JP2015509991A - 水性分散体およびそれらの前駆体 - Google Patents

Abstract

粉末組成物は、澱粉、アクリル酸ホモポリマー塩、および粘土を含む。粉末組成物は、水に加えられた場合に中性のｐＨを有する水性分散体を形成し、そして表面に粘着できる。

Description

水性分散体は、通常業界内で知られており多くの用途に有用である。これらの用途は、活性成分のためまたは被膜基材のためのキャリアーとしての使用を含む。水性分散体の物理的特性は、水性分散体の有用な用途を記載する。

近年、水性分散体が火災を抑制するのに利用されてきた。現在のところ火災を抑制するのに利用される水性分散体は、調合するのが難しく、そして安定性を示さない場合がある。さらにこれらの水性分散体またはそれらの前駆体のいくつかは腐食性である場合があり、または中性でないｐＨを有する場合がある。これらの水性分散体の多くは、基材を被覆するのに必要な、水性分散体における増粘効果を達成するために、水酸化物またはアミン等のそうした強アルカリによるｐＨの改変を必要とする。さらに、化学的遅延剤調合物および水性分散体の克服すべき問題は、一般的にこれらの調合物の環境への影響である。環境的に優しくかつ中性ｐＨの調合物が望まれている。

水性分散体はまた、種々の理由のために被膜植生（ｃｏａｔｉｎｇ ｖｅｇｉｔａｔｉｏｎ）および他の材料等の他の非火災用途において利用できる。水性分散体はまた、添加物または活性剤として材料の処理および加工において有用である。水に加えることができ、そして環境に優しくかつ中性ｐＨの、非腐食性水性分散体を生成できる、環境に優しくかつ中性ｐＨの、非腐食性調合物を利用することが望まれている。

本開示は、水性分散体およびそれらの前駆体に関する。特に本開示は、水に加えられた場合に、ずり減粘特性を有する分散体を生成する粉末組成物に関する。分散体は、中性ｐＨであることができ、そして表面に粘着でき、そしてあらゆる用途に有用であることができる。

本開示の第１の形態において、粉末組成物は、澱粉、アクリル酸ホモポリマー塩、および粘土（ｃｌａｙ）を含む。粉末組成物は、水に加えられた場合に水性分散体を形成し、そして表面に粘着できる。

本開示の第２の形態において、粉末組成物は、澱粉、アクリル酸ホモポリマー塩、粘土、プロピルパラベンおよび綿実油等の植物油を含む。粉末組成物は、水に加えられた場合に水性分散体を形成し、そして表面に粘着できる。

本開示の第３の形態において、水性分散体組成物は、水、澱粉、ポリアクリレートホモポリマー塩、および粘土を含む。水性分散体は、中性のｐＨを有し、そしてずり減粘およびチキソトロピーを有する。

本開示の第４の形態において、方法は、水性分散体を形成させること、および基材上に水性分散体を載せることを含み、そして水性分散体は基材に粘着する。いくつかの態様において、水性分散体は火災を抑制する。

これらのおよび種々の他の特徴および利点は、以下の詳細な記載を読むことによって明らかになるであろう。

添付の図面と関連して開示の種々の態様の以下の詳細な記載を考慮すれば、さらに本開示を完全に理解できるであろう。

図１Ａは、３０回転／分での例Ａ〜Ｅの粘度のグラフであり、

図１Ｂは、５回転／分での例Ａ〜Ｅの粘度のグラフであり、

図２Ａは、３０回転／分での例Ｆ〜Ｉの粘度のグラフであり、

図２Ｂは、５回転／分での例Ｆ〜Ｉの粘度のグラフであり、

図３Ａは、３０回転／分での例Ｃ、Ｊ、ＫおよびＬの粘度のグラフであり、

図３Ｂは、５回転／分での例Ｃ、Ｊ、ＫおよびＬの粘度のグラフであり、

図４は、５回転／分での例２〜４の粘度のグラフであり、

図５は、５回転／分での例５〜１１の粘度のグラフであり、

図６は、種々の水硬度における５回転／分での例１の粘度のグラフであり、

図７は、種々の水硬度における５回転／分での例１の粘度のグラフであり、そして

図８は、例８および１０の焼け落ち（ｂｕｒｎ−ｔｈｒｏｕｇｈ）時間のグラフである。

以下の記載において、当然のことながら、他の態様が考えられ、そして本開示の範囲または精神を離れることなく他の態様をなすことができる。以下の詳細な記載は、したがって、限定する意味に理解されない。

本明細書中で使用される全ての科学的および技術上の用語は、そうでないと特定しない限り通常技術的に使用される意味を有する。本明細書中に提供された定義は、本明細書中においてしばしば使用される、ある用語の理解を促進するためであり、そして本開示の範囲を制限することを意図しない。Ｗｔ％は、粉末組成物または水性分散体の全質量に基づく。

特に断らなければ、明細書および請求項において使用される形状のサイズ、量、および物理的特性を表す全ての数は、すべての場合において、用語「約」によって修飾されていると理解されるべきである。したがって、そうでないと示さない限り、先の明細書および付属の請求項に記述されている数値パラメーターは、本明細書中に開示された教示を利用する当業者により探索して得られる所望の特性によって変化する場合がある近似である。

この明細書および付属の請求項において使用されるように、単数は「ａ」、「ａｎ」を形成し、そして内容がそうでないと明らかに記載しない限り、「該（ｔｈｅ）」は複数の指示対象を有する態様を包含する。この明細書および付属の請求項において使用されるように、内容がそうでないと明らかに記載しない限り、用語「または」は、「および／または」を含む、通常用いられるその用語の意味である。

本明細書中で使用される場合、「有する」、「有した」、「含む」、「含んだ」、「含め」、「含んでいる」またはその同類のものは、それらの限定しない意味において使用され、そして通常「を含むがこれらに限られない」を意味する。用語「からなる」および「から本質的に成る」は用語「含む」およびその同類のものに含まれると理解される。

用語「凝集」は、それにより分散体の粒子がより大きいサイズのクラスターを形成する、接触および接着のプロセスをいう。凝集の公知のメカニズムは、電荷の減少、および物理的架橋を含む。帯電は、粒子（例えば、非常に硬度の高い水中の二価のカチオンおよびアニオン性ポリマー）によって運ばれる電荷と反対の帯電イオンを生じさせる材料の添加によって中和される。これらの材料は、２つまたは３つ以上の粒子間で物理的架橋を形成し、緩くかつ多孔質である、ランダムな３次元構造に固体粒子を結合させる。

用語「アクリル酸ホモポリマー塩」は、２−プロペン酸ホモポリマー塩、およびポリアクリレート塩（例えば、ポリアクリル酸ナトリウム）と同義である。

本開示は、水性分散体およびそれらの前駆体に関する。特に本開示は、水に加えられた場合にずり減粘特性を有する分散体を生成する粉末組成物（すなわち、前駆体）に関する。分散体は、中性ｐＨであることができ、そして表面に粘着でき、そしてあらゆる用途に有用であることができる。いくつかの態様において、中性ｐＨの水性分散体は、表面に粘着し、そして火災を抑制または消すことができる。水性分散体は、中性ｐＨを有することができ、そして多くの態様において、粉末組成物から形成される水性組成物の増粘効果を達成するために、水酸化物またはアミン等のｐＨ調整剤を含まない。水性分散体は、粉末組成物と水との希釈物である。粉末組成物は、澱粉、アクリル酸ホモポリマー塩、および粘土を含む。特定のｗｔ％範囲の、澱粉、アクリル酸ホモポリマー塩、および粘土において相乗効果的な関係が見出された。多くの態様において、粉末組成物は、より少ない量の綿実油等の植物油およびプロピルパラベン等の防腐剤を含む。水性分散体は、水性分散体または固体粉末前駆体形態のいずれにおいても苛性でない中性のｐＨを有するずり減粘水性分散体が、有用または望まれる任意の被膜用途において利用できる。水性分散体は、凝集が望まれる任意の用途において利用できる。本開示はあまり限定しない一方、本開示の種々の形態評価は下記に提供された例の記載を通して得られるであろう。

粉末組成物は、澱粉、アクリル酸ホモポリマー塩、および粘土を含む。粉末組成物は、水に加えられた場合に水性分散体を形成し、そして表面に粘着できる。多くの態様において、粉末組成物は、少なくとも５０ｗｔ％の澱粉、３２〜３８ｗｔ％のアクリル酸ホモポリマー塩、および４〜６ｗｔ％の粘土を含む。多くの態様において、粉末組成物は、少なくとも５０ｗｔ％の澱粉、３２〜３８ｗｔ％のアクリル酸ホモポリマー塩、４〜６ｗｔ％の粘土、０.５〜３ｗｔ％の好ましくは（綿実油などの）植物油、および０.５〜７ｗｔ％のプロピルパラベンなどの防腐剤を含む。多くの態様において、粉末組成物は、少なくとも５０ｗｔ％の澱粉および９：１〜５：１の範囲のアクリル酸ホモポリマー塩：粘土のｗｔ％比を有する。粉末組成物中におけるポリアクリレートホモポリマー塩：粘土のこの比が、生じる水性分散体中で予期しないかつ有用な粘度ピークを生成することが見出された。

多くの態様において、粉末組成物および生じる水性分散体は、ｐＨ調整剤を含まない。ｐＨ調整剤は、水酸化物、アミンおよび他のｐＨを増加する要素を含み、そして最大の増粘効率のためには通常強アルカリである。これらの材料の多くは本来腐食性である。多数のカルボマーが業界において見出すことができ、その大部分は、水性分散体の増粘効果を達成するために、水酸化物またはアミン等の強アルカリを用いた具体的なｐＨ制御を必要とする。カルボマーは、多官能性化合物と架橋したアクリル酸のポリマーとして通常規定され、それ故に、ポリ（アクリル酸）またはポリアクリレートなどである。溶液の中和を必要とするカルボマーの分散体はさらに複雑であり、マルチステップの工程を必要とする。非腐食性であり、そして水質の範囲でずり減粘を示す粉末濃縮物調合物を開発することが望まれていた。大部分の中和されたカルボマーは、それら自身計画的なチキソトロピー性ではない。アクリル酸ホモポリマーナトリウム塩の使用により、腐食性試薬により増粘を与える必要性がなくなることがまた望まれていた。選択したアクリル酸ホモポリマー塩との天然粘土の選択および使用は、最適なピーク粘度において擬可塑性およびチキソトロピーの両方の特徴を提供し、そしてこれらのレオロジー的な特徴の独自の相乗効果を示した。

任意の有用な澱粉を水性分散体およびそれらの前駆体において使用できる。澱粉およびそれらの改質物の例は、とうもろこし、小麦、ジャガイモ、タピオカ、大麦、クズウコン、米または澱粉の任意の組み合わせを含む。水性澱粉を含む分散体が加熱されるにつれて、澱粉は、約６５℃〜７０℃で膨張し始め、約１５０℃でアモルファスの、ゼリー状の塊になり、そして次に水が追い出されて、約２３０℃以上で分解し、分解生成物として蒸気およびＣＯ_２を放出するであろう。この挙動は、用途（例えば、火災抑制）における水性分散体の独自の特徴に寄与する。ある特に有用な改質されていないコーンスターチは、Ｇｒａｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｍｕｓｃａｔｉｎｅ、Ｉｏｗａ、５２７６１から入手可能である商標名Ｂ２０Ｆにより知られている。粉末組成物は、少なくとも５０％の澱粉または少なくとも６０％の澱粉を含む。

水性分散体および粉末前駆体は、アクリル酸ホモポリマー塩を含むことができる。多くの態様において、アクリル酸ホモポリマー塩は、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム等のポリアクリレートホモポリマー塩である。ナトリウムポリアクリル酸ホモポリマーは、中性ｐＨにおいて、効果的な、擬可塑性粘度制御剤または増粘剤および懸濁化剤である。多くの態様において、（例えば、水酸化ナトリウムなどの）ｐＨ調整剤を必要せず粘度を挙げるアクリル酸ホモポリマー塩またはナトリウムポリアクリル酸ホモポリマーが利用される。２種の有用なアクリル酸ホモポリマーホモポリマー塩は、商標名ＰＮＣ４００（商標）およびＮｅｕｔｒａｇｅｌ ＤＡにより知られている。これらは、予め中和されたホモポリマー塩であり、カルボキシビニルポリマーナトリウム塩とも記載される。ＰＮＣ４００（商標）およびＮｅｕｔｒａｇｅｌ ＤＡは、３Ｖ Ｓｉｇｍａ、Ｉｎｃ．、Ｗｅｅｈａｗｋｅｎ、ＮＪから市販されている。この粉末組成物は、３０％〜４５％のアクリル酸ホモポリマー塩または３０％〜４０％のアクリル酸ホモポリマー塩または３２％〜３８％のアクリル酸ホモポリマー塩または３４％〜３８％のアクリル酸ホモポリマー塩を含むことができる。

水性分散体および粉末前駆体は、粘土を含むことができる。粘土は任意の有用な量で含まれることができ、そして懸濁化剤および／または増粘剤として機能できる。有用な天然粘土は、スメクタイト族から誘導された粘土を含む。これらはベントナイト（モンモリロナイト）、ヘクトライト、マグネシウムアルミニウムシリケート、サポナイト、セピオライト、バイデライト、ノントロナイトおよびソーコナイトを含む。これらの天然のスメクタイト粘土に最も共通しているのは、八面体構造を示すことである。ヘクトライトは３八面体のスメクタイトとして見え、一方モンモリロナイトは２八面体のスメクタイトということができる。これは結晶格子中の金属元素の構造をいう。スメクタイト粘土プレートレット（ｐｌａｔｅｌｅｔ）が適度な電解質含有量に下がった水中に充分に分散する場合、これらは個々の粘土プレートレットの開放した、三次元コロイド分散体を容易に形成する。個々のプレートレットは（端部でプラスに、そして面部でマイナスに）非常に帯電しており、そして層間カチオン水和物の場合それらの結合長さを伸ばす。このコロイド構造は、水を増粘させ、そしてせん断を適用した後の回復の間に観察され、そして測定されるヒステリシスによるチキソトロピー挙動を促進することができる「不安定な（ｈｏｕｓｅ ｏｆ ｃａｒｄｓ）」ネットワークとも通常呼ばれる。これらの粘土コロイド構造は、以下の特徴：増粘、懸濁、垂れ制御、および安定性を水溶液系にまた提供する。ベントナイト粘土と比較して、ヘクトライト粘土は、より高い粘度、垂れ制御、およびより低い鉄含有量を提供する。これは、より多くの電解質を含む水溶液系で作業した場合に特に重要である。鉄は合成ポリマーの増粘剤の粘度上昇を減らすことができる。

粘土の添加で観察された別の現象は、より高い粘土濃度での水性分散体の増加した均一性である。粘度のレベルがより低いと、ポリアクリレートホモポリマーは攪拌により容易に分散せず、そして応力により破壊するタピオカ状の凝集体を作り、そしてこの凝集体はポリマーが完全に分散しないか、またはポリマーが湿潤することにより作られると考えられる。粘土を加えると、類似の時間および条件で混合された凝集体がより少なく観察された。これは、分散剤として機能する粘土を有し、ポリアクリレート塊を破壊し、それによりポリマーのより効率的かつ完全な水和となり、そして平衡粘度に到達するのに必要な時間を究極的に短縮化することによって、水性分散体が粘度をより速く上昇させることができるためと考えられる。

市販されているヘクトライト粘土は、例えば、Ｅｌｅｍｅｎｔｉｓ Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｉｅｓ Ｉｎｃ．、（Ｈｉｇｈｓｔｏｗｎ、ＮＪ）から入手可能である商品名Ｂｅｎｔｏｎｅ（商標）ＭＡ、およびＢｅｎｔｏｎｅ（商標）ＥＷ ＮＡとして入手可能である。市販されているナトリウムベントナイト粘土は、例えば、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｅｌｌｏｉｄ Ｃｏｍｐａｎｙ、（Ｈｏｆｆｍａｎ Ｅｓｔａｔｅｓ、ＩＬ）から入手可能である商品名Ｖｏｌｃｌａｙ（商標）ＦＤ−１８１、で入手可能である。Ｂｅｎｔｏｎｅ（商標）ＭＡ およびＢｅｎｔｏｎｅ（商標）ＥＷ ＮＡは、天然ヘクトライト粘土であって、チキソトロピーを与えることに加えて、水性分散体中で粘度を上昇させるのに非常に効果的であると見出された。粉末組成物は、１％〜１０％の粘土または４％〜６％の粘土または５％〜１０％の粘土または３％〜６％の粘土を含むことができる。

多くの態様において、水中で希釈されるかまたは水中に分散されるかまたは水流中に注入された場合に、粉末組成物は０.１ｗｔ％〜５ｗｔ％または０.１ｗｔ％〜２ｗｔ％または０.５ｗｔ％〜１.５ｗｔ％の水性分散体を構成することができる。水性分散体は、例えば中性のｐＨまたは６.５〜７.５または７.０〜７.３のｐＨを有することができる。基材を被覆するのに必要な水性分散体中での増粘効果を達成するために、水酸化物またはアミン等の強アルカリ等のｐＨ調整剤を利用することなく、この中性のｐＨ範囲が示される。粉末組成物および水性分散体は、実質的にアルカリまたはアミン等のｐＨ調整剤を含まない。

多くの態様において、水性分散体は、ＲＯ水中において０.６ｗｔ％〜０.８ｗｔ％の固体濃度およびＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度計で、３０回転／分で#５スピンドルを用いて８０００ｃＰ超の粘度、および５回転／分で#５スピンドルを用いて３６０００ｃＰ超の粘度を有する。多くの態様において、水性分散体は水中で（１００ｍｇ/ｌＣａＣＯ_３超の硬度を有する）０.６ｗｔ％〜０.８ｗｔ％の固体濃度およびＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度計で、５回転／分で#５スピンドルを用いて約５０００〜１５０００ｃＰの粘度範囲を有する。

上記の水性分散は、例えば、粉末組成物、または水で希釈される際に補助的に組成物に加えられたかのいずれか中に、水酸化物またはアミン等の強アルカリ等のｐＨ調整剤を有さないで生成可能である。粉末組成物および水性分散体中の、例えば、水酸化ナトリウムのようなｐＨ調整剤を除くと、例えば、粉末組成物および水性分散体の腐食性が低下する。

多くの態様において、植物油は、粉末組成物中における防塵または脱埃剤として含まれることができる。植物油を添加すると、粉末組成物を水によって希釈することによって生成される、結果として生じた水性分散体の粘度が低下することが見出された。例において具体的に説明されているように、ある植物油は異なる度合いで粘度に影響することがまた見出された。例えば、綿実油は、１.５ｗｔ％で最小の粘度の低下を提供した。少なくとも１.５ｗｔ％の油は、粉末組成物の充分な防塵を提供するのに必要であった。図５は、０.７ｗｔ％の水性分散体の粘度への種々の油の効果を具体的に示す。綿実油は、驚いたことに、試験した植物油（例えば、大豆、グリセリン、大豆（ｓｏｙ）メチルエステル）およびパラフィンまたはオレフィン（例えば、ＢｉｏＢａｓｅ２００材料または鉱物性油）のいずれかの最良の粘度レベルを保った。

逆浸透（すなわち、ＲＯ）水中での水性分散体の寿命はむしろ長い。しかし、適用された状態における、調合物の所与の農業系成分および水質の変化により、水性分散体の延長された貯蔵のための防腐剤への要求が動き始めた。多くの場合において、防腐剤なし（ｕｎｐｒｅｓｅｒｖｅｄ）の水性分散体それ自身は、約３０日間臭いもなく、また脱色も観察されず、まあまあ安定である。３〜６月の延長された貯蔵で、食品または化粧品グレード防腐剤は、殺生剤に比較してさらに環境に優しい代替品として評価された。本明細書中で評価した防腐剤は、クエン酸、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、ミコバンカルシウムプロピオネート、メチルパラベンおよびプロピルパラベンである。全ての防腐剤は、Ｃｈｅｍ／Ｓｅｒｖ、Ｉｎｃ．、Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａから入手した。

粉末が水性分散体に希釈される場合、防腐剤のレベルが０.０５〜０.１０％の典型的な有効性レベルに維持されるようなレベルで粉末濃縮調合物中にこれらの防腐剤が混合される。ソルビン酸カリウム、ソルビン酸、クエン酸、またはプロピオン酸カルシウムで調製した水性分散体は、保護されていない対照物に比較した場合、いずれも非常に低い粘度を有するか、または（粘度計測定限界未満の）増粘された分散体を生成しない。したがってこれらの防腐剤は、本明細書中に記載された垂直粘着能力を有する水性分散体のための実行可能な選択肢ではなかった。

パラベンのみが防腐剤の入っていない対照水性分散体の粘度に匹敵するかまたはさらに高い分散体の粘度を生成した。驚いたことに、２つの評価したパラベンは、防腐剤の添加により水性分散体の粘度を著しく増加させる能力を一貫して示した。プロピルパラベンは毒性の観点から世界中で受け入れられている。プロピルパラベンは、Ａｃｍｅ Ｈａｒｄｅｓｔｙ Ｏｌｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ、Ｂｌｕｅ Ｂｅｌｌ、ＰＡから同じ商標下でさらに市販されている。プロピルパラベンの量が粉末組成物中で０％から５ｗｔ％に増加するにつれて、（０.７ｗｔ％の水性分散体の）粘度は、図４に具体的に説明したように驚くほど増加した。

多くの態様において、防腐剤は粉末組成物中に含まれる。プロピルパラベンは、例において利用される。プロピルパラベンは、粉末濃縮物中３ｗｔ％〜５ｗｔ％のプロピルパラベンの濃度で、少なくとも５月まで水性分散体の「保存期間」を伸ばすことができることが見出された。このレベルのプロピルパラベンは、驚いたことに、粘度レベルを上昇させ、そして水性分散体の垂直粘着能力を改善することによって、水性分散体の火災「ノックダウン」能力を改善することがまた見出された。

本明細書中で説明した例中で生成された水性分散体は、「ずり減粘」または「擬可塑性」および「チキソトロピー」の特徴を示し、これは、応力が掛ったりまたはポンプで送られたりすると水性分散体の粘性が下がり（擬可塑性）、そして静止時の垂れ耐性（チキソトロピー）が様々な角度で基材に水性分散体が張り付くことを可能にすることを意味する。水性分散体は、分離または沈降せず、長期間にわたり安定な粘度プロファイルを保つ。選択したアクリル酸ホモポリマーと天然粘土との選択および使用は、最適なピーク粘度での擬可塑性およびチキソトロピーの両方の相補的な特徴を達成し、下記の例で具体的に説明するように、選択された材料間で独自の相乗効果を示す。

１つまたは２つ以上の態様において、水性分散体は、綿状の塊（ｆｌｏｃ）を生成する能力を示す。水性分散体の水和により、綿状の塊が生成される。この綿状の塊は驚くべき高い凝集（ｆｌｏｃ）強度を有する。この凝集能力は、凝集を利用する多くの用途において有用であることができると考えられている。この用途は、例えば、水処理および石油の掘削を含むことができる。凝集用途のために、粉末組成物は、水性分散体の０.００１ｗｔ％〜３ｗｔ％または０.００１ｗｔ％〜０.５ｗｔ％または０.００１ｗｔ％〜０.１ｗｔ％を構成することができる。水性分散体は、例えば、中性のｐＨまたは６.５〜７.５または７.０〜７.３のｐＨを有することができる。この中性のｐＨ範囲は、基材を被覆するのに必要な水性分散体中での増粘効果を達成するために、水酸化物またはアミン等の強アルカリ等のｐＨ調整剤を用いることなく示される。粉末組成物および水性分散体は、実質的にアルカリまたはアミン等のｐＨ調整剤を含まないことができる。

本明細書中に記載された粉末組成物が精製された水（例えば、蒸留された水または逆浸透水）と混合された場合に、凝集物が生成されないことが観察された。特定の理論によって拘束されることを望まないが、分散体またはゲルマトリックス中での澱粉の使用は、高められた凝集能力（０.５ｗｔ％未満の硬水中での分散体の希釈による非常に低いレベルのポリマー/澱粉分散体で生成された非常に高体積の綿状の塊）となることが提案される。現在の合成ポリマーのみ、粘土のみまたはポリマー粘土凝集剤組成物と比較した場合、ゲルの澱粉配合は、より易いコスト、水溶液系でのより高い効率の凝集剤を提供する。

開示された水性分散体の利点のいくつかは、以下の例によってさらに具体的に説明される。この例に記載された特定の材料、量および寸法、および他の条件および詳細は、本開示を必要以上に制限すると解釈すべきではない。

例の水性分散体を調製するのに使用された均質の粉末ブレンド濃縮物を、約１.８ｋｇ（４ｌｂ）容量のＶ−ミキサーまたはより小さい３０グラム容量のラボタンブラー中で約１０分間粉末成分を混合することによって生成した。例の粉末ブレンド濃縮物および水性分散体は、水酸化物またはアミン等の強アルカリ等のｐＨ調整剤を含まなかった。

これらの例で利用した材料は、以下のようである。
ＰＮＣ４００（商標）は、アクリル酸ホモポリマーナトリウム塩（３Ｖ Ｓｉｇｍａ、 Ｉｎｃ．、Ｗｅｅｈａｗｋｅｎ ＮＪ）である。
Ｎｅｕｔｒａｇｅｌ ＤＡ（商標）は、アクリル酸ホモポリマーナトリウム塩（３Ｖ Ｓｉｇｍａ、Ｉｎｃ．、Ｗｅｅｈａｗｋｅｎ ＮＪ）である。
ＣＡＲＢＯＰＯＬ（商標）ＥＺ−３は、疎水性に改質された架橋したポリアクリレートコポリマーである（Ｌｕｂｒｉｚｏｌ、Ｉｎｃ．、Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ、Ｏｈｉｏ）。
ＣＡＲＢＯＰＯＬ（商標）ＥＺ−２は、疎水性に改質された架橋したポリアクリレートコポリマー（Ｌｕｂｒｉｚｏｌ、Ｉｎｃ．Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ、Ｏｈｉｏ）である。
Ｔｅｇｏ Ｃａｒｂｏｍｅｒ１４０Ｇは、ペンタエリスリトールのエーテルと架橋したポリビニルカルボキシポリマー（Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ、ＡＧ、Ｅｓｓｅｎ、Ｇｅｒｍａｎｙ）である。
ＰＮＣ６００は、アニオン性アクリレートポリマー（Ｃｏａｓｔ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ、Ｐｌａｃｅｎｔｉａ、ＣＡ）である。
ＣＡＲＢＯＰＯＬ（商標）６９４は、架橋したアクリルポリマー（Ｎｏｖｅｏｎ、Ｉｎｃ．、Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ、Ｏｈｉｏ）Ｂｅｎｔｏｎｅ（商標）ＭＡである。
Ｂｅｎｔｏｎｅ（商標）ＥＷ ＮＡは、天然ヘクトライト粘土（Ｅｌｅｍｅｎｔｉｓ Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｉｅｓ Ｉｎｃ．、Ｈｉｇｈｓｔｏｗｎ、ＮＪ）である。
Ｂｅｎｔｏｎｅ（商標）ＬＴは、セルロース改質されたヘクトライト粘土（Ｅｌｅｍｅｎｔｉｓ Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｉｅｓ Ｉｎｃ．、Ｈｉｇｈｓｔｏｗｎ、ＮＪ）である。

Ｖｏｌｃｌａｙ（商標）ＦＤ−１８１は、天然のナトリウムベントナイト粘土（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｅｌｌｏｉｄ Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｈｏｆｆｍａｎ Ｅｓｔａｔｅｓ ＩＬ）である。
Ｂ２０Ｆは、改質されていないコーンスターチ（Ｇｒａｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｍｕｓｃａｔｉｎｅ、ＩＡ）である。
Ｃｏｌｕｍｂｕｓ Ｖｅｇｉｔａｂｌｅ Ｏｉｌｓ、Ｄｅｓ Ｐｌａｉｎｅｓ、 ＩＬからのＵＳＰ#９５６、Ｇｌｙｃｅｒｉｎｅ Ｖｅｇｅｔａｂｌｅ等のグリセリン。
Ｖｅｇｉｔａｂｌｅ Ｏｉｌｓ、 Ｄｅｓ Ｐｌａｉｎｅｓ、 ＩＬからの鉱物油#９００等の鉱物油、
Ｃｏｌｕｍｂｕｓ Ｖｅｇｉｔａｂｌｅ Ｏｉｌｓ、Ｄｅｓ Ｐｌａｉｎｅｓ、ＩＬからのＳｏｙ Ｍｅｔｈｙｌ Ｅｓｔｅｒ ＃９７０等の大豆メチルエステル。
Ｃｏｌｕｍｂｕｓ Ｖｅｇｉｔａｂｌｅ Ｏｉｌｓ、Ｄｅｓ Ｐｌａｉｎｅｓ、ＩＬまたはＲｏｕｎｄｙ′ｓＶｅｇｉｔａｂｌｅ Ｏｉｌｓ、Ｒｏｕｎｄｙ′ｓ Ｓｕｐｅｒｍａｒｋｅｔｓ、Ｉｎｃ、 Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ、 ＷＩからのＳｏｙｂｅａｎ Ｏｉｌ １００等の大豆油。
Ｃｏｌｕｍｂｕｓ Ｖｅｇｉｔａｂｌｅ Ｏｉｌｓ、Ｄｅｓ Ｐｌａｉｎｅｓ、Ｉｌｌｉｎｏｉｓ、６００１８からのＣｏｔｔｏｎｓｅｅｄ ３１０等の綿実油、またはＳｏａｐＧｏｏｄｓ、 Ａｔｌａｎｔａ、ＧＡからの綿実油。
Ｓｈｒｉｅｖｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ、Ｓｐｒｉｎｇ ＴＸからＢｉｏｂａｓｅ ２００等の合成直鎖Αオレフィン。

粉末例Ａ'〜Ｑ'を下記表１に従って調製した。

各粉末例Ａ'〜Ｑ'を逆浸透水（例えば、ＲＯ）を用いて０.６ｗｔ％の水性分散体（例Ａ〜Ｑ）に希釈し、そして逆浸透水中０.６ｗｔ％の上記の粉末調合物の混合比で、粘性のある分散体を形成するその能力を評価した。３.０グラムの粉末濃縮物材料を、１０００ｍｌのビーカー中で４９７.０ｇの水に入れて測定した。可変速度ダイヤルを最低速の（１）セットしたＫｉｔｃｈｅｎ Ａｉｄ浸漬ミキサーを使用してこのサンプルを混合した。このミキサーを液体中に浸し、そして視覚的に均質のおよび滑らかな分散体が生成されるまで動かした。分散体を覆って、室温で放置し、「平衡粘度」（２４時間後に測定した粘度と規定する。）を展開させた。

平衡にした水性分散体のｐＨを、ステンレススチールプローブを備えたＩＱ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓモデルＩＱ２４０ｐＨメーターを使用して測定した。メーカー使用説明書により、ｐＨ４〜ｐＨ７の標準バッファー溶液中での２点構成手順を用いてｐＨメーターを校正した。ｐＨ電極を分散体中に浸し、そしていったん安定なｐＨ読み取りが観察されると、値を記録した。この値を表２に示した。

水性分散体の粘度を、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度計、モデルＲＶＤＶＥを使用して測定した。舌圧子を用いてすべての分散体を手で約１０回転攪拌した。（記載したように）３０回転／分、または５回転／分の速度のいずれかに設定したスピンドル#５を使用した粘度計を用いて、すべての平衡になった分散体を室温で測定した。いったん安定な読み取りが表示されると、さらに６０秒後に平衡粘度を記載し、およびセンチポイズ（ｃＰ）で記録した。それぞれの粘度の読み取り値は、３つの分散体サンプルで繰り返した平均を表す。３０回転／分および５回転／分の両方、ならびにそれぞれの実験的条件での平均粘度の読み取りを記録し、表２に記載した。

焼け落ち（Ｂｕｒｎ−Ｔｈｒｏｕｇｈ）試験：例で製造したそれぞれの水性分散体を燃焼試験に曝して、サンプル水性分散体が構造的な無欠陥性を失い、そして火災から表面をもはや保護しない場合の時間を決定した。１’’×６’’松材クーポンを、特定濃度の１／４インチのサンプル水性分散体を用いマイヤーバーまたは類似の装置を使用して一様に被覆し、そして被覆した表面の衝突する点において１８００°Ｆを測定するプロパン燃料火炎装置の先から１７ｃｍにおいた。試験材料被膜を焼け落ちさせかつクーポン上に１’’直径の焼け焦げマーク焼き付けるのに必要な時間を記録した。この試験を４回繰り返した。

（ＲＯ水中の）水性分散体例Ａ〜Ｑを試験し、そして結果を下記表２中に具体的に説明した。表２中において、記録されたｐＨ値は、中性および７.０８〜７.２６の範囲と推定される。

図１ＡおよびＩＢは、ポリマーの粘土に対する比の変化の平衡粘度への影響を記載する。水性分散体 例Ａ〜Ｅは、５ｗｔ％のヘクトライト粘土の濃度において粘度中に予期しないピーク、または６.８のアクリル酸ホモポリマーナトリウム塩の粘土に対する比（例Ｃ）を示す。このピークは、アクリル酸ホモポリマーナトリウム塩と粘土との予期しない相乗効果を示し、所望の粘度プロファイルとなった。図１Ａの粘度は、より速いスピンドル速度において測定され、図ＩＢの粘度はより遅い粘度において測定されたが、これらの水性分散体の例のずり減粘挙動を示した。

粘土の濃度範囲をさらに狭め、そして平衡粘度測定を繰り返すことによって、この相乗効果をさらに調べた。図２Ａおよび２Ｂは、カルボマーの粘土に対する比に関しての系の感度を示す。６.８の「最適な比」での例Ｃ、およびこの比のいずれかの側である例Ｆ〜Ｉ。図２Ａの粘度をより速いスピンドル速度において再び測定し、一方、図２Ｂの粘度をより遅い速度において測定し、これらの水性分散体の例のずり減粘挙動を示した。

約０.３’’インチ厚、１インチ幅、および６インチ長の被膜で、６インチ×６インチプレートのガラス上、室温下に曝した場合に、例Ｃは良好な粘着特性を示した。プレートを垂直に配置すると、せん断帯（ｓｈｅａｒ ｂａｎｄｉｎｇ）が観察され、そして分散体をゲルの長さに沿って垂下させ、残りの約２ｍｍ厚の均一な準層は良好な凝集強度を示し、そして表面から完全に滑り落ちる前に、全部で２分超の粘着時間を維持した。特定の温度層の温度を連続的に測定した火で例Ｃを試験した。特定かつ通常当量の水および例Ｃを温度層ゾーン中の基材上に載せた。例Ｃは火災を抑制し、そして水の％温度低下の２倍超の温度層の温度における低下を提供した。

最終的に、図３Ａおよび３Ｂは、６.８のアクリル酸ホモポリマーナトリウム塩の粘土に対する比における、天然ヘクトライト、ヘクトライトセルロースの改質されたおよびベントナイト粘土の粘度への影響を記載する。例Ｃ、Ｊ、ＫおよびＬは、初期（混合後数分）の分散体粘度および（２４時間での）平衡粘度の両方をグラフで示す。この図は、単純な天然ヘクトライト粘土の上記のような変化形への高められた性能を示す。

表１はまた、調合物中でのＰＮＣ−４００ポリマーへの代替物となる他の代表的なカルボマー材料の範囲をまとめ、そして例として記載した。例Ｍ、Ｎ、Ｏ、ＰおよびＱは、粘性のある分散体を生成しなかった。例Ａ、ＰＮＣ−４００（またはＮｅｕｔｒａｇｅｌ ＤＡ）のみ、かつ粘土なしは、低接着強度を有する粘性のある分散体を生成した。ｐＨ調整剤をこれらの調合物中で利用しなかったので、例Ｍ、Ｎ、Ｏ、ＰおよびＱはなんら増粘しなかった。これらのカルボマー（例Ｍ、Ｎ、Ｏ、ＰおよびＱ）は、水性分散体中で増粘効果を達成するために、水酸化物またはアミン等の強アルカリを必要とする。

表３中で以下のさらなる例は、水性分散体の物理的特性へのプロピルパラベンおよび綿実油等の防塵のための植物油の選択の効果を具体的に示す。

例１は、図６中で具体的に説明したように、多くの異なる水硬度レベルおよび水性分散体中での多くの異なる固体ｗｔ％を利用して試験した。通常水硬度が増加するにつれて、粘度レベルは低下し、そしてｗｔ％が増加するにつれて、粘度が増加する。

例１は、図７で具体的に説明するように、２３０ｍｇ/１の炭酸カルシウム硬度および４６０ｍｇ/１の炭酸カルシウム硬度において１.２ｗｔ％の水性分散体で試験した。再度上記の様に、粘度レベルは、通常低下し、そして水性分散体を形成するために使用する水硬度は増加する。

図８は、非常に硬度の高い水中での例８（大豆油）および例１０（綿実油）の０.７ｗｔ％の水性分散体の焼け落ち時間を具体的に示す。驚いたことに、例１０（綿実油）は、このさらに挑戦的な水質において、ほぼ２倍のより長い焼け落ち時間を提供した。

このように、水性分散体およびそれらの前駆体の態様を開示した。実施上記のおよび他の実施は、以下の請求項の範囲内にある。本開示をこれらの開示された態様以外において行うことができることを当業者は理解するであろう。開示された態様は、具体的な説明および制限しない目的で示され、そして本発明は下記の請求項によってのみ限定される。

このように、水性分散体およびそれらの前駆体の態様を開示した。実施上記のおよび他の実施は、以下の請求項の範囲内にある。本開示をこれらの開示された態様以外において行うことができることを当業者は理解するであろう。開示された態様は、具体的な説明および制限しない目的で示され、そして本発明は下記の請求項によってのみ限定される。
（態様）
（態様１）
澱粉と、
アクリル酸ホモポリマー塩と
粘土と、
を含む、粉末組成物であって、
該粉末組成物が、水に加えられた場合に水性分散体を形成し、かつ表面に粘着できる、粉末組成物。
（態様２）
植物油をさらに含む、態様１に記載の粉末組成物。
（態様３）
該植物油が綿実油を含む、態様２に記載の粉末組成物。
（態様４）
該アクリル酸ホモポリマー塩がポリアクリル酸ナトリウムを含む、態様１〜３のいずれか一項に記載の粉末組成物。
（態様５）
該粘土が天然ヘクトライト粘土を含む、態様１〜４のいずれか一項に記載の粉末組成物。
（態様６）
プロピルパラベンをさらに含む、態様１〜５のいずれか一項に記載の粉末組成物。
（態様７）
少なくとも５０ｗｔ％の澱粉と、
３４ｗｔ％〜３８ｗｔ％のアクリル酸ホモポリマー塩と
４ｗｔ％〜６ｗｔ％の粘土と、
を含む、態様１に記載の粉末組成物。
（態様８）
少なくとも５０ｗｔ％の澱粉をさらに含み、
アクリル酸ホモポリマー塩：粘土のｗｔ％比が９：１〜５：１の範囲である、態様１に記載の粉末組成物。
（態様９）
該粉末組成物がアルカリまたはアミンを含むｐＨ調整剤を含まない、態様１〜８のいずれか一項に記載の粉末組成物。
（態様１０）
少なくとも５０ｗｔ％の澱粉と、
３４ｗｔ％〜３８ｗｔ％のアクリル酸ホモポリマー塩と、
４ｗｔ％〜６ｗｔ％の粘土と、
０.５ｗｔ％〜３ｗｔ％の植物油と、
プロピルパラベンを含む０.５ｗｔ％〜７ｗｔ％の防腐剤と、
を含む、態様１に記載の粉末組成物。
（態様１１）
少なくとも５０ｗｔ％の澱粉と、
３４ｗｔ％〜３８ｗｔ％のアクリル酸ホモポリマー塩と、
４ｗｔ％〜６ｗｔ％の粘土と、
１ｗｔ％〜２ｗｔ％の植物油と、
プロピルパラベンを含む１ｗｔ％〜５ｗｔ％の防腐剤と、
を含む、態様１に記載の粉末組成物。
（態様１２）
少なくとも５０ｗｔ％のコーンスターチと、
３４ｗｔ％〜３８ｗｔ％のポリアクリル酸ナトリウムと、
４ｗｔ％〜６ｗｔ％のヘクトライト粘土と、
１ｗｔ％〜２ｗｔ％の綿実油と、
プロピルパラベンを含む１ｗｔ％〜５ｗｔ％の防腐剤と、
を含む、態様１に記載の粉末組成物。
（態様１３）
水と、
態様１〜１２のいずれか一項による粉末組成物と、
を含む、水性分散体組成物であって、
該水性分散体が中性のｐＨを有し、ずり減粘およびチキソトロピーを有する、水性分散体組成物。
（態様１４）
該水性分散体が６.５〜７.５の範囲のｐＨを有する、態様１３に記載の水性分散体。
（態様１５）
該水性分散体が０.１ｗｔ％〜２ｗｔ％の範囲の固体濃度を有する、態様１３〜１４のいずれか一項に記載の水性分散体。
（態様１６）
該水性分散体が、０.６ｗｔ％〜０.８ｗｔ％の固体濃度および#５スピンドルを用いて５回転／分で５０００〜１５０００ｃＰの範囲の粘度を有する、態様１３〜１４のいずれか一項に記載の水性分散体。
（態様１７）
態様１３〜１６のいずれか一項に記載の水性分散体を形成することと、
該水性分散体を基材上に載せること、そして該水性分散体が該基材に粘着することと、
を含む、方法。
（態様１８）
該水性分散体が基材上に載せられて、火災を抑制する、態様１７に記載の方法。
（態様１９）
アルカリまたはアミンを含むｐＨ調整剤なしで、該形成するステップが生じる、態様１７に記載の方法。
（態様２０）
水と、
態様１〜１２のいずれか一項に記載の粉末組成物と、
を含む、水性分散体組成物であって、
該水性分散体が中性のｐＨを有し、そして凝集体を形成する、水性分散体組成物。

Claims (20)

1. 澱粉と、
   アクリル酸ホモポリマー塩と
   粘土と、
   を含む、粉末組成物であって、
   該粉末組成物が、水に加えられた場合に水性分散体を形成し、かつ表面に粘着できる、粉末組成物。
2. 植物油をさらに含む、請求項１に記載の粉末組成物。
3. 該植物油が綿実油を含む、請求項２に記載の粉末組成物。
4. 該アクリル酸ホモポリマー塩がポリアクリル酸ナトリウムを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の粉末組成物。
5. 該粘土が天然ヘクトライト粘土を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の粉末組成物。
6. プロピルパラベンをさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の粉末組成物。
7. 少なくとも５０ｗｔ％の澱粉と、
   ３４ｗｔ％〜３８ｗｔ％のアクリル酸ホモポリマー塩と
   ４ｗｔ％〜６ｗｔ％の粘土と、
   を含む、請求項１に記載の粉末組成物。
8. 少なくとも５０ｗｔ％の澱粉をさらに含み、
   アクリル酸ホモポリマー塩：粘土のｗｔ％比が９：１〜５：１の範囲である、請求項１に記載の粉末組成物。
9. 該粉末組成物がアルカリまたはアミンを含むｐＨ調整剤を含まない、請求項１〜８のいずれか一項に記載の粉末組成物。
10. 少なくとも５０ｗｔ％の澱粉と、
    ３４ｗｔ％〜３８ｗｔ％のアクリル酸ホモポリマー塩と、
    ４ｗｔ％〜６ｗｔ％の粘土と、
    ０.５ｗｔ％〜３ｗｔ％の植物油と、
    プロピルパラベンを含む０.５ｗｔ％〜７ｗｔ％の防腐剤と、
    を含む、請求項１に記載の粉末組成物。
11. 少なくとも５０ｗｔ％の澱粉と、
    ３４ｗｔ％〜３８ｗｔ％のアクリル酸ホモポリマー塩と、
    ４ｗｔ％〜６ｗｔ％の粘土と、
    １ｗｔ％〜２ｗｔ％の植物油と、
    プロピルパラベンを含む１ｗｔ％〜５ｗｔ％の防腐剤と、
    を含む、請求項１に記載の粉末組成物。
12. 少なくとも５０ｗｔ％のコーンスターチと、
    ３４ｗｔ％〜３８ｗｔ％のポリアクリル酸ナトリウムと、
    ４ｗｔ％〜６ｗｔ％のヘクトライト粘土と、
    １ｗｔ％〜２ｗｔ％の綿実油と、
    プロピルパラベンを含む１ｗｔ％〜５ｗｔ％の防腐剤と、
    を含む、請求項１に記載の粉末組成物。
13. 水と、
    請求項１〜１２のいずれか一項による粉末組成物と、
    を含む、水性分散体組成物であって、
    該水性分散体が中性のｐＨを有し、ずり減粘およびチキソトロピーを有する、水性分散体組成物。
14. 該水性分散体が６.５〜７.５の範囲のｐＨを有する、請求項１３に記載の水性分散体。
15. 該水性分散体が０.１ｗｔ％〜２ｗｔ％の範囲の固体濃度を有する、請求項１３〜１４のいずれか一項に記載の水性分散体。
16. 該水性分散体が、０.６ｗｔ％〜０.８ｗｔ％の固体濃度および#５スピンドルを用いて５回転／分で５０００〜１５０００ｃＰの範囲の粘度を有する、請求項１３〜１４のいずれか一項に記載の水性分散体。
17. 請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の水性分散体を形成することと、
    該水性分散体を基材上に載せること、そして該水性分散体が該基材に粘着することと、
    を含む、方法。
18. 該水性分散体が基材上に載せられて、火災を抑制する、請求項１７に記載の方法。
19. アルカリまたはアミンを含むｐＨ調整剤なしで、該形成するステップが生じる、請求項１７に記載の方法。
20. 水と、
    請求項１〜１２のいずれか一項に記載の粉末組成物と、
    を含む、水性分散体組成物であって、
    該水性分散体が中性のｐＨを有し、そして凝集体を形成する、水性分散体組成物。

Images