KR20220094200A - 신규한 습윤성 조성물 - Google Patents

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레이몬드 로버트
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어드밴스드 웨팅 테크놀로지스 피티와이 엘티디
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Abstract

본 발명은 비수성 액체의 표면 장력을 낮추기 위한 습윤성 조성물의 용도로서, 상기 습윤성 조성물은 (a) 20 내지 50 중량% 미만의 하나 이상의 C10-C14 알코올; (b) 25 내지 70 중량%의, 비이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제로부터 선택되는 하나 이상의 계면활성제; 및 (c) (i) 물 및 (ii) 25 중량% 이하의 수혼화성 C1-C3 유기 용매로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 5 내지 50 중량%의 극성 성분;을 포함하는 것인, 용도, 상기 습윤성 조성물을 사용하는 방법, 및 제품 및 상기 습윤성 조성물을 함유하는 비수성 조성물에 관한 것이다.

Description

신규한 습윤성 조성물
본 발명은 저 에너지 표면(low energy surface)의 습윤화(wetting)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 비수성(non-aqueous) 액체 조성물의 표면 장력을 낮출 수 있는 습윤성 조성물(wetting composition)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 표면 장력이 저하된 비수성 액체 조성물, 및 습윤성 조성물을 함유하는 비수성 조성물의 사용을 통해 저 에너지 표면의 습윤성을 개선하는 방법에 관한 것이다.
표면 장력은 공기와 같은 기체와 접촉하는 액체의 특성이다. 액체의 표면 장력은 액체의 분자가 서로 끌어당기는 경향에 의해 결정되며, 액체 분자들 간의 분자간 응집 상호 작용의 강도를 반영한다. 표면 장력이 높은 액체에서, 액체의 분자들 사이의 분자간 상호 작용을 촉진하는 응집력은 액체 분자와 공기의 상호 작용을 촉진하는 접착력보다 더 강하다. 응집력 있는 분자간 상호 작용을 방해하고 표면 장력이 높은 액체의 표면적을 증가시키기 위해서는 낮은 표면 장력의 액체에 비해 더 많은 작업을 필요로 한다.
습윤성은 액체와 기재(고체 또는 다른 액체)의 상호 작용과 이후에 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 고체에 퍼지는 능력이 더 커질 것이다. 액체의 표면 장력이 높고, 고체의 표면 에너지가 낮으면, 이들 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, 이들 사이의 계면 에너지가 감소하여 습윤화를 발생시킬 것이다.
물의 표면 장력은 20 ℃에서 약 72 mN/m이다. 저 에너지를 갖는 표면은 상대적으로 높은 표면 장력으로 인해 물을 포함하는 수성 액체에 쉽게 습윤화되지 않아, 큰 계면 에너지를 발생시킨다. 따라서, 이러한 저 에너지 표면은 소수성이라고 할 수 있다. 저 에너지 표면의 열악한 수성 습윤성은, 수성 액체가 어떤 이유로 표면 상에 바람직하게 퍼질 때 문제를 일으킬 수 있다. 접촉 및 습윤화된 표면의 에너지보다 더 높은 에너지를 갖는 비수성 액체에서도 유사한 문제가 발생할 수 있다.
사실상, 대부분의 제조 공정과 농업에서, 고체의 표면 에너지를 높이는 것은 매우 어렵다. 결과적으로, 고체 상에 액체의 퍼짐을 향상시키기 위해, 액체의 표면 장력을 감소시키는 것이 거의 항상 필요하다.
예를 들면, 농업 산업에서, 농업 조성물은 활성 화합물, 예를 들면 액체 또는 미립자 제초제, 살진균제, 살충제 또는 비료를 전달하기 위해 식물군(flora)에 적용된다. 일반적으로, 활성 화합물은 엽면 살포(foliar spray)로 수성 액체 시스템에서 전달된다. 그러나 잎, 새싹 및 줄기와 같은 식물의 구성 요소는 본질적으로 소수성인데, 이는 활성 화합물이 표면에 도달하여 코팅하고 표토로 흘러가서 적용 효과가 완전히 저하되지 않도록 하기 위해 엽면 분무(foliar spray)에 의한 대상 표면의 습윤성을 제어해야 함을 의미한다.
또한, 잉크와 같은 염료는 종이나 직물 등의 위에 퍼지게 하는 것이 바람직하다. 나일론 및 폴리에스테르와 같은 합성 섬유로 만든 직물을 염색할 때, 섬유 상에 염료가 균일하게 도포되도록 하기 위해 섬유 표면을 완전히 습윤화 시키는 것이 바람직하다. 염색 욕(dye bath)의 습윤화 능력은 표면을 본질적으로 소수성으로 만드는 플루오로 아크릴레이트 수지로 처리된 합성 섬유를 염색할 때 특히 중요하다.
또한, 수성 액체에 의한 입자의 습윤화는, 입자가 본질적으로 소수성인 경우 및/또는 입자들 사이의 빈 공간이 액체가 기재로 침투하는 것을 방지하는 경우 문제를 발생시킨다. 예를 들면, 적층된 파티클 보드(particle board) 산업에서, 개별 목재 파티클 플레이크는 수성 기반 수지로 코팅되어, 적절한 조건에 노출되면 경화되고 굳어져, 수지가 입자에 대한 접착제 역할을 할 수 있다. 그러나, 건조 입자 플레이크는 표면 자유 에너지가 매우 낮기 때문에, 즉 습윤성이 낮은 표면이고, 수지 혼합물이 표면 장력이 상대적으로 높기 때문에, 이들 사이의 계면 에너지가 높다. 이것은 플레이크 표면 상에서 수지의 이동 및 확산을 방해한다. 큰 플레이크가 효과적으로 수지 처리되지 않으면, 목재 입자 플레이크로부터 형성된 수득된 패널의 무결성에 영향을 미치는 취약 영역이 생성될 수 있다. 상대적으로 높은 에너지에서 비수성 액체로 입자 또는 섬유를 효과적으로 수지화하려고 할 때 유사한 요인이 적용된다.
접촉각(θ)은 일반적으로 기재의 습윤성을 정량화하는데 사용된다. 접촉각은 액체(L)/증기(V) 계면이 3상 접촉선에서 고체(S) 표면과 만드는 접선이다. 접촉각은 액체와 고체 표면의 특성, 그리고 이들 사이의 분자간력(즉, 응집력 및 접착력)의 상호 작용 및 균형에 의해 결정된다. 액적이 표면 위에 놓일 때, 액체 접촉각은 0° 내지 180°의 범위 내일 것이다. 0°의 접촉각은 완벽한 습윤화를 나타내며, 액체는 기재의 표면 위에 박막을 형성한다. 이에 비해, 접촉각이 90°보다 크면 비습윤 상태를 나타내고, 접촉각이 0°< θ < 90°일 때 부분적 습윤화가 발생한다. 따라서, 접촉각은 특정 고체를 특정 액체로 습윤화시키는 과정을 측정한 것이다. 그러나, 고체의 표면 에너지에 관계없이, 액체의 표면 장력을 줄일 수 있으면, 액체는 더 효과적으로 퍼질 것이다.
액체에 의한 고체의 습윤화의 개선은 액체에 계면활성제를 첨가함으로써 달성될 수 있다. 다양한 종류의 계면활성제가 존재하며, 다양한 산업 분야에서 널리 사용된다. 일반적으로, 계면활성제는 친수성 헤드기(hydrophilic head group)와 소수성 테일(hydrophobic tail)을 갖는 양친매성 화합물이다. 계면활성제는 액체, 표면 및 공기의 3상 계면으로 이동할 수 있고, 계면에서 흡착하여 습윤성 및 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 습윤을 늦춘다. 이것은 스틱/슬립(stick/slip) 현상으로 알려져 있다. 슬립/스틱 현상은, 일단 계면활성제 농도가 임계 미셀 농도(CMC)에 도달하면, 액체에서 미셀 형성과 함께 많은 계면활성제의 습윤화 성능을 제한한다. 이러한 미셀은 3상 계면으로 이동하고, 3상 계면에서 효과적인 계면활성제의 농도를 유지하기 위해 분해되어야 한다.
유기실리콘은 농약 조성물뿐만 아니라 약물 및 개인 위생용품에 사용되는 강력한 부류의 계면활성제이다. 상업적으로 이용 가능한 유기실리콘 계면활성제의 한 예는 트리실록산 에톡실레이트인 Silwet L-77TM이다. 기타 상업적인 유기실리콘 계면활성제는 Silwet 408TM 및 Silwet HS312TM을 포함한다. 유기실리콘 계면활성제는 20-26 mN/m의 표면 장력 및 소수성 테일 기의 조밀한 실록산 골격으로 인한 것으로 생각되는 계면활성제의 우수한 퍼짐 능력을 나타내는 것으로 보고되었다(Kovalchuk et al, Advances in Colloid and Interface Science, Volume 210, August 2014, pages 65-71). 그러나, 유기실리콘 계면활성제가 효과적이기는 하지만, 이러한 화합물은 꿀벌을 비롯한 곤충 개체군의 내분비 교란 물질로 작용할 수 있다고 생각된다. 또한, 유기실리콘의 에톡실레이트 부분은 쉽게 생분해될 수 있지만, 실록산 부분은 환경 수분 및 온도에 따라 연간 2-8%의 속도로 시간이 지남에 따라 천천히 가수분해될 것이다. 결과적으로, 이러한 계면활성제의 전반적인 생분해성은 낮은 것으로 간주된다. 유기실리콘 계면활성제의 분해 생성물은 토양을 소수성으로 만들 수 있어, 농업용으로 바람직하지 않다.
플루오로 계면활성제는 친수성 헤드기와 소수성 플루오로카본 테일을 갖는 합성 화합물인 매우 효과적인 계면활성제의 또 다른 부류이다. 이러한 계면활성제는 최소 표면 장력이 15 내지 20 mN/m인 수성 액체를 생성할 수 있으며, 이는 페인트 및 코팅, 접착제, 세척제, 김서림 방지제 및 정전기 방지제, 소방 폼에 사용될 수 있다. 그러나, 플루오로 계면활성제의 단점은, 환경에 지속되고 생물 농축성일 수 있는 매우 독성인 분해 산물을 생성할 수 있다는 점이다. 예를 들면, 일부 소방 훈련 현장의 지하수는 해당 현장이 마지막으로 사용된 후 10년이 지나도 플루오로 계면활성제로 오염된 상태로 남아 있을 수 있다는 것이 밝혀졌다.
국제 특허 출원 번호 PCT/AU2012/000335는 계면활성제와 조합하여 50 중량% 이상의 불용성 C5 내지 C12 알코올을 함유하는 습윤성 조성물을 기재하고 있으며, 이는 저 에너지 표면을 습윤화시키는 수성 액체의 능력을 개선하기 위해 수성 액체에 첨가하도록 제형화된다. 그러나, 이들 조성물 중 일부의 문제는 강한 냄새가 날 수 있으며, 이는 일부 적용 분야에서 조성물의 실제 사용성을 제한할 수 있다는 것이다.
비수성 액체, 특히 상대적으로 높은 표면 장력을 갖는 비수성 액체로 저 에너지 소수성 표면의 습윤성을 개선할 수 있는 대안적인 조성물 및 방법을 개발하는 것이 여전히 바람직하다.
본 발명은 바람직하게는 저 에너지 표면을 습윤화시키는 비수성 액체에 첨가하기 위한 습윤성 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 측면에서, 본 발명에 따라 사용하기 위한 습윤성 조성물은,
(a) 20 내지 50 중량% 미만의 하나 이상의 C10-C14 알코올;
(b) 25 내지 70 중량%의, 비이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제로부터 선택되는 하나 이상의 계면활성제; 및
(c) (i) 물 및 (ii) 25 중량% 이하의 수혼화성 C1-C3 유기 용매로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 5 내지 50 중량%의 극성 성분(polar component);을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서, 본 명세서에 기재된 바와 같은 습윤성 조성물 및 비수성 액체를 포함하는 비수성 액체 조성물이 제공된다.
본 발명의 다른 측면 측면에서, 비수성 액체의 표면 장력을 낮추는 방법이 제공되며, 상기 방법은 본 명세서에 기술된 바와 같은 습윤성 조성물을 비수성 액체에 첨가하는 단계를 포함한다.
또한, 저 에너지 표면을 상대적으로 고 표면 에너지 비수성 액체로 습윤화시키는 방법이 제공되며, 상기 방법은,
본 명세서에 기재된 습윤성 조성물을 비수성 액체에 첨가하는 단계; 및
저 에너지 표면을 습윤성 조성물을 포함하는 비수성 액체와 접촉시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 습윤 효과를 예시하는 양태는 이제 단지 예시적인 것으로 의도된 다음 도면을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 하나의 양태의 50%의 비이온성 계면활성제, 25%의 도데칸올, 및 25%의 2-부톡시에탄올을 포함하는 0.1%의 습윤성 조성물을 포함하는 수성 액체에 대한 시간(초)에 따른 표면 장력(mN/m)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 하나의 양태의 50% 비이온성 계면활성제, 25% 도데칸올 및 25% 에탄올을 포함하는 0.5%의 습윤성 조성물을 포함하는 수성 액체에 대한 시간(초)에 따른 표면 장력(mN/m)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 하나의 양태의 50% 비이온성 계면활성제, 25% 도데칸올 및 25% 에탄올을 포함하는 1.0%의 습윤성 조성물을 포함하는 수성 액체에 대한 시간(초)에 따른 표면 장력(mN/m)의 변화를 나타내는 그래프이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 단수만을 지정하도록 명시적으로 언급되지 않는 한 단수 및 복수를 모두 지정한다.
"약(about)"이라는 용어와 일반적으로 범위의 사용은 약이라는 용어에 의해 한정되든 아니든, 이해된 숫자가 본 명세서에 명시된 정확한 숫자로 제한되지 않고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 실질적으로 인용된 범위 내의 범위를 나타내는 것으로 의도됨을 의미한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "약"은 당업자에 의해 이해될 것이고, 그것이 사용되는 문맥에 따라 어느 정도 달라질 것이다. 당업자에게 명확하지 않은 용어의 용도가 있는 경우, 용어가 사용되는 맥락을 고려할 때, "약"은 특정 용어의 최대 ±10%를 의미할 것이다.
본 명세서에 언급된 백분율(%)은 달리 표시되지 않는 한 중량 백분율(즉, 중량%, w/w 또는 w/v)을 기준으로 한다.
본 명세서에 기재된 습윤성 조성물은 저 에너지 표면을 바람직하게 습윤시키는 비수성 액체에 첨가하기 위한 것이다. 습윤성 조성물은 장쇄 알코올 및 적어도 하나의 극성 성분(polar component)과 조합된 계면활성제를 포함한다. 습윤성 조성물은 비수성 액체에 첨가되어, 비수성 액체의 표면 장력을 감소시킨다.
하나의 측면에서, 본 발명에 따라 유용한 습윤성 조성물은,
(a) 20 내지 50 중량% 미만의 하나 이상의 C10-C14 알코올;
(b) 25 내지 70 중량%의, 비이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제로부터 선택되는 하나 이상의 계면활성제; 및
(c) (i) 물 및 (ii) 25 중량% 이하의 수혼화성 C1-C3 유기 용매로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 5 내지 50 중량%의 극성 성분;을 포함한다.
습윤성 조성물은 조성물의 성분으로서 적어도 하나의 C10-C14 알코올을 포함한다. 적어도 하나의 C10-C14 알코올은 중량 기준으로 20% 이상 내지 50% 미만의 양으로 습윤성 조성물 내에 존재한다. 습윤성 조성물은 단일 C10-C14 알코올을 함유할 수 있다. 대안적으로, 습윤성 조성물이 2개 이상의 C10-C14 알코올의 혼합물을 함유할 수 있도록 하나 이상의 C10-C14 알코올이 있을 수 있다. C10-C14 알코올 또는 C10-C14 알코올의 혼합물은 습윤성 조성물의 알코올 성분으로 간주될 수 있다.
C10-C14 알코올은 분자에 존재하는 많은 수의 탄소 원자로 인해 일반적으로 물에 불용성이거나 난용성이다. "수불용성(water insoluble)"이란 열 및/또는 교반에 의한 도움에도 알코올이 물에 용해되지 않음을 의미한다. C10-C14 알코올은 20 ℃에서 10 mg/L 이하의 물에 대한 용해도를 가질 수 있다.
C10-C14 알코올은 지방족 알코올이며, 10 내지 14개의 탄소 원자로 구성된 선형 또는 분지형 탄화수소 구조를 갖는 1차, 2차 또는 3차 알코올일 수 있다. 따라서, 알코올은 C10에서 C14까지의 사슬 길이를 가질 수 있다.
습윤성 조성물에서 C10-C14 알코올의 사용은, 이러한 알코올이 하기 추가로 설명되는 바와 같이 습윤성 조성물의 계면활성제가 액체/증기 계면에서 조립되는 능력에 유리한 영향을 미치는 것으로 생각되기 때문에 중요하다.
하나의 양태에서, 습윤성 조성물은 2종 이상의 C10-C14 알코올의 혼합물을 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 양태의 습윤성 조성물은 C12 알코올 및 C14 알코올의 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 양태에서, 습윤성 조성물의 알코올 성분 중 C10-C14 알코올의 총량은 20 내지 50 중량% 미만의 범위 내로 유지된다.
하나의 형태에서, 습윤성 조성물은 하나 이상의 C10-C14 직쇄 지방족 알코올을 포함한다. 그러나, 습윤성 조성물에는 하나 이상의 직쇄 지방족 C10-C14 알코올이 있을 수 있다.
유리하게는, C10-C14 알코올은 1-옥탄올(C8 알코올)과 같은 다른 장쇄 지방족 알코올보다 냄새가 덜하다. 결과적으로, 일부 양태에서, C10-C14 알코올을 포함하는 습윤성 조성물은 조성물의 냄새를 차폐하기 위해 방향제와 같은 첨가제를 필요로 하지 않는다.
하나의 양태에서, 습윤성 조성물은 C10, C12 또는 C14 직쇄 지방족 알코올, 또는 이러한 알코올의 혼합물을 포함한다. 예시적인 직쇄 지방족 C10, C12 및 C14 알코올은 1-데칸올, 1-도데칸올 및 1-테트라데칸올일 수 있다.
하나의 형태에서, 습윤성 조성물은 단독으로 또는 C10 알코올 또는 C14 알코올과 조합하여 C12 알코올을 포함한다.
습윤성 조성물이 C10 알코올 또는 C14 알코올과 혼합된 C12 알코올을 포함하는 경우, 알코올 혼합물 중 C12 알코올 대 C10 알코올 또는 C14 알코올의 상대 비율은 50:50 내지 90:10의 범위 내일 수 있다.
당업자는 C12 및 C10 또는 C14 알코올의 상대적 비율이 중량 기준 각 성분의 상대적인 양을 기준으로 한다는 것을 이해할 것이다. 즉, 50:50의 상대적 비율에서, 조성물은 C12 알코올 및 C10 또는 C14 알코올을 동일한 중량으로 포함할 것이다. 따라서, 상대 비율은 혼합물에서 알코올 화합물의 중량비를 반영할 수도 있다.
하나의 양태에서, 습윤성 조성물은 C10 알코올과 조합된 C12 알코올을 포함한다. 이러한 양태에서, C12 알코올 대 C10 알코올의 상대 비율은 중량 기준으로 50:50 내지 80:20의 범위 내일 수 있다.
다른 양태에서, 습윤성 조성물은 C14 알코올과 조합된 C12 알코올을 포함한다. 이러한 양태에서, C12 알코올 대 C14 알코올의 상대 비율은 중량 기준으로 56:44 내지 87:13의 범위 내일 수 있다. 하나의 바람직하게는, C12 알코올 대 C14 알코올의 상대 비율은 중량 기준으로 약 70:30이다.
C12 알코올은 C10 또는 C14 알코올보다 더 많은 양으로 존재할 수 있으므로, 이는 습윤성 조성물의 알코올 성분(즉, 성분 (a))의 주성분을 형성할 수 있다.
하나의 양태에서, 습윤성 조성물은 1-데칸올 또는 1-테트라데칸올과 조합된 1-도데칸올의 혼합물을 포함한다. 조성물 중 1-데칸올 또는 1-테트라데칸올에 대한 1-도데칸올의 상대적 비율은 상기 기재된 범위 내일 수 있다.
하나의 특정 양태에서, 습윤성 조성물은 1-도데칸올 및 1-테트라데칸올의 혼합물을 포함한다. 알코올 혼합물에서 1-도데칸올 대 1-테트라데칸올의 상대적 비율은 중량 기준으로 50:50 내지 90:10의 범위 내일 수 있다. 예를 들어, 1-도데칸올 대 1-테트라데칸올의 상대 비율은 중량 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 알코올을 포함할 수 있다. C10-C14 알코올의 총량은 정의된 비율로 존재하는 조성물의 나머지 성분과 균형을 이룬다.
일부 양태에서, 습윤성 조성물 중 C10-C14 알코올의 총량은 조성물의 적어도 20%이고, 조성물의 적어도 21%, 적어도 22%, 적어도 23%, 적어도 24% 또는 적어도 25%일 수 있다. C10-C14 알코올의 총량은 조성물의 중량 기준으로 49% 이하, 48% 이하, 47% 이하, 45% 이하, 35% 이하, 30% 이하 또는 28% 이하일 수 있다. C10-C14 알코올의 총량은 이들의 상한 및 하한 중 임의의 범위 내에서 임의의 농도, 예를 들면 중량 기준으로 22 내지 47%, 또는 25 내지 45%일 수 있다.
일부 양태에서, 습윤성 조성물은 약 20, 22.5, 25, 30, 35, 40, 또는 45 중량%의 총량으로 하나 이상의 C10-C14 알코올을 포함할 수 있다.
본 발명의 습윤성 조성물은 또한 계면활성제를 포함한다. 계면활성제 성분은 습윤성 조성물의 25 내지 70 중량%를 구성하고, 비이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제로부터 선택된 적어도 하나의 계면활성제를 포함한다. 습윤성 조성물의 계면활성제 성분은 상기 언급된 계면활성제 중 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 계면활성제의 혼합물이 있는 경우, 습윤성 조성물에서 계면활성제의 총량은 25 내지 70%의 범위 내이다.
습윤성 조성물의 계면활성제 성분은 유기실리콘 계면활성제 또는 플루오로 계면활성제를 포함하지 않는 것이 요구된다.
습윤성 조성물을 위한 계면활성제는 양친매성 화합물이고, 비수성 액체의 표면 장력을 낮출 수 있는 것들로부터 선택될 수 있다. 계면활성제는 표적 비수성 액체에 적어도 부분적으로 그리고 바람직하게는 완전히 용해되어야 한다. "적어도 부분적으로 용해 가능한"은 계면활성제 양의 적어도 약 50, 65, 75, 80, 90 또는 95%가 비수성 액체에 용해될 수 있음을 의미한다. 당업자는 비수성 액체에서 선택된 계면활성제의 용해도를 쉽게 결정할 수 있을 것이다.
계면활성제는 습윤성 조성물의 C10-C14 알코올, 또는 기타 첨가제와 화학 반응을 일으키지 않아야 한다. 또한, 계면활성제는 첨가될 비수성 액체 또는 첨가될 비수성 액체의 임의의 성분과 화학 반응을 겪지 않도록 선택되어야 한다. 열을 가하여도 화학반응이 없어야 한다. "화학 반응을 겪지 않음" 또는 "화학 반응 없음"은 새로운 화학 생성물을 형성하는 반응이 없음을 의미한다. 화학 물질들 사이에 수소 결합 또는 기타 가역적인 화학적 상호 작용이 있을 수 있다. 계면활성제는 저 에너지 표면과 화학적으로 반응하지 않아야 하거나 접착 문제가 발생할 것이다. 바람직하게는, 계면활성제는 저 에너지 표면과 수소 또는 다른 결합을 형성하지 않는다.
계면활성제는 유리하게는 무독성 및 비인화성으로 선택된다. 계면활성제는 표면 장력을 감소시키거나 감소시키는 것을 돕는 것 이외에는 첨가될 비수성 액체의 특성에 부정적인 영향을 주어서는 안된다. 계면활성제가 색상, 점도 및 냄새를 포함한 비수성 액체 특성을 변경하지 않는 경우 유리하다.
하나의 양태에서, 계면활성제는 생체적합성, 생분해성 및 무독성일 수 있다. 이는 자연 수로(waterway)에 존재하는 어류 및 기타 유기체에 대한 환경 친화성 및 무독성이 요구되는 농업용 조성물에 사용하기 위한 습윤성 조성물에 유리할 수 있다. 모발, 피부 또는 손톱에 적용하기 위한 화장품 또는 기능성/약제학적 조성물과 같이 생체적합성이 바람직한 다른 적용의 경우, 계면활성제는 비알레르기성으로 선택되어야 하고 피부를 자극하지 않아야 한다.
다른 양태에서, 계면활성제는 비수성 수지와 같은 복합 비수성 액체를 분산상으로 유지하기 위해 선택되는 것일 수 있다. 이것은 수지에 이산화티타늄과 같은 안료 입자를 사용할 때 특히 중요하다. 수지가, 예를 들어 파티클 보드 형성에 사용되는 목재 입자 플레이크를 코팅하는데 사용되는 경우, 선택된 계면활성제는 경화 과정 동안 보드가 노출되는 온도 동안 내열성이 있어야 하며, 수지의 경화 능력에 영향을 미치지 않아야 한다. 계면활성제가 내열성이 아닌 경우, 고온에서 계면활성제가 분해되면 주변 환경에 해롭지 않은 무독성 부산물이 생성되어야 한다. 수지가 코팅지용인 경우, 계면활성제 분자의 분해 부산물에 의해 종이가 변색되지 않는 것이 중요한 경우 계면활성제는 UV에 안정해야 한다.
다른 양태에서, 계면활성제는 분말형 제초제, 살충제 또는 비료, 또는 다른 제제를 함유하는 다른 분말형 제형을 안정한 비수성 현탁액으로 유지하여 제초제, 살충제, 비료 또는 기타 제제가 스프레이로서 적용될 수 있게 하도록 선택되는 것일 수 있다.
계면활성제는 첨가되는 비수성 액체의 동적 습윤성을 감소시킬 수 있어야 한다(정적 측정을 사용하여 이를 결정할 수 있음). 일부 계면활성제는 비수성 액체의 정적 표면 장력을 감소시킬 수 있지만, 일부 계면활성제의 고분자량 및 결과적으로 낮은 분자 이동도는 비수성 액체의 동적 표면 장력을 낮추는 것이 불가능하다는 것을 의미하고; 이는 일부 양태에서 이들을 덜 가치 있게 만든다.
습윤성 조성물은 비이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제로부터 선택되는 하나 이상의 계면활성제를 포함한다. 비수성 액체에서 미셀(micelle)로 자가 조립(self-assembling)될 수 있는 계면활성제가 사용될 수 있다.
습윤성 조성물에는 하나 이상의 계면활성제가 있을 수 있으며, 각 계면활성제는 동일하거나 상이한 유형의 계면활성제일 수 있다. 본 명세서에서 계면활성제가 단수로 언급되는 경우, 문맥이 달리 명백하지 않는 한, 계면활성제는 그 범위 내에서 하나 이상의 계면활성제를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
일반적으로, 하나의 계면활성제를 다른 계면활성제에 첨가해도 일반적으로 표면 장력에 대한 추가 효과가 발생하지 않는다. 오히려, 많은 상황에서, 표면 장력을 낮추는 계면활성제 혼합물의 능력은 혼합물 내에서 가장 잘 수행되는 계면활성제의 능력으로 제한될 수 있다.
본 명세서에 기재된 바와 같은 계면활성제(계면활성제의 블렌드 포함)는 유리하게는 약 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 또는 17보다 큰 친수성 친유성 균형(Hydrophilic Lipophilic Balance, HLB)을 가질 수 있다.
유리하게는, 계면활성제는 습윤성 조성물의 25 중량% 이상 내지 최대 70 중량%의 양으로 존재한다. 계면활성제는 적어도 약 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 또는 70 중량%의 양, 또는 이러한 한계 내의 임의의 농도로 존재할 수 있다. 예를 들어, 계면활성제 성분은 습윤성 조성물의 30 내지 65 중량% 또는 40 내지 60 중량%를 형성할 수 있다. 추가적으로, 하나 이상의 계면활성제가 있을 수 있고, 하나 이상의 계면활성제가 존재할 때, 습윤성 조성물 내의 계면활성제의 총량은 목적하는 농도 범위 내에 있다.
습윤성 조성물을 제조하는데 사용되는 계면활성제는 고체 또는 액체 형태일 수 있다. 하나의 양태에서, 계면활성제는 액체 형태이다. 계면활성제의 혼합물이 사용되는 경우, 계면활성제의 블렌드는 액체 형태일 수 있다. 액체 형태의 계면활성제를 C10-C14 알코올 및 극성 성분과 조합하여 본 명세서에 기재된 습윤성 조성물을 형성하는 것이 더 편리할 수 있다. 일부 양태에서, 열은 구성요소를 결합하는 것을 돕기 위해 적용될 수 있다.
액체 형태의 계면활성제는 순수한 액체(즉, 계면활성제만 함유) 또는 용매에 용해되거나 분산된 계면활성제를 함유하는 용액일 수 있다. 예시적인 용매는 물일 수 있다. 따라서, 계면활성제 화합물은 계면활성제 용액의 일부를 형성한다. 다른 화합물 또는 성분은 또한 계면활성제 용액에 존재할 수 있다.
계면활성제 용액은 용매에 용해되거나 분산된 적절한 양의 계면활성제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 계면활성제 용액은 용매 중 50%, 60%, 70%, 80%, 85%, 90% 또는 95%의 계면활성제를 포함할 수 있다.
습윤성 조성물의 계면활성제 성분은 활성 계면활성제 화합물 또는 그 자체로 화합물로 구성되는 것이 이해될 것이다. 이와 같이, 계면활성제 용액이 습윤성 조성물을 제조하는데 사용될 때, C10-C14 알코올 성분과 결합된 계면활성제 용액의 양은 최종 습윤성 조성물에서 활성 계면활성제 화합물의 생성 농도가 20 내지 60 중량%의 범위 내인 것을 보증하도록 선택된다. 예시로서, 50 g의 50 중량%의 계면활성제 용액을 포함하는 100 g의 습윤성 조성물은 25 중량%의 계면활성제를 함유할 것이다.
계면활성제는 노닐페놀 알콕실레이트와 같은 에톡실레이트 또는 알콕실레이트(BL8로 판매됨)와 같은 알코올 알콕실레이트; 도데실 설페이트; 또는 4차화 알킬 암모늄 화합물일 수 있다. 계면활성제는 Teric®(N, 12A, 9A, 13A9, 16A, 7ADN 및 BL 시리즈가 선호되지만, Teric 시리즈 중 하나), DS10025® 또는 DS10030®, Tween®, Dynol® 또는 Surfynol® 브랜드로 판매될 수 있다.
일부 양태에서, 계면활성제는 비이온성이다. 비이온성 계면활성제(계면활성제의 블렌드 포함)는 약 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 또는 17보다 큰 친수성 친유성 균형(HLB)을 가질 수 있다.
단독으로 또는 하나 이상의 다른 계면활성제와 조합하여 적합하게 사용될 수 있는 비이온성 계면활성제의 일부 예는, 지방 알코올 에톡실레이트(예를 들면, 옥타에틸렌 글리콜 모노도데실 에테르 및 펜타에틸렌 글리콜 모노도데실 에테르); 알킬페놀 에톡실레이트(예를 들면, 노녹시놀 및 트리톤 X-100); 지방산 에톡실레이트(예를 들면, 스테아르산, 올레산 또는 라우릴 지방산 에톡실레이트), 에톡실화 아민 및 지방산 아미드(예를 들면, 폴리에톡실화 탈로우 아민, 및 아미드, 예를 들면 코카미드 모노에탄올아민 및 코아미드 디에탄올아민); 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드 블록 공중합체(예를 들면, 폴록사머); 글리세롤의 지방산 에스테르(예를 들면, 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 및 Tween® 80 포함); 자당의 지방산 에스테르; 및 알킬 폴리글루코사이드(예를 들면, 데실 글루코사이드, 라우릴 글루코사이드 및 옥틸 글루코사이드)를 포함한다. 비이온성 계면활성제는 에톡실화된 테트라 메틸 데신 디올(예를 들면, Surfynol™ 브랜드)일 수 있으며, 이는 단독으로 또는 알킬렌 글리콜(예를 들면, 에틸렌 글리콜) 또는 알코올 알콕실레이트와 혼합될 수 있다.
하나의 양태에서, 습윤성 조성물은 알킬 폴리글루코시드 계면활성제를 포함한다. 알킬 폴리글루코사이드는 친수성 당 기반 헤드 기 및 C8-C16 지방 알코올 테일을 갖는 당 유래(즉, 글루코오스 및 수크로오스) 계면활성제이다. 이러한 계면활성제는 성능 및 환경에 대한 최소한의 영향으로 인해 바람직할 수 있다. 추가로, 이들의 생분해성 및 천연 공급원으로부터의 유래는 이들을 환경 친화적인 습윤성 조성물에 대한 매력적인 후보로 만들 수 있다. 알킬 폴리글루코사이드는 습윤성 조성물을 형성하기 위해 C10-C14 알코올 성분 및 극성 성분과 조합하기 위한 용액으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 알킬 폴리글루코시드는 물 중 50 중량%의 용액으로 제공될 수 있다.
글리콜 및 글리세롤(모노-, 디- 및 트리-에스테르)과 같은 알코올의 지방산 에스테르는 이러한 계면활성제로부터의 분해 생성물이 최소의 환경 영향을 생성하여 농업 적용에 바람직하게 만들 수 있기 때문에, 일부 양태에서 바람직할 수도 있다.
일부 양태에서, 계면활성제는 음이온성이다. 음이온성 계면활성제는 설페이트, 설포네이트, 포스페이트 및 카르복실레이트 계면활성제로부터 선택된 부류에 속할 수 있다. 음이온성 계면활성제는 유리산 형태 또는 중화된 형태, 예를 들어 암모늄, 유기 아민, 마그네슘, 칼륨 및 나트륨 염 형태를 포함하는 염 형태로 사용될 수 있다.
단독으로 또는 하나 이상의 다른 계면활성제와 조합하여 적합하게 사용될 수 있는 음이온성 계면활성제의 일부 예는, 알킬 설페이트(예를 들면, 나트륨 라우릴 설페이트 및 나트륨 도데실 설페이트); 알킬에테르 설페이트(예를 들면, 나트륨 라우레스 설페이트, 나트륨 미레스 설페이트 등); 설포석시네이트(예를 들면, 나트륨 디옥틸 설포석시네이트); 알킬벤젠 설포네이트(도데실벤젠 설포네이트, 도데실디페닐 에테르 디설포네이트 등); 아릴-알킬 에테르 포스페이트; 알킬 에테르 포스페이트; 및 알킬 카르복실레이트(예를 들면, 스테아르산 나트륨, 라우르산 나트륨 및 라우로일 사르코신산 나트륨)를 포함한다. 당업자는 상기 언급된 음이온성 계면활성제의 다른 염 형태가 존재할 수 있음을 이해할 것이다.
일부 양태에서, 모노 또는 디설폰화 또는 포스페이트화된 지방족 직쇄 또는 분지형 알코올과 같은 음이온성 계면활성제가 바람직할 수 있다. 또한, 알파 올레핀 설포네이트 및 2차 알칸 설포네이트와 같은 탄화수소의 직접 설폰화로부터 유도된 계면활성제가 사용될 수 있다.
특정 양태에서, 일반적으로 LABS 산(선형 도데칼 벤질 설폰산) 및 LABS 염, 예를 들면 암모늄 및 트리에탄올 아민 LABS로 공지된 모노 설폰화된 아릴 알킬 페놀 유사 계면활성제가 적합하다. 유리산 및 중화된 형태의 도데실 디페닐 디설포네이트(예를 들면, Dowfax 2AO)는 특히 적합한 비이온성 계면활성제와 조합하여 사용될 수 있다. 디옥틸 설포석시네이트 및 이의 나트륨 및 암모늄 염(DOS)은 특히 지방족 알코올 알콕실레이트와 조합하여 유용한 급속 습윤제일 수 있다.
일부 양태에서, 계면활성제는 양이온성이다. 양이온성 계면활성제는 4차 암모늄 화합물 및 pH 의존적 1차, 2차 또는 3차 아민으로부터 선택된 부류에 속할 수 있다. 양이온성 계면활성제는 브로마이드 및 클로라이드 염 형태를 포함하는 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), 벤잘코늄 클로라이드(BAC), 예를 들면 디메틸벤질 암모늄 클로라이드, 세탈코늄 클로라이드(CKC) 및 스테아르알코늄 클로라이드, 벤제토늄 클로라이드, 벤조도데시늄 클로라이드, 카르베토펜데시늄 브로마이드(carbethopendecinium bromide), 세트리모늄 브로마이드(CTAB), 세트리모늄 클로라이드(CTAC), 세틸피리디늄 클로라이드(CPC), 디데실메틸암모늄 클로라이드, 디메틸디옥타데실암모늄 브로마이드(DODAB), 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드, 도미펜 브로마이드, 옥테니딘 디하이드로클로라이드, 및 톤조늄 브로마이드를 포함한다. 당업자는, 상기 언급된 양이온성 계면활성제의 다른 염 형태가 존재할 수 있음을 이해할 것이다.
바람직한 양이온성 계면활성제는 벤잘코늄 클로라이드(BAC)의 부류에 속하며, 디메틸벤질 암모늄 클로라이드, 세탈코늄 클로라이드 및 스테아르알코늄 클로라이드 계면활성제로부터 선택될 수 있다.
일부 양태에서, 계면활성제는 양쪽성이다. 양쪽성 계면활성제는 동일한 계면활성제 분자 내에 산성 및 염기성 기를 가지고 있다. 산성 및 염기성 기는 pH에 따라 음이온성 또는 양이온성 기를 형성할 수 있다. 양쪽성 계면활성제는 쌍성 이온(zwitterionic)일 수 있으며, 특정 pH에서 음전하와 양전하를 모두 전달할 수 있다.
양쪽성 계면활성제는 특정 pH 조건 하에서 양이온성 또는 음이온성 계면활성제로 작용할 수 있기 때문에 일부 상황에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 산성 또는 낮은 pH(예를 들면, pH ≤ 6)에서, 양쪽성 계면활성제는 양성자가 되어 양이온성 계면활성제로 작용할 수 있는 반면에, 알칼리성 또는 높은 pH(예를 들면, pH ≥ 8)에서는 양쪽성 계면활성제가 탈양성자화되어 음이온성 계면활성제로 작용할 것이다.
단독으로 또는 하나 이상의 다른 계면활성제와 조합하여 적합하게 사용될 수 있는 양쪽성 계면활성제의 일부 예에는, 라우라민 옥사이드 및 미리스타민 옥사이드와 같은 알킬 아민 옥사이드; 코카미도프로필베타인(cocamidopropylbetaine)과 같은 베타인; 라우르아미도프로필 하이드록시술타인(lauramidopropyl hydroxysultaine), 코카미도프로필 하이드록시술타인(cocamidopropyl hydroxysultaine), 올레이미도프로필 하이드록시술타인(oleimidopropyl hydroxysultaine), 탈로우아미도프로필 하이드록시술타인(tallowamidopropyl hydroxysultaine), 에루카미도프로필 하이드록시술타인(erucamidopropyl hydroxysultaine), 라우릴 하이드록시술타인과 같은 하이드록시술타인류; 및 나트륨 라우람포아세테이트와 같은 암포아세테이트(amphoacetate)를 포함한다.
하나의 양태에서, 습윤성 조성물은 쌍성 이온 형태의 양쪽성 계면활성제와 같은 쌍성 이온 계면활성제를 포함하지 않는다.
하나의 세트의 양태에서, 습윤성 조성물은 알코올 알콕실레이트, 알킬벤젠 설포네이트 및 벤잘코늄 클로라이드 계면활성제로부터 선택된 계면활성제를 포함한다. 계면활성제의 혼합물도 고려된다. 예를 들어, 습윤성 조성물은 알코올 알콕실레이트와 알킬벤젠 설포네이트의 계면활성제 혼합물을 포함할 수 있다.
일부 양태에서, 계면활성제의 혼합물 중 계면활성제 중 하나는 습윤성 조성물을 안정한 제형으로 유지하는 것을 보조하는 유화제로서 작용할 수 있다.
하나의 양태에서, 습윤성 조성물은 계면활성제 중 하나가 도데실벤젠 설포네이트와 같은 알킬벤젠 설포네이트인 계면활성제의 혼합물을 포함할 수 있다. 알킬벤젠 설포네이트는 유화제로서 작용하여 습윤성 조성물을 안정화하고 조성물 성분의 상 분리를 방지하거나 최소화할 수 있다. 습윤성 조성물은 유화제로서 비교적 소량의 알킬벤젠 설포네이트만을 필요로 할 수 있다. 하나의 양태에서, 습윤성 조성물은 5 중량% 이하의 알킬벤젠 설포네이트를 포함한다.
또한, 본 발명의 습윤성 조성물은 5 내지 50 중량%의 극성 성분을 포함한다. 극성 성분은 (i) 물 및 (ii) 25 중량% 이하의 수혼화성 C1-C3 유기 용매로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다. 따라서, 습윤성 조성물의 C10-C14 알코올 및 계면활성제는 극성 성분 내에 있는 물 및 수혼화성 C1-C3 유기 용매 중 적어도 하나와 조합된다.
습윤성 조성물에서 극성 성분의 존재는 습윤성 조성물에서 C10-C14 알코올 및 계면활성제의 상용성을 돕는 것으로 생각되기 때문에 바람직할 수 있다. 따라서, 극성 성분은 C10-C14 알코올 및 계면활성제에 대한 상용화제로 작용할 수 있다. 또한, 극성 성분은 습윤성 조성물이 첨가되는 비수성 액체에서 습윤성 조성물의 C10-C14 알코올 및 계면활성제를 가용화하는 것을 도울 수 있다.
일부 양태에서, 극성 성분은 물을 포함한다. 물은 습윤성 조성물의 극성 성분에 적절한 양으로 존재할 수 있다. 예를 들면, 극성 성분은 0.5%, 1%, 2%, 2.5%, 5%, 7.5%, 10%, 12.5%, 15%, 20%, 25%, 30%, 40% 또는 50 중량%, 또는 이러한 한계 내의 농도의 양으로 물을 포함할 수 있다.
극성 성분이 5 중량% 이상의 농도로 물을 포함하는 경우, 물은 그 자체로 존재하거나 적어도 하나의 다른 화합물과 혼합될 수 있다. 물이 혼합물에 있는 경우, 극성 성분 중 성분 양은 총 50 중량% 이하이다.
극성 성분이 5 중량% 미만의 농도로 물을 포함하는 경우, 극성 성분이 적어도 5 중량%임을 보장하기 위해, 물이 적어도 하나의 다른 화합물과 혼합될 필요가 있을 것이다. 예시로서, 물이 2.5 중량%의 농도로 존재하는 경우, 극성 성분이 습윤성 조성물의 적어도 5 중량%를 형성하도록 하기 위해 극성 성분은 또한 2.5 중량%의 적어도 하나의 다른 성분을 포함할 것이다.
물은 습윤성 조성물의 다른 성분의 일부로 첨가될 수 있거나, 별도의 성분으로 의도적으로 첨가될 수 있다. 하나의 양태에서, 습윤성 조성물의 극성 성분은 5 내지 10 중량%의 물을 포함한다.
습윤성 조성물에 존재하는 물은 표면 장력이 습윤성 조성물에 의해 바람직하게 낮아지고 습윤성 조성물 자체가 첨가되어야 하는 표적 비수성 액체와 구별되는 것으로 이해될 것이다.
하나의 양태에서, 극성 성분은 25 중량% 이하의 수혼화성 C1-C3 유기 용매를 포함한다. 수혼화성 C1-C3 유기 용매는 5 내지 25 중량%의 양으로 습윤성 조성물의 극성 성분 내에 존재할 수 있다.
극성 성분은 0.5%, 1%, 2%, 2.5%, 5%, 7.5%, 10%, 12.5%, 15%, 20% 또는 25% 중량% 또는 이러한 한계 내의 농도의 양으로 수혼화성 C1-C3 유기 용매를 포함할 수 있다.
극성 성분이 5 내지 25 중량% 농도의 수혼화성 C1-C3 유기 용매를 포함하는 경우, 용매는 그 자체로 존재하거나 하나 이상의 다른 화합물과 혼합될 수 있다. C1-C3 유기용매가 혼합물인 경우, 극성 성분 중 성분의 함량은 총 50 중량%를 초과하지 않는다.
극성 성분이 5 중량% 미만 농도의 수혼화성 C1-C3 유기 용매를 포함하는 경우, 극성 성분이 적어도 5 중량%가 되도록 하기 위해 용매가 적어도 하나의 다른 화합물과 혼합될 필요가 있을 것이다. 예시로서, 수혼화성 C1-C3 유기 용매가 2.5 중량%의 농도로 존재하는 경우, 극성 성분은 또한 극성 성분이 습윤성 조성물의 적어도 5 중량%를 형성하도록 하기 위해 2.5 중량%의 적어도 하나의 다른 성분을 포함할 것이다.
"수혼화성(water-miscible)"은 C1-C3 유기 용매가 물과 혼합되어 균질한 용액을 형성할 수 있음을 의미한다. 수혼화성 C1-C3 유기 용매의 예에는, 아세트알데히드, 아세톤, 아세토니트릴, 디메틸 포름아미드, 디메틸 술폭시드, 에탄올, 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 메탄올, n-프로판올, 이소-프로판올, 1,3-프로판 디올, 및 프로필렌 글리콜을 포함한다. 수혼화성 C1-C3 유기 용매는 극성 용매일 수 있다.
하나의 양태에서, 수혼화성 C1-C3 유기 용매는 메탄올, 에탄올, n-프로판올 및 이소-프로판올, 바람직하게는 에탄올과 같은 수혼화성 C1-C3 알코올이다.
용매의 가연성으로 인해 습윤성 조성물에서 수혼화성 C1-C3 유기 용매(예를 들면, C1-C3 알코올)의 양을 25 중량% 미만으로 제한하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 양태에서, C1-C3 유기 용매가 습윤성 조성물의 20%, 15%, 10%, 또는 5 중량% 이하의 양으로 존재하는 것이 바람직할 수 있다.
일부 양태에서, 습윤성 조성물의 극성 성분은 물과 수혼화성 C1-C3 유기 용매의 조합을 포함한다. 이러한 양태에서, 조합 중 수혼화성 C1-C3 유기 용매의 양은 25 중량%를 초과하지 않는다. 당업자는, 물 및 수혼화성 C1-C3 유기 용매가 각각 극성 화합물일 수 있음을 이해할 것이다.
일부 양태에서, 본 발명의 습윤성 조성물은 필수적으로 C10-C14 알코올, 계면활성제 및 극성 성분으로 본 명세서에 정의된 양으로 이루어질 수 있다. 따라서, 습윤성 조성물을 제조하는데 사용된 C10-C14 알코올 및 계면활성제의 양이 100%까지 추가되지 않는 일부 양태에서, 극성 성분은 습윤성 조성물의 총 질량 또는 부피가 100%가 되도록 알코올 및 계면활성제 성분에 첨가될 수 있다. 따라서, 극성 성분은 습윤성 조성물의 나머지를 형성할 수 있다.
선택적으로, 하나 이상의 첨가제가 습윤성 조성물에 포함될 수 있다. 이러한 첨가제는 방향제, 소포제, 부동액, 유화제, 활성 화합물, 염, 염료(또는 기타 착색제) 및 입자(예를 들면, 이산화티타늄과 같은 안료 입자), 안정화제, 방부제 및/또는 완충제를 포함할 수 있고, 이는 단독으로 또는 조합하여 존재할 수 있다. 이러한 첨가제는 습윤성 조성물 내에 적절한 양으로 존재할 수 있다. 목적하는 양은 이러한 첨가제(예를 들면, 방향제 또는 색상 강도)의 사용의 결과로서 습윤성 조성물에 부여되는 목적하는 효과에 따라 달라질 수 있다. 일부 양태에서, 습윤성 조성물은 0 내지 5 중량%, 0 내지 10 중량%, 0 내지 20 중량%, 또는 0 내지 25 중량%의 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 습윤성 조성물은 쾌적한 냄새를 제공하는 향을 갖는 화합물을 포함할 수 있다. 본 발명의 습윤성 조성물은 냄새가 강하지 않지만, 바람직한 냄새를 부여하거나 불쾌한 냄새를 감소 또는 마스킹하기 위해 목적하는 경우 방향제를 습윤성 조성물에 첨가할 수 있다.
하나의 양태에서, 방향제는 에센셜 오일이다. 에센셜 오일은 레몬이나 오렌지 오일 또는 소나무 오일일 수 있다. 방향제는 페놀성 알데히드를 포함할 수 있다. 페놀성 알데히드는 바닐린 또는 이소바닐린일 수 있다. 방향제는 농축된 형태로 첨가되거나 용매에 1, 2, 5, 10 중량%의 용액으로 첨가될 수 있다. 예를 들면, 바닐린은 에탄올과 같은 용매에 첨가될 수 있다(예를 들면, 10 중량%).
습윤성 조성물은 유리하게는 위험하지 않다. 습윤성 조성물이 불연성인 경우에도 유리하다. 습윤성 조성물은 고온, 예를 들어 40 ℃ 이하에서 안정해야 한다. 이러한 특성이 충족되도록 하려면, 조성물의 성분이 개별적으로 및/또는 함께 결합될 때 이러한 요구 사항도 충족해야 한다.
일부 양태에서, C10-C14 알코올, 계면활성제 및 극성 성분을 포함하는 습윤성 조성물의 성분은 바람직하게는 환경과 식물, 해양 및 동물에 무독성이고 무해한 분해 생성물로 쉽게 분해될 수 있는 환경 친화적인 화합물로부터 선택된다. 이는 본 발명의 습윤성 조성물이 플루오로 계면활성제 및 유기실리콘 계면활성제와 관련된 중대한 환경 및 생물학적 문제를 피할 수 있게 하기 때문에 유리할 수 있다.
하나의 양태에서, 습윤성 조성물은 1-도데칸올(20% 내지 50% 미만), 비이온성 계면활성제(25 내지 70%), 및 약 10%의 물을 포함한다.
다른 양태에서, 습윤성 조성물은 1-도데칸올 및 1-테트라데칸올의 블렌드(C12 및 C14 알코올의 70:30 블렌드의 20% 내지 50% 미만), 비이온성 계면활성제(25 내지 70%), 및 약 10%의 물을 포함한다.
다른 양태에서, 습윤성 조성물은 1-도데칸올(20% 내지 50% 미만), 비이온성 계면활성제(25 내지 70%), 및 에탄올(25%)을 포함한다.
상기 기재된 습윤성 조성물의 모든 양태에서, 선택적으로 유화제로서 10% 이하의 도데실벤젠 설포네이트가 첨가될 수 있다.
제형화된 습윤성 조성물은 비수성 액체에 첨가되어, 비수성 액체의 표면 장력을 변경하도록 의도된다.
습윤성 조성물은 바람직하게는 선택적으로 물 및/또는 기타 첨가제와 함께 C10-C14 알코올, 계면활성제 및 극성 성분을 포함하는 안정한 혼합물의 형태이다. 습윤성 조성물은 안정한 용액, 현탁액 또는 에멀젼의 형태일 수 있다. "안정하다"는 것은 습윤성 조성물 점도의 흐림 또는 변화, 또는 습윤성 조성물 형성 후 또는 이의 저장 중에 조성물 성분의 실질적인 분리(예를 들면, 상 분리, 침전 또는 침강 등)가 없음을 의미한다. 습윤성 조성물은 4 내지 40 ℃의 범위 내의 온도에서 적어도 5시간 동안 안정할 수 있다. 바람직한 양태에서, 습윤성 조성물은 주, 수개월 또는 수년 동안 안정하여, 연장된 저장 수명을 제공한다. 그러나, 일부 양태에서, 습윤성 조성물은 사용 직전에 제조될 수 있으며, 이 경우 짧은 기간 동안만 안정하면 된다. 예를 들어, C12 내지 C14와 같은 고분자량 알코올의 일부 조성물의 경우, 열은 알코올과 계면활성제를 결합하는데 도움이 될 수 있다. 이러한 상황에서, 습윤성 조성물은 임의의 분리가 발생하기 전에 사용될 수 있다.
습윤성 조성물의 탁도 연구는 제형의 안정성 평가에 도움이 될 수 있다.
습윤성 조성물을 형성하기 위해, 목적하는 양의 계면활성제를 먼저 목적하는 양의 C10-C14 알코올과 합한 다음, 목적하는 양의 극성 성분(예를 들면, 물 및/또는 수혼화성 C1-C3 유기 용매)를 초기 혼합물에 첨가하고 합하여 습윤성 조성물을 형성한다. 그러나, 제조 순서는 중요하지 않으며, 습윤성 조성물의 성분은 임의의 순서로 함께 조합될 수 있다. 예를 들면, C10-C14 알코올을 첨가하기 전에, 계면활성제 및 극성 성분을 먼저 함께 혼합할 수 있다. 또한, 계면활성제는 마지막에 혼합될 수 있다.
습윤성 조성물이 1-도데칸올(C12 알코올)과, 1-데칸올(C10 알코올) 또는 1-테트라데칸올(C14 알코올)의 혼합물과 같은 2개 이상의 상이한 C10-C14 알코올의 혼합물을 포함하는 경우, 목적하는 양의 선택된 알코올을 개별적으로 또는 조합하여 계면활성제와 조합할 수 있다.
일부 양태에서, 2종 이상의 상이한 C10-C14 알코올의 블렌드는 계면활성제 및 물 및/또는 기타 첨가제를 포함하는 혼합물에 첨가된다. 예를 들면, 70:30의 상대 C12:C14 비율의 1-도데칸올 및 1-테트라데칸올을 함유하는 상업적 제제가 이용 가능하다. 상이한 알코올을 혼합물에 도입하기 위해, 상업적 제제의 선택된 양을 계면활성제 및 첨가제에 조합될 수 있다. 필요한 경우, 하나 이상의 추가 C10-C14 알코올을 첨가할 수도 있다. 예를 들어, 알코올 블렌드에 추가하여, 추가량의 1-도데칸올(C12 알코올)을 계면활성제와 조합하여, 추가 알코올을 도입하고/하거나 C10-C14 알코올의 상대 비율을 습윤성 조성물 내에서 변경할 수 있다.
습윤성 조성물은 비수성 수지, 비수성 농산물 또는 기타 비수성 물질이든 간에 비수성 액체에 첨가하기 전에 완전한 제형으로 제조하는 것이 중요하다.
따라서, C10-C14 알코올, 계면활성제 및 극성 성분(예를 들면, 물 및/또는 수혼화성 C1-C3 유기 용매)은 표적 비수성 액체에 조합되어 첨가되고 별개로 비수성 액체에 첨가되지 않도록 습윤성 조성물에 함께 존재한다. 구체적으로, 알코올 습윤제는 계면활성제의 비수용액에 점진적으로 첨가되지 않는다. 비수성 액체에 C10-C14 알코올을 계면활성제와 함께 첨가하는 것의 이점은 습윤성 조성물을 사용하기 전에 편리하게 판매, 운송 및 보관할 수 있다는 것이다. 다른 이점은 습윤성 조성물을 비수성 액체에 첨가할 때 C10-C14 알코올 및 계면활성제의 상대 농도가 고정되어 최종 사용자가 비수성 액체에 추가할 각 성분의 양을 고려할 필요가 없다는 것이다.
사용시, 습윤성 조성물은 비수성 액체에 첨가되고, 비수성 액체의 표면 장력을 감소시킨다.
유리하게는, 본 발명의 습윤성 조성물은 습윤성 조성물을 함유하는 비수성 액체가 20 ℃에서 25 mN/m 미만의 표면 장력을 달성할 수 있게 한다. 일부 양태에서, 본 발명의 습윤성 조성물은 습윤성 조성물을 함유하는 비수성 액체의 표면 장력을 20 ℃에서 24 mN/m, 23 mN/m, 22 mN/m, 또는 21 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 있다고 믿어진다. 본 발명의 습윤성 조성물은 바람직하게는 플루오로 계면활성제 및 유기실리콘 계면활성제가 없다. 이와 같이, 플루오로 계면활성제 및 유기실리콘 계면활성제의 부재 하에 그러한 낮은 표면 장력 값을 달성하는 습윤성 조성물의 능력은 놀랍다.
당업자는 공지된 기술을 사용하여 본 발명의 습윤성 조성물을 함유하는 비수성 액체의 표면 장력을 결정할 수 있다. 하나의 예시적인 기술은 펜던트 드롭의 기하학적 구조의 광학적 분석으로부터 표면 및 계면 장력이 결정되도록 하는 펜던트 드롭 측각법(pendant drop goniometry)이다.
비수성 액체에 일단 첨가된 계면활성제는 액체/증기 계면에서 조립함으로써 액체의 표면 장력을 낮출 수 있다. 그러나, 본 발명의 습윤성 조성물에서 C10-C14 알코올과 계면활성제의 조합은 놀랍게도 계면활성제 단독으로 가능한 것 이상으로 표면 장력의 추가 감소가 달성될 수 있도록 계면활성제의 성능을 향상시킬 수 있다. C10-C14 알코올과 계면활성제는 표면 장력을 낮추기 위해 첨가제 또는 상승 작용 방식으로 상호 작용할 수 있다.
이론에 제한되지 않고, 불용성 C10-C14 알코올은 비이온성, 음이온성 및 양이온성 계면활성제에서 미셀의 형성을 제한하거나 심지어 방지하여, 용액 내 계면활성제 분자의 농도를 증가시켜 3상 습윤 계면으로 이동하여, 이러한 계면활성제의 정상적인 습윤 성능을 향상시킨다.
C10-C14 알코올은 물에 불용성 또는 난용성이며 분산하기 어렵기 때문에, 물 및 수혼화성 C1-C3 유기 용매로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 극성 성분의 존재는 계면활성제의 존재 하에 C10-C14 알코올을 분산 및 상용화하는데 도움이 된다.
분산된 C10-C14 알코올은 습윤성 조성물이 첨가된 비수성 액체에서 준안정 상태일 수 있고, 비수성 용액으로부터 매우 빠르게 상 분리되는 경향이 있어, 알코올 및 관련 계면활성제의 습윤 계면으로의 빠른 이동을 초래한다. 3상 계면으로의 이러한 빠른 이동은 계면에서 계면활성제의 분산을 돕고, 비수성 액체가 저 에너지 표면과 같은 표면을 습윤화시키는 능력의 개선에 기여하는 것으로 믿어진다.
C10-C14 알코올의 상 분리는 또한 계면활성제 분자의 분산을 위한 넓은 표면적을 제공하는 작은 액적 또는 마이크로 콜로이드를 형성할 수 있다.
또한, C10-C14 알코올은 비수성 액체에서 계면활성제 미셀의 형성을 제한하거나 심지어 방지할 수 있으며, 결과적으로 용액에서 더 큰 농도의 계면활성제 분자가 3상 습윤 계면으로 이동하여, 이들 계면활성제의 정상적인 습윤성 성능을 향상시킬 수 있다.
일부 양태에서, 미셀은 본 발명의 습윤성 조성물을 포함하는 비수성 액체에서 미셀을 형성하지 않거나 감소된 형성이 있다. 비수성 액체에서 "미셀이 형성되지 않음" 또는 "미셀 형성 감소"가 있다는 것은 비수성 액체에서 자가 조립하는 소수의 미셀이 있을 수 있음을 이해해야 한다.
미셀 형성의 단점은, 비수성 액체의 표면 장력을 감소시키고 알코올을 분산시키는데 사용할 수 있는 계면활성제가 적다는 것이다. 예를 들어, 계면활성제가 미셀을 형성하는 경우, 형성되는 임의의 에멀젼을 안정화하는데 사용할 수 있는 계면활성제가 더 적다. 계면활성제 분자가 습윤 계면으로 확산되기 전에 미셀이 분해되는 대신, 계면활성제와 결합된 장쇄 알코올이 용액 중에 준안정 상태에 있기 때문에, 습윤 계면으로 빠르게 이동한다. 이는 임계 미셀 농도에 의해 제한되는 계면활성제 단독의 경우보다 훨씬 더 빠르게 습윤 계면으로 이동하는 고농도의 관련 계면활성제를 초래한다.
C10-C14 알코올이 3상 습윤 계면으로 빠르게 이동하면 계면활성제 분자가 방출되며, 미셀이 없는 경우에도 3상 습윤 계면으로 빠르게 확산되어, 비수성 액체가 용액 내에서 3상 접촉 라인의 액체/공기 계면으로 계면활성제 분자의 확산으로 인해 저 에너지 표면을 가로질러 빠르게 확산됨에 따라 스틱 슬립 현상이 감소한다.
습윤성 조성물이 첨가되는 액체는 비수성 또는 사실상 비수성이다.
비수성 액체는 농업용 조성물로 이루어지거나 이를 포함할 수 있다. 농업용 조성물은 농약, 살충제, 살비제, 살진균제, 살선충제, 소독제, 제초제, 비료 또는 미량 영양소로서 사용하기 위한 것일 수 있다. 하나의 양태에서, 습윤성 조성물은 질소, 및 마그네슘, 칼슘, 및 붕소 비료, 또는 질소, 인 및 칼륨(NPK) 유형 비료와 같은 식물 경엽(foliage)에 적용되는 엽면 비료에 첨가될 수 있다.
습윤성 조성물은 경엽의 표면을 습윤화시키는 농업용 조성물의 능력을 증가시킬 수 있다. 다른 양태에서, 습윤성 조성물은 해충에 대한 억제력을 제공하기 위해 목재 기반 기재의 표면을 습윤화시키는 농업용 조성물의 능력을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 제재목(sawn timber)은 사용 전에 살충제 및/또는 살균제에 함침 및/또는 침지될 수 있다. 또한, 습윤성 조성물은 종자를 습윤화시키는 농업용 조성물의 능력을 개선할 수 있다. 예를 들면, 종자는 발아 전에 종자를 보호하기 위해 살충제 및/또는 살균제로 코팅될 수 있다. 종자 착색제는 습윤 시스템과 함께 추가될 수도 있다.
하나의 양태에서, 본 발명의 습윤성 조성물을 포함하는 농업용 조성물이 제공된다.
비수성 액체는 약제, 기능식품 또는 화장품으로 이루어지거나 이를 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 액체는 약물 화합물로 이루어지거나 이를 포함한다. 하나의 양태에서, 습윤성 조성물은 피부, 모발 및/또는 손발톱을 포함하는 인간 또는 동물 신체의 표면을 습윤화시키는 약제, 기능식품 또는 화장품의 능력을 증가시킬 수 있다.
기재된 습윤성 조성물의 이점은, 비수성 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 것보다 더 높은 고형분 함량 비수성 액체로, 즉 습윤성 조성물의 부재 시에 습윤을 허용한다는 것을 의미한다. 고형분 함량이 높은 액체로 습윤화시키는 이점은, 액체를 고체에 함침시킬 때 액체의 크로마토그래피 분리가 적다는 것이다. 액체의 분리가 감소하면 더 균질한 함침된 고체가 생성되어, 궁극적으로 더 강하고 내구성이 높아진다. 고체 분산의 다른 이점은, 저 에너지 표면이 더 점성이 있는 비수성 액체로 습윤화될 수 있다는 것이다.
비수성 액체는 착물 액체(complex liquid)일 수 있다. 착물 액체는 비수성 수지일 수 있다. 수지는 경화 능력이 있는 높은 점도를 가질 수 있다. 수지는 특정 나무에서 생성되는 자연 발생 물질일 수 있다. 그러나, 수지는 천연 또는 합성일 수 있다. 수지는 에폭시, 비닐 에스테르, 또는 에폭시 비닐 에스테르 수지를 포함하는 폴리에스테르 수지, 폴리에스테르 라미네이팅 수지, 하이드록실기를 포함하는 것을 포함하는 폴리에스테르 변성 비닐 공중합체, 히드록실 기를 포함하는 것을 포함하는 비닐 공중합체, 비수성 아크릴 수지, 알키드 수지 및 변성 알키드 수지, 폴리우레탄 및 카르바믹 수지, 소수성 폴리올 수지, 불포화 폴리에스테르 수지를 포함한 폴리에스테르 수지, 비스옥사졸리딘 수지, 유동성 조절 수지, 아크릴 폴리올, 소수성 폴리올, 열가소성 아크릴 수지, 열경화성 아크릴 수지, 폴리에스테르 폴리올 , 포화 폴리에스테르, 에폭시 에스테르 카바미드 수지, 수분 경화 수지, 아민 가속 불포화 폴리에스테르 수지, 아크릴 폴리올, 기타 비수성 수지일 수 있다. 에폭시 수지와 같은 다액형 또는 이액형 수지의 경우, 습윤성 조성물은 부분 중 하나 또는 둘 모두에 포함될 수 있으므로, 부분이 결합될 때 결합된 수지와 기재의 습윤화가 경화 전에 향상된다. 예를 들면, 습윤성 조성물은 2액형 에폭시 수지 제품의 경우 수지 성분 또는 경화제 성분, 또는 둘 다에 포함될 수 있다. 수지는 아민 또는 포름알데히드 유형 수지일 수 있다. 일부 양태에서, 수지는 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐 아세테이트 또는 레조르시놀 수지이다. 하나의 양태에서, 비수성 액체는 종이 또는 목재 입자 플레이크를 습윤화하기 위한 수지이다.
상기의 관점에서, 본 발명은 비수성 액체를 포함하는 다양한 코팅, 예를 들어 오일 기반 페인트, 셀룰로오스 기반 코팅, 염소화 고무 코팅, 비닐 코팅, 아크릴 코팅, 변성 알키드 코팅을 포함하는 알키드 코팅, 포화 폴리에스테르 코팅, 불포화 폴리에스테르 코팅, 폴리우레탄 코팅, 에폭시 코팅, 실리콘 코팅, 요소, 벤조구아나민 및 코팅용 멜라민 수지, 코팅용 페놀 수지, 아스팔트, 역청(bitumen) 및 피치 코팅, 규산염 코팅에 적용을 갖는다. 본 발명은 또한 식물성 오일, 동유(Tung oil), 아마인유, 오일, 중국 목재 오일과 같은 오일류 및 데크 오일, 목재 및 나무 오일, 가구 오일, 바니시, 목재 얼룩 등을 포함하는 기기재를 코팅하거나 보호하는데 사용되는 기타 오일에 적용할 수 있다. 본 발명은 또한 상기 코팅에 사용된 것을 포함하는 비수성 바인더 및 수지에 적용된다.
특히 페인트와 관련하여, 이들은 바인더로 구성된 비히클과 바인더의 점도를 감소시킬 필요가 있는 경우 용매와 같은 희석제로 구성된다. 따라서, 페인트는 일반적으로 바인더와 희석제의 조합이다. 용매는 점도를 감소시켜, 기재의 보다 효율적인 퍼짐 및 침투를 허용한다. 그러나, 유체 흐름 물리학의 기본은, 임의의 고체 표면에서 임의의 액체의 퍼짐 및 침투 속도가 모세관(라플라스)력에 의해 구동되는 점성 흐름에 의한 것이라는 점이고, 여기서 2개의 주요 요소는 점도와 액체의 표면 장력, 즉 액체와 표면 사이의 계면 에너지이다(Roberts R.J. 2004 https://openresearch-repository.anu.edu.au/handle/1885/49373). 따라서, 본 발명의 습윤성 조성물의 첨가는 바인더의 표면 장력을 실질적으로 감소시킬 것이고, 용매와 함께 바인더의 퍼짐 및 침투를 추가로 개선할 것이다. 바인더나 수지로 재료의 표면을 코팅해야 하는 다른 비수성 시스템에서도 유사한 효과를 얻을 수 있다.
페인트가 경화되면, 거의 모든 희석제가 증발하고, 바인더만 코팅된 표면에 남는다. 이것이 페인트 표면의 경화(스키닝)가 시작되기 전에 효과적으로 퍼지지 않으면, 결과적인 마감이 거칠고 불만족스러울 것이다.
바인더는 페인트의 필름 형성 성분이며, 경화 이전에 펴져야 한다. 이는 모든 다양한 유형의 제형 중에서 항상 존재하는 유일한 성분이다. 많은 바인더는 너무 걸쭉하여 적용할 수 없으며 희석해야 한다. 희석제(thinner)의 유형은 존재하는 경우 바인더에 따라 다르다. 그러나, 표면 장력 감소로 인해 더 빠른 흐름과 바인더의 침투가 가능해지면, 표면이 더 부드러워진다. 이는 광택, 내구성, 유연성, 인성과 같은 물성을 부여하는 바인더이다. 상기 논의된 바와 같이, 이러한 바인더는 알키드, 아크릴, 비닐-아크릴, 비닐 아세테이트/에틸렌(VAE), 폴리우레탄, 폴리에스테르, 멜라민 수지, 에폭시, 실란 또는 실록산과 같은 합성 또는 천연 수지를 포함한다.
하나의 양태에서, 본 발명의 습윤성 조성물을 포함하는 수지가 제공된다.
습윤성 조성물은 콘크리트의 퍼짐성 또는 유동성을 향상시키고 콘크리트의 침투를 돕기 위해 콘크리트를 형성하는데 사용되는 시멘트 조성물에 첨가될 수 있다.
습윤성 조성물을 비수성 액체에 첨가하면, 비수성 액체의 표면 장력이 감소된다. 비수성 액체의 표면 장력은 습윤성 조성물이 없을 때의 동일한 비수성 액체의 표면 장력과 비교하여 습윤성 조성물의 첨가 시 감소된다. 습윤성 조성물이 없는 동일한 비수성 액체와 비교하여 저 에너지 소수성 표면에서 습윤성 조성물을 포함하는 비수성 액체의 접촉각이 감소되는 결과를 낳는다. 비수성 액체에 첨가될 때 습윤성 조성물은 비수성 액체에 대한 저 에너지 표면의 습윤성을 증가시킨다. 다시 말해서, 습윤성 조성물은 소수성 표면의 비수성 습윤성을 증가시키는데 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 비수성 액체의 표면 장력을 낮추는 방법이 제공되며, 상기 방법은 본 명세서에 기술된 양태들 중 어느 하나의 습윤성 조성물을 비수성 액체에 첨가하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 명세서에 기재된 양태들 중 어느 하나의 습윤성 조성물과 비수성 액체를 포함하는 비수성 액체 조성물이 제공된다. 습윤성 조성물을 포함하는 비수성 액체 조성물은 내부에 습윤성 조성물의 존재로 인해 표면 장력이 감소된 조성물일 수 있다.
습윤성 조성물을 포함하는 비수성 액체 조성물은 표면 장력이 감소된 수지 조성물 또는 농업용 조성물일 수 있다.
본 발명의 습윤성 조성물은 임의의 수단에 의해 비수성 액체에 첨가될 수 있다. 하나의 양태에서, 습윤성 조성물은 비수성 액체에 첨가된다. 습윤성 조성물의 추가는 수동으로 수행하거나, 전달 시스템을 프로그래밍하는 컴퓨터로 제어될 수 있다. 상이한 비수성 액체는 목적하는 표면 장력 감소를 달성하기 위해 상이한 양의 습윤성 조성물을 필요로 할 것이다. 일부 양태에서, 습윤성 조성물은 점진적으로 첨가된다(C10-C14 알코올, 및 계면활성제가 여전히 함께 첨가됨을 주목함). 각 증분을 추가한 후, 비수성 용액은 표면 장력과, 소수성 표면 상에 저 에너지를 습윤화시키는 능력과 관련하여 관찰될 수 있다. 목적하는 습윤이 달성되면, 더 이상의 양의 습윤성 조성물을 비수성 액체에 첨가할 필요가 없다. 대안적으로, 공지된 양의 습윤성 조성물이 비수성 용액에 첨가될 수 있다. 공지된 양은 이전 실험을 기반으로 결정될 수 있다.
비수성 액체에 첨가되는 습윤성 조성물의 양은 바람직하지 않은 미셀 형성이 없기 때문에 제한되지 않는다. 따라서, 미셀이 형성하는 농도(임계 미셀 농도)까지 특정 수준의 습윤성에 도달하는 계면활성제와는 달리, 본 발명의 습윤성 조성물은 테플론(Teflon) 또는 표면 에너지가 매우 낮은 다른 표면과 같이 매우 습윤화하기 어려운 표면에서 습윤성을 개선하기 위해 임의의 실제 농도까지 추가될 수 있다. 일부 양태에서, 비수성 액체의 표면 장력은 증가하는 양의 습윤성 조성물을 액체에 첨가할 때 추가로 낮아질 수 있다.
비수성 액체에 첨가되는 습윤성 조성물의 양은 습윤성 조성물이 표면에 대한 비수성 액체의 습윤성에 유리한 효과를 갖도록 보장해야 한다. 비수성 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. 하나의 양태에서, 습윤성 조성물은 0.1 내지 5 부피%, 0.5 내지 4 부피%, 및 1 내지 3 부피%로부터 선택된 범위의 양으로 비수성 액체에 첨가된다. 습윤 성분이 너무 많이 첨가되면, 불필요한 비용이 발생할 수 있다. 너무 적게 첨가되면, 습윤에 대한 바람직한 효과가 없다. 일부 양태에서, 습윤성 조성물의 양이 약 0.5, 0.3, 0.1 또는 0.15 중량%의 C10-C14 알코올을 갖는 비수성 액체를 생성하도록 첨가된다. 습윤성 조성물의 과량투여로 인한 유일한 해로운 영향은 습윤이 너무 빠르게 발생하는 것으로 보이며, 이는 거의 문제가 되지 않는다. 통상적인 계면활성제와 비교하여 더 낮은 용량의 습윤성 조성물을 사용하여 비수성 액체의 습윤성을 개선할 수 있다.
미셀 형성이 임계 미셀 농도에 도달하면 표면 장력을 감소시키는 계면활성제의 능력을 제한할 수 있는 기존의 계면활성제와 달리, 본 발명의 습윤성 조성물은 비수성 액체에 대한 습윤성 조성물의 투여량을 증가시키면서 표면 장력의 감소를 증가시키는 것을 계속 제공할 수 있다.
비수성 액체에 습윤성 조성물을 첨가한 후, 비수성 액체의 표면 장력은 약 70 dynes/cm 미만으로 감소될 수 있다. 특정 양태에서, 습윤성 조성물은 유리하게는 비수성 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 것 바로 아래로 감소시키는 것이 필요할 수 있다. 다른 양태에서, 현재의 슈퍼스프레더(superspreader)와 유사한 표면 장력, 즉 23 dynes/cm 미만을 달성하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 양태에서, 현재의 유기실리콘 슈퍼스프레더와 유사한 표면 장력, 즉 20 dynes/cm 미만을 달성하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 양태에서, 현재의 플루오로 계면활성제 슈퍼스프레더와 유사한 표면 장력, 즉 18 dynes/cm 미만을 달성하는 것이 바람직할 수 있다. 목적하는 표면 장력은 당업자에 의해 결정될 수 있고, 이를 달성하기 위해 요구되는 상응하는 양의 습윤성 조성물이 첨가될 수 있다.
비수성 액체에 습윤성 조성물의 첨가는 또한 습윤성의 개선을 반영하여 표면에서 비수성 액체의 정적 또는 전진(advancing) 비수성 접촉각에 영향을 미칠 수 있다. 일부 양태에서, 비수성 액체의 전진 접촉각은 약 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10 또는 5° 미만으로 감소될 수 있다. 하나의 양태에서, 비수성 액체의 전진 접촉각은 10° 미만으로 감소될 수 있다. 목적하는 습윤성은 당업자에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 습윤성 조성물은 낮은 표면 에너지의 표면에서 비수성 액체의 퍼짐을 돕는 '수퍼스프레더(superspreader)'로서 작용할 수 있다. 본 발명의 습윤성 조성물은 현재 공지된 유기실리콘 계면활성제 또는 플루오로 계면활성제와 적어도 동등하거나 더 나은 수준에서 수행할 수 있다.
저 에너지 표면의 증가된 습윤성은, 표면이 본 발명의 습윤성 조성물을 포함하는 비수성 액체로 더 빨리 코팅될 수 있음을 의미할 수 있다. 저 에너지 표면의 습윤은 본 발명을 사용하지 않는 액체에 대한 것보다 1, 2 또는 3배 더 빠를 수 있다. 이는 비용 및 시간 절약을 나타낸다. 일부 양태에서, 상당한 상업적 이점을 나타내는 기재의 표면을 다시 코팅하거나 함침시키기 위해 더 적은 비수성 액체가 필요하다. 코팅을 제공하는데 필요한 감소된 양의 액체는 제품 품질에 임의의 부정적인 영향을 미치지 않아야 한다. 수지 코팅과 관련하여, 일부 양태에서, 더 적은 수의 수지가 필요하지만, 최종 수지 코팅 또는 함침된 제품의 테이버 내마모성, 긁힘, 얼룩 및/또는 내충격성에는 변화가 없을 것이다.
본 발명에 따라 개질된 수지로 코팅된 목재 입자 플레이크를 포함하는 물품(즉, 습윤성 조성물의 첨가에 의해)은 개선된 기계가공성을 가질 수 있다. 향상된 기계 가공성은, "칩 아웃(chip-out)"의 발생률, 즉 라미네이트의 접착력과 패널의 강도에 중요한 패널의 표면층으로부터 개별 비수지화된 플레이크 또는 플레이크 그룹의 제거가 감소됨을 의미한다. 이는 개별 플레이크의 수지 분포가 개선되고 플레이크 간의 수지 분포 변동이 감소한 것으로 생각된다. 이 양태에서 본 발명의 습윤성 조성물의 사용은 수지와 플레이크를 혼합하도록 설계된 블렌더의 설정에서 유연성을 허용한다. 이로 인해 모터 전류가 감소하고 전력이 절약될 수 있다. 수지 분포와 관련하여 수지 사용량 감소 및/또는 밀도 감소 및 이에 따른 목재 사용량 감소의 가능성이 있어, 필연적으로 비용 절감으로 이어진다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 저 에너지 표면을 상대적으로 고 표면 에너지 비수성 액체로 습윤화시키는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 하기 단계:
본 발명의 양태의 습윤성 조성물을 비수성 액체에 첨가하는 단계; 및
저 에너지 표면을 습윤성 조성물을 포함하는 액체와 접촉시키는 단계;를 포함한다.
습윤성 조성물을 포함하는 액체의 접촉각은 습윤성 조성물이 없는 동일한 액체의 접촉각과 비교하여 저 에너지 표면에서 감소된다.
접촉각을 결정하는 방법은 당업자에게 알려져 있을 것이다. 예를 들면, 접촉각 측각법(contact angle goniometry)이 하나의 적합한 방법의 예이다. 접촉각 측각법은 표적 비수성 액체에 대한 습윤성 조성물의 효과 및 잎, 목재, 종이 등과 같은 표적 기재를 습윤화시키는 처리된 비수성 액체의 능력의 직접적인 평가를 허용할 수 있다.
본 발명의 습윤성 조성물을 비수성 액체에 첨가하면, 비수성 액체에 의한 소수성 표면의 신속하고 실질적으로 완전한 습윤화를 초래할 수 있다. 습윤성 조성물의 C10-C14 알코올은 습윤 작용을 방해하는 계면활성제 미셀의 형성 가능성을 감소시키는 것으로 믿어진다.
저 에너지 표면은 기재의 일부를 형성할 수 있고, 본 명세서에 기재된 습윤성 조성물을 사용하여 비수성 액체로 기재의 습윤성을 개선하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 습윤성 조성물을 내부에 포함하는 비수성 액체에 의해 바람직하게 습윤화되는 기재는 제한되지 않는다. 기재는 비교적 큰 연속 표면적을 가질 수 있거나, 기재는 미립자일 수 있다. 기재는 섬유질 또는 다공성일 수 있다. 하나의 양태에서, 기재는 종이이다. 다른 양태에서, 기재는 유리 섬유 절연체와 같은 인공 섬유이다. 기재는 유리 섬유 제조용 유리 섬유일 수 있다. 섬유는 항공우주 산업, 자동차 제조, 토목 공학 강화 콘크리트, 포장, 패널, 보호 케이싱 및 탄소 섬유 제품의 기타 용도와 같은 제조 응용을 위한 직조 또는 부직포 재료에 사용하기 위한 탄소 섬유일 수 있다. 본 발명의 습윤성 조성물은 또한 나일론, 폴리에스테르, Kel-F 및 테플론, 올레핀, 폴리에스테르, 레이온, 스판덱스, 아라미드, 올론(Orlon), 자일론(Zylon), 데클론(Derclon), 베크란 아크릴로니트릴 등 기타 합성 섬유와 같은 저 에너지 합성 직조 또는 부직포 또는 고체 재료에서 수지의 함침 또는 퍼짐을 개선하는 데 사용될 수 있다. 기재는 천연 제품일 수 있다. 하나의 양태에서, 기재는 가죽이다. 기재는 천연 또는 합성 섬유를 포함할 수 있다. 천연 섬유는 양모일 수 있다. 천연 섬유는 처리될 수 있고, 예를 들면 가죽 처리된 양모이다. 합성 섬유는 PTFE, 폴리에스테르, 나일론, 아크릴, 레이온, 아세테이트, 스판덱스, 아크릴(예를 들면, Orlon™) 또는 파라-아라미드(예를 들면, Kevlar®)를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 기재는 폴리(테트라플루오로에틸렌)(Teflon®)과 같은 합성 폴리머일 수 있다. 기재는 종자일 수 있다. 기재는 식물 잎, 새싹, 줄기 및 뿌리를 포함하는 경엽일 수 있다. 기재는 나무 기반 또는 목재 기반일 수 있다. 목재 기반 제품은 악기와 같은 목재 공예품; 대나무 제품; 지팡이와 등나무; 코르크 제품 및 고리버들 제품을 포함한다. 기타 목재 기반 제품은 제재목, 합판(plywood), 베니어판(veneer) 및 칩보드(chipboard), 하드보드, 중밀도 및 고밀도 섬유판(MDF), 방향성 스트랜드 보드 및 파티클 보드를 포함한 재구성 목재 제품을 포함한다. 기재는 경옆 기반일 수 있다. 경엽 기반 기재는 잎, 가지, 씨앗, 줄기, 나무 껍질, 뿌리 또는 살아 있거나 죽은 식물의 모든 부분일 수 있다. 기재는 또한 재구성된 목재 제품의 성분일 수 있는 목재 입자 플레이크일 수 있거나, 함침된, 예를 들어 압력 함침되거나 살충제 또는 살진균제로 침지된 제재목일 수 있다.
습윤성 조성물을 포함하는 비수성 액체에 의해 바람직하게 습윤화된 기재의 표면은 낮은 표면 에너지를 갖는다. 표면은 약 50, 40, 30 또는 25 dyne 미만의 표면 에너지를 가질 수 있다. 기재의 표면은 소수성일 수 있다. "소수성"은, 표면이 약 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170 또는 175º보다 큰 정적 또는 전진 물 접촉각을 갖는 것을 의미한다. 소수성은 기재 표면의 최상층에 있는 화학적 기능에 의해 부여될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 소수성은 표면 거칠기에 의해 제공된다. 표면 거칠기는 표면의 다공성과 거칠기를 제공하는 기타 형태학적 특징을 포함한다.
습윤성 조성물은 표면을 가로질러 비수성 액체 방울의 퍼짐을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 습윤성 조성물은 비수성 액체의 기재 내로의 침투를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 비수성 액체의 침투는 비수성 액체에 의한 다공성 기재의 함침을 허용한다.
표면의 습윤성은 당업자에게 공지된 임의의 수단에 의해 측정될 수 있다. 습윤성은 접촉각 측각법에 의해 결정될 수 있다. 유리하게는, 습윤성은 고착(또는 정적) 낙하 측정을 사용하여 결정된다.
습윤성은 물을 포함한 비수성 액체의 표면 장력 변화를 측정하는 방법, 예를 들면 펜던트 드롭 측각법을 사용하여 결정될 수 있다. 습윤성 조성물을 함유하지 않는 비수성 액체는 비교기를 참조하여 평가된 표면 장력 감소와 함께 비교기로 사용될 수 있다.
대안적으로, 습윤성은 빌헬미 저울(Wilhelmy balance)을 사용하여 선택적으로 측정된 전진 및/또는 후진 접촉각 측정을 사용하여 결정된다. 모든 비교 데이터는 동일한 습윤성 측정 시간을 사용해야 한다.
습윤성 조성물은 경엽의 표면을 습윤화시키는 농업용 조성물의 능력을 증가시킬 수 있다. 또 다른 양태에서, 습윤성 조성물은 해충에 대한 억제력을 제공하기 위해 목재 기반의 기재의 표면을 습윤화시키는 농업용 조성물의 능력을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 제재목(sawn timber)은 사용 전에 살충제 및/또는 살균제에 함침 및/또는 침지될 수 있다. 또한, 습윤성 조성물은 종자를 습윤화시키는 농업용 조성물의 능력을 개선할 수 있다. 예를 들면, 종자는 발아 전에 종자를 보호하기 위해 살충제 및/또는 살균제로 코팅될 수 있다. 종자 착색제는 습윤 시스템과 함께 추가될 수도 있다.
기재의 표면은 습윤성 조성물을 포함하는 비수성 액체로 코팅되거나 함침될 수 있다. 기재 표면이 비수성 액체에 의해 코팅되는 양태에서, 유리하게는 총 이용가능한 표면적의 적어도 약 90, 80, 70, 60 또는 50%가 코팅된다. 다공성 기재 표면이 함침되는 양태에서, 유리하게는 전체 이용 가능한 공극 공간의 적어도 약 90, 80, 70, 60 또는 50%가 액체로 채워진다.
본 발명의 다른 측면에서, 본 명세서에 기재된 바와 같은 습윤성 조성물을 포함하는 비수성 액체 조성물로 코팅되거나 함침된 저 에너지 표면을 갖는 제품이 제공된다. 제품은 비수성 액체 조성물로 코팅되거나 함침된 종이 또는 파티클보드일 수 있다.
하나의 양태에서, 습윤시키려는 기재는 본 발명의 습윤성 조성물을 포함하는 비수성 액체 조성물로 사전 코팅되거나 사전 함침될 수 있다. 기재의 사전 코팅 또는 사전 함침은 또한 습윤성 조성물로 처리된 나중에 적용되는 비수성 액체 조성물과 기재의 접촉을 개선하는데 도움이 될 수 있다. 예를 들면, 파티클보드 플레이크는 다른 플레이크와 결합되어 파티클보드를 형성하기 전에, 본 발명의 습윤성 조성물을 포함하는 비수성 액체 조성물로 사전 코팅될 수 있다(예를 들면, 습윤성 조성물을 함유하는 비수성 액체를 플레이크 상에 분무함으로써). 사전 코팅된 플레이크는 파티클보드의 표면 에너지를 증가시키는 것을 보조할 수 있고, 그에 따라 파티클보드가 또한 습윤성 조성물을 포함하는 비수성 액체 조성물에 의해 보다 쉽게 습윤화되도록 한다.
또한, 본 발명의 습윤성 조성물을 사용하여 개질된 표면 에너지의 기재가 형성될 수 있음이 밝혀졌다. 예를 들면, 파티클보드 기재의 표면 에너지는 본 발명의 습윤성 조성물을 포함하는 비수성 액체로 사전 코팅된 파티클보드 플레이크로 파티클보드를 형성함으로써 개질될 수 있다. 이것은, 파티클보드가 수성 또는 비수성 액체일 수 있는 일반 수지와 같은 일반 액체에 의해 더 쉽게 습윤화 되도록 할 수 있다. 일부 양태에서, 습윤성 조성물은 파티클보드 기재의 표면 에너지를 증가시켜, 파티클보드 기재를 습윤시키기 위해 목적하는 액체(예를 들면, 수지)와 파티클보드 사이의 계면 에너지를 감소시켜, 액체가 기재에 보다 효과적으로 퍼지도록 할 수 있는 것으로 믿어진다. 이것은 결국 수지가 파티클보드 기재를 습윤화시키는 능력을 향상시킬 수 있고, 파티클보드 굽힘 및 인장 강도와 같은 기재의 기계적 특성을 개선할 수 있다.
이제, 본 발명의 양태는 하기 실시예를 참조하여 설명될 것이며, 이는 어떠한 방식으로도 제한되지 않는다.
실시예
습윤성 조성물을 제조하기 위한 일반 절차
하기 기재된 실시예의 습윤성 조성물을 형성하기 위해, 목적하는 양의 계면활성제를 목적하는 양의 C10-C14 알코올과 혼합함으로써 초기 혼합물을 형성했다. 그 후, 초기 혼합물을 목적하는 양의 물 또는 에탄올과 혼합했다. 그 후, 성분을 혼합하여 습윤성 조성물을 제공했다. 물은 고 에너지 액체이기 때문에, 습윤성 조성물의 습윤 능력은 물을 액체로 사용하여 크게 입증되었다. 그러나, 이는 다른 비수성 액체, 특히 표면으로부터 더 높은 에너지를 갖는 액체와 함께 사용될 때 습윤성 조성물이 접촉하고 습윤화하는 능력을 입증하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예 1 내지 6: 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 물과 계면활성제만, 또는 물과 C12 알코올만인 참조 샘플(R1 내지 R4), 및 계면활성제와 함께 1-옥탄올 (C8 알코올)을 함유하는 비교예(CE1)를 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 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
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.
다양한 농도의 물의 표면 장력에 대한 실시예 6의 습윤성 조성물의 효과를 도 1 내지 3에 도시했다.
도면에 도시되는 바와 같이, 25%의 양으로 에탄올과 함께 도데칸올 및 비이온성 계면활성제를 함유하는 습윤성 조성물이 물에 첨가되는 경우, 물의 표면 장력의 감소가 달성되고, 표면 장력은 시간이 지남에 따라 계속 감소되었다.
실시예 7: 습윤성 조성물과 농업용 조성물의 상용성
본 발명의 습윤성 조성물과 상업적 제초제 농축물의 상용성을 평가했다.
제초제 조성물을 물에서 1% (w/w)의 농도로 희석하고, 선택된 습윤성 조성물을 2% (w/w)의 농도로 하기 제초제 조성물에 첨가했다.
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 제초제 혼합물은 안정했다.
실시예 8: 습윤성 조성물과 수지 조성물의 상용성
본 발명의 습윤성 조성물과 수용액에서 65% 이하의 고형물을 함유하는 멜라민 요소 포름알데히드 수지의 상용성을 평가했다.
2%(w/w)의 양으로 습윤성 조성물을 수지에 첨가했다. 고형물을 습윤성 조성물과 반응하지 않았고, 습윤성 조성물을 함유하는 수지는 안정한 에멀젼 내에 있다.
실시예 9: 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 시험했다. 습윤성 조성물을 함유하는 비료는 안정했다.
실시예 10: 파티클 보드 바닥재(particleboard flooring)에 습윤성 조성물의 사용
바닥재는 단일 일광 파티클 보드 프레스 상에서 제조된 바닥재의 표면 및 코어 모두에 0.2%의 습윤성 조성물을 첨가하여 제조했다.
실시예 11: 섬유 유리
비닐 에스테르 수지 SPV1265는 유리 섬유 지붕 패널 제조 및 기타 여러 응용 분야에 사용된다. 이는 부직포 및 직조 유리 섬유 매트에 함침된 후 촉매와 약간의 열로 경화되는 동안 목적하는 모양으로 성형된다. 이러한 매트에 함침시키는 것은 매우 어려운 재료이므로, 최종 경화된 패널은 열악한 수지 함침으로 인해 매우 얼룩덜룩하게 나타날 수 있다. 이것은 비닐 에스테르 수지의 높은 표면 장력 때문이다. 수지 함침을 개선하기 위해, 제조업체는 유리 섬유 매트의 표면 에너지를 증가시키기 위해 롤링 전에 매트를 건조시키기 직전에 불소계 계면활성제 용액을 추가하여 유리 섬유 매트의 제조 순서에 단계를 추가해야 했다. 이것은 매우 고가이고 공정을 느리게 한다. 불소 계면활성제는 또한 독성이 있으며, 토양수에서 안정적일 수 있다(심지어 수십 년 동안 매립지에서 경화된 후에도 지하수는 사람이나 동물의 섭취에 유독함).
습윤성 조성물이 유리섬유 매트에 함침될 비닐 에스테르 수지(플루오로 계면활성제를 함유하지 않음)에 첨가되는 용액이 발견되었다. 습윤성 조성물을 비닐 에스테르 수지에 0.5% 첨가할 때, 수지는 Klemm 시험(TAPPI)에 의해 측정된 훨씬 더 높은 비율로 유리섬유 매트를 함침시켜, 유리섬유 매트를 5분 이내에 20 mm의 높이까지 빠르게 흡수시킴(wicking)을 보여주고, 습윤성 조성물이 첨가되지 않은 경우 어떠한 흡수시킴도 관측되지 않았다. 사용되는 습윤성 조성물은 하기 조성을 갖는다:
Figure pct00002
실시예 11: 모델 테플론 표면에 대한 비수성 액체
표 1의 실시예 1, 2, 3, 5 및 6의 다양한 습윤성 조성물과 아마인유 및 동유와 모델 테플론 표면의 상용성 및 퍼짐 시험을 수행했다. 이들 제품 모두 코팅 및 페인트 산업에서 바인더로서 널리 사용된다.
모든 습윤성 조성물은 순수(희석되지 않은) 아마인유 및 동유와 완전히 상용될 뿐만 아니라 미네랄 테레빈유로 희석된 두 오일과도 상용된다. AWT 제형의 용량 비율은 더 높은 농도에서 상용성을 보장하기 위해 부피 기준 3%였다. 순수한 오일에 대한 상용성 시험 후, 미네랄 테레빈유를 오일/습윤성 조성물 혼합물의 50 부피%로 첨가하여, 테레빈유와의 상용성을 시험했다.
시험 시 온도는 18 ℃였으므로, 이들 오일 모두 점성이 높았다.
아마인유와 동유가 완벽하게 상용되는 것 이외에도, 시험된 각 습윤성 조성물은 모델 테플론 표면에 원료 오일의 퍼짐에 있어 유사한 개선을 제공했다. 희석 및 비희석된 오일 모두에 이러한 모든 조합을 추가하면, 모델 테플론 표면에 더 빠르게 퍼짐을 일으켰다.
이들 습윤성 조성물 각각은 수용액과 상용성이므로, 비수성 바인더와도 상용성이라는 사실이 매우 유리하다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않고 많은 변형이 당업자에게 명백할 것이다.
문맥이 달리 요구하지 않는 한, 이어지는 청구항에서 "포함하다(comprise)"라는 단어 및 "포함하다(comprises)" 및 "포함하는(comprising)"과 같은 변형은 명시된 정수 또는 단계 또는 정수나 단계의 군의 포함을 의미하기 위한 것이며, 임의의 다른 정수 또는 단계 또는 정수나 단계의 군을 제외하려는 것이 아님이 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 임의의 이전 간행물(또는 그로부터 파생된 정보) 또는 공지된 문제에 대한 언급은, 이전 간행물(또는 그로부터 파생된 정보) 또는 공지된 사항이 이 명세서와 관련된 시도 분야에서 일반적인 일반 지식의 일부를 형성한다는 인지나 허가 또는 임의의 제안의 형태가 아니며, 이로 받아들여져서는 안된다.

Claims (14)

  1. 비수성(non-aqueous) 액체의 표면 장력을 낮추는 방법으로서, 상기 방법은,
    (a) 20 내지 50 중량% 미만의 하나 이상의 C10-C14 알코올;
    (b) 25 내지 70 중량%의, 비이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제로부터 선택되는 하나 이상의 계면활성제; 및
    (c) (i) 물 및 (ii) 25 중량% 이하의 수혼화성 C1-C3 유기 용매로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 5 내지 50 중량%의 극성 성분(polar component);을 포함하는 습윤성 조성물(wetting composition)을 비수성 액체에 첨가하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  2. 저 에너지 표면을 상대적으로 고 표면 에너지 비수성 액체로 습윤화시키는 방법으로서, 상기 방법은,
    (a) 20 내지 50 중량% 미만의 하나 이상의 C10-C14 알코올;
    (b) 25 내지 70 중량%의, 비이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제로부터 선택되는 하나 이상의 계면활성제; 및
    (c) (i) 물 및 (ii) 25 중량% 이하의 수혼화성 C1-C3 유기 용매로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 5 내지 50 중량%의 극성 성분;을 포함하는 습윤성 조성물을 비수성 액체에 첨가하는 단계; 및
    저 에너지 표면을 상기 습윤성 조성물을 포함하는 비수성 액체와 접촉시키는 단계;를 포함하는 것인, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 조성물은 45 중량% 이하의 하나 이상의 C10-C14 알코올을 포함하는 것인, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물은 C12 알코올 및 C14 알코올을 포함하는 것인, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 C12 알코올 대 C14 알코올의 상대 비율은 50:50 내지 90:10의 범위 내인 것인, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계면활성제는 알코올 알콕실레이트인 것인, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 극성 용매는 10 중량%의 물을 포함하는 것인, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 극성 성분은 수혼화성 C1-C3 알코올을 포함하는 것인, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수혼화성 C1-C3 알코올은 에탄올인 것인, 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 조성물은 0 내지 25 중량%의 하나 이상의 첨가제를 포함하는 것인, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비수성 액체는 비수성 기반 수지(non-aqueous-based resin)인 것인, 방법.
  12. 제2항의 방법에 따라 비수성 액체 조성물로 코팅 또는 함침된 저 에너지 표면을 갖는, 제품.
  13. 비수성 액체 및 습윤성 조성물을 포함하는 액체 조성물로서,
    상기 습윤성 조성물은,
    (a) 20 내지 50 중량% 미만의 하나 이상의 C10-C14 알코올;
    (b) 25 내지 70 중량%의, 비이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제로부터 선택되는 하나 이상의 계면활성제; 및
    (c) (i) 물 및 (ii) 25 중량% 이하의 수혼화성 C1-C3 유기 용매로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 5 내지 50 중량%의 극성 성분;을 포함하는 것인, 액체 조성물.
  14. 비수성 수지 및 습윤성 조성물을 포함하는 수지로서,
    상기 습윤성 조성물은,
    (a) 20 내지 50 중량% 미만의 하나 이상의 C10-C14 알코올;
    (b) 25 내지 70 중량%의, 비이온성, 양이온성, 음이온성 및 양쪽성 계면활성제로부터 선택되는 하나 이상의 계면활성제; 및
    (c) (i) 물 및 (ii) 25 중량% 이하의 수혼화성 C1-C3 유기 용매로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 5 내지 50 중량%의 극성 성분;을 포함하는 것인, 수지.
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