TW201538716A - 包含非離子及陰離子界面活性劑之適用於清潔及保護之組成物 - Google Patents

包含非離子及陰離子界面活性劑之適用於清潔及保護之組成物 Download PDF

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Abstract

本發明係關於包括分散於水性液相中之水溶性聚合物、二氧化矽奈米顆粒、以及非離子物及陰離子物之組合之組成物。該聚合物為丙烯酸與丙烯醯胺的水溶性共聚物、或其鹽。亦揭示使用該組成物清潔及塗布基材的方法。

Description

包含非離子及陰離子界面活性劑之適用於清潔及保護之組成物
本發明描述的是適用於清潔並提供免於髒污和污漬累積的持久保護之組成物。該組成物包含水性液相、二氧化矽奈米顆粒、水溶性共聚物、非離子界面活性劑及陰離子界面活性劑。
水溶性共聚物是丙烯酸與丙烯醯胺的共聚物、或其鹽，其中該丙烯醯胺係由下式表示 其中R4為H或甲基；且 R1及R2獨立地選自H、C1-C3烷基、或R3SO3H，其中R3為具有2至6個碳原子之伸烷基。
該非離子界面活性劑係以0.5至50固體重量%之量存在。該陰離子界面活性劑係以0.10至25固體重量%之量存在。
在典型的實施例中，該組成物進一步包含酸且具有小於或等於5的pH值。
100‧‧‧物件
110‧‧‧層
120‧‧‧基材
圖1為依據本揭露的例示性物件之示意性剖面圖。
根據本揭露的組成物包含分散於水性(連續)液相中之丙烯酸與丙烯醯胺之水溶性共聚物或其鹽、二氧化矽奈米顆粒、以及界面活性劑之組合。
成分(例如二氧化矽奈米顆粒、水溶性共聚物、界面活性劑)之濃度將在本文中表示為基於固體之重量的重量百分比。如本文所使用，「固體」係指二氧化矽奈米顆粒、丙烯酸與丙烯醯胺之水溶性共聚物、以及界面活性劑之總重量。由於基於固體的重量百分比並不包括水性液相，故這樣的重量百分比不管稀釋倍數為何皆保持相同。另外，基於固體的重量百分比也等於在組成物乾燥之後仍留在基材或物件上的乾燥保護塗層之重量百分比。
水性液相通常包含至少5重量百分比的水，更典型為50、60、70、80、或90重量百分比、或更多的水。在一些實施例 中，水性液相較佳為基本上不含(即基於該水性液相的總重量含有少於0.1重量百分比的)有機溶劑，特別是揮發性有機溶劑。本文中使用的「揮發性有機溶劑」是指具有250℃或更低的標準沸點的有機溶劑。然而，若需要的話，可以選擇性地包括少量的非揮發性有機溶劑。
清潔和保護組成物通常被配製成立即可用的形式，並包含0.5至5重量%的固體和99.5至95重量%的水性液相。該組成物通常包含將提供所需的清潔和保護性能的最少量之固體成分。在一些實施例中，固體的總量為至少0.6、0.7、0.8、0.9或1.0重量%。在其他的實施例中，固體的總量為至少1.1、1.2、1.3、1.4或1.5重量%。在又其他的實施例中，固體的總量為至少1.75、2.0、或2.5重量%。在又其他的實施例中，該組成物可以被作為濃縮物提供，該濃縮物在使用前被進一步稀釋。在此實施例中，固體的總量可以是相當多的，例如50重量%。
在一些實施例中，為了將凝固點降到0℃以下的目的，該組成物包含至少一種(例如防凍的)有機溶劑。有機溶劑包括但不限於C1-C6烷醇，較佳為C1-C6二醇及/或C3-C24伸烷基二醇醚。C1-C6烷醇包括乙醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、丁醇、戊醇、及己醇、以及其異構物。C1-C6二醇包括甲二醇、乙二醇、丙二醇、及丁二醇。C3-C24伸烷基二醇醚包括單、二、及三-乙二醇(丙二醇)醚及二醚，例如乙二醇單丙醚、乙二醇單丁醚(丁基賽珞蘇，Dow化學公司，也被稱為「Dow」)、乙二醇單己醚(己基賽珞蘇，Dow)、丙二醇正丙 醚、丙二醇單丁醚、丙二醇叔丁醚、丙二醇苯醚(Dowanol PPh,Dow)、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丙醚(Eastman DP溶劑，Eastman Chemicals)、二乙二醇單丁醚(Dowanol DB,Dow)、二丙二醇正丙醚(Dowanol DPnP，Dow)、二丙二醇正丁醚(Dowanol DPnB,Dow)、三乙二醇單甲醚(甲氧基三甘醇，Dow)、三乙二醇單乙醚(乙氧基三甘醇，Dow)、三乙二醇單丁醚(丁氧基三甘醇，Dow)、三丙二醇甲醚(Dowanol TPM,Dow)、三丙二醇正丙醚(Dowanol TPnP,Dow)、及三丙二醇正丁醚(Dowanol TPnB,Dow)。
當存在時，有機溶劑(例如伸烷基二醇醚)在存在的濃度下較佳是與水互溶的或溶於水的。該等(例如伸烷基二醇醚)有機溶劑的種類和量係經選擇，以使保護性能不會大為降低。當存在時，基於包含97重量%的水的參考組成物，這種溶劑的濃度範圍通常是總水性組成物的至少0.25重量%、0.5重量%、或1重量%至不超過5重量%或10重量%。本技術領域中具有通常知識者可以其他的稀釋倍數調整有機溶劑的濃度。例如，假使清潔和保護溶液較為濃縮、含有一半的液體水相，則有機溶劑的濃度將是兩倍之多。
為了實現理想的持久保護性能，該組成物包含二氧化矽奈米顆粒。
在一些實施例中，二氧化矽奈米顆粒為「球形」，其意指具有球形外觀，儘管可於表面處存在少量之扁平部位及/或凹陷。
為了最小化霧度，二氧化矽奈米顆粒(例如球形二氧化矽奈米顆粒)較佳具有60奈米(nm)或更小的體積平均粒徑(即D50)。較佳的是，二氧化矽顆粒(例如球形二氧化矽顆粒)具有範圍從0.5至60nm、更佳為範圍從1至20nm、而且又更佳為範圍從2至10nm的體積平均粒徑。二氧化矽奈米顆粒可具有與上述60nm的體積平均粒徑一致的任何粒徑分布；例如，粒徑分布可為單峰或多峰的。
於水性介質(溶膠)中之球形二氧化矽顆粒在此項技術中為熟知且為市售的；例如，於水或水性醇溶液中之二氧化矽溶膠可向E.I.du Pont de Nemours and Co.of Wilmington,DE以商品名稱LUDOX購得，向Ashland,MA之Nyacol Co.以商品名稱NYACOL購得，或向Naperville,IL之Nalco Chemical Co.以商品名稱NALCO購得。一種具有5nm的體積平均粒徑、10.5的pH值、及15重量百分比的標稱固體含量的常用二氧化矽溶膠可向Nalco Chemical Co.以商品名稱NALCO 2326購得。其他常用的市售二氧化矽溶膠包括可向Nalco Chemical Co.以商品名稱NALCO 1115和NALCO 1130購得、可向Remet Corp.of Utica,NY以商品名稱REMASOL SP30購得、以及可向E.I.du Pont de Nemours and Co.以商品名稱LUDOX SM購得者。
非水性的球形二氧化矽溶膠是球形二氧化矽溶膠的分散物，其中該液相是有機溶劑。典型上，選擇二氧化矽溶膠使得其液相與該液相的其餘成分相容。典型上，鈉穩定的球形二氧化矽顆粒在使 用諸如乙醇的有機溶劑稀釋之前應先被酸化，因為在酸化之前稀釋可能會產生不良或不均勻的塗層。銨穩定的二氧化矽奈米顆粒通常可被以任何順序稀釋和酸化。
然而，對於其中乾燥塗層的透明度較不重要的用途來說，二氧化矽奈米顆粒可以是非球形的及/或可具有較大的粒徑，例如範圍最高達100、200、或300奈米。在本實施例中，天然和合成的黏土可被用作二氧化矽奈米顆粒的來源。
二氧化矽奈米顆粒可以選擇性地包含表面處理。然而，在偏好的實施例中，二氧化矽奈米顆粒無表面處理。
清潔和保護組成物通常包含範圍從15重量%至90固體重量%的量之二氧化矽奈米顆粒。在一些實施例中，該組成物包含至少20重量%、25重量%、30重量%、或35重量%的二氧化矽奈米顆粒。在其他的實施例中，該組成物包含至少40重量%、45重量%、50重量%、60重量%、或65重量%的二氧化矽奈米顆粒。在又其他的實施例中，該組成物包含至少70重量%、75重量%或80重量%的二氧化矽奈米顆粒。保護性能通常隨著二氧化矽奈米顆粒的濃度增加而提高。
二氧化矽奈米顆粒(例如球形二氧化矽奈米顆粒)對丙烯酸與丙烯醯胺的水溶性共聚物或其鹽之重量比通常為至少50：50或60：40或70：30，而且通常不大於97：3或95：5。在一些實施例中，二氧化矽奈米顆粒(例如球形二氧化矽奈米顆粒)對丙烯酸與丙烯醯胺的水溶性共聚物之重量比範圍為75：25或80：20或85：15至95：5。
為了實現理想的持久保護性能，依據本揭露的組成物包括水溶性共聚物。水溶性共聚物是丙烯酸與丙烯醯胺的共聚物或其鹽(即該共聚物的鹽)，其中該丙烯醯胺係由下式表示 其中R4為H或甲基；且R1及R2獨立地選自H、C1-C3烷基、或R3SO3H，其中R3為具有2至6個碳原子之伸烷基(例如，伸乙基、伸丙基、伸丁基、或伸己基)。在一些實施例中，R1和R2皆為H。在一些實施例中，R1為H並且R2為R3SO3H。
在典型的實施例中，該共聚物通常具有範圍從50：50至95：5的丙烯醯胺對丙烯酸重量比。在一些實施例中，丙烯醯胺與丙烯酸之重量比為至少60：40或65：35。在一些實施例中，丙烯醯胺對丙烯酸的重量比為至少70：30或75：25或80：20或85：15。
丙烯酸與丙烯醯胺的水溶性共聚物或其鹽可以藉由眾所周知的聚合技術從相應的單體製備，並選擇性地使用附加的中和步驟、或從商業來源製備出。
在一些實施例中，該共聚物可以由以下結構表示 其中R1及R2獨立地選自H、C1-C3烷基、或R3SO3H，其中R3為如先前所述的伸烷基，且M+為鹼金屬，諸如鈉。
從這個結構顯然的是，陽離子(M+)通常與聚合單元或衍生自丙烯酸的聚合單元結合。因此，陽離子不與衍生自丙烯醯胺的聚合單元結合。聚合的丙烯醯胺單元通常具有中性電荷，而且不與陽離子結合。
丙烯酸與丙烯醯胺之市售共聚物及其鹽之實例包括向Polysciences,Inc.of Wallington,PA或其他供應商以下列商品名稱購得者：POLY(ACRYLAMIDE/ACRYLIC ACID)90：10,NA SALT MW 200,000；POLY(ACRYLAMIDE/ACRYLIC ACID)70：30,NA SALT MW 200,000；及POLY(ACRYLAMIDE/ACRYLIC ACID)60：40,NA SALT MW>10,000,000。另外的實例包括2-丙烯酸、2-甲基-2-[(1-側氧基-2-丙烯基)胺基]-1-丙烷磺酸單鈉鹽及2-丙醇的短鏈聚合物、鈉鹽(CAS編號130800-24-7)，其可以AQUATREATAR-546向Alco Chemical of Chattanooga,TN購得，以及丙烯酸鈉-2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸鈉共聚物(CAS編號37350-42-8)，其可以AQUATREATAR-546向Alco Chemical of Chattanooga,TN購得。另一實例包括可向BASF Corporation,Florham Park,NJ以商標名稱 「LUREDUR」購得之丙烯酸與丙烯醯胺之共聚物，諸如「LUREDUR AM NA」。
在一些實施例中，丙烯酸與丙烯醯胺之共聚物及其鹽之重量平均分子量(Mw)為至少25,000g/莫耳、50,000g/莫耳、或100,000g/莫耳。在一些實施例中，丙烯酸與丙烯醯胺之共聚物及其鹽之分子量(Mw)為至少150,000g/莫耳、200,000g/莫耳、或250,000g/莫耳。在一些實施例中，丙烯酸與丙烯醯胺之共聚物及其鹽之分子量為不大於1,000,000g/莫耳、750,000g/莫耳、或500,000g/莫耳。
清潔和保護組成物通常包含量為至少0.5、1、2、或3至85固體重量%的丙烯酸與丙烯醯胺之水溶性共聚物。在一些實施例中，丙烯酸與丙烯醯胺的水溶性共聚物之量為至少5重量%、5.5重量%、6重量%、6.5重量%、7重量%或7.5重量%。在一些實施例中，丙烯酸與丙烯醯胺的水溶性共聚物之量為不超過75重量%、70重量%、65重量%、60重量%、55重量%、50重量%、45重量%、40重量%、35重量%、30重量%或25重量%。在一些實施例中，丙烯酸與丙烯醯胺的水溶性共聚物之量為至少8重量%、8.5重量%或9重量%，並且通常不超過20重量%或15重量%。
在一些實施例中，丙烯酸和丙烯醯胺的水溶性共聚物可以具有低陽離子性(例如鈉)物種，如US2012/0029141中描述的。這可以藉由使該組成物與質子化陽離子交換樹脂(即其中陽離子已與質子交換)接觸來完成。例示性的陽離子交換樹脂包括購自Dow Chemical Co.的AMBERLITE IR-120 PLUS(H)。離子交換步驟可以逐 批或連續的製程(例如使用離子交換管柱)進行。在這樣的實施例中，水溶性共聚物(即在添加界面活性劑之前)具有每百萬重量份少於100重量份(ppm)的陽離子濃度(H+和H3O+以外)水平。在一些實施例中，基於該組成物的總重量，該水溶性共聚物(即在添加界面活性劑之前)具有少於90、80、70、或60ppm的陽離子濃度。
在典型的實施例中，丙烯酸與丙烯醯胺的水溶性共聚物尚未進行陽離子交換。因此，基於添加界面活性劑之前的水性參考組成物，該陽離子濃度典型大於90或100ppm。
依據本揭露的組成物較佳具有小於5、更佳為小於4、而且仍更佳為小於3的pH值。為了便於處理，該組成物較佳具有至少1、更佳為至少1.5或2的pH值。在一些實施例中，例如涉及酸敏感基材的那些實施例，較佳可以將pH值調整到從約5至約7.5的值，雖然在某些情況下這可能有使組成物的外觀劣化的傾向。
該組成物可被使用pKa值小於5、較佳小於2.5、而且更佳小於1的酸酸化到所需的pH值水平。有用的酸包括有機和無機酸兩者，例如草酸、檸檬酸、苯甲酸、乙酸、甲酸、丙酸、苯磺酸、H2SO3、H3PO4、CF3CO2H、HCl、HBr、HI、HBrO3、HNO3、HClO4、H2SO4、CH3SO3H、CF3SO3H、CF3CO2H、及CH3OSO3H。在一些實施例中，該酸為有機酸，例如CH3OSO3H(甲磺酸)。也可以使用有機和無機酸的組合。使用pKa大於5的弱酸可能不會生成具有理想性質的均勻組成物，該理想性質例如透射率、清潔性及/或耐久 性。特別是，具有弱酸的組成物、或鹼性組成物通常會在聚合物基材的表面上形成珠粒。
根據本揭露的組成物包含至少一種非離子界面活性劑與至少一種陰離子界面活性劑之組合。本文中使用的術語「界面活性劑」描述在同一分子上具有親水性(極性)和疏水性(非極性)區段的分子，並且該分子能夠減少該組成物的表面張力。
選擇界面活性劑的種類和量，使得在與丙烯酸和丙烯醯胺共聚物的共聚物組合之下，該組成物當被以液體形式儲存時(120℉下90天)是較佳地穩定的，例如該組成物不會膠化、增加不透明度、形成沉澱或凝聚的微粒、或以其他方式明顯惡化。
本文所述的水性清潔及保護組成物通常包含將提供所想要的清潔性能的最低量之界面活性劑。當界面活性劑之種類及量經適當選擇時，界面活性劑為可一併提供良好清潔(移除如以下實例所述的玻璃上之皂垢)與良好保護性能(如以下實例所述的玻璃上之皂垢保護)。在一些偏好的實施例中，該組成物具有至少7或8的清潔等級。在一些偏好的實施例中，在5個循環之皂垢保護測試之後，被移除的乾燥塗層組成物之百分比為小於或等於20%，且在一些實施例中為不大於15%、10%或5%。在一些偏好的實施例中，在6個循環之後被移除的乾燥塗層組成物之百分比為小於或等於30%，且在一些實施例中為不大於25%、20%、15%10%或5%。在一些偏好的實施例中，在7個循環之後被移除的乾燥塗層組成物之百分比為小於或等於40%，且在一些實施例中為不大於35%、30%、25%、20%、15%或 10%。在一些偏好的實施例中，在8個循環之後被移除的乾燥塗層組成物之百分比為小於或等於45%，且在一些實施例中為不大於40%、35%、30%、25%、20%或15%。在一些實施例中，在9個、10個、11個及12個循環之後，乾燥塗層組成物之至少50%得以保持。
界面活性劑可以由其頭部是否存在正式帶電基團來分類。離子界面活性劑的頭部帶有淨電荷。非離子界面活性劑在其頭部不具有帶電基團。
界面活性劑可以藉由各種方法進行特徵化。一種所屬技術領域中習知的常用特徵化方法是親水-親油平衡法(「HLB」)。儘管已描述用於測定化合物之HLB的各種方法，但除非另外指定，否則本文所使用的HLB係指以Griffin方法所獲得的值(參見Griffin WC：「Calculation of HLB Values of Non-Ionic Surfactants」,Journal of the Society of Cosmetic Chemists 5(1954)：259)。使用來自Norgwyn Montgomery Software,Inc.(North Wales,PA)的Molecular Modeling Pro Plus軟體程式進行計算。
依據Griffin法：HLB=20 * Mh/M其中Mh為分子的親水部分之分子質量，而M為整個分子的分子質量。此計算提供等級0至20的數值結果，其中「0」為高度親油性的。
Griffin法通常用來計算單一分子的HLB值。然而，各種(例如市售的)非離子界面活性劑包含分子之混合物。當界面活性劑包含分子的混合物時，HLB值可以由個別分子的HLB值之總和乘以每個分子的重量分率來計算。
本文所述的組成物之界面活性劑通常較具有親水性而非親油性，亦即，具有大於10之HLB。在偏好的實施例中，HLB值為至少11或12並且不大於約19或18。在一些偏好的實施例中，該組成物包含具有小於17、或16、或15之HLB的界面活性劑。
界面活性劑之分子量典型為至少150g/莫耳，且通常是不大於500g/莫耳或600g/莫耳。在一些實施例中，界面活性劑的分子量為至少200g/莫耳、250g/莫耳、或300g/莫耳。
該組成物包含至少一種非離子界面活性劑。非離子界面活性劑為不具有離子且因此不具有電荷。非離子界面活性劑的極性通常衍生自在分子一端具有(例如富氧的)極性部分及在另一端具有大型有機分子(例如含有6至30個碳原子的烷基或烯基)。氧成分通常是衍生自環氧乙烷或環氧丙烷之短聚合物。非離子界面活性劑包括例如烷基多醣、胺氧化物、脂肪醇乙氧化物、烷基酚乙氧化物及環氧乙烷/環氧丙烷嵌段共聚物。一些非離子界面活性劑，例如烷基吡咯啶酮和乙二醇單己醚也可以減少(例如玻璃)表面上起條紋(streaking)。各種非離子界面活性劑為市售可得的，諸如向Huntsman所購得的商品名稱「Surfonic」之商品。
在一些實施例中，該組成物包含烷基多醣非離子界面活性劑。烷基多醣通常具有含6至30個碳原子的疏水基和含有1.3至10個醣單元的多醣(例如多糖苷)親水基。烷基多糖苷可具有下式：R2O(CnH2nO)t(糖苷基)x，其中R2係選自由以下所組成之群組：烷基、烷基苯基、羥基烷基、羥基烷基苯基、及其混合物，其中該烷基含有10個至18個碳原子，n為2或3，t為0至10，且x為1.3至8。在一些實施例中，R2為具有6至18個、更佳為10至16個碳原子的烷基。糖苷基可以衍生自葡萄糖。在一些實施例中，水凝膠清潔濃縮物可包含烷基多糖苷及烷基吡咯啶酮之組合，如以引用方式併入本文的WO2007/143344所述。市售的烷基多醣界面活性劑包括向BASF Corporation購得的「GLUCOPON」系列非離子界面活性劑，諸如以商品名稱「GLUCOPON 425 N」界面活性劑購得的烷基多糖苷與椰油基糖苷之混合物。
清潔和保護組成物通常包含量的範圍從0.5%至50固體重量%的(例如烷基多醣)非離子界面活性劑。在一些實施例中，(例如烷基多醣)非離子界面活性劑的濃度為至少1重量%、1.5重量%、2重量%、2.5重量%、3重量%、3.5重量%、或5重量%。在一些實施例中，(例如烷基多醣)非離子界面活性劑之濃度為不大於45重量%、40重量%、35重量%、30重量%、25重量%或20重量%。在一些實施例中，(例如烷基多醣)非離子界面活性劑之濃度為不大於15重量%或10重量%。
該組成物進一步包含陰離子界面活性劑。不打算受到理論的約束，但推測陰離子界面活性劑可穩定水溶性共聚物與二氧化矽奈米顆粒之混合物。
陰離子界面活性劑在其頭部包含陰離子(即帶負電荷的)官能基，例如硫酸鹽、磺酸鹽、磷酸鹽、及羧酸鹽與帶正電荷之相對離子的組合。
適合的陰離子界面活性劑較佳為C6-C18-烷基苯磺酸鹽、C6-C20-烷基磺酸鹽、C6-C18-單烷基硫酸鹽、醚部分中具有2至6個環氧乙烷單元(EO)之C6-C18-烷基聚二醇醚硫酸鹽、以及單-及二-C6-C18-烷基磺基琥珀酸鹽。此外，也可以使用C6-C18-α-烯烴磺酸鹽(也被稱為α複硫酯)、磺化C6-C18脂肪酸，特別是十二烷基苯磺酸鹽、C6-C22甲醯胺醚硫酸鹽、C6-C18-烷基聚二醇醚羧酸鹽、C6-C18 N-醯基牛磺酸鹽、C8-C18 N-肌胺酸鹽和C6-C18-烷基羥乙基磺酸鹽及其混合物。具體的實例包括十二烷基苯磺酸鹽、磺基琥珀酸鈉的二辛基酯、及聚乙氧化烷基(C12)醚硫酸鹽。
陰離子界面活性劑通常處於鈉鹽的形式，但也可以以其他鹼金屬或鹼土金屬鹽(例如鎂鹽)的形式及以銨或單-、二-、三-或四烷基銨鹽的形式存在，在磺酸鹽的情況下，該陰離子界面活性劑也可以處於其相應酸的形式，例如十二烷基苯磺酸。
在一些實施例中，該陰離子界面活性劑具有通式R1OSO3 - X+，其中R1為C8-C20烷基或烯基，並且X為鹼金屬或鹼土金屬，例如鈉或鉀。將一種常見的脂族硫酸鹽描繪如下：
該陰離子界面活性劑之濃度典型為在0.1至25固體重量%之範圍中。在一些實施例中，該陰離子界面活性劑之濃度為至少0.2重量%、0.3重量%、0.4重量%、0.5重量%、0.6重量%、0.7重量%、0.8重量%、0.9重量%或1重量%。在一些實施例中，該陰離子界面活性劑之濃度為不大於20重量%、15重量%或10重量%。在一些實施例中，該陰離子界面活性劑之濃度為不大於9重量%、8重量%、7重量%、6重量%、5重量%或4重量%。在一些實施例中，該陰離子界面活性劑之濃度為不大於3重量%或2重量%。
在清潔之後，低濃度界面活性劑與高濃度水性液相之組合可使得在基材或物件上殘留少量的(界面活性劑)殘餘物。
該非離子界面活性劑與陰離子界面活性劑之重量比可通常是在1：10至10：1之範圍中。在一些實施例中，非離子界面活性劑與陰離子界面活性劑之重量比為至少1：1、2：1、3：1、4：1、5：1、6：1、7：1、8：1或9：1。
該組成物可以選擇性地包含聚矽氧和氟化學界面活性劑，例如也可以使用可向3M Company of St.Paul,MN以商品名稱FLUORAD購得者。然而，在典型的實施例中，該組成物不含聚矽氧及/或氟化學界面活性劑。另外，該組成物通常不含陽離子界面活性劑及/或兩性界面活性劑。
該組成物也可以選擇性地含有抗微生物劑。許多抗微生物劑是市售可得的。實例包括下列可購得者：向Rohm and Haas Co.of Philadelphia,PA購得的KATHON CG、1,3-二羥甲基-5,5-二甲基乙內醯脲、2-苯氧基乙醇、甲基-對羥基苯甲酸酯、丙基-對羥基苯甲酸酯、烷基二甲基苄基銨氯化物、及苯并異噻唑啉酮。
該組成物還可以包括傳統用於硬表面清潔劑的各種佐劑。此類佐劑的實例包括香料、防腐劑、染料、防蝕劑、抗氧化劑及類似物中之一者或更多者。佐劑的存在量通常少於0.5wt.%，而且佐劑較佳是以該組成物的約100ppm至約0.25wt.%的量存在。
依據本揭露的組成物可以藉由任何適當的混合技術製成。一種適用的技術為包括將丙烯酸與丙烯醯胺之水溶性聚合物或其鹽之水溶液與球形二氧化矽顆粒之水性或溶劑型分散液、水性界面活性劑組合，且隨後調整pH至最終所想要的位準。
在一些實施例中，透明的組成物不含各種雜質(包括非球形二氧化矽顆粒)及經添加的交聯劑(例如正矽酸鹽及/或矽醇醚)。因此，依據本揭露的組成物可以含有少於0.1重量%或少於0.01重量%的針狀二氧化矽顆粒，而且若需要的話，該組成物可以不含針狀二氧化矽顆粒。
該組成物可以選擇性地包含黏度調節劑，包括例如有機天然增稠劑(瓊脂、角叉菜膠、黃蓍膠、阿拉伯膠、藻酸鹽、果膠、多醣、瓜爾膠、刺槐豆膠、澱粉、糊精、明膠、酪蛋白)、有機改質的天然物質(羧甲基纖維素和其他纖維素醚、羥乙基-和-丙基纖維素 及類似物、膠醚)、其他的水溶性聚合物(聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸化合物、乙烯基聚合物、聚醚、聚亞胺、聚醯胺)。
然而，在典型實施例中，所述之丙烯酸與丙烯醯胺之水溶性共聚物是唯一的水溶性聚合物，且該組成物不含諸如有機天然增稠劑之其他黏度調節劑。
依據本揭露的組成物可用於清潔及/或提供基材保護塗層。在典型的使用中，該組成物被用於清潔基材的目的，並同時提供保護塗層。然而，該組成物也可只被用於一個這樣的目的。
現在參照圖1，物件100包含其上設置有層110的基材120。層110是藉由將依據本揭露的組成物施加於基材的表面並從基材的表面至少部分地去除水性液相所形成的。
適合的基材為包括諸如以引用方式併入本文的US 6,955,834所述的各種硬質表面。硬的表面包括例如玻璃(例如窗戶(包括建築和汽車的窗戶)和光學元件，例如透鏡和反射鏡)、陶瓷(例如瓷磚)、水泥、石材、塗漆及/或清漆的表面(例如汽車或卡車車身鋼板(body or closure panels)、船面、摩托車零件、卡車拖拉機、摩托雪橇、水上摩托車、越野車、及拖拉機拖車)、家電、背襯壓敏黏著劑的塑膠保護膜、金屬(例如建築圓柱、水管配管)、玻璃纖維、熱固性聚合物、片狀模塑化合物、熱塑性塑料(例如聚碳酸酯、丙烯酸樹脂、聚烯烴、聚胺甲酸酯、聚酯、聚醯胺、聚醯亞胺、酚醛樹脂、纖維素二乙酸酯、纖維素三乙酸酯、聚苯乙烯、及苯乙烯-丙烯腈共聚物)、及上述之組合。另外的例示性基材包括浴缸、馬桶、水 槽、水龍頭、鏡子、窗戶及白板，諸如以引用方式併入本文的WO2011/163175中所述。
在一些實施例中，當被塗布在基材上並被至少部分地乾燥時，依據本揭露的組成物藉由降低灰塵和其他污染物積聚傾向的方式來提供改良的清潔性，該其他污染物例如皂垢和硬水礦物質沉積物。所謂「可清潔的」意指本文所述的組成物在乾燥之後提供較容易清潔的塗層，該清潔係藉由與流動水或噴霧水接觸以立即移置覆蓋的污染物、從而從該塗層去除大部分的污染。水成片效果(water sheeting effect)允許道路噴灑物、雪、融雪污物、皂垢、及雨水和沖洗水中的染色礦物質實質上成片而出並離開基材表面，從而在水乾燥之後明顯減少沉積的污染物之量和局部濃度。
在一些實施例中，該組成物提供耐磨層，該耐磨層有助於保護基材免於由諸如刮傷、磨損及溶劑等原因所引起的損傷。
當需要保護時(無需清潔時)，可以使用傳統的塗布技術將該組成物施加於物件的表面，該傳統的塗布技術例如刷塗、棒塗、輥塗、拭塗、簾塗、輪轉凹版印刷、噴塗、或浸塗技術。一種方法是使用任何適當的方法施加該組成物，並且在一部分溶劑蒸發之後、使用水流沖洗掉過量的組成物、同時基材仍被該組成物完全或實質上潤濕。
在典型的使用中，該組成物被用於清潔和保護。在此實施例中，該方法通常包含將該組成物施加於基材的表面並從該基材的表面至少部分地去除水性液相。例如，該組成物適用於消費者的「噴 灑和擦拭」應用中作為清潔組成物。在這樣的應用中，消費者通常使用泵施加有效量的該組成物，並在片刻之後用布、毛巾、或海綿(通常是用完即丟棄的紙巾或海綿)擦拭處理過的區域。這樣的應用材料較佳是耐酸的，並且本質上可以是親水性或疏水性的，較佳是親水性的。
然而，在某些應用中，特別是在非所欲的污漬沉積物很多之處，該清潔組成物可被留在有污漬的區域，直到該清潔組成物有效地鬆脫該污漬沉積物，之後該清潔組成物可於隨後被擦拭掉、沖洗掉、或以其他方式去除。對於這種非所欲污漬沉積特別嚴重之處，也可以施加多次。選擇性地，在該組成物保持在表面上一段時間之後，該組成物可被從表面洗去或拭去。
本文所述的組成物也可以藉由使用載體基材而被施加到硬表面上。有用的載體基材的一個實例是濕的擦拭物。擦拭物可以具有編織或非編織的本質。織物基材可以包括非編織或編織的袋及海綿，海綿包括閉孔和開孔的海綿、包括由纖維素以及其他聚合材料形成的、以及處於研磨或非研磨清潔墊形式的海綿。這種織物在此領域中是商業上習知的，並且常被稱為擦拭物。這樣的基材可以是樹脂黏結式、水力纏絡式、熱黏結式、熔吹式、針刺式、或前述之任意組合。適合於與本發明之組成物一起使用的載體基材亦可以是擦拭物，其包括諸如水溶性聚合物之膜形成基材。這種自支撐的膜基材可被夾置於織物基材的層之間並被熱密封以形成有用的基材。
本發明的組成物被有利地吸收到載體基材(即擦拭物)上，以形成飽和的擦拭物。之後擦拭物可以被個別地密封在袋中，然後在需要時可以打開該袋，或是許多擦拭物可以被放在容器中，以在視需要的基礎上使用。當關閉時，容器被充分地密封，以防止任何成分從該組成物蒸發。在使用中，擦拭物係自容器取出，隨後擦過需要處理之區域；在難以處理污漬的情況下，擦拭物可重新擦過需要處理之區域，或者也可以使用複數個飽和的擦拭物。
依據本揭露的組成物較佳被以均勻的平均厚度施加於基材，該平均厚度從50奈米(nm)變化至5000nm，而且更佳為小於500nm，以避免在塗布的表面中產生可見的干涉色彩變化及/或朦朧的外觀，雖然也可以使用其他的厚度。
最佳的平均乾燥塗層厚度係取決於塗布的特定組成物，但一般來說，該組成物的平均乾燥厚度係介於5和1000nm之間，較佳為50至500nm(例如由原子力顯微鏡及/或表面輪廓測量術所估計)，雖然也可以使用其他的厚度。高於此範圍時，乾燥塗層厚度的變化通常會引發光學干涉效應，從而導致乾燥塗層有可見的虹彩(彩虹效應)，這在較暗的基材上尤其明顯。低於此範圍時，乾燥塗層的厚度可能不足以賦予大多數曝露於環境磨損的基材足夠的耐久性。
塗布基材的表面之後，可以在環境溫度下將生成的物件乾燥。或者，本文所述的組成物可以在100℉至250℉的範圍之較高溫度下實施乾燥。
本發明之目的及優點係藉由以下之非限定實例來進一步說明，但不應過度解讀這些實例中詳述的特定材料及其用量、以及其他條件及細節而限制本發明。
實例
除非另有說明，否則本說明書中之實例及其餘部分中的所有份數、百分比、比率等皆依重量計。
材料
可向Nalco Company of Naperville,IL.取得的NALCO 1115(「NP 1115」)膠體二氧化矽(4nm的體積平均粒徑，16.5重量%)。
可向Polysciences Inc.of Warrington,PA取得的POLY(ACRYLAMIDE/ACRYLIC ACID)90：10,SODIUM SALT(MW=200,000g/莫耳，10%羧基)(「PAA」)，使用水稀釋到10溶液重量%。
GLUCOPON 425N，基於天然脂肪醇C8-C16的烷基聚葡萄糖苷(約50%的活性物質，近似分子量=488)水溶液(使用約0.012%的戊二醛保存)，可向BASF Corporation,Florham Park,NJ.取得。
STEPANOLWA-EXTRA，十二烷基硫酸鈉(約29%的活性物質，近似分子量=288)的水溶液，可向Stepan Company,Northfield,IL取得。
可向BASF Corporation,Florham Park,NJ取得之LUTROPUR MSA甲烷磺酸水溶液(約70%活性物質)，以水稀釋至17.5溶液重量%。
CITRUS SZ 28421柑橘香料是向Sozio Inc.,Piscataway,NJ.取得。
測試方法 皂垢測試方法 A.用於製備皂垢的材料
Ivory塊狀肥皂(Procter and Gamble Co.,Cincinnati,Ohio)
合成皮脂(Scientific Services S/D Inc.,Sparrow Bush,New York)
Color Me Happy Herbal Essence洗髮乳(Procter and Gamble,Cincinnati,Ohio)
Color Me Happy Herbal Essence潤髮乳(Procter and Gamble,Cincinnati,Ohio)
氯化鈣二水合物(Sigma-Aldrich,St.Louis,Missouri)
硝酸鎂六水合物(Sigma-Aldrich,St.Louis,Missouri)
油酸(Sigma-Aldrich,St.Louis,Missouri)
粉塵(ISO 12103-1,A2 Fines ID# 10842F,Power Technology Inc.,Burnsville,Minnesota)
B.皂垢的製備
首先製備1000g包含氯化鈣脫水物(0.066重量%)和硝酸鎂六水合物(0.064重量%)的硬水溶液。在第一容器中，將壓碎的Ivory肥皂(1.99g)加入上述的硬水溶液(239.28g)中，並在60℃下將混合物超音波處理30分鐘。然後將合成皮脂(1.5g)加入該混合物中，並將該混合物再超音波處理10分鐘。在第二容器中，在60℃下將洗髮乳(1.99g)加入上述的硬水溶液(747.75g)中，並將混合物攪拌15秒鐘。然後將油酸(1.99g)加入該混合物中。將兩個容器的內容物組合，並在60℃下攪拌2小時。然後將潤髮乳(5.00g)加入上述組合的混合物中，並在41℃下攪拌15分鐘，隨後在45℃下再攪拌15分鐘。最後，將灰塵(0.50g)加入該混合物中並將該混合物攪拌10分鐘。
C.用於皂垢測試的玻璃板之製備
使用嫘縈/聚酯擦拭物(50/50，40克/m2的基本重量)將約0.3g的待測試清潔組成物塗布到4英吋(10.2cm)x 6英吋(15.2cm)玻璃板的4英吋(10.2cm)x 5英吋(12.7cm)表面積上。在室溫下乾燥經塗布的面板至少一小時，然後再進行皂垢測試。
D.皂垢保護測試
將固定量的皂垢(噴灑10次)噴灑到玻璃板的整個經塗布之表面上，並在室溫下經空氣乾燥3分鐘。然後使用流動水沖洗表面，並在室溫下再空氣乾燥另外7分鐘。這被計算為1個皂垢噴灑循環。在進行任何另外的皂垢噴灑循環之前檢查表面的水成片性能(親水性)。在給定的噴灑循環之後，基於顯現乾燥的玻璃板之表面積百分比來估計去除的塗層量。噴灑水以覆蓋整個塗布表面15秒之後，假使在經塗布的玻璃板上沒有以肉眼觀察到的乾燥，則將水成片性能定義為100%。如此一來，將在循環期間去除的塗層之百分比定義為0%。假使水成片性能被測定為零(玻璃板顯現乾燥)，則將在循環期間去除的塗層之量定義為100%，而且不進行另外的皂垢噴灑循環。假使水成片性能非為零，則重複皂垢噴灑循環直到被塗布的表面完全失去其水成片性能(零親水性或100%的塗層損失)。
清潔性能測試方法
評估該組成物從玻璃基材清除皂垢的能力如下。在4英吋(10.2cm)×6英吋(15.2cm)的玻璃板上塗布四層皂垢溶液(如上所述製備)，並在環境溫度下乾燥24小時。將約0.1克的待測試清潔組成物施加到一半的塗布皂垢的玻璃板(3英吋(7.6cm)×(10.2cm)的區段)上，並使用乾淨的擦拭物(嫘縈/聚酯)來回清潔該區段總共4次。將玻璃板的清潔外觀自1至10評等，10的評等表示完全潔淨的 玻璃表面，而1的評等表示基本上沒有任何皂垢塗層被從玻璃表面清除。還測試兩種市售的玻璃清潔劑以供比較。
樣本製備
將NP 1115膠態二氧化矽及PAA、界面活性劑及香料之水溶液組合攪拌，且用去離子水稀釋。藉由添加LUTROPUR MSA之水溶液，將該混合物酸化至如表中指示的pH值。
實例E1至實例E4及比較例CE1至比較例CE3
如上所述製備具有表1A及表1B中指示的組成之樣本。表中每一實例之材料量係以公克計。第一值是所添加的材料量，包括任何水，若其作為水溶液添加(例如，對於CE2來說，添加1.99克的10% PAA水溶液)。括號中之值為以固體(例如活性)材料(無水性液體存在)之公克數計的重量。如以上皂垢保護測試及清潔性能測試所述，測試組成物之皂垢性能及清潔性能。將測試結果列於表2中。
表1B的固體重量%是藉由將單一成分的重量(例如以E1中的NP 1115二氧化矽奈米顆粒為例為1.789g)除以二氧化矽奈米顆粒(1.789g)、水溶性共聚物(.201g)及界面活性劑(0.145+0.029)之重量總和再乘以100%來測定。
100‧‧‧物件
110‧‧‧層
120‧‧‧基材

Claims (16)

  1. 一種組成物，其包含：水性液相；二氧化矽奈米顆粒；丙烯酸與丙烯醯胺之水溶性共聚物或其鹽，其中該丙烯醯胺係由下式表示 其中R4為H或甲基；且R1及R2獨立地選自H、C1-C3烷基、或R3SO3H，其中R3為具有2至6個碳原子之伸烷基；0.5至50固體重量%之量的非離子界面活性劑；以及0.10至25固體重量%之量的陰離子界面活性劑。
  2. 如請求項1之組成物，其中該組成物具有小於或等於5的pH值。
  3. 如請求項1至2之組成物，其中該丙烯酸與丙烯醯胺之水溶性共聚物具有以下通式 其中R1及R2獨立地選自H、C1-C3烷基、或R3SO3H，其中R3為具有2至6個碳原子之伸烷基；且M+為鹼金屬陽離子。
  4. 如請求項1至3之組成物，其中該水溶性共聚物具有基於該組成物之總重量之至少90或100ppm的鹼金屬陽離子濃度。
  5. 如請求項1至4之組成物，其中該水溶性共聚物具有範圍從50：50至95：5的丙烯醯胺對丙烯酸重量比。
  6. 如請求項1至5之組成物，其中該非離子界面活性劑為烷基醣。
  7. 如請求項1至6之組成物，其中該陰離子界面活性劑為烷基磺酸鹽。
  8. 如請求項1至7之組成物，其中該水溶性聚合物係以0.5至85固體重量%之範圍的量存在。
  9. 如請求項1至8之組成物，其中該等二氧化矽奈米顆粒係以15至9(0固體重量%之範圍的量存在。
  10. 如請求項1至9之組成物，其中該等二氧化矽奈米顆粒具有60奈米或更小的體積平均粒徑。
  11. 如請求項1至10之組成物，其中該等二氧化矽顆粒為球形的，並且該組成物不含針狀二氧化矽顆粒。
  12. 如請求項1至11之組成物，其中該組成物基本上不含揮發性有機溶劑。
  13. 一種清潔物件的方法，該方法包含將如請求項1至12之組成物施加於基材之表面及至少部分地從該基材之該表面去除該水性液相。
  14. 如請求項13之方法，其中該表面包含玻璃、金屬、或陶瓷中之至少一者。
  15. 如請求項13至14之方法，其中該基材係選自於由淋浴隔間(shower surround)、浴缸、馬桶、水槽、水龍頭、窗戶、及鏡子所組成之群組。
  16. 一種物件，其包含如請求項1至12之組成物。
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