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分散劑.pdf

摘要
申請專利號:

CN201480008244.2

申請日:

2014.02.07

公開號:

CN104981286A

公開日:

2015.10.14

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):B01F 17/00申請日:20140207|||公開
IPC分類號: B01F17/00 主分類號: B01F17/00
申請人: 禾大公司
發明人: J·E·休吉斯; W·H·麥克納梅; 陳新
地址: 美國新澤西
優先權: 61/763,253 2013.02.11 US
專利代理機構: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038 代理人: 王長青
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201480008244.2

授權公告號:

104981286B||||||

法律狀態公告日:

2017.06.23|||2015.12.30|||2015.10.14

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種組合物,所述組合物包含至少一種微粒無機或有機化合物和分散劑,所述分散劑包含具有至少一個羧酸基團的二聚脂肪酸和/或三聚脂肪酸的殘基,所述殘基衍生以提供末端仲胺或叔胺。所述分散劑可以通過二聚脂肪酸和/或三聚脂肪酸和含有仲胺或叔胺的化合物反應來形成。本發明還包括所述分散劑用于分散組合物中的微粒無機或有機化合物的用途。

權利要求書

權利要求書
1.  一種組合物,所述組合物包含至少一種微粒無機或有機化合物和分散劑,所述分散劑包含具有至少一個羧酸基團的二聚脂肪酸和/或三聚脂肪酸的殘基,所述殘基衍生以提供末端仲胺或叔胺。

2.  權利要求1所要求的組合物,其中所述分散劑選自通式(I)和/或(II)所示的化合物:
[(R2)(R1)N-L1-]m-D-[-L2-N(R3)(R4)]n    (I)

其中
D表示二聚脂肪酸;
T表示三聚脂肪酸;
L1、L2和L3每個獨立地表示包含1-10個碳原子的連接基團;
R1、R2、R3、R4、R5和R6每個獨立地表示氫或C1-C6烷基;
R1和R2中至少一個表示C1-C6烷基,R3和R4中至少一個表示C1-C6烷基,和R5和R6中至少一個表示C1-C6烷基;
對于式(I),m和n之和是1或2;和
對于式(II),m、n和p之和是1、2或3。

3.  權利要求2所要求的組合物,其中所述連接基團L1、L2和L3每個獨立地是包含1-6個碳原子的烷基或取代的烷基。

4.  權利要求2或3所要求的組合物,其中所述連接基團和所述仲胺或叔胺提供在相同反應物化合物中,其中所述反應物化合物選自胺、二胺、醇或胺醇。

5.  權利要求4所要求的組合物,其中所述反應物化合物選自n,n-二甲基乙醇胺(DMEA)、二乙基氨基乙醇(DEEA)或二甲基氨基丙基胺(DMAPA)。

6.  權利要求2-5任一項所要求的組合物,其中所述分散劑包含至少50wt%的二取代的化合物,其中值m和n之和等于2。

7.  前述權利要求任一項所要求的組合物,其中所述組合物中分散劑與微粒無機或有機化合物之比小于0.06:1,作為重量百分比之比。

8.  前述權利要求任一項所要求的組合物,其中所述至少一種微粒無機或有機化合物是顏料。

9.  前述權利要求任一項所要求的組合物,其中所述組合物是涂料組合物。

10.  一種分散劑,所述分散劑通過二聚脂肪酸和/或三聚脂肪酸和包含仲胺或叔胺的化合物反應來形成。

11.  權利要求10所要求的分散劑,其中所述包含仲胺或叔胺的化合物選自二胺或胺醇。

12.  權利要求11所要求的分散劑,其中所述二胺或胺醇選自n,n-二甲基乙醇胺(DMEA)、二乙基氨基乙醇(DEEA)或二甲基氨基丙基胺(DMAPA)。

13.  一種著色劑組合物,所述著色劑組合物包含至少一種為顏料的微粒無機或有機化合物和權利要求10-12任一項所要求的分散劑。

14.  根據權利要求1-6或10-12任一項的分散劑的用途,用于分散組合物中的微粒無機或有機化合物。

15.  權利要求14所要求的分散劑的用途,其中所述微粒無機或有機化合物是顏料。

說明書

說明書分散劑
本申請涉及和要求2013年2月11日提交的標題為“DISPERSANTS”的美國臨時申請No.61/763253的權益,其內容在此通過參考引入。
技術領域
本發明涉及用于微粒無機或有機化合物、特別是顏料的分散劑,涉及制備所述分散劑的方法和包含所述分散劑和微粒無機或有機化合物的組合物。
背景技術
用于顏料的分散劑是公知的。包含顏料的溶劑性涂料組合物經常需要加入分散劑,來有效分散和穩定該組合物,特別是在使用特別細的粒度的情況中更是如此。一種常用的現有的顏料分散劑是基于聚己內酯/十二烷酸/聚醚酰亞胺。這種現有的分散劑銷售和用于汽車和工業溶劑基油漆。
聚己內酯/十二烷酸/聚醚酰亞胺分散劑典型地是固體分散劑,因此難以使用。此外,其它類似的分散劑經常需要協同劑來幫助將該分散劑結合到顏料上,因此使用不需要協同劑的分散劑是有利的。
特別地,用于顏料如炭黑的分散劑用于汽車工業的涂料中。這些涂料施用到金屬上。涂料組合物領域的技術人員公知的是,溶劑減少性涂料組合物的炭黑著色是最難以著色來表現出一致和高標準顯色之一。
一般認為溶劑減少性涂料組合物的炭黑著色(例如丙烯酸磁漆、硝基纖維素清漆和醇酸樹脂磁漆)的主要問題在于,與利用本領域常規使用的其它顏料通常能夠實現的相對容易的顯色相比,難以完全實現這類顏料的黑色顯色潛力。
化合物的類似化學性質被用于其它技術領域。它們包括US2,389,680,其公開了用羧酸的氨基烷基酰胺來處理瀝青,其中烷基是C10-C23飽和或不飽和鏈。瀝青的處理導致了對于結合礦物骨料來說改進的附著性。
US6,982,078公開了二聚酰胺丙基聚季化合物。這些化合物基于使用C36二聚二酸,并且公開用于個人護理應用中的阻隔產品。
EP1073511公開了二胺中和的化合物和羧酸。聚合的二官能化陽離子化合物公開用作化妝品、個人護理和家用產品中的潤膚劑和調節劑。
所以,本發明尋求提供一種分散劑,所述分散劑會表現出對于組合物中的微粒無機或有機化合物、特別是顏料的良好的分散劑性能。本發明還尋求提供一種分散劑,所述分散劑在溶劑減少性保護性和裝飾性涂料組合物中具有良好的顏料(包括炭黑顏料)顯色性。特別地,本發明尋求提供一種分散劑,所述分散劑具有允許在組合物中使用較少溶劑的所述性能,同時具有與現有的分散劑和組合物水平相當的機械和其它物理性能。
本發明進一步尋求提供一種制備具有改進性能的分散劑的方法,以及還尋求提供所述分散劑在組合物中的用途。
發明內容
根據本發明的第一方面,提供的是一種組合物,所述組合物包含至少一種微粒無機或有機化合物和分散劑,所述分散劑包含具有至少一個羧酸基團的二聚脂肪酸和/或三聚脂肪酸的殘基,所述殘基衍生以提供末端仲胺或叔胺。
根據本發明的第二方面,提供的是一種分散劑,所述分散劑通過二聚脂肪酸和/或三聚脂肪酸和包含仲胺或叔胺的化合物反應來形成。
根據本發明的第三方面,提供的是根據第一方面的分散劑或通過第二方面形成的分散劑的用途,用于分散組合物中的微粒無機或有機化合物。
具體實施方式
已經發現,二聚脂肪酸和/或三聚脂肪酸殘基(所述殘基具有至少一個羧酸基團并衍生以提供末端仲胺或叔胺)可以用作組合物中的微粒無機或有機化合物、特別是顏料的分散劑,和這種分散劑提供了良好的分散性。歸因于該改進的分散性,所述組合物可以包含比現有分散劑所需更少的溶劑,或當使用與現有分散劑相同量的該分散劑時,能夠允許更高的顏料負載量。特別是當該分散劑與顏料例如炭黑(其用于汽車涂料)一起使用時,已經發現了這些有利的效應。
如在本文所用的,術語“例如”、“如”或“包括”表示引入進一步澄清更一般性的主題的例子。除非另有規定,這些例子僅僅提供來幫助理解本發明公開中所述的應用,并不表示以任何方式限制。
將理解當描述取代基中碳原子數目(例如“C1-C6烷基”)時,該數目指的是取代基中存在的碳原子的總數,包括在任何支鏈基中存在的任何碳原子。此外,當描述例如脂肪酸中碳原子的數目時,這指的是包括羧基中的一個碳原子和任何支鏈基中存在的任何碳原子的碳原子總數。
優選該分散劑可以選自通式(I)和/或(II)所示的化合物:
[(R2)(R1)N-L1-]m-D-[-L2-N(R3)(R4)]n    (I)

其中
D表示二聚脂肪酸;
T表示三聚脂肪酸;
L1、L2和L3每個獨立地表示包含1-10個碳原子的連接基團;
R1、R2、R3、R4、R5和R6每個獨立地表示氫或C1-C6烷基;
R1和R2中至少一個表示C1-C6烷基,R3和R4中至少一個表示C1-C6烷基,和R5和R6中至少一個表示C1-C6烷基;
對于式(I),m和n之和是1或2;和
對于式(II),m、n和p之和是1、2或3。
術語二聚脂肪酸(也稱作二聚二酸或二聚脂肪二酸)是本領域公知的,并且指的是單或多不飽和脂肪酸和/或其酯的二聚產物。相關術語三聚脂肪酸類似地指的是單或多不飽和脂肪酸和/或其酯的三聚產物。
二聚脂肪酸描述在T.E.Breuer,“Dimer Acids”,J.I.Kroschwitz(編輯),Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology,第4版,Wily,紐約,1993,第8卷,第223-237頁中。它們通過在壓力下聚合脂肪酸、然后通過蒸餾除去大部分未反應的脂肪酸起始材料來制備。最終產物通常包含一些少量的單脂肪酸和三聚脂肪酸,但是大部分由二聚脂肪酸構成。根據期望,所形成的產物可以用不同比例的不同的脂肪酸來制備。
二聚脂肪酸與三聚脂肪酸之比可以通過調整加工條件和/或不飽和脂肪酸原料來改變。二聚脂肪酸可以以基本純的形式使用本領域已知的純化技術從產物混合物分離,或替代地,可以使用二聚脂肪酸和三聚脂肪酸的混合物。
用于本發明的二聚脂肪酸優選衍生自C10-C30脂肪酸、更優選C12-C24脂肪酸、特別是C14-C22脂肪酸、進一步優選C16-C20脂肪酸和尤其是C18脂肪酸的二聚產物。因此,所形成的二聚脂肪酸優選包含20-60、更優選24-48、特別是28-44、進一步優選32-42和尤其是36個碳原子。
衍生二聚脂肪酸的脂肪酸可以選自線性或支化的不飽和脂肪酸。不飽和脂肪酸可以選自具有順式/反式構造的脂肪酸,和可以具有一個或多個不飽和雙鍵。
優選所用的脂肪酸是線性單不飽和脂肪酸。
合適的二聚脂肪酸優選衍生自油酸、亞油酸、亞麻酸、棕櫚油酸或反油酸的二聚產物(即是所述二聚產物的二聚等價物)。具體地,合適的二聚脂肪酸衍生自油酸。
二聚脂肪酸可以是獲自天然脂肪和油(例如向日葵油、大豆油、橄欖油、菜籽油、棉籽油或妥爾油)的水解的不飽和脂肪酸混合物的二聚產物。
二聚脂肪酸的分子量(重均)優選是450-690、更優選500-640、特別是530-610和尤其是550-590。
除了二聚脂肪酸之外,二聚通常導致存在不同量的三聚脂肪酸(所謂“三聚體”)、低聚脂肪酸,和單體脂肪酸(所謂“單體”)的殘基,或它們的酯。單體的量例如可以通過蒸餾來降低。
類似地,任選的三聚脂肪酸優選衍生自關于二聚脂肪酸所提及的材料的三聚產物,并且優選是C10-C30、更優選C12-C24、特別是C14-C22、進一步優選C16-C20脂肪酸和尤其是C18脂肪酸的三聚體。因此,三聚脂肪酸優選包含30-90、更優選36-72、特別是42-66、進一步優選48-60和尤其是54個碳原子。
三聚脂肪酸的分子量(重均)優選是750-950,更優選790-910,特別是810-890和尤其是830-870。
在本發明的一個實施方案中,四聚脂肪酸和更高的低聚物(下文中均稱作低聚酸)在二聚脂肪酸生產過程中形成。因此,這種低聚酸還可以與三聚脂肪酸和/或二聚脂肪酸和/或單體脂肪單酸組合,存在于本發明所用的二聚脂肪酸中。
低聚酸優選是低聚物,所述低聚物含有4個或更多個衍生自C10-C30、更優選C12-C24、特別是C14-C22和尤其是C18脂肪酸的單元。低聚酸的分子量(重均)合適地是大于1000,優選1200-1800,更優選1300-1700,特別是1400-1600和尤其是1400-1550。
在一個實施方案中,分散劑可以僅使用二聚二酸或三聚三酸來形成。在一個替代的優選實施方案中,可以使用由二聚二酸和三聚三酸的混合物形成的分散劑。
二聚脂肪二醇和三聚脂肪三醇也可以用于形成分散劑。二聚脂肪酸和三聚脂肪酸在本文進行了討論,并且二聚脂肪二醇和三聚脂肪三醇可以通過氫化相應的二聚/三聚脂肪酸來形成。對于二聚/三聚脂肪酸的詳盡的相同的優先適用于相應的二聚脂肪二醇和三聚脂肪三醇。
用于本發明的二聚脂肪酸的二聚脂肪酸(或二聚體)含量優選可以大于60wt%,更優選大于70wt%,特別是大于80wt%,和尤其是大于85wt%。另外,特別優選的二聚脂肪酸的三聚脂肪酸(或三聚體)含量可以 小于40wt%,更優選小于30wt%,特別是小于20wt%,和尤其是小于15wt%。
在一個替代的實施方案中,二聚脂肪酸的二聚脂肪酸(或二聚體)含量優選可以是70wt%-99wt%,例如70-96wt%。這可以特別地應用于兩種組分或交聯的體系。
在另一實施方案中,二聚脂肪酸的二聚體含量可以是90wt%-99wt%,和三聚脂肪酸含量可以小于1wt%。
此外,二聚和/或三聚脂肪酸優選包含小于10wt%、更優選小于6wt%、特別是小于4wt%和尤其是小于3.5wt%的單脂肪單酸(或單體)。
特別優選的是,二聚脂肪二酸和三聚脂肪三酸的混合物可以以下面的范圍被包含;
70-90wt%的二聚脂肪二酸,10-30wt%的三聚脂肪三酸;
85-99.5wt%的二聚脂肪二酸,0.1-10wt%的三聚脂肪三酸;或
15-35wt%的二聚脂肪二酸,50-90wt%的三聚脂肪三酸,
混合物的任何其余余量由單體脂肪酸或其它低聚物構成。
全部上述重量百分比值是基于所存在的聚合的脂肪酸和單脂肪酸的總重量。
L1、L2和L3每個表示存在于二聚二酸或三聚三酸的羧酸官能團,與仲或叔末端胺之間的連接基團。
所述連接基團L1、L2和L3每個獨立地包含1-10個碳原子。優選所述連接基團每個可以是包含1-6個碳原子的烷基或取代的烷基。更優選所述連接基團每個可以是包含1-4個碳原子的烷基或取代的烷基。最優選所述連接基團每個可以是包含2或3個碳原子的烷基或任選取代的烷基。
連接基團每個可以獨立地是直鏈或支化的部分。
烷基低級烷基可以任選地用下面的基團取代:羥基、氟、氯、溴、碘、硝基、OR7、SR8、NR9R10、芳基或雜基團,其中R7-R10每個獨立地表示氫,或C1-C3低級烷基。
連接基團每個可以獨立地優選用伯胺或羥基末端取代。
連接基團的例子可以獨立地選自甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、2-甲基丁基等。
基團R1、R2、R3、R4、R5和R6每個獨立地表示氫或C1-C6烷基。此外,R1和R2的至少兩個表示C1-C6烷基,R3和R4的至少兩個表示C1-C6烷基,和R5和R6的至少兩個表示C1-C6烷基。優選全部的基團R1、R2、R3、R4、R5和R6每個獨立地表示C1-C6烷基。
如在本文所用的,除非另有定義,術語“C1-C6烷基”指的是含有1-6個碳原子的為直鏈的飽和烴基或支化的部分。
優選基團R1、R2、R3、R4、R5和R6每個獨立地表示C1-C4烷基。更優選基團R1、R2、R3、R4、R5和R6每個獨立地表示C1-C3烷基。
基團R1、R2、R3、R4、R5和R6可以獨立地選自甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、2-甲基-丁基、戊基、己基等。更優選基團R1、R2、R3、R4、R5和R6可以獨立地選自甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基或叔丁基。最優選基團R1、R2、R3、R4、R5和R6可以獨立地選自甲基或乙基。
特別地,連接基團和仲胺或叔胺可以提供在相同反應物化合物中。所述化合物可以選自胺、二胺、醇或胺醇。優選所述化合物選自二胺或胺醇。
在這個實施方案中,想到基團[(R2)(R1)N-L1-]m-、[(R4)(R3)N-L2-]n-和[(R6)(R5)N-L3-]p-可以全部相同,因為它們可以衍生自相同的反應物化合物。
合適的胺醇可以選自n,n-二甲基乙醇胺(DMEA)、二乙基氨基乙醇(DEEA)、二乙醇胺(DEA)和三乙醇胺(TEA)。
合適的二胺可以選自二甲基氨基丙基胺(DMAPA)或三甲基乙二胺。
優選所述二胺或胺醇選自n,n-二甲基乙醇胺(DMEA)、二乙基氨基乙醇(DEEA)或二甲基氨基丙基胺(DMAPA)。
通過二聚脂肪二酸反應所形成的分散劑可以用含末端叔胺或仲胺的化合物單取代。因此,所述分散劑可以是單取代的,其中值m和n之和 等于1。替代地,所述分散劑可以是二取代的,其中值m和n之和等于2。
當分散劑由三聚脂肪三酸形成時,對于單-、二-或三-取代的來說,值m、n和p之和可以分別等于1、2或3。
想到分散劑可以包含單和二取代的化合物的混合物。當存在三聚三酸時,分散劑也可以包含三取代的化合物。
分散劑可以包含至少50wt%的二取代的化合物,更優選至少60wt%,進一步優選70wt%-98wt%。
分散劑可以包含小于30wt%的單取代的化合物,更優選小于20wt%,進一步優選10wt%-1wt%。
在其中分散劑至少部分由三聚三酸形成的實施方案中,分散劑可以包含小于40wt%的單取代的化合物,更優選小于30wt%,進一步優選5wt%-20wt%。
單與二取代的分散劑化合物之比可以根據期望來改變,并且處于本領域相關技術人員的能力范圍內。改變單與二取代基之比可以例如通過使用保護性基團改變反應混合物中所存在的二聚二酸與二胺/胺醇之比來進行。
分散劑可以通過任何方法來合成,并且合適的方法是本領域技術人員公知的。
合成方法的合適的例子可以包括步驟:
將還原劑加入二聚脂肪二酸和/或三聚脂肪三酸中,
加熱反應混合物,
加入包含仲胺或叔胺的化合物,
將反應混合物置于部分真空下,
除去任何多余的包含仲胺或叔胺的化合物,
冷卻反應混合物,和
排出分散劑產品。
所形成的分散劑優選具有下面的羥值或在不存在羥基時具有堿性值:(如本文所述測量的)200-100,更優選170-110,特別是160-120,和尤其是150-130mgKOH/g。
另外,分散劑優選的酸值(如本文所述測量的)小于10mgKOH/g,更優選小于8mgKOH/g,特別是小于6mgKOH/g,和尤其是小于5mgKOH/g。
所形成的分散劑優選的水含量小于0.8%,更優選小于0.5%,特別是小于0.3%和尤其是小于0.15%。
在合成期間,包含仲胺或叔胺的化合物與二酸和/或三聚脂肪三酸之比分別是1.2-4:1,優選是1.5-3:1,最優選1.8-2.5:1。
組合物中存在的微粒無機或有機化合物可以選自任何合適的微粒無機或有機化合物。特別地,所述微粒無機或有機化合物是涂料組合物中所含的顏料。
微粒無機或有機化合物的粒度可以是5-200nm,更優選8-150nm,最優選10-100nm。
合適的顏料的非限定性的例子包括炭黑。合適的炭黑顏料的例子包括由Cabot Corporation,Columbian Chemicals Company和Orion Engineered LLC所制備的那些。
無機顏料的其它例子包括金屬氧化物,例如鐵、鋅、銅、錳或鈦的氧化物。
顏料優選可以是炭黑。具體炭黑或炭黑顏料的選擇可以由本領域技術人員根據涂料需要來進行。優選炭黑顏料的粒度是10-50nm,更優選10-25nm。
合適的有機或無機顏料粒子可以選自黑色顏料粒子、黃色顏料粒子、品紅顏料粒子、紅色顏料粒子、紫色顏料粒子、青色顏料粒子、藍色顏料粒子、綠色顏料粒子、橙色顏料粒子、棕色顏料粒子或白色顏料粒子。
顏料在涂料組合物中的存在量優選可以是總組合物的約0.1wt%-5.0wt%,更優選是0.5-2.0wt%。
特別地,當顏料是炭黑時,所存在的顏料的這些量可以用于生產高達50nm的膜厚。在較高膜厚的情況中,可以使用相對于基底高達20wt%的較大量的炭黑。
組合物還可以包括另外的成分例如性能增強或調整劑。作為例子,性能增強或調整劑可以選自軟化劑、增韌劑/粒子、核殼橡膠、阻燃劑、潤濕劑、染料、增塑劑、UV吸收劑、抗真菌化合物、填料、粘度改變劑/流動控制劑、增粘劑、穩定劑和抑制劑。
本發明的分散劑用于組合物中,用于分散微粒無機或有機化合物。特別地,所述組合物可以是著色劑組合物。
如在本文所用的,除非另有定義,術語“著色劑組合物”指的是能夠向它們施用到其上的表面或基底賦予顏色的組合物。因此,著色劑組合物包含通過分散劑而分散在整個組合物中的顏料或顏料混合物。著色劑組合物的例子包括油墨調色劑、涂料、油漆和雷達吸收劑。特別地,著色劑組合物可以是涂料。優選所述涂料是用于汽車工業中的涂料。
分散劑可以用于著色劑組合物中,所述著色劑組合物是涂料組合物。涂料組合物可以是單層涂料或底漆(或合并的底漆-底涂層)。涂層可以位于金屬或其它合適的基底上。
分散劑可以特別地作為用于高性能應用如汽車涂料體系中的炭黑顏料的分散劑。
著色劑組合物可以是丙烯酸油漆或樹脂基組合物。
著色劑組合物可以包含表面活性劑,并且它們可以選自陰離子、陽離子或非離子表面活性劑。如果存在,則著色劑組合物可以包含0.01-20wt%的表面活性劑,更優選0.05wt%-15wt%,最優選0.1-3wt%。
使用本發明的分散劑可以允許其中分散顏料所需的分散劑的量小于現有技術的分散劑的著色劑組合物。
優選組合物中分散劑與微粒無機或有機化合物之比小于0.06:1,作為重量百分比之比。更優選分散劑與微粒無機或有機化合物之比小于0.05:1,進一步優選小于0.04:1,最優選小于0.03:1。
當初始配制時,或如果加入例如丙烯酸樹脂油漆中,分散劑與微粒無機或有機化合物之比可以在組合物中保持基本相同。
因此當與現有分散劑所需的水平相比時,可以將降低特定水平的顏料所需的本發明的分散劑的水平降低至少25%,優選大于50%。
不希望受到理論過多的束縛,已經發現本發明的益處可以由于仲或叔末端胺基團的存在而被賦予,所述基團有助于附著到帶負電荷的微粒無機或有機化合物上。此外,據信使用所述分散劑降低了微粒聚集。
本文所述全部特征可以與任何上面的方面在任意組合中進行組合。
為了能夠更容易地理解本發明,作為例子,現在將參考下面的說明。
將理解的是,除非本文另有規定,或除非所提及的測試方法和程序中另有規定,所列的全部測試和物理性能在大氣壓和室溫(即20℃)下測定。
測試方法
酸值定義為中和1g樣品的游離脂肪酸所需的氫氧化鉀的mg值,并且通過用標準氫氧化鉀溶液直接滴定來測量。
堿性(或羥基)值定義為等價于1g樣品的羥基含量的氫氧化鉀的mg值,并且通過乙酰化、隨后水解過量的乙酸酐來測量的。所形成的乙酸隨后用氫氧化鉀的乙醇溶液滴定。
分散劑的合成
如表1所匯總的,制備了一系列的分散劑。用于下面的合成實施例中的化合物如下所示:

A1-95-98wt%的C18脂肪酸的二聚體、2-4wt%的C18脂肪酸的三聚體的混合物;
A2-75-80wt%的C18脂肪酸的二聚體、18-22wt%的C18脂肪酸的三聚體的混合物;
A3-70-80wt%的C18脂肪酸的三聚體、20-30wt%的C18脂肪酸的二聚體的混合物;
酸混合物A1-A3全部獲自Croda。

DMAPA-二甲基氨基丙基胺
DMEA-二甲基乙醇胺
DEEA-二乙基氨基乙醇
表1.-合成的分散劑
合成實施例所制備的化合物S1A1DMAPADMAPA二聚酰胺S2A2DMAPADMAPA二聚酰胺S3A3DMAPADMAPA三聚酰胺S4A2DMEADMEA二聚酯S5A2DEEADEEA二聚酯
合成分散劑S1
向裝備有蒸餾柱的潔凈的2L四頸反應器燒瓶中加入1002g(3.5當量,基于羧酸)的酸A1,和2.5g的次磷酸(50%溶液)。在氮氣吹掃和攪拌下,將混合物加熱到160℃。在3小時內將376g的DMAPA加入該反應器燒瓶中,并且從反應中除去冷凝水。在加入全部的DMAPA之后,在1小時的時間內將該反應混合物加熱到180℃,然后在該溫度保持1小時。然后施加700托的部分真空,并且將該反應在180℃保持另外2小時。
一旦總酸值下降到小于6,則將真空降低到10-20托。將反應混合物保持2小時來蒸餾掉任何多余的DMAPA。將反應混合物冷卻到小于80℃,然后從反應燒瓶中排出。
所獲得的產物(DMAPA二聚酰胺)在室溫是一種透明液體,并且總酸值小于5和堿性值是178。該產物的結構通過NMR方法來證實。
合成分散劑S2
分散劑S2以與S1相同的方式來合成,并且使用酸A2代替A1。所形成的產物在室溫是一種透明液體,并且總酸值小于5和堿性值是154。
合成分散劑S3
分散劑S3以與S1相同的方式來合成,并且使用酸A3代替A1。所形成的產物在室溫是一種透明液體,并且總酸值小于5和堿性值是175。
合成分散劑S4
分散劑S4以與S1相同的方式來合成,并且使用酸A2代替A1,和使用DMEA代替DMAPA。所形成的產物在室溫是一種透明液體,并且總酸值小于7和堿性值是144。
合成分散劑S5
分散劑S5以與S1相同的方式來合成,并且使用酸A2代替A1,和使用DEEA代替DMAPA。所形成的產物在室溫是一種透明液體,并且總酸值小于5和堿性值是154。
分散劑配制物實施例
使用分散劑S1-S5制備了多種分散劑配制物。用于下面的實施例中的化合物如下所示:
■Solsperse 24000(現有分散劑,獲自Lubrizol)-聚己內酯/十二烷酸/聚醚酰亞胺。這作為對比例被包括,并且不落入本發明的范圍內。
■使用本文所合成的分散劑S1-S5。
■Monarch 1300炭黑顏料。
■Aromatic 100-輕質芳族石腦油,主要是C8-C10烴。
炭黑分散體
制備了分散體配制物D1和D2來確定分散劑與炭黑顏料一起使用的性能。該配制物在具有Norstone 1.625”Cowles型葉片的Dispermat LC上制備。該配制物在Qorpack 16盎司玻璃罐中混合。
表2.-分散體配制物
化合物D1D2D3樹脂粘合劑49.6g49.6g49.6g丙酸正戊酯16.75g16.75g16.75gS1103.0g------S2------103.0gS3---103.0g---Monarch 1300炭黑102.44g102.44g102.44gAromatic 100189.48g189.48g189.48g
形成配制物D1、D2和D3來確定分散劑在使用Aromatic 100作為溶劑的樹脂體系中的效用。已經發現分散體配制物D1、D2和D3分散所述顏料,沒有問題。然后進一步測試這些樣品。
包含S2的分散體配制物(D3)與Solsperse 24000(對比例)對比進行了測試,來確定當樣品在高速(4000rpm)下分散60分鐘時隨時間的粘度,并且每15分鐘除去樣品。在高速混合的同時,測試了分散劑來測定剪切效應,并且如果分散劑失效和導致黑色分散體獲得足夠高的粘度,則該樣品凝膠化。
表3.油漆隨時間的粘度

表3中的結果顯示出,S2基分散體配制物和Solsperse 24000對比例配制物之間的隨時間的粘度的差異。可以看到使用S2分散劑時沒有發生凝膠化,并且粘度保持得相對較低。當以相同的活性水平使用時,該S2分散劑因此允許比Solsperse 24000更多的流體顏料分散。
基于這個信息,與Solsperse 24000相比,用S2分散劑減少了50%活性物負荷量。在4000rpm下分散30分鐘后,該樣品然后通過M100 Eiger研磨機運行四遍。結果顯示,在50%活性物濃度下,與Solsperse 24000相比,該S2分散劑在分散高性能炭黑顏料時是一樣有效的,如果不是更有效的話。
Solsperse 24000分散的樣品顯示出,粘度從在15分鐘標記時的約4500cps到在60分鐘標記時的12000cps的快速增加。在與Solsperse 24000相同的活性物水平下使用時,該S2分散劑表現出粘度從15分鐘時的1800cps到60分鐘時的2100cps的略微增加。
表4.百分比顏色強度差異

表4顯示了S2分散的炭黑油漆和Solsperse 24000炭黑油漆之間的百分比顏色強度中的差異,其在BYK Gardner TSC II色度計上進行。與100%活性物水平的Solsperse 24000相比,當以50%的活性物水平使用時,S2分散劑在研磨后具有更好的顯色。
另外的分散體配制物在樹脂體系中制備,所述體系包含60%的混合有丙二醇單甲基醚乙酸酯(PM乙酸酯)的Laropal A81(獲自BASF)溶液。所用的油漆體系是Deltron DBX 1689底涂層轉換劑。
表5.與Solsperse24000相比,在25%活性物水平下使用的分散劑
化學品D4D5D6Laropal A 8160%31.87g31.87g31.87gS50.317g------S4---0.317g---S1------0.317gPM乙酸酯42.32g42.32g42.32gMonarch 1300炭黑25.49g25.49g25.49g
表5顯示出用不同形式的二聚酰胺所制備的分散體。這些分散體然后加入待測試的油漆配制物中,來確定性能特性。
表6.使用表5中所制備的分散體的油漆配制物
組分P1P2P3Deltron DBX 168947.0g47.0g47.0gD43.0g------D5---3.0g---D6------3.0g
將表6中所示的配制物用于測量相對時間的百分比顏色強度。在60分鐘內每15分鐘取樣,并且加入Deltron DBX 1689底涂層轉換劑。一旦完成了四個樣品,則將它們置于Red Devil 1410油漆攪拌器上60分鐘。該樣品然后從油漆攪拌器上除去,并且相比于分散的油漆和Solsperse24000對照物二者進行刮涂。
粘度測量使用25%活性物樣品來進行,并且與Solsperse 24000對照物進行比較。結果顯示在表7中。
表7.與Solsperse 24000相比,在25%活性物水平下的分散體粘度

表7顯示出使用Brookfield RVT Synchro-Electric粘度計使用RV軸(Spindle)4在20rpm下不同的粘度測量。當與Solsperse 24000相比時,本發明所有的分散劑在整個60分鐘過程中表現出低得多的粘度。
對于樣品最終的研磨,測試了下面的配制物。
表8.與Solsperse 24000相比,在50%活性物下用于Eiger研磨的樣品
組分D7D8Laropal A8160%157.85g157.85gS23.14g---Solsperse 24000---6.3g二甲苯---24.5gPM乙酸酯208.03g191.96gMonarch 1300炭黑顏料126.25g126.25g
表8顯示出制備用于Eiger研磨的油漆分散體。將樣品在4000rpm下在Dispermat上分散,然后運行通過Eiger研磨機四遍。在Eiger研磨后,將樣品通過粘度進行測試,和刮涂來確定性能特性。表8顯示了不同的配制物,其用于相比于Solsperse 24000(其被認為是工業標準)來測試新的二聚酰胺分散劑。
一旦制備了顏料分散體,則將小樣品用于油漆中的測試,來確定顏色強度。樣品置于其中的油漆是PPG的Deltron DBX 1689底涂層轉換劑。這在1小時內固化,并且是透明的,這允許測量顏料提供顏色強度的能力,并且沒有任何來自于油漆的著色。
表9.Eiger研磨的樣品的粘度
樣品粘度(cps)D73640D84790
表9顯示出Eiger研磨的樣品的粘度,彼此比較。Solsperse 24000具有最高粘度4790cps,并且不能從容器中傾倒。其它樣品是可傾倒的和是流體。
表10.Eiger研磨的樣品的百分比顏色強度
樣品%強度D7101.5D8100
表10顯示出,與Solsperse 24000對照物(D8)相比,樣品的百分比顏色強度。
在樣品研磨后,由顏料分散體來構成油漆。這些油漆然后進行測試,來測定相比于Solsperse 24000對照物的性能特性。
表11.來自顏料分散體的油漆配制物
組分P4P5Deltron DBX168947.0g47.0gD73.0g---D8---3.0g
將該油漆樣品在Red Devil 1410油漆攪拌器上混合60分鐘。在混合后,將它們放置2小時,然后通過刮涂方法測試,來通過BYK Gardner TSC II色度計來測定百分比顏色強度。
表12.使用Monarch 1300炭黑顏料的油漆百分比顏色強度
樣品%強度P495.9P5100
相比用Solsperse 24000制備的油漆,用本發明的分散劑制備的油漆更有利,如表12所示。
品紅顏料分散體
使用分散劑S2和品紅顏料來進行測試,來確定二聚酰胺是否能夠用于分散除高性能炭黑之外的其它顏料。
所用品紅顏料是Cinquasia品紅顏料,獲自BASF。
表13.S2基分散體和Solsperse 24000的油漆粘合劑配制物
組分M1M2Laropal A8160%31.6g31.6gSolsperse 240001.2g---二甲苯4.9g---S2---0.6gPM乙酸酯42.3g37.8gCinquasia品紅顏料20g20g
表13中所示的配制物然后在Dispermat上混合60分鐘,并且每15分鐘取樣。該樣品然后置于Deltron DBX 1689底涂層轉換劑,用于混合和進一步測試。所制備的油漆配制物如表14所示。
表14.使用分散體配制物M1和M2的油漆配制物
組分P6P7Deltron DBX 168947.0g47.0gM13.0g---M2---3.0g
油漆配制物P6和P7每個然后置于Red Devil Classic油漆攪拌器上,并且搖動60分鐘。其后將樣品置于BYK byko-charts上,并且使用3ml刮涂棒進行測試。使得刮涂的樣品干燥,然后在BYK Gardner TSC II色度計上測試。該色度計測試了使用S2分散劑的油漆體系的顏色強度,并且與使用對比例的Solsperse 24000的油漆體系進行了比較。
在4000rpm下分散30分鐘后,使用Eiger研磨機完成了另一系列。每個樣品通過Eiger研磨機完成了總共4次運行。其后將顏料分散體然后置于油漆配制物中,參見表14。
表15.Cinquasia品紅著色的油漆的百分比顏色強度

表15顯示出由不同的分散劑制成的品紅油漆的百分比顏色強度性能。S2分散劑基配制物,盡管處于比Solsperse 24000低50%的活性水平,但是當用于相同油漆配制物時,表現出更好的顏色強度和覆蓋能力。這表明S2分散劑是比Solsperse 24000(其目前被認為是首要的分散劑)好得多的分散劑。
要理解本發明不限于上面的實施方案的細節,該實施方案僅僅作為例子來描述。許多改變是可能的。

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