KR0154894B1 - 하이드록시에틸셀룰로즈의 수성 현탁액 - Google Patents

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Description

하이드록시에틸셀룰로즈의 수성 현탁액

본 발명은 수용성 하이드록시에틸셀룰로즈의 안정한 수성 현탁액, 이의 제조방법 및 다양한 적용분야에서의 이의 용도에 관한 것이다.

수용성 하이드록시에틸셀룰로즈(HEC)는 많은 산업 공정 및 소비자 제품에서 유용한 비이온성 중합체이다. 이는 전통적으로 무수 입자 형태로 다뤄져 왔다. 무수 HEC와 연결된 문제에는 바람직하지 못한 분진 생성, 수성 시스템에 첨가될 때 불량한 분산성 및 바람직하지 못한 오랜 용해시간이 있다.

무수 입자성 HEC와 연결된 분진은 유사한 입자성 물질이 겪는 동일한 통상의 처리 문제를 제기한다. 하나의 주요 관심사는 분진 폭발의 가능성이다.

HEC는 흡습성이고 공기로부터 물을 흡수하며, 이는 입자 응집(agglomeration)을 일으킬 수 있다. 이러한 응집된 입자는 불가능하지는 않지만 수성시스템에 분산시키기에 매우 어렵다.

수성 시스템에 첨가되었을 때, HEC는 응집되거나 클럼프를 형성하는 경향이 있다.

응집은 많은 경우에 교반하면서 수성 시스템에 HEC를 서서히 첨가하여 감소시킬 수 있다. 서서히 용해시키는 것은 실질적으로 제조작업의 속도를 감소시킨다.

상기 이유로, 플랜트 작업자는 HEC를 수성 시스템에 혼합시키는데 있어 빠르고, 효과적이며, 간단한 방법을 원한다. 즉, HEC의 사용자는 응집물 또는 클럼프를 형성시키지 않고, 수성 용액에 HEC를 효과적으로 혼입시키는 데에 사용할 수 있는 안정하고, 농축된, HEC 현탁액을 원하며, 이는 무수 분말 HEC와 연결된 문제점없이 다뤄질 수도 있다.

거그 등(Girg et al)의 미합중국 특허 제4,283,229호에, 알루미나가 현탁액에 첨가되는 경우 비이온성, 수용성 셀룰로즈 에테르 유도체를 4내지 12%의 전해질 용액에 첨가하여 안정한 현탁액을 제조할 수 있다고 개시되어 있다. 적절한 전해질은 무기 산 또는 유기 산의 금속 또는 암모늄염, 특히 양이온으로서 알칼리 금속이온, 알칼리 토금속 이온, 토금속 이온, 또는 아연, 구리, 철 또는 망간 이온 및 음이온으로서 황산염 이온, 탄산염 이온, 규산염 이온, 아황산염 이온, 할로겐화물 이온, 인산염 이온, 질산염 이온, 아질산염 이온, 아세트산염 이온, 포름산염 이온, 주석산염 이온 또는 시트르산염 이온(이들의 수소산염을 포함한다)을 함유하는 염을 포함하는 것으로 기술되어 있다. 실시예 V1 및 V2 는 각각 탄산 칼륨 28 및 20중량 %를 사용하는 메틸하이드록시에틸셀룰로즈 25중량%의 분산액을 보여준다.

본 발명인은 HEC의 분산액을 연구했고 고수준의 상기 중합체를 본 발명의 탄산칼륨, 습윤제, 증점제 및 분산제의 수준들을 조합하여 수성 시스템에 분산시킬 수 있음을 발견하였다.

따라서, 본 발명은 수성 현탁액의 총 중량을 기준으로, 총 탄산칼륨 및 물의 총 중량을 기준으로 탄산칼륨 20 내지 35중량%를 포함하는 수용액중의 분산된 수용성 하이드록시에틸셀룰로즈(HEC) 8내지 28중량%, 6내지 9의 HLB를 갖는 습윤제0.2내지 0.8중량%, 및 수용성 또는 수-팽윤성 증점제 0.08내지 0.6중량%를 포함하는 수성 현탁액에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 현탁액을 제조하는 방법 및 이러한 현탁액을 이용하는 용해된 HEC의 수용액을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 고농도의 수용성 하이드록시에틸셀룰로즈(HEC)를 함유하는 안정하고, 부을 수 있는 유체 현탄액이다.

현탄액, 분산액, 용액 및 다른 용어들은 종종 혼동된다. 따라서, 본 명세서에서 현탄액 및 분산액은 교체적으로 고체 입자(HEC)가 액체(물)중에 분산된 시스템을 의미하기 위해서 사용할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 용액은 용매(예, 물)와 용질(예, 용해된 탄산칼륨, 용해된 HEC, 등)의 균질한 혼합물을 의미한다.

본 발명에 따라 분산된 HEC는 5중량%의 수성 HEC 용액중에서 용액 점도가 1000또는 그 이상의 센티포이즈이고 보다 많은 양에서, 예를들어, 10중량%에서, 이의 수용액 점도가 매우 높거나, 겔을 형성하는 비이온성 및 수용성이다. 이러한 매우 높은 점도 때문에, 이들 중합체들은 이들 농도가 5 내지 10중량%를 초과했을 때 수성 매질중에서 정상적으로 펌핑시키거나 다룰 수(용해시킬 수)없다. 전형적으로, 본 발명의 중합체들은 약 1.0 내지 약 4.2, 바람직하게는 약 1.8 내지 3.0 이상의 하이드록시에틸 몰 치환체(무수 글루코즈 단위당 하이드록시에틸 그룹의 수)를 갖는다. 본 발명에 따른 현탄액은 총 현탄액의 중량을 기준으로 입자 HEC를 적어도 8%, 바람직하게는 18 내지 28% 및 가장 바람직하게는 22 내지 26%를 함유한다.

HEC를 글리옥살과 같은 알데히드로 처리할 수 있으나, 이러한 처리는 본 발명의 목적을 위해 필수적인 것은 아니다.

수성 용액은 총 탄산 칼륨 및 물의 중량을 기준으로 탄산칼륨을 20 내지 35%, 바람직하게는 25 내지 33%, 및 가장 바람직하게는 29 내지 32%를 포함한다. 물증의 탄산칼륨의 원하는 농도는 하이드록시에틸셀룰로즈 타입 및 양에 따라 변한다.

습윤제는 친수성 및 친지성을 모두 갖는 분자이다. 본 발명에서 유용한 습윤제는 6 내지 9 범위의 친수성-친지성 균형(HLB)치를 갖는다. 바람직한 습윤제는 소르비탄 지방산 에스테르(폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르를 포함) 및 폴리옥시에틸렌 노닐페놀 에스테르이다. 예시적인 것으로 소르비탄 모노라우레이트와 이것과 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트(20:80 내지 0:100의 비)의 블렌드 또는 소르비탄 모노스테아레이트와의 블렌트(40:60 내지 0:100의 비), 소르비탄 모노팔미테이트, 레시틴 및 폴리옥시에틸렌 노닐페놀 에스테르이고, 소르비탄 모노라우레이트가 가장 바람직하다. 습윤제는 일반적으로 현탄액의 총 중량을 기준으로 0.2 내지 0.8%의 양으로 사용한다.

수용성 또는 수-팽윤성 증점제(또한 현탁제라고 알려짐)는 또한 본 발명에 의하여 하이드록시에틸셀룰로즈를 현탁시키기 위해서 유용하다. 예시적인 것으로, 벤토나이트, 카복시비닐 중합체(예, Carbopol

중합체, B. F. Goodrich, Cleveland, Ohio) 및 크산탄 검이다. 바람직한 것은 크산탄 검이다. 증점제는 일반적으로 현탁액의 총중량을 기준으로 0.08 내지 0.6%, 바람직하게는 0.14 내지 0.25% 및 가장 바람직하게는 0.16 내지 0.22%의 양으로 사용한다.

본 발명의 이 현탁액은 또한 분산제, 즉 보다 높은 HLB 값을 갖는 분자(일반적으로 14 보다 큰 HLB)를 함유할 수도 있다. 예시적인 것으로 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르 및 폴리아크릴산의 알칼리 염, 예, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노팔미테이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노스테아레이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트 및 폴리아크릴 산의 나트륨 및 암모늄 염이다. 바람직한 것은 아크릴산의 알카리 염이다. 가장 바람직한 것은 폴리아크릴산의 나트륨 염이다. 분산제는 일반적으로 총 현탁액의 0.05 내지 0.5중량% 의 양으로 사용한다. 보다 많은 양, 예로, 0.08% 또는 그 이상의 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르가 일반적으로 양호한 외관을 위해서 필요하다. 바람직하게는 분산제가 0.1% 또는 그 이상으로 존재한다.

사용될 수 있는 다른 첨가제에는 안료, 분산제, 계면활성제, 글리콜 및 중점제가 있다. 이들을, 총 현탁액의 중량을 기준으로 10%이하 바람직하게는 0.5 내지 2%의 양으로 사용한다.

본 발명의 현탁액은 물증에 탄산칼륨을 용해시켜 수성 염 용액을 형성시키고, 이어서 이 용액 중에 HEC를 교반하면서 분산시켜 제조할 수 있다. 습윤제는 어느 때든지 첨가할 수 있으나, HEC를 염 용액에 첨가하기 전에 첨가하는 것이 바람직하다. 증점제는 어느때라도 첨가할 수 있으나 탄산칼륨 첨가 후, 및 HEC 및 습윤제 첨가 전에 첨가하는 것이 바람직하다. 분산제는 어느때라도 첨가할 수 있으나 HEC(염, 증점제 및 습윤제뿐만아니라) 첨가 후에 첨가하는 것이 바람직하다. 다른 첨가제를 이용하는 경우, 이들은 전형적으로 염 첨가전에 물에 첨가한다.

안전성이란 분산된 상(수용성 하이드록시에틸 셀룰로즈) 및 수성상이 제조된 후 약간의 최소시간 동안 분리되지 않거나, 분리가 일어난다 해도 하이드록시에틸셀룰로즈가 약간의 교반으로 쉽게 재분산될 수도 있는 것을 의미한다. 안정성은 하이드록시에틸셀룰로즈, 염 등의 농도 뿐만아니라 사용된 하이드록시에틸셀룰로즈 타입의 함수이다. 본 발명에 의한 현탁액은 장기간 동안, 에로 9달후 안정함이 밝혀졌다. 본 발명의 현탁액의 안정성은 내재된 공기를 제거하기 위해서 진공중에서 분산액을 혼합하여 개선시킬 수 있다. 본 발명의 현탁액의 연장된 안정성은 한 위치에서의 제조 및 이들이 사용되려는 또 다른 위치로의 수송을 가능하게 한다.

본 발명의 현탁액의 점도는 비교적 현탁액중의 하이드록시에틸셀룰로즈의 분자량(또는 용액점도)에 무관하다. 대신에 점도는 존재하는 하이드록시에틸셀룰로즈의 농도에 역으로 비례한다. 또한 현탁액의 점도는 탄산칼륨의 농도에 역으로 비례한다. 결과적으로는 HEC의 보다 많은 양을 현탁시키기 위해서, 보다 큰 탄산칼륨 농도를 사용하는 것이 필요하다.

본 발명의 HEC 현탁액은 건조 수용성 하이드록시에틸셀룰로즈 가 실제적으로 현재 사용되는 모든 적용 분야에서 유용하고, 유일한 제한은 탄산칼륨이 몇몇 적용 분야에서 바람직하지 않을 수도 있다는 것이다. 본 발명의 분산액이 사용될 수 있는 적용분양에는 예로, 수 정화, 광물 가공, 음식 및 증점화, 화장품 증점화, 농산물 증점화, 오일분야 적용, 건축용 제품(예, 조인트 시멘트), 세라믹, 라텍스 페인트, 종이 코팅, 유화액 중합, 현탁액 중합, 카페트 백킹 등이 있다. 본 발명의 고농도 HEC 현탁액을 사용하는 잇점에는 HEC의 증점화 작용의 조절능력(증점화 시간이 실질적으로 감소된다), 다루기 쉬움 및 투여량 조절(HEC의 자동화된 첨가가 많은 적용 경우 가능하다), 중합체 분진화의 피함, 덩어리짐(llumping)등의 피함이 있다.

현탁액은 간단히 첨가하여, 예로 현탁액을 수성 시스템에 부어, 수성 시스템(예, 수성 용액)에 첨가할 수도 있다. 교반은 용해를 증가시킨다. 현탁액을 특정한 최종 용도를 위해 필요한 경우 스프링클링, 분무등을 시킬수도 있다.

본 발명을 하기 실시예에서 제시하고, 이는 예시적이며 제한하고자 하는 것은 아니고, 모든 부, % 등도 중량 단위이다.

[실시예 1]

각 실례에서 수성 탄산 칼륨 용액을 물중에 탄산 칼륨을 용해시켜 제조하였다. 습 윤제를 사용하는 경우, HEC 첨가전에 첨가하였다. 중점제를 사용하는 경우, 탄산 칼륨 첨가 후, 및 HEC 및 습윤제첨가전에 첨가하였다. 폴리아크릴 산을 분산제로 첨가하는 경우, HEC 첨가후에 첨가하였다. 폴리옥시에틸렌 모노스테아레이트를 분산제로서 첨가한 경우, 이를 HEC와 함께 또는 HEC 첨가후에 첨가하였다.

현탁액의 대부분은 저장시 안정하다. 예외는 HEC의 용해를 가져오는 너무 낮은 염 농도에 의해 야기된 샘플 E 이고, 중점제의 결여에 의해 야기된 샘플 T이다.

안정한 현탁액은 습윤제및 분산제의 존재없이 수득할 수 있다. 그러나, 이러한 현탁액은 종종 불량한 외관(즉, 펌핑/계량 문제를 일으키는 비균질환 사과 소스 외관을 갖는다)을 갖는다.

샘플(O) 및 (Z)는 습윤제가 양호한 외관을 위해 요구됨을 나타낸다.

분산제의 존재는 양호한 외관을 위해서 항상 요구되지는 않으나(예로, 샘플(A) 및 (K)를 참조), 불량한 외관은 분산제(들)가 충분한 양으로 사용되지 않은 곳에서 생길수도 있다.(예, 샘플(W) 참조).

[실시예 2]

실시예 1의 공정에 따라 제조된 현탁액 5g을 희석수 100g에 첨가하여 용액들을 제조하였다. 사용된 현탁액 및 중합체 및 결과가 표2에 나타나 있다.

본 발명의 현탁액은 분산되어 물을 증점시키고 빠르게 점성 용액을 형성하는 것이 관찰되었다.

본 발명은 특정 태양에 대해 기술하였지만, 이들은 제한하고자 하는 것이 아니고, 많은 변형 및 수정이 본 발명의 범주에서 벗어남이 없이 가능하다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (7)

1. 수성 현탁액의 총 중량을 기준으로, 탄산칼륨과 물의 총 중량을 기준으로 탄산칼륨 20 내지 35중량%를 포함하는 수용액중에 분산된 수용성 하이드록시에틸셀룰로스 적어도 8 내지 28중량%, 6내지 9의 HLB를 갖는 습윤제 0.2 내지 0.8중량% 및 수용성 또는 수 팽윤성 증점제 0.08내지 0.6 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 비이온성 수용성 셀룰로즈 에테르 유도체 및 염의수성 현탁액
2. 제1항에 있어서, 중점제가 벤토나이트, 카복시비닐 중합체 및 크산탄 검으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 추가의 특징으로 하는 수성 현탁액.
3. 제1또는 2항에 있어서, 습윤제가 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 노닐페놀 에스테르, 소르비탄 모노라우레이트, 레시틴, 폴리옥실렌노닐페놀 에테르, 소르비탄 모노스테아레이트, 소르비탄 모노팔미테이트, 및 소르비탄 모노라우레이트와 폴리옥시에틸렌 소르비탄모노라우레이트의 블렌드로 구성되는 그룹으로 부터 선택되는 것을 추가의 특징으로 하는 수성 현탁액.
4. 제1내지 3항중 어느 한항에 있어서, 수성 현탁액이 14이상의 HLB를 갖는 분산제 0.05 내지 0.5중량%를 추가로 포함하는 것을 추가의 특징으로 하는 수성 현탁액.
5. 제4항에 있어서, 분산제가 폴리아크릴산의 아칼리 염이거나 폴리옥시 에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르인 수성 현탁액.
6. (a) 탄산칼륨 수용액을 제조하고; (b) 탄산칼륨 수용액 에 수용성 또는 수팽윤성 중점제 및 습윤제를 첨가하며; (c) 상기 수용액중에 셀룰로즈 에테르 유도체를 분산시켜 수성 현탁액을 제조하는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 비이온성 수용성 셀롤로즈 에테르 유도체 및 염의 수성 현탁액의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 추가의 단계로서 폴리아크릴 산의 알칼리염 또는 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르와 같은 분산제를 수성 현탁액의 총 중량을 기준으로 0.05 내지 0.5중량% 의 양으로 첨가하는 것을 추가의 특징으로 하는 방법.