JP2013540846A - 水性コーティング系用消泡湿潤剤 - Google Patents
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Abstract
構造(I)：R-O-(PO)xH［式中、Rは飽和または不飽和、直鎖または分枝状であってよい6〜12個のC原子を有するアルキル基であり、POはプロピレンオキシド単位であり、xは1〜7の範囲の数である］で示される化合物は、水性コーティング系、とりわけペイントおよびワニスにおける消泡湿潤剤として極めて適している。
Description
本発明の技術分野
本発明は、特定構造の化合物の、水性コーティング系用、とりわけペイントおよびワニス用の消泡湿潤剤としての使用に関する。
本発明は、特定構造の化合物の、水性コーティング系用、とりわけペイントおよびワニス用の消泡湿潤剤としての使用に関する。
従来技術
基材湿潤剤は、例えば基材の湿潤性ならびにフローを促進するために、とりわけ水性ワニスおよびペイント調製物の表面張力を低下させる界面活性化合物である。基材が低い表面張力を有する場合(例えば重合体膜)または基材が油性物質で汚染されている場合、基材湿潤剤は塗膜における欠陥を回避するために特に重要である。
基材湿潤剤は、例えば基材の湿潤性ならびにフローを促進するために、とりわけ水性ワニスおよびペイント調製物の表面張力を低下させる界面活性化合物である。基材が低い表面張力を有する場合(例えば重合体膜)または基材が油性物質で汚染されている場合、基材湿潤剤は塗膜における欠陥を回避するために特に重要である。
基材湿潤剤は液体と固体形態において利用可能であり、しばしば、市販の製品は異なる界面活性化合物の混合物を構成する。そのような界面活性化合物が両親媒特性を有していること、すなわち、これらが一般に親水性部分および疎水性部分を備えた分子から構成されることは、一般常識であると考えられる。これらの両親媒性物質の典型的な親水性構成単位は、アニオン性基またはエチレンオキシド単位である。最近、アルキルフェノールエトキシレートと称されるものがしばしば使用されるが、これらは、ますます好ましくは、環境保護の理由から回避されている。確立しているアルキルフェノールエトキシレートの代替物には、アルコールエトキシレート、即ち、エチレンオキシドと(疎水性)アルコールとの付加物が含まれる。アルキルフェノールエトキシレートならびに多くのアルコールエトキシレートの不都合は、これらの基材湿潤剤の頻繁に泡を安定化する作用である。ペイントおよびワニスの製造および加工中に生じる泡は、加工操作を阻害し、ハンドリングを妨げ、そのため、(費用がかかり不都合だが)破泡性添加剤を用いてこれを抑制する。
泡安定化の問題に対応するため、様々な製品が過去に開発されてきた。例えば、アルコールアルコキシレートが低泡湿潤剤として用いられることが多い。典型的な市販のアルコールアルコキシレートは、一般に、エチレンオキシド(EO)、および場合により更にプロピレンオキシド(PO)あるいは他の高級エポキシド(例えば、ブチレンオキシド、BuO)と反応させた直鎖状または分枝状アルコールから構成される。当業者が知っているように、EO単位の目的は分子の親水性部分を構築することであるが、その一方で、アルキル基(アルコール構成単位に由来)ならびにPO単位は分子の疎水性部分を形成する。
アルコールプロポキシレートを他の界面活性剤と組み合わせた調製物および該調製物の低泡クリーナーとしての使用も既知である(WO-A-2009/061452およびEP-A-681,865を参照)。
発明の詳細な説明
水性コーティング系、とりわけペイントおよびワニス、特に透明ワニス(クリアコート)における特定の使用のための化合物であって、一方では良好な湿潤剤特性を有し、他方では低泡であるため、コーティング系の加工中に加工操作を阻害せず、付加的な破泡性添加剤を添加する必要のない化合物に対する継続的な要請が存在する。
水性コーティング系、とりわけペイントおよびワニス、特に透明ワニス(クリアコート)における特定の使用のための化合物であって、一方では良好な湿潤剤特性を有し、他方では低泡であるため、コーティング系の加工中に加工操作を阻害せず、付加的な破泡性添加剤を添加する必要のない化合物に対する継続的な要請が存在する。
本発明の課題は、水性コーティング系、とりわけペイントおよびワニス、特に透明ワニス(クリアコート)に対する消泡湿潤剤であって、これらの条件を満たす、すなわち、一方では良好な湿潤剤特性（水性系での表面張力の低下)を有し、他方では消泡性であるため、水性コーティング系、とりわけペイントおよびワニスの加工中に加工操作の泡破壊を生じさせない消泡湿潤剤を提供することである。その結果、理想的には、付加的な破泡性添加剤を加える必要がなく、あるいはその量を減少させることができる。
本発明が目的とする水性コーティング系は、水性ペイントおよびワニス処方ならびに水性接着剤処方である。これらの系は、通例、水、結合剤および乳化剤/分散剤ならびに通常の成分、例えば顔料あるいは充填剤、また更に添加剤（例えば、溶媒、合体剤、可塑剤、消泡剤、分散剤、湿潤剤など）を含む。結合剤は典型的には水性ポリマー分散体である。そのようなポリマー分散体は、モノマーから直接、あるいはポリマーの分散により、様々な重合方法(例えば、乳化重合、懸濁重合)によって調製してよい。ポリマー分散体の調製および安定化のため、乳化剤および分散剤を使用するのが通例である。これらは典型的にはアニオン性または非イオン性界面活性剤であって、非イオン性界面活性剤は通常EO構成単位を含んでいる。以下に定義された構造(I)の化合物は、乳化剤/分散剤としては除外される。
本発明における水性コーティング系としては、例えば着色および無着色の水性ペイントおよびワニス調製物および接着剤、とりわけ、壁塗料、石造ペイント、下塗り、印刷インキ、刷り重ねワニス、段ボール梱包用印刷インキ、壁紙インク、紙コーティングスリップ、工業用ワニス、工業用コーティング、レザーラッカー、木材着色剤(ウッドワニス)、媒染剤、染色剤（Beizen）、ドレッシング、酸洗剤、自動車用ペイント、プラスチック用コーティング、床張り材料用コーティング、船舶ペイント、耐腐食コーティング、および接着剤が挙げられる。
本発明の目的が、水性ペイント系、とりわけ水性ペイントおよびワニス、特に透明ワニス(クリアコート)における上記技術的効果を同時に達成することを対象とし、他の水性系または水だけを対象とするものでないことを、明示的に述べておくことができる。
以下に定義された構造(I)に示される特定のアルコールプロポキシレートは、本発明の目的を顕著な程度に達成できることが判明した。
本発明は、構造(I)：
R-O-(PO)xH (I)
［式中、Rは飽和または不飽和、直鎖または分枝状であってよい6〜12個のC原子を有するアルキル基であり、POはプロピレンオキシド単位であり、xは1〜7の範囲の数である］
に示された化合物の水性コーティング系用消泡湿潤剤としての使用を提供する。
R-O-(PO)xH (I)
［式中、Rは飽和または不飽和、直鎖または分枝状であってよい6〜12個のC原子を有するアルキル基であり、POはプロピレンオキシド単位であり、xは1〜7の範囲の数である］
に示された化合物の水性コーティング系用消泡湿潤剤としての使用を提供する。
好適な水性コーティング系は水性ペイントおよびワニスである。透明ワニス(クリアコート)は、特に好適には水性コーティング系である。
化合物(I)は、当業者に知られていた全ての方法によって調製することができる。その調製は、典型的には、触媒の存在下で対応するアルコールをプロピレンオキシドと反応させることにより行なわれる。指数xに関しては、この指数が(統計的な)平均値であって、そのためR-O-(PO)xHについて、x = 1 の記述が、1モルのROHを1モルのプロピレンオキシドと反応させたことを意味し；x = 2 が、1モルのROHを2モルのプロピレンオキシドと反応させたことを意味し；x = 4 が、1モルのROHを4モルのプロピレンオキシドと反応させたことを示し；x=6 が、1モルのROHを6モルのプロピレンオキシドと反応させたことを示す、等々であることを付言しえる。したがって、指数xはアルコールとプロピレンオキシドのモル反応比率を表わし、アルコールプロポキシレート(I)は、使用した触媒に応じて、その同族体分布が相違し得る。
用語「消泡湿潤剤」は、本発明において以下のように定義される:消泡湿潤剤を用いない試料に対して、消泡湿潤剤は、以下に記載された表面張力測定(試験1)において、表面張力を少なくとも5%、好ましくは少なくとも10%低減させ、消泡湿潤剤を用いない試料に対して、消泡湿潤剤は、以下に記載された泡試験(試験2)において、密度を少なくとも5%、好ましくは少なくとも10%増加させる。
表面張力測定(試験1)は以下のように行なわれる。
(1) DSM NeoResins製の市販の結合剤分散体NeoPac e-106を、脱イオン水によって4:1の重量比に希釈する。得られる混合物を試験系(1)と称する。
(2) その後、参考値として、試験システム(1)の表面張力を測定する。表面張力は、SITA科学ラインt60製の泡圧力張力計(計測範囲10-100 mN/m; 測定偏差最大1% f.s.; 再現性0.5 mN/m; 泡度数(0.01-10Hz); 温度22°C)を使用して確認する。表面張力は1Hzの周波数で報告する。
(3) 試験系(1)の量に基づき0.5重量%の試験する消泡湿潤剤を試験系(1)中へ計量し、撹拌することにより注意深く組み込む。(2)に示されるように、得られる混合物の表面張力を測定する。
(1) DSM NeoResins製の市販の結合剤分散体NeoPac e-106を、脱イオン水によって4:1の重量比に希釈する。得られる混合物を試験系(1)と称する。
(2) その後、参考値として、試験システム(1)の表面張力を測定する。表面張力は、SITA科学ラインt60製の泡圧力張力計(計測範囲10-100 mN/m; 測定偏差最大1% f.s.; 再現性0.5 mN/m; 泡度数(0.01-10Hz); 温度22°C)を使用して確認する。表面張力は1Hzの周波数で報告する。
(3) 試験系(1)の量に基づき0.5重量%の試験する消泡湿潤剤を試験系(1)中へ計量し、撹拌することにより注意深く組み込む。(2)に示されるように、得られる混合物の表面張力を測定する。
泡試験(試験2)は以下のように行なわれる。
(1) DSM NeoResins製の市販の結合剤分散体NeoPac e-106を、脱イオン水によって4:1の重量比に希釈する。得られる混合物を試験系(2)と称する。
(2) 参考値として、まず試験系(2)について泡試験を行う。この目的のために、実験用溶解槽(溶解槽ディスク直径:4cm)を使用して、試験系(2)を5000rpmで3分間撹拌する。その後、コーティング比重瓶を使用して、撹拌した試験系(2)の密度を測定する。
(3) 試験系(2)の量に基づき0.5重量%の試験する消泡湿潤剤を試験系(2)中へ計量し、撹拌することにより注意深く組み込む。
その後、同様に、実験用溶解槽(溶解槽ディスク直径:4cm)を使用して、混合物を5000rpmで3分間撹拌する。(2)に示されるように、得られる混合物の密度を測定する。
(1) DSM NeoResins製の市販の結合剤分散体NeoPac e-106を、脱イオン水によって4:1の重量比に希釈する。得られる混合物を試験系(2)と称する。
(2) 参考値として、まず試験系(2)について泡試験を行う。この目的のために、実験用溶解槽(溶解槽ディスク直径:4cm)を使用して、試験系(2)を5000rpmで3分間撹拌する。その後、コーティング比重瓶を使用して、撹拌した試験系(2)の密度を測定する。
(3) 試験系(2)の量に基づき0.5重量%の試験する消泡湿潤剤を試験系(2)中へ計量し、撹拌することにより注意深く組み込む。
その後、同様に、実験用溶解槽(溶解槽ディスク直径:4cm)を使用して、混合物を5000rpmで3分間撹拌する。(2)に示されるように、得られる混合物の密度を測定する。
ある好適な実施形態では、Rは7〜10個のC原子を有する飽和アルキル基であり、xは4〜6の範囲の数である。Rが8個のC原子を有する飽和アルキル基で、xが数6である化合物(I)は、特に好ましい。6モルのPOと1モルのn-オクタノールとの付加物は、特に透明ワニス(クリアコート)における使用にとって、特に好ましい。
本発明では、当業者にとって、化合物(I)が本発明の目的を達成することは全く意外であることを明記できる。上述のように、本課題は実際に、２つの本質的に相反する結果、すなわち、一方では脱泡性と相まった良好な湿潤結果を、かなり特別な水性系、すなわち水性コーティング系、とりわけペイントおよびワニス、の両者において実現するという課題である。両方の技術的な結果を達成するのが特定のアルコールプロポキシレートであるという事実は、既存の技術的な先入観を克服することを構成するために、当業者の見地から考慮されなければならない。なぜなら、上記序章で述べたように、一般的な理解によれば、湿潤剤は典型的には構造上、両親媒性物質であるため、疎水性および親水性の構造要素を含有するからである。しかし、本発明にしたがって使用する化合物(I)が疎水性化合物であるのは、アルキル基RだけでなくPO構成単位も疎水性であると考えられるためであり、これらは疎水性であるため純粋に不溶性である。
事実はさらに言及されるかもしれない、例えば、鉱油などのような疎水性化合物は消泡剤であることは知られているが、一方では、それらは良好な湿潤剤ではなく、他方では、それらは塗膜中に欠陥をもたらす(それらは透明ワニス(クリアコート)中に例えば曇りを生じさせる)。水性コーティング系、とりわけ、水性ワニスおよびペイントにおいて、疎水性化合物(I)が良好な湿潤性を付与し、脱泡作用を有し、かつ同時に、水性コーティング系、とりわけワニスおよびペイントにおける用途関連プロセスに悪影響を及ぼさないことは、当業者にとってなおさら驚くべきことである。
化合物(I)は広い温度範囲内で室温(20°C)にて液体であり、そのため、取り扱いおよび計量が容易である。化合物(I)中のアルキル基Rが、好適な実施形態において、直鎖アルコール(脂肪アルコール)に由来し、従って、再生可能な原材料に由来する事実は、さらなる利点である。
使用した物質:
全ての湿潤剤は、エチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドとアルコールとの付加反応によって調製した。記号の意味は以下のとおりである。
全ての湿潤剤は、エチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドとアルコールとの付加反応によって調製した。記号の意味は以下のとおりである。
C10 - 3EO: エチレンオキシド3モルとn-デカノール1モルの付加物。
i-C8 - 3EO: エチレンオキシド3モルと2-エチルヘキサノール1モルの付加物。
i-C8-3PO-b-3EO: プロピレンオキシド3モルおよびエチレンオキシド3モルと2-エチルヘキサノール1モルの付加物。ここで、POおよびEOはブロック単位で添加し、まずアルコールをPOと反応させ、得られたプロポキシレートを続いてEOと反応させた。
i-C9-3PO-b-3EO: プロピレンオキシド3モルおよびエチレンオキシド3モルとイソノナノール1モルの付加物。ここで、POおよびEOはブロック単位で添加し、まずアルコールをPOと反応させ、得られたプロポキシレートを続いてEOと反応させた。
C8-5PO-b-1EO: プロピレンオキシド5モルおよびエチレンオキシド3モルとn-オクタノール1モルの付加物。ここで、POおよびEOはブロック単位で添加し、まずアルコールをPOと反応させ、得られたプロポキシレートを続いてEOと反応させた。
C8 - 6PO: プロピレンオキシド6モルとn-オクタノール1モルの付加物。
C8 - 5PO: プロピレンオキシド5モルとn-オクタノール1モルの付加物。
C8 - 4PO: プロピレンオキシド4モルとn-オクタノール1モルの付加物。
C8 - 6PO: プロピレンオキシド6モルとn-オクタノール1モルの付加物。
i-C8 - 3EO: エチレンオキシド3モルと2-エチルヘキサノール1モルの付加物。
i-C8-3PO-b-3EO: プロピレンオキシド3モルおよびエチレンオキシド3モルと2-エチルヘキサノール1モルの付加物。ここで、POおよびEOはブロック単位で添加し、まずアルコールをPOと反応させ、得られたプロポキシレートを続いてEOと反応させた。
i-C9-3PO-b-3EO: プロピレンオキシド3モルおよびエチレンオキシド3モルとイソノナノール1モルの付加物。ここで、POおよびEOはブロック単位で添加し、まずアルコールをPOと反応させ、得られたプロポキシレートを続いてEOと反応させた。
C8-5PO-b-1EO: プロピレンオキシド5モルおよびエチレンオキシド3モルとn-オクタノール1モルの付加物。ここで、POおよびEOはブロック単位で添加し、まずアルコールをPOと反応させ、得られたプロポキシレートを続いてEOと反応させた。
C8 - 6PO: プロピレンオキシド6モルとn-オクタノール1モルの付加物。
C8 - 5PO: プロピレンオキシド5モルとn-オクタノール1モルの付加物。
C8 - 4PO: プロピレンオキシド4モルとn-オクタノール1モルの付加物。
C8 - 6PO: プロピレンオキシド6モルとn-オクタノール1モルの付加物。
これらの化合物を下記表1および2中に再度示し、本発明によるもの又は本発明によらないもの(比較用)に分類する。
検討の方法:
表面張力は上述の試験1に従って測定した。泡試験は上述の試験2に従って行った。
表面張力は上述の試験1に従って測定した。泡試験は上述の試験2に従って行った。
試験成績は、下記表3および4に見出すことができる。
表3および4から、本発明の消泡湿潤剤は結合剤分散体の表面張力(試験1による)を少なくとも22%低減させ、さらに泡試験(試験2)による密度を少なくとも61%上昇させることが明白である。対照的に、本発明によらない湿潤剤構造物は、ある場合には泡試験によって顕著な密度の低下（望まれない泡発生）を示し、又は、密度を最高でもたった1%しか上昇させない(したがって、せいぜい、低泡または泡ニュートラルとして分類できるが、消泡性として分類できない)。
Claims (6)
- 構造(I)：
R-O-(PO)xH (I)
［式中、Rは飽和または不飽和、直鎖または分枝状であってよい6〜12個のC原子を有するアルキル基であり、POはプロピレンオキシド単位であり、xは1〜7の範囲の数である］
で示される化合物の、水性コーティング系用消泡湿潤剤としての使用。 - 水性コーティング系はペイントおよびワニスである、請求項１に記載の使用。
- 透明ワニス(クリアコート)における請求項２に記載の使用。
- Rは7〜10個のC原子を有する飽和アルキル基であり、xは4〜6の範囲の数である、請求項１〜３のいずれかに記載の使用。
- Rは8個のC原子を有する飽和アルキル基であり、xは数6である、請求項４に記載の使用。
- (I)は6モルのPOと1モルのn-オクタノールの付加物である、請求項４に記載の使用。
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