CN115988963A - 烷氧基化胺和流变改性剂的含水混合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包含流变改性剂和式I的表面活性剂的含水混合物的组合物：其中R、R1、x和y如本文所定义。本发明的组合物提供了一种不促进微生物生长且不需要杀生物剂的流变改性剂。

Description

烷氧基化胺和流变改性剂的含水混合物
背景技术
本发明涉及一种包含烷氧基化胺和流变改性剂的含水混合物的组合物。本发明的组合物可用于漆制剂中。
通常将杀生物剂加入到低挥发性有机物含量(低VOC)的涂料制剂和在这些制剂中使用的水性原材料中以维持产品品质并避免由微生物生长引起的腐败。由于低VOC制剂比溶剂型漆和较高VOC的水性漆更易因微生物生长而腐败，所以涂料行业越来越依赖于杀生物剂，主要是基于异噻唑啉酮的杀生物剂，以保护这些低VOC水性制剂免受微生物生长的影响。
欧洲杀生物产品综述(European Biocidal Product Review)(BPR)正在努力将包括涂料制剂在内的消费品中的2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)的最大允许水平降低至低于MIT功效的水平15ppm。随着世界范围内对产品中杀生物剂使用的更严格法规的预期，以及客户和消费者对使用敏化杀生物剂(如MIT或致癌物、诱变剂)和生殖毒素(CMR)杀生物剂(如甲醛和吡硫锌)的日益关注，涂料和原材料配方设计师几乎没有安全且有效的杀生物剂选项。
在低VOC水性涂料制剂中使用的水性原材料的示例是流变改性剂，该流变改性剂不利地需要杀生物剂。因此，在涂料制剂领域中发现提供固有地抗微生物生长的不含杀生物剂的流变改性剂的方式将是有利的。
发明内容
本发明通过提供一种包含流变改性剂和式I的表面活性剂的含水混合物的组合物来解决本领域中的需求：
Figure BDA0004036390060000021
其中每个R独立地为H、甲基或乙基；
R1＝–R2-NR3-(CH2CH2O)z-H；或–C6-C18；或–C(CH3)2R4；
x为1至40；y为0至39；并且z为0至39；
前提条件是当y是0时，R1是–C(CH3)2R4；并且当y是1至39时，R1是–R2-NR3-(CH2CH2O)y-H或–C6-C18；
R2是–CH2CH2CH2–或–CH(CH3)CH2–或–CH2CH(CH3)–；
R3是饱和或部分不饱和的C10-C22-烷基；
R4是C1-C20-烷基；
x+y+z＝1至40；
其中该流变改性剂与该式I的表面活性剂的重量-重量比在1:2至100:1的范围内。本发明的组合物提供了一种不促进微生物生长且不需要杀生物剂的流变改性剂。
具体实施方式
本发明是一种包含流变改性剂和式I的表面活性剂的含水混合物的组合物：
Figure BDA0004036390060000022
其中每个R独立地为H、甲基或乙基；
R1＝–R2-NR3-(CH2CH2O)z-H；或–C6-C18；或–C(CH3)2R4；
x为1至40；y为0至39；并且z为0至39；
前提条件是当y是0时，R1是–C(CH3)2R4；并且当y是1至39时，R1是–R2-NR3-(CH2CH2O)y-H或–C6-C18；
R2是–CH2CH2CH2–或–CH(CH3)CH2–或–CH2CH(CH3)–；
R3是饱和或部分不饱和的C10-C22-烷基；
R4是C1-C20-烷基；
x+y+z＝1至40；
其中该流变改性剂与该式I的表面活性剂的重量-重量比在1:2至100:1的范围内。
流变改性剂的示例包括疏水改性的环氧烷聚合物、羟乙基纤维素(HEC)、羟甲基乙基纤维素(HMEC)、疏水改性的羟乙基纤维素(HMHEC)、疏水改性的碱溶性乳液(HASE)、疏水改性的聚醚(HMPE)、疏水改性的氨基塑料醚类(HEAT)、疏水改性的聚丙烯酰胺类。
优选地，流变改性剂是一种或多种疏水改性的环氧烷聚合物。如本文中所用，“环氧烷聚合物”是指水溶性聚氧化乙烯聚合物，以及水溶性聚氧化乙烯/聚氧化丙烯和聚氧化乙烯/聚氧化丁烯共聚物。优选地，环氧烷聚合物为环氧烷氨基甲酸酯聚合物，更优选地为环氧乙烷氨基甲酸酯聚合物。
疏水改性的环氧烷聚合物是方便地通过以下方式制备的：在合适的反应条件下使以下物质接触：a)水溶性聚亚烷基二醇；b)相对于聚亚烷基二醇化学计量过量的二异氰酸酯；和c)疏水化合物，以形成疏水改性的环氧烷氨基甲酸酯聚合物。组分b)还可以是二氯甲烷、二溴甲烷、表氯醇或代替二异氰酸酯的氨基塑料。
当组分a)是聚乙二醇并且组分b)是二异氰酸酯时，所得疏水改性的环氧烷聚合物是疏水改性的环氧乙烷氨基甲酸酯聚合物(HEUR)。
优选的水溶性聚环氧烷是聚乙二醇，特别是重均分子量在600道尔顿至12,000道尔顿范围内的聚乙二醇。合适的聚乙二醇的示例是作为CARBOWAXTM 8000聚乙二醇(PEG-8000，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)(“陶氏”)或密歇根州米德兰陶氏附属公司(affiliate of Dow,Midland,MI)的商标)商购可得的PEG 8000。
合适的二异氰酸酯的示例包括1,4-四亚甲基二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、2,2,4-三甲基-1,6-二异氰酸酯基己烷、1,10-十亚甲基二异氰酸酯、4,4′-亚甲基双(异氰酸酯基环己烷)(H12-MDI)、2,4′-亚甲基双(异氰酸酯基环己烷)、1,4-二异氰酸环己二酯、1-异氰酸根-3-异氰酸酯基甲基-3,5,5-三甲基环己烷(IPDI)、间亚苯基二异氰酸酯和对亚苯基二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯和2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)、二甲苯二异氰酸酯、4-氯-1,3-亚苯基二异氰酸酯、4,4′-亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)、1,5-亚萘基二异氰酸酯、和1,5-四氢亚萘基二异氰酸酯。市售二异氰酸酯的示例是Desmodur W环脂族二异氰酸酯(DesW)和Desmodur H(HDI)。
疏水性化合物通常是用羟基、胺基或二者官能化的直链、支链或环状C6-C24烷基、芳基或芳烷基化合物。合适的疏水性化合物的示例包括正己醇、正辛醇、2-丁基-1-辛醇、正癸醇、正十二烷醇、正十六烷醇、环己醇、C1-C6-烷基环己醇、正辛胺、正癸胺、正十二烷胺、1,6-己二醇、1,8-辛二醇、1,12-十二烷二醇、1,2-己二醇、1,2-辛二醇、1,2-十二烷二醇、和疏水性氨基醇，包括双(2-乙基己基)氨基乙醇和二苄基氨基乙醇。
当y是0时，式I的表面活性剂由式Ia说明：
Figure BDA0004036390060000041
其中R4优选地是C6-C14-烷基，并且x＝2至30。在式Ia的范围内的商业表面活性剂的示例包括TRITONTM RW-20(RW-20，x＝2，R4＝癸基)表面活性剂、TRITONTM RW-50(RW-50，x＝5，R4＝癸基)表面活性剂和TRITONTM RW-150(RW-150，x＝15，R4＝癸基)表面活性剂。(TRITON是陶氏化学公司或其附属公司的商标)式I表面活性剂的另一个亚类由式Ib说明：
Figure BDA0004036390060000051
其中R3优选地是饱和或部分饱和的C14-C20-烷基，更优选地是饱和或部分饱和的C16-C18-烷基，并且x+y+z＝2至32。如本文所用，“部分不饱和的”是指在烷基链内存在一个或两个双键。在式Ib范围内的商业表面活性剂的示例包括Ethox DT-15(DT-15，x+y+z＝15)；和Ethox DT-30(DT-30，x+y+z＝30)牛脂二胺。
式I的表面活性剂的又一亚类由式Ic说明：
Figure BDA0004036390060000052
其中R1优选地是C12-C18-烷基，并且x+y＝12至18。在式Ic范围内的商业表面活性剂的示例是Ethox CAM-15椰油胺(CAM-15，x+y＝15)。
该流变改性剂与该式I的表面活性剂的重量-重量比优选地在从1:1，更优选地5:1，更优选地10:1，并且最优选地20:1至50:1，更优选地至30:1的范围内。
该组合物的粘度优选地在从500厘泊(cP)至小于22,000cP，更优选地至小于15,000cP，最优选地至小于10,000cP的范围内。可向该组合物中加入酸以降低流变改性剂的粘度。因此，该组合物可另外包含0.1重量％至5重量％的酸或其盐。
该组合物可用作涂料配制剂，更特别是漆制剂的增稠剂。因此，在另一个方面中，该组合物包括一种或多种材料，诸如粘合剂、聚结剂、表面活性剂、分散剂、消泡剂、不透明颜料(诸如TiO2)和有机不透明聚合物粒子、着色剂和中和剂。
实施例
中间体实施例1—HEUR流变改性剂(RM1)的制备
将PEG-8000(1711.9g)在间歇熔融反应器中真空加热至110℃达2小时，在此时间之后向该反应器中加入丁基化羟基甲苯(BHT，0.182g)和正己醇(18.91g)。将反应混合物搅拌5min，然后将H12-MDI(77.85g)加入到反应器中并继续搅拌另外5min。然后将辛酸铋(28％Bi，4.28g)加入到反应器中，并将所得混合物于110℃搅拌10min。然后将正己醇(3.26g)加入到反应器中并于110℃继续混合另外10min。将所得熔融聚合物从反应器中去除并冷却。然后将这种固体聚合物溶解在水中以形成含有20重量％的聚合物(RM1)以及表面活性剂和磷酸的溶液，如表2所示。
中间体实施例2—HEUR流变改性剂(RM2)的制备
将PEG-8000(1854.8g)和Lumulse POE(26)甘油(46.60g)在间歇熔融反应器中真空加热至110℃达2h。在将反应器内容物冷却至85℃后，在混合下将丁基化羟基甲苯(BHT，0.202g)、2-丁基-1-辛醇(47.81g)和HDI(63.41g)依次加入该反应器中达5min。然后将辛酸铋(28％Bi，4.64g)加入到该反应器中并在搅拌下将混合物的温度维持在85℃达20min。将所得熔融聚合物从该反应器中取出并冷却。然后将这种固体聚合物溶解在水中以形成含有17重量％的聚合物(RM2)以及表面活性剂和磷酸的溶液，如表2所示。
中间体实施例3—HEUR流变改性剂(RM3)的制备
将PEG-8000(1700.0g)在间歇熔融反应器中真空加热至110℃达2h。在将反应器内容物冷却至90℃后，在搅拌下将丁基化羟基甲苯(BHT，0.18g)和正癸醇(15.3g)加入反应器中达5min。然后将H12MDI(94.6g)加入该反应器中并继续搅拌5min。然后将辛酸铋(28％Bi，4.25g)加入该反应器，并将所得混合物于90℃搅拌另外10min。然后将正癸醇(48.1g)加入该反应器中并于90℃继续混合10min。将所得熔融聚合物从反应器中去除并冷却。然后将这种固体聚合物溶解在水中以形成含有17.0重量％的聚合物(RM3)以及表面活性剂和磷酸的溶液，如表2所示。
用于抗微生物性的样品的制备
用106-107个菌落形成单位/每毫升样品(CFU/mL)的标准细菌、酵母菌和霉菌池(获自美国典型培养物保藏中心(ATCC)，为涂料中常见污染物)以7天间隔接种样品2次。接种后，将样品储存于25℃培育箱中。使用标准划线板法通过琼脂板接种监测测试样品的微生物污染。每次微生物攻击后第1天和第7天将样品接种到胰蛋白酶大豆琼脂(TSA)和马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)板上。在接种之后每日检查所有琼脂板直到第7天，以确定在测试样品中存活的微生物的数目。当未检查时，琼脂板储存于培育箱中，对于TSA板，30℃，并且对于PDA板，25℃。通过对菌落进行计数来确定微生物污染的程度，其中评级分数根据在琼脂板上观察到的微生物菌落的数目来确定。所报告结果来自第7天读数。结果通过每种类型的微生物的评分来描述：B＝细菌，Y＝酵母，并且M＝霉菌。例如，3B描述了针对细菌具有3分评分的平板，或Tr Y(1)描述了具有痕量酵母的平板(平板上1个菌落)。表1说明用于估计划线板上的微生物污染水平的评级系统。菌落是指板上的菌落的数目。
表1-用于估计微生物污染的评级系统
菌落 评级分数 污染 结果
无 0 无 通过
1-9 Tr 痕量 通过
10至99 1 很轻微 不合格
100到约1000 2 轻微 不合格
约1000到10,000 3 中度 不合格
>10,000 4 重度 不合格
现状粘度测量
在60RPM下使用轴4在布洛克菲尔德粘度计(Brookfield viscometer)上测量流变改性剂样品的现状粘度。
表2说明了在含有和不含有式I的表面活性剂的情况下含有HEUR的组合物的pH和粘度。每个样品含有0.9重量％的磷酸。所有重量均基于水、HEUR、表面活性剂和磷酸的重量。比较例2包括4.2％的甲基-β-环糊精以抑制粘度。
表2-HEUR表面活性剂样品的pH和粘度
Figure BDA0004036390060000071
Figure BDA0004036390060000081
表3显示了每个样品的攻击测试的结果。
表3-具有和不具有表面活性剂的HEUR的攻击测试的结果
实施例编号 攻击1 攻击2 攻击3
1 通过 通过 通过
2 通过 通过 通过
3 通过 通过 通过(Tr M(1))
4 通过(Tr M(1)) 通过(Tr M(2)) 通过(Tr M(3))
5a 通过(Tr M(1)) 通过 通过
5b 通过 通过 通过
5c 通过 通过 通过
6a 1Y* 通过 通过
6b 通过 通过 通过
比较例1 2M 1M 不合格
比较例2 2M Tr Y(1)3M 不合格
数据显示多种流变改性剂和式I的表面活性剂的掺混物在攻击测试中不支持微生物生长。该表面活性剂还降低流变改性剂溶液的粘度，从而为制造商提供递送可倾倒的水溶液的更大简易性。由于不需要加入杀生物剂来维持产品品质，因此可以降低制剂的复杂性并且可以消除归因于杀生物剂加入的潜在健康和环境危害。

Claims (8)

1.一种包含流变改性剂和式I的表面活性剂的含水混合物的组合物：
Figure FDA0004036390050000011
其中每个R独立地为H、甲基或乙基；
R1＝–R2-NR3-(CH2CH2O)z-H；或–C6-C18；或–C(CH3)2R4；
x为1至40；y为0至39；并且z为0至39；
前提条件是当y是0时，R1是–C(CH3)2R4；并且当y是1至39时，
R1是–R2-NR3-(CH2CH2O)y-H或–C6-C18；
R2是–CH2CH2CH2–或–CH(CH3)CH2–或–CH2CH(CH3)–；
R3是饱和或部分不饱和的C10-C22-烷基；
R4是C1-C20-烷基；
x+y+z＝1至40；
其中所述流变改性剂与所述式I的表面活性剂的重量-重量比在1:2至100:1的范围内。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中每个R是H，并且所述流变改性剂是环氧烷聚合物。
3.根据权利要求2所述的组合物，其中所述流变改性剂是环氧乙烷氨基甲酸酯聚合物，其中所述环氧乙烷氨基甲酸酯聚合物与所述式I的表面活性剂的重量-重量比在1:1至30:1的范围内。
4.根据权利要求3所述的组合物，其中所述式I的表面活性剂由式Ia表示：
Figure FDA0004036390050000021
其中R4是C6-C14-烷基；并且x＝2至30。
5.根据权利要求3所述的组合物，其中所述式I的表面活性剂由式Ib表示：
Figure FDA0004036390050000022
其中R3是饱和或部分饱和的C14-C20-烷基；并且x+y+z＝2至32。
6.根据权利要求3所述的组合物，其中所述式I的表面活性剂由式Ic表示：
Figure FDA0004036390050000023
其中R1是C12-C18-烷基；并且x+y＝12至18。
7.根据权利要求3所述的组合物，所述组合物不含杀生物剂。
8.根据权利要求1所述的组合物，所述组合物进一步包含一种或多种选自由以下组成的组的材料：粘合剂、聚结剂、表面活性剂、分散剂、消泡剂、不透明颜料和着色剂。
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