ES2226048T3 - Espesantes poliuretano utiles para sistemas claros y ultrabrillantes basados en agua incluyendo pinturas y recub. que incluyen recub. textiles, proc. para proporcionar prop. reologicas a sist. claros basados en agua que usan espes. y sist. claros basados en agua con dichos espes. - Google Patents
Espesantes poliuretano utiles para sistemas claros y ultrabrillantes basados en agua incluyendo pinturas y recub. que incluyen recub. textiles, proc. para proporcionar prop. reologicas a sist. claros basados en agua que usan espes. y sist. claros basados en agua con dichos espes.Info
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A COMPOSICIONES ESPESANTES MEJORADAS, A MENUDO DENOMINADAS ADITIVOS REOLOGICOS, UTILIZADAS PARA PROPORCIONAR UN CONTROL DE LA VISCOSIDAD, FLUJO, NIVELADO Y OTRAS PROPIEDADES REOLOGICAS, A SISTEMAS ACUOSOS CLAROS, COMO PINTURAS DE REVESTIMIENTO CLARO Y REVESTIMIENTOS PARA AUTOMOVILES. LA INVENCION IMPLICA LA SINTESIS DE UNA NUEVA FAMILIA DE ADITIVOS REOLOGICOS, MEDIANTE COMBINACION, A TRAVES DE UN PROCEDIMIENTO DE REACCION, DE SUSTANCIAS QUIMICAS UTILIZADAS PARA LA FABRICACION DE COMPOSICIONES POLIMERICAS DE POLIURETANO DETERMINADAS. DICHOS NUEVOS COPOLIMEROS PROPORCIONAN LA FACILIDAD DE FLUJO Y CONSERVACION DE LA NIVELACION Y DEL BRILLO QUE CONFIEREN LOS ESPESANTES ASOCIATIVOS DEL POLIURETANO A LOS SISTEMAS ACUOSOS, SIN LA PERDIDA DE CLARIDAD QUE PRODUCIAN DICHOS POLIMEROS EN EL PASADO. LOS NIVELES DE LA COMPOSICION ESPESANTE REOLOGICA VARIAN ENTRE APROX. EL 0.01 Y EL 10 % BASADO EN EL PESO TOTAL DEL SISTEMA A ESPESAR, Y SE HA DETERMINADO QUE SON UTILES PARACREAR NUEVOS SISTEMAS ACUOSOS CLAROS QUE CONTIENEN DICHAS COMPOSICIONES ESPESANTES.
Description
Espesantes poliuretano útiles para sistemas
claros y ultrabrillantes basados en agua incluyendo pinturas y
recubrimientos que incluyen recubrimientos textiles, un
procedimiento para proporcionar propiedades reológicas a sistemas
claros basados en agua que usan dichos espesantes y sistemas claros
basados en agua con dichos espesantes.
La presente invención se refiere a espesantes
poliuretano mejorados, a menudo denominados aditivos reológicos,
usados para proporcionar un control sobre la viscosidad, el flujo,
la nivelación y otras propiedades reológicas a sistemas acuosos
claros y ultrabrillantes tales como cubiertas claras y
recubrimientos claros incluyendo recubrimientos textiles. La
invención también incluye un procedimiento para la fabricación de
dichos espesantes poliuretano mejorados, los sistemas acuosos
claros que contienen dichos espesantes y un procedimiento de
espesamiento de sistemas acuosos claros que usan dichos
espesantes.
Los recubrimientos se han usado ampliamente para
embellecer y además proteger un sustrato subyacente. Una nueva área
en crecimiento de recubrimientos son sistemas acuosos claros usados,
por ejemplo, como cubiertas claras para automóviles. Los sistemas
acuosos claros deben proporcionar transparencia y profundidad de
campo, así como otras propiedades ópticas después de su aplicación,
además de proteger la superficie subyacente. Los sistemas acuosos
claros incluyen recubrimientos claros para automóviles, lacas de
madera, pinturas y otros recubrimientos claros, barnices y
recubrimientos textiles.
Esta invención implica la síntesis de una nueva
familia de polímeros reológicos poliuretano especialmente adecuados
para sistemas claros combinando, a través de un procedimiento de
reacción, un grupo definido de productos químicos para fabricar
dichos polímeros poliuretano. Estos polímeros proporcionan un flujo
y una nivelación buenos y la retención del brillo para sistemas
claros basados en agua. Desde hace algún tiempo ha habido necesidad
de aditivos reológicos para sistemas claros que confieran
propiedades reológicas incluyendo resistencia de combadura y
disminución por cizalladura, y que simultáneamente no afecte de
manera adversa a la claridad, transparencia y brillo de dichos
sistemas claros. El producto de la presente invención produce un
aditivo reológico valioso para una gran variedad de sistemas acuosos
modernos transparentes o claros. En el pasado algunas empresas han
usado los espesantes poliuretano en sistemas claros, pero este uso
generalmente ha producido cierta cantidad de nebulosidad en la
película final.
El documento Paint and Coatings
Dictionary, publicado por la Societies For Coatings Technology
en 1978, define un sistema o recubrimiento claro como una película
transparente protectora y/o decorativa. Las aplicaciones típicas
para dichos recubrimientos claros incluyen acabados de madera
claros interiores, pulido de muebles, placas basadas en agua y
acabados de cubiertas claras para automóviles, y muchos otros usos
comerciales comunes.
Se sabe desde hace tiempo que los aditivos
reológicos, que sólo se añaden a sistemas acuosos pigmentados en
porcentajes en peso relativamente bajos, pueden modificar la
reología de sistemas acuosos para satisfacer diversos criterios de
aplicación y estéticos. Los sistemas acuosos modificados de esta
manera han incluido pinturas de látex, recubrimientos protectores,
recubrimientos de papel, detergentes domésticos, artículos de
cuidado personal y cosméticos, adhesivos y selladores, tintas,
fluidos de perforación, y similares.
Los aditivos reológicos son tixótropos que
confieren una red tridimensional a sistemas líquidos como se
manifiesta por una viscosidad incrementada a velocidades de
cizalladura bajas. Cuando el sistema se cizalla a velocidades de
cizalladura altas, esta red se rompe, produciendo un descenso en la
viscosidad; la red se recupera cuando cesa la fuerza externa. La
velocidad de recuperación determina las propiedades de aplicación
del sistema tales como el grado de resistencia de combadura y
nivelación. Los aditivos reológicos se añaden entre el 0,01%
aproximadamente y el 10% aproximadamente (dependiendo del espesante,
las características del sistema que se ha de espesar y el perfil
reológico deseado) en base al peso total del sistema que se ha de
espesar. A menudo los términos tixótropo, espesante, y aditivo
reológico se usan indistintamente.
Están disponibles muchos aditivos reológicos para
sistemas de látex basados en agua: naturales, naturales modificados
y sintéticos. Los aditivos reológicos naturales incluyen goma de
guar, pectina, caseína, carragenina, goma de xantano y alginatos.
Los aditivos modificados incluyen celulosas modificadas, más
particularmente metil celulosa, hidroxipropil celulosa, y
carboximetil celulosa.
En los últimos 20 años, los aditivos reológicos
sintéticos, incluidos los poliuretanos, han adquirido una mayor
importancia comercial con respecto a aditivos reológicos modificados
y naturales. Estos espesantes sintéticos más recientes proporcionan
propiedades de aplicación mejoradas y suspensión del pigmento
mejorado. En sistemas basados en agua, que incluyen pinturas de
látex, es muy deseable que dichos sistemas sean fluidos durante su
aplicación, pero que no se comben después de haber sido aplicados.
Es más deseable que el recubrimiento resultante forme una película
homogénea y una superficie plana suave. Dichos aditivos reológicos
se pueden añadir en cualquier momento a sistemas de látex acuosos,
incluyendo la etapa de pulverización o después de que se haya
dispersado el pigmento, es decir, en forma de
post-aditivo.
Dos patentes concedidas a RHEOX Inc., el
cesionario de la presente solicitud, describen una familia de
composiciones espesantes poliéter poliuretano para pinturas de
látex. Estas patentes, las patentes de EE.UU. Nº 4.499.233 y
5.023.309, describen estos aditivos reológicos como el producto de
reacción de poliisocianatos, poliéter polioles, agentes
ramificantes que contienen al menos un grupo hidrófobo interno
pendiente y al menos dos fracciones hidrógeno activo terminadas por
un agente encapsulante. Los agentes encapsulantes mencionados
incluyen alcoholes, aminas, ácidos carboxílicos y mercaptano.
Otra familia de espesantes sintéticos poliuretano
usados extensamente en aplicaciones comerciales para pinturas de
látex opacas se describe en las patentes de EE.UU. Nº 4.079.028 y
4.155.892. Estos espesantes se describen como preparados haciendo
reaccionar al menos un poliéter poliol soluble en agua y un
diisocianato con al menos un compuesto orgánico hidrófobo
monofuncional, normalmente un monoisocianato orgánico. Se describen
aminas ramificadas, monoisocianatos ramificados y poliéter
alcoholes ramificados como posibles agentes encapsulantes.
Un tipo de espesante poliuretano relacionado es
un polímero orgánico termoplástico soluble en agua que tiene un
número de grupos hidrófobos monovalentes incorporados en la porción
interna de la molécula polimérica. Las patentes de EE.UU. Nº
4.496.708 y 4.426.485, concedida a la Union Carbide Corporation,
describen espesantes poliuretano para pinturas de látex que son
polímeros de tipo peine solubles en agua que contienen una serie de
grupos hidrófobos internos pendientes.
Los aditivos reológicos de pintura de látex
descritos anteriormente a menudo se han denominado de manera
general por el término espesantes asociativos poliuretano. Los
espesantes asociativos se denominan así debido al mecanismo por el
cual se espesan que implica asociaciones hidrófobas entre las
especies hidrófobas de las moléculas de espesante y otras
superficies hidrófobas, sobre otras moléculas de espesante o sobre
las partículas de látex, pigmentos o micelas en el sistema que se
ha de espesar.
Los sistemas claros acuosos tales como cubiertas
de madera claras y barnices y lacas para muebles se han utilizado
cada vez más, reemplazando gradualmente a sistemas claros basados
en disolventes o compuestos orgánicos, para conferir diversas
propiedades protectoras y ópticas, incluyendo el realce aumentado de
nuevos tipos de cubiertas base. Cuando se usan como pinturas y
barnices, dichos recubrimientos claros se aplican directamente
sobre el sustrato a cubrir, o sobre una cubierta base inicial, para
proteger el sustrato y al mismo tiempo conferir un aspecto claro y
brillante al producto. Cuando se usa con una cubierta base, el
recubrimiento claro también protege al recubrimiento basal o al
sustrato de madera de daños tales como arañazos y deformaciones, y
proporciona una variedad de cualidades estéticas al sistema en
cuestión.
Además, se han fabricado una serie de nuevos
productos de consumo e industriales basados en agua en una forma
clara por una variedad de razones; esto es, están diseñados para
ser efectivamente transparentes. Dicha transparencia se pretende
que indique en muchos casos un producto más natural y puro que
atraerá a los consumidores tanto estéticamente, como por un indicio
de la pureza del producto. Dichos productos basados en agua
incluyen, por ejemplo, detergentes, lociones y diversos productos
domésticos y algunos productos cosméticos y de cuidado
personal.
En el pasado, las lacas y barnices más claros
contenían el 80% aproximadamente de disolvente. El efecto espesante
en dichas lacas y barnices a menudo se conseguía principalmente por
la evaporación del disolvente. Hay, por lo tanto, una tendencia en
la industria del barniz en la que los fabricantes de dichos
sistemas están pasando de sistemas con mucho disolvente a sistemas
acuosos para cumplir con los límites medioambientales estrictos de
emisión de productos orgánicos volátiles. El agua, sin embargo, se
evapora más lentamente que la mayoría de los disolventes orgánicos
conduciendo solamente a un pequeño incremento en sólidos según se
pulveriza el recubrimiento. Además, en muchos recubrimientos
basados en agua, no todos los componentes sólidos principales están
en la fase continua (el agua), de manera que son necesarios grandes
cambios en el contenido en sólidos para conseguir incrementos
sustanciales en la viscosidad. Finalmente, el papel de la
evaporación del agua del recubrimiento durante y después de su
aplicación depende estrechamente de la humedad relativa que es una
variable difícil - o costosa- de controlar. Por las razones
anteriores, hay una necesidad comercial creciente de modificar las
propiedades reológicas de los sistemas acuosos claros mediante el
uso de un espesante que conferirá resistencia de combadura y un
comportamiento disminución por cizalladura pero que no afectará
adversamente a la claridad, transparencia y brillo del
recubrimiento seco.
Hasta la fecha, diversos de los aditivos
reológicos empleados en sistemas de cubiertas claras se
desarrollaron y se han concebido principalmente como espesantes
recubrimientos acuosos no claros de tipo látex, y algunos se han
usado en formulaciones de cubiertas claras simplemente porque están
disponibles. Sin embargo, el aditivo reológico de cubierta clara
ideal requiere características especiales normalmente no
encontradas en espesantes concebidos para su uso general, tales
como la capacidad de dar una película seca clara, la incorporación
predecible en formulaciones de cubierta claras que varían en parte
su composición debido a los materiales en bruto fabricados, la
estabilidad térmica del sistema de recubrimiento después de su
almacenamiento y una eficacia global suficiente. Así, para la
comunidad científica existía una necesidad de acometer el
desarrollo de aditivos reológicos orientados principalmente a su
aplicación en formulaciones de cubiertas claras. La presente
invención descrita aquí sirve para cubrir esta necesidad.
Como se describe, los sistemas de recubrimiento
claros se están convirtiendo particularmente habituales en
formulaciones para su uso en muebles, artefactos de madera, y
pinturas para automóviles y textiles. Cuando se aplican sistemas de
recubrimiento multicubierta, se ha comprobado que es difícil obtener
recubrimientos que tengan una buena dispersabilidad y sean
uniformemente ultrabrillantes mientras que al mismo tiempo
mantienen un color y una claridad excelentes. En la industria de
los recubrimientos de madera se están utilizando cubiertas claras,
cada vez más basadas en sistemas acuosos. Estos sistemas de pintura
deben poseer resistencia química, resistencia al agrietamiento y
otras propiedades útiles. Al mismo tiempo, es y ha sido un objetivo
de las industrias anteriores mejorar continuamente las propiedades
estéticas y de claridad de sus formulaciones claras. En
recubrimientos para automóviles se aplica una composición de
cubierta base pigmentada a un sustrato metálico para ocultar
imperfecciones y manchas y proporcionar los colores estéticamente
agradables deseados. A esta etapa le sigue la aplicación de una
"cubierta clara" superior. La cualidad más importante de la
cubierta clara superior es que proporciona una película
transparente. El término "película transparente" se define como
la película (cuando se seca) a través de la cual se puede ver la
cubierta de debajo (cubierta base).
El aspecto más importante de la cubierta superior
clara es que es sustancialmente transparente de manera que el
efecto estético y policromático completo de la cubierta inferior no
se reduce. En algunos casos, se pueden obtener efectos estilísticos
únicos y deseables mediante la adición a la cubierta superior de
partículas o colores complementarios o de contraste. Otra
característica de la cubierta superior clara es una mejora
importante en la durabilidad que se proporciona a la composición de
recubrimiento global.
Los espesantes poliuretano de la técnica
anterior, mientras que son útiles en la proporción de mejoras en la
viscosidad a pinturas de látex pigmentadas, casi siempre han
fallado en conseguir una aceptación universal en sistemas claros por
parte de los formuladores debido a que pueden conferir una
nebulosidad a la película final. Se especula que este fenómeno se
debe a una incompatibilidad polímero-polímero
básico. Se conoce desde hace tiempo que un polímero orgánico dado
no necesariamente es fácilmente compatible con otro compuesto
orgánico, y los inventores han concluido que esta incompatibilidad
conduce a estados físicos no homogéneos; una manifestación común de
esto en sistemas claros es una película seca final nebulosa,
oscurecida o traslúcida. Así, las características útiles de los
espesantes de látex poliuretano habituales concebidos para sistemas
acuosos de naturaleza general se pierden cuando se intenta usarlos
como aditivos tixotrópicos en sistemas de cubierta claros.
Un texto excelente que describe las teorías de la
compatibilidad e incompatibilidad de los polímeros es: F. W.
Billmeyer, "Textbook of Polymer Science", 3ª edición,
Wiley-Interscience, 1984.
Aunque no se refiere a sistemas claros, Rohm y
Haas ha expedido al menos cuatro patentes relativamente recientes
de espesantes; dos relacionadas con la química de los ácidos
carboxílicos, (patentes de EE.UU. Nº 5.182.327 y 5.256.724) y dos
con la química de los poliuretanos, patentes de EE.UU. Nº 5.281.654
(descripción de alcoholes ramificados pero sólo como aductos con
óxidos de alquileno como agentes encapsulantes) y Nº 4.180.491
(descripción similar a la patente Nº 5.281.654). Dos patentes
relativamente recientes de 1995 y 1997 de Bayer implican espesantes
poliuretano - véase patentes de EE.UU. Nº 5.594.087 y 5.378.756. Una
de estas patentes describe una mezcla de alcoholes
hidrófilos/hidrófobos específicos como reactivos para preparar los
poliuretanos descritos.
Hay un número limitado de patentes de la técnica
anterior que se refieren a espesantes para cubiertas claras. La
patente de EE.UU. Nº 4.748.049 implica un espesante poliacrilato que
facilita la aplicación de recubrimientos "claros cristalinos"
a superficies verticales. La patente de EE.UU. Nº 5.182.142 usa una
amplia variedad de espesantes, principalmente celulósicos, pero
también gomas y poliacrílicos para "recubrimientos
transparentes" para artículos de caucho moldeados. La patente de
EE.UU. Nº 5.506.325 reciente usa un copolímero no gelificado basado
en la química del metil metacrilato/ácido acrílico para "sistemas
de recubrimiento claros y/o coloreados". La patente europea en
alemán de 1987 Nº 0301300 de BASF (no se ha encontrado equivalente
en inglés) implica un compuesto químico poliéster
poliol/poliisocianato para cubiertas claras decorativas.
Es un objeto de la presente invención solucionar
o mitigar sustancialmente los problemas creados por los espesantes
de látex poliuretano de la técnica anterior y proporcionar un
espesante poliuretano especialmente útil para sistemas acuosos
claros. Es, por lo tanto, un objeto más específico de la presente
invención proporcionar un espesante poliuretano que es útil para
incrementar la viscosidad de sistemas claros basados en agua de una
manera eficaz mejorada, más fácilmente y sin la pérdida de claridad
causada tan a menudo por los espesantes de la técnica anterior.
Es otro objeto de la presente invención
proporcionar un sistema acuoso claro que contiene un espesante
poliuretano que proporciona propiedades reológicas del tipo
descrito.
Es un objeto adicional de la invención
proporcionar un aditivo espesante que se puede preparar fácilmente
usando materiales disponibles comercialmente y tecnologíade
procesamiento actual, incluyendo técnicas de polimerización libre
de disolvente y en disolución, en funcionamiento en continuo,
semi-contínuo, o discontinuo.
Es un objeto adicional de la invención
proporcionar un espesante poliuretano que se puede dispersar
fácilmente en el sistema claro que se ha de espesar, que se maneja
fácilmente, y que se puede incorporar bien.
Los espesantes poliuretano de la presente
invención son los productos de reacción sintetizados mediante la
producción de un polímero que comprende el producto de reacción
de:
- (a)
- uno o más poliisocianatos;
- (b)
- uno o más poliéter polioles;
- (c)
- uno o más agentes encapsulantes ramificados seleccionados del grupo compuesto por alcoholes ramificados que tienen la estructura:
R---
\melm{\delm{\para}{R ^{1} }}{C}{\uelm{\para}{R ^{111} }}---R^{11}
en la que R =
HO-CH_{2}-(CH_{2})_{k} con k = 0 a
4.
R^{1} = (CH_{2})_{m}CH_{3} en la
que m = 4 a 14
R^{11} = (CH_{2})_{n}CH_{3} en la
que n = 2 a 10 y
R^{111} = H, CH_{3} o C_{2}H_{5}, siendo
preferido H.
- (d)
- opcionalmente, uno o más agentes modificantes que tienen al menos dos fracciones reactivas con el componente (a) o (b) y al menos un grupo hidrófobo.
El elemento (a), el uno o más poliisocianatos,
debería contener al menos dos grupos isocianato por molécula y
puede ser lineal o ramificado, alifático, cicloalifático, o
aromático.
El poliisocianato preferentemente contiene dos
fracciones isocianato por molécula. Se pueden usar funciones
poliisocianato superiores como una fracción de los requerimientos
de isocianato total. Sin embargo, el uso de funciones
poliisocianato superiores está limitado por la posibilidad de la
formación de un gel insoluble entrecruzado que es inapropiado para
los propósitos de la presente invención. Si se usan poliisocianatos
tri-funcionales y superiores generalmente deberían
constituir menos del 20% molar aproximadamente de los
requerimientos mínimos de isocianato total. Preferentemente, los
poliisocianatos tri-funcionales y superiores
constituyen menos del 10% molar y, más preferentemente, están
ausentes del poliisocianato.
Ejemplos de poliisocianatos útiles en la
preparación de los polímeros de la presente invención son
1,6-hexametilen diisocianato;
1,4-tetrametilen diisocianato; un producto
denominado Vestanat TMDI fabricado por Huls America, Inc., que es
una mezcla 40:60 (en peso) de 2,2,4-trimetil
hexametilen-1,6-diisocianato y
2,4,4-trimetilhexametilen-1,6-diisocianato;
1,10-decametilen diisocianato;
1,4-ciclohexilen diisocianato;
4,4'-metilen bis-(isocianatociclohexano);
1-isocianato-3-isocianatometil-3,5,5-trimetil-ciclohexano;
m- y p-fenilen diisocianato; 2,6- y
2,4-tolilen diisocianato; xilen diisocianato;
4-cloro-1,3-fenilenen
diisocianato; 4,4'-bifenilen diisocianato;
4,4'-metilen difenilisocianato;
1,5-naftilen diisocianato;
1,5-tetrahidronaftilen diisocianato; polimetilen
polifenilisocianatos vendidos bajo la marca "PAPI" tales como
"PAPI 135" (peso equivalente de 133,5 y promedio de función
isocianato de 2,7) y "PAPI 901" (peso equivalente de 133 y
promedio de función isocianato de 2,3), el aducto triisocianato
aromático de trimetilol propano y tolilen diisocianato vendido bajo
la marca "Mondur CB-75"; el producto
triisocianato alifático de la trimerización hidrolítica de
1,6-hexametilen diisocianato vendido bajo la marca
"Desmodur N"; el diisocianato ácido dimérico C_{36} vendido
bajo la marca "DDI", basado en ácidos diméricos como se
describe en J. Am. Oil Chem. Soc. 51, 522 (1974) y sus mezclas.
Los poliisocianatos preferidos incluyen
1,6-hexametilen diisocianato; Vestanat TMDI;
1-isocianato-3-isocianatometil-3,5,5-trimetil-ciclohexano;
2,6- y 2,4-tolilen diisocianato; y sus mezclas. Los
más preferidos son los dos isómeros tolilen diisocianato y sus
mezclas y el Vestanat TMDI mencionados anteriormente.
Se debe entender que la molécula o moléculas
poliisocianato pueden contener fracciones funcionales distintas al
isocianato si estas fracciones adicionales son sustancialmente no
reactivas con cualquiera de los grupos isocianato o hidrógeno
activo en las condiciones de reacción para la preparación del
prepolímero de esta invención. Consistente con este conocimiento, el
término "poliisocianato" y los denominados poliisocianatos
abarcan dichos materiales a menos que se indique otra cosa.
Ejemplos de fracciones que no afectan adversamente a la reacción
incluyen: cetonas; ésteres, y aldehídos; amidas, particularmente
amidas N,N-disustituidas; hidrocarburos halogenados;
éteres; y aminas terciarias.
El elemento (b), el componente poliéter poliol
usado en la presente invención, se puede seleccionar entre una
amplia variedad de productos comerciales; una fórmula
representativa para polímeros poliol útiles son los polímeros que
tienen la unidad repetitiva:
en la que R_{1}, R_{2}, R_{3}
y R_{4} se seleccionan independientemente del grupo compuesto por
H, CH_{3} y C_{2}H_{5}. El polímero poliol debe ser
dispersable en agua. En un poliol dado se pueden encontrar más de un
tipo de unidades repetitivas. El peso molecular medio del poliéter
poliol debería estar entre 200 aproximadamente y 20.000
aproximadamente, preferentemente entre 2000 aproximadamente y 14.000
aproximadamente, y más preferentemente entre 2000 aproximadamente y
10.000
aproximadamente.
El poliéter poliol usado debería tener
sustancialmente una fracción hidroxílica en cada término de la
cadena poliéter y/o tener un extremo de la cadena poliéter unido a
la molécula central que tiene al menos una fracción hidrógeno activo
adicional y/o una cadena poliéter unida a ella. Esta definición
incluye polímeros poliuretano de peso molecular medio y bajo que
tienen al menos dos fracciones hidroxílicas. En este aspecto, el
poliéter poliol también puede ser un poliéter poliol tridimensional
formado por la combinación de al menos un poliéter poliol con un
material que tiene tres o más fracciones, sobre las cuales se puede
formar o reaccionar la cadena poliéter. Dichas fracciones incluyen
funciones amina, ácido carboxílico, e hidroxilo, y sus mezclas.
Ejemplos representativos de estos materiales
tri-funcionales y superiores incluyen etanolamina,
glicerol, trimetilol propano, pentaeritritol, sorbitol, ácido
málico, ácido tartárico, y ácido cítrico.
Ejemplos de poliéter polioles preferidos útiles
para la presente invención son polietilen glicol, copolímeros en
bloque y aleatorios de un grupo de dioles compuestos por
etilenglicol, copolímeros con propilen glicol y/o butilen glicol, y
aductos poliéter poliol de glicerol, etilenglicol con glicerol,
trimetilolpropano, y pentaeritritol y sus mezclas.
El componente poliol puede estar compuesto de uno
o más compuestos poliol, del mismo tipo químico (por ejemplo,
polietilen glicoles de diferentes pesos moleculares) o distinto (por
ejemplo mezclas de polietilen y polipropilen glicoles). Los
poliéter polioles preferidos son polietilen glicol y mezclas de dos
polietilen glicoles de diferentes pesos moleculares.
Las cantidades de los componentes (a) y (b) se
deben seleccionar de manera que el isocianato esté en exceso como
se conoce en la técnica. Los grupos isocianato en exceso finalmente
están encapsulados con los elementos (c) como se describe
anteriormente. El número de equivalentes de (c) se selecciona
preferentemente para que sea aproximadamente igual al número de
equivalentes de la fracción en exceso de la reacción de los
componentes (a) y (b) y del componente (d) opcional.
Como indica su nombre, el elemento (c), el agente
encapsulante ramificado se usa para encapsular los extremos de la
cadena polimérica. Esto previene de reacciones adicionales en los
extremos de la cadena que podrían provocar que el polímero se
hiciese no dispersable en agua. El uso del agente encapsulante
ramificado reduce la toxicidad del poliuretano final. Más
importante, si se selecciona adecuadamente, el agente encapsulante
ramificado incrementa la eficacia de la viscosidad de cizalladura
baja y al mismo tiempo asegura que no se produzca la disminución de
la claridad en el sistema de cubierta claro.
El agente encapsulante ramificado, que contiene
una fracción hidroxílica, se debe seleccionar de manera que sea
reactivo con una fracción isocianato y la cantidad de un agente
encapsulante particular depende de las condiciones de reacción y
las cantidades de los otros reactivos, particularmente los elementos
(a) y (b) y el elemento (d) opcional. Si se selecciona una ruta
sintética de manera que se produzca un prepolímero antes del
encapsulamiento, como es muy conocido, los constituyentes de
reacción se eligen de manera que el poliuretano modificado no
encapsulado esté sustancialmente terminado con isocianato y que el
agente encapsulante contenga una fracción de hidrógeno activo capaz
de reaccionar con una fracción isocianato.
Los alcoholes ramificados usados como agentes
encapsulantes en la presente invención son del tipo siguiente:
R---
\melm{\delm{\para}{R ^{1} }}{C}{\uelm{\para}{R ^{111} }}---R^{11}
en la que R =
HO-CH_{2}-(CH_{2})_{k} con k = 0 a
4.
R^{1} = (CH_{2})_{m}CH_{3} en la
que m = 4 a 14
R^{11} = (CH_{2})_{n}CH_{3} en la
que n = 2 a 10 y
R^{111} = H, CH_{3} o C_{2}H_{5}, siendo
preferido H.
y el contenido de carbonos totales del alcohol
ramificado preferentemente está entre 10 y 24.
Productos útiles disponibles comercialmente
incluyen la línea Isofol de alcoholes ramificados obtenidos en la
CONDEA Vista Company.
También son útiles las mezclas de agentes
encapsulantes ramificados y las mezclas de uno o más agentes
encapsulantes ramificados y encapsulantes no ramificados
tradicionales.
El elemento (d), el agente o agentes modificantes
opcionales, es cualquier molécula que se caracteriza por la
presencia de al menos un grupo hidrófobo y al menos dos fracciones
reactivas con un grupo isocianato. Ejemplos de fracciones hidrógeno
activo son grupos amino primario, amino secundario, hidroxi, carboxi
y mercapto. La cantidad de elemento (d) se selecciona
preferentemente de manera que la suma de los equivalentes de los
grupos hidrógeno activo de (d) y las fracciones hidroxilo de (b) es
inferior que los equivalentes de isocianato proporcionados por el
elemento (a).
La capacidad del químico para incluir el elemento
(d) en la síntesis del aditivo tixotrópico de la invención para
sistemas de cubierta claros proporciona un procedimiento
independiente para variar el carácter hidrófobo del polímero. Así,
si se selecciona una cápsula ramificada de bajo peso molecular el
carácter hidrófobo global de los aditivos se puede incrementar
mediante la selección adecuada del elemento modificante (d)
mientras que si se emplea una cápsula ramificada de elevado peso
molecular el resto del polímero solamente necesita incluir los
elementos (a) y (b) reactivos. La capacidad para ajustar el carácter
hidrófobo de los aditivos es importante de manera que se pueda
mantener la compatibilidad recubrimiento
polimérico-aditivo polimérico reológico para
producir películas secas claras.
El agente modificante opcional preferentemente
tiene al menos 10 átomos de carbono con el grupo hidrófobo que no
tiene fracciones reactivas con el poliisocianato o el poliéter
poliol. Se prefieren grupos hidrófobos pendientes. El grupo
hidrófobo pendiente normalmente es un grupo hidrocarbonado, pero
puede contener fracciones, tales como grupos alcoxi o halógeno. El
término "pendiente" se usa para indicar que el grupo hidrófobo
se extiende en toda o en una parte sustancial de la cadena
polimérica, más que estar totalmente incorporado en la cadera
polimérica - véase patente de EE.UU. 5.023.309 que se incorpora por
referencias.
En el mecanismo espesante asociativo de la
presente invención, generalmente se hipotiza que las fracciones
hidrófobas de la composición espesante de esta invención están
dispersadas en los componentes contenidos en el sistema acuoso
claro en el que se asocian a continuación formando una estructura
similar a una red. Bajo la aplicación de cizalla, las unidades
asociadas se separan mecánicamente provocando el descenso en la
viscosidad, conocido como "disminución por cizalladura". Tras
la eliminación de la fuerza de cizalladura, las fracciones
hidrófobas se asocian de nuevo (se recuperan) en un proceso de
difusión controlado, volviendo a formar una red tridimensional, que
produce un incremento de la viscosidad a una velocidad
relativamente controlada que resulta en propiedades de nivelación y
flujo buenas. Esta interpretación del mecanismo del comportamiento
molecular ilustra como los espesantes poliméricos de la presente
invención muestran un aumento en la eficacia en un sistema claro
junto con propiedades de nivelación y flujo mejoradas. Mientras que
no se desea estar atado por la hipótesis, se cree que los nuevos
espesantes de esta invención funcionan sin provocar una pérdida de
claridad debido a que los agentes reológicos de la presente
invención se han dispersado en el recubrimiento y así se elimina la
incompatibilidad polímero-polímero que provoca la
nebulosidad. Otra interpretación es que las micelas (o dominios) de
los hidrófobos interactivos son suficientemente pequeñas como para
ser invisibles, esto es, no refractan la luz.
En una forma de realización preferida, la
presente invención proporciona un poliuretano que es el producto de
la reacción como se describe anteriormente de:
- \bullet
- uno o más poliéterpoliol(es)
- \bullet
- uno o más (di) poliisocianato(s), y
- \bullet
- uno o más agente(s) encapsulantes ramificados.
Los polímeros de la invención se pueden preparar
polimerizando los monómeros empleados por cualquier procedimiento
conocido en la técnica tal como polimerización por disolución,
suspensión, libre de disolvente o fusión en funcionamiento el
discontinuo, continuo o semi-continuo.
Como una forma de realización preferida, la
polimerización por disolución del polímero de la invención
generalmente se lleva a cabo de la siguiente manera: a un matraz o
vaso de reacción, equipado con una entrada de nitrógeno, un
agitador, una trampa, un condensador y una camisa calefactora, se
añade un disolvente adecuado y un poliglicol de un peso molecular
apropiado. Esta mezcla se calienta hasta el azeótropo del agua y a
continuación se enfría. Se añade un compuesto diisocianato con un
catalizador, y la reacción se mantiene en atmósfera de nitrógeno
durante varias horas a la temperatura deseada. A continuación se
añade a la reacción el agente encapsulante ramificado y después de
un tiempo suficiente, la disolución se descarga en un recipiente de
evaporación para eliminar el disolvente y aislar el producto
polimérico sólido. Este producto sólido se puede usar directamente
o se puede disolver/dispersar a continuación en, por ejemplo, una
mezcla de agua/co-disolvente para dar un producto
líquido vertible de baja viscosidad.
Si se usa un procedimiento libre de disolvente o
de fusión, el poliglicol se coloca en un mezclador, se calienta y
se elimina el agua sobre vacío durante varias horas. Se retira el
vacío y se estabiliza la temperatura. Se añaden el diisocianato y
el catalizador y, después de un tiempo de reacción adecuado, se
añade el agente encapsulante y se deja reaccionar. A continuación se
descarga el polímero fundido; se puede usar directamente o
disolverse/dispersarse en una mezcla
agua/co-disolvente.
En ambos procedimientos de fusión y disolución
descritos anteriormente, el agente encapsulante también se puede
añadir simultáneamente al diisocianato.
El uso del aditivo de la invención para sistemas
de cubierta claros implica dos factores importantes e
independientes - la dispersión del aditivo en el recubrimiento
líquido para proporcionar la reología necesaria y la formación de
una película clara no nebulosa tras el secado. La dispersión como se
describe en esta invención representa una solubilización real, la
formación de micelas a escala microscópica o la ruptura del aditivo
en partículas menudas distintas y separables de otras que están
suspendidas en el recubrimiento líquido claro. La capacidad para
dispersar de la presente invención está en parte en función de la
cápsula empleada; a medida que el contenido en carbonos totales de
la cápsula aumenta, el aditivo reológico de la invención se hace
más hidrófobo y así puede ser más difícil de dispersar en
recubrimientos basados en agua.
El balance hidrófobo/hidrófilo adecuado necesario
para conseguir una dispersión rápida del aditivo reológico de la
invención descrito aquí en una composición de recubrimiento acuosa
clara se puede conseguir de numerosas maneras; algunas de las
cuales consisten en el cambio del peso molecular de la cápsula, el
uso de mezclas de cápsulas de diversos pesos moleculares, el uso de
mezclas de cápsulas lineales o ramificadas en una única molécula
polimérica, el uso de mezclas de moléculas poliméricas que
contienen cápsulas lineales con polímeros que contienen cápsulas
ramificadas, el ajuste del balance hidrófobo del esqueleto
polimérico mediante el uso de un modificador pendiente, o
combinaciones y permutaciones de cualquiera de las formas
anteriores.
El producto polimérico de la presente invención,
se use como un sólido o en disolución, espesará composiciones
acuosas claras, particularmente composiciones de recubrimiento
acuosas claras, tras la dispersión del polímero en la composición
acuosa clara que se ha de espesar.
La cantidad de espesante polimérico que se puede
incorporar en cualquier composición acuosa dada depende del sistema
particular y de la viscosidad deseada. Aunque se puede emplear
cualquier cantidad eficaz de espesante polimérico, normalmente se
usa entre el 0,01 aproximadamente y el 10% aproximadamente,
preferentemente entre el 0,1 aproximadamente y el 3% en peso
aproximadamente, basado en el peso de la composición acuosa final
incluyendo el polímero.
Para composiciones de cubierta claras para
automóviles y composiciones de recubrimiento de madera, el
espesante poliuretano se puede incorporar en ellas en una cantidad
entre el 0,05 aproximadamente y el 5% aproximadamente, y
preferentemente entre el 0,1 aproximadamente y el 3% en peso
aproximadamente, basado en el peso de la composición total
incluyendo el poliuretano. La mezcla del nuevo espesante polimérico
en un sistema de recubrimiento claro es particularmente sencilla ya
que el espesante poliuretano de la invención es fácilmente
dispersable la mayoría de las veces. En situaciones normales, la
cantidad apropiada se mezcla en el sistema usando un aparato de
molienda de pintura común. El procedimiento más usual de aplicación
del polímero poliuretano de la presente invención para espesar un
sistema claro es añadir el polímero en forma líquida al medio que
se ha de espesar y a continuación la mezcla de los componentes. El
espesante se puede mezclar en el sistema acuoso claro usando
equipos de mezcla convencionales tales como molinos de arena,
aparatos de dispersión de alta y media velocidad, mezcladores de
pala, molinos de guijarros, molinos de bola, y aparatos de mezcla
similares muy conocidos.
Los polímeros de la presente invención se pueden
emplear como espesantes para controlar la viscosidad y reología de
composiciones claras basadas en agua y también otros sistemas de
pintura acuosos más tradicionales. Una composición basada en agua
está definida en esta invención por ser una composición en la que el
agua comprende entre el 5% aproximadamente y casi el 100% en peso de
la composición total. Los polímeros de la invención se pueden usar
para conferir propiedades reológicas a disoluciones acuosas tales
como aquellas usadas en barnices y
lacas.
lacas.
Otras composiciones acuosas claras a las cuales
se pueden añadir los polímeros de la invención con propósitos
espesantes incluyen cosméticos, recubrimientos de papel, barnices,
manchas, y acabados de muebles. Las composiciones acuosas claras
incluyen composiciones adicionales que se aplican a textiles tales
como líquidos de apresto de deformación y forros fluidos para
tapetes y telas de lanilla similares. Aplicaciones adicionales
incluyen recubrimientos textiles de látex acrílico. Estos sistemas
incluyen recubrimientos de cuero claros, recubrimientos de telas
resistentes, y cubiertas plásticas protectoras de muebles en los
que son necesarios recubrimientos superiores transparentes y de
cristal.
Las composiciones poliméricas descritas
anteriormente se fabrican y se dispersan fácilmente aditivos
reológicos igual o mejor que productos comparables de coste
superior con un amplio espectro de usos.
La presente invención se ilustra en profundidad
mediante los siguientes ejemplos. Todas las partes y porcentajes de
los ejemplos así como en la memoria descriptiva y reivindicaciones
están en peso a menos que se especifique otra cosa. Los siguientes
ejemplos son ilustraciones diseñadas para ayudar a aquellos
expertos en la materia a realizar la presente invención, pero no se
pretende que limiten la invención. Los diversos productos químicos
usados en los ejemplos son materiales comerciales.
Se preparó una mezcla de poli(etilen
glicol) de pesos moleculares 3350 y 8000 para dar un peso molecular
medio de 3400 g/mol aproximadamente. Mientras se mezclaba, el
poli(etilen glicol) se desecó sobre vacío durante 3 h; a
continuación la temperatura se estabilizó a 75ºC y el contenido del
reactor se puso en atmósfera de nitrógeno. Se añadió una mezcla de
dodecanol y hexadecanol para servir de cápsula lineal; también se
añadió 1,6-hexametilen diisocianato al reactor y se
mezcló durante dos minutos. A continuación se añadió un catalizador
de estaño y se dejó proseguir la reacción durante 30 minutos. Se
añadió un modificador diamina, Kemamine D-970
(Witco Corp.), y se dejó reaccionar durante 20 minutos. A
continuación el polímero fundido se descargó en una disolución
agua/co-disolvente para dar un producto final de 25%
de polímero/15% de butil carbitol/60% de agua. Este polímero se
denominó Comparativo A.
Se usó el mismo procedimiento que el usado en el
Ejemplo 1 para sintetizar un segundo poliuretano con los siguientes
cambios: 1) se usó un único poli(etilen glicol) que tenía un
peso molecular de 8000 g/mol; 2) se usó Armeen 12 (Witco Corp.)
como cápsula lineal, se usó VESTANAT TMDI (Huls America Inc.) como
diisocianato, y se usó Duomeen C (Witco Corp.) como modificador
diamina. Este polímero se preparó en la misma disolución
agua/co-disolvente y se denominó Comparativo B.
Se preparó una mezcla de poli(etilen
glicoles) de pesos moleculares 3350 y 8000 - pesos moleculares 3500
y 8000 - para dar un peso molecular medio de 3440 g/mol. Se colocó
1300 g de esta mezcla en un mezclador Sigma de 3,785 l y se
desecaron sobre vacío durante 3 horas. Se retiró el vacío, y la
temperatura se llevó hasta 75ºC, y el contenido del rector se puso
en atmósfera de nitrógeno. Se añadió al reactor 105,97 g de
VESTANAT TMDI (Huls America Inc.) y se dejó mezclar durante 2
minutos. Se añadió 2,30 g de catalizador dilaurato de dibutilestaño
y se dejó que la reacción tuviese lugar durante 30 minutos. Se
añadió un alcohol ramificado, 75,08 g de Isofol 20 (CONDEA Vista
Co., contenido en carbonos totales de 20, es decir C_{20}) usado
como cápsula y se dejó reaccionar durante 30 minutos. A
continuación el polímero fundido se descargó a una disolución de
butil carbitol/agua para dar un producto final de 25% de
polímero/18,5% de butil carbitol/56,5% de agua. El poliuretano
obtenido se denominó Compuesto 1.
Se usó el mismo procedimiento que el apuntado
anteriormente en el Ejemplo 3 para sintetizar un poliuretano con
los siguientes reactivos: se usó 1300 g de una mezcla de
poli(etilen glicol) de pesos moleculares 3350 y 8000 para dar
un peso molecular medio de 4512 g/mol junto con 80,79 g de VESTANAT
TMDI, 2,30 g de dilaurato de dibutilestaño, y 57,27 g de Isofol
20.
Este experimento se llevó a cabo para averiguar
el efecto de un cambio en el peso molecular del aditivo reológico
polimérico, es decir, para comparar los Ejemplos 3 y 4. El polímero
obtenido se denominó Compuesto 2. Nótese que los experimentos de
síntesis también se pueden llevar a cabo en cualquier disolvente que
no reaccione con los diisocianatos en la reacción, tal como tolueno;
entonces el procedimiento se modificaría al final de la reacción
para permitir la eliminación del disolvente.
Los polímeros descritos anteriormente se usaron
como aditivos reológicos en remesas de cubiertas claras comerciales
para dar los siguientes resultados:
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
\begin{minipage}[t]{140mm} * claridad, observada visualmente,
de la película seca en papel negro cubierto y plástico.
\end{minipage} \cr \begin{minipage}[t]{140mm} ** un
espesante de pintura comercial fabricado por Rohm
\textamp Haas Co. seleccionado como control. Algunos
fabricantes de cubiertas claras han informado del uso de estos
productos como espesantes con resultados de claridad esporádicos en
diversas
formulaciones.\end{minipage} \cr}
Todos los recubrimientos se aplicaron a una
película húmeda de un grosor de 76,2 \mum en paneles poliéster
claros (Leneta Co., Nº 100, Form P300-7C) y tablas
negras selladas (Leneta Co., Nº 250, Form BK), se secó al aire
durante 15 minutos y se secó durante 5 minutos a 66ºC.
El examen de los resultados de la Tabla 1 indica
que ambos ejemplos de la invención conducen a espesantes más
eficientes con una claridad de película potenciada comparada con el
Comparativo A y el Comparativo B. Nótese también que los cambios en
los pesos moleculares del poli(etilen glicol) entre los
ejemplos de la invención no tuvieron efecto material sobre la
claridad de película seca, aunque el producto de peso molecular
inferior fue sensiblemente más fácilmente dispersable en la remesa.
Adicionalmente, ambos ejemplos de la invención demuestran una
eficacia incrementada sobre el Acrysol RM-825.
Es claro de los resultados anteriores que la
sustitución de agentes encapsulantes lineales con cápsulas
ramificadas conduce a productos experimentales que tienen
características reológicas excelentes así como un nivel alto de
claridad en la película de cubierta clara.
El producto de reacción preparado en el Ejemplo 3
se probó en 5 formulaciones de cubierta claras comerciales con los
resultados que se muestran en la Tabla 2.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
Las diferentes formulaciones se secaron como
sigue:
^{1} y ^{2}: Secado al aire durante 15
minutos a temperatura ambiente seguido de 5 minutos 66ºC.
^{3} y ^{4}: Secado al aire durante toda la
noche a temperatura ambiente.
^{5}: 15 minutos a 66ºC.
El polímero de cápsula ramificada C_{20}, el
Compuesto 1, proporcionó una dispersión y una claridad de película
seca buenas en los dos sistemas, pero no se dispersó fácilmente en
los otros tres sistemas, como se muestra en la Tabla 2. Aquí el
contenido de carbonos totales en la cápsula era demasiado alto para
permitir la dispersión fácil en los cinco sistemas, de manera que en
el experimento descrito a continuación se redujo el contenido en
carbonos totales de las cápsulas ramificadas para monitorizar este
efecto.
El peso molecular de las cápsulas ramificadas
usadas se redujo usando Isofol 16, Isofol 18T (una mezcla de
alcoholes ramificados C_{16}, C_{18} y C_{20}), y se comparó
con el Compuesto 1 preparado con Isofol 20. También se compararon
los productos de tipo espesante de látex poliuretano de la técnica
anterior preparados con alcoholes encapsulantes lineales. Estos
resultados se pueden encontrar en la Tabla 3 en la que se probaron
los aditivos experimentales en las formulaciones de cubierta claras
catalizadas por ácido y S.C. Johnson.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
Resultados en S.C. Johnson
SCX-1959
Form
Todas las muestras en este ejemplo fueron
muestras producidas en laboratorio sintetizadas en tolueno como
sigue:
A un matraz de cuatro bocas de 500 ml equipado
con una entrada de nitrógeno, un agitador, una trampa
Dean-Stark, un condensador y una camisa calefactora
se añadió 350 ml de tolueno y 80,0 g de una mezcla de
poli(etilen glicol) de pesos moleculares 3350 y 8000 para
dar un peso molecular medio de 3440 g/mol. Esta mezcla se calentó a
110ºC y se destilaron en el punto azeotrópico 100 ml de
agua/tolueno, y a continuación el matraz se enfrió a 75ºC. Se añadió
al matraz 6,52 g VESTANAT TMDI de Huls America, Inc. y 0,10 g de
catalizador dilaurato de dibutilestaño y la reacción se mantuvo en
atmósfera de nitrógeno a 75ºC durante 3 horas. Los agentes
encapsulantes se añadieron a la reacción y, después de una hora, la
disolución se echó en un recipiente de evaporación para eliminar el
tolueno y aislar el producto sólido. A continuación este producto
sólido se disolvió en agua/co-disolvente para dar la
siguiente composición de producto final: 25% de polímero/18,5% de
butil carbitol/56,5% de agua.
Las cantidades para los agentes encapsulantes
individuales fueron como sigue:
| Ramificado: | Isofol 16 = 3,75 g |
| Isofol 18T = 4,28 g | |
| Isofol 20 = 4,62 g | |
| Lineal: | 1-hexadecanol = 3,75 g |
| 1-octadecanol = 4,19 g | |
| NACOL 20-95* = 4,78 g | |
| * Alcohol lineal C_{20} disponible en la CONDEA Vista Company. |
Examinando los resultados de la Tabla 3, se puede
ver que el producto de reacción preparado con cápsulas ramificadas
C_{16}, C_{18}, y C_{20} todas producen películas claras
aunque la mayor eficacia espesante es para la cápsula ramificada
C_{20}. Nótese también la comparación de las cápsulas lineales
C_{16}, C_{18}, y C_{20} en la que la cápsula lineal C_{20}
dio una película que se secó a una claridad nebulosa en el
recubrimiento catalizado por ácido.
Este ejemplo representa un intento de disminuir
ligeramente el peso molecular del producto de reacción ramificado
C_{20} usando como agente encapsulante una mezcla de Isofol 16 e
Isofol 20 (25 y 75% molar, respectivamente) para dar un promedio de
C_{19}. Se pensaba que esta aproximación generalmente
incrementaría la dispersabilidad en fórmulas de cubierta claras ya
que los experimentos previos habían resaltado una dispersabilidad
limitada del producto basado en C_{20}, véase Tabla 2. La
síntesis de esta muestra es paralela a la de las muestras del
Ejemplo 6 siendo el único cambio los agentes encapsulantes; se usó
una mezcla de 3,47 g de Isofol 20 y 0,94 g de Isofol 16. El producto
se denominó Compuesto 3. El peso molecular medio C_{19} RA se
probó en 5 formulaciones de cubierta claras comerciales; los
resultados se pueden encontrar en la Tabla 4. Los resultados
demuestran claramente una eficacia, claridad de película y
facilidad de dispersabilidad buenas en los cinco sistemas.
Basándose en los resultados anteriores, se tomó
la decisión de sintetizar los productos de reacción con mezclas de
cápsulas ramificadas para variar el peso molecular de las cápsulas.
El material de base similar al Ejemplo 3 se sintetizó con cápsulas
ramificadas de C_{18} y C_{19} de promedio (empleando Isofol 16
e Isofol 20). La síntesis de estas muestras fue idéntica que
aquella dada en el Ejemplo 3, excepto por el cambio en los agentes
encapsulantes. Para la cápsula de longitud C_{18} se usaron 30,48
g de Isofol 16 y 37,53 g de Isofol 20, y esta muestra se denominó
Compuesto 4. Para la cápsula de longitud C_{19} se usaron 15,24 g
de Isofol 16 y 56,31 g de Isofol 20, y esta muestra se denominó
Compuesto 5. Las muestras se probaron en la remesa catalizada por
ácido y en las formulaciones de Rohm & Haas
WA-104-LF (véase Tabla 5).
La mezcla de ambas cápsulas ramificadas C_{18}
y C_{19} produjo espesantes de cubierta clara aceptables, es
decir, eficacia y claridad de película seca buenas, siendo más
eficaz y más fácilmente dispersable la muestra C_{18}.
Otras formas de realización de la invención serán
evidentes para aquellos expertos en la materia a partir de la
consideración de la memoria descriptiva y de la práctica de la
invención descrita aquí. Se pretende que la memoria descriptiva y
los ejemplos se consideren solamente como ejemplos, estando
indicado el verdadero alcance y espíritu de la invención mediante
las siguientes reivindicaciones.
Claims (19)
1. Un espesante poliuretano especialmente
adecuado para sistemas acuosos claros que comprende el producto de
reacción de:
- (a)
- uno o más poliisocianatos;
- (b)
- uno o más poliéter polioles; y
- (c)
- uno o más agentes encapsulantes ramificados seleccionados del grupo constituido por alcoholes ramificados que tienen la estructura:
R---
\melm{\delm{\para}{R ^{1} }}{C}{\uelm{\para}{R ^{111} }}---R^{11}en la que R =
HO-CH_{2}-(CH_{2})_{k} con k = 0 a
4.
R^{1} = (CH_{2})_{m}CH_{3} en la
que m = 4 a 14
R^{11} = (CH_{2})_{n}CH_{3} en la
que n = 2 a 10, y
R^{111} = H, CH_{3} o C_{2}H_{5}, siendo
preferido H.
2. El espesante de la reivindicación 1 en el que
el reactivo (c) contiene un número total de átomos de carbono entre
10 y 24.
3. El espesante de la reivindicación 1 ó 2 en el
que el reactivo (c) se añade después de que la reacción de los
reactivos (a) y (b) está sustancialmente completa.
4. El espesante de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3 en el que se utiliza un reactivo adicional
(d) compuesto de uno o más agentes modificantes que tienen al menos
dos fracciones reactivas con el componente (a) o (b) y al menos un
grupo hidrófobo.
5. El espesante de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4 en el que se usa más cantidad del reactivo
(a) que de reactivo (b).
6. El espesante de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5 en el que el reactivo (a) es
1,6-hexametilen diisocianato, y el reactivo (b) es
polietilen glicol.
7. El espesante de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6 en el que el producto de reacción se prepara
sin usar sustancialmente disolvente.
8. Un procedimiento para la producción de un
espesante poliuretano especialmente adecuado para sistemas acuosos
de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 llevando a
cabo la reacción entre los componentes (a), (b), y (c).
9. El procedimiento de la reivindicación 8 en el
que el reactivo (c) contiene un número total de átomos de carbono
entre 10 y 24.
10. El procedimiento de la reivindicación 8 ó 9
en el que el reactivo (c) se añade después de que la reacción de
los reactivos (a) y (b) está sustancialmente completa.
11. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 10 en el que se utiliza un reactivo (d)
compuesto de uno o más agentes modificantes que tienen al menos dos
fracciones reactivas con el componente (a) o (b) y al menos un
grupo hidrófobo.
12. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 11 en el que el espesante poliuretano se
produce usando tolueno como disolvente.
13. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 11 en el que el espesante poliuretano se
produce sustancialmente sin disolvente.
14. Un procedimiento para proporcionar
propiedades espesantes a un sistema acuoso claro que comprende las
etapas de:
(i) producción de una composición espesante
poliuretano preparada mediante el procedimiento de cualquiera de
las reivindicaciones 8 a 13, y
(ii) dispersión del polímero de la etapa (i) en
un sistema acuoso claro de tal forma que se espesa dicho
sistema.
15. El procedimiento de la reivindicación 14 en
el que la cantidad de dicha composición espesante poliuretano usada
está entre el 0,01% y el 10% de la cantidad del sistema acuoso
claro, estando basado dicho porcentaje en la cantidad del sistema
acuoso claro.
16. Un sistema acuoso claro que contiene el
espesante de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
17. El sistema acuoso claro de la reivindicación
16 en el que dicho sistema se selecciona del grupo constituido por
recubrimientos claros para automóviles, barnices basados en agua y
acabados textiles.
18. El sistema acuoso de las reivindicaciones 16
ó 17 en el que dicho sistema acuoso también contiene un
disolvente.
19. El sistema acuoso claro de cualquiera de las
reivindicaciones 16 a 18 en el que el espesante comprende entre el
0,01% y el 10% del sistema acuoso claro.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US937027 | 1997-09-24 | ||
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