ES2220044T3 - Concentrado acuoso de un polimero espesante asociativo, y uso de un tensioactivo no ionico para reducir la viscosidad del concentrado. - Google Patents
Concentrado acuoso de un polimero espesante asociativo, y uso de un tensioactivo no ionico para reducir la viscosidad del concentrado.Info
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Abstract
Uso de un tensioactivo no iónico de fórmula RO (AO)a H (I) en la que R es un grupo alquilo que tiene 6-12 átomos de carbono y AO es un grupo etilenoxi o propilenoxi, siendo la relación de grupos etilenoxi respecto al número total de grupos etilenoxi y propilenoxi de 1:2 a 5:6, y a es un número entre 7 y 16, como un agente reductor de la viscosidad para un concentrado acuoso de un polímero espesante asociativo.
Description
Concentrado acuoso de un polímero espesante
asociativo, y uso de un tensioactivo no iónico para reducir la
viscosidad del concentrado.
La presente invención se refiere a un concentrado
acuoso de un polímero espesante asociativo, dicho concentrado
contiene un tensioactivo no iónico como agente reductor de la
viscosidad. La presencia de una pequeña cantidad del tensioactivo no
iónico da como resultado una reducción sorprendentemente grande de
la viscosidad, que permite la formulación de concentrados que
tienen altos porcentajes del polímero asociativo sin afectar
negativamente a las propiedades cuando el concentrado se emplea para
fines espesantes.
Debido al hecho de que los polímeros espesantes
asociativos contienen grupos hidrófobos, tienen la capacidad de
formar asociaciones intermoleculares hidrófobas, y adsorberse en
las superficies de partículas dispersas. Como resultado, los
polímeros asociativos tienen un efecto espesante mucho mayor que el
correspondiente polímero que tiene el mismo peso molecular y sin
grupos hidrófobos. Se sabe que los polímeros asociativos son
difíciles de preparar en forma de disoluciones acuosas altamente
concentradas con una viscosidad tan baja como para permitir bombeo y
dosificación fáciles. Una forma de solucionar el problema es añadir
disolventes orgánicos, los cuales, sin embargo, deberían evitarse
ya que son altamente volátiles y causan problemas medioambientales.
Otra forma es añadir tensioactivos no iónicos, los cuales debido a
su capacidad de formar micelas pueden reducir la viscosidad del
concentrado.
De este modo, la patente europea
EP-A-618 243 expone que una
combinación de un compuesto no iónico y un acetilendiol con triple
enlace da como resultado una viscosidad mejorada. Como aparece en
los ejemplos, es necesaria una adición aproximada de
15-22% en peso del compuesto no iónico y
1-5% en peso del compuesto de acetileno para
obtener un concentrado que contenga 18,5-25% en peso
de un polímero asociativo y que tenga una viscosidad por debajo de
10.000 mPa.s.
De la patente europea
EP-A-682 094 se conoce el empleo
como agente reductor de la viscosidad de polímeros asociativos
tensioactivos no iónicos seleccionados del grupo que consiste en
alquilfenoles etoxilados, alcoholes y poliglicoles etoxilados.
Incluso si la viscosidad se reduce esencialmente, se requiere el 20%
de un tensioactivo no iónico, de acuerdo con el ejemplo 8, para
conseguir un concentrado al 25% del polímero asociativo con una
viscosidad de 4.300 mPa.s.
La patente europea
EP-A-682 094 también expone que
pueden emplearse tensioactivos aniónicos, pero a menudo causan
formación de espuma indeseable y efectos indeseables en algunas
aplicaciones. Por ejemplo, cuando están presentes en composiciones
coloreadas, dan como resultado un revestimiento coloreado seco, con
resistencia al agua reducida.
La patente europea
EP-A-460 896 describe el empleo de
ciclodextrina para reducir la viscosidad de un agente espesante
asociativo acuoso.
A partir de la patente internacional WO97/02325
se conoce el empleo como agente reductor de la viscosidad para
concentrados de agentes espesantes aductos que tienen la
fórmula
R^{1}O \
\abrepg R^{2}O\cierrapg{n} \
H
en la que R^{1} es un grupo
hidrocarbonado alifático que tiene 6-10 átomos de
carbono, R^{2} es un grupo alquileno y n es un número entre 3 y 7,
mientras que la patente DE-A1-19
600 467 describe, entre otras cosas, el empleo de un alquilglucósido
C_{8} como agente reductor de la viscosidad. Aunque los
tensioactivos no iónicos en las dos últimas referencias mencionadas
tienen a menudo una buena capacidad de reducir la viscosidad,
tienen una solubilidad en agua limitada y/o una tendencia a la
formación de espuma en composiciones acuosas. Los tensioactivos
también pueden causar problemas tales como turbidez en
composiciones de revestimiento y sus capas
secas.
Un objeto de la presente invención es ser capaz
de preparar un concentrado acuoso de agentes espesantes asociativos
que tiene porcentajes bajos de aditivos que regulan la viscosidad,
lo cual afecta en menor medida a aplicaciones subsecuentes. Estos
no deberían causar turbidez en las composiciones de revestimiento y
sus capas secas. Un desiderátum más es que los aditivos no deberían
provocar formación de espuma y que deberían ser fácilmente
degradables biológicamente y no tóxicos.
Se ha descubierto ahora que estos objetos pueden
lograrse empleando como agente reductor de la viscosidad para
polímeros espesantes asociativos un tensioactivo no iónico que
tiene un grupo hidrófilo que consiste en grupos etilenoxi así como
grupos propilenoxi. Los tensioactivos no iónicos comprendidos en la
invención tienen la fórmula general
(I)RO \
\abrepg AO\cierrapg{a} \
H
en la que R es un grupo alquilo que
tiene 6-12, preferiblemente 7-10,
átomos de carbono y AO es un grupo etilenoxi o propilenoxi, siendo
la relación de grupos etilenoxi respecto al número total de grupos
etilenoxi y propilenoxi de 1:2 a 5:6, preferiblemente de 8:13 a
4:5, y a es un número entre 7 y 16, preferiblemente entre 8 y 14.
Estos tensioactivos no iónicos tienen propiedades que evitan la
espuma mientras al mismo tiempo tienen una capacidad reductora de
la viscosidad sorprendentemente buena. Son también fácilmente
solubles en agua. Esto significa que el tensioactivo, después de
migrar a la superficie de película coloreada, se elimina más
fácilmente por la lluvia. Como resultado, se reducen la pegajosidad
de la superficie de película coloreada y su tendencia a fijar negro
de carbono y
suciedad.
Los grupos alquilenoxi del aducto no iónico
pueden añadirse al azar o en bloques, o como una combinación de
adición al azar y adición en bloques. Según una realización
preferida, primero se añade óxido de etileno al alcohol, y luego
óxido de propileno. Estos tensioactivos no iónicos pueden
ilustrarse con la fórmula
RO \ \abrepg
EO\cierrapg{e} \ \ \abrepg PO\cierrapg{p} \
H
en la que R tiene el significado
anterior, EO designa un grupo etilenoxi y PO un grupo propilenoxi,
e y p son números, siendo el \Sigma de e y p 7-16,
preferiblemente 8-14, y siendo la relación de e/e+p
de 1:2 a 5:6, preferiblemente de 8:13 a
4:5.
De este modo, el grupo alifático R puede ser
ramificado así como lineal aunque se prefieren grupos alifáticos
ramificados ya que sorprendentemente se ha descubierto que dan una
contribución esencial a la reducción de la viscosidad. Son ejemplos
de grupos ramificados aquellos comprendidos por la fórmula
(II)C_{p}H_{2p+1}
\delm{C}{\delm{\para}{C _{m} H _{2m+1} }}HCH_{2}---
en la que m y p son al menos 2 y la
suma de m+p+2 es 8-10, como
2-etilhexilo ó 2-propilheptilo; o
un grupo alquilo, la cadena alquilo contiene 2-4,
preferiblemente 2-3, grupos que tienen la fórmula
-CH(CH_{3})- y 8-11 átomos de
carbono.
Los tensioactivos no iónicos de fórmula I pueden
prepararse de manera convencional. De este modo, un alcohol de
fórmula ROH, en la que R tiene el significado anterior, puede
alcoxilarse en presencia de p. ej., un catalizador básico. En la
alcoxilación, se prefiere el empleo de un catalizador denominado de
alcance limitado debido al hecho de que el alcoxilato resultante
contiene porcentajes más bajos de alcohol sin reaccionar. Si se
desea, puede eliminarse también el alcohol sin reaccionar, por
ejemplo, destilando.
La invención también concierne a un concentrado
acuoso de un polímero asociativo, el concentrado que tiene una
viscosidad Brookfield, medida a 23ºC y 12 rpm, de
100-20.000 cP, preferiblemente
200-10.000 cP. Como norma, la concentración
contiene 10-50, preferiblemente
15-45%, en peso de un polímero asociativo y
1-25%, preferiblemente 1-15%, en
peso de tensioactivo no iónico de acuerdo con la fórmula I. La
relación en peso de polímero asociativo a tensioactivo no iónico es
normalmente de 15:1 a 2:1 aunque puede utilizarse un porcentaje más
alto del tensioactivo no iónico, p. ej. hasta 3:2. Esto puede
considerarse cuando el concentrado contiene porcentajes muy altos
de un polímero asociativo, por ejemplo, por encima del 35% en
peso.
Los tipos más comunes de polímeros asociativos
son poliuretano que contiene grupos etilenoxi, polímeros de
bloques, acrilatos solubles en bases, copolímeros y éteres
celulósicos aniónicos o no iónicos, en los que se han incorporado
grupos hidrófobos, como grupos hidrocarbonados. Los grupos
hidrófobos son al menos dos y pueden estar localizados en los
extremos del polímero, en la cadena del polímero o como grupos que
cuelgan de la cadena de polímero. Los grupos hidrófobos son
normalmente grupos hidrocarbonados que tienen 6-22
átomos de carbono capaces de formar agregados similares a micelas.
Los polímeros no iónicos son polímeros asociativos espesantes
preferidos. En las patentes EP-A-11
806, EP-A-57 875,
EP-A-248 612,
EP-A-250 943,
EP-A-310 345,
EP-A-390 240, US 4.079.028, US
4.228.277, WO93/24577 y WO94/6840 se describen ejemplos de polímeros
asociativos que están comprendidos en la presente invención. El
peso molecular de los polímeros asociativos es, adecuadamente, de
4.000 a 100.000 aunque pueden emplearse polímeros que tienen un peso
molecular más alto.
Los polímeros asociativos se utilizan, como
norma, como agentes espesantes en composiciones de revestimiento
que contienen aglutinante, tales como agentes de revestimiento de
papel con base acuosa y composiciones de pintura y barniz con base
acuosa.
Aglutinantes adecuados son aglutinantes de
emulsión, como resinas alquídicas, y aglutinantes de látex, como
poli(acetato de vinilo), poliacrilatos, copolímeros de
acetato de vinilo y acrilato, copolímeros de acetato de vinilo y
etileno, copolímeros de acetato de vinilo, etileno y cloruro de
vinilo, copolímeros de estireno y acrilatos y copolímeros de
estireno y butadieno. Los aglutinantes de látex se estabilizan
normalmente con tensioactivos aniónicos. Se ha descubierto que los
polímeros asociativos que contienen aductos de fórmula I son
especialmente adecuados para emplear en mezclas de barniz y pintura
que contienen aglutinantes de látex.
La presente invención se ilustra adicionalmente
con los siguientes ejemplos.
Varios concentrados que contienen 20% en peso de
un polímero de poliuretano asociativo que tiene un peso molecular
de alrededor de 14.000 y un grupo alquilenilo
C_{16}-C_{18} como grupo hidrófobo, se
prepararon mezclando el polímero de poliuretano con 1 mmol de un
agente tensioactivo reductor de la viscosidad, basado en 1 g de
polímero de poliuretano y agua.
La estructura química de los aditivos reductores
de la viscosidad se desprende de la siguiente tabla. Después se
agitó la mezcla para lograr una mezcla homogénea, acto seguido se
midió la viscosidad Brookfield de las mezclas a 23ºC y 12 rpm. Se
obtuvieron los siguientes resultados.
Los resultados muestran que los compuestos de
fórmula I tienen una capacidad de reducir la viscosidad
sorprendentemente buena.
Se preparó un barniz mezclando un barniz basado
en una disolución de poliuretano que contenía 9 partes de agua y 1
dl del concentrado de poliuretano según los ensayos
1-8 con 1mmol de un tensioactivo por g de
poliuretano según la tabla a continuación. El barniz resultante se
aplicó con un espesor de 200 mm en placas de vidrio y se dejó
secar. El brillo de las capas de barniz se midió frente a un fondo
blanco midiendo la reflectancia a 85ºC. La claridad del barniz se
evaluó visualmente en una escala dividida en dos grados. Se
obtuvieron los resultados siguientes
| Ensayo | Compuesto | Brillo | Aspecto |
| G | alcohol C_{12} + 8 EO | 107 | Claro |
| H | 2-etilhexanol + 4 EO | 91 | turbio |
| I | n-octanol + 4 EO | 88 | turbio |
| 9 | 2-etilhexanol + 6 EO + 2 PO | 105 | claro |
| 10 | 2-etilhexanol + 8 EO + 2 PO | 104 | claro |
| 11 | 2-etilhexanol + 8 EO + 4 PO | 108 | claro |
| 12 | 2-etilhexanol + 8 EO + 5 PO | 107 | claro |
| 13 | alcohol alquílico C_{10} metil-ramificado^{1)}+ 8 EO + 4 PO | 107 | claro |
| 1) alrededor de 2,2 grupos metilo por mol del alcohol. |
Como se desprende de los resultados, el
tensioactivo objeto de la invención da un barniz con mejor
reflectancia y aspecto que los tensioactivos comparados en los
ensayos H e I que tienen la misma longitud de cadena.
Del mismo modo que en el ejemplo 2, se prepararon
concentrados al 20% de un poliuretano asociativo comercial (Serad
1100 FX suministrado por Sevo Delden BV), y se determinó la
viscosidad Brookfield de los concentrados. Se obtuvieron los
resultados siguientes.
Como se desprende de los resultados, los
compuestos de fórmula I según la invención tienen un efecto
reductor de la viscosidad sorprendentemente bueno.
Del mismo modo que en el ejemplo 2, se prepararon
concentrados al 20% de un polímero de poliuretano asociativo
comercial (Rheolate 208 suministrado por Reox Inc.). Se determinó
la viscosidad Brookfield de los concentrados, y se obtuvieron los
resultados siguientes.
Los resultados muestran que los aditivos según la
invención redujeron la viscosidad del concentrado hasta un punto
considerable.
Claims (11)
1. Uso de un tensioactivo no iónico de
fórmula
(I)RO \
\abrepg AO\cierrapg{a} \
H
en la que R es un grupo alquilo que
tiene 6-12 átomos de carbono y AO es un grupo
etilenoxi o propilenoxi, siendo la relación de grupos etilenoxi
respecto al número total de grupos etilenoxi y propilenoxi de 1:2 a
5:6, y a es un número entre 7 y 16, como un agente reductor de la
viscosidad para un concentrado acuoso de un polímero espesante
asociativo.
2. El uso según la reivindicación 1, en el que el
tensioactivo no iónico tiene la fórmula
RO \ \abrepg
EO\cierrapg{e} \ \ \abrepg PO\cierrapg{p} \
H
en la que R tiene el significado
anterior, EO designa un grupo etilenoxi y PO un grupo propilenoxi,
y e y p son números, siendo el \Sigma de e+p
7-16.
3. El uso según la reivindicación 1 ó 2, en el
que el número total de grupos etilenoxi y propilenoxi está entre 8 y
14.
4. El uso según la reivindicación 1, 2 ó 3, en el
que R es un grupo alquilo de fórmula
(II)C_{p}H_{2p+1}
\delm{C}{\delm{\para}{C _{m} H _{2m+1} }}HCH_{2}---en la que m y p son al menos 2 y la
suma de m+p+2 es 8-10, o un grupo alquilo que
contiene 2-4 grupos de fórmula
-CH(CH_{3})- y que tiene 8-11 átomos de
carbono.
5. El uso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-4, en el que la proporción de
grupos etilenoxi respecto al número total de grupos etilenoxi y
propilenoxi es de 8:13 a 4:5.
6. El uso según una cualquiera de las
reivindicaciones 1-5, en el que el polímero
asociativo es un poliuretano.
7. Un concentrado acuoso de un polímero espesante
asociativo, caracterizado por que el concentrado contiene un
tensioactivo no iónico definido según una cualquiera de las
reivindicaciones 1-5 y tiene una viscosidad
Brookfield, medida a 23ºC y 12 rpm, de 100-20.000
cP.
8. Un concentrado según la reivindicación 7,
caracterizado por que contiene 10-50% en
peso del polímero asociativo y 1-25% en peso del
tensioactivo no iónico.
9. Un concentrado según la reivindicación 7 u 8,
caracterizado por que tiene una viscosidad de
200-10.000 cP y contiene 15-45% en
peso del polímero asociativo y 1-15% en peso del
tensioactivo no iónico.
10. Un concentrado según una cualquiera de las
reivindicaciones 7-9, caracterizado por que
el polímero asociativo es un poliuretano.
11. Un concentrado según una cualquiera de las
reivindicaciones 7-10, caracterizado por que
el polímero asociativo tiene un peso molecular de
4.000-100.000.
Applications Claiming Priority (2)
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| SE9802329 | 1998-06-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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