发明概述
本发明第一方面提供了一种水性组合物,其包括
(a)占所述水性组合物总重量2-80固体重量%的至少一种低水溶性化合物,
(b)占所述水性组合物总重量为0.1-30固体重量%的至少一种pH敏感性分散聚合物,和
(c)占所述水性组合物总重量为0-10固体重量%的pH非敏感性聚合物。
本发明第二方面提供了一种制备水性组合物的方法,该方法包括混合组分制备混合物的步骤,这些组分包括:
(a)占所述水性组合物总重量为2-80固体重量%的至少一种低水溶性化合物,
(b)占所述水性组合物总重量为0.1-30固体重量%的至少一种pH敏感性分散聚合物,和
其中所述混合物的布鲁克菲尔德粘度(Brookfield viscosity)小于1.0帕·秒。
详细说明
本文用“(甲基)丙烯酸类”表示丙烯酸类或甲基丙烯酸类,用“(甲基)丙烯酸酯”表示丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。
化合物的一种特性是在水中的溶解度。一些化合物是不溶于水的,在本文表示为,在25℃时将所述化合物与水混合,没有可检测量的所述化合物溶解在水中。一些化合物是微溶于水的,在本文表示为,在25℃时将所述化合物与水混合,有10克或以下的所述化合物溶解在1升水中。如本文所用,“低水溶性”表示不溶于水或微溶于水的化合物。如本文所用,“水溶性”表示化合物在1升水中的溶解量大于10克。
如本文所用,“杀生物剂”是能在某部位抑制或控制微生物生长的化合物。杀生物剂包括,比如杀菌剂,抑菌剂,杀真菌剂,抑真菌剂,杀藻剂,和抑藻剂,取决于应用的剂量水平,体系条件,和要求的微生物控制水平。术语“微生物”包括,比如真菌(比如酵母和霉菌),细菌,和藻类。术语“部位”是指被微生物污染的有用体系或产品。
适合作为杀生物剂的一些化合物包括,比如三嗪(比如去草净),取代和非取代的烷基异噻唑啉酮,和对羟基苯甲酸酯(“尼泊金酯”)化合物。烷基异噻唑啉酮的一些实例是甲基异噻唑啉酮、辛基异噻唑啉酮、二氯甲基异噻唑啉酮、苯并异噻唑啉酮、其它烷基异噻唑啉酮、及其取代形式。尼泊金酯的一些实例是尼泊金烷酯(比如尼泊金甲酯、尼泊金乙酯、尼泊金丙酯和尼泊金丁酯)和尼泊金芳酯(比如尼泊金苄酯)。适合作为杀生物剂的化合物包括,比如二溴腈丙酰胺(DBNPA)、2-溴-2-硝基-丙-1,3-二醇、甲醛、四元化合物、多菌灵、敌草隆、碘-炔丙基丁基氨基甲酸盐(IPBC)、吡硫锌、N′-叔丁基-N-环丙基-6-(甲硫基)-1,3,5-三嗪-2,4-二胺、terbutrine等。适合作为杀生物剂的化合物还有,比如甲基半缩醛、苯氧乙醇、clorothalonyl、3-(4-氯苯基)-1-(3,4-二氯苯基)脲(triclorocarban)、2,4,4′-三氯-2′-羟基二苯基醚(三氯森)、吡罗克酮乙醇胺盐、二羟甲基二甲基乙内酰脲(DMDMH)、氧双吩噁砒(oxybisphenoxarsine)(OBPA)、氰硫基甲基-硫代苯并噻唑(TCMTB)、和二硫代-2,2′-双(苯并甲酰胺)、双辛氢啶、氯酚醚(chlorophenesin)、和氯化银盐。
如本文所用,而且如F.W.Billmeyer在由Wiley-Interscience在1971年出版的《聚合物科学教科书》(Textbook of Polymer Science)第二版中所定义,“聚合物”是由较小,较简单的化学单元重复构建而成的大分子。“单体”是互相反应形成聚合物重复单元的化学物质。聚合物中的重复单元被称为形成重复单元的单体“残基”。聚合物可以是线型的,支链的,交联的,星形的,或其任意组合或混合形状的。聚合物可以是均聚物(比如,由一种单体构成)或共聚物(由两种或多种单体构成)。共聚物可以具有无规,嵌段,序列或其任意组合方式排列的单体单元。聚合物具有1000或以上,或者10000或以上的重均分子量。交联的聚合物具有通常被认为是实际无穷大的分子量。
聚合物可以具有多种组成中的任意一种。一种聚合物是“丙烯酸聚合物”。如本文所用,丙烯酸类聚合物是具有占该聚合物重量50重量%或以上的(甲基)丙烯酸类单体残基的聚合物。(甲基)丙烯酸类单体是任何(甲基)丙烯酸单体、其任意酯、或其任意酰胺。(甲基)丙烯酸的酯或酰胺可以具有烷基、芳基、多种取代基中的任意一种(比如、羟基、环氧化物、胺、硫醇、氨基甲酸酯、羧基、或其它取代基团)、或其任意组合。一些(甲基)丙烯酸类单体正好有一个碳碳双键,而其它(甲基)丙烯酸类单体具有两个或多个碳碳双键。一些丙烯酸类聚合物具有75重量%或以上的(甲基)丙烯酸类单体残基,一些具有95重量%或以上的(甲基)丙烯酸类单体残基。
本文描述的一些单体是(甲基)丙烯酸和某些醇的酯。应当理解,这种描述是指所述单体的结构,这种结构可以由任何方法制得,包括使(甲基)丙烯酸和该种醇反应或者通过另一种方法制得。
与组成无关,聚合物可以具有多种物理形态中的任意一种,一些聚合物可以从一种物理形态转化成另一种形态。一些聚合物是固体,液体或其组合。一些聚合物溶解在溶剂中形成溶液。一些聚合物是分散的:即它们以分散在液体介质中的聚合颗粒形式存在。
本发明的实施涉及使用一种或多种分散在水性介质中的聚合物(本文称其为“水分散聚合物”)。在一些实施方式中,采用使聚合物成为水分散聚合物形式的聚合过程制得合适的水分散聚合物,比如水性乳液聚合或水性悬浮聚合。在一些实施方式中,使用能采用任何方法聚合的聚合物,以除了水分散形式之外的某种形式存在(比如,以除了水性介质之外的介质中的分散体形式存在,以溶液形式存在,或者以固体形式存在),然后转化成水分散形式。
如本文所用,如果组合物包括的连续介质(本文称其为“水性介质”)是占该连续介质重量50重量%或以上的水,则该组合物为“水性的”。一些水性介质中含有占该连续介质重量75%或以上,或者90重量%或以上的水。除了水之外的组分可以溶解在水性介质中,分散在水性介质中,或其任意组合。
如本文所用,溶液或分散体中的“固体”是指除去挥发性物质之后,留在溶液或分散体中的物质。挥发性物质是1个大气压下的沸点为150℃或以下的物质。如本文所用,溶液或分散体中特定物质的“固体重量”是指该溶液或分散体的固体中该特定物质的重量。
流体组合物的一个有用特征是其粘度。粘度可以用布鲁克菲尔德粘度测量,如ASTM D 2196-99(美国测试和材料学会,West Conshohocken,PA,USA)的测试方法A所述。如本文所述,选择测量粘度的条件(比如,粘度计的型号,心轴和转速),在刻度的中部或上部给出读数。
本发明的实施涉及使用至少一种“pH敏感性”的聚合物,在本文将其定义为通过以下pH灵敏性测试的聚合物。进行pH灵敏性测试时,制备的水性分散体中含有占该水分散体总重量为1%固体重量的受测聚合物。测量该水性分散体的粘度。向该水性分散体中添加酸性或碱性的化合物以改变pH,而不引起其它化学变化,比如涉及形成或打断一个或多个共价键的变化,包括,比如聚合和聚合物降解等变化。如果这种pH变化导致该水性分散体粘度的变化为5倍或以上,则本文称该聚合物为“pH敏感性的”。任何非pH敏感性的聚合物在本文都被称为“pH非敏感性的”。
在一些实施方式中,pH敏感性分散聚合物是重均分子量为500000或以上的聚合物,或者是交联聚合物,或者是其混合物。
与分子量和交联无关,适用pH敏感性聚合物的一些实例是含有一个或多个含羧基单体残基的丙烯酸类胶乳聚合物,可能还含有其它单体残基,在较低pH(比如pH为2到4)条件下聚合和储存。制备得到这种胶乳的1%固体分散体之后,升高pH至7或以上,该分散体粘度增加到5倍或以上。这样的一些丙烯酸类胶乳聚合物被称为“碱溶性乳液”(alkali soluble emulsions),一些被称为“碱溶胀性乳液”(alkali swellable emulsions)。在本文将缩写形式“ASE”定义为碱溶性乳液,以及碱溶胀性乳液,或者其混合物或组合的任何聚合物。
一些适用的ASE含有一种或多种疏水性(甲基)丙烯酸类单体的残基。如本文所用,疏水性(甲基)丙烯酸单体是(甲基)丙烯酸与分子式为ROH的醇的酯,其中R含有疏水性基团,比如8个或更多个相邻碳原子的烃基。R可以是线型的,支链的或环形的;是烷基,烯基或炔基;是取代或未取代的;或者是其任意组合。在一些适用的ROH醇中,R-具有A-Q-的结构,其中基团A含有疏水性基团,可以是取代或未取代的,其中-Q-是-(-(CH2)n-O-)m-,其中n是2或3,m是1到100。基团A可以含有或不含除了疏水性基团之外的其它基团。含有一种或多种疏水性单体的一个或多个残基的ASE在本文被称为疏水改性的ASE,在本文缩写成“HASE”。一些适用的HASE具有占该HASE固体重量0.5%或以上,或者1%或以上的一种或多种疏水性单体残基,该数值由所有疏水性单体的总重量计算。一些适用的HASE具有占该HASE固体重量30%或以下,或者20%或以下的一种或多种疏水性单体残基,该数值由所有疏水性单体的总重量计算。
一些适用的ASE,在本文被称为“NH-ASE”,具有非常少量的疏水性单体残基,或者不含疏水性单体残基。一种NH-ASE可以包括占该固体NH-ASE重量0%到0.1重量%比的一种或多种疏水性单体残基。一些适用的NH-ASE含有占该固体ASE重量0.01%或以下的疏水性单体残基。
在适用的ASE中,一些具有一种或多种含羧酸单体,比如丙烯酸,甲基丙烯酸及其混合物的残基。在这些ASE中,一些具有占该固体ASE总重量5%或以上的含羧酸单体残基。一些适用的ASE具有占该固体ASE总重量10%或以上的含羧酸单体残基。一些ASE还包括占该固体ASE总重量0.05重量%到5重量%的一种或多种多烯键不饱和单体残基,这些ASE被称为“交联”的。同样被认为能用于本发明中的还有“非交联的”ASE,这些ASE含有占该固体ASE总重量为0%到0.049重量%;或者0%到0.01重量%;或者0%的一种或多种多烯键不饱和单体残基。
ASE是一种水性分散聚合物,这是指其呈聚合物颗粒分散在水性介质中的形式。聚合物颗粒的优选粒径度0.05到1微米,用BI-90粒度仪测量,该设备由Brookhaven Instruments Corporation提供。制备适用于本发明的ASE的一种合适方法是水性乳液聚合。
一些适用的ASE中含有占该ASE乳液总重量(即固体ASE,水性介质和水性介质中溶解或分散的任何其它物质的总重量)50重量%到80重量%的水,占该ASE乳液总重量10重量%到50重量%的固体聚合物,和占该ASE乳液总重量为0%到10重量%的其它组分(比如表面活性剂或乳化剂)。为了保持ASE乳液的粘度比较低,通常要保持pH比较低。实施本发明时,可以使用pH保持足够低的任何ASE,以保持粘度低到足以方便将其与其它组分混合。典型商用ASE乳液的pH是约2到5。
一些适用的ASE是通过乳液聚合制备的,是交联的,具有占该乳液总重量20重量%和40重量%之间的聚合物固体,具有2和4之间的pH。
对于另一个实例,一些适用的pH敏感性聚合物在pH降低时表现出粘度提高。比如,一些被认为是适用的pH敏感性聚合物是含有取代单体残基的分散聚合物,其中该单体上的取代基团是比如胺基等碱性基团。我们认为,在制备这样一种分散聚合物的1%固体分散体后,降低pH至6或以下,分散体粘度提高到5倍或以上。我们认为类似于上述ASE形式的聚合物形式也是适用的;即交联的分散聚合物和未交联的分散聚合物;包括疏水性单体残基的分散聚合物和不包括疏水性单体残基的分散聚合物;及其组合与混合物。
在一些实施方式中,本发明的水性组合物中包括占该水性组合物总重量0.1%或以上;或者0.2%或以上;或者0.5%或以上;或者1.0%或以上固体重量的pH敏感性分散聚合物。独立地,在一些实施方式中,本发明的水性组合物包括占该水性组合物总重量30%或以下;或者20%或以下;或者10%或以下;或者8%或以下;或者5%或以下固体重量的pH敏感性分散聚合物。
合适的市售pH敏感性分散聚合物的一些非限制性实例是AculynTM 33、AculynTM 22、AculynTM 28、Acusol 810A、AcusolTM 820、AcusolTM 823、AcusolTM830、和AcusolTM 842(Rohm and Haas Company);AristoflexTM AVC和AristoflexTM HMB(Clariant);NovemerTM EC-1、CarbopolTM Aqua SF-1、CarbopolTM Aqua XL-30、Fixate Plus、CarbopolTM Ultrez 21、和CarbopolTMETD 2020、934、940、941、980、和981(Noveon);TinovisTM GTC、SalcareTMSC 80和SC 81(Ciba Specialty Chemicals);StructureTM 2001、StructureTM3001、和StructureTM Plus(National Starch);Stabylen 30、SynthalenTM K、L、和M、PNC 400、PNC 410、PNC 430、PNC 30、和SynthalenTM W2000、(3V Sigma);SimulgelTM A、EG、EPG、和NS、SepigelTM 305、501和600(Seppic);RapithixTMA-60和A-100(ISP)、和LuvigelTM EM(BASF);和RheolateTM 5000(Rheox)。
本发明的实施涉及使用至少一种低水溶性化合物。在一些实施方式中,至少一种低水溶性化合物使制剂具备多种有用特性中的至少一种。比如一些适用的低水溶性化合物具有一种或多种形式的生物活性。生物活性可以是影响一种或多种活生物体健康或生长的任何作用。一些适用的生物活性化合物是,比如农药,药物化学剂,和杀生物剂。在一些实施方式中,包括至少一种低水溶性化合物,该化合物适合作为杀生物剂。一些适用的低水溶性化合物提供除了生物活性之外的有用特性,比如催化作用。适合作为催化剂的低水溶性化合物包括,比如镍等金属。一些适用的低水溶性化合物能提供超过一种的有用性质。
独立地,一些适用的低水溶性化合物是有机的,一些是无机的,一些是有机和无机部分的混合物或复合物。独立地,一些适用的低水溶性化合物是聚合物,一些不是聚合物。独立地,在25℃,一些适用的低水溶性化合物是固体,一些是液体,一些是气体,一些是两相或多相的混合物。
在一些实施方式中,本发明中所用的一种或多种低水溶性化合物的水溶解度在25℃具为每升水5克或以下。在一些实施方式中,本发明中所用的全部低水溶性化合物的水溶解度在25℃都为每升水5克或以下。
本发明组合物中低水溶性化合物的固体量占本发明组合物总重量的2固体重量%或以上。在一些实施方式中,低水溶性化合物的量占本发明组合物总重量的5固体重量%或以上,或者10固体重量%或以上,或者20固体重量%或以上。独立地,本发明组合物中低水溶性化合物的量占本发明组合物总重量的80固体重量%或以下。在一些实施方式中,低水溶性化合物的量占本发明组合物总重量的75固体重量%或以下,或者50固体重量%或以下。
在一些实施方式中,本发明组合物不包括没有生物活性的低水溶性化合物。在一些实施方式中,本发明的组合物包括占本发明水性组合物总重量为5%或以下没有生物活性的低水溶性化合物,该数值由所有没有生物活性的低水溶性化合物的总固体重量计算。在一些实施方式中,没有生物活性的低水溶性化合物量占本发明水性组合物总重量的2%或以下;或者0.5%或以下;或者0.1%或以下,该数值由所有没有生物活性的低水溶性化合物的总固体重量计算。
在一些实施方式中,本发明的组合物不含非杀生物剂的低水溶性化合物。在一些实施方式中,本发明的组合物包括占本发明该水性组合物总重量为5%或以下的非杀生物剂的低水溶性化合物,该数值由所有非杀生物剂的低水溶性化合物的总固体重量计算。在一些实施方式中,非杀生物剂低水溶性化合物的用量占本发明该水性组合物总重量的2%或以下;或者0.5%或以下;或者0.1%或以下,该数值由所有非杀生物剂低水溶性化合物的总固体重量计算。
在一些实施方式中,低水溶性化合物分散在水性介质中。在这些实施方式中,如果低水溶性化合物是液体,则可以以液滴形式分散;如果低水溶性化合物是固体,则可以被分裂成能分散在水性介质中的颗粒。在涉及低水溶性固体化合物被分裂成颗粒的一些实施方式中,低水溶性化合物的颗粒能通过325目的筛网(即,5重量%以下的低水溶性化合物是直径为44微米或以上的颗粒)。
本发明的组合物含有非常少的或不含pH非敏感性聚合物。在一些实施方式中,本发明的组合物不含pH非敏感性聚合物。在一些实施例中,本发明的组合物含有占该组合物总重量10%或以下;或者3%或以下;或者1%或以下;或者0.3%或以下;或者0.1%或以下固体重量的pH非敏感性聚合物。
pH非敏感性聚合物的一些非限制性实例是多糖(包括,比如角叉胶、藻酸盐和黄原胶)、纤维素醚、纤维素胶、疏水改性的纤维素、和瓜尔胶。PH非敏感性聚合物的其它非限制性实例是pH非敏感性合成聚合物,比如丙烯酸类聚合物、聚烯烃、聚苯乙烯和聚苯乙烯共聚物、聚(氯乙烯)和相关共聚物、聚(乙酸乙烯酯)和相关共聚物、聚醚、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、硅酮聚合物、环氧化物聚合物、聚二烯、其它合成聚合物、其取代形式、其共聚物、及其混合物等pH非敏感性聚合物。
除了至少一种低水溶性化合物和至少一种pH敏感性分散聚合物之外,本发明的组合物还任选包括一种或多种其它组分。适用其它组分的一些实例是附加表面活性剂(即,除了表面活性剂之外的表面活性剂,如果有的话,用于在水性组合物中形成一种或多种聚合物)、分散剂、水溶性聚合物、附加水溶性化合物(即、非聚合物、表面活性剂、或分散剂的水溶性化合物)、消泡化合物、和其它有用化合物。
适用的表面活性剂包括,比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、两性表面活性剂、及其混合物。一些适用的阴离子表面活性剂是,比如烷基苯磺酸盐、脂肪醇硫酸盐、烷基醚硫酸盐、链烷磺酸盐、烯烃磺酸盐、磺基脂肪酸酯、磺基脂肪酸内酯、脂肪酸氨腈、磺基琥珀酸烷基酯、酰基氧链烷磺酸盐、酰胺基链烷磺酸盐、醚磺酸盐、醚羧酸、sacosinate烷基磷酸盐、和烷基醚磷酸盐。一些适用的非离子表面活性剂是,比如聚乙二醇醚(比如、脂肪醇聚乙二醇醚、烷基酚聚乙二醇醚、端基封闭的脂肪醇聚乙二醇醚、脂肪酸聚乙二醇酯、脂肪酸链烷醇酰胺、脂肪酸链烷醇醚氨基聚乙二醇醚、和环氧乙烷/环氧丙烷嵌段聚合物)、多羟基化合物表面活性剂(比如、甘油脂肪酸酯、脱水山梨糖醇酯、和蔗糖衍生的表面活性剂)、和氧化胺。
在本发明的一些组合物中,不包括附加表面活性剂。本发明的一些组合物包括占该水性组合物总重量0.1%以下的附加表面活性剂,或者0.02%以下的附加表面活性剂,该数值由所有附加表面活性剂的总固体重量计算。
在水性组合物中含有一种或多种附加表面活性剂的实施方式中,一些实施方式中含有一种或多种阴离子表面活性剂;一些实施方式中含有一种或多种非离子表面活性剂;一些实施方式中含有一种或多种阴离子表面活性剂和一种或多种非离子表面活性剂。在一些实施方式中,附加表面活性剂的量占该水性组合物总重量的0.2%或以上,该数值由所有附加表面活性剂的总固体重量计算。在一些实施方式中,附加表面活性剂的量占该水性组合物总重量的0.5%或以上,或者1%或以上,或者2%或以上,该数值由所有附加表面活性剂的总固体重量计算。在一些实施方式中,附加表面活性剂的用量占该水性组合物总重量的15%或以下,或者10%或以下,或者7%或以下,该数值由所有附加表面活性剂的总固体重量计算。
在本发明的水性组合物含有一种或多种分散剂的那些实施方式中,适用的分散剂包括,比如能溶于水的聚合电解质。一些适用的分散剂是,比如聚碳酸盐、聚磺酸盐、聚磷酸盐、木质素磺酸盐、和芳族磺酸与甲醛的缩合产物。适用分散剂的其它实例包括蛋白质缩合产物和水溶性聚合物(比如聚(乙烯醇),聚(乙烯吡咯烷酮)、聚(硫酸乙烯酯)、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、马来酸-烯烃共聚物、和马来酸-苯乙烯共聚物。适用分散剂的混合物也是适用的。
在本发明的水性组合物中含有一种或多种附加水溶性化合物的那些实施方式中,适用的附加水溶性化合物包括,比如具有生物活性的一种或多种水溶性化合物,如上文所定义。杀生物剂的水溶性化合物也是适用的。在一些实施方式中,附加水溶性化合物的用量占该水性组合物总重量的0.2%或以上,或者0.5%或以上,或者0.7%或以上,该数值由所有附加水溶性化合物的总重量计算。在一些实施方式中,附加水溶性化合物的用量占该水性组合物总重量的10%或以下,或者5%或以下,该数值由所有附加水溶性化合物的总重量计算。
在一些实施方式中,该水性组合物中包括占该水性组合物总重量0.2%以下的没有生物活性的附加水溶性化合物,该数值由所有没有生物活性的附加水溶性化合物的总固体重量计算。在一些实施方式中,该水性组合物包括占该水性组合物总重量0.01%以下的非杀生物剂的附加水溶性化合物,该数值由所有非杀生物剂的附加水溶性化合物的总固体重量计算。
在本发明的实施中,使水性组合物除了其它组分之外,任选包括一种或多种低水溶性化合物和一种或多种pH敏感性分散聚合物。可以用任何合适的容器和混合方法以任何顺序混合这些组分。
比如,在一些实施方式中,一种或多种低水溶性化合物(以固体粉末或液体或其混合物的形式存在)可以分散在水中,可能需要进行剧烈搅拌,以便分散该一种或多种低水溶性化合物,然后向该一种或多种低水溶性化合物的分散体中添加一种或多种pH敏感性分散聚合物。
对于另一个实例,一种或多种pH敏感性分散聚合物可以被加入水中,然后向该pH敏感性分散聚合物的稀释分散体中添加一种或多种低水溶性化合物(以液体或固体粉末或其混合物的形式存在),任选进行剧烈搅拌,以帮助分散该低水溶性化合物。
在一些实施方式中,制备本发明水性组合物的pH条件是,使pH敏感性分散聚合物处于其低粘度状态。即,该水性组合物的pH条件是,该制剂中的任何pH敏感性分散聚合物都不会表现出将其称为pH敏感性的粘度增加现象。这种pH条件在本文被称为“低粘度pH”。比如,在这样的一些实施方式中,本发明的水性组合物中包括一种或多种ASE,该水性组合物是在低pH条件下制备的,因此这些ASE不会表现出pH敏感性的粘度增加现象。
本发明的一些组合物在低粘度pH条件下具有1000毫帕·秒以下;或者500毫帕·秒以下;或者200毫帕·秒以下的布鲁克菲尔德粘度(使用布鲁克菲尔德LV粘度计,60转/分)。我们认为,在低粘度pH条件下测量本发明组合物的布鲁克菲尔德粘度时,应当选用合适的心轴,在粘度计刻度的上半部给出读数。我们认为,有时候当常规心轴都无法给出这样的读数时,则应当选择能给出最大读数的常规心轴。在一些情况下,在低粘度pH条件下测量本发明组合物的布鲁克菲尔德粘度时所用的合适心轴是1号或2号心轴。
我们认为在低粘度pH条件下制备本发明的组合物具有若干优点。比如,混合需要比在高粘度条件下进行时少的能量。因此,在低粘度条件下,能比高粘度条件更容易地形成水性组合物,任选添加更多的组分。另一个实例是,剧烈搅拌有时候会导致气泡夹带在水性组合物中,高粘度组合物会在组合物中夹带气泡,这是不利的,而低粘度组合物能更容易地使气泡逸出。
在水性组合物是在低粘度pH条件下制备的本发明实施方式中,在一些实施方式中(在本文被称为“粘度增大实施方式”),pH发生变化,使粘度因为pH敏感性分散聚合物的pH敏感度而增大。比如,可以在低pH条件下制备含有一种或多种ASE的本发明水性组合物,然后添加碱性化合物直到粘度升高。
在一些粘度增大实施方式中,一种或多种低水溶性化合物以分散形式存在于水性组合物中,已知低水溶性化合物的一些分散形式是不稳定的。这种不稳定性会使低水溶性化合物沉降至容器底部,组合物可能表现出澄清液相分离现象(“胶体脱水收缩”),颜色可能发生变化,低水溶性化合物可能发生化学降解,或者这些变化的任意组合。这些实施方式中的高粘度有时候能防止或推迟一种或多种不稳定征兆的出现。因此,一些涉及低水溶性化合物分散形式的粘度增大实施方式具有在低粘度pH条件下制备水性组合物的实施方式的优点,以及在粘度增大之后提高水性组合物稳定性的实施方式的优点。
本发明的实施者能够利用本发明粘度增大实施方式中水性组合物稳定性提高,从而获得更多的好处。比如,在一些情况下,稳定性提高能使实施者利用粒度较大的固体粉末形式的低水溶性化合物获得稳定的水性组合物。即,使用以前的方法,如果低水溶性化合物以较大颗粒的固体粉末形式存在,为了将粉末分散在水性介质中获得稳定组合物,通常必须在向水性组合物中添加粉末之前,采用机械方式减小粉末粒度(比如通过研磨或碾碎)。研磨,碾碎和其它减小粒度的方法有时候是不利的,因为它们使过程复杂化(从而增加成本),而且因为它们有时候会使低水溶性化合物发生不希望有的化学变化。本发明的粘度增大实施方式有时候使实施者能用比以前方法的可能更大的颗粒获得稳定的水性组合物,从而避免进行研磨或碾碎的需要。
在一些粘度增大实施方式中,水性组合物在pH发生变化之后,具有1000毫帕·秒或以上;或者2000毫帕·秒或以上,或者4000毫帕·秒以上的布鲁克菲尔德粘度(使用布鲁克菲尔德LV粘度计,4号心轴,60转/分)。在一些粘度增大实施例中,水性组合物在pH发生变化之后,具有100000毫帕·秒或以下;或者20,000毫帕·秒或以下;或者10000毫帕·秒以下的布鲁克菲尔德粘度。
在水性组合物中包括一种或多种当pH降低时粘度会增加的pH敏感性聚合物的粘度增大实施方式中,可以向该水性组合物中添加酸性化合物以降低pH。适用的酸性化合物包括,比如无机酸,有机酸,及其混合物。在向水性组合物中添加之前,可以对该酸性化合物进行稀释,或者不进行稀释。在一些实施方式中,选用足量的酸性化合物使pH敏感性分散聚合物的粘度发生变化。在一些实施方式中,酸性化合物的量占该水性组合物总重量的0.2-5固体重量%。
在水性组合物中包括一种或多种当pH升高时粘度会增加的pH敏感性聚合物的粘度增大实施方式中,可以向该水性组合物中添加碱性化合物以升高pH。适用的碱性化合物包括,比如无机碱、有机碱及其混合物。适用的碱包括,比如碱金属氢氧化物(包括,比如氢氧化钠和氢氧化钾)、氨、胺、其水溶液、及其混合物。在向水性组合物中添加之前,可以对该碱性化合物进行稀释,或者不进行稀释。在一些实施方式中,选用足量的碱性化合物使pH敏感性分散聚合物的粘度发生变化。在一些实施方式中,碱性化合物的用量占该水性组合物总重量的0.2固体重量%到5固体重量%。一些适用的碱性化合物是,比如氨甲基丙醇和氢氧化钠。在一些实施方式中,以水溶液形式添加碱性化合物,碱性化合物的浓度为该溶液总重量的5-20固体重量%。
组合物的两种有用特征是其在10-5秒-1剪切速率的粘度和在10秒-1剪切速率的粘度。可以用比如受控的应力流变仪和同心圆柱几何结构测量这些粘度。
在一些粘度增大实施方式中,水性组合物粘度增大之后,在10-5秒-1条件下具有1000帕·秒或以上,或者10000帕·秒或以上的粘度。独立地,在一些粘度增大实施方式中,水性组合物粘度增大之后,在10秒-1条件下具有25帕·秒或以下,或者15帕·秒或以下,或者10帕·秒或以下的粘度。
在粘度增大实施方式中,有一些实施方式(在本文被称为“粘度下降”实施方式)能获得额外的好处。在粘度下降实施方式的实施中,首先,制备的水性组合物中含有以粉末形式分散在水性介质中的低水溶性化合物,还含有pH敏感性分散聚合物,其pH条件不会使粘度因为pH敏感性分散聚合物而发生增加。然后,以较小增量添加会增加粘度的酸性或碱性化合物。如果选择的组分和用量是恰当的,则添加少量酸性或碱性化合物能降低水性组合物的粘度;然后进一步添加酸性或碱性化合物会使粘度升高。
粘度下降实施方式的一个实例中涉及包括粉末形式的低水溶性杀生物剂(分散在水性介质中,占该水性组合物总重量30%固体的杀虫剂)和ASE(占该水性组合物总重量1%固体的ASE)的水性组合物,pH低于5。在该实例中,从以前的经验已知,需要最少量(在本文被称为“A0”)的氢氧化钠水溶液(占氢氧化钠溶液重量10%的氢氧化钠固体)就能使水性组合物的粘度实现完全增加。添加约15%的A0时,水性组合物的粘度约是其初始值的一半。添加总计约25%的A0时,水性组合物的粘度大约是其初始值的四分之一。添加全部A0之后,水性组合物的粘度比其初始值高五倍。
在本发明特定实施方式的实施中,我们认为实施者可以选择有助于实施该实施方式的组分及其用量。比如,如果要求本发明的组合物具有某些特征,如果pH敏感性分散聚合物的选择会影响其中的一种或多种特征,我们认为实施者可以选择一种或多种pH敏感性分散聚合物,并且选择每种pH敏感性分散聚合物的量,从而获得要求的特征。
比如,实施者可能希望实施这样的本发明粘度增大实施方式,其中,粘度增加之后,该组合物在10-5秒-1条件下具有1000帕·秒或以上的粘度,在10秒-1条件下具有25帕·秒或以下的粘度。我们认为,通过进行本文所公开的粘度测试,实施者能很容易地确定pH敏感性分散聚合物,或者两种或多种pH敏感性分散聚合物的组合,并且能够确定这种或这些pH敏感性分散聚合物的用量,允许实施者创造出这些实施方式的组合物。
类似地,如果需要具有特征的其它实施方式,我们认为,通过使用本领域中众所周知的技术,实施者能够选择合适的组分和用量,从而创造出这些实施方式。
比如,我们认为,在一些情况下,除了这种或这些pH敏感性分散聚合物之外的一些组分可能会影响本发明组合物的粘度。在这些情况下,我们认为,如果需要某种粘度分布曲线(即,在某些剪切速率下的一组特定粘度值),实施者可以容易地选择一种或多种pH敏感性分散聚合物及其用量,利用本文所公开的粘度测试和本领域中众所周知的其它技术,从而制备出具有所要求粘度分布曲线的组合物。
本发明的实施可用于多种目的。比如,利用本发明能够制备含有较高浓度的至少一种低水溶性化合物的稳定水性组合物;这种组合物在本文被称为该一种或多种或低水溶性化合物的“浓缩物”。在一些情况下,这种浓缩物是有用的,因为它能以这样一种形式方便地储存和/或运输(因为它是浓缩的)低水溶性化合物,这种形式就使我们能将其容易地添加(因为它是水性的)至另一种水性制剂中,比如,涂料,化妆品制剂,个人护理制剂,粘合剂制剂,农药制剂,消费品制剂,任意其它有用制剂,或者其组合或混合物。
应当理解,对于本说明书和权利要求来说,本文所述的范围和比例限值是可以组合的。比如,如果所述某一特定参数的范围是60到120和80到110,则应当理解为60到110和80到120的范围也是适用的。
实施例
在以下实施例中,使用了这些组分:
AgniqueTM BL 4050表面活性剂,购自Cognis Brazil Ltda.(以97%纯固体形式提供)
AculynTM 33流变改性剂,购自Rohm and Haas Company(ASE,以水中28%固体的形式提供)
多菌灵(甲基苯并咪唑-2-基氨基甲酸盐)杀真菌剂,购自Rohm and HaasCompany(以99%纯固体形式提供)
敌草隆杀生物剂,购自Griffin-Dupon Brazil(以98%纯固体形式提供)
KathonTM 893T杀生物剂,购自Rohm and Haas Company(以98%纯固体形式提供)
RozoneTM 2000杀生物剂,购自Rohm and Haas Company(以水中20%固体形式提供)
AMP-95液体,95%纯度,2-氨基-2-甲基-1-丙醇
BiospumexTM FDA-70消泡化合物,购自Cognis(以水中17.5%固体的分散体形式提供)
AcusolTM 460NDP分散剂聚合物,购自Rohm and Haas Company(以95%纯度的固体粉末形式提供)
AcusolTM 801S HASE增稠剂,购自Rohm and Haas Company,水中20%固体的形式
AcusolTM 830流变改性剂,购自Rohm and Haas Company(ASE,以水中28%固体的形式提供)
在以下实施例中,用布鲁克菲尔德LV,60转/分,4号心轴测量布鲁克菲尔德粘度。用受控的应力流变仪和同心圆柱几何结构测量10-5秒-1和10秒-1条件下的粘度。
实施例1:水性组合物
以下组合物可用于制造涂料制剂。每种组分的量都是占该水性组合物总重量的固体重量百分比。制造每种组合物时,都首先混合除了AMP-95之外的所有组分,AMP-95最后添加。“b”表示形成100%该组合物的余量水。
组分 |
组合物#1-1(%) |
组合物#1-2(%) |
组合物#1-3(%) |
AgniqueTM BL 4050 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
AcusolTM 830 |
2.0 |
2.0 |
15 |
多菌灵 |
15 |
7.5 |
15 |
敌草隆 |
|
20 |
|
KathonTM 893T |
2.7 |
2.7 |
|
RozoneTM 2000 |
|
|
2.0 |
AMP-95 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
水 |
b |
b |
b |
组合物1-1,组合物1-2和组合物1-3分别作为本发明的粘度增大实施方式的例子。
实施例2:水性组合物的测试
在45℃储存90天之后,对实施例1中列出的组合物进行测试。目视检查三种现象:颜色变化,胶体脱水收缩和颗粒沉降。对于每种现象,如果观察到该现象则记录“是”,如果没有观察到该现象则记录“无”。而且,用HPLC(高效液相色谱)分析每种组合物,确定任何杀生物剂的浓度是否有下降。如果没有观察到下降,则记录“无”。
测试 |
组合物#1-1 |
组合物#1-2 |
组合物#1-3 |
杀生物剂浓度降低 |
无 |
无 |
无 |
颜色变化 |
无 |
无 |
无 |
胶体脱水收缩 |
无 |
无 |
无 |
颗粒沉降 |
无 |
无 |
无 |
实施例3:水性组合物
以下组合物可用于保存个人护理用品或化妆品。用以下组分制备该水性组合物(缩写为“comp.”)。用量是占该组合物总重量的固体重量百分比。以氢氧化钠水溶液(占该氢氧化钠溶液重量为10重量%的固体氢氧化钠)的形式添加氢氧化钠。
组分 |
组合物#3A(%) |
组合物#3B(%) |
组合物#3C(%) |
组合物#3D(%) |
组合物#3E(%) |
甲基异噻唑啉酮 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
尼泊金甲酯 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
尼泊金乙酯 |
10.7 |
10.7 |
10.7 |
10.7 |
10.7 |
AculynTM 33 |
1.1 |
1.1 |
1.1 |
1.1 |
1.1 |
氢氧化钠 |
1.2 |
1.2 |
1.2 |
1.2 |
1.2 |
BiospumexTM FDA-70 |
|
|
|
0.1 |
|
水 |
b |
b |
b |
b |
b |
这些组合物是采用以下各种方法制备的:
组合物3A:将AculynTM 33加入水中,然后添加氢氧化钠。上表中所示用量使pH达到6.5和7之间。然后添加甲基异噻唑啉酮,并进行搅拌,随后添加粉末状的尼泊金甲酯和粉末状的尼泊金乙酯,并进行搅拌以分散粉末。
组合物3B:将AculynTM 33加入水中,但是暂时不添加氢氧化钠,留至稍后添加。然后将甲基异噻唑啉酮加入水中,随后是粉末状的尼泊金甲酯和粉末状的尼泊金乙酯,并进行搅拌以分散粉末。然后添加氢氧化钠。
组合物3C:按照与组合物3B相同的方法,区别在于分两步添加氢氧化钠。首先,将20到25%的钠加入组合物中,并进行搅拌,然后静置组合物10分钟,不进行搅拌或其它搅动。然后添加剩余的氢氧化钠,并进行搅拌。
组合物3D:按照与组合物3B相同的方法,进行以下变化:添加尼泊金酯之后,加入20到25%的氢氧化钠,并进行搅拌,立刻添加BiospumexTM FDA-70,并进行搅拌。然后使组合物静置10分钟,不进行搅拌或其它搅动。然后添加剩余的氢氧化钠,并进行搅拌。
组合物3E:将甲基异噻唑啉酮和粉末状的尼泊金酯加入水中,并进行搅拌。然后添加AculynTM 33,并进行搅拌。接着将20到25%的钠加入组合物中,并进行搅拌,然后使组合物静置10分钟,不进行搅拌或其它搅动。然后添加剩余的氢氧化钠,并进行搅拌。
组合物3B,组合物3C,组合物3D和组合物3E分别作为本发明的粘度增大实施方式的例子。组合物3C,组合物3D和组合物3E分别作为本发明的粘度下降实施方式的例子。
实施例4:水性组合物的测试
使用上述粘度测量方法测试实施例3的组合物。而且,将50.0克组合物置于量筒中,记录体积,计算以克/毫升为单位的密度,测量每种组合物的密度。结果如下所示:
|
组合物# |
测量项目 |
3A |
3B |
3C |
3D |
3E |
密度(克/毫升) |
0.98 |
1.09 |
1.08 |
1.09 |
1.09 |
布鲁克菲尔德粘度(毫帕·秒) |
5160 |
4900 |
4610 |
4930 |
5330 |
10-5秒-1时的粘度(帕·秒) |
391800 |
313600 |
242200 |
283300 |
279700 |
10秒-1时的粘度(毫帕·秒) |
5946 |
4947 |
5008 |
5384 |
5746 |
实施例5:水性组合物
以下的附加组合物可用于制造涂料。这些水性组合物是用以下组分制备的。其用量是占该组合物总重量的固体重量百分比。以氢氧化钠水溶液(占氢氧化钠溶液重量10固体重量%的氢氧化钠)形式添加氢氧化钠。
组分 |
组合物#5F(%) |
组合物#5G(%) |
多菌灵 |
25.0 |
30.0 |
AcusolTM 460NDP |
0.125 | |
磺基琥珀酸二辛酯 | |
0.6 |
AcusolTM 830 | |
1.0 |
AcusolTM 801S |
0.6 | |
氢氧化钠 |
0.7 |
1.3 |
BiospumexTM FDA-70 |
1.5 | |
水 |
b |
b |
这些组合物是由以下各种方法制备的:
组合物5F:将AcusolTM 460NDP加入水中,接着是多菌灵,并进行搅拌。然后添加AcusolTM 801S,测得密度为0.87克/毫升。然后添加BiospumexTMFDA-70,并进行搅拌,最后添加氢氧化钠。
组合物5G:将磺基琥珀酸二辛酯分散在水中,在搅拌条件下缓慢添加多菌灵。然后添加AcusolTM 830,制得的组合物为流体状,具有较低的粘度,没有观察到明显的夹带空气现象。然后添加氢氧化钠。
组合物5F和组合物5G分别作为本发明的粘度增大实施方式的例子。
实施例6:水性组合物的测试
使用上述粘度和密度测量方法测试实施例5的组合物。结果如下所示:
|
组合物# |
测量项目 |
5F |
5G |
密度(克/毫升) |
1.04 |
1.08 |
布鲁克菲尔德粘度(毫帕·秒) |
6430 |
3840 |
10-5秒-1时的粘度(帕·秒) |
298000 |
631400 |
10秒-1时的粘度(毫帕·秒) |
18950 |
5197 |