MX2012005357A - Preparacion y uso de composiciones dispersantes polimericas. - Google Patents
Preparacion y uso de composiciones dispersantes polimericas.Info
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Abstract
Las modalidades de la presente invención describen dispersantes poliméricos que son el producto de reacción de un ácido polimérico y una amina hidrofílica.
Description
PREPARACIÓN Y USO DE COMPOSICIONES DISPERSANTES POLIMERICAS
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Campo de la Invención
La presente invención se refiere generalmente a composiciones dispersantes poliméricas, en particular composiciones novedosas formadas a partir de un producto de reacción de un ácido polimérico y una amina hidrofilica y su uso en aplicaciones de dispersión acuosa.
Antecedentes de la Invención
Con un enfoque cada vez mayor en proporcionar formulaciones de dispersión más ecológicas, el uso de los sistemas acuosos se refiere para contrapartes a base de aceite. Sin embargo, las dispersiones acuosas actuales tienen desventajas tales como baja carga de pigmento, grandes requerimientos del tamaño de partícula, ineficientes características de espumado e inestabilidad.
Los dispersantes, tales como aquellos listados en la Patente Estadounidense No. 6,846,882, se han desarrollado para superar los problemas listados en lo anterior. Esta patente describe un arreglo de dispersantes que contienen azufre que se producen por una reacción de condensación. Esta reacción de condensación tiene las desventajas de requerir altas temperaturas y necesitar la remoción de agua para conducir la reacción hasta su finalización. Para ayudar con la remoción de agua, la reacción puede necesitar correrse bajo presión reducida. Debido a estas desventajas, se desean otros dispersantes .
LA INVENCIÓN
Las modalidades de la presente invención describen una composición que es un producto de reacción de un ácido polimérico y una amina hidrofilica. El ácido polimérico es un copolimero de ácido acrilico y ácido maleico. La amina hidrofilica tiene un peso molecular de por lo menos alrededor de 100.
Las modalidades de la presente invención también describen una composición de dispersión que incluye un dispersante polimérico y por lo menos una partícula dispersa. El dispersante polimérico es un producto de la reacción de un ácido polimérico y una amina hidrofilica. El ácido polimérico es un copolimero de ácido acrilico y ácido maleico. La amina hidrofilica tiene un peso molecular de al menos 100.
Las modalidades de la presente invención además describen un método para dispersar por lo menos una partícula en un medio acuoso. El método proporciona por lo menos una partícula y por lo menos un dispersante polimérico. El método combina por lo menos una partícula y dispersante polimérico en medio acuoso. El dispersante polimérico es un producto de reacción de un ácido polimérico y una amina hidrofilica. El ácido polimérico es un copolimero de ácido acrilico y ácido maleico. La amina hidrofilica tiene un peso molecular de al menos 100.
Las modalidades de la presente invención además describen un método para producir un dispersante polimérico. El método proporciona por lo menos un ácido polimérico que comprende un copolimero de un ácido acrilico y un ácido maleico y por lo menos una amina hidrofilica que tiene un peso molecular de al menos alrededor de 100. El método hace reaccionar al menos uno ácido polimérico y por lo menos una amina hidrofilica en una reacción sin condensación a una temperatura menor que 100 °C. En una modalidad, el ácido polimérico no se ha neutralizado.
Lo anterior ha descrito más bien ampliamente las características y ventajas técnicas de la presente invención a fin de que la descripción detallada de la invención que sigue pueda ser mejor entendida. Se describirán características y ventajas adicionales de la invención en lo sucesivo que forman el objeto de las reivindicaciones de la invención. Se debe apreciar por aquellos con experiencia en la técnica que la concepción y las modalidades específicas descritas pueden utilizarse fácilmente como base para modificar o diseñar otras estructuras para llevar a cabo los mismos propósitos de la presente invención. Debe también entenderse por aquellos con experiencia en la técnica que tales construcciones equivalentes no se apartan del espíritu y alcance de la invención como se establece en las reivindicaciones anexas.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS
Las modalidades de la presente invención describen una composición que es un producto de reacción de un ácido polimérico y una amina hidrofilica. El ácido polimérico comprende un copolímero de ácido acrílico y ácido maleico. El ácido acrílico, también llamado ácido 2-propenoico, tiene la fórmula CH2CHCO2H . Es un ácido carboxílico insaturado. La segunda parte del copolímero es ácido maleico. El ácido maleico es también llamado ácido (Z) -butendioico, ácido cis-butendioico, ácido malénico, ácido, maleinico, ácido toxílico. El ácido maleico tiene la fórmula CjH^C , y es un ácido dicarboxílico (molécula con dos grupos carboxilo) . El ácido acrílico y el ácido maleico se hacen reaccionan para formar un copolímero que se refiere como el ácido polimérico de la presente invención. En modalidades de la presente invención, el copolímero de ácido acrílico y ácido maleico puede tener cualquier proporción de alrededor de 1:1 alrededor de 1:7.5 moles de ácido acrílico a moles de ácido maleico. El ácido polimérico puede obtenerse comercialmente como una solución de 50% de poli (ácido acrílico-co-ácido maleico) de Sigma-Aldrich Co. de St. Louis, MO bajo el número de catálogo 416053.
Las modalidades de la presente invención se hacen reaccionar con el ácido polimérico con una amina hidrofilica que tiene un peso molecular de por lo menos alrededor de 100. En modalidades de la presente invención, la amina hidrofilica es una amina mono-primaria, principalmente, una amina con solamente amina primaria. En una modalidad, la amina hidrofilica es una polietermonoamina . Las polietermonoaminas pueden tener proporciones de óxido de etileno a óxido de propileno (EO/PO) de alrededor de 58:8 alrededor de 19:3. En otra modalidad, la amina hidrofilica puede seleccionarse de dimetilaminopropilamina, dimetilaminoetoxipropilamina, 2- (2-dimetilaminoetoxi) etanol y combinaciones de los mismos. La amina hidrofilica puede comprender una o más aminas. En algunas modalidades la amina hidrofilica tiene un peso molecular de por lo menos alrededor de 100 a alrededor de 3,000. En una modalidad, la amina hidrofilica tiene un peso molecular de alrededor de 1,000. En otra modalidad, la amina hidrofilica tiene un peso molecular de alrededor de 2,000. Ejemplos comercialmente disponibles de aminas hidrofilicas adecuadas incluyen la amina SURFONAMINE® L-207, que es una polietermonoamina relativamente hidrofilica de aproximadamente 2,000 en peso molecular, que se encuentra comercialmente disponible de Huntsman Corporation de oodlands, TX (SURFONAMINE es una marca registrada de Huntsman Corporation) . La amina SURFONAMINE L-100 es una polietermonoamina hidrofilica de aproximadamente 1000 en peso molecular que se encuentra también comercialmente disponible de Huntsman Corporation de Woodlands, TX. Alguien con experiencia en la técnica, con el beneficio de esta descripción reconocerá otras aminas hidrofilicas adecuadas para su uso con esta invención.
Las modalidades de la presente invención además describen un método para producir un dispersante polimérico. El método hace reaccionar por lo menos un ácido polimérico y por lo menos una amina hidrofilica que tiene un peso molecular de por lo menos alrededor de.100 en una reacción sin condensación a una temperatura menor que 100 °C. En una modalidad, el ácido polimérico no se ha neutralizado.
El dispersante polimérico puede producirse en la siguiente manera. El ácido polimérico puede agregarse gradualmente a la amina hidrofilica. Un catalizador polimérico, tal como el catalizador polimérico AMBERLYST™ 36 puede utilizarse en esta fase. El catalizador polimérico AMBERLYST™ 36 se encuentra comercialmente disponible de Rohm and Haas Company de Filadelfia, PA. AMBERLYST es una marca registrada de Rohm and Haas Company. La solución de ácido polimérico se agrega a la aminas hidrofilicas mientras que se calienta de alrededor de 50°C a menos de 100°C. En algunas modalidades la mezcla se calienta a 60°C, 70°C, 90°C y 95°C. Una vez que esta temperatura se alcanzó, la temperatura se mantuvo. Después de que se completó la adición de ácido polimérico, la solución se calentó bajo nitrógeno durante 4 horas a la temperatura establecida. El producto de la reacción pueden diluirse con agua desionizada para mayor facilidad en la formulación en dispersiones de pigmentos inorgánicos acuosos.
El dispersante polimérico puede producirse por una reacción sin condensación entre el ácido de polimérico con la amina hidrofilica. Por una reacción sin condensación, se quiere decir que el agua no se forma durante esta reacción. Este proceso tiene ventajas sobre procesos actuales, tales como aquellos descritos en la Patente Estadounidense No. 6,846,882, que describe un proceso que forma agua que debe removerse para conducir la reacción hasta su finalización.
La proporción de ácido polimérico a amina hidrofilica puede ajustarse dependiendo de los resultados deseados del producto. En algunas modalidades, la proporción es de alrededor de 0.5-2.0:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofilica. En otras modalidades, el ácido polimérico se hace reaccionar con amina hidrofilica en una proporción de alrededor de 0.8-1.2:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofilica. En una modalidad, la proporción es de alrededor de 1.0:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofilica. Alguien con experiencia en la técnica reconocerá cómo ajustar la proporción descrita en lo anterior para obtener un dispersante polimérico con una característica deseada, por ejemplo, un pH deseado.
Los dispersantes poliméricos de la presente invención pueden tener pesos moleculares de alrededor de 45,000 a unos 50,000. En otras modalidades, los dispersantes de la presente invención tienen un peso molecular por debajo de alrededor de 100, 000.
Los dispersantes poliméricos de la presente invención, debido a la temperatura de reacción inferior, pueden formar predominantemente productos de sal. Otras modalidades pueden producir mezclas de sal y amida. Esto es diferente de los dispersantes descritos bajo la Patente Estadounidense No. 6,846,882, la cual, debido a sus temperaturas de reacción más elevadas, se piensa que forman productos predominantemente amida .
Las modalidades de la presente invención también describen una composición de dispersión que incluye un dispersante polimérico y por lo menos una partícula. Por lo menos una partícula, o partícula dispersada, puede incluir cualquier material orgánico o inorgánico. Los materiales inorgánicos pueden incluir cualquier óxido inorgánico. Los pigmentos inorgánicos son partículas adecuadas. En una modalidad, el pigmento inorgánico es un óxido de hierro. Los pigmentos inorgánicos comercialmente adecuados incluyen óxido de hierro transparente (comercialmente disponible de Rockwood Pigments North America, Inc. de Beltsville, MD bajo la marca registrada AC1000) ; el óxido de hierro rojo (óxido de hierro caparrosa, comercialmente disponible de Elementis Pigments Inc. de East St Louis, IL bajo el nombre R1599D) ; y el óxido de hierro amarillo (comercialmente disponible de Rockwood Pigments North America, Inc. de Beltsvill, MD bajo el nombre Y01888D) . Otras modalidades pueden utilizar partículas tales como partículas cementosas, arcillas (tales como caolín, talco, otros silicatos), las nanopartículas (tales como los nanotubos y fulerenos), fibras de vidrio para tiza, cuentas de vidrio, polvos de metal y nitruros de boro. Cualquier partícula que sea adecuada para su uso en una dispersión puede utilizarse de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención.
Las modalidades de la presente invención describen una composición de dispersión acuosa. Una composición de dispersión típica de la invención puede ser como sigue (porcentaje en peso) :
Dispersante Polimérico 4-16%
Pigmento Inorgánico 15-60%
Agua 25-85%
Las dispersiones de la presente invención pueden también incluir un glicol. Los glicoles adecuados incluyen polietilenglicol POGOL® 400, un polietilenglicol de 400 en peso molecular que se encuentra comercialmente disponible de Huntsman Corporation de Woodlands, Texas. POGOL es una marca registrada de Huntsman Corporation.
Las modalidades de la presente invención además pueden comprender por lo menos un aditivo. Los aditivos pueden incluir co-solventes, tensioactivos, desespumantes, rellenadores, conservadores, agentes humectantes, agentes antisedimentación, ceras, aditivos reológicos, espesantes, agentes coalescentes, agentes tixotrópicos, tensioactivos, auxiliares de revestimiento, biocidas, agentes secuestrantes y combinaciones de los mismos. Alguien con experiencia en la técnica, con el beneficio de esta descripción reconocerá otros aditivos adecuados para su uso en las modalidades de la presente invención.
Cuando la composición de dispersión se produce, puede mezclarse vigorosamente para humectación suficiente de partículas de pigmento. Los medios de molienda pueden utilizarse para moler la composición de dispersión en tamaños de partícula más pequeños. Alguien con experiencia en la técnica, con el beneficio de esta descripción reconocerá otros métodos adecuados y técnicas para producir una composición de dispersión de un tamaño y forma deseada.
Las modalidades de la presente invención además enseñan un método para dispersar por lo menos una partícula en un medio acuoso. El método proporciona por lo menos una partícula y por lo menos un dispersante polimérico. El método pone en contacto por lo menos una partícula y dispersante polimérico en medio acuoso. Por medio acuoso, se quiere dar a entender una solución en la cual el disolvente predominante es agua .
Los dispersantes poliméricos de la presente invención, asi como también las composiciones de dispersión descritas en la presente, pueden encontrar aplicaciones adecuadas en pintura, tintes de color, concentrados de color, tinta y aplicaciones de revestimiento. Adicionalmente, las modalidades de la presente invención pueden utilizarse en otras aplicaciones tales como aplicaciones de construcción (materiales cementosos y paneles de yeso) , minería, agricultura, y campos de petróleo. Alguien con experiencia en la técnica, con el beneficio de esta descripción reconocerá otras aplicaciones adecuadas para dispersantes poliméricos de la presente invención.
Las modalidades de la presente invención además se ilustraran por una consideración de los siguientes ejemplos, los cuales se pretenden para ser ejemplares de la invención.
Ejemplos
Preparación de Ejemplos de Dispersantes Poliméricos:
Preparación #1: (8453-26): se agregó gradualmente 150.48g de poli (ácido acrílico-co-ácido maleico) (solución al 50%) a 102.28g de dimetilaminopropilamina (DMAPA) [proporción de equivalentes de 1.0:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofílica] y 5.0g de catalizador polimérico AMBERLYST™ 36. La solución de ácido polimérico se agregó a la amina hidrofílica mientras se calentaba a 90 °C. Una vez que esta temperatura se alcanzó, la temperatura se mantuvo. Después de que se completó la adición de ácido polimérico, la solución se calentó bajo nitrógeno durante 4 horas a 90 °C.
Preparación #2: (8667-074-A) : se agregó 219. 5g de poli (ácido acrilico-co-ácido maleico) (solución al 50%) a 307.06g de dimetilaminoetoxipropilamina (DMAEPA) [proporción de equivalentes de 1.0:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofilica] y 15. Og de catalizador polimérico AMBERLYST™ 36. Se agregó la solución de ácido polimérico a la amina hidrofilica mientras se calentaba a 90 °C. Una vez que esta temperatura se alcanzó, la temperatura se mantuvo. Después de que la adición de ácido polimérico se completo, la solución se calentó bajo nitrógeno durante 4 horas a 90 °C.
Preparación #3: (8740-081-A) : se agregó 60. Og de poli (ácido acrilico-co-ácido maleico) (solución al 50%) a 800. Og de amina SURFONA INE® L-207 [proporción de equivalentes de 1.0:1.0 de ácido polimérico a aminas hidrofilica]. La solución de ácido polimérico se agregó a la amina hidrofilica mientras que se calentaba a 90°C. Una vez que esta temperatura se alcanzó, la temperatura se mantuvo. Después de que la adición de ácido polimérico se completo, la solución se calentó bajo nitrógeno durante 4 horas a 90°C.
Preparación #4: (8740-088-A) : se agregó 60. Og de poli (ácido acrilico-co-ácido maleico) (solución al 50%) a 400. Og de amina SURFONAMINE® L-100 [proporción de equivalentes de 1.0:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofílica] . La solución de ácido polimérico se agregó a la amina hidrofílica mientras se calentaba a 90 °C. Una vez que esta temperatura se alcanzó, la temperatura se mantuvo. Después de que la adición de ácido polimérico se completo, la solución se calentó bajo nitrógeno durante 4 horas a 90°C.
Preparación #5: (8739-016-A) : Esta preparación fue un control que no utilizó ningún ácido maleico en el ácido polimérico. Se agregó 28.8g de ácido poliacrilico (poliacrilato de NOVERITE™ K-7058, 7300 pm) a 400. Og de amina SURFONAMINE® L-100 [proporción de equivalentes de 1.0:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofílica] . El poliacrilato NOVERITE™ K-7058 es un polímero de ácido acrílico parcialmente neutralizado soluble en agua. El poliacrilato NOVERITE™ K-7058 se encuentra comercialmente disponible de Lubrizol Corporation de Cleveland, Ohio. NOVERITE es una marca registrada de Lubrizol Corporation. La solución de ácido polimérico se agregó a la amina hidrofílica mientras se calentaba a 70°C. Una vez que esta temperatura se alcanzó, la temperatura se mantuvo. Después de que la adición de ácido polimérico se completo, la solución se calentó bajo nitrógeno durante 4 horas a 70°C.
Preparación #6: (8739-017-A) : se agregó 64.7g de poli (ácido acrílico-co-ácido maleico) (solución al 50%) a 360. Og de amina SURFONAMINE® L-100 [proporción de equivalentes de 1.2:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofílica]. La solución de ácido polimérico se agregó a la amina hidrofílica mientras se calentaba a 70 °C. Una vez que esta temperatura se alcanzó, la temperatura se mantuvo. Después de que la adición de ácido polimérico se completo, la solución se calentó bajo nitrógeno durante 4 horas a 70°C.
Preparación #7: (8739-018-A) : se agregó 52.92g de poli (ácido acrilico-co-ácido maleico) (solución al 50%) a 440. Og de amina SURFONAMINE® L-100 [proporción de equivalentes de 0.8:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofílica]. La solución de ácido polimérico se agregó a la amina hidrofílica mientras se calentaba a 70 °C. Una vez que esta temperatura se alcanzó, la temperatura se mantuvo. Después de que la adición de ácido polimérico se completo, la solución se calentó bajo nitrógeno durante 4 horas a 70°C.
Preparación #8: (8739-019-A) : se agregó 120. Og de poli (ácido acrílico-co-ácido maleico) (solución al 50%) a 400. Og de amina SURFONAMINE® L-100 [proporción de equivalentes de 2.0:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofílica]. La solución de ácido polimérico se agregó a la amina hidrofílica mientras se calentaba a 70°C. Una vez que esta temperatura se alcanzó, la temperatura se mantuvo. Después de que la adición de ácido polimérico se completo, la solución se calentó bajo nitrógeno durante 4 horas a 70°C.
Preparación #9: (8739-021-A) : se agregó 116.3g de poli (ácido acrílico-co-ácido maleico) (solución al 50%) a 776. Og de amina SUREONAMINE L-100 [proporción de equivalentes de 1.0:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofílica] . La solución de ácido polimérico se agregó a la amina hidrofilica mientras se calentaba a 70 °C. Una vez que esta temperatura se alcanzó, la temperatura se mantuvo. Después de que la adición de ácido polimérico se completo, la solución se calentó bajo nitrógeno durante 4 horas a 70°C.
En los siguientes ejemplos comparativos, se utilizaron los siguientes procedimientos:
Procedimiento de Molino de Eiger: Se utilizó Mini
Molino del Laboratorio Eiger (mini-100-VSE-TEFV, comercialmente disponible de Eiger Machinery, Inc. de Grayslake, IL) . Primero, la temperatura del enfriador (un Enfriador VWR disponible de VWR International, LLC. de West Chester, Pennsylvania) se estableció a 15°C. Este enfrió los compartimentos de cuentas para evitar el sobrecalentamiento de la mezcla base. Segundo, el dispersante polimérico, un desespumante y agua se agregaron en un vaso de acero inoxidable y mezclaron durante 1 minuto mediante un Mezclador Waring Variable Speed Laboratory (comercialmente disponible de la división Waring de Conair Corporation de East Windsor, New Jersey) . Tercero, la partícula (un pigmento inorgánico) se agregó en tres porciones iguales a la mezcla anterior y se mezcló después de cada adición durante 30 segundos. Cuarto, la mezcla completa se mezcló en el mezclador en alrededor de 1600 rpm durante 10 minutos. Quinto, la mezcla entonces se transfirió al Molino de Eiger. Sexto, la mezcla se molió a 5000 rpm durante 10 minutos. Séptimo, se removió la muestra molida. Octavo, el molino se limpió con agua desionizada hasta limpiar.
Procedimiento SpeedMixer de FLACKTEK™: un SpeedMixer de FLACKTEK™ (modelo DAC150 FVZ, comercialmente disponible de FlackTek Inc. de Landrum, SC; FLACKTEK es una marca registrada de FlackTek Inc.). Los recipientes aprobados (FLACKTEK™ 501 223T máximo de 40 vasos) se utilizaron para este procedimiento. Primero, un dispersante polimérico de la presente invención, un desespumante y agua se agregaron a un recipiente de plástico. Segundo, la mezcla se mezcló a 3000 rpm durante 20 segundos. Tercero, el recipiente se removió y se agregó una partícula (un pigmento inorgánico) . Cuarto, la mezcla se mezcló entonces a 3000 rpm durante 20 segundos. Quinto, el recipiente se removió y se agregaron 20g de cuentas de vidrio. Sexto, la mezcla se mezcló a 3000 rpm durante 2 minutos.
Ejemplo de Comparación #1: (8740-047):
Se prepararon cinco formulaciones utilizando un dispersante, agua, polietilenglicol (PEG) y una partícula (un pigmento inorgánico: óxido de hierro transparente (AC 1000) ) . Se prepararon las composiciones de dispersión utilizando el procedimiento de Molino Eiger. Los dispersantes comparados fueron :
(1) Preparación #2, dimetilaminoetoxipropilamina y copolímero de ácido acrilico - ácido maleico 3000 pm (solución al 50%) .
(2) Preparación #1, dimetilaminopropilamina y copolímero de ácido acrilico - ácido maleico 3000 pm (solución al 50%) .
(3) Dispersante de Control Comercial #1, una sal de alquilolamonio de un polímero de ácido policarboxilico de bajo peso molecular (comercialmente disponible de la Byk-Chemie división de The ALTANA Group de Wesel, Alemania bajo el código de producto LP-N20897) .
Tabla 1: Formulaciones del Ejemplo de Comparación #1
Dispersante (g) Agua (g) % de Pigmento PEG (g) % de DOP
Prep. # 2-A 11. 54 63.46 40 15 15
Prep . # 2-B 7. 69 67.31 40 15 10
Prep. # 1-A 11. 11 63.89 40 15 15
Prep . # 1-B 7. 41 67.59 40 15 10
C Coonntt.. # # 1 1--AA 1 122..8 866 62.14 40 15 15
>D0P es el por ciento de dispersante activo del pigmento ,
Tabla 2: Resultados del Ejemplo de Comparación #1
Dispersante % DOP Hegman Observación
Prep. # 2-A 15 8 Mezcla base de baja viscosidad
Prep. # 2-A 10 8 Mezcla base de baja viscosidad
Prep. # 1-A 15 8 Baja viscosidad, sin sedimentación
Prep. # 1-B 10 6 Sedimentación del pigmento
Cont. #1 15 - Pasta en el mezclador, no se molió
La mezcla base se define como una mezcla de pigmento molido con aditivos.
Hegman es una determinación de tamaño de partícula utilizando un calibre Hegman. Hegman 8 es menor que lum.
Este Ejemplo de Comparación #1 muestra que los dispersantes de la presente invención despliegan mayor facilidad de manejo cuando se fabrican debido al tamaño de partícula inferior y la viscosidad inferior. Para facilidades de adición y mezclado de pigmentos en aplicaciones de pintura y tinte de color, el tamaño de la partícula más pequeño es una indicación de qué tan bien se dispersan las partículas. Los dispersantes de amina de más bajo peso molecular también muestran estabilidad de almacenamiento incrementado con el pigmento de óxido de hierro transparente.
Ejemplo de Comparación #2: (8739-069):
Nueve formulaciones se prepararon utilizando un dispersante, agua, desespumante (como se enlista en lo siguiente en la Tabla 3), y un pigmento inorgánico (óxido de hierro rojo (R1599D) ) . Las composiciones de dispersión se prepararon utilizando el procedimiento del Molino Eiger. Los dispersantes comparados fueron:
1) Dispersante de Control Comercial #3: Aditivo de dispersión de pigmento ZETASPERSE® 1200 (comercialmente disponible de Air Products and Chemicals, Inc. de Allentown, PA) . ZETASPERSE es una marca comercial registrada de Air Products and Chemicals, Inc.
2) Dispersante de Control Comercial #4: un polielectrolito de copolimero hidrofílico (comercialmente disponible de Rohm and Haas Company de Filadelfia, PA como dispersante TA OL™ SG-1. TAMOL es una marca de Rohm and Haas Company.
3) Dispersante de Control Comercial #5: amina
SURFONAMINE® L-100 (solución al 50%).
4) Dispersante de Control Comercial #6, un copolimero de acrilato estructurado (comercialmente disponible de Byk-Chemie división de The ALTANA Group de Wesel, Alemania bajo el nombre comercial aditivo de dispersión y humectación de alto peso molecular DISPERBYK®-2010; DISPERBYK es una marca comercial registrada de The ALTANA Group) .
5) Dispersante de Control Comercial #7: poli (ácido acrilico-co-ácido maleico) (solución al 50%) que se encuentra comercialmente disponible de Sigma-Aldrich Co. bajo el número de catálogo 416053.
6) 8734-60-38 amina SURFONAMINE® L-100 y poli (ácido acrilico-co-ácido maleico) 3000 pm (solución al 50%) 50% de dispersante polimérico.
Preparación #3: Amina SURFONAMINE® L-100 y poli (ácido acrilico-co-ácido maleico) 3000 pm (solución al 50%) .
8) 8739-058-B amina SURFONAMINE® L-100 y poli (ácido acrilico-co-ácido maleico) [en donde el ácido polimérico tiene 1.0:7.5 moles de ácido acrilico a moles de ácido maleico] (solución al 50%). Este ácido polimérico se encuentra comercialmente disponible de Access Chemical de Hong Kong.
9) 8739-067-B amina SURFONA INE® L-100 y poli (ácido acrilico-co-ácido maleico) [equivalentes de proporción de 1.0:1.0 moles de ácido polimérico a amina hidrofilica] (solución al 50%) 50% de dispersante polimérico.
Las composiciones dispersantes 6, 8 y 9 se elaboraron de acuerdo con los procedimientos señalados en las preparaciones listadas en lo anterior.
Tabla 3: Formulaciones del Ejemplo de Comparación #2
Dispersante Agua(g) % de DF(g) %DOP
(g) Pigmento
Cont. #3 12.00 69.00 45 1.5 8
Cont. #4 5.43 65.57 45 1.5 8
Cont. #5 10.80 70.20 45 1.5 8
Cont. #6 13.50 67.50 45 1.5 8
Cont. #7 10.80 70.20 45 1.5 8
8734-60-38 10.80 70.20 45 1.5 8
Prep.#3 5.57 75.43 45 1.5 8
8739-058-B 10.80 70.20 45 1.5 8
8739-067-B 10.80 70.20 45 1.5 8
DF es un desespumante sin silicona libre de aceite designado para sistemas acuosos que se encuentran comercialmente disponibles de Air Products and Chemicals Inc. de Allento n, PA bajo el nombre de desespumante SURFYNOL® DF-75. SURFYNOL es una marca comercial registrada de Air Products and Chemicals, Inc.
% de DOP es el porcentaje de dispersante activo en el pigmento.
Tabla 4: Resultados del Ejemplo de Comparación #2
Dispersante Hegman Viscosidad, cPs Observaciones
Cont. #3 6 12
Cont. #4 Mezcla demasiado espesa para moler
Cont. #5 Mezcla demasiado espesa para moler
Cont. #6 6.5 4
Cont. #7 Mezcla demasiado espesa para moler
8734-60-38 8/7.5 32
Prep. #3 8/7.5 4
8739-058-B 8 32
8739-067-B 8 24
La viscosidad se mide utilizando un Viscosimetro de
Brookfield, Modelo DV-II+ con un husillo #3 a 30 rpms
(comercialmente disponible de Brookfield Engineering Laboratories, Inc. de Middleboro, M/A) .
Hegman 8 = lum, Hegman 6 = 25 um. El primer número es el tamaño de partícula inicial, el segundo número es el tamaño de partícula después de 24 horas.
En el Ejemplo de Comparación #2, los dispersantes poliméricos de la presente invención se desempeñaron mejor que en los dispersantes de control comercial. El Cont. #4, Cont. #5, y Cont. #7 no se desempeñaron bien en este experimento. Todos eran demasiado viscosos después de la mezcla inicial en el mezclador para colocarse en el Molino de Eiger. Las muestras de la presente invención fueron ligeramente más viscosas que el Dispersante de Control Comercial pero el tamaño de partícula fue sustancialmente más pequeño, lum contra 20-25um. El tamaño de partícula de Hegman se tomó inicialmente después de la molienda y nuevamente después de 24 horas. Las muestras 8734-60-38 y Prep. 3 tuvieron un ligero incremento en el tamaño de partícula después de 24 horas pero el tamaño de partícula permaneció <5um. Cada una de las muestras molidas tuvo algún sedimento visible después de 24 horas. Las viscosidades de todas las muestras molidas fueran muy bajas.
Ejemplo de Comparación #3: (8739-028)
Las seis formulaciones se prepararon utilizando los dispersantes listados en lo siguiente, agua y un pigmento inorgánico (óxido de hierro rojo (R1599D) ) . Las descripciones más detalladas de los ingredientes se listaron en lo anterior. Las dispersiones se prepararon utilizando un procedimiento de Molino de Eiger. Los dispersantes comparados fueron:
1) 8740-088-C, amina SURFONAMINE® L-100 y copolímero de ácido acrílico - ácido maleico (AAMA) 3000 pm (solución al 50%), [equivalentes de proporción de 0.5:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofílica] , temperatura de reacción a 90°C (dispersante polimérico al 51%) .
2) 8739-025-B, amina SURFONAMINE® L-100 y AAMA (solución al 50%), [proporción de 0.5:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofílica] , temperatura de reacción a 70°C (dispersante polimérico al 51%) .
3) 8739-019-B, amina SURFONAMINE® L-100 y AAMA (solución al 50%), [proporción de 2.0:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofílica], temperatura de reacción a 70°C (dispersante polimérico al 50%) .
4) 8739-016-B, amina SURFONAMINE® L-100 y ácido poliacrílico (poliacrilato NOVERITE K-7058) 7300mw (solución al 50%), [proporción de 1.0:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofilica] , temperatura de reacción a 70°C (dispersante polimérico al 52%).
5) Dispersante de Control Comercial #4
6) Dispersante de Control Comercial #3
Los dispersantes 1-4 se elaboraron de acuerdo con los procedimientos señalados en las Preparaciones listadas en lo anterior .
Tabla 5: Formulaciones del Ejemplo de Comparación #3
Dispersante (g) Agua (g) % de %DOP
Pigmento
8740-088-C 10.59 71.91 45 8.0
8739-925-B 10.59 71.91 45 8.0
8739-019-B 10.80 71.70 45 8.0
8739-016-B 10.38 72.12 45 8.0
Cont. #4 15.43 67.07 45 8.0
Cont. #3 9.0 73.50 45 4.0
Tabla 6: Resultados del Ejemplo de Comparac
Dispersante Hegman Viscosidad, cPs
8740-088-C 7.5 140
8739-025-B 7.5 32
8739-019-B * *
8739-016-B * *
Cont. #4 6.5 16
Cont. #3 6.5 16
*Falló la dispersión del pigmento - no se probó el tamaño de partícula o viscosidad.
El Ejemplo de Comparación #3 mostró que la temperatura de reacción de preparación del dispersante afectó ligeramente la viscosidad de las propiedades de la mezcla base (se comparo 8740-088-C con una temperatura de reacción de 90°C con 8739-02S-B con temperatura de reacción de 70°C) . También, un incremento en la proporción de ácido polimérico a amina hidrofilica (8739-019-B 2:1) puede resultar en una formulación con rendimiento inaceptable. Los dispersantes sin ácido maleico (8739-016-B) no se desempeñaron bien. Un tamaño de partícula mejorada para 8740-088-C y 8739-025-B con Hegman de 7.5 (alrededor de 5um) contra 6.5 (alrededor de 15 um) para los controles. Las observaciones de veinticuatro horas mostraron que los controles comerciales tuvieron más sedimentación de pigmento y mayor tamaño de partícula que 8740-088-C y 8739-025-B.
Ejemplo de Comparación #4: (8739-044)
Veintiún dispersiones se hicieron con los siguientes pigmentos inorgánicos: óxido de hierro transparente (TIO) como lista en lo anterior en el Ejemplo de Comparación 1, óxido de hierro rojo (como se lista en el Ejemplo de Comparación 2 (RED), y óxido de hierro amarillo (YEL) (Y01888D) ) . Las dispersiones se prepararon utilizando Procedimientos SpeedMixer de FLACKTE ™. Los dispersantes comparados fueron:
1) Dispersante de Control Comercial #7
2) Dispersante de Control Comercial #5
3) Dispersante de Control Comercial #4
4) Dispersante de Control Comercial #3
5) 8734-60-38, amina de SURFONAMINE® L-100 y AAMA (solución al 50%), temperatura de reacción de 70°C la cual se preparó de acuerdo con el procedimiento de las Preparaciones anteriores .
Tabla 7: Formulaciones del Ejemplo de Comparación #4
Dispersante (g) Agua (g) % de DF(g) %DOP
Pigmento
Cont. #7-A 3.84 16.08 40 TIO 0.0 16.0
Cont. #7-B 3.84 15.78 40 TIO 0.3 16.0
Cont. #5-A 3.84 16.08 40 TIO 0.0 16.0
Cont. #5-B 3.84 15.78 40 TIO 0.3 16.0
Cont. #4-A 5.48 15.26 40 TIO 0.0 16.0
Cont. #4-B 5.48 14.96 40 TIO 0.3 16.0
Cont. #3-A 4.26 15.87 40 IO 0.0 16.0
Cont. #3-B 4.26 15.57 40 TIO 0.3 16.0
8734-60-38-A 3.84 16.08 40 TIO 0.0 16.0
8734-60-38-B 3.84 15.78 40 TIO 0.3 16.0
Cont. #4-C 2.74 14.96 40 RED 0.3 8.0
Cont. #3-C 2.13 15.57 40 RED 0.3 8.0
8734-60-38-C 1.92 15.78 40 RED 0.3 8.0
Cont. #4-D 2.74 14.96 40 YEL 0.3 8.0
Cont. #3-D 2.13 15.57 40 YEL 0.3 8.0
8734-60-38-D 1.92 15.78 40 YEL 0.3 8.0
Cont. #4-E 4.11 7.59 60 RED 0.3 8.0
Cont. #3-E 3.20 8.50 60 RED 0.3 8.0
8734-60-38-E 2.88 8.82 60 RED 0.3 8.0
Cont. #3-F 3.73 4.97 70 RED 0.3 8.0
8734-60-38-F 3.36 5.34 70 RED 0.3 8.0
Tabla 8: Resultado del Ejemplo de Comparación #4
Dispersante Pigmento/DF Hegman Observación
Cont. #7-A TIO <6 Pasta
Cont. #7-B TIO-DF <6 Pasta
Cont. #5-A TIO Muy espeso con sedimento
Cont. #5-B TIO-DF Pasta
Cont. # -A TIO <6 Pasta
Cont. #4-B TIO-DF <6 Pasta
Cont. #3-A TIO <6 Muy viscoso
Cont. #3-B TIO-DF <6 Muy viscoso
8734-60-38-A TIO 6 Liquido, sin sedimento
8734-60-38-B TIO-DF 6 Liquido, sin sedimento
Cont. #4-C RED-DF 6 Liquido, con sedimento Cont. #3-C RED-DF Espuma, con sedimento
8734-60-38-C RED-DF Baja viscosidad, sin
sedimento
Cont. #4-D YEL-DF Pasta, no humectada
Cont. #3-D YEL-DF Baja viscosidad, con
sedimento
8734-60-38-D YEL-DF Baja viscosidad, sin
sedimento
Cont. #4-E RED-DF Pasta
Cont. #3-E RED-DF Baja viscosidad, sin
sedimento
8734-60-38-E RED-DF Baja viscosidad, sin
sedimento
Cont. #3-F RED-DF No humectada completamente 8734-60-38-F RED-DF Muy viscosa, sin sedimento
o separación
El Ejemplo de Comparación #4 muestra que los dispersantes poliméricos de la presente invención tienen características de rendimiento mejoradas sobre sus partes individuales (el ácido polimérico se utilizó individualmente y la amina hidrofílica se utilizó individualmente) . Comparar el rendimiento del control #7 comercial (solución de ácido polimérico sin amina hidrofílica) , el control #5 comercial (amina hidrofílica diluida en agua—muestra sin ningún ácido polimérico) , y el dispersante polimérico de la presente invención (8734-60-38) demuestra el rendimiento mejorado de los dispersantes poliméricos de la presente invención en óxido de hierro transparente, óxido de hierro caparrosa, dispersiones de óxido de hierro amarillo, incluyendo cuando la carga de pigmento en la mezcla fue de hasta 70%.
Ejemplo de Comparación #5: (8739-007)
Óxido de hierro rojo (R1599D) , los desespumantes listados en lo anterior, y los dispersantes listados en lo siguiente se agregaron para formar las siguientes composiciones de dispersión que se prepararon utilizando el procedimiento de Molino de Eiger. Los dispersantes comparados fueron:
1) Preparación #3
2) 8739-06-B Surfonamine L-100 y Poli (ácido acrilico-co-ácido maleico) 3000 pm (solución al 50%) (dispersante polimérico al 50%).
3) Dispersante del Control Comercial #3
Tabla 9: Formulaciones del Ejemplo de Comparación #5
Dispersante (g) Agua (g) % de DF(g) %DOP
Pigmento
Prep . #3-A 5.57 103.43 45% 1.0 6.0
Prep. #3-B 7.42 101.58 45% 1.0 8.0
Prep. #3-C 9.28 99.72 45% 1.0 10.0
8739-06-B1 7.20 101.80 45% 1.0 4.0
8739-06-B2 14.40 94.60 45% 1.0 8.0
Cont . #3-A 8.00 101.00 45% 1.0 4.0
Cont . #3-B 16.00 93.00 45% 1.0 8.0
% de DOP es el porcentaje de dispersante activo en pigmento .
Tabla 10: Resultados del Ejemplo de Comparación #5
Dispersante %DOP Hegman Viscosidad,
Prep. #3-A 6.0 8 12
Prep. #3-B 8.0 8 12
Prep. #3-C 10.0 8 28
8739-06-B1 4.0 8 24
8739-06-B2 8.0 8 48
Cont. #3-A 4.0 8 16
Cont. #3-B 8.0 8 28
La observación después de 24 horas de molienda: Prep. #3-A, #3-B y #3-C tuvieron algún sedimento pero menos que el Dispersante de Control Comercial #3. Para 8739-006-B2 no se observó sedimentación, 8739-006-B1 (4% de DOP) con menos sedimentación que el Dispersante de Control Comercial #3. Las viscosidades son bajas en todas las muestras y pueden ser comercialmente aceptables. Sin embargo, la estabilidad mejorada (es decir, menos sedimentación de pigmento) es una ventaja de los dispersantes poliméricos de la presente invención.
Aunque la presente invención y sus ventajas se han descrito en detalle, se deberá entender que diversos cambios, sustituciones y alteraciones pueden hacerse en la presente sin apartarse del espíritu y alcance de la invención como se define por las reivindicaciones anexas.
Claims (22)
1. Una composición caracterizada porque comprende un producto de reacción de un ácido polimérico y una amina hidrofilica, caracterizada porque el ácido polimérico comprende un copolimero de un ácido acrilico y un ácido maleico, y en donde la amina hidrofilica tiene un peso molecular de al menos alrededor de 100.
2. Una composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la amina hidrofilica tiene un peso molecular de al menos alrededor de 100 a alrededor de 3,000.
3. Una composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la amina hidrofilica tiene un peso molecular de alrededor de 1,000.
4. Una composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la amina hidrofilica se selecciona del grupo que consiste de: dimetilaminopropilamina, dimetilaminoetoxipropilamina, 2- (2-dimetilaminoetoxi) etanol y combinaciones de los mismos.
5. Una composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la amina hidrofilica es una amina mono-primaria.
6. Una composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la amina hidrofilica es una poliéter monoamina.
7. Una composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el ácido polimérico se hace reaccionar con la amina hidrofilica en una proporción de alrededor de 0.5-2.0:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofilica.
8. Una composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el ácido polimérico se selecciona con la amina hidrofilica en una proporción de alrededor de 0.8-1.2:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofilica.
9. Una composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el ácido polimérico se hace reaccionar con la amina hidrofilica en una proporción de alrededor de 1.0:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofilica.
10. Una composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el copolimero de un ácido acrilico y un ácido maleico comprende una proporción de alrededor de 1.0:1.0-7.5 moles de ácido acrilico a moles de ácido maleico.
11. Una composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el producto de reacción se presenta a una temperatura de menos de 100 °C.
12. Una composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el producto de reacción comprende un producto de reacción sin condensación.
13. Una composición de dispersión caracterizada porque comprende: un dispersante polimérico que comprende un producto de reacción de un ácido polimérico y una amina hidrofilica, en donde el ácido polimérico comprende un copolimero de un ácido acrilico y un ácido maleico, y en donde la amina hidrofilica tiene un peso molecular de por lo menos alrededor de 100; y por lo menos una partícula dispersada.
14. Una composición de dispersión de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque la partícula dispersada comprende un pigmento inorgánico.
15. Una composición de dispersión de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque el pigmento inorgánico comprende óxido de hierro.
16. Una composición de dispersión de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque la amina hidrofilica se selecciona del grupo que consiste de: dimetilaminopropilamina, dimetilaminoetoxipropilamina, 2- (2-dimetilaminoetoxi) etanol y combinaciones de los mismos.
17. Una composición de dispersión de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque el ácido polimérico se hace reaccionar con la amina hidrofilica en una proporción de alrededor de 0.5-2.0:1.0 de ácido polimérico a amina hidrofilica .
18. Una composición de dispersión de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada además porque comprende por lo menos un glicol.
19. Una composición de dispersión de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada además porque comprende por lo menos un aditivo.
20. Un método para dispersar por lo menos una partícula en un medio acuoso caracterizado porque comprende las etapas de: proporcionar por lo menos una partícula; proporcionar por lo menos un dispersante polimérico, en donde el dispersante polimérico comprende un producto de reacción de un ácido polimérico y una amina hidrofílica, en donde el ácido polimérico comprende un copolímero de un ácido acrílico y un ácido maleico, y en donde la amina hidrofílica tiene un peso molecular de al menos alrededor de 100; y poner en contacto por lo menos una partícula y por lo menos un dispersante polimérico en un medio acuoso.
21. Un método para producir un dispersante polimérico caracterizado porque comprende: proporcionar por lo menos un ácido polimérico que comprende un copolímero de un ácido acrílico y un ácido maleico y por lo menos una amina hidrofílica que tiene un peso molecular de por lo menos alrededor de 100; y hacer reaccionar al menos un ácido polimérico y al menos una amina hidrofílica en una reacción de condensación a una temperatura menor que 100 °C.
22. Un método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el ácido polimérico no se ha neutralizado .
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