KR20210028604A - 개선된 습윤성 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 10 내지 50 중량% 미만의 적어도 하나의 C10 내지 C14 알콜 및 10 내지 30 중량%의 C4-C6 산소 함유 공용매와 조합하여, 비-이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제로부터 선택되는 계면활성제를 포함하는 습윤성 조성물, 상기 습윤성 조성물을 사용하는 방법, 및 상기 습윤성 조성물을 함유하는 제품에 관한 것이다.

Description

개선된 습윤성 조성물
본 발명은 저에너지 표면(low energy surface)의 습윤화(wetting)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 수성 액체 조성물의 표면 장력(surface tension)을 낮출 수 있는 습윤성 조성물(wetting composition)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 표면 장력이 저하된 수성 액체 조성물 및 습윤성 조성물을 함유하는 수성 조성물의 사용을 통해 저에너지 표면의 수성 습윤성을 개선하는 방법에 관한 것이다.
표면 장력은 공기와 같은 기체와 접촉하는 액체의 특성이다. 액체의 표면 장력은 액체의 분자가 서로 끌리는 경향에 의해 좌우되며, 액체 분자들 사이의 분자간 응집 상호 작용의 강도를 반영한다. 높은 표면 장력을 갖는 액체에서, 액체 내의 분자들 사이의 분자간 상호 작용을 촉진하는 응집력은 액체 분자와 공기의 상호 작용을 촉진하는 접착력보다 더 강하다. 응집력 있는 분자간 상호 작용을 방해하고 표면 장력이 낮은 액체에 비해 표면 장력이 높은 액체의 표면적을 증가시키기 위해서는 더 많은 작업을 필요로 한다.
습윤성은 액체와 기재(substrate)(고체 또는 다른 액체)와의 상호 작용 및 이후 기재 상에 액체의 퍼짐에 의해 결정되는 현상이다. 액체의 습윤화시키는 능력은, 모세관력이 표면의 표면 상의 표면 형태의 문제(예를 들어, 매우 작은 스크래치)로 인해 액체의 퍼짐에 영향을 미치는 경우와 같이, 임의의 추진력 없이 특정 표면 상에 액체가 퍼지는 능력을 반영한다. 그러나, 모세관력 조차도 액체의 표면 장력에 의해 좌우된다.
액체가 고체 기재의 표면을 습윤화시키는 능력은 액체와 고체 사이의 계면 에너지(interfacial energy)로 측정된다. 계면 에너지는 액체의 표면 장력과 고체의 표면 에너지의 차이로 정의된다. 이 값이 작을수록 액체가 고체 상에 퍼지는 능력이 커질 것이다. 액체의 표면 장력이 높고, 고체의 표면 에너지가 낮으면, 이둘 사이의 계면 에너지가 커서 습윤화가 발생하지 않을 것이다. 이러한 상황에서, 액체는 기재에 습윤화되지 않는 것으로 기술될 것이다. 그러나, 액체의 표면 장력이 낮아지거나/지고, 고체의 표면 에너지가 증가하면, 이둘 사이의 계면 에너지가 감소하여 습윤화를 발생시킬 것이다.
물은 20 ℃에서 약 72 mN/m의 표면 장력을 갖는다. 저에너지를 갖는 표면은 액체의 비교적 높은 표면 장력으로 인해 물을 포함하는 수성 액체에 의해 쉽게 습윤화되지 않아, 큰 계면 에너지가 발생한다. 따라서, 이러한 저에너지 표면은 소수성이라고 할 수 있다. 저에너지 표면의 불량한 수성 습윤성은 어떤 이유로 수성 액체가 바람직하게 표면 상에 퍼질때 문제를 일으킬 수 있다.
사실상, 대부분의 제조 공정 및 농업에서, 고체의 표면 에너지를 증가시키는 것은 매우 어렵다. 결과적으로, 고체 상에 액체의 퍼짐을 향상시키기 위해서 거의 항상 액체의 표면 장력을 감소시킬 필요가 있다.
예를 들어, 농업 산업에서, 가용성 또는 미립자 제초제(herbicide), 살진균제(fungicide), 살충제 또는 비료와 같은 활성 화합물을 전달하도록 농업용 조성물이 식물군(flora)에 적용된다. 일반적으로, 활성 화합물은 엽면 살포(foliar spray)로서 수성 액체 시스템에서 전달된다. 그러나, 잎, 새싹 및 줄기와 같은 식물의 구성 요소는 본질적으로 소수성이고, 이는 즉 활성 화합물이 표면에 닿고 표면을 코팅하고, 표토로 흘러내려 적용을 완전히 효과적인 것보다 적어지지 않도록 보증하기 위해 엽면 살포에 의한 표적 표면의 습윤성이 제어되어야 하는 것을 의미한다.
또한, 잉크와 같은 염료가 종이나 직물 등 위에 퍼지는 것이 바람직하다. 나일론 및 폴리에스테르와 같은 합성 섬유로 제조된 직물을 염색할 때, 섬유 상에 염료가 균일하게 도포되도록 섬유의 표면을 완전히 습윤화시키는 것이 바람직하다. 염색 욕(dye bath)의 습윤화 능력은 표면을 본질적으로 소수성이도록 하는 플루오르 아크릴레이트 수지로 처리된 합성 섬유를 염색할 때 특히 중요하다.
또한, 수성 액체에 의한 입자의 습윤화는 입자가 본질적으로 소수성일 때 및/또는 입자들 사이의 공극 공간이 액체가 기재로 침투하는 것을 방지할 때 문제를 발생시킨다. 예를 들어, 적층된 파티클 보드 산업에서, 개별 목재 입자 플레이크는 수계 수지(aqueous-based resin)로 코팅되어, 적절한 조건에 노출 시에 경화되고 굳어져, 수지가 입자에 대한 접착제 역할을 할 수 있다. 그러나, 건조 입자 플레이크는 표면 자유 에너지가 매우 낮기 때문에, 즉 불량한 습윤 표면이고, 수지 혼합물이 비교적 높은 표면 장력을 갖기 때문에, 이둘 사이의 계면 에너지가 높다. 이는 플레이크 표면 상에서 수지의 이동 및 확산을 방해한다. 큰 플레이크가 효과적으로 수지화되지 않으면, 목재 입자 플레이크로 형성된 수득된 패널의 무결성에 영향을 미치는 취약 영역을 생성할 수 있다.
접촉각(θ)은 일반적으로 기재의 습윤성을 정량화하는데 사용된다. 접촉각은 액체(L)/증기(V) 계면이 3상 접촉선(three phase contact line)에서 고체(S) 표면과 만드는 탄젠트(tangent)이다. 접촉각은 액체와 고체 표면의 특성, 및 이들 사이의 분자간력(즉, 응집력과 접착력)의 상호작용 및 균형에 의해 결정된다. 액적이 표면 상에 위치하는 경우, 액체 접촉각은 0° 내지 180°의 범위 내일 것이다. 0°의 접촉각은 완벽한 습윤화를 나타내고, 액체는 기재의 표면 상에 박막을 형성한다. 이에 비해, 90°초과의 접촉각은 비-습윤 상태를 나타내고, 0 °< O < 90 °의 접촉각이 관측될 때 부분 습윤화가 발생한다. 따라서, 접촉각은 특정 고체를 특정 액체로 습윤화시키는 과정을 측정한 것이다. 그러나, 고체의 표면 에너지에 관계없이, 액체의 표면 장력을 줄일 수 있으면, 액체가 더 효과적으로 퍼질 것이다.
액체에 의한 고체의 습윤화의 개선은 액체에 계면활성제를 첨가함으로써 달성될 수 있다. 다양한 부류의 계면활성제가 존재하며, 다양한 산업의 범위에서 널리 사용된다. 일반적으로, 계면활성제는 친수성 헤드 그룹(hydrophilic head group)과 소수성 테일(hydrophobic tail)을 갖는 양친매성 화합물이다. 계면활성제는 액체, 표면 및 공기의 3상 계면(three-phase interface)으로 이동하고, 계면에서 흡착하여 습윤성과 액체 퍼짐을 개선할 수 있다. 그러나, 계면에서 계면활성제의 흡착은 벌크 액체의 계면활성제 농도를 감소시켜, 액체의 표면 장력을 증가시키고, 더 많은 계면활성제 분자가 3상 계면으로 이동할 때까지 습윤화를 느리게 한다. 이는 스틱(stic)/슬립(slip) 현상으로 알려져 있다. 계면활성제 농도가 임계 미셀 농도 (critical micelle concentration, CMC)에 도달하면, 액체에서 미셀 형성과 함께 슬립/스틱 현상은 다수의 계면활성제의 습윤화 성능을 제한한다. 이러한 미셀은 3상 계면으로 이동하고, 3상 계면에 효과적인 계면활성제의 농도를 유지하도록 분해되어야 한다.
유기실리콘은 약물 및 퍼스널 케어 제품 및 농약 조성물(agrochemical composition)에 사용되는 강력한 부류의 계면활성제이다. 시판되는 유기실리콘 계면활성제의 일례는 트리실록산 에톡실레이트(trisiloxane ethoxylate)인 Silwet L-77TM이다. 다른 시판되는 유기실리콘 계면활성제는 Silwet 408TM 및 Silwet HS312TM을 포함한다. 유기실리콘 계면활성제는 20-26 mN/m의 표면 장력(Kovalchuk et al, Advances in Colloid and Interface Science, Volume 210, August 2014, pages 65-71), 및 소수성 테일 그룹의 컴팩트한 실록산 백본에 인한 것으로 판단되는 계면활성제의 우수한 퍼짐 능력을 나타내는 것으로 보고되었다. 그러나, 유기실리콘 계면활성제는 효과적이지만, 이러한 화합물은 벌을 포함한 곤충 개체군의 내분비 교란 물질로 작용할 수 있다고 판단된다. 또한, 유기실리콘의 에톡실레이트 부분은 쉽게 생분해될 수 있지만, 실록산 부분은 주변 수분 및 온도에 따라 연간 2-8%의 속도로 시간이 지남에 따라 천천히 가수 분해될 것이다. 결과적으로, 이러한 계면활성제의 전체 생분해성은 낮은 것으로 간주된다. 또한, 유기실리콘 계면활성제의 분해 산물은 토양을 소수성이 되도록 하므로, 농업 적용 분야에서 적합하지 않다.
플루오로 계면활성제는 친수성 헤드 그룹과 소수성 플루오로카본 테일을 갖는 합성 화합물인 다른 부류의 고효율 계면활성제이다. 이러한 계면활성제는 최소 표면 장력이 15 내지 20 mN/m인 수성 액체를 생성할 수 있으며, 이는 페인트 및 코팅제, 접착제, 세정제, 김서림 방지제 및 정전기 방지제, 소방용품에 사용될 수 있다. 그러나, 플루오로 계면활성제의 단점은, 이들은 환경에서 지속되고 생물 축적될 수 있는 매우 독성인 분해 산물을 생성할 수 있다는 점이다. 예를 들어, 일부 소방 훈련장의 지하수는 현장이 마지막으로 사용된 후 10년이 넘어도 플루오로 계면활성제로 오염된 채로 남아있을 수 있다.
국제 특허 출원 PCT/AU2012/000335는 계면활성제와 조합하여 50 중량% 이상의 불용성 C5 내지 C12 알콜을 함유하는 습윤성 조성물을 기술하고, 이는 저에너지 표면을 습윤화시키는 수성 액체의 능력을 개선하기 위해 수성 액체에 첨가하도록 제형화된다. 그러나, 이들 조성물 중 일부의 문제점은 강한 냄새가 날 수 있으며, 이는 일부 적용 분야에서 조성물의 실질적인 사용성을 제한할 수 있다는 점이다.
저에너지 소수성 표면의 수성 습윤화를 개선할 수 있는 대체 조성물 및 방법을 개발하는 것은 여전히 바람직하다.
본 발명은 바람직하게는 저에너지 표면을 습윤화하는 수성 액체에 첨가하기 위한 습윤성 조성물에 관한 것이다. 본 명세서에 기술된 습윤성 조성물은, 수성 액체의 표면 장력을 사실상 감소시킬 수 있고, 일부 양태에서 유기실리콘 계면활성제 및 플루오로 계면활성제의 사용으로 관측된 수준으로 수성 액체의 표면 장력을 감소시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다.
본 발명의 제1 측면에 따라서, 습윤성 조성물(wetting composition)로서,
(a) 10 내지 50 중량% 미만의 하나 이상의 C10-C14 알콜;
(b) 10 내지 30 중량%의 하나 이상의 C4-C6 산소 함유 공용매(co-solvent);
(c) 20 내지 60 중량%의, 비-이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제로부터 선택되는 하나 이상의 계면활성제;
(d) 0 내지 25 중량%의 물; 및
(e) 0 내지 10 중량%의 기타 첨가제;를 포함하는, 습윤성 조성물이 제공된다.
습윤성 조성물이 적어도 하나의 C10-C14 알콜 및 적어도 하나의 C4-C6 산소 함유 공용매와 조합하여 비-이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제로부터 선택되는 계면활성제를 포함하는 경우, 상기 습윤성 조성물이 효과적인 것을 발견했다.
다른 측면에서, 본 명세서에 기술되는 습윤성 조성물 및 수성 액체를 포함하는 수성 액체 조성물이 제공된다.
다른 측면에서, 수성 액체의 표면 장력을 낮추는 방법으로서, 상기 방법은 본 명세서에 기술된 습윤성 조성물을 수성 액체에 첨가하는 단계를 포함하는 것인, 수성 액체의 표면 장력을 낮추는 방법이 제공된다.
또 다른 측면에서, 비교적 높은 표면 에너지를 갖는 액체로 저에너지 표면(low energy surface)을 습윤화시키는 방법으로서, 상기 방법은,
본 발명의 습윤성 조성물을 액체에 첨가하는 단계; 및
상기 습윤성 조성물을 포함하는 액체와 저에너지 표면을 접촉시키는 단계;를 포함하는 것인, 저에너지 표면을 습윤화시키는 방법이 제공된다.
본 발명의 양태는 이제 단지 예시적인 것으로 의도되는 하기 도면을 참조하여 기술될 것이다:
도 1은 본 발명의 일 양태의 50%의 비-이온성 계면활성제, 25%의 도데칸올 및 테트라데칸올(70:30)의 블렌드 및 25%의 2-부톡시에탄올을 포함하는 습윤성 조성물을 0.1% 포함하는 수성 액체에 대한 시간(초) 경과에 따른 표면 장력(mN/m)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 양태의 50%의 음이온성 계면활성제, 25%의 도데칸올 및 25%의 2-부톡시에탄올을 포함하는 습윤성 조성물을 0.1% 포함하는 수성 액체에 대한 시간(초) 경과에 따른 표면 장력(mN/m)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 양태의 50%의 음이온성 계면활성제, 25%의 도데칸올 및 25%의 2-부톡시에탄올을 포함하는 습윤성 조성물을 0.5% 포함하는 수성 액체에 대한 시간(초) 경과에 따른 표면 장력(mN/m)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 양태의 50%의 양이온성 계면활성제, 25%의 도데칸올 및 25%의 2-부톡시에탄올을 포함하는 습윤성 조성물을 0.1% 포함하는 수성 액체에 대한 시간(초) 경과에 따른 표면 장력(mN/m)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 양태의 50%의 양이온성 계면활성제, 25%의 도데칸올 및 25%의 2-부톡시에탄올을 포함하는 습윤성 조성물을 0.5% 포함하는 수성 액체에 대한 시간(초) 경과에 따른 표면 장력(mN/m)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 양태의 50%의 양이온성 계면활성제, 25%의 도데칸올 및 25%의 2-부톡시에탄올을 포함하는 습윤성 조성물을 1.0% 포함하는 수성 액체에 대한 시간(초) 경과에 따른 표면 장력(mN/m)의 변화를 나타내는 그래프이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 "a," "an," 및 "the"는 오직 단수를 가리키는 것으로 명시적으로 언급되지 않으면 단수 및 복수 모두를 가리킨다.
용어 "약(about)" 및 일반적으로 범위의 사용은, 용어 "약"에 의한 자격이 있는지 여부에 관계없이, 이해된 숫자가 본 명세서에 제시된 정확한 숫자로 제한되지 않고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 사실상 인용된 범위 내의 범위를 말하려는 것임을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 "약"은 당업자에 의해 이해될 것이며, "약"이 사용되는 맥락에서 다소 달라질 수 있다. 용어가 사용되는 맥락에서 당업자에게 명확하지 않은 용어의 사용이 있는 경우, "약"은 특정 용어의 최대 플러스 또는 마이너스 10%를 의미할 것이다.
본 명세서에서 언급된 퍼센트(%)는 달리 언급되지 않으면 중량% (즉, 중량%(wt%), w/w 또는 w/v)를 기준으로 한다.
본 명세서에 기술된 습윤성 조성물은 바람직하게는 저에너지 표면을 습윤화시키는 수성 액체에 첨가하려는 것이다. 습윤성 조성물은 장쇄 알콜 및 산소-함유 공용매와 조합된 계면활성제를 포함한다. 습윤성 조성물은 수성 액체의 표면 장력을 감소시키기 위해 수성 액체에 첨가될 수 있다.
일 측면에서, 본 발명은 습윤성 조성물(wetting composition)로서,
(a) 10 내지 50 중량% 미만의 하나 이상의 C10-C14 알콜;
(b) 10 내지 30 중량%의 하나 이상의 C4-C6 산소 함유 공용매(co-solvent);
(c) 20 내지 60 중량%의, 비-이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제로부터 선택되는 하나 이상의 계면활성제;
(d) 0 내지 25 중량%의 물; 및
(e) 0 내지 10 중량%의 기타 첨가제;를 포함하는, 습윤성 조성물을 제공한다.
습윤성 조성물은 조성물의 성분으로서 적어도 하나의 C10-C14 알콜을 포함한다. 적어도 하나의 C10-C14 알콜은 습윤성 조성물 내에서 10 내지 50% 미만의 양으로 존재한다. 습윤성 조성물은 단일 C10-C14 알콜을 함유할 수 있다. 대안적으로, 습윤성 조성물이 C10-C14 알콜의 혼합물을 함유할 수 있도록 하나 이상의 C10-C14 알콜이 존재할 수 있다. C10-C14 알콜 또는 C10-C14 알콜의 혼합물은 습윤성 조성물의 알콜 성분으로서 간주될 수 있다.
C10-C14 알콜은 일반적으로 분자 내에 존재하는 다수의 탄소원자로 인해 물에 불용성이거나 난용성이다. "수 불용성(water insoluble)"은 열 및/또는 교반에 의한 도움에도 알콜이 물이 용해되지 않는 것을 의미한다. C10-C14 알콜은 20 ℃에서 10 mg/L 이하의 물에 대한 용해도를 가질 수 있다.
C10-C14 알콜은 지방족 알콜이고, 10 내지 14개의 탄소원자로 이루어진 직쇄 또는 분지쇄 탄화수소 구조를 갖는 1차, 2차 또는 3차 알콜일 수 있다. 따라서, 알콜은 C10 내지 C14 이하의 쇄 길이를 가질 수 있다.
습윤성 조성물에서 C10-C14 알콜의 사용은, 이러한 알콜이 후술하는 바와 같이 습윤성 조성물의 계면활성제가 액체/기체 계면에서 조립되는 능력에 유리한 영향을 미치는 것으로 판단되기 때문에 중요하다.
일 양태에서, 습윤성 조성물은 둘 이상의 C10-C14 알콜의 혼합물을 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 양태의 습윤성 조성물은 C12 알콜 및 C14 알콜의 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 양태에서, 습윤성 조성물의 알콜 성분 중 C10-C14 알콜의 총량은 10 내지 50 중량% 미만의 범위 내로 유지된다.
한 형태에서, 습윤성 조성물은 적어도 하나의 C10-C14 직쇄 지방족 알콜을 포함한다. 그러나, 습윤성 조성물에서 하나 이상의 직쇄 C10-C14 알콜이 존재할 수 있다.
유리하게는, C10-C14 알콜은 1-옥탄올 (C8 알콜)과 같은 다른 장쇄 지방족 알콜보다 냄새가 적다. 결과적으로, 일부 양태에서, C10-C14 알콜을 포함하는 습윤성 조성물은 조성물의 냄새를 마스킹하기 위해 향료와 같은 첨가제를 필요로 하지 않는다.
일 양태에서, 습윤성 조성물은 C10, C12 또는 C14 직쇄 지방족 알콜, 또는 이러한 알콜의 혼합물을 포함한다. 예시적인 직쇄 지방족 C10, C12 또는 C14 알콜은 1-데칸올, 1-도데칸올 및 1-테트라데칸올일 수 있다.
한 형태에서, 습윤성 조성물은 C12 알콜을 단독으로, 또는 C10 알콜 또는 C14 알콜과 조합하여 포함한다.
습윤성 조성물이 C10 알콜 또는 C14 알콜과 함께 혼합된 C12 알콜을 포함하는 경우, 알콜의 혼합물에서 C12 알콜 대 C10 알콜 또는 C14 알콜의 상대적 비율은 50:50 내지 90:10의 범위내 일 수 있다.
당업자는 C12, 및 C10 또는 C14 알콜의 상대적 비율이 중량을 기준으로 각 성분의 상대적인 양에 기초한다는 것을 이해할 것이다. 즉, 50:50의 상대적 비율에서, 조성물은 중량을 기준으로 동일한 양으로 C12 알콜, 및 C10 또는 C14 알콜을 포함할 것이다. 따라서, 상대적 비율은 혼합물에서 알콜 화합물의 중량비를 반영할 수 있다.
일 양태에서, 습윤성 조성물은 C10 알콜과 조합된 C12 알콜을 포함한다. 이러한 양태에서, C12 알콜 대 C10 알콜의 상대적 비율은 중량을 기준으로 80:20 내지 90:10의 범위내 일 수 있다. 일 양태에서, C10 알콜에 대한 C12 알콜의 상대적 비율은 중량을 기준으로 약 88:12이다.
다른 양태에서, 습윤성 조성물은 C14 알콜과 조합된 C12 알콜을 포함한다. 이러한 양태에서, C12 알콜 대 C14 알콜의 상대적 비율은 중량을 기준으로 56:44 내지 87:13의 범위내 일 수 있다. 일 양태에서, C12 알콜 대 C14 알콜의 상대적 비율은 중량을 기준으로 약 70:30이다.
C12 알콜은 C10 또는 C14 알콜보다 더 많은 양으로 존재할 수 있어서, 습윤성 조성물의 알콜 성분 (즉, 성분 (a))의 주성분을 형성할 수 있다.
일 양태에서, 습윤성 조성물은 1-데칸올 또는 1-테트라데칸올과 조합된 1-도데칸올의 혼합물을 포함한다. 조성물에서 1-데칸올 또는 1-테트라데칸올에 대한 1-도데칸올의 상대적 비율은 상기 기술된 범위내 일 수 있다.
하나의 특정 양태에서, 습윤성 조성물은 1-도데칸올 및 1-테트라데칸올의 혼합물을 포함한다. 알콜의 혼합물에서 1-도데칸올 대 1-테트라데칸올의 상대적 비율은 중량을 기준으로 50:50 내지 90:10의 범위내 일 수 있다. 예를 들어, 1-도데칸올 대 1-테트라데칸올의 상대적 비율은 중량을 기준으로 50:50, 56:44, 60:40, 70:30, 80:20, 87:13, 85:15 또는 90:10으로부터 선택될 수 있다.
습윤성 조성물은 적절한 양의 C10-C14 알콜을 포함할 수 있다. C10-C14 알콜의 총량은 조성물의 나머지 성분과 균형을 이루며, 정의된 비율로도 존재한다.
일부 양태에서, 습윤성 조성물 중 C10-C14 알콜의 총량은 조성물의 적어도 12%이고, 조성물의 적어도 15%, 적어도 17%, 적어도 20%, 또는 적어도 25%일 수 있다. C10-C14 알콜의 총량은 조성물의 중량을 기준으로 49% 이하, 48% 이하, 47% 이하, 45% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 또는 28% 이하일 수 있다. C10-C14 알콜의 총량은 이러한 상한 및 하한 중 임의의 범위 내에서 임의의 농도, 예를 들어 중량을 기준으로 15 내지 45% 또는 20 내지 40%일 수 있다.
일부 양태에서, 습윤성 조성물은 본 명세서에 기재된 바와 같은 하나 이상의 C10-C14 알콜을 10 내지 40 중량%를 포함한다.
일부 양태에서, 습윤성 조성물은 약 10, 15, 18, 20, 23, 25, 27, 30, 32, 35, 40 또는 45 중량%의 총량으로 하나 이상의 C10-C14 알콜을 포함할 수 있다.
또한, 습윤성 조성물은 조성물의 성분으로서 공용매를 함유하는 적어도 하나의 C4-C6 산소를 포함한다. C4-C6 산소 함유 공용매는 일반적으로 수용성 또는 수혼 화성이며, 습윤성 조성물에서 하나 이상의 C10-C14 알콜에 대한 가용화제로 작용할 수 있다. 이는 C10-C14 알콜 (또는 이러한 알콜의 혼합물)이 계면활성제와 혼합될 때 안정한 조성물의 형성을 도울 수 있다. C4-C6 산소 함유 공용매는 20 ℃에서 1000mg/L 이상의 물에 대한 용해도를 가질 수 있다.
C4-C6 산소 함유 공용매는 하나 이상의 유형의 산소 함유기를 가질 수 있다. C4-C6 산소 함유 공용매에 존재할 수 있는 상이한 유형의 산소 함유 작용기의 일부 예는 알콜, 에스테르 및 에테르기를 포함한다. C4-C6 산소 함유 공용매는 알콜 및 에테르기의 조합과 같은 이러한 작용기들의 조합을 가질 수 있다. 바람직하게는, C4-C6 산소 함유 공용매는 낮은 인화점 및/또는 낮은 증발 속도를 갖거나/갖고, 어떠한 악취도 방출하지 않는다.
C4-C6 산소 함유 공용매는 환경 조건에 노출되었을 때 반감기가 짧은 무독성 분해 산물로 분해될 수 있는 화합물로부터 선택될 수 있다.
습윤성 조성물에 혼입하기에 적합한 C4-C6 산소 함유 공용매의 일부 예는 수용성 또는 수혼화성 C4-C6 에스테르, C4-C6 알콜, C4-C6 에테르 및 이들의 혼합물을 포함한다.
일 양태에서, C4-C6 산소 함유 공용매는 수용성 또는 수혼화성 C4-C6 에스테르일 수 있다. 이러한 에스테르는 C1-C3 카르복실산의 C1-C3 알킬에스테르일 수 있다. 일 양태에서, 수용성 C4-C6 에스테르는 락트산의 C1-C3 알킬 에스테르이다. 락트산 에스테르의 예는 에틸 락테이트 및 프로필 락테이트를 포함한다.
일 양태에서, C4-C6 산소 함유 공용매는 수용성 또는 수혼화성 C4-C6 알콜일 수 있다. 수용성 또는 수혼화성 C4-C6 알콜의 모든 이성질체는 선형 또는 분지형 1차, 2차 및 3차 알콜을 포함하여 사용될 수 있다. 또한, 이러한 C4-C6 알콜은 디올, 트리올 또는 테트롤과 같은 폴리올일 수 있다. 수용성 또는 수혼화성 C4-C6 알콜의 예는 tert-부탄올, tert-아밀 알콜, 글리세롤, 트리에탄올아민, 에틸렌 글리콜 및 프로필렌 글리콜과 같은 알킬렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 및 디프로필렌 글리콜과 같은 알킬렌 글리콜의 에테르, 및 2-부톡시에탄올 및 부톡시프로판올과 같은 알킬렌 글리콜의 모노알킬 에테르를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
일 양태에서, C4-C6 산소 함유 공용매는 수용성 또는 수혼화성 C4-C6 에테르일 수 있다. 이러한 에테르는 선형 또는 분지형 탄화수소 쇄를 방해하는 하나 이상의 산소 헤테로 원자를 가질 수 있다. 수용성 또는 수혼화성 C4-C6 에테르의 예는 알콜의 모노-알킬 에테르 및 에틸렌 글리콜과 같은 알킬렌 글리콜의 디알킬 에테르를 포함한다. 알콜 모노 에테르의 예는 에톡시 부탄올이고, 알킬렌 글리콜 디알킬 에테르는 에틸렌 글리콜 디메틸 에테르이다.
예시적인 양태에서, 습윤성 조성물은 에틸 락테이트, 2-부톡시에탄올 및 디에틸렌 글리콜로부터 선택되는 C4-C6 산소 함유 공용매를 포함한다.
일 양태에서, 습윤성 조성물은 (a) 10-40%의 하나 이상의 C10-C14 알콜 및 (b) 에틸 락테이트, 2-부톡시에탄올 및 디에틸렌 글리콜로부터 선택되는 10-30%의 C4-C6 산소 함유 공용매를 포함한다. 일 양태에서, 성분 (a)는 임의로 C10 또는 C14 알콜과 조합된 C12 알콜을 포함한다.
습윤성 조성물의 공용매 성분은 조성물의 10 내지 30%를 구성한다. 습윤성 조성물의 이 성분에 C4-C6 산소 함유 공용매의 혼합물이 존재하는 경우, 존재하는 C4-C6 산소 함유 공용매의 전체 총량은 10 내지 30%의 범위 내인 것으로 이해될 것이다.
일부 양태에서, 공용매 성분은 습윤성 조성물의 30 중량% 미만을 형성한다. 예를 들어, 공용매 성분은 28 중량% 이하, 27 중량% 이하, 25 중량% 이하, 23 중량% 이하, 20 중량% 이하, 또는 18 중량% 이하일 수 있다. 습윤성 조성물은 적어도 10 중량%, 적어도 11 중량%, 적어도 13 중량%, 적어도 14 중량%, 또는 적어도 15 중량%의 양으로 공용매를 포함할 수 있다. 습윤성 조성물은, 예를 들어 12 내지 25%, 또는 15 내지 23%의 농도에서 임의의 이러한 상한 및 하한 내에서 일정량의 C4-C6 산소-함유 공용매를 포함할 수 있다.
하나의 특정 양태에서, 습윤성 조성물은 C4-C6 산소 함유 공용매로서 2-부톡시에탄올을 포함한다. 2-부톡시에탄올은 조성물에서 약 12.5 중량%, 13.5 중량%, 15 중량%, 17.5 중량%, 18 중량%, 20 중량%, 22.5 중량% 또는 25 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
다른 특정 양태에서, 습윤성 조성물은 C4-C6 산소 함유 공용매로서 에틸 락테이트를 포함한다. 에틸 락테이트는 조성물에서 약 15 중량% 또는 25 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
다른 특정 양태에서, 습윤성 조성물은 C4-C6 산소 함유 공용매로서 디에틸렌 글리콜을 포함한다. 디에틸렌 글리콜은 조성물에서 약 22.5 중량% 또는 25 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
습윤성 조성물에 사용되는 C10-C14 알콜 및 C4-C6 산소 함유 공용매의 양은 함께 조성물의 적어도 20 중량%를 구성할 수 있다. 일부 양태에서, C10-C14 알콜 및 C4-C6 산소 함유 공용매는 함께 습윤성 조성물의 적어도 30 중량%를 구성할 수 있다.
일부 양태에서, C10-C14 알콜 및 C4-C6 산소 함유 공용매의 혼합된 양은 습윤성 조성물의 50 중량% 미만이다. 예를 들어, C10-C14 알콜 및 C4-C6 산소 함유 공용매 성분은 함께 습윤성 조성물의 49 중량%, 48 중량%, 47 중량%, 46 중량% 또는 45 중량% 이하를 형성할 수 있다. 습윤성 조성물의 나머지는 계면활성제와 물 및 기타 첨가제로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 습윤성 조성물은 계면활성제를 포함한다. 계면활성제 성분은 습윤성 조성물의 20 내지 60 중량%를 구성하고, 비이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제로부터 선택된 적어도 하나의 계면활성제를 포함한다. 습윤성 조성물의 계면활성제 성분은 상술한 계면활성제들 중 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 계면활성제 혼합물이 존재하는 경우, 습윤성 조성물에서 계면활성제의 총량은 20 내지 60%의 범위 내이다.
습윤성 조성물의 계면활성제 성분은 유기실리콘 계면활성제 또는 플루오로 계면활성제를 포함하지 않는 것을 필요로 한다.
습윤성 조성물용 계면활성제는 양친매성 화합물이고, 물을 포함하는 수성 액체의 표면 장력을 낮출 수 있는 것들로부터 선택될 수 있다. 계면활성제는 표적 수성 액체에 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히 가용성이어야 한다. "적어도 부분적으로 가용성(at least partially soluble)"은 계면활성제 양의 적어도 약 50, 65, 75, 80, 90 또는 95%가 수성 액체에 용해될 수 있음을 의미한다. 당업자는 수성 액체 용매에서 선택된 계면활성제의 가용성을 쉽게 결정할 수 있을 것이다.
계면활성제는 C10-C14 알콜, C4-C6 산소 함유 공용매, 또는 습윤성 조성물의 기타 첨가제와 화학 반응을 일으키지 않아야 한다. 또한, 계면활성제는 첨가될 수성 액체 또는 첨가될 수성 액체의 임의의 성분과 화학 반응을 일으키지 않도록 선택되어야 한다. 열 적용 시에도 화학 반응이 없어야 한다. "화학 반응을 겪지 않음(not undergo chemical reaction)" 또는 "화학 반응이 없음(no chemical reactions)"은 새로운 화학적 산물을 형성하는 반응이 없는 것을 의미한다. 화학 물질간에 수소 결합 또는 기타 가역적인 화학적 상호 작용이 존재할 수 있다. 계면활성제는 저에너지 표면과 화학적으로 반응하지 않아야 하며, 그렇지 않으면 접착 문제가 발생할 것이다. 바람직하게는, 계면활성제는 저에너지 표면과 수소 또는 다른 결합을 형성하지 않는다.
계면활성제는 유리하게는 비독성 및 비가연성(non-flammable)이 되도록 선택된다. 계면활성제는 표면 장력을 감소시키거나 감소시키는 것을 돕는 것 이외에 추가될 수성 액체의 특성에 악영향을 미치지 않아야 한다. 계면활성제가 색상, 점도 및 냄새를 포함하여 수성 액체 특성을 변경하지 않으면 유리하다.
일 양태에서, 계면활성제는 생체 적합성, 생분해성 및 무독성일 수 있다. 이는 자연 수로에 존재하는 어류 및 기타 유기체에 대한 환경적 양립성 및 무독성이 요구되는 농업용 조성물에 사용하기 위한 습윤성 조성물에 유리할 수 있다. 모발, 피부 또는 손톱에 적용하기 위한 화장품 또는 기능성/약제학적 조성물과 같이 생체 적합성이 바람직한 다른 적용의 경우, 계면활성제는 비알러지성으로 선택되어야 하며, 피부를 자극하지 않아야 한다.
다른 양태에서, 계면활성제는 수계 수지와 같은 복합 수성 액체를 분산상으로 유지하도록 선택된 것일 수 있다. 이는 수지에 이산화티타늄과 같은 안료 입자를 사용할 때 특히 중요하다. 수지가, 예를 들어 파티클 보드의 형성에 사용되는 목재 입자 플레이크를 코팅하는데 사용되는 경우, 선택된 계면활성제는 경화 공정 중에 보드가 노출되는 온도 동안 내열성이 있는 것이어야 하며, 수지의 경화 및 굳히는 능력에 영향을 주지 않아야 한다. 계면활성제가 내열성이 없는 경우, 고온에서 계면활성제의 임의의 분해는 주변 환경에 해롭지 않은 비독성 부산물을 생성해야 한다. 수지가 코팅지 용도인 경우, 계면활성제 분자의 분해 부산물에 의해 종이가 변색되지 않는 것이 중요한 경우 계면활성제는 UV에 안정적이어야 한다.
다른 양태에서, 계면활성제는 제초제, 살충제, 비료 또는 기타 제제가 스프레이로서 적용될 수 있도록 안정한 수성 현탁액에 다른 제제를 함유하는 분말형 제초제, 살충제 또는 비료 또는 다른 분말 제형을 유지하도록 선택된 것일 수 있다.
계면활성제는 첨가되는 수성 액체의 동적 습윤성을 감소시킬 수 있어야 한다 (이를 결정하는데 정적 측정이 사용될 수 있지만). 일부 계면활성제는 수성 액체의 정적 표면 장력을 감소시킬 수 있지만, 일부 계면활성제의 고분자량과 그에 따른 저분자 이동성은 수성 액체의 동적 표면 장력을 낮출 수 없음을 의미하고; 이는 이들을 일부 양태에서 덜 가치있게 만든다.
일부 양태에서, 계면활성제는 비-발포성(non-foaming)인 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 습윤성 조성물은 발포 억제제로서 작용할 수 있는, 습윤성 조성물에서의 C10-C14 알콜에 의해 거품이 억제될 수 있기 때문에, 비-발포성 계면활성제의 사용으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 모노알킬 또는 디알킬 설포석시네이트의 나트륨 염과 같은 음이온성 계면활성제는 액체의 표면 장력을 효과적으로 감소시킬 수 있지만, 이를 사용하면 다수의 적용 중에 거품이 축적된다. 이러한 상황에서, C10-C14 알콜은 거품 형성을 억제하는 역할을 할 수 있다.
습윤성 조성물은 비이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제로부터 선택된 적어도 하나의 계면활성제를 포함한다. 수성 액체에서 미셀로 자기 조립(self-assembling)될 수 있는 계면활성제가 사용될 수 있다.
습윤성 조성물에 하나 이상의 계면활성제가 존재할 수 있으며, 각 계면활성제는 동일하거나 상이한 유형의 계면활성제일 수 있다. 계면활성제가 본 명세서에서 단수로 언급되는 경우, 문맥상 달리 명확히 나타내지 않으면, 그 범위 내에서 하나 이상의 계면활성제를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
일반적으로, 하나의 계면활성제의 다른 계면활성제로의 첨가는 일반적으로 표면 장력에 대한 추가 효과를 생성하지 않는다. 오히려, 다수의 상황에서, 표면 장력을 낮추는 계면활성제 혼합물의 능력은 혼합물 내에서 가장 성능이 좋은 계면활성제의 능력으로 제한될 수 있다.
본 명세서에 기재된 계면활성제(계면활성제의 블렌드를 포함함)는 유리하게는 약 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 또는 17 초과의 친수성 친유성 균형(Hydrophilic Lipophilic Balance, HLB)을 가질 수 있다.
유리하게는, 계면활성제는 습윤성 조성물의 20 중량% 이상 내지 60 중량% 이하의 양으로 존재한다. 계면활성제는 적어도 약 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 중량%의 양으로, 또는 이들 한계 내의 임의의 농도로 존재할 수 있다. 예를 들어, 계면활성제 성분은 습윤성 조성물의 25 내지 55 중량% 또는 40 내지 50 중량%를 형성할 수 있다. 추가적으로, 하나 이상의 계면활성제가 존재할 수 있고, 하나 이상의 계면활성제가 존재하는 경우, 습윤성 조성물에서 계면활성제의 총량은 목적하는 농도 범위 내이다.
습윤성 조성물을 제조하는데 사용되는 계면활성제는 고체 또는 액체 형태일 수 있다. 일 양태에서, 계면활성제는 액체 형태이다. 계면활성제의 혼합물이 사용되는 경우, 계면활성제의 블렌드는 액체 형태일 수 있다. 액체 형태의 계면활성제를 C10-C14 알콜 및 극성 성분과 조합하여 본 명세서에 기재된 습윤성 조성물을 형성하는 것이 더 편리할 수 있다. 일부 양태에서, 구성 요소의 결합을 돕기 위해 열이 가해질 수 있다.
액체 형태의 계면활성제는 순수한 액체 (즉, 계면활성제만 함유함) 또는 용매에 용해 또는 분산된 계면활성제를 포함하는 용액일 수 있다. 예시적인 용매는 물일 수 있다. 따라서, 계면활성제 화합물은 계면활성제 용액의 일부를 형성한다. 또한, 다른 화합물 또는 성분이 계면활성제 용액 내에 존재할 수 있다.
계면활성제 용액은 용매에 용해 또는 분산되는 적합한 양의 계면활성제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 계면활성제 용액은 용매 중에 50%, 60%, 70%, 80%, 85%, 90% 또는 95%의 계면활성제를 포함할 수 있다.
습윤성 조성물의 계면활성제 성분이 활성 계면활성제 화합물 또는 화합물 그 자체로 구성되는 것이 이해될 것이다. 따라서, 습윤성 조성물을 제조하는데 계면활성제 용액이 사용되는 경우, 최종 습윤성 조성물에서 활성 계면활성제 화합물의 얻어지는 농도가 20 내지 60 중량%의 범위 내인 것을 보증하도록 C10-C14 알콜 성분과 결합된 계면활성제 용액의 양이 선택된다. 일례로서, 50g의 50 중량%의 계면활성제 용액을 포함하는 100g의 습윤성 조성물은 25 중량%의 계면활성제를 함유할 것이다.
계면활성제는 노닐페놀 알콕실레이트와 같은 에톡실레이트 또는 알콕실레이트(BL8로 판매됨)와 같은 알콜 알콕실레이트; 도데실 설페이트; 또는 4차화 알킬 암모늄 화합물일 수 있다. 계면활성제는 브랜드 Teric®(N, 12A, 9A, 13A9, 16A, 7ADN 및 BL 브랜드 시리즈가 바람직하지만, 임의의 Teric 시리즈), DS10025® 또는 DS10030®, Tween®, Dynol® 또는 Surfynol®로 판매될 수 있다.
일부 양태에서, 계면활성제는 비이온성이다. 비이온성 계면활성제(계면활성제의 블렌드를 포함함)는 약 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 또는 17 초과의 친수성 친유성 균형(HLB)을 가질 수 있다.
단독으로 또는 하나 이상의 다른 계면활성제와 조합하여 적합하게 사용될 수 있는 비이온성 계면활성제의 일부 예는, 지방 알콜 에톡실레이트(예를 들어, 옥타에틸렌 글리콜 모노도데실 에테르 및 펜타에틸렌 글리콜 모노도데실 에테르); 알킬페놀 에톡실레이트(예를 들어, 노녹시놀 및 트리톤 X-100); 지방산 에톡실레이트(예를 들어, 스테아르산, 올레산 또는 라우릴 지방산 에톡실레이트), 에톡실화 아민 및 지방산 아미드(예를 들어, 폴리에톡실화 탈로우 아민, 및 아미드, 예를 들어 코카미드 모노에탄올아민 및 코카미드 디에탄올아민); 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드 블록 코폴리머(예를 들어 폴리옥사머); 글리세롤의 지방산 에스테르(예를 들어 글리세롤 모노스테아레이트 및 글리세롤 모노라우레이트); 소르비톨의 지방산 에스테르(Span® 계면활성제, 예를 들어 소르비탄 모노라우레이트, 소르비탄 모노스테아레이트 및 소르비탄 트리스테아레이트, 및 이들의 에톡실레이트, 예를 들어 Tween® 20, Tween® 40, Tween® 60 and Tween® 80); 슈크로오스의 지방산 에스테르; 및 알킬 폴리글루코사이드(예를 들어, 데실 글루코사이드, 라우실 글루코사이드 및 옥틸 글루코사이드)를 포함한다. 비-이온성 계면활성제는 에톡실화 테트라 메틸 데신 디올 (예를 들어, SurfynolTM 브랜드)일 수 있으며, 이는 그 자체로 또는 알킬렌 글리콜(예를 들어, 에틸렌 글리콜) 또는 알콜 알콕실레이트와 혼합될 수 있다.
일 양태에서, 습윤성 조성물은 알킬 폴리글루코사이드 계면활성제를 포함한다. 알킬 폴리글루코사이드는 친수성 당-기반의 헤드 그룹 및 C8-C16 지방 알콜 테일을 갖는 당-유래된(즉, 글루코스 및 슈크로오스) 계면활성제이다. 이러한 계면활성제는 성능과 환경에 대한 최소 영향으로 인해 바람직할 수 있다. 추가적으로, 이들의 생분해성 및 천연 공급원에서의 유래됨은 친환경적인 습윤성 조성물에 대한 매력적인 후보가 될 수 있다. 알킬 폴리글루코사이드는 습윤성 조성물을 형성하기 위해 C10-C14 알콜 성분 및 극성 성분과 조합하기 위한 용액으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 알킬 폴리글루코사이드는 물에서 50 중량% 용액으로 제공될 수 있다.
또한, 글리콜 및 글리세롤(모노-, 디- 및 트리-에스테르)과 같은 알콜의 지방산 에스테르는 일부 양태에서 바람직할 수 있는데, 이는 이러한 계면활성제로부터의 분해 산물이 환경적 영향을 최소화하여 농업용으로 바람직하기 때문이다.
일부 양태에서, 계면활성제는 음이온성이다. 음이온성 계면활성제는 설페이트, 설포네이트, 포스페이트 및 카르복실레이트 계면활성제로부터 선택되는 부류에 속할 수 있다. 음이온성 계면활성제는 암모늄, 유기 아민, 마그네슘, 칼륨 및 나트륨 염 형태를 포함하는 염 형태와 같은 유리 산 형태 또는 중화된 형태로 사용될 수 있다.
단독으로 또는 하나 이상의 다른 계면활성제와 조합하여 적합하게 사용될 수 있는 음이온성 계면활성제의 일부 예는, 알킬 설페이트(예를 들어, 소듐 라우릴 설페이트 및 소듐 도데실 설페이트); 알킬 에테르 설페이트(예를 들어, 소듐 라우레스 설페이트(sodium laureth sulfate) 및 소듐 미레스 설페이트(sodium myreth sulfate)); 설포석시네이트(예를 들어, 소듐 디옥틸 설포석시네이트); 알킬벤젠 설포네이트(예를 들어, 도데실벤젠 설포네이트 및 도데실 디페닐 에테르 디설포네이트); 아릴-알킬 에테르 포스페이트; 알킬 에테르 포스페이트; 및 알킬 카르복실레이트(예를 들어, 소듐 스테아레이트, 소듐 라우레이트, 및 소듐 라우로일 사코시네이트(sodium lauroyl sarcosinate))를 포함한다. 당업자는 상기 언급된 음이온성 계면활성제의 다른 염 형태가 존재할 수 있음을 이해할 것이다.
일부 양태에서, 모노 또는 디 설폰화 또는 포스페이트화 지방족 직쇄 또는 분지쇄 알콜과 같은 음이온성 계면활성제가 바람직할 수 있다. 또한, 알파 올레핀 설포네이트 및 2차 알칸 설포네이트와 같은 탄화수소의 직접 설폰화로부터 유래되는 계면활성제가 사용될 수 있다.
특정 양태에서, 일반적으로 LABS 산 (Linear Dodecal Benzyl Sulphonic Acid)으로 알려진 모노 설폰화 아릴 알킬 페놀과 같은 계면활성제 및 암모늄 및 트리에탄올 아민 LABS와 같은 LABS 염이 적합하다. 유리 산 및 중화된 형태의 도데실 디페닐 디설포네이트 (예를 들어, Dowfax 2AO)가 특히 적합한 비이온성 계면활성제와 조합하여 사용될 수 있다. 디옥틸 설포석시네이트 및 이의 나트륨 및 암모늄 염 (DOS)은 특히 지방족 알콜 알콕실레이트와 조합하여 유용한 급속 습윤제일 수 있다.
일부 양태에서, 계면활성제는 양이온성이다. 양이온성 계면활성제는 4차 암모늄 화합물 및 pH-의존성 1차, 2차 또는 3차 아민으로부터 선택되는 부류에 속할 수 있다. 양이온성 계면활성제는 부로마이드 및 클로라이드 염 형태를 포함하여 염 형태와 같은 중화된 형태로 사용될 수 있다.
단독으로 또는 하나 이상의 다른 계면활성제와 조합하여 적합하게 사용될 수 있는 양이온성 계면활성제의 일부 예는, 알킬 4차 암모늄 화합물, 예를 들어: 베헨트리모늄 클로라이드(behentrimonium chloride), 디메틸벤질 암모늄 클로라이드를 포함하는 벤잘코늄 클로라이드(benzalkonium chloride, BAC), 세탈코늄 클로라이드(cetalkonium chloride, CKC) 및 스티아랄코늄 클로라이드(stearalkonium chloride), 벤제토늄 클로라이드(benzethonium chloride), 벤조도데시늄 클로라이드(benzododecinium chloride), 카베토펜데시늄 브로마이드(carbethopendecinium bromide), 세트리모늄 브로마이드(cetrimonium bromide, CTAB), 세트리모늄 클로라이드(cetrimonium chloride, CTAC), 세틸피리디늄 클로라이드(cetylpyridinium chloride, CPC), 디데실메틸암모늄 클로라이드(didecylmethylammonium chloride), 디메틸디옥타데실암모늄 브로마이드(dimethyldioctadecylammonium bromide, DODAB), 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드(dimethyldioctadecylammonium chloride), 도미펜 브로마이드(domiphen bromide), 옥테니딘 디하이드로클로라이드(octenidine dihydrochloride), 및 톤조늄 브로마이드(thonzonium bromide)를 포함한다. 당업자는 상기 언급된 양이온성 계면활성제의 다른 염 형태가 존재할 수 있음을 이해할 것이다.
바람직한 양이온성 계면활성제는 벤잘코늄 클로라이드(BAC)의 부류에 속하고, 디메틸벤질 암모늄 클로라이드, 세탈코늄 클로라이드 및 스테아랄코늄 클로라이드 계면활성제로부터 선택될 수 있다.
일부 양태에서, 계면활성제는 양쪽성이다. 양쪽성 계면활성제는 동일한 계면활성제 분자 내에 산성 및 염기성 기를 갖는다. 산성 및 염기성 기는 pH에 따라 달라지는 음이온성 또는 양이온성 기를 형성할 수 있다. 양쪽성 계면활성제는 쌍성 이온(zwitterionic)일 수 있으며, 특정 pH에서 음전하와 양전하를 모두 운반한다.
이러한 계면활성제는 특정 pH 조건 하에서 양이온성 또는 음이온성 계면활성제로 작용할 수 있기 때문에, 양쪽성 계면활성제는 일부 상황에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 산성 또는 낮은 pH(예를 들어, pH≤6)에서, 양쪽성 계면활성제는 양성자가 되어 양이온성 계면활성제로 작용할 수 있지만, 알칼리성 또는 높은 pH(예를 들어, pH≥8)에서, 양쪽성 계면활성제는 탈양성자화되어 음이온성 계면활성제로 작용할 것이다.
단독으로 또는 하나 이상의 다른 계면활성제와 조합하여 적합하게 사용될 수 있는 양쪽성 계면활성제의 일부 예는, 알킬 아민 옥사이드, 예를 들어 라우라민 옥사이드(lauramine oxide) 및 미리스타민 옥사이드(myristamine oxide); 베타인(betaine), 예를 들어 코카미도프로필베타인(cocamidopropylbetaine); 하이드록시설타인(hydroxysultaine), 예를 들어 라우라미도프로필 하이드록시설타인(lauramidopropyl hydroxysultaine), 코카미도프로필 하이드록시설타인(cocamidopropyl hydroxysultaine), 올레이미도프로필 하이드록시설타인(oleimidopropyl hydroxysultaine), 탈로우아미도프로필 하이드록시설타인(tallowamidopropyl hydroxysultaine), 에루카미도프로필 하이드록시설타인(erucamidopropyl hydroxysultaine), 및 라우릴 하이드록시설타인(lauryl hydroxysultaine); 및 암포아세테이트(amphoacetate), 예를 들어 소듐 라우람포아세테이트(sodium lauramphoacetate)를 포함한다.
일 양태에서, 습윤성 조성물은 쌍성 이온 형태로 양쪽성 계면활성제와 같은 쌍성 이온 계면활성제를 포함하지 않는다.
한 세트의 양태에서, 습윤성 조성물은 알콜 알콕실레이트, 알킬벤젠 설포네이트 및 벤잘코늄 클로라이드 계면활성제로부터 선택되는 계면활성제를 포함한다. 또한, 계면활성제의 혼합물이 고려된다. 예를 들어, 습윤성 조성물은 알콜 알콕실레이트 및 알킬벤젠 설포네이트의 계면활성제 혼합물을 포함할 수 있다.
일부 양태에서, 계면활성제의 혼합물에서 계면활성제 중 하나는 에멀젼화제로 작용하여 습윤성 조성물을 안정한 제형으로서 유지하는 것을 도울 수 있다.
일 양태에서, 습윤성 조성물은 계면활성제 중 하나가 도데실벤젠 설포네이트와 같은 알킬벤젠 설포네이트인 계면활성제의 혼합물을 포함할 수 있다. 알킬벤젠 설포네이트는 에멀젼화제로 작용하여 습윤성 조성물을 안정하하고, 조성물 성분의 상 분리를 억제 또는 최소화하는 것을 도울 수 있다. 습윤성 조성물은 에멀젼화제로서 상대적으로 적은 양의 알킬벤젠 설포네이트만을 필요로 할 수 있다. 일 양태에서, 습윤성 조성물은 5 중량% 이하의 알킬벤젠 설포네이트를 포함한다.
C10-C14 알콜, C4-C5 산소 함유 공용매 및 계면활성제는 첨가제와 혼합될 수 있다. 이러한 첨가제는 물 및 기타, 물이 아닌 첨가제를 포함한다. 물은 습윤성 조성물의 0 내지 25 중량%, 0 내지 20 중량%, 0 내지 15 중량% 또는 0 내지 10 중량%를 포함하고, 기타 첨가제는 습윤성 조성물의 0 내지 10 중량%, 0 내지 5 중량% 또는 0 내지 5 중량%를 구성할 수 있다.
본 발명의 습윤성 조성물은 대체 성분으로서 물 또는 기타 첨가제를 포함할 수 있거나, 목적하는 농도 내에서 물과 기타 첨가제의 조합을 모두 함유할 수 있음이 이해될 것이다. 추가로, 기타 첨가제의 혼합물이 사용될 수 있다.
일부 양태에서, 습윤성 조성물은 필수적으로 C10-C14 알콜, C4-C5 산소 함유 공용매, 계면활성제, 및 물 및 기타 첨가제로 이루어질 수 있다. 사용되는 C10-C14 알콜, C4-C5 산소 함유 공용매 및 계면활성제의 양이 100%가 되지 않으면, 물 및 기타 첨가제는 이들 성분에 첨가하여 습윤성 조성물의 총 질량 또는 부피가 100%가 되도록 할 수 있다. 따라서, 물 및 기타 첨가제는 습윤성 조성물의 나머지를 형성한다.
그러나, 물 및 기타 첨가제가 습윤성 조성물에 필수적인 것이 아니며, 물 및 기타 첨가제의 부재 시, 습윤성 조성물은 필수적으로 본 명세서에서 정의된 양으로 C10-C14 알콜, C4-C6 산소 함유 공용매 및 계면활성제로 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.
일부 양태에서, 습윤성 조성물은 조성물의 성분으로서 물을 포함한다. 물은 정의된 한계 내의 적합한 양으로 습윤성 조성물 내에 존재할 수 있다. 물은 습윤성 조성물의 다른 성분의 일부로서 첨가될 수 있거나, 별도의 성분으로 의도적으로 첨가될 수 있다. 일 양태에서, 습윤성 조성물은 0, 0.05, 0.1, 0.5, 1, 2, 5, 10, 15, 20, 25 중량%, 또는 이들 한계 사이의 임의의 농도로부터 선택된 양의 물을 포함한다. 일 양태에서, 습윤성 조성물은 5 내지 10 중량%의 물을 포함한다. 물은 존재하는 경우, 일부 기능성 성분 또는 첨가제에 대한 공용매로서 작용할 수 있다.
습윤성 조성물에 존재하는 물은 표면 장력이 바람직하게는 습윤성 조성물에 의해 저하되고, 습윤성 조성물 그 자체가 첨가되는 표적 수성 액체 (물 또는 물을 함유하는 액체일 수 있음)와 구별됨을 이해할 것이다.
습윤성 조성물에 혼입될 수 있는 물 이외의 첨가제에는 수혼화성 C1-C3 유기 용매, 방향제, 거품 방지제, 부동액, 에멀젼화제, 활성 화합물, 염, 염료 (또는 기타 착색제) 및 입자 (예를 들어, 이산화 티타늄과 같은 안료 입자), 안정화제, 보존제 및/또는 완충액을 포함한다. 기타 첨가제가 임의의 적절한 양으로 존재할 수 있다. 목적하는 양은 이들 첨가제의 사용 결과로서 습윤성 조성물에 부여되기 소망하는 효과 (예를 들어, 향료 또는 색상 강도)에 따라 달라질 수 있다. 일부 양태에서, 기타 첨가제는 습윤성 조성물의 약 0.05, 0.1, 0.5, 1, 2, 5, 10 중량%의 양으로 존재할 수있다. 일부 양태에서, 습윤성 조성물은 0 내지 5 중량%의 기타 첨가제를 포함할 수 있다.
일 양태에서, 습윤성 조성물은 수혼화성 C1-C3 유기 용매인 첨가제를 포함한다. 수혼화성 C1-C3 유기 용매가 습윤성 조성물 내에 있는 경우, 10 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 수혼화성 C1-C3 유기 용매는 극성 용매일 수 있다.
"수혼화성(water-miscible)"은 C1-C3 유기 용매가 물과 혼합되어 균질한 용액을 형성할 수 있는 것을 의미한다. 수혼화성 C1-C3 유기 용매의 예는 아세트알데히드, 아세톤, 아세토니트릴, 디메틸 포름아미드, 디메틸 설폭사이드, 에탄올, 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 메탄올, n-프로판올, 이소-프로판올, 1,3-프로판 디올, 및 프로필렌 글리콜을 포함한다.
일 양태에서, 수혼화성 C1-C3 유기 용매는 메탄올, 에탄올, n-프로판올 및 이소-프로판올, 바람직하게는 에탄올과 같은 수혼화성 C1-C3 알콜이다.
용매의 가연성으로 인해 습윤성 조성물에서 수혼화성 C1-C3 유기 용매 (예를 들어, C1-C3 알콜)의 양을 5 중량% 미만으로 제한하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 양태에서, C1-C3 유기 용매가 습윤성 조성물의 5 중량% 이하의 양으로 존재하는 것이 바람직할 수 있다.
일부 양태에서, 습윤성 조성물은 물 및 수혼화성 C1-C3 유기 용매의 혼합물을 포함할 수 있다. 당업자는 물 및 수혼화성 C1-C3 유기 용매가 각각 극성 화합물일 수 있는 것이 이해될 것이다.
습윤성 조성물에서 물 및/또는 수혼화성 C1-C3 유기 용매의 존재는 이러한 첨가제가 습윤성 조성물에서 C10-C14 알콜 및 계면활성제의 상용화를 도울 수 있다고 판단되므로 바람직할 수 있다. 따라서, 물 및 수혼화성 C1-C3 유기 용매는 C10-C14 알콜 및 계면활성제에 대한 상용화제로서 작용할 수 있다. 또한, 이들은 습윤성 조성물이 첨가될 수성 액체의 습윤성 조성물에서 C10-C14 알콜 및 계면활성제를 용해시키는데 도움이 될 수 있다.
습윤성 조성물 중 첨가제는 기분 좋은 냄새를 제공하는 향료를 갖는 화합물일 수 있다. 본 발명의 습윤성 조성물은 냄새가 강하지 않지만, 필요에 따라 기분 좋은 냄새를 부여하거나 불쾌한 냄새를 감소 또는 마스킹하기 위해 습윤성 조성물에 항료가 첨가될 수 있다.
일 양태에서, 향료는 에센셜 오일이다. 에센셜 오일은 레몬 또는 오렌지 오일 또는 소나무 오일일 수 있다. 향료는 페놀 알데히드를 포함할 수 있다. 페놀 알데히드는 바닐린 또는 이소바닐린일 수 있다. 향료는 농축된 형태로 또는 용매로 1, 2, 5, 10 중량% 용액으로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 바닐린은 에탄올과 같은 용매(예를 들어, 10 중량%)에 첨가될 수 있다.
습윤성 조성물은 유리하게는 무해하다. 또한, 습윤성 조성물이 불연성인 경우에도 유리하다. 습윤성 조성물은, 예를 들어 40 ℃ 이하의 고온에서 안정해야 한다. 이러한 특성이 충족되는 것을 보증하도록, 조성물의 구성 요소가 개별적으로 및/또는 함께 결합될 때 이러한 요건도 충족해야 한다.
일부 양태에서, C10-C14 알콜, C4-C6 산소 함유 공용매, 계면활성제 및 기타 첨가제를 포함하는 습윤성 조성물의 성분은 바람직하게는 환경 및 식물, 해양 및 동물에 무독성이고 무해한 분해 산물로 쉽게 분해될 수있는 환경 친화적인 화합물로부터 선택된다. 이는 본 발명의 습윤성 조성물이 플루오로 계면활성제 및 유기 실리콘 계면활성제와 관련된 중요한 환경적 및 생물학적 문제를 피할 수 있게 하므로 유리할 수 있다.
일 양태에서, 습윤성 조성물은 1-도데칸올 (10-40%), 2-부톡시에탄올 (10-30%) 및 비이온성 계면활성제 (20-60%)의 블렌드를 포함하며, 선택적으로 ≤ 10% 물이 첨가된다.
일 양태에서, 습윤성 조성물은 1-도데칸올 (10-40%), 2-부톡시에탄올 (10-30%) 및 음이온성 계면활성제 (20-60 %)의 블렌드를 포함하며, 선택적으로 ≤ 10% 물이 첨가된다.
일 양태에서, 습윤성 조성물은 1-도데칸올 (10-40%), 2-부톡시에탄올 (10-30%) 및 양이온성 계면활성제 (20-60 %)의 블렌드를 포함하며, 선택적으로 ≤ 10% 물이 첨가된다.
다른 양태에서, 습윤성 조성물은 1-도데칸올 및 1-테트라데칸올 (C12 및 C14 알콜의 70:30 또는 56:44 블렌드 10-40%), 2-부톡시에탄올 (10-30%) 및 비이온성 계면활성제(20-60%)의 블렌드를 포함하며, 선택적으로 ≤ 10% 물이 첨가된다.
다른 양태에서, 습윤성 조성물은 1-도데칸올 및 1-테트라데칸올 (C12 및 C14 알콜의 70:30 또는 56:44 블렌드 10-40%), 디에틸렌글리콜 (10-30%) 및 비이온성 계면활성제(20-60%)의 블렌드를 포함하며, 선택적으로 ≤ 10% 물이 첨가된다.
다른 양태에서, 습윤성 조성물은 1-도데칸올 및 1-테트라데칸올 (C12 및 C14 알콜의 70:30 또는 56:44 블렌드 10-40%), 에틸락테이트 (10-30%) 및 비이온성 계면활성제(20-60%)의 블렌드를 포함하며, 선택적으로 ≤ 10% 물이 첨가된다.
상기 기재된 습윤성 조성물의 전체 양태에서, 선태적으로 에멀젼화제로서 ≤10%의 도데실벤젠 설포네이트가 첨가될 수 있다.
일 양태에서, 본 발명의 습윤성 조성물은 하기 중량 기준의 양으로 하기 성분으로 구성된 조성물이 아니다:
(i) Teric BL8 (50%), 2-부톡시에탄올 (25%), 도데칸올 (25%);
(ii) Teric BL8 (50%), 2-부톡시에탄올 (22.5%), 도데칸올 (27.5%);
(iii) Teric BL8 (50%), 2-부톡시에탄올 (20%), 도데칸올 (30%);
(iv) Teric BL8 (50%), 2-부톡시에탄올 (17.5%), 도데칸올 (32.5%);
(v) Teric BL8 (50%), 2-부톡시에탄올 (15%), 도데칸올 (35%);
(vi) Teric BL8 (50%), 2-부톡시에탄올 (25%), C10-C12 알칸올 블렌드 (25%).
다른 양태에서, 습윤성 조성물은 50 중량% 알콜 에톡실레이트 계면활성제와 15-25 중량% 2-부톡시에탄올 및 나머지 25-30 중량% 도데칸올과 함께 구성되지 않는다.
제형화된 습윤성 조성물은 수성 액체의 표면 장력을 변경하기 위해 수성 액체에 첨가되도록 의도된다.
습윤성 조성물은 바람직하게는 C10-C14 알콜, C4-C6 산소 함유 공용매 및 계면활성제, 선택적으로 물 및/또는 기타 첨가제와 함께 포함하는 안정한 혼합물의 형태이다. 습윤성 조성물은 안정한 용액, 현탁액 또는 에멀젼의 형태일 수 있다. "안정한"은 습윤성 조성물의 점도의 클라우딩, 또는 점도 변화, 또는 조성물의 형성 후에 또는 그 저장 동안 조성물의 성분의 사실상 분리(예를 들어, 상 분리, 침강 또는 침강 분리)가 없음을 의미한다. 습윤성 조성물은 적어도 5시간 동안 4 내지 40 ℃의 범위 내의 온도에서 안정할 수 있다. 바람직한 양태에서, 습윤성 조성물은 몇 주, 몇 달 또는 몇 년 동안 안정하여, 연장된 보관 수명을 제공한다. 그러나, 일부 양태에서, 습윤성 조성물은 사용 직전에 제조될 수 있으며, 이 경우에는 단지 단기간 동안에 안정할 필요가 있다. 예를 들어, C12 내지 C14와 같은 고분자량 알콜의 일부 조성물의 경우, 알콜을 계면활성제와 결합시키는데 열이 도움이 될 수 있다. 이러한 상황에서, 습윤성 조성물은 분리가 발생하기 전에 사용될 수 있다.
습윤성 조성물의 탁도 연구(Turbidity study)는 제형의 안정성 평가에 도움이 될 수 있다.
습윤성 조성물을 형성하기 위해, 목적하는 양의 계면활성제는 우선 목적하는 양의 C10-C14 알콜과 혼합된 후, 목적하는 양의 C4-C6 산소 함유 공용매는 초기 혼합물에 첨가되고, 혼합되어 습윤성 조성물을 형성한다. 필요에 따라, 물 및/또는 수혼화성 C1-C3 유기 용매와 같은 첨가제의 양도 혼합물에 첨가될 수 있다. 그러나, 제조 순서는 중요하지 않으며, 습윤성 조성물의 성분은 임의의 순서로 함께 혼합될 수 있다. 예를 들어, C10-C14 알콜을 첨가하기 전에, 우선 계면활성제 및 C4-C6 산소 함유 공용매를 함께 혼합할 수 있다. 추가적으로, 계면활성제는 마지막에 혼합될 수 있다.
습윤성 조성물이 1-도데칸올 (C12 알콜)과 1-데칸올 (C10 알콜) 또는 1-테트라데칸올 (C14 알콜)의 혼합물과 같이 적어도 2개의 서로 다른 C10-C14 알콜의 혼합물을 포함하는 경우, 목적하는 양의 선택된 알콜은 별도로 또는 조합하여 계면활성제 및 C4-C6 산소 함유 공용매와 혼합될 수 있다.
일부 양태에서, 둘 이상의 서로 다른 C10-C14 알콜의 블렌드가 계면활성제 및 C4-C6 산소 함유 공용매와 혼합된다. 예를 들어, 70:30 및 56:44의 상대적인 C12:C14 비율을 갖는 1-도데칸올 및 1-테트라데칸올을 함유하는 상업적 제제가 이용 가능하다. 혼합물에 상이한 알콜을 도입하기 위해, 선택된 양의 상업적 제제는 계면활성제 및 C4-C6 산소 함유 공용매에 첨가될 수 있다. 필요에 따라, 하나 이상의 추가적인 C10-C14 알콜이 첨가될 수도 있다. 예를 들어, 알콜 블렌드 이외에, 추가량의 1-도데칸올 (C12 알콜)은 공용매 및 계면활성제와 혼합되어 추가 알콜을 도입하거나/하고 습윤성 조성물에서 C10-C14 알콜의 상대적 비율을 변경할 수 있다.
습윤성 조성물이 물, 수성 수지, 농산물 또는 임의의 다른 수성 물질과 같은 수성 액체에 첨가하기 전에 완전한 제형으로 제조되는 것이 중요하다.
따라서, C10-C14 알콜, C4-C6 산소 함유 공용매, 계면활성제 및 선택적으로 물 및 기타 첨가제는 함께 습윤성 조성물에 포함되어, 수성 액체에 조합하여 첨가되고 수성 액체에 별도로 첨가되지 않는다. 특히, 알콜 습윤제는 계면활성제의 수용액에 점진적으로 첨가되지 않는다. 수성 액체에 첨가제로서 계면활성제와 함께 C10-C14 알콜을 첨가하는 이점은, 습윤성 조성물을 사용하기 전에 편리하게 판매, 운반 및 저장할 수 있다는 점이다. 다른 이점은 수성 액체에 습윤성 조성물을 첨가할 때 C10-C14 알콜 및 계면활성제의 상대적 농도가 고정되어, 최종 사용자가 수성 액체에 첨가할 각 성분의 양을 고려할 필요가 없다는 것이다.
사용 시에, 습윤성 조성물은 수성 액체에 첨가되고, 수성 액체의 표면 장력을 감소시킨다.
유리하게는, 본 발명의 습윤성 조성물은 습윤성 조성물을 함유하는 수성 액체가 20 ℃에서 25 mN/m 미만의 표면 장력을 달성할 수 있게 한다. 일부 양태에서, 본 발명의 습윤성 조성물은 습윤성 조성물을 함유하는 수성 액체의 표면 장력을 20 ℃에서 24 mN/m, 23 mN/m, 22 mN/m, 21 mN/m, 20 mN/m, 19 mN/m 또는 18 mN/m 미만으로 감소시킬 수 있다.
본 발명의 습윤성 조성물로 이러한 낮은 표면 장력을 달성하는 능력은 예상치 못한 것이다. 동등한 값의 낮은 표면 장력은 일반적으로 플루오로 계면활성제와 유기실리콘 계면활성제로만 달성할 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 발명의 습윤성 조성물은 바람직하게는 플루오로 계면활성제 및 유기 실리콘 계면활성제가 없다. 이와 같이, 플루오로 계면활성제 및 유기실리콘 계면활성제의 부재 하에 이러한 낮은 표면 장력 값을 달성하는 습윤성 조성물의 능력은 놀랍다.
당업자는 공지된 기술을 사용하여 본 발명의 습윤성 조성물을 함유하는 수성 액체의 표면 장력을 결정할 수 있다. 하나의 예시적인 기술은 펜던트 드롭(pendant drop) 각도 측정(goniometry)이고, 이는 표면 및 계면 장력을 펜던트 드롭(pendant drop)의 기하학적 구조의 광학 분석으로부터 결정할 수 있다.
계면활성제는, 한번 수성 액체에 첨가되면, 액체/기체 계면에서 조립함으로써 액체의 표면 장력을 낮출 수 있다. 그러나, 본 발명의 습윤성 조성물에서 C10-C14 알콜과 계면활성제의 조합은 계면활성제의 성능을 향상시켜, 놀랍게도 표면 장력의 추가 감소가 계면활성제 단독으로 가능한 것 이상으로 달성될 수 있게 한다. C10-C14 알콜 및 계면활성제는 표면 장력을 낮추기 위해 첨가제 또는 시너지 방식으로 상호 작용할 수 있다.
이론에 얽매이지 않고, 불용성 C10-C14 알콜은 비이온성, 음이온성 및 양이온성 계면활성제에서 미셀의 형성을 제한하거나 심지어 방지하여, 3상 습윤 계면으로 이동할 수 있는 용액에서 계면활성제 분자의 농도가 높아져 이러한 계면활성제의 정상적인 습윤 성능을 향상시키는 것으로 믿어진다.
C10-C14 알콜은 물에 불용성이거나 난용성이고 분산이 어렵기 때문에, C4-C6 산소 함유 공용매의 존재는 계면활성제의 존재하에 C10-C14 알콜의 분산 및 용해를 돕는다. 분산된 C10-C14 알콜은 습윤성 조성물이 첨가된 수성 액체에서 준 안정 상태일 수 있으며, 수용액에서 매우 빠르게 상 분리되는 경향이 있어, 알콜 및 관련 계면활성제가 습윤 계면으로 빠른 이동을 가능하게 한다. 3상 계면으로의 이러한 빠른 이동은 계면에서 계면활성제의 분산을 돕고, 수성 액체가 저에너지 표면과 같은 표면을 습윤화시키는 능력의 개선에 기여한다고 믿어진다.
또한, C10-C14 알콜의 상 분리는 계면활성제 분자의 분산을 위한 넓은 표면적을 제공하는 작은 방울 또는 미세 콜로이드를 형성할 수 있다.
또한, C10-C14 알콜은 수성 액체에서 계면활성제 미셀의 형성을 제한하거나 방지할 수 있어, 용액 내 계면활성제 분자의 농도가 더 높아져, 3상 습윤 계면으로 이동할 수 있으며, 이러한 계면활성제의 정상적인 습윤 성능을 개선할 수 있다.
일부 양태에서, 미셀은 형성되지 않거나, 본 발명의 습윤성 조성물을 포함하는 수성 액체에서 미셀의 감소된 형성이 있다. "미셀이 형성되지 않음(micelles do not form)" 또는 수성 액체에서 "미셀의 감소된 형성(decreased formation of micelles)"은, 수성 액체에서 자기 조립되는 몇 개의 미셀이 있을 수 있음이 이해되어야 한다.
미셀 형성의 단점은 수성 액체의 표면 장력을 낮추고 알콜을 분산시키는데 사용할 수 있는 계면활성제가 적다는 것이다. 예를 들어, 계면활성제가 미셀을 형성하면, 형성되는 임의의 에멀젼을 안정화하는데 사용할 수있는 계면활성제가 적다. 계면활성제 분자가 습윤 간기로 확산되기 전에 분해되는 미셀 대신에, 계면활성제와 결합된 장쇄 알콜은 용액 상태에서 준 안정 상태에 있기 때문에 빠르게 습윤 간기로 이동한다. 이는 고농도의 연관된 계면활성제를 계면활성제 단독의 경우보다 훨씬 더 빠르게 습윤 계면으로 이동시키며, 이는 임계 미셀 농도로 제한될 것이다.
C10-C14 알콜의 3상 습윤 계면으로의 빠른 이동은 계면활성제 분자를 분해하고, 이는 미셀의 부재 하에 3상 습윤 계면으로 빠르게 확산되어, 용액 내에서 계면활성제 분자가 3상 접촉선에서 액체/기체 간기로 확산됨으로써 야기되는 저에너지 표면을 가로 질러 수성 액체가 빠르게 퍼지기 때문에 스틱-슬립 현상(stick-slip phenomenon)이 감소된다.
습윤성 조성물이 첨가되는 액체는 수성이거나 사실상 수성이다. 수성 액체는 물을 포함한다. 수성 액체는 순수한 물(또는 사실상 순수한 물)일 수 있거나, 재활용 또는 폐수일 수 있다. 수성 액체는 물을 포함하는 용액일 수 있다. 액체는 바람직하게는 저에너지 소수성 표면을 습윤화시키는 임의의 수성 액체일 수 있다.
수성 액체는 농업용 조성물로 이루어지거나 농업용 조성물을 포함할 수 있다. 농업용 조성물은 농약, 살충제, 살비제(acaricide), 살진균제, 살선충제(nematocide), 소독제, 제초제, 비료 또는 미량 영양소로 사용할 수 있다. 일 양태에서, 농업용 조성물은 글리포세이트 (N-(포스포노메틸)글리신)(glyphosate (N-(phosphonomethyl) glycine))이다. 글리포세이트는 잡초, 특히 일년생 활엽 잡초(annual broadleaf weed), 및 예를 들어 농작물과 경쟁하는 것으로 알려진 풀을 죽이는데 사용되는 광범위한 스펙트럼의 전신 제초제이다. 본 발명의 습윤성 조성물은 Dupont 사의 브러시-오프™(Brush-off™)와 같은 분말 수용성 제초제에 적용되는 조성물에 사용될 수 있다. 습윤성 조성물은 MCPA (2-메틸-4-클로로페녹시아세트산), 2-4D (2,4-디클로로 페녹시아세트산)과 같은 다른 제초제, 및 트리클로피르(Triclopyr) (3,5,6-트리클로로-2-피리디닐옥시아세트산) 또는 피클로람(Picloram)과 같은 목재 잡초 제초제(woody weed herbicide)에 첨가될 수 있다. 일 양태에서, 습윤성 조성물은 질소, 마그네슘, 칼슘 및 붕소 비료 또는 NPK (질소, 인 및 칼륨) 비료와 같은 식물 잎에 적용되는 잎 비료(foliar fertiliser)에 첨가될 수 있다.
습윤성 조성물은 나뭇잎의 표면을 습윤화시키는 농업용 조성물의 능력을 증가시킬 수 있다. 다른 양태에서, 습윤성 조성물은 해충에 대한 억제를 제공하기 위해 목재-기반 기재의 표면을 습윤화시키는 농업용 조성물의 능력을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 톱질한 목재는 사용하기 전에 살충제 및/또는 살균제에 함침 및/또는 담글 수 있다. 또한, 습윤성 조성물은 종자를 습윤화시키는 농업용 조성물의 능력을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 종자는 발아 전에 그들을 보호하기 위해 살충제 및/또는 살균제로 코팅될 수 있다. 또한, 종자 착색제는 습윤 시스템과 함께 추가될 수 있다.
일부 양태에서, 습윤성 조성물은, 예를 들어 농작물에 적용될 수 있는 농업용 조성물의 더 미세한 에어로졸 스프레이의 형성을 허용한다. 이러한 양태에서, 중간 내지 고분자량 (예를 들어, 250,000 내지 100,000)의 폴리아크릴아미드 또는 폴리아크릴레이트를 최종 스프레이 혼합물에 혼입하는 것은 액적을 안정화하고, 스프레이 후 수성 액체의 증발 및/또는 저에너지 표면에의 다른 적용을 최소화하고, 임의의 과다 스프레이 손상을 방지하는데 도움이 될 수 있다.
일 양태에서, 본 발명의 습윤성 조성물을 포함하는 농업용 조성물이 제공된다.
수성 액체는 약제, 기능 식품 또는 화장품으로 이루어지거나 이들을 포함할 수 있다. 일 양태에서, 액체는 약물 화합물로 이루어지거나 이를 포함할 수 있다. 일 양태에서, 습윤성 조성물은 피부, 모발 및/또는 손톱을 포함하는 인간 또는 동물의 신체의 표면을 습윤화시키는 약제, 기능 식품 또는 화장품의 능력을 증가시킬 수 있다. 일부 양태에서, 습윤성 조성물은 약제, 기능 식품 또는 화장품의 미세한 에어로졸 스프레이, 예를 들어 헤어스프레이를 형성하게 한다. 예를 들어, 약물은 에어로졸로서 전달될 수 있다.
기술된 습윤성 조성물의 이점은 수성 액체에 첨가 시 액체 내의 임의의 고체가 조성물에 의해 분산될 수 있고, 따라서 고체가 "탈락(drop-out)"하는 경향이 감소된다는 것이다. 이는, 습윤성 조성물이 달리 사용될 수 있는, 즉 습윤성 조성물의 부재 시보다 더 높은 고형분 함량의 수성 액체를 허용하는 것을 의미한다. 높은 고형분 함량의 액체로 습윤화 하는 이점은, 액체를 고체로 함침 할 때 액체의 크로마토 그래피 분리가 적다는 것이다. 액체의 감소된 분리는, 더 균질한 함침 고체를 생성하여, 궁극적으로 더 강하고 내구성이 있다. 고체 분산의 다른 이점은 저에너지 표면이 점성이 더 높은 수성 액체로 젖을 수 있다는 것이다.
수성 액체는 착물 액체(complex liquid)일 수 있다. 착물 액체는 수계 수지, 수계 페인트 또는 염료일 수 있다. 수지는 경화 또는 굳힘 능력과 함께 높은 점도를 가질 수 있다. 수지는 특정 나무에서 생성되는 자연 발생 물질일 수 있다. 그러나, 수지는 천연 또는 합성적일 수 있다. 수지는 에폭시, 비닐 에스테르 또는 폴리에스테르 수지일 수 있다. 수지는 아민 또는 포름알데히드 유형의 수지일 수 있다. 일부 양태에서, 수지는 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐 아세테이트 또는 레조르시놀 수지이다. 일 양태에서, 수성 액체는 종이 또는 목재 입자 플레이크를 습윤화시키기 위한 수지이다.
일 양태에서, 본 발명의 습윤성 조성물을 포함하는 수지가 제공된다.
다른 양태에서, 습윤성 조성물은 광산, 도로 건설 또는 먼지 억제가 필요한 기타 토목 공사에서 먼지 억제를 위해 적용되는 수성 액체에 사용될 수 있다. 또한, 습율 조성물은 물에 첨가되어, 매우 작은 액적 크기의 에멀젼을 분산시켜 최소량의 액체로 최대 범위와 먼지 억제를 제공함으로써 먼지 확산을 최소화할 수 있다. 이 경우, 습윤성 조성물은 순수한 물 또는 폐기물 또는 재활용된 물 또는 적합한 것으로 간주되는 임의의 수성 유체에 첨가될 수 있다.
습윤성 조성물은 소방용 폼(firefighting foam)을 생성하기 위해 수성 액체에 사용될 수 있다.
습윤성 조성물은 콘크리트 형성에 사용되는 시멘트 조성물에 첨가되어, 콘크리트의 퍼짐 또는 유동성을 향상시키고, 콘크리트의 침투를 도울 수 있다.
습윤성 조성물은 원유를 회수할 수 있도록 물로부터 원유를 분리하기 위해 적용되는 액체에 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 습윤성 조성물은 오일-물 계면을 방해하여, 물에서 오일을 분리하는데 도움이 될 수 있다.
습윤성 조성물을 수성 액체에 첨가 시에, 수성 액체의 표면 장력은 감소된다. 수성 액체의 표면 장력은, 습윤성 조성물의 부재 하에 동일한 수성 액체의 표면 장력에 비해 습윤성 조성물의 첨가 시에 감소된다. 따라서, 습윤성 조성물을 갖는 수성 액체의 접촉각은 습윤성 조성물의 부재 하에 동일한 수성 액체에 비해 저에너지 소수성 표면 상에서 감소된다. 수성 액체에 첨가될 때 습윤성 조성물은 저에너지 표면의 수성 습윤성을 증가시킨다. 즉, 습윤성 조성물은 소수성 표면의 수성 습윤성을 증가시키는데 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라서, 수성 액체의 표면 장력을 낮추는 방법이 제공되고, 이 방법은 본 명세서에 기술되는 양태들 중 어느 하나의 습윤성 조성물을 수성 액체에 첨가하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라서, 본 명세서에 기술된 양태들 중 어느 하나의 습윤성 조성물과 수성 액체를 함께 포함하는 수성 액체 조성물이 제공된다. 습윤성 조성물을 포함하는 수성 액체 조성물은 습윤성 조성물의 존재로 인해 감소된 표면 장력의 조성물일 수 있다.
습윤성 조성물을 포함하는 수성 액체 조성물은 감소된 표면 장력의 수지 조성물 또는 농업용 조성물일 수 있다.
습윤성 조성물을 포함하는 수성 액체 조성물은 에어로졸 또는 스프레이 조성물일 수 있고, 이는 공기와 같은 기체에 액체 방울의 미스트를 제공하도록 제형된다. 본 발명의 습윤성 조성물의 첨가에 의해 수성 액체의 효면 장력을 감소시킬 때, 습윤성 조성물과 함께 수성 액체는 습윤성 조성물의 부재 하의 동일한 수성 액체에 비해 더 작은 액적 크기의 에어로졸 또는 스프레이로서 적합한 액체 저장소로부터 분배 또는 분출될 수 있다. 액적 크기가 감소된 에어로졸 또는 스프레이는 동일한 부피의 적용된 액체에 대해 우수한 커버리지를 제공하여 더욱 효율적인 스프레이를 제공할 것이다. 에어로졸은 페인트 산업, 예를 들어 스프레이 페인트에 사용하기 위해 제형화될 수 있다. 대안적으로, 에어로졸은 탈취제 또는 헤어 스프레이와 같은 화장품으로 사용하기 위한 것일 수 있다. 일부 양태에서, 에어로졸은 살충제와 같은 농업용 스프레이이다. 또한, 에어로졸은 세정제로서 사용하기 위한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 액체 저장소와 관련된 에어로졸 스프레이 장치로부터 분배되는 에어로졸 스프레이의 액적 크기를 감소시키는 방법이 제공되며, 이 방법은 본 발명의 습윤성 조성물을 에어로졸 스프레이 장치와 관련된 액체 저장소에 첨가하고, 이 장치로부터 액체를 분무하는 단계를 포함한다.
본 발명의 습윤성 조성물은 임의의 수단에 의해 수성 액체에 첨가될 수 있다. 일 양태에서, 습윤성 조성물은 수성 액체 방울 방식으로 첨가된다. 습윤성 조성물의 첨가는 수동으로 수행될 수 있거나 전달 시스템을 프로그래밍하는 컴퓨터에 의해 조절될 수 있다. 상이한 수성 액체는 표면 장력의 목적하는 감소를 달성하기 위해 상이한 양의 습윤성 조성물을 필요로 할 것이다. 일부 양태에서, 습윤성 조성물은 점진적으로 첨가된다(C10-C14 알콜, C4-C6 산소 함유 공용매 및 계면활성제가 여전히 함께 첨가된다는 점에 유의함). 각 증분을 추가한 후, 수용액은 표면 장력과 저에너지 소수성 표면을 습윤화시키는 능력과 관련하여 관찰될 수 있다. 목적하는 습윤이 달성되면, 수성 액체에 습윤성 조성물이 더 이상 첨가될 필요가 없다. 대안적으로, 공지된 양의 습윤성 조성물이 수용액에 첨가될 수 있다. 공지된 양은 이전 실험을 기반으로 결정될 수 있다.
수성 액체에 첨가되는 습윤성 조성물의 양은 바람직하지 않은 미셀 형성이 없으므로 제한되지 않는다. 따라서, 미셀이 형성하는 농도 (임계 미셀 농도)까지 특정 수준의 습윤성에 도달하는 계면활성제와 달리, 본 발명의 습윤성 조성물은 테플론(Teflon) 또는 표면 에너지가 매우 낮은 다른 표면과 같이 습윤화시키기 매우 어려운 표면에서 습윤성을 개선하기 위해 임의의 실제 농도 이하로 추가될 수 있다. 일부 양태에서, 수성 액체의 표면 장력은 액체에 증가하는 양의 습윤성 조성물을 첨가할 때 더 낮아질 수 있다.
수성 액체에 첨가되는 습윤성 조성물의 양은, 습윤성 조성물이 표면에 대해 수성 액체의 습윤성에 유리한 영향을 미칠 것을 보증해야 한다. 수성 액체에 첨가되는 습윤성 조성물의 양은 약 10, 5, 4, 3, 2, 1.5, 1, 0.15, 0.05, 0.10 또는 0.005 부피%일 수 있다. 일 양태에서, 습윤성 조성물은 0.1 내지 5 부피%, 0.5 내지 4 부피%, 및 1 내지 3 부피%로부터 선택된 범위 내의 양으로 수성 액체에 첨가된다. 너무 많은 습윤성 조성물이 첨가되는 경우, 불필요한 비용이 발생할 수 있다. 너무 적은 습윤성 조성물이 첨가되는 경우, 습윤에 바람직한 효과가 없을 것이다. 일부 양태에서, 습윤성 조성물이 첨가되어, 약 0.5, 0.3, 0.1 또는 0.15 중량%의 C10-C14 알콜을 갖는 수성 액체를 생성한다. 습윤성 조성물을 과도하게 투여함으로써 발생하는 유일한 해로운 효과는 습윤화가 너무 빨리 발생하는 것으로 보이며, 이는 거의 문제가 되지 않는다. 종래의 계면활성제에 비해, 수성 액체의 습윤성을 개선하기 위해 더 적은 용량의 습윤성 조성물이 사용될 수 있다.
종래의 계면활성제와 달리, 임계 미셀 농도에 도달하여, 미셀 형성이 표면 장력을 감소시키는 계면활성제의 능력을 제한할 수 있는 경우, 본 발명의 습윤성 조성물은 수성 액체에 대한 습윤성 조성물의 증가하는 용량으로 표면 장력의 감소를 증가시키기 위해 계속 제공할 수 있다.
수성 액체에 습윤성 조성물을 첨가한 후, 수성 액체의 표면 장력은 약 70 dynes/cm 미만으로 감소될 수 있다. 특정 양태에서, 습윤성 조성물은 유리하게는 수성 액체의 표면 장력을 약 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19 또는 18 dynes/cm 미만으로 감소시킬 수 있다. 일부 양태에서, 표면 장력을 가능한 최소로 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 다른 양태에서, 표면 장력을 현재의 음이온성, 양이온성 및 비이온성 계면활성제에 의해 달성되는 것보다 바로 아래로 감소시키는 것이 오직 필요할 수 있다. 다른 양태에서, 현재 슈퍼 스프레더(superspreader)와 유사한 표면 장력, 즉 < 23 dynes/cm을 달성하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 양태에서, 현재 유기실리콘 슈퍼 스프레더와 유사한 표면 장력, 즉 < 20 dynes/cm을 달성하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 양태에서, 현재 플루오로 계면활성제 슈퍼 스프레더와 유사한 표면 장력, 즉 < 18 dynes/cm을 달성하는 것이 바람직할 수 있다. 목적하는 표면 장력은 당업자에 의해 결정될 수 있으며, 이를 달성하기 위해 요구되는 대응하는 습윤성 조성물의 양이 첨가될 수 있다.
또한, 수성 액체에 습윤성 조성물의 첨가는 표면에서 수성 액체의 정적 또는 전진 수성 접촉각(static or advancing aqueous contact angle)에 영향을 주어, 습윤성의 개선을 반영할 수 있다. 일부 양태에서, 액체의 전진 수성 접촉각은 약 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10 또는 5 °미만으로 감소될 수 있다. 일부 양태에서, 수성 액체의 전진 접촉각은 10° 미만으로 감소될 수 있다. 목적하는 습윤성은 당업자에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 습윤성 조성물은 저 표면 에너지 표면 상에서 수성 액체의 퍼짐을 돕기 위해 '슈퍼 스프레더'로서 작용할 수 있다. 본 발명의 습윤성 조성물은 현재 공지된 유기실리콘 계면활성제 또는 플루오로 계면활성제보다 적어도 동등하거나 우수한 수준으로 수행될 수 있다.
저에너지 표면의 증가된 수성 습윤성은, 표면이 본 발명의 습윤성 조성물을 포함하는 액체로 더 빠르게 코팅될 수 있음을 의미할 수 있다. 저에너지 표면의 습윤성은 본 발명을 사용하지 않는 액체보다 1배, 2배 또는 3배 더 빠를 수 있다. 이는 비용과 시간 절약을 나타낸다. 일부 양태에서, 기재의 표면을 코팅하거나 함침시키는데 더 적은 수성 액체를 필요로 하며, 상당한 상업적 이점을 나타낸다. 코팅을 제공하는데 필요한 감소된 양의 액체는 제품 품질에 부정적인 영향을 주지 않아야 한다. 수지 코팅과 관련하여, 일부 양태에서, 적은 수지가 필요하지만, 최종 수지 코팅 또는 함침된 제품의 테이버 내마모성(Taber abrasion resistance), 스크래치, 얼룩 및/또는 내충격성에는 변화가 없을 것이다.
본 발명에 따라 개질된 수지(즉, 습윤성 조성물을 첨가함으로써)로 코팅된 목재 입자 플레이트를 포함하는 물품은 개선된 기계 가공성(machinability)을 가질 수 있다. 기계 가공성은 "칩-아웃(chip-ou)", 즉 라미네이트의 접착력과 패널의 강도에 중요한 패널의 표면층으로부터 비-수지화된 플레이크(non-resinated flake) 또는 플레이크 그룹의 제거의 발생을 의미한다. 이는 개별 플레이크의 수지 분포가 개선되고, 플레이크들 사이의 수지 분포 변화가 감소했기 때문인 것으로 생각된다. 이 양태에서, 본 발명의 습윤성 조성물의 사용은, 수지와 플레이크를 혼합하도록 고안된 블렌더의 설정에 유연성을 허용한다. 이는 모터 전류 감소 및 전력 절약을 초래할 수 있다. 수지 분포와 관련하여, 수지 사용의 감소 및/또는 밀도의 감소 및 목재 사용량 감소의 가능성이 있으며, 이는 필연적으로 비용 절감으로 이어진다.
다른 양태에서, 습윤성 조성물은 습윤성 조성물의 부재 하의 동일한 액체로 형성되는 에어로졸보다 더 작은 액적을 포함하는 에어로졸의 형성을 허용한다. 에어로졸은 액체 방울의 미스트이다. 습윤성 조성물은 에어로졸 형성 이전에, 또는 에어로졸이 형성되는 동시에, 즉 미스트의 액적이 생성됨에 따라 추가될 수 있다.
에어로졸의 액적이 작을수록, 액적이 공기 중에 더 쉽게 분산되므로, 더 미세한 미스트가 더 큰 표면적을 덮을 수 있다. 일 양태에서, 본 발명에 따른 습윤성 조성물을 사용하여 형성되는 에어로졸의 평균 액적 크기는 습윤성 조성물의 부재 하의 동일한 액체의 액적 크기의 약 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 또는 80% 미만이다. 일 양태에서, 본 발명의 습윤성 조성물을 사용하여 제조된 에어로졸은 습윤성 조성물의 부재 하의 동일한 액체의 에어로졸보다 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 또는 80% 더 큰 면적으로 분산될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라서, 비교적 높은 표면 에너지 액체로 저에너지 표면을 습윤화하는 방법이 제공되며, 이 방법은, 본 발명의 양태의 습윤성 조성물을 액체에 첨가하는 단계; 및 습윤성 조성물을 포함하는 액체와 저에너지 표면을 접촉시키는 단계;를 포함한다.
습윤성 조성물을 포함하는 액체의 접촉각은 습윤성 조성물의 부재하의 동일한 액체의 접촉각에 비해 저에너지 표면 상에서 감소된다.
접촉각을 결정하는 방법은 당업자에게 알려져 있을 것이다. 예를 들어, 접촉각 각도 측정법(contact angle goniometry)은 하나의 적절한 방법의 예이다. 접촉각 각도 측정법은 표적 수성 액체에 대한 습윤성 조성물의 효과 및 잎, 목재, 종이 등과 같은 표적 기재를 습윤화하는 처리된 수성 액체의 능력을 직접 평가할 수 있다.
본 발명의 습윤성 조성물을 수성 액체에 첨가하는 것은 수성 액체에 의한 소수성 표면의 빠르고 사실상 완전한 습윤화를 초래할 수 있다. 습윤성 조성물의 C10-C14 알콜은 습윤 작용을 방해하는 계면활성제 미셀의 형성 가능성을 감소시키는 것으로 믿어진다.
저에너지 표면은 기재의 일부를 형성할 수 있으며, 본 명세서에 기술된 습윤성 조성물을 사용하여 수성 액체로 기재의 습윤성을 개선하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 습윤성 조성물을 포함하는 수성 액체에 의해 바람직하게 습윤화되는 기재는 제한되지 않는다. 기재는 비교적 큰 연속 표면적을 가질 수 있거나 기재가 미립자일 수 있다. 기재는 섬유질이거나 다공질일 수 있다. 일 양태에서, 기재는 종이이다. 다른 양태에서, 기재는 유리 섬유 절연체와 같은 인공 섬유이다. 기재는 천연 제품일 수 있다. 일 양태에서, 기재는 가죽이다. 기재는 천연 또는 합성 섬유를 포함할 수 있다. 천연 섬유는 울일 수 있다. 천연 섬유는 처리될 수 있고, 예를 들어 가죽 처리된 울이다. 합성 섬유는 PTFE, 폴리에스테르, 나일론, 아크릴, 레이온, 아세테이트, 스판덱스, 아크릴(예를 들어, OrlonTM), 또는 파라-아라미드(예를 들어, Kevlar®)를 포함하거나 이들로 이루어질 수 있다. 기재는 폴리(테트라플루오로에틸렌)(Teflon®)과 같은 합성 폴리머일 수 있다. 기재는 종자일 수 있다. 기재는 식물 잎, 새싹, 줄기 및 뿌리를 포함한 잎일 수 있다. 기재는 목재 기반(wood-based) 또는 수목 기반(timber-base)일 수 있다. 수목 기반 제품은 악기와 같은 목재 공예품; 대나무 제품; 줄기(cane) 및 등나무(rattan; 코르크 제품 및 고리 버들(wicker) 제품을 포함한다. 다른 수목 기반 제품은 톱질된 목재, 합판(plywood), 베니어, 및 칩 보드(chipboard), 하드 보드, 중밀도 및 고밀도 섬유판(MDF), 방향성 스트랜드 보드(orientated strand board) 및 파티클 보드(particle board)를 포함하는 재구성된 목재 제품을 포함한다. 기재는 나뭇잎 기반(foliage-based)일 수 있다. 나뭇잎 기반 기재는 잎, 가지, 종자, 줄기, 나무 껍질, 뿌리 또는 살아 있거나 죽은 식물의 모든 부분일 수 있다. 또한, 기재는 재구성된 목재 제품의 성분일 수 있는 목재 입자 플레이크일 수 있거나, 예를 들어 압력 함침되거나 살충제 또는 살진균제로 함침 또는 침지된 톱질된 목재일 수 있다.
습윤성 조성물을 포함하는 수성 액체에 의해 바람직하게 습윤화되는 기재의 표면은 저 표면 에너지를 갖는다. 표면은 약 50, 40, 30 또는 25 dynes 미만의 표면 에너지를 가질 수 있다. 기재의 표면은 소수성이다. "소수성"은 약 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170 또는 175° 초과의 정적 또는 전진 수 접촉각을 갖는 것을 의미한다. 소수성은 기재 표면의 상단 몇 층에 화학적 기능을 부여할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 소수성은 표면 조도(surface roughness)에 의해 제공된다. 표면 조도는 표면의 다공성 및 조도를 제공하는 기타 형태학적 특징을 포함한다.
습윤성 조성물은 표면에 수성 액체 방울의 퍼짐을 증가시키는데 사용될 수 있다. 습윤성 조성물은 수성 액체의 기재로의 침투를 증가시키는데 사용될 수 있다. 수성 액체의 침투는 수성 액체에 의한 다공성 기재의 함침을 허용한다.
표면의 습윤성은 당업자에게 알려진 임의의 방법에 의해 측정될 수 있다. 습윤성은 접촉각 각도 측정법에 의해 결정될 수 있다. 유리하게는, 습윤성은 고착(또는 정적) 방울 측정(sessile (or static) drop measurement)을 사용하여 결정된다.
습윤성은 펜던트 드롭 각도 측정과 같은 물을 포함한 수성 액체의 표면 장력 변화를 측정하는 방법을 사용하여 결정될 수 있다. 습윤성 조성물을 포함하지 않는 수성 액체는 비교 측정기(comparator)를 참조하여 평가된 표면 장력의 감소와 함께 비교 측정기로서 사용될 수 있다.
대안적으로, 습윤성은 웰헬미 밸런스(Wilhelmy balance)를 사용하여 선택적으로 측정된 전진 및/또는 후퇴 접촉각(receding contact angle) 측정을 사용하여 결정된다. 모든 비교 데이터는 동일한 시간의 습윤성 측정을 사용해야 한다.
습윤성 조성물은 나뭇잎의 표면을 습윤화시키는 농업용 조성물의 능력을 증가시킬 수 있다. 다른 양태에서, 습윤성 조성물은 해충에 대한 억제를 제공하기 위해 목재 기반 기재의 표면을 습윤화시키는 농업용 조성물의 능력을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 톱질한 목재는 사용하기 전에 살충제 및/또는 살균제에 함침 및/또는 침지할 수 있다. 또한, 습윤성 조성물은 종자를 습윤화시키는 농업용 조성물의 능력을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 종자는 발아 전에 그들을 보호하기 위해 살충제 및/또는 살균제로 코팅될 수 있다. 또한, 종자 착색제를 습윤 시스템과 함께 첨가될 수 있다.
기재의 표면은 습윤성 조성물을 포함하는 수성 액체로 코팅 또는 함침될 수 있다. 기재 표면이 수성 액체로 코팅되는 양태에서, 유리하게는, 적어도 약 90, 80, 70, 60 또는 50%의 총 이용 가능한 표면적이 코팅된다. 다공성 기재 표면이 함침되는 양태에서, 유리하게는 적어도 약 90, 80, 70, 60 또는 50%의 총 이용 가능한 보이드 공간이 액체로 충전된다.
본 발명의 다른 측면에서, 본 명세서에 기재된 바와 같은 습윤성 조성물을 포함하는 수성 액체 조성물로 코팅되거나 함침된 저에너지 표면을 갖는 제품이 제공된다. 생성물은 수성 액체 조성물로 코팅되거나 함침된 종이 또는 파티클 보드일 수 있다.
일 양태에서, 습윤화되기를 목적하는 기재는 본 발명의 습윤성 조성물을 포함하는 수성 액체 조성물로 사전 코팅되거나 사전 함침될 수 있다. 기재의 사전 코팅 또는 사전 함침은 습윤성 조성물로 처리된 나중에 적용되는 수성 액체 조성물과 기재의 접촉을 개선하는데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 파티클 보드 플레이크는 파티클 보드를 형성하기 위해 다른 플레이크와 결합되기 전에, 본 발명의 습윤성 조성물을 포함하는 수성 액체 조성물로 사전 코팅될 수 있다(예를 들어, 습윤성 조성물을 함유하는 수성 액체를 플레이크 상에 분무함으로써). 사전 코팅된 플레이크는 파티클 보드의 표면 에너지를 증가시키는데 도움을 줄 수 있으며, 이에 따라 습윤성 조성물을 포함하는 수성 액체 조성물에 의해 파티클 보드가 보다 쉽게 습윤화될 수 있게 한다.
또한, 변형된 표면 에너지의 기재가 본 발명의 습윤성 조성물을 사용하여 형성될 수 있음을 발견했다. 예를 들어, 파티클 보드 기재의 표면 에너지는 본 발명의 습윤성 조성물을 포함하는 수성 액체로 사전 코팅된 파티클 보드 플레이크로 파티클보드를 형성함으로써 변형될 수 있다. 이는 파티클 보드가 수성 또는 비수성 액체일 수 있는 일반 수지와 같은 일반 액체에 의해 더 쉽게 습윤화할 수 있다. 일부 양태에서, 습윤성 조성물은 파티클 보드 기재의 표면 에너지를 증가시켜, 파티클 보드와 파티클 보드 기재를 습윤화시키려고 하는 액체(예를 들어, 수지) 사이의 계면 에너지를 감소시켜, 액체가 기재에 보다 효과적으로 퍼지도록 할 수 있다고 믿어진다. 이는 결국 파티클 보드 기재를 습윤화시키는 수지의 능력을 향상시킬 수 있고, 파티클 보드 굽힘 및 인장 강도와 같은 기재의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 양태는 이제 하기 실시예를 참조하여 기재될 것이고, 이는 어떤 방식으로도 제한되지 않는다.
실시예
습윤성 조성물을 제조하기 위한 일반적인 절차
습윤성 조성물을 형성하기 위해, 목적하는 양의 계면활성제를 목적하는 양의 C4-C6 산소 공용매와 혼합함으로써 초기 혼합물을 형성했다. 이러한 초기 혼합물에, 목적하는 양의 C10-C14 알콜을 첨가한 후, 생성된 조성물을 혼합했다. 필요에 따라, C10-C14 알콜을 이후에, 목적하는 양의 물 및 기타 첨가제를 첨가할 수 있다.
실시예 1 내지 27: 습윤성 조성물 및 표면 장력에 대한 습윤성 조성물의 효과
상기 일반적인 프로토콜을 사용하여, 표 1에 자세히 설명되는 바와 같이, 다양한 유형 및 성분의 양을 함유하는 다양한 습윤성 조성물을 제조했다.
제조된 습윤성 조성물 샘플을 초순수로 희석하여 0.1 중량%, 0.5 중량% 및 1.0 중량%의 농도로 습윤성 조성물을 갖는 수성 조성물을 형성했다. 제조된 샘플의 표면 장력을 펜던트 드롭 각도 측정에 의해 평가했다. 오직 물만, 또는 오직 계면활성제만 포함된 물, 또는 오직 C12 알콜만 포함된 물인 참조 샘플(R1 내지 R6), 및 계면활성제(CE1)와 함께 1-옥탄올 (C8 알콜) 또는 양쪽 이온성 계면활성제(CE2)와 함께 1-도데칸올 (C12 알콜)을 포함하는 비교예를 제조 및 시험했다.
펜던트 드롭 각도 측정을 사용하여 다양한 농도의 시험 조성물을 함유하는 수성 조성물에 대해 표면 장력 (mN/m) 측정을 수행했다. 4.0002 mm 티타늄 볼로 비디오 캡처 이미지를 보정한 후, 20 ℃에서 각도계를 확인하는데 초순수를 사용했다.
또한, 표 1은 펜던트 드롭 각도 측정의 표면 장력 결과 및 농도 효과를 보여준다. 표시된 결과는 액체 및 농도 차이에 대한 p 값이 <0.001인 분산 분석의 요약이다.
[표 1] 다양한 농도에서 시험되는 다양한 실시예 습윤성 조성물 및 참조 조성물의 표면 장력 결과
Figure pct00001
Figure pct00002
결과:
표 1에 나타낸 바와 같이, 초순수의 표면 장력은 20 ℃에서 약 72 mN/m였다. 본 발명의 습윤성 조성물은 시험 농도 중 하나 이상에서 물의 표면 장력을 24 mN/m 미만의 값으로 현저히 낮출 수 있었다. 일부 실시예에서, 표면 장력을 감소시키는 습윤성 조성물을 성능은 비교 유기실리콘 계면활성제의 성능에 근접하거나 초과한다.
물의 표면 장력에 대한 실시예 25, 26 및 27의 습윤성 조성물의 효과를 도 1 내지 6에 도시했다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 비이온성 계면활성제 및 2-부톡시에탄올 및 도데칸올 및 테트라데칸올(70:30)의 블렌드를 함유하는 0.1%의 습윤성 조성물이 물에 첨가되는 경우, 물의 표면 장력의 감소가 달성되고, 표면 장력은 시간이 지남에 따라 계속 감소된다.
또한, 도 2 내지 6에 도시되는 바와 같이, 상이한 양으로 물에 적용되는 도데칸올 및 2-부톡시에탄올과 혼합된 음이온성 또는 양이온성 계면활성제를 갖는 습윤성 조성물로 유사한 표면 장력 감소가 달성된다.
실시예 29: 습윤성 조성물과 농업용 조성물의 상용성
본 발명의 습윤성 조성물의 상업적 제초제 농축물의 상용성을 평가했다.
2-부톡시에탄올 (25%), C12:C14 (70:30) (25%) 및 8NB (50%)의 혼합물을 함유하는 습윤성 조성물을 제조했다.
상업적 농축된 제초제 제형을 목적하는 제초제 농도의 제형을 사용하도록 제공되는 제조업체의 지침에 따라 물로 희석했다. 그 후, 습윤성 조성물을 제형 1리터 당 2g의 습윤성 조성물의 양으로 희석된 제초제 제형에 첨가했다. 따라서, 제초제에서 습윤성 조성물의 농도는 0.2 중량%였다. 습윤성 조성물을 함유하는 제초제를 적어도 5시간 동안 4 ℃에서 저장하여, 습윤성 조성물의 제초제 제형으로의 상용성 및 최종 조성물의 안정성을 평가했다.
하기 결과를 얻었다:
- GARLON 유형 제품, 분무할 준비가 된 조성물에서 최종 제초제 농도가 1.7 ml/l가 되도록 에멀젼 농축물을 물로 희석했다. 습윤성 조성물을 스프레이 제형에 첨가했다. 탁한 안정한 에멀젼이 형성되었고, 5시간 저장 후 비상용성이 관측되지 않았다.
- GRAZON 유형 제품, 분무할 준비가 된 조성물에서 최종 제초제 농도가 5 ml/l가 되도록 에멀젼 농축물을 물로 희석했다. 습윤성 조성물을 스프레이 제형에 첨가했다. 탁한 안정한 에멀젼이 형성되었고, 5시간 저장 후 비상용성이 관측되지 않았다.
- MCPA 750, 분무할 준비가 된 조성물에서 최종 제초제 농도가 1.4 ml/l가 되도록 수용성 농축물을 물로 희석했다. 습윤성 조성물을 스프레이 제형에 첨가했다. 투명한 안정한 용액이 형성되었고, 5시간 저장 후 비상용성이 관측되지 않았다.
- 2,4-D 625 아민, 분무할 준비가 된 조성물에서 최종 제초제 농도가 1.4 ml/l가 되도록 수용성 농축물을 물로 희석했다. 습윤성 조성물을 스프레이 제형에 첨가했다. 투명한 안정한 용액이 형성되었고, 5시간 저장 후 비상용성이 관측되지 않았다.
- 메트설푸론(Metsulfuron), 분무할 준비가 된 조성물에서 최종 제초제 농도가 0.5 g/l가 되도록 습윤성 분말을 물로 희석했다. 습윤성 조성물을 스프레이 제형에 첨가했다. 약간 탁한 조성물이 형성되었다.
실시예 30: 다른 습윤성 조성물과 농업용 조성물의 상용성
본 발명의 다양한 습윤성 조성물과 상업적 제초제 농축물의 상용성을 평가했다.
제초제 조성물을 물에서 1% (w/w)의 농도로 희석하고, 선택된 습윤성 조성물을 2% (w/w)의 농도로 제초제 조성물에 첨가했다. 상용성 시험에 사용되는 습윤성 조성물은 표 1에 나타낸 실시예 23, 24 및 25였다.
시험된 제초제 조성물은 다음과 같다:
- 글리포세이트(Glyphosate) 360g/l (Roundup®)
- MCPA (2-메틸-4-클로로페녹시아세트산) 활엽 제초제
- 부톡시에틸 에스테르 100g/l로 존재하는 Grazon 300 g/L TRICLOPYR
- 피클로람 목재 잡초 제초제(Picloram woody weed herbicide)
- BrushOff®(메트설푸론 메틸 분말(metsulfuron methyl powder)), 600g/kg 목재 잡초 제초제, 이는 습윤성 분말임.
- 2, 4D (2,4-디클로로페녹시아세트산) 활엽 제초제
습윤성 조성물을 함유하는 모든 제초제 혼합물은 48시간 동안 5 ℃에서 안정했다. 제초제 제형으로부터 습윤성 조성물의 분리는 관측되지 않았다.
실시예 31: 습윤성 조성물과 수지 조성물의 상용성
본 발명의 습윤성 조성물과 수용액에서 65% 이하의 고형물을 함유하는 멜라민 요소 포름알데히드 수지의 상용성을 수지에 습윤성 조성물을 첨가함으로써 평가했다.
고형물을 습윤성 조성물과 반응하지 않았고, 습윤성 조성물을 함유하는 수지는 안정한 에멀젼이었다.
실시예 32: 습윤성 조성물과 엽면 비료의 상용성
습윤성 조성물과 암모늄 설페이트, 돌로마이트(dolomite) 및 집섬 분산액(gypsum dispersion), 구리염, (칼슘) 및 다양한 질소 엽면 비료와 같은 액체 엽면 비료의 상용성을 습윤성 조성물을 비료에 첨가함으로써 시험했다. 액체 비료 제형은 안정했다.
실시예 33: 파티클 보드 바닥재(particleboard flooring ) 에 습윤성 조성물의 사용
습윤성 조성물과 파티클 보드 바닥재 수지의 상용성 및 제조 공정을 평가하여, 습윤성 조성물을 사용하여 증가되는 개선을 결정했다.
바닥재는 50%의 알킬 에톡실레이트 8NB, 25%의 C12 및 C14 알콜 (1-도데칸올 및 1-테트라데칸올)의 70:30 혼합물, 및 25%의 2-부톡시에탄올로 구성된 0.2%의 습윤성 조성물을 단일 일광 파티클 보드 프레스 상에서 제조된 바닥재의 표면 및 코어에 첨가하여 제조했다. 파티클 보드 바닥재의 가장 중요한 특성인 습식 내구 특성, 즉 습한 조건 하에서의 굽힘 강도가 현저히 개선되었다.
본 발명의 습윤성 조성물을 사용하여, 더 낮은 밀도에서 실행하여 상당한 비용 절감을 가져올 수 있다. 또한, 폐기물에서 재활용된 플레이크로 실행하여 공정 및 제품의 환경적인 영향과 탄소 풋프린트(carbon footprint)를 줄일 수 있다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형은 당업자에게 명백할 것이다.
문맥이 달리 요구하지 않는 한, 단어 "포함하다", 및 "포함하다" 및 "포함하는"과 같은 변형을 따르는 청구 범위는, 언급된 정수 또는 단계 또는 정수들 또는 단계들의 그룹을 포함하는 것을 의미하지만, 임의의 다른 정수 또는 단계 또는 정수들 또는 단계들의 그룹을 배제하지 않는 것을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본 명세서에서 임의의 선행 공개물(또는 그로부터 유래된 정보), 또는 공지된 임의의 문제에 대한 참조는 선행 공개물(또는 그로부터 유래된 정보) 또는 공지된 문제가 본 명세서와 관련된 노력 분야에서 일반적인 일반 지식의 일부를 형성한다는 인지나 허가 또는 임의의 제안의 형태로 받아들여져서는 안된다.

Claims (21)

  1. 습윤성 조성물(wetting composition)로서,
    (a) 10 내지 50 중량% 미만의 하나 이상의 C10-C14 알콜;
    (b) 10 내지 30 중량%의 하나 이상의 C4-C6 산소 함유 공용매(co-solvent);
    (c) 20 내지 60 중량%의, 비-이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제로부터 선택되는 하나 이상의 계면활성제;
    (d) 0 내지 25 중량%의 물; 및
    (e) 0 내지 10 중량%의 기타 첨가제;를 포함하는, 습윤성 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 35 중량% 이하의 하나 이상의 C10-C14 알콜을 포함하는 것인, 습윤성 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 조성물은 C12 알콜을 포함하는 것인, 습윤성 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 C12 알콜 및 C14 알콜의 혼합물을 포함하는 것인, 습윤성 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 혼합물 중 C12 알콜 대 C14 알콜의 상대적 비율은 중량 기준으로 50:50 내지 90:10의 범위 내인 것인, 습윤성 조성물.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 C12 알콜 및 C10 알콜의 혼합물을 포함하는 것인, 습윤성 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 25 중량% 이하의 하나 이상의 C4-C6 산소 함유 공용매를 포함하는 것인, 습윤성 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 C4-C6 수용성 알콜, C4-C6 수용성 에스테르, C4-C6 수용성 에테르, 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 C4-C6 산소 함유 공용매를 포함하는 것인, 습윤성 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 C4-C6 산소 함유 공용매는 에틸 락테이트(ethyl lactate), 2-부톡시에탄올(2-butoxyethanol) 및 디에틸렌글리콜(diethylene glycol)로부터 선택되는 것인, 습윤성 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 알콜 알콕실레이트(alcohol alkoxylate), 알킬벤젠 설포네이트(alkylbenzene sulfonate) 및 벤질 알킬 4차 암모늄 계면활성제(benzyl alkyl quaternary ammonium surfactant), 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 계면활성제를 포함하는 것인, 습윤성 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 알콜 알콕실레이트 및 알킬벤젠 설포네이트의 계면활성제 혼합물을 포함하는 것인, 습윤성 조성물.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 10 중량% 이하의 물을 포함하는 것인, 습윤성 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 습윤성 조성물 및 수성 액체(aqueous liquid)를 포함하는 수성 액체 조성물(aqueous liquid composition).
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수성 액체는 물인 것인, 수성 액체 조성물.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 수성 액체는 수계 수지(aqueous-based resin)인 것인, 수성 액체 조성물.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 수성 액체는 농업용 조성물(agricultural composition)로 이루어지거나 농업용 조성물을 포함하는 것인, 수성 액체 조성물.
  17. 수성 액체의 표면 장력을 낮추는 방법으로서,
    상기 방법은 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 습윤성 조성물을 수성 액체에 첨가하는 단계를 포함하는 것인, 수성 액체의 표면 장력을 낮추는 방법.
  18. 비교적 높은 표면 에너지를 갖는 액체로 저에너지 표면(low energy surface)을 습윤화시키는 방법으로서, 상기 방법은,
    제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 습윤성 조성물을 액체에 첨가하는 단계; 및
    상기 습윤성 조성물을 포함하는 액체와 저에너지 표면을 접촉시키는 단계;를 포함하는 것인, 저에너지 표면을 습윤화시키는 방법.
  19. 제13항에 기재된 수성 액체 조성물로 코팅되거나 함침된 저에너지 표면을 갖는 제품.
  20. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 습윤성 조성물을 포함하는 수지.
  21. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 습윤성 조성물을 포함하는 농업용 조성물.
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