲胺和叔胺的衍生物,其中脂肪族基团可以为支链或支链的,并且其中一个脂肪族取代基包含约8至约18个碳原子,一个脂肪族取代基包含阴离子水溶性基团;及其混合物。合适的两性表面活性剂的具体的例子包括以下物质的碱金属盐、碱土金属盐、铵盐或取代铵盐,所述物质为烷基两性羧基甘氨酸、烷基两性羧基丙酸、烷基两性二丙酸、烷基两性二乙酸、烷基两性甘氨酸和烷基两性丙酸、以及烷基亚氨基丙酸、烷基亚氨基二丙酸和烷基两性丙基磺酸,诸如(例如)椰油基两性乙酸盐、椰油基两性丙酸盐、椰油基两性二乙酸盐、月桂酰两性乙酸盐、月桂酰两性二乙酸盐、月桂酰两性二丙酸盐、月桂酰两性二乙酸盐、椰油基两性丙基磺酸根合己酰基两性二乙酸盐、己酰基两性乙酸盐、己酰基两性二丙酸盐和硬脂酰基两性乙酸盐。
在一个实施方案中,两性表面活性剂包括月桂酰两性乙酸钠、月桂酰两性丙酸钠、月桂酰两性二乙酸二钠、椰油基两性乙酸钠、椰油基两性二乙酸二钠、或其混合物。
合适的两性离子表面活性剂为已知的化合物。任何可用于预期的最终应用领域并且在所需的配制物pH下具有化学稳定性的两性离子表面活性剂均适合作为本发明的组合物中的任选的两性离子表面活性剂组分,其包括(例如)可以大致描述为脂肪族季铵化合物、脂肪族鏻化合物和脂肪族锍化合物的衍生物的那些,其中脂肪族基团可以为直链或支链的,并且其中脂肪族取代基中的一者包含约8至约24个碳原子,一者包含阴离子水溶性基团,例如羧基、磺酸根、硫酸根、磷酸根或膦酸根。合适的两性离子表面活性剂的具体例子包括:烷基甜菜碱,如椰油基二甲基羧甲基甜菜碱、月桂基二甲基羧甲基甜菜碱、月桂基二甲基α-羧基乙基甜菜碱、十六烷基二甲基羧甲基甜菜碱、月桂基双(2-羟乙基)羧甲基甜菜碱、十八烷基双(2-羟丙基)羧甲基甜菜碱、油烯基二甲基γ-羧基丙基甜菜碱、和月桂基双(2-羟丙基)α-羧乙基甜菜碱、酰氨基丙基甜菜碱;和烷基磺基甜菜碱,如椰油基二甲基磺丙基甜菜碱、十八烷基二甲基磺丙基甜菜碱、月桂基二甲基磺乙基甜菜碱、月桂基双(2-羟乙基)磺丙基甜菜碱;以及烷基酰氨基丙基羟基磺基甜菜碱。
在一个实施方案中,个人护理组合物还包含电解质,并且通常每100重量份个人护理组合物包含最多约20重量份的量。合适的电解质为已知的化合物,包括:多价阴离子的盐,例如焦磷酸钾、三聚磷酸钾和柠檬酸钠或钾;多价阳离子的盐,包括碱土金属盐,例如氯化钙和溴化钙,以及卤化锌、氯化钡和硝酸钙;一价阳离子与一价阴离子形成的盐,包括碱金属或铵的卤化物,例如氯化钾、氯化钠、碘化钾、溴化钠和溴化铵、碱金属硝酸盐或硝酸铵;以及聚电解质,例如未封端的聚丙烯酸盐、聚马来酸盐或聚羧酸盐,木质素磺酸盐或萘磺酸盐甲醛共聚物。
本文所使用的与粘度有关的术语“剪切变稀”是指随着剪切速率的增加,该粘度会降低。剪切变稀可定性为“非牛顿型的”行为,因为它不同于经典牛顿流体(例如,水)的行为,在经典牛顿流体中,粘度并不依赖于剪切速率。
本文所使用的与水性组合物的成分有关的术语“非水溶性或部分水溶性的组分”是指,该组分以高于该组分的溶解度极限的浓度存在于水性组合物中,因此,在非水溶性的组分的情况中,该组分保持基本上不溶于所述水性组合物,在部分水溶性的组分的情况中,该组分的至少一部分保持不溶于所述水性组合物。
在本文中,将水性组合物定性为“能够使非水溶性或部分非水溶性的组分悬浮”、或为“能够悬浮非水溶性或部分非水溶性的组分”是指:该组合物基本上不会使这些组分在组合物中上浮或使这些组分在该组合物中下沉,从而使这些组分在该组合物中显示出平衡的浮力,并且在对这种水性组合物进行预期的处理、存储和使用的条件下,仍至少基本上保持悬浮在这种组合物中。
在一个实施方案中,基于100重量份本文所述的个人护理组合物,该组合物包含:约5重量份至约40重量份、更通常为约10至约30重量份、更通常为约15重量份至约25重量份的阴离子表面活性剂,和约0.1重量份至约25重量份、更通常为约0.5重量份至约10重量份的结构化剂。
在另一个实施方案中,本文所述的聚合物还可以与其它单体(包括上文所述的那些)聚合或共聚,从而形成不同的聚合物和共聚物。可以按上文所述的方式进行聚合或共聚,从而获得所述不同的聚合物和共聚物。
在一个实施方案中,乳液聚合技术包括:向反应釜或反应器中投料,之后加热该反应釜或反应器,同时用氮气吹扫。在整个过程中保持氮气吹扫。向反应釜中加入由DI水(去离子水)、表面活性剂、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和含诺卜醇单体(符合结构(XXII))形成的单体乳液(ME),以及由DI水和过硫酸铵形成的引发剂溶液(IS)。使该反应釜在恒定的高温下保持约3小时。使该反应釜再保持30分钟,同时用水清洗IS加料漏斗及其管道(与批次装置断开连接)。(之后将该管道再与该批次装置连接。)将部分1—过苯甲酸叔丁酯追加体系/溶液加入反应釜中,并且将部分2—由异抗坏血酸和DI水形成的追加体系/溶液装入IS加料漏斗中。用30分钟的时间加入部分2。使该反应釜在恒定的高温下保持30分钟。
结构(XXII)被称为“诺卜醇”:
符合结构(XXII)的诺卜醇单体可以按照以下方法制备:将诺卜醇烷氧基化物(符合上述结构(XVI)的诺卜醇化合物,每摩尔被5摩尔环氧丙烷和25摩尔环氧乙烷烷氧基化)装入500ml的配有PTFE桨式搅拌器、温度传感器、干燥压缩空气吹扫管线和水冷凝器的圆底5颈玻璃烧瓶中。将液体乙氧基化物加热、搅拌,并加入MEHQ。使干燥空气以约20ml/min的速度吹扫通过所述液体,之后加入甲基丙烯酸酐。使温度稳定并保持在70℃至74℃之间,持续5.5个小时,之后冷却所得液体。加入甲基丙烯酸和水,并排出液体产物。
实验
根据本文所描述的乳液聚合技术合成了聚合物,结果总结在表1中(利用上一段落所述的过程制备R0837-23-01)。
表1
a利用水分平衡确定的固体含量
表2示出了在加入本文所要求保护的代表性聚合物(其包含符合结构(XXII)的单体,不含链转移剂)之后具有粘度值(KU和ICI)的染色剂(如下文所述)的代表性例子(R0837-127-01)。使用基准聚合物(R0837-127-15)进行对照,从而示出对粘度的影响,还示出染色剂粘度以作为参考(R0837-127-10)。
表2.利用包含符合结构(XXII)的单体的聚合物进行的实验。
样品ID R0837-127-10为市售可得的木材染色剂,其具有低粘度。不含聚合物的染色剂(样品ID R0837-127-10)示出:颜料/细颗粒从溶液中分离。含有用符合结构(XXII)的单体合成的聚合物的染色剂(样品ID R0837-127-01)看上去呈现为均质的混合物,并且在36小时内,没有发生肉眼可见的分离。此外,KU粘度没有显著升高。含有基准聚合物的染色剂(样品ID R0837-127-15)看上去呈现为均质的混合物,并且没有发生肉眼可见的分离,但KU粘度显著升高(升高约超过33%)。
具有染色剂的配制物。按照以下代表性过程,在玻璃容器中配制具有染色剂的配制物(固体含量28.35%),所述过程为:向pH8.73的染色剂溶液(200g)中缓慢加入聚合物(包含符合结构(XXII)的单体)。在辊式混合器中搅拌12小时之后,使混合物静置至少5分钟。接下来,测定KU、ICI和pH值;重复该过程直到观察不到相分离。用于这些配制物的染色剂:市售可得的Behr染色剂,雪松色。
Krebs Stormer(克雷布斯-斯托默)粘度计:利用Krebs Stormer(克雷布斯-斯托默)进行的测试确定了使浸在样品中的偏置桨以200rpm旋转所需的负荷。Krebs Stormer(克雷布斯-斯托默)通常用于对涂剂和涂料组合物进行稠度测量。以Krebs(克雷布斯)单位记录结果,该测量操作的本性不允许将Krebs(克雷布斯)单位转换为任何其它更常用的粘度单位,例如厘泊。在室温或接近室温下完成测试。基于标准ASTM D562-81和GB/T9269-88设计粘度计。
已经具体参照一个或多个实施方案描述了本发明。因此,本发明不是完全由上文的描述来限定,而是与权利要求书的全部范围一致,因此包括了任何和所有等价的组合物和方法。
Claims (24)
1.一种包含聚合物的防沉降添加剂,所述聚合物包含至少一种这样的单体,每分子所述单体包含:
i)至少一个可聚合官能团;和
ii)至少一个符合结构(I)的聚醚基团:
——R13—R12—R11 (I)
其中:
R11为二环庚基、二环庚烯基、或者直链或支链(C5-C42)烷基,其中所述二环庚基-或二环庚烯基-聚醚基团的一个或多个成环碳原子中的每个成环碳原子可任选地被一个或两个(C1-C6)烷基基团取代,
R12不存在或为二价连接基团,并且
R13符合结构(VIII):
其中:
p'和q独立地为2至5的整数,
每个r独立地为1至约80的整数,
每个s独立地为1至约80的整数,并且
t为1至50的整数,
其中所述聚合物的特征为重均分子量小于约500,000g/mol。
2.根据权利要求1所述的添加剂,其中R11衍生自诺卜醇。
3.根据权利要求1所述的添加剂,其中所述可聚合官能团为丙烯酰基、甲基丙烯酰基、丙烯酰胺基、甲基丙烯酰胺基、二烯丙基氨基、烯丙基醚、乙烯基醚、α-烯基、马来酰亚胺基、苯乙烯基、或α-烷基苯乙烯基。
6.根据权利要求1所述的添加剂,其中所述防沉降添加剂用于粘度小于约200KU的涂料组合物。
7.根据权利要求1所述的添加剂,其中所述聚合物的特征为重均分子量小于约250,000g/mol,并且其中所述防沉降添加剂用于粘度小于约100KU的涂料组合物。
8.一种抑制水性组合物中的颗粒沉降的方法,该方法包括以下步骤:
(I)获得一种聚合物,基于单体的总重量,该聚合物包含:
(a)约25重量%至约70重量%的酸单体单元,其各自独立地包含羧酸官能取代基,
(b)约30重量%至约70重量%的非离子单体单元,其各自独立地包含非离子取代基,和
(c)约0.05重量%至约20重量%的单体单元,其各自独立地包含至少一个符合结构(I)的聚醚基团:
——R13—R12—R11 (I)
其中:
R11为二环庚基、二环庚烯基、或者直链或支链(C5-C42)烷基,其中所述二环庚基-或二环庚烯基-聚醚基团的一个或多个成环碳原子中的每个成环碳原子可任选地被一个或两个(C1-C6)烷基基团取代,
R12不存在或为二价连接基团,并且
R13符合结构(VIII):
其中:
p'和q独立地为2至5的整数,
每个r独立地为1至约80的整数,
每个s独立地为1至约80的整数,并且
t为1至50的整数;以及
(II)将所述聚合物加入所述水性组合物中,
其中所述聚合物的重均分子量小于约500,000g/mol。
9.根据权利要求8所述的方法,其中所述水性组合物为粘度小于约200KU的涂料组合物。
10.根据权利要求8所述的方法,其中所述水性组合物为粘度小于约100KU的涂料组合物,并且其中所述聚合物的重均分子量小于约250,000g/mol。
11.一种抑制水性组合物中的颗粒沉降的方法,该方法包括以下步骤:
向所述水性组合物中引入防沉降添加剂,该防沉降添加剂包含聚合物,基于单体的总重量,该聚合物包含:
(a)约25重量%至约70重量%的酸单体单元,其各自独立地包含羧酸官能取代基,
(b)约30重量%至约70重量%的非离子单体单元,其各自独立地包含非离子取代基,以及
(c)约0.05重量%至约25重量%的疏水性单体单元,其各自独立地包含至少一个符合结构(I)的聚醚基团:
——R13—R12—R11 (I)
其中:
R11为二环庚基、二环庚烯基、或者直链或支链(C5-C42)烷基,其中所述二环庚基-或二环庚烯基-聚醚基团的一个或多个成环碳原子中的每个成环碳原子可任选地被一个或两个(C1-C6)烷基基团取代,
R12不存在或为二价连接基团,并且
R13符合结构(VIII):
其中:
p'和q独立地为2至5的整数,
每个r独立地为1至约80的整数,
每个s独立地为1至约80的整数,并且
t为1至50的整数;
其中所述聚合物的重均分子量为小于约500,000g/mol。
12.根据权利要求11所述的方法,其中所述水性组合物为水性涂剂组合物,该涂剂组合物包含:树脂粘结剂,选自由颜料、填料和反射剂组成的组中的颗粒,以及水或水混溶性溶剂。
13.根据权利要求11所述的方法,其中基于所述水性组合物的总重量,所述防沉降添加剂的添加量为约0.5重量%至约1重量%。
14.根据权利要求11所述的方法,其中所述水性组合物为粘度小于约200KU的涂料组合物。
15.根据权利要求11所述的方法,其中所述水性组合物为粘度小于约100KU的涂料组合物,并且其中所述聚合物的重均分子量小于约250,000g/mol。
16.一种抑制水性组合物中的颗粒沉降的方法,该方法包括以下步骤:
向水性组合物中添加聚合物,所述聚合物包含:
(a)基于全部单体,占约25重量%至约70重量%的至少一种符合结构(II)的C3-C8α,β-烯键式不饱和羧酸单体:
RCH=C(R’)COOH (II)
其中R为H、CH3、或-CH2COOX;并且其中如果R为H,则R’为H、C1-C4烷基、或-CH2COOX;如果R为-C(O)OX,则R’为H或-CH2C(O)OX;或者如果R为CH3,则R’为H;并且X为H或C1-C4烷基;
(b)基于全部单体,占约30重量%至约70重量%的至少一种符合结构(III)的可共聚的非离子C2-C12α,β-烯键式不饱和单体:
CH2=CYZ (III)
其中Y为H、CH3、或Cl;Z为CN、Cl、-COOR’、-C6H4R’、-COOR’’、或-HC=CH2;并且其中R为C1-C8烷基或C2-C8羟烷基;并且其中R’为H、Cl、Br、或C1-C4烷基;并且R’’为C1-C8烷基;和
(c)基于全部单体的重量,占约0.05重量%至约20重量%的至少一种选自由结构(IV)和结构(VI)组成的组中的结构所表示的烯键式不饱和单体;其中结构(IV)为
其中R为H或CH3;其中R1为-(CH2)PH烷基链;其中p为1至约4的整数;其中j为1至约50的整数;其中k为0至约20的整数,其中h为1或2;并且其中X具有以下结构(V):
其中m和n独立地为1至39的正整数,并且m+n表示4至40的整数;并且其中结构(VI)为:
其中R3为H或CH3;R4为包含1至约4个碳的烷基链;M为1至约50的整数;并且N为1或者为小于或等于M的整数。
17.根据权利要求16所述的方法,其中所述羧酸单体a)选自由甲基丙烯酸、丙烯酸及其组合组成的组。
18.根据权利要求16所述的组合物,其中b)为丙烯酸乙酯。
19.一种抑制水性组合物中的颗粒沉降的方法,所述方法包括以下步骤:
向所述水性组合物中引入防沉降添加剂,该防沉降添加剂包含聚合物,基于单体的总重量,该聚合物包含:
(a)约25重量%至约70重量%的酸单体单元,其各自独立地包含羧酸官能取代基,
(b)约30重量%至约70重量%的非离子单体单元,其各自独立地包含非离子取代基,和
(c)约0.05重量%至约25重量%的符合结构(XI.a)的单体单元:
其中R3为H或CH3;R4为包含1至约4个碳原子的烷基链;R5为包含1至约6个碳原子的烷基链;M为0至约50的整数;N为0至20的整数,或者为小于或等于M或N的整数;P为0至约50的整数;其中P+M大于或等于1;其中Q为1至4的整数;
其中所述聚合物的重均分子量小于约500,000g/mol。
20.根据权利要求19所述的方法,其中所述水性组合物为粘度小于约200KU的涂料组合物。
21.根据权利要求19所述的方法,其中所述水性组合物为粘度小于约100KU的涂料组合物,并且其中所述聚合物的重均分子量小于约250,000g/mol。
22.一种具有防沉降性能的水性涂料组合物,该组合物包含:
(a)至少一种树脂粘结剂;
(b)任选包含的至少一种颜料;
(b)包含聚合物的防沉降添加剂,
其中基于单体的总重量,所述聚合物包含:
(i)约25重量%至约70重量%的酸单体单元,其各自独立地包含羧酸官能取代基,
(ii)约30重量%至约70重量%的非离子单体单元,其各自独立地包含非离子取代基,和
(iii)约0.05重量%至约25重量%的疏水性单体单元,其各自独立地包含至少一个符合结构(I)的聚醚基团:
——R13—R12—R11 (I)
其中:
R11为二环庚基、二环庚烯基、或者直链或支链(C5-C42)烷基,其中所述二环庚基-或二环庚烯基-聚醚基团的一个或多个成环碳原子中的每个成环碳原子可任选地被一个或两个(C1-C6)烷基基团取代,
R12不存在或为二价连接基团,并且
R13符合结构(VIII):
其中:
p'和q独立地为2至5的整数,
每个r独立地为1至约80的整数,
每个s独立地为1至约80的整数,并且
t为1至50的整数;
其中所述聚合物的重均分子量为小于约500,000g/mol。
23.根据权利要求22所述的水性涂料组合物,其中所述水性涂料组合物的粘度小于约200KU。
24.根据权利要求22所述的水性涂料组合物,其中所述聚合物的特征为重均分子量小于约250,000g/mol,并且其中所述水性涂料组合物的粘度小于约100KU。
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