CN1146467C - 环脲表面活性剂 - Google Patents

Abstract

本发明提出一些水基混合物，特别是涂料、墨料和农用混合物，通过掺入一定量减少表面张力的环脲化合物而减少平衡和动态表面张力。该环脲具有以下结构式，式中R是C6至C12的烷基类或R″O-(CH₂)_m-、R′是氢或甲基，R″是C4至C12烷基类，m为2-4，和n为1或2。

Description

环脲表面活性剂

本发明涉及应用环脲减少水基系统的表面张力。

减少水的表面张力对于水性涂料、墨水、粘合剂和农用配方具有重要意义，这是由于表面张力的减小转换成基质在实际加工制剂中湿润的增强。水基系统中表面张力的减少一般通过添加表面活性剂来达到。由于添加表面活性剂而产生的功绩计有增加了表面覆盖面积、减少了缺陷，使分布更均匀。当系统在静止状态时，平衡表面张力的性能是重要的。而在动态时，减少表面张力的能力对于利用高表面形成率的一些操作却很重要，这些操作包括涂料的喷洒、辊涂刷光、或农用制剂的喷洒、以及高速照相凹版印刷或喷墨印刷。动态表面张力是个基础参数，在这种高速应用条件下，该参数对减少表面张力的能力和形成润湿的表面活性剂能力提供量度。

传统的非离子表面活性剂如烷基酚或乙醇乙氧化物、环氧乙烷(EO)/环氧丙烷(PO)共聚物具有极好的平衡表面张力性能，但通常却被描述成其减少动态表面张力的能力较差。相反，某些阴离子表面活性剂如钠二烷基黄基丁二酸脂，虽能产生好的动态效果，但却起很多泡沫并对竣工涂层产生水敏性。

这就需要一族表面活性剂，这些表面活性剂应具有好的平衡和动态表面张力特性，是低泡沫的，并能广泛地用于涂料、墨水、粘合剂和农用制剂的行业中。

在诸如涂料、墨料、粘合剂和农用制剂的应用中，减小平衡和动态表面张力的重要性在现有技术中被高度重视。

低动态表面张力在水性涂料应用中是非常重要的。施瓦茨(Schwartz)，J.发表在“涂料技术杂志”，1992年9月的“低动态表面张力在水性涂料中的重要性”一文中，对水性涂料的表面张力性质及其动态表面张力进行了讨论，并测定了几种表面活性剂的平衡和动态表面张力。该文指出，低动态表面张力是在水性涂料中获得优质成膜的重要因素。动态涂布操作法需要具有低动态表面张力的表面活性剂，以便防止诸如收缩、麻点和起泡沫这样的缺陷。

农用产品的有效应用在很大程度上也依赖于成分的动态表面张力性质。威尔斯(Wirth)，W.；斯道拍(Storp)，S，；雅各布森(Jacobsen)，W.发表在“农药科学″1991，33，411-420的“控制叶片保留农用喷洒溶液的机理”一文中，研究了农用制剂的动态表面张力与这些制剂保留在叶片上的能力之间的关系。这些作者观测到保留值和动态表面张力之间有利的交互作用，制剂保留得越有效，表明动态表面张力越低。

低动态表面张力在高速印刷方面也很重要，正如麦迪那(Medina)，S.W.；苏托维奇(Sutovich)，M.N.发表于“美国制墨者”1994，72(2)，32-38的“用表面活性剂配制VOC柔顺的水基墨料”一文中所讨论的。该文指出平衡表面张力只与静态墨料系统有关。但平衡表面张力值并不是所使用墨料在动态、高速印刷时有良好性能的标志，而动态表面张力则是个更合适的参数。这个动态量表示在高速印刷过程中，表面活性剂位移到一新引入墨料/基质界面形成湿润的能力。

美国专利5,098,478公开了一些水基墨料成分，这些成分包括水、颜料、非离子表面活性剂和非离子表面活性剂的增溶剂。为了保证不致遇到适印性问题，对出版物照相凹版印刷用墨成分的动态表面张力必须将其减少到大约25至40达因/厘米的程度。

美国专利5,562,762公开一种含水的喷墨水、溶解的染料和具有两种聚乙氧化物取代基的叔胺，并且公开低动态表面张力对喷墨印刷中的重要性。

据称取代的环脲已在许多操作中应用。诺慕雷(Nomura)等人在“工业工程化学研究”1987.26.1056-1059中指出，这些材料可用作医药和树脂的媒介并可直接用于化学治疗剂、脱木质素试剂和美容方面。

同样，美国专利3,876,657揭示的1-烷基2-咪唑烷酮(亚乙基脲)已被认可作为杀菌剂、中央神经系统抑制剂、植物生长助催化剂、雌苍蝇消毒剂、粘合剂、纺织物处理剂，以及衍生聚合物和共聚物的单体来使用。

另外，纳依莫夫(Naumov)等人在化学生物杂志(KhimiyaGeteotsikl.Soedin.)1973，1，90-93，指出这些材料可用于生物活性化合物，特别是可用于杀虫剂和驱虫剂。除了以上的广泛应用外，一直没有提到烷基化环脲已在水中作为表面张力减少剂来使用。事实上，卡耐塔尼(Kanetani)等人在化学文摘98：145450中已将长链N-烷基咪唑酮(C8，C10，C12，C14，C16)转换成丙烷磺酸内脂衍生物以便使表面活性剂有效。

德国专利4,341,984公开了大量脲和环脲，包括N-甲基-N′-辛基丙烯脲，在水溶液中对于吡咯衍生物杀菌剂如三唑甲基化合物，起结晶抑制剂的作用。

美国专利4,677,131公开了取代的环脲在治疗或诊断上，对于通过皮肤加强药物吸收有功效。其重点在于利用这些材料的强力氢键键合性质。

本发明提供包含一有机或无机化合物的水基混合物，特别是含水有机涂料、墨料、和农用混合物，通过掺入具有下列结构式的有效量环脲化合物，可使平衡和动态表面张力减少：

式中R是C6到C12烷基类或R″O-(CH₂)_m-，R′是氢或甲基，R″是C4到C12烷基类，m是2-4，和n是1或2。提供的有机化合物不是吡咯衍生物杀菌剂。根据最大气泡压力法，环脲水溶液在23℃，1气泡/秒及水中浓度在重量百分率≤5％时，其动态表面张力小于45达因/厘米，这正是所需要的。度量表面张力的最大气泡压力法描述在朗缪尔(Langmuir)，1986，2，428-432中已将其列入参考。

本发明还提供一种通过掺入这些环脲化合物降低含水混合物平衡和动态表面张力的方法。

另外，本发明还提供一种方法，将含水基无机或有机化合物的混合物涂到一表面上，此时用水基混合物部分或全部覆盖该表面，该混合物包含具有上述结构的有效量环脲，以减少水基混合物的动态表面张力。

在水基有机涂料、墨料、农用混合物中，使用这些环脲具有显著的优点，这些优点包括：

·能够配制可用于各种基质的水性涂料、墨料、和农用混合物，这些基质具有良好湿润的、包含杂质和低能量表面的基质表面；

·能减少涂布或印刷缺陷如橘皮和流动/均涂不足；

·能产生含有低挥发性有机物的水性涂料和墨料，使这些表面活性剂对环境有利；和

·能配制可高速应用的涂料和墨料混合物。

由于其良好的表面活性剂性质并能控制起泡沫，使这些材料可能在许多要求减少动态和平衡表面张力及低泡沫的操作中使用。要求低泡沫的用途包括各种湿润加工织物的操作例如纤维染色、纤维酸洗、和煮炼，在这些方面低泡沫特性是特别有利的；这些材料也能用于肥皂、水基香水、洗发剂和各种洗涤剂，这些应用表明材料具有低表面张力而同时特别要求基本上不产生泡沫。

本发明中某些化合物的高泡沫特性有利于应用在矿石浮选和开采、地毯清洗剂、剃须膏等方面。

本发明涉及对下面结构式化合物的使用

其中R是C6到C12烷基类或R″O-(CH₂)_m-，R′是氢或甲基，R″是C4到C12烷基类，m是2-4，和n是1或2。在包含一有机化合物的水基混合物尤其是涂料、墨料中，和包含有机化合物如聚合树脂、除草剂(吡咯衍生物杀菌剂除外)、杀虫剂或植物生长改性剂的农用混合物中，减少平衡和动态表面张力。根据最大气泡压力法，环脲水溶液在23℃，1气泡/秒及水中浓度的重量百分率≤5％时，其动态表面张力小于45达因/厘米，这正是所需要的。度量表面张力的最大气泡压力法描述在朗缪尔(Langmuir)，986，2，428-432中，已被列入参考。

本发明的一个方面，N-较高级烷基和烷氧基烷基环脲的结构式

显示了减少平衡和动态表面张力而同时基本不产生泡沫的良好能力。

本发明另一特别有利的方面是下列结构式的化合物

产生较大量的泡沫，因而可用于要求形成泡沫的许多领域。这些应用可包括矿石浮选和开采、地毯清洗剂、剃须膏等。意料之外的是，通过氢与甲基好象良性的交换，可得到对这些化合物泡沫特性的高度控制。

这些材料可通过合适的二胺与脲反应来制备

这是工业生产的优选方案。

另一方面，本发明的化合物在有碱和任意溶剂的情况下可通过合适的环脲与一烷基卤的反应来制备

式中R是较高级烷基类或R″，和R′是甲基

或，R是甲基而R′是较高级烷类组或R″

或，R是氢而R′是较高级烷基类或R″。

在以上描述中，“较高级烷基类”可以是线型的、枝状的、或环状的C6到C2烃的一半。一般来说，少量烷基碳或较高度分支将增加表面活性剂的溶解度但却降低效率(即，要达到表面张力给定的减少量则需要很大的量)。适用的较高级烷类例如有：1-己基、2-己基、3-己基、环己基、1-辛基、2-乙基己脂、2-辛基、3-辛基、异辛基、环辛基、正壬基、2-壬基、3-壬基、4-壬基、异壬基、正葵基、异葵基、2-葵基、3-葵基、正十二烷基、环十二烷基、等等。当然，上面列出的并不全面，为特殊应用而选出的特殊烷基类，取决于应用所需的性能特性。一些衍生物也适合于实施本发明，其中烷基类是异构体混合物。C7到C10烃衍生物均为优选的，而C8烃衍生物则被特别优选。

一些化合物也适合于本发明的应用，其中较高级烷类包含醚键即R″O-(CH₂)_m-，其结构式如下所示

式中R″是C4至C12的烷基类，m是2-4，n是1或2，R′是氢或甲基。适用的C4至C12烷基类包括如：1-丁基、2-丁基、t-丁基、1-戊基、2-戊基、3-戊基、新戊基、1-己基、2-己基、3-己基、环己基、1-辛基、2-乙基己脂、2-辛基、3-辛基、异辛基、环辛基、正壬基、2-壬基、3-壬基、4-壬基、异壬基、正葵基、异葵基、2-葵基、3-葵基、正十二葵基、环十二葵基、等等。虽然特别选择取决于特定用途所需的性质，但一些衍生物被优选，其中R″为C6至C10烷基和m是3。

环脲适合用于包含水中无机化合物或有机化合物的含水化合物，其中无机化合物是矿石或颜料，有机化合物是颜料、可聚合单体，如加成、缩合和乙烯基单体、低聚树脂、聚合树脂、洗涤剂、苛性清洗剂、除草剂、尤其是用于含叶绿素植物的除草剂、杀虫剂或植物生长改性剂。

加入一定量的环状脲化合物，能有效地减少水基、含有机化合物的混合物的平衡和/或动态表面张力。这个有效量可在0.001至20克/100毫升，最好在0.01至10克/1O0毫升的含水混合物范围。当然，最有效的量取决于特定环脲的特定用途和溶解度。

下列表中，水基有机涂料、墨料和农用混合物中包含着本发明所述的环脲，而所列这些混合物的其它成分是那些相关技术中众所周知的材料。

可以加入本发明所述环脲表面活性剂的一典型水基有机涂料混合物，在含30％至80％固体的水介质中，包含着下列成分

典型水基有机涂料混合物
		0至50重量％	颜料分散剂/研磨树脂
0至80重量％	着色颜料/体质剂颜料/抗腐蚀颜料/其它类型颜料
		5至99.9重量％	水基/可水分散/水溶性树脂
0至30重量％	清爽添加剂/抗菌剂/加工助剂/消泡剂
		0至50重量％	聚结剂或其它溶剂
0.01至10重量％	表面活性剂/湿润剂/流动和匀涂剂
		0.01至5重量％	环脲

可以加入本发明所述环脲表面活性剂的一典型水基墨料混合物，在含20％至60％固体的水介质中，包含着下列成分

典型水基墨料混合物
		1至50重量％	颜料
0至50重量％	颜料分散剂/研磨树脂
		0至50重量％	适当树脂溶液载色剂中的粘土碱
5至99.9重量％	水基/可水分散/可水溶树脂
		0至30重量％	聚结溶剂
0.01至10重量％	表面活性剂/湿润剂
		0.01至10重量％	加工助剂/消泡剂/增溶剂
0.01至50重量％	环脲

可以加入本发明所述环脲表面活性剂的一典型水基农用混合物，在含0.1％至80％配合剂水介质中，包含着下列成分

典型水基农用混合物
		0.1至50重量％	杀虫剂或植物生长改性剂
0.01至10重量％	表面活性剂
		5至10重量％	染料
0至20重量％	增稠剂/稳定剂/共表面活性剂/凝胶抑制剂/消泡剂
		0至25重量％	防冻剂
0.1至50重量％	环脲

下列实例中，咪唑酮、嘧啶酮、吡咯烷酮化合物，相应地与咪唑啉酮、嘧啶啉酮、吡咯啉烷酮化合物一样，在现有技术中也已被人所熟知。

                    实例1

该实例表示正辛基咪唑酮的制备

原始二胺、N-正辛基1，2-乙二胺，由正辛基氯化物和1，2-乙二胺配制(林斯克(Linsker)和艾温斯(Evans)，美国化学科学杂志，1945，67，1581-1582)。该二胺(9.95克，0.058摩尔)与脲(3.5克，0.058摩尔)在一个50毫升三颈圆底烧瓶中反应，烧瓶上有一氮入口，以使反应中产生的氨从系统中排出并进入一汽水阀(稀释硫酸)。氨的演化始于约140℃，并继续加热至210℃。在此温度下保持两小时以保证环状产物的闭环作用。少量物质从反应残渣中升华成为白色晶体(熔点为42.0-42.4℃)，该晶体用于所有进一步的测量。

                       实例2

该实例表示正辛基四氢嘧啶酮(N-正辛基丙稀脲)的制备。

原始二胺由正辛基氯化物和1，3丙烷二胺，以类似实例1中1，2-乙二胺衍生物的形式制备。也可由正辛基胺的氨基丙基化物合成(特拜尔(Tarbell)等人，美国化学科学杂志1946，68，1217-1219)。与脲的反应与实例1一样地进行，以给出91％产物收率(熔点68-72℃，用气相色谱法的单峰值，用碳-13核磁共振无额外峰值)。

                         实例3

该此实例表示1-甲基-3-辛基-2-咪唑酮(N-正辛基-N’-甲基咪唑酮)的制备。

1-甲基-2-咪唑酮(N-甲基咪唑酮)由碳酸二乙脂和N-甲基1，2乙二胺制备(弗里克(Frick)等人，纺织品研究杂志，1959年4月，314-322)。反应过程非常缓慢而且形成的副产品乙醇被蒸馏。虽然在这一著作中没有说明，但该反应最好在高压气体贮罐或高压釜中进行，以便加高温。

一个100毫升的三颈瓶，配有一附加漏斗、顶部带一氮气入口的回流冷凝器和一耐热阱。加入新研磨的KOH(3.6克，0.064摩尔)和20毫升四氢呋喃(IIPLC等级)。这些装置保持在氮下。然后加入四丁基铵硫酸氢盐(0.34克，相转移剂)和1-甲基-2-咪唑酮(5.0克，0.050摩尔)。通过缓慢加热和搅拌形成一很难搅拌的泡沫团。尽可能地搅拌混合物，并使温度升高到46℃。然后通过加料漏斗加入辛基溴化物(10.0克，0.052摩尔)。几分钟后，取出一试样并用气相色谱法分析，取出该气相色谱法试样几分钟后，混合物分离，通过自加热温度迅速上升至65℃，保持几分钟后，温度开始下降。一种细微白色固体出现了，而且混合物也容易搅拌了。温度上升到回流温度。虽然在取出样品时没有什么混合，但第一个气相色谱法试样的结果显示了那时出现的显著反应。大约30分钟的有效搅拌之后，气相色谱法分析显示反应几乎完成。再过20分钟后则停止加热。混合物在旋转蒸发器上被过滤并被汽提过。在140℃-141℃，3乇(43％收率)下，从滤渣中过馏出3.5克沸腾的分馏物，该分馏物用于进一步试验。

本发明的其它脲化合物类似地制备。

                        实例4

用最大气泡压力法，此时气泡率从0.1气泡/秒至20气泡/秒，得出正辛基吡咯烷酮水溶液动态表面张力的数值(见表2后面的内容)。这种化合物被广泛地销售到涂料和印刷业中。

这些数据提供了有关一表面活性剂从接近平衡(0.1气泡/秒)到超高表面形成率(20气泡/秒)的性能情况。实际上，高气泡率相当于平板印刷的高印刷速度，相当于涂布操作的高喷涂或辊涂速度，相当于农用产物的快速使用率。其数据已列在表1内。

                         表1

动态表面张力(达因/厘米)-N-正辛基吡咯烷酮

浓度

(重量％)    0.1气泡/秒    1气泡/秒    6气泡/秒    15气泡/秒    20气泡/秒

0.003       65.1          68.6        70.8        71.4         71.1

0.03        46.5          49.3        54.4        58.7         59.6

0.07        35.2          36.6        39.6        43.0         43.9

0.10        29.9          31.0        33.4        36.5         37.2

0.21        27.6          27.8        28.4        30.0         30.6

这些数据表明，正辛基吡咯烷酮有效地减少了静态和动态下水的表面张力。例如，0.1重量％的溶液在表面形成率相当于1气泡/秒时，降低表面张力至30达因/厘米以下，甚至在20气泡/秒的表面形成率下，也能很好地保持表面张力在40达因/厘米以下

                      实例5

N-正辛基咪唑酮水溶液(实例1)的制备及其表面张力测量的过程如上面所述。其数据列在表2内。

                         表2

动态表面张力(达因/厘米)-N-正辛基吡咯烷酮

浓度

(重量％)    0.1气泡/秒    1气泡/秒    6气泡/秒   15气泡/秒    20气泡/秒

0.010       52.8          58.2        64.2       68.6         68.8

0.025       43.2          47.1        53.2       57.1         57.7

0.050       35.4          38.2        43.1       47.2         47.6

0.100       28.0          29.7        33.1       37.5         37.9

0.205       26.7          26.9        28.2       32.4         33.8

这些数据表明N-正辛基咪唑酮具有优于正辛基吡咯烷酮的减少含水系统表面张力的能力，而正辛基吡咯烷酮这一化合物作为一种表面活性剂则被广泛地销售到涂料，墨料及粘合剂业中。和正辛基吡咯烷酮一样，处在水中0.1重量％的使用水平下，N-正辛基咪唑酮在0.1气泡/秒时表面张力低于30达因/厘米，并能在20气泡/秒时保持表面张力低于40达因/厘米。以前一直没有识可到，烷基咪唑烷酮具有减少含水系统表面张力的能力。现有技术理论也没有预料到，这种材料具有显著降低含水系统表面张力的能力，以及远高于正辛基吡咯酮的泡沫控制能力(见实例11)。

                  实例6

用前面所述过程制备N-正辛基四氢嘧啶酮(n-OTHP，实例2)水溶液，并测量其表面张力。数据如表3所示

                        表3

动态表面张力(达因/厘米)-N-正辛基四氢嘧啶酮

浓度

(重量％)    0.1气泡/秒    1气泡/秒    6气泡/秒    15气泡/秒    20气泡/秒

0.001       68.5          70.7        71.8        72.4         71.9

0.012       50.9          56.3        63.1        68.5         69.9

0.051       34.9          37.2        42.5        48.2         49.4

0.076       31.7          32.8        36.4        42.3         43.3

0.101       30.8          31.5        34.9        41.0         42.2

这些数据表明，由于烷基丙稀脲能有效地减少含水系统的表面张力，使其也能用作本发明的实施.确实，在水中0.1重量％的使用水平下，N-正辛基四氢嘧啶酮具有显著减少含水系统表面张力的能力。以前一直没有认可，这些材料具有减少含水系统表面张力及基本不产生泡沫(见实例11)的能力。

                      实例7

用前面所述的过程，制备2-乙基己脂四氢嘧啶酮(EHTHP)并测量其表面张力。所得数据列在表4中。

                       表4

动态表面张力(达因/厘米)2-乙基己脂四氢嘧啶酮

浓度

(重量％)    0.1气泡/秒    1气泡/秒    6气泡/秒    15气泡/秒   20气泡/秒

0.001       65.7          68.7        70.4        70.8        70.6

0.010       57.0          61.2        66.2        69.4        69.9

0.050       42.4          44.4        47.8        52.0        53.1

0.100       35.9          37.6        39.9        42.8        43.9

0.150       32.3          33.5        35.4        37.7        38.8

0.248       29.5          29.8        31.0        32.7        32.6

这些数据表明环脲包含着也能用作本发明实施的支链烷基类，分支效应的结果是增加材料的溶解度但降低了其效率。将0.1重量％时得到的数据与前面实例中N-正辛四氢嘧啶酮的数据进行比较，在0.1重量％及0.1气泡/秒时，2-乙基己脂四氢嘧啶酮的表面张力为35.9达因/厘米，而前面实例的化合物是30.8达因/厘米。这表明，要得到表面张力相等的减少，则需要更多的支状化合物。另一方面，支状化合物有较高的溶解度，并在高浓度时具有显著的动态特性。事实上，在0.25％的使用水平上，甚至在相当于20气泡/秒的很高表面形成率下，表面张力能保持在33达因/厘米以下。另外，该优良性能的得到并没有带来起泡沫的问题(见实例11)。

                     实例8

用前面所述的过程制备异癸基氧化丙基四氢嘧啶酮(i-DOPTHP)水溶液，并测量其表面张力。所得数据列于表5

                        表5

动态表面张力(达因/厘米)-异癸基氧化丙基四氢嘧啶酮

浓度

0.1气泡/秒    1气泡/秒    6气泡/秒    15气泡/秒    20气泡/秒

(重量％)

0.001    69.4       71.7      72.3      73.0       72.5

0.005    55.7       69.9      72.0      72.9       72.9

0.010    33.7       54.1      67.4      71.6       71.8

0.050    27.0       30.4      51.7      59.0       61.5

这些数据表明烷基取代基中含氧的新环脲也适合于本发明的实施。该例中异癸基氧化丙基四氢嘧啶酮非常有效，在0.05重量％的低浓度和0.1气泡/秒时，其表面张力为27.0达因/厘米，因此，在表面形成率不很大的应用中且在低使用水平下，该材料具有优良的性能。

                     实例9

用上述过程制备N-正辛基-N′-甲基咪唑酮(n-OM1；实例3)，并测量其表面张力。所得数据列于表6内。

                      表6

动态表面张力(达因/厘米)-N-正辛基-N′-甲基咪唑酮

浓度

(重量％)    0.1气泡/秒    1气泡/秒    6气泡/秒    15气泡/秒    20气泡/秒

0.011       50.2          55.8        62.0        68.3         68.1

0.020       44.2          49.2        55.8        59.7         60.1

0.100       29.1          20.1        34.6        38.7         39.0

0.500       26.2          29.0        29.7        30.8         31.3

这些数据说明N-甲基化咪唑酮也适合于本发明的实施。这类化合物的表面活性剂性质以前一直没有被认可。

                    实例10

用上述的过程制备N-正辛基-N′-甲基四氢嘧啶酮(n-OMTHP)并测量其表面张力。所得数据列于表7内。

                        表7

动态表面张力(达因/厘米)-N-正辛基-N′-甲基四氢嘧啶酮

浓度

(重量％)    0.1气泡/秒    1气泡/秒    6气泡/秒    15气泡/秒    20气泡/秒

0.0015      68.3          70.7        71.9        72.8         72.7

0.015       48.0          53.7        61.9        67.5         69.4

0.026       41.2          45.2        52.5        59.0         60.2

0.053       31.8          34.3        39.9        46.7         47.9

0.067       29.8          31.1        34.7        43.1         44.4

0.100       28.9          29.2        32.0        38.1         38.3

这些数据说明N-甲基化四氢嘧啶酮也适合用于本发明。

                      实例11

根据美国材料试验标准(ASTM)D1173-53的方法，检测本发明所述的环脲表面活性剂和N-辛基吡咯烷酮溶液在0.1重量％时的起泡性能。在该试验中，为0.1重量％的表面活性剂溶液从高架的泡沫滴管中加入到一个含相同溶液的泡沫接收器中，在结束添加时测量泡沫高度(“初始泡沫高度”)，并记录泡沫耗散在气-液界面所需的时间(0泡沫时间)。该试验给出了各种表面活性剂溶液泡性质之间的比较。一般来说，由于处理困难及可能导致涂布和印刷缺陷和农用材料的低效利用，所以在涂料、墨料、和农用制剂中，不希望出现泡沫。而另一方面，结实的泡沫在洗发剂及其它用途上却是有价值的。测得的数据列于表8中。

表8

化合物              泡沫测试数据           0泡沫时间或5分钟

                  初始泡沫高度(厘米)          后泡沫厘米

        4.0                   1.0厘米

        2.5                   20秒

        1.5                   10秒

        1.5                   3秒

        2.0                   1.0厘米

        4.0                   2.0厘米

        1.2                   0.4厘米

表8的数据表明，正辛基吡咯酮泡沫很多，在涂料、墨料和农用制剂中应用很困难。相反，这些化合物结构式

式中R是C8烷基类，产生极少的泡沫，而且形成的泡沫能很快地耗散。因此，这些材料应用于涂料、墨料和农用制剂中具有理想的性能。

相反，本发明中R′为甲基的化合物，即化合物结构式为

形成大量持久的泡沫，这种性质在洗发剂和剃须膏、灭火、强化采油、矿粉运输、或其它利用泡沫的地方是很有价值的。

一种含水系统表面活性剂，具有在平衡和动态情况下减少表面张力的能力，其在水基涂料、墨料、粘合剂和农用制剂作业中是相当重要的。低平衡表面张力使其优良性质能在随后的使用中展开，低动态表面张力在动态应用中产生增强润湿和涂布作用，导致配方更有效地使用及较少的缺陷。在水生涂料、墨料、粘合剂及农用制剂中，一般不希望产生泡沫，因为泡沫使处理困难，并带来缺陷或导致低效应用。另一方面在许多其他操作中形成泡沫，所以需要一种能控制起泡沫的表面活性剂，以使其性能达到特定的使用要求。

本发明的N-(较高级烷基)-N′-甲基环脲显示了其能在含水制剂中提供平衡和减少动态表面张力，同时产生大量持久泡沫的突出能力。在矿石浮选和开采、地毯清洗剂、洗涤剂、剃须膏、或其它泡沫形成具有实际或美学重要性的领域，这些特性的结合很有价值。

相反，N-较高级烷基和烷氧基烷基环脲显示出其具有减少平衡和动态表面张力而基本不产生泡沫的良好能力。因此这些材料在含水涂料、墨料及农用制剂中很有用处。

本发明提出了适合于水基混合物中减少平衡和动态表面张力的混合物。

Claims (24)

1.一种用于部分或全部地覆盖物体表面的水基混合物，该混合物包含一无机或有机化合物和一减少该混合物动态表面张力的有效量表面活性剂，其改进包含作为表面活性剂使用的具有下列结构式的环脲，即

式中R是C6到C12烷基类或R”O-(CH₂)_m-，R’是氢或甲基，R”是C4至C12烷基类，m是2-4，和n是1或2，所给出的有机化合物不是吡咯衍生物杀菌剂。

2.按权利要求1所述的混合物，其特征在于根据最大气泡压力法，环脲水溶液在23℃、1气泡/秒及水中浓度≤5重量％时，其动态表面张力少于45达因/厘米。

3.按权利要求2所述的混合物，其特征在于R是C7至C10的烷基。

4.按权利要求2所述的混合物，其特特在于R是R”O-(CH₂)_m-，和R”是C6至C10的烷基。

5.按权利要求4所述的混合物，其特征在于m为3。

6.按权利要求1所述的混合物，其特征在于环脲是N-正辛基咪唑酮、N-正辛基氢嘧啶酮、2-乙基己脂四氢嘧啶酮、异癸基氧化丙基的氢嘧啶酮、N-正辛基-N’-甲基咪唑酮、或N-正辛基-N’-甲基四氢嘧啶酮。

7.按权利要求1所述的混合物，其特征在于环状脲是N-正辛基咪唑酮。

8.按权利要求1所述的混合物，其特征在于环脲是2-乙基己脂四氢嘧啶酮。

9.按在权利要求2所述的混合物，其特征在于测试是在20气泡/秒时进行的。

10.一种含水混合物，该混合物包含一无机化合物或一有机化合物，其中无机化合物是矿石或一颜料，有机物是颜料、可聚合单体、低聚树脂、聚合树脂、洗涤剂、除草剂、杀虫剂、或植物生长改性剂以及一减少混合物动态表面张力的有效量环脲，环脲具有下面结构式

式中R是C6至C12的烷基类或R”O-(CH₂)_m-，R’是氢或甲基，R”是C4至C12烷基类，m是2-4，和n是1或2，所提出的除草剂不是一吡咯衍生物杀菌剂。

11.按权利要求10所述的混合物，其特征在于根据最大气泡压力法，该环脲水溶液在23℃、1气泡/秒及水中浓度≤5重量％时，其动态表面张力少于45达因/厘米。

12.按权利要求11所述的混合物，其特征在于R是C7至C10的烷基。

13.按权利要求11所述的混合物，其特征在于R是R”O-(CH₂)_m-和R”是C6至C10的烷基。

14.按权利要求13所述的混合物，其特征在于m为3。

15.按权利要求10所述的混合物，其特征在于环脲是N-正辛基咪唑酮、N-正辛基氢嘧啶酮、2-乙基己脂四氢嘧啶酮、异癸基氧化丙基氢嘧啶酮、N-正辛基-N’-甲基咪唑酮、或N-正辛基-N’-甲基四氢嘧啶酮。

16.按权利要求10所述的混合物，其特征在于环脲是N-正辛基咪唑酮。

17.按权利要求10所述的混合物，其特征在于环脲是2-乙基己脂四氢嘧啶酮。

18.按权利要求10所述的混合物，该混合物在含30重量％至80重量％成分的有机涂料，所述成分包括

0至50重量％的颜料分散剂或研磨树脂；

0至80重量％的着色颜料、体质颜料、抗腐蚀颜料或其它类型颜料；

5％至99.9重量％的水基的、可水分散的或水溶性的树脂；

0至30重量％的清爽添加剂、抗菌剂、加工助剂或消泡剂；

0至50重量％的聚结剂或其它溶剂；

0.01至10重量％的表面活性剂、湿润剂、流动和均布剂；和

0.01至5重量％的环脲。

19.按权利要求10所述的混合物其，其中20至60重量％的墨料成分混

1至50重量％的颜料；

0至50重量％的颜料分散剂或研磨树脂；

0至50重量％在树脂溶液载色剂中的粘土碱；

5％至99.9重量％水基的、可水分散的或水溶性的树脂；

0至30重量％的聚结溶剂；

0.01至10重量％的加工助剂、消泡剂或增溶剂；

0.01至10重量％的表面活性剂或湿润剂；和

0.01至5重量％的环脲。

20.按权利要求10所述的混合物，该混合物是0.1至80重量％成分的农用混合物，其成分包括

0.1至50重量％含叶绿素植物的除草剂、杀虫剂或植物生长改性剂；

0.01至10重量％的表面活性剂；

5至10重量％的染料；

0至20重量％增稠剂、稳定剂、共表面活性剂、凝胶抑制剂或消泡剂；

0至25重量％的防冻剂；和

0.1％至50重量％的环脲。

21.一种含有环脲的混合物，该环脲具有下面结构式

式中R″是C4至C12的烷基类，m是2-4，n是1或2，和R′是氢或甲基。

22.按权利要求21所述的混合物，其特征在于R″是C6至C10的烷基。

23.按权利要求22所述的混合物，其特征在于m为3。

24.按权利要求21所述的混合物，其特征在于环脲是异癸基氧化丙基四氢嘧啶酮。