TW201544590A - 水溶性界面活性劑組成物及調配有此的塗料組成物 - Google Patents

水溶性界面活性劑組成物及調配有此的塗料組成物 Download PDF

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Abstract

[解決課題之手段] 本發明之界面活性劑組成物，其係含有(A)下述平均組成式(I)所表示的聚醚變性矽氧、(B1)水、及(C1)水溶性有機溶劑， □(式(I)中，R為氫原子或碳數1~5的烷基，n為6~20的整數)。 [效果] 本發明之組成物係調配於塗料中時，分散性、濕潤性、浸透性為優異、具有水溶解性，可對應於高速印刷、高速塗佈，亦適合於環境問題。

Description

水溶性界面活性劑組成物及調配有此的塗料組成物
本發明係關於水溶性界面活性劑組成物，特別是關於一種調配於塗料中時，由於動態表面張力及接觸角為低，故發揮優異的濕潤性、浸透性，且亦可對應於高速印刷及高速塗佈，進而對於近年的環境問題亦為適合的水溶性界面活性劑組成物、及調配該組成物的塗料組成物。
近年，在印刷業界中，因為環境問題等正在推行水性化。但，若為水系時，由於乾燥速度慢，因為較溶劑系的生產速度為慢，故經常被迫對應於生產性之提昇所伴隨著的高速化之對應，且要求對應於高速印刷或高速塗佈的塗料之性能提昇。
就如此般的背景而言，在塗料或水性塗料業界中，為了賦予對於基材的濕潤化、浸透性及分散性，故需要賦予優異的表面張力降低能及低接觸角的界面活性劑。若選擇界面活性劑之情形時，當系呈靜態狀態下時，以靜態表面張力為優異為重要，又因為前述提昇生產性而 致使需要印刷速度提昇的高速度使用時，動態表面張力之指標將為重要。
以往，聚醚變性矽氧(polyether denatured silicone)係如專利文獻1~4般，被認為作為塗料、塗料用濕潤劑、分散助劑等為有用。然而，對於以往的聚醚變性矽氧構造之主鏈的Si數、或氧化乙烯(ethylene oxide)加成莫耳數之限定的見解並非充分，在塗料用途中，塗料水溶液的溶解性因不充分故流體特性差，不但無法高速塗佈，且塗料特性有無法充分地發揮效果之情形。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2003-253166號公報
[專利文獻2]日本特開2007-154021號公報
[專利文獻3]日本特開2011-046035號公報
[專利文獻4]日本特開2013-203910號公報
本發明為用來改善上述事情而完成的，目的係提供一種由於具有低的動態表面張力及接觸角，故賦予優異的濕潤性、浸透性，且亦可對應於顧慮到對水之溶解性或環境問題的高速印刷及高速塗佈的水溶性界面活性劑組成物及塗料組成物。
本發明人為達成上述目的經重複深入研究之結果發現，將調配特定的聚醚變性矽氧界面活性劑的水溶性界面活性劑組成物調配於塗料中時，由於具有低的動態表面張力及接觸角，故賦予優異的濕潤性、浸透性，對於水之溶解性為良好，且亦可對應於高速印刷及高速塗佈，進而對於近年的環境問題亦為適合，因而完成本發明。
因此，本發明係提供一種如下述之水溶性界面活性劑組成物及調配有此的塗料組成物。
[1].一種界面活性劑組成物，其係含有(A)下述平均組成式(I)所表示的聚醚變性矽氧、(B1)水、及(C1)水溶性有機溶劑，
(式(I)中，R為氫原子或碳數1~5的烷基，n為6~20的整數)。
[2].如上述[1]之界面活性劑組成物，其中，上述平均組成式(I)所表示的聚醚變性矽氧的含量為1~95質量%，(B1)水與(C1)水溶性有機溶劑的總量為5~99質量 %(但，(A)、(B1)、(C1)的合計量為100質量%)。
[3].一種塗料組成物，其係在如上述[1]或[2]之界面活性劑組成物中，進而含有(D)選自染料、有機顏料及無機顏料之至少1種的著色料、(B2)水、(C2)水溶性有機溶劑而成。
[4].一種塗料組成物，其係含有(A)上述平均組成式(I)所表示的聚醚變性矽氧：0.05~10質量%、(B)水：25~97.9質量%、(C)水溶性有機溶劑：1~50質量%、(D)選自染料、有機顏料及無機顏料之至少1種的著色料：1~20質量%
(但，(B)成分係由(B1)成分與(B2)成分所成，(C)成分係由(C1)成分與(C2)成分所成)而成。
[5].如上述[3]或[4]之塗料組成物，其中，(C2)水溶性有機溶劑係選自乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、丙三醇、三乙二醇、丁二醇、1,2,6-己三醇、硫乙二醇、己二醇、三羥甲基丙烷、尿素、2-吡咯啶酮、N-甲基-2-吡咯啶酮、二乙二醇單甲基醚、二乙二醇單乙基醚、二乙二醇單丙基醚、二乙二醇單丁基醚、乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單丙基醚、乙二醇單丁基醚之至少1種。
本發明之水溶性界面活性劑組成物，由於剛滴下之後的接觸角低，且動態表面張力亦低，故添加在塗料中時，不但發揮對於基材之濕潤性、浸透性及消泡性，亦可對應於高速印刷及高速塗佈，且對於環境問題亦為適合的優異的界面活性劑組成物。藉由此特性，本發明之水溶性界面活性劑組成物在實用上極為有利。
[實施發明之的最佳形態]
本發明之水溶性界面活性劑組成物係含有(A)特定的聚醚變性矽氧、(B1)水、及(C1)水溶性有機溶劑。
在此，(A)成分的聚醚變性矽氧係下述平均組成式(I)所表示者。
式(I)中，R為氫原子或碳數1~5的烷基，較佳為氫原子或甲基。n為6~20的整數，較佳為6~15，更佳為7~10的整數。若n為5以下時，水溶液為差，使成為塗料時之對於基材之濕潤性會變差，或產生塗料不均勻等；超過20時之表面張力會提高，又，對於基材之濕潤性亦會變大，故不宜。又，若R為具有6以上的碳數的 烷基時，水溶性差、黏度特性會提高且塗料塗佈性會變差，故不宜。
作為本發明中所使用的(A)聚醚變性矽氧，可舉例下述之種類。
調製本發明之水溶性界面活性劑組成物時所使用的(A)成分之調配比例，係以組成物100質量%中1~95質量%為較佳，又較佳為5~90質量%。調配於塗料中時，相同地若未滿1質量%時，因產生泡沫而成為印刷時之滲出的原因；若超過95質量%時，因水溶解性變差而成為印刷時之滲出的原因，故有不宜之情形。
本發明之水溶性界面活性劑組成物係進而含有(B1)水、(C1)水溶性有機溶劑。作為(C1)水溶性有機溶劑，可舉例乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、丙三醇等，亦可併用2種以上，只要無損及本水溶性界面活性劑組成物之特性，組成物100質量%中以(B1)成分與(C1)成分之合計為5~99質量%，較佳為可使用10~95質量%的量。尚，相對於組成物全體，(C1)成分的含量為5~90質量%，特別是以10~80質量%為較佳。
本發明之水溶性界面活性劑組成物，係藉由例如螺旋槳式攪拌機等之周知的混合調製方法來混合上述各成分而可得到。又，對於常溫下為固體的成分，依需要可加溫後進行混合。
在此，所得的水溶性界面活性劑組成物，其0.1質量%水溶液的滴下0.3秒後的接觸角較佳為20度以下，又較佳為5度以下。進而，1Hz及10Hz時的動態表面張力分別較佳為40mN/m以下，又較佳為20~35mN/m。
尚，接觸角係使用接觸角計CA-D型(協和界面科學公司製)，來測定0.1質量%水溶液的滴下0.3秒後的值，動態表面張力係使用氣泡壓力型動態表面張力儀Kruss BP-100(KRUSS公司製)，來測定0.1質量%水溶液的1Hz及10Hz的值。
所得的水溶性界面活性劑組成物的0.1質量%水溶液的滴下0.3秒後的接觸角若超過20度時，調配於塗料中後，因為收縮(cissing)的產生或吸收性變差，故有產生塗料的滲出之情形。相同地0.1質量%水溶液的1Hz及10Hz時的動態表面張力若超過40mN/m時，在刷毛塗佈或棒式塗佈之塗佈時，即使沒有發現收縮，但在利用印刷機或塗佈機進行印刷等時，有產生因收縮或浸透力不足所致的滲出之情形。
使用本發明之水溶性界面活性劑組成物來製造塗料組成物(以下，有僅以塗料稱呼之情形)時，相對於塗料全量，(A)成分的聚醚變性矽氧為0.05~10質量%，較佳為0.05~5質量%，又較佳為0.1~5質量%的添加量來使用為宜。
將本發明之水溶性界面活性劑組成物使用於塗料時，除了本發明之水溶性界面活性劑組成物之外，可任意地包含染料或顏料等之著色料、水或溶劑等之溶媒、樹脂、其他添加劑。
作為著色料可合適使用染料、有機顏料或無機顏料。例如，作為染料，除了在色指數中被分類成酸性 染料、直接染料、反應染料、士林染料、硫化染料或食品用色素以外，亦可使用被分類成油溶染料、鹼性染料的著色劑。又，作為顏料，以黑色塗料用之爐黑(Color Black)、燈黑、乙炔黑、隧道法碳黑等之碳黑(C.I.顏料黑7)類，具體而言，可舉例如：Raven(Raven)7000、Raven5750、Raven5250、Raven5000、Raven3500、Raven2000、Raven1500、Raven1250、Raven1200、Raven1190ULTRA-II、Raven1170、Raven1255(以上，Columbia公司製)、Black Pearls(Black Pearls)L、Regal(Regal)400R、Regal 330R、Regal 660R、Mogul(Mogul)L、Monarch(Monarch)700、Monarch800、Monarch880、Monarch900、Monarch1000、Monarch1100、Monarch1300、Monarch1400、Valcan(Valcan)XC-72R(以上，Cabot公司製)、Color Black(Color Black)FW1、Color Black FW2、Color Black FW2V、Color Black FW18、Color Black FW200、Color Black S150、Color Black S160、Color Black S170、Printex(Printex)35、PrintexU、PrintexV、Printex140U、Printex140V、Special Black(Special Black)6、Special Black5、Special Black4A、Special Black4(以上，DEGUSSA公司製)、No.25、No.33、No.40、No.47、No.52、No.900、No.2300、MCF-88、MA600、MA7、MA8、MA100(以上，三菱化學公司製)等、或銅氧化物、鐵氧化物(C.I.顏料黑11)、氧化鈦等之金屬類、苯胺黑 (C.I.顏料黑1)等之有機顏料。進而，作為彩色塗料用，可使用：C.I.顏料黃色1(堅牢黃色G)、3、12(雙偶氮黃色AAA)、13、14、17、24、34、35、37、42(黃色氧化鐵)、53、55、74、81、83(雙偶氮黃色HR)、93、94、95、97、98、100、101、104、108、109、110、117、120、128、138、153、180、C.I.顏料紅色1、2、3、5、17、22(亮堅牢猩红(brilliant fast scarlet))、23、31、38、48：2(永固紅色2B(Ba))、48：2(永固紅色2B(Ca))、48：3(永固紅色2B(Sr))、48：4(永固紅色2B(Mn))、49：1、52：2、53：1、57：1(亮洋红6B)、60：1、63：1、63：2、64：1、81(玫瑰紅(Rhodamine)6G色澱(Lake))、83、88、101(紅鐵)、104、105、106、108(鎘紅)、112、114、122(喹吖啶酮紅)、123、146、149、166、168、170、172、177、178、179、185、190、193、202、206、209、219、C.I.顏料紫19、23、C.I.顏料橙36、C.I.顏料藍色1、2、15(酞青藍色R)、15：1、15：2、15：3(酞青藍色G)、15：4、15：6(酞青藍色E)、16、17：1、56、60、63、C.I.顏料綠1、4、7、8、10、17、18、36等。
調製塗料時的著色料之使用量並無特別限定，但以塗料中1~20質量%為較佳，又較佳為2~10質量%。
在本發明之水溶性界面活性劑組成物中，係包含(B1)水、(C1)水溶性有機溶劑，但於塗料調整時，進而亦可追加(B2)水與(C2)水溶性有機溶劑。作為(C2)水溶 性有機溶劑有：乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、分子量2,000以下之聚乙二醇、1,3-丙二醇、異丙二醇、異丁二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、丙三醇、內消旋赤蘚醇、新戊四醇、硫乙二醇、己二醇等之二醇類、碳數1~4的烷基醇類、乙二醇醚類、甲醯胺、乙醯胺、二甲基亞碸、山梨醇、去水山梨醇、乙酸甘油酯、二乙酸甘油酯、三乙酸甘油酯、環丁碸、1,2,6-己三醇、三羥甲基丙烷等之多元醇類、尿素、2-吡咯啶酮、N-甲基-2-吡咯啶酮、二乙二醇單甲基醚、二乙二醇單乙基醚、二乙二醇單丙基醚、二乙二醇單丁基醚、乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單丙基醚、乙二醇單丁基醚等，可適當選擇此等之1種或2種以上來使用。
調製塗料時的(B2)水與(C2)水溶性有機溶劑之使用量並無特別限定，但與本發明之水溶性界面活性劑中所含的量於合併後，塗料中以(B)水+(C)水溶性有機溶劑，較佳為50~97.9質量%，又較佳為60~95質量%。在此塗料全量中的水設為(B){(B)=(B1)+(B2)}、塗料全量中的水溶性有機溶劑設為(C){(C)=(C1)+(C2)}。此時，相對於塗料組成物，(C)成分的量為1~50質量%，特別是設為5~40質量%為較佳。
進而，在塗料組成物中可調配樹脂。作為樹脂，以形成聚合物的物質的疏水基係選自至少烷基、環烷基或芳基之1種以上為較佳。又，親水基以至少羧基、磺 酸基、羥基、胺基、或醯胺基或此等之鹼為較佳。
作為形成此等分散聚合物的物質之具體例，可使用具有雙鍵的丙烯醯基、甲基丙烯醯基、具有乙烯基或芳基的單體或低聚物類。除了例如苯乙烯、丙烯酸四氫糠酯、甲基丙烯酸丁酯、(α,2,3或4)-烷基苯乙烯、(α,2,3或4)-烷氧基苯乙烯、3,4-二甲基苯乙烯、α-苯基苯乙稀、二乙烯苯、乙烯基萘、(甲基)丙烯酸二甲基胺基酯、(甲基)丙烯酸二甲基胺基乙酯、二甲基胺基丙基丙烯醯胺、丙烯酸N,N-二甲胺基乙酯、丙烯醯嗎啉、N,N-二甲基丙烯醯胺、N-異丙基丙烯醯胺、N,N-二乙基丙烯醯胺、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸乙基己酯、其他的(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸甲氧基二乙二醇酯、乙氧基、丙氧基、丁氧基之二乙二醇或聚乙二醇之(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸環己酯、(甲基)丙烯酸苄基酯、(甲基)丙烯酸苯氧基酯、(甲基)丙烯酸異降冰片基酯、(甲基)丙烯酸羥烷基酯、其他的含氟、含氯、含矽(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯醯胺、馬來酸醯胺、(甲基)丙烯酸等之1官能以外，若導入交聯構造時，可使用具有(單、二、三、四、聚)乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,8-辛二醇及1,10-癸二醇等之(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、丙三醇(二、三)(甲基)丙烯酸酯、雙酚A或F的環氧乙烷加成物之二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二新戊四 醇六(甲基)丙烯酸酯等之丙烯醯基或甲基丙烯酸基之化合物。
調製塗料時的樹脂的使用量並無特別限定，但以塗料中0~30質量%為較佳，又較佳為0~20質量%。尚，調配時以設為1質量%以上為較佳。
作為其他添加劑，亦可適當調配紫外線吸收劑、抗氧化劑、pH調整劑、防腐劑、黏度調整劑等。此等其他添加劑，除了上述材料之外，可作為塗料組成物100質量%中的剩餘部份調配有效量。
藉由分散．溶解本發明之水溶性界面活性劑組成物、著色料、溶劑、樹脂、其他添加劑等後進行混合攪拌，可得到具有優異特性的塗料。
作為所得的塗料，藉由黏度調整成4mPa．s以下(不包含0)，故印字特性將為優異。
又，該塗料進而可以輥塗佈機等之周知的塗佈方法塗佈或印刷在紙、塑膠、陶瓷等之基材上。此時，較佳可以100~500m/分的速度進行塗佈，並可製作成為記錄媒體。
[實施例]
以下為表示實施例及比較例並具體地說明本發明，但本發明並不限制於下述實施例中。尚，在下述之例子中，份及%，係分別表示質量份、質量%。
[實施例1]
將加溫至50℃的(A-1)80份投入到附有螺旋槳式攪拌機的容器中，緩慢地添加丙二醇10份、水10份後，攪拌1小時後而得到界面活性劑組成物(以下，將此稱為M-1)。
[實施例2~4、比較例1~9]
與實施例1以相同之方式並以表1所表示的調配組成，得到界面活性劑組成物M-2~M-13。
尚，各物性之測定係以如下述般之方式來進行。將結果表示於表2。
<水溶解性>
進行上述水溶液之外觀及不溶解物的有無之確認。
○：水溶液呈透明，無法確認不溶解物
△：水溶液呈白濁，但無法確認不溶解物
×：可確認一部份不溶解物
<動態表面張力>
使用KRUSS公司製氣泡壓力型動態表面張力儀Kruss BP-100，來測定界面活性劑組成物的0.1%水溶液的1Hz及10Hz的動態表面張力。
<接觸角>
使用協和界面科學公司製接觸角計CA-D型，將界面活性劑組成物的0.1%水溶液，滴下於日本testpanel公司製SUS-304上，測定0.3秒後的接觸角。
[塗料調配] [實施例5]
作為塗料，在離子交換水70份中，以螺旋槳式攪拌機進行攪拌，同時緩慢地添加黑色顏料的Color Black S170(DEGUSSA公司製)5份後，添加界面活性劑組成物M-1 1份、聚乙二醇(分子量200)10份、丙三醇15份並攪拌1小時後，得到黑色塗料組成物(以下，將此稱為甲-1)。
進而，分別使用洋紅顏料(C.I.顏料紅色122)、青色顏料(C.I.顏料藍色15：3)、黃色顏料(C.I.顏料黃色74)來替代上述黑色顏料，藉由與上述相同之方法來製作洋紅(M)、青色(C)、黃色(Y)塗料。
[實施例6~8、比較例10~18]
與實施例5以相同之方式，得到使用界面活性劑組成物M-1~M-13的黑色塗料組成物甲-2~甲-15。
[實施例9]
作為塗料，在離子交換水70份中，以螺旋槳式攪拌機進行攪拌，同時緩慢地添加黑色顏料的Color Black S170(DEGUSSA公司製)5份後，添加界面活性劑組成物M-1 0.12份、聚乙二醇(分子量200)10份、丙三醇15份並攪拌1小時後，得到黑色塗料組成物(以下，將此稱為 甲-5)。
進而，分別使用洋紅顏料(C.I.顏料紅色122)、青色顏料(C.I.顏料藍色15：3)、黃色顏料(C.I.顏料黃色74)來替代上述黑色顏料，藉由與上述相同之方法來製作洋紅(M)、青色(C)、黃色(Y)塗料。
[實施例10]
作為塗料，在離子交換水70份中，以螺旋槳式攪拌機進行攪拌，同時緩慢地添加黑色顏料的Color Black S170(DEGUSSA公司製)5份後，添加界面活性劑組成物M-1 5份、聚乙二醇(分子量200)10份、丙三醇15份並攪拌1小時後，得到黑色塗料組成物(以下，將此稱為甲-6)。
進而，分別使用洋紅顏料(C.I.顏料紅色122)、青色顏料(C.I.顏料藍色15：3)、黃色顏料(C.I.顏料黃色74)來替代上述黑色顏料，藉由與上述相同之方法來製作洋紅(M)、青色(C)、黃色(Y)塗料。
尚，各特性之測定係以如下述般之方式來進行。將結果合併記於表3、4。
[塗料之評估] 1)印字濃度
有關於利用SEIKO EPSON製PX-045A使用黑塗料印字在普通紙上的點，並利用Sakura顯微光密度計PDM-5 型(Sakura精機公司製)測定印字濃度。印字濃度以0.99~1.10為較佳，1.01~1.10為又較佳。
2)點徑
利用SEIKO EPSON製PX-045A使用黑塗料印刷在普通紙上，放大至100倍並測定點徑。點徑以200~250μm為較佳，220~240μm為又較佳。
3)印字畫面之色濃度
利用SEIKO EPSON製PX-045A，將黑色(B)、洋紅(M)、青色(C)、黃色(Y)滿版印刷在普通紙上，並以Macbeth濃度計RD-918(Macbeth公司製)測定。色濃度以1.35~2.00為較佳，1.40~2.00為又較佳。
4)塗料吸收性
利用SEIKO EPSON製PX-045A，將黑色(B)、洋紅(M)、青色(C)、黃色(Y)同時噴射在普通紙的相同地方，於1秒後以紙壓板來摩擦並測定因塗料所致的髒污。
○：白色部分之無髒污者
△：些微程度髒污
×：髒污程度嚴重
5)畫面均勻性
將印字物的網點放大觀察，並以目視來觀察印刷物之 平坦性。
評估基準
○：幾乎沒有濃度差
△：有些許濃度差
×：網點內僅能看到月牙形狀的斑點圖案

Claims (5)

  1. 一種界面活性劑組成物，其係含有(A)下述平均組成式(I)所表示的聚醚變性矽氧、(B1)水、及(C1)水溶性有機溶劑， (式(I)中，R為氫原子或碳數1~5的烷基，n為6~20的整數)。
  2. 如請求項1之界面活性劑組成物，其中，上述平均組成式(I)所表示的聚醚變性矽氧的含量為1~95質量%，(B1)水與(C1)水溶性有機溶劑的總量為5~99質量%(但，(A)、(B1)、(C1)的合計量為100質量%)。
  3. 一種塗料組成物，其係在如請求項1或2之界面活性劑組成物中，進而含有(D)選自染料、有機顏料及無機顏料之至少1種的著色料、(B2)水、(C2)水溶性有機溶劑而成。
  4. 一種塗料組成物，其係含有(A)上述平均組成式(I)所表示的聚醚變性矽氧：0.05~10質量%、(B)水：25~97.9質量%、 (C)水溶性有機溶劑：1~50質量%、(D)選自染料、有機顏料及無機顏料之至少1種的著色料：1~20質量%(但，(B)成分係由(B1)成分與(B2)成分所成，(C)成分係由(C1)成分與(C2)成分所成)而成。
  5. 如請求項3或4之塗料組成物，其中，(C2)水溶性有機溶劑係選自乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、丙三醇、三乙二醇、丁二醇、1,2,6-己三醇、硫乙二醇、己二醇、三羥甲基丙烷、尿素、2-吡咯啶酮、N-甲基-2-吡咯啶酮、二乙二醇單甲基醚、二乙二醇單乙基醚、二乙二醇單丙基醚、二乙二醇單丁基醚、乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單丙基醚、乙二醇單丁基醚之至少1種。
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