Амины с малым выделением летучих органических веществ в качестве поверхностно-активного вещества в дисперсиях - RU2682602C2

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Предметом настоящего изобретения являются амины с малым выделением летучих органических веществ (ЛОВ), без запаха, из возобновляемых исходных материалов в качестве нейтрализующих и стабилизующих реагентов для водных дисперсий.

Уровень техники

В водоэмульсионных красках уровня техники обычно используются в качестве оснований аммиачные растворы или амины, такие как 2-амино-2-метил-1-пропанол. Однако отличительными признаками таких соединений являются типичный аминный запах и содержание ЛОВ. Учитывая, что летучие органические вещества указанного типа, вместе с УФ-излучением и NO_x, способствуют образованию озона, во многих странах были приняты законы для уменьшения содержания ЛОВ (например, 2004/42/EC). Наряду с защитой окружающей среды, эти законы также служат защитой населения от вредного воздействия на здоровье находящихся в воздухе загрязнений.

В документе WO 2013/123153 описаны неионные поверхностно-активные вещества, имеющие одну или несколько аминогрупп, а также одну или несколько алкильных цепей в качестве гидрофильной части.

Нейтрализующая способность тригидроксимоноаминов и тригидроксидиаминов в водных красках описана в документах WO 2010/126657 и US 2010/0326320, соответственно. Также описаны свойства полученных красок и покрытий в отношении вязкости, кроющей способности, пожелтения, глянца, сопротивления влажному истиранию и адгезионной способности.

Карбоксидиамины описаны в документе WO2014/003969, причем они обладают способностью выступать в качестве нейтрализующих реагентов с малым выделением ЛОВ в красках, покрытиях и очищающих продуктах. Однако карбоксидиамины могут быть получены из нефтехимического сырья только путем многостадийного синтеза.

В документах EP 0614881, US 5449770 и US 2016962 описаны способы получения глюкаминов, исходя из глюкозы.

В EP 1676831 дано общее описание получения третичных диалкилглюкаминов, такого как диэтилглюкамин, и его применение в качестве поверхностно-активного вещества в водных покрытиях, однако не приведены какие-либо конкретные примеры.

Краткое изложение изобретения

Цель настоящего изобретения заключается в поиске аминов, которые получаются из возобновляемых исходных материалов и могут быть использованы для регулирования pH, позволяя таким образом получать водоэмульсионные краски. Кроме того, амины не должны содержать ЛОВ.

Неожиданно было обнаружено, что это возможно для аминов на основе глюкозы, в качестве возобновляемого исходного материала.

Следовательно, изобретение обеспечивает дисперсию, которая включает:

(A) по меньшей мере, одно соединение формулы (I)

в которой R¹ представляет собой H, C₁-C₄ алкил, CH₂CH₂OH или CH₂CH(CH₃)OH,

(B) полимерный связующий материал,

и

(C) воду.

Дополнительно дисперсия может содержать традиционные компоненты водоэмульсионных красок. Эти традиционные компоненты могут включать следующие: пигменты, причем термин “пигменты” в широком смысле относится к пигментам и наполнителям, и вспомогательные вещества. Вспомогательные вещества могут включать смачивающие вещества и диспергаторы, противовспениватели, биоциды, коагуляторы, и реологические добавки.

Соединение (I) представляет собой полигидроксиамин, в котором R¹ может означать H, C₁-C₄-алкил, CH₂CH₂OH или CH₂CH(CH₃)OH. Предпочтительно R¹ представляет собой H, метил или CH₂CH₂OH. Полигидроксильное звено является гексозой, предпочтительно эпимерной глюкозой. Способ получения алкилглюкамина формулы (I) хорошо известен специалисту в этой области техники. Например, для соединений, где R означает C₁ - C₄-алкил, этот способ проводят в соответствии с методикой, указанной в документе EP-A-1676831, путем восстановительного алкилирования N-алкилполигидроксиламинов альдегидами или кетонами в присутствии водорода и катализатора - переходного металла. Гидроксиэтил- и гидроксипропил-N-метилглюкамин могут быть получены путем взаимодействия N-метилглюкамина с этиленоксидом или пропиленоксидом, соответственно, в водном растворе. Соединения формулы (I) могут быть использованы в виде чистых веществ или в виде водных растворов. Поскольку третичные амины, такие как диметилглюкамин, гидроксиэтил- и гидроксипропил-N-метилглюкамин, не очень чувствительны к образованию нитрозаминов, они являются предпочтительными для дисперсий изобретения.

Полимерные связующие материалы, компонент (B), представляют собой гомополимеры или сополимеры олефиново ненасыщенных мономеров. Примерами предпочтительных олефиново ненасыщенных мономеров являются:

виниловые мономеры, такие как карбоксильные эфиры винилого спирта, причем примерами являются винилацетат, винилпропионат, виниловые эфиры изононановой кислоты или изодекановой кислоты, которые также называются сильно разветвленными кислотами C₉ и C₁₀,

арилзамещенные олефины, такие как стирол и стильбен,

олефиново ненасыщенные карбоксильные сложные эфиры, такие как метилакрилат, этилакрилат и пропилакрилат, н-бутилакрилат, изобутилакрилат, пентилакрилат, гексилакрилат, 2-этилгексилакрилат, тридецилакрилат, стеарилакрилат, гидроксиэтил- акрилат, гидроксипропилакрилат, а также соответствующие метакриловые эфиры,

олефиново ненасыщенные дикарбоксильные эфиры, такие как диметилмалеат, диэтил- малеат, дипропилмалеат, дибутилмалеат, дипентилмалеат, дигексилмалеат, и ди-2-этил-гексилмалеат,

олефиново ненасыщенные карбоксильные кислоты и дикарбоксильные кислоты, такие как акриловая кислот, метакриловая кислота, итаконовая кислота, малеиновая кислота, и фумаровая кислота, и их натриевые, калиевые и аммониевые соли,

олефиново ненасыщенные сульфоновые кислоты и фосфоновые кислоты и их соли с щелочными металлами и аммониевые соли, например, винилсульфоновые кислоты, винилфосфоновые кислоты, акриламидометилпропансульфоновая кислота и их соли с щелочными металлами и аммониевые соли, алкиламмониевые соли и гидроксиалкил- аммониевые соли, аллилсульфоновая кислота и ее соли с щелочными металлами и аммониевые соли, акрилоилоксиэтилфосфоновая кислота и ее аммониевые соли и соли с щелочными металлами, а также соответствующие производные метакриловой кислоты,

олефиново ненасыщенные амины, аммониевые соли, нитрилы, и амиды, такие как диметиламиноэтил-акрилат, галиды акрилоилоксиэтилтриметиламмония, акрилoнитрил, акриламид, метакриламид, N-метилакриламид, N-этилакриламид, N-пропилакриламид,

N-метилолакриламид, а также соответствующие производные метакриловой кислоты, и винилметилацетамид.

Вода, компонент (C), используемая для приготовления водных дисперсий изобретения, предпочтительно применяется в виде дистиллированной или деионизированной воды. Также может быть использована питьевая вода (водопроводная вода) и/или вода из природного источника.

Подходящие пигменты – органические или неорганические, белые или цветные пигменты или смесь таких различных пигментов – тонко измельчаются.

В качестве примера выбора особенно предпочтительных органических пигментов, указаны пигменты технического углерода, такие как газовая сажа или печная сажа; моноазо- и дисазопигменты, более конкретно пигменты с цветным показателем: Желтый пигмент 1, Желтый пигмент 3, Желтый пигмент 12, Желтый пигмент 13, Желтый пигмент 14, Желтый пигмент 16, Желтый пигмент 17, Желтый пигмент 73, Желтый пигмент 74, Желтый пигмент 81, Желтый пигмент 83, Желтый пигмент 87, Желтый пигмент 97, Желтый пигмент 111, Желтый пигмент 126, Желтый пигмент 127, Желтый пигмент 128, Желтый пигмент 155, Желтый пигмент 174, Желтый пигмент 176, Желтый пигмент 191, Желтый пигмент 213, Желтый пигмент 214, Красный пигмент 38, Красный пигмент 144, Красный пигмент 214, Красный пигмент 242, Красный пигмент 262, Красный пигмент 266, Красный пигмент 269, Красный пигмент 274, Оранжевый пигмент 13, Оранжевый пигмент 34 или Коричневый пигмент 41; пигменты бета-нафтола и нафтола AS, более конкретно, пигменты с цветным показателем: Красный пигмент 2, Красный пигмент 3, Красный пигмент 4, Красный пигмент 5, Красный пигмент 9, Красный пигмент 12, Красный пигмент 14, Красный пигмент 53:1, Красный пигмент 112, Красный пигмент 146, Красный пигмент 147, Красный пигмент 170, Красный пигмент 184, Красный пигмент 187, Красный пигмент 188, Красный пигмент 210, Красный пигмент 247, Красный пигмент 253, Красный пигмент 254, Красный пигмент 256, Оранжевый пигмент 5, Оранжевый пигмент 38 или Коричневый пигмент 1; лаковые азо-пигменты и металлокомплексные пигменты, более конкретно пигменты с цветным показателем: Красный пигмент 48:2, Красный пигмент 48:3, Красный пигмент 48:4, Красный пигмент 57:1, Красный пигмент 257, Оранжевый пигмент 68 или Оранжевый пигмент 70; бензимидазолиновые пигменты, более конкретно пигменты с цветным показателем: Желтый пигмент 120, Желтый пигмент 151, Желтый пигмент 154, Желтый пигмент 175, Желтый пигмент 180, Желтый пигмент 181, Желтый пигмент 194, Красный пигмент 175, Красный пигмент 176, Красный пигмент 185, Красный пигмент 208, Фиолетовый пигмент 32, Оранжевый пигмент 36, Оранжевый пигмент 62, Оранжевый пигмент 72 или Коричневый пигмент 25; изоиндолиноновый и изоиндолиновый пигменты, более конкретно пигменты с цветным показателем: Желтый пигмент 139 или Желтый пигмент 173; фталоцианиновые пигменты, более конкретно пигменты с цветным показателем: Синий пигмент 15, Синий пигмент 15:1, Синий пигмент 15:2, Синий пигмент 15:3, Синий пигмент 15:4, Синий пигмент 15:6, Синий пигмент 16, Зеленый пигмент 7 или Зеленый пигмент 36; антантроновыe, антрохиноновые, квинакридоновые, диоксазиновые, индантроновые, периленовые, периноновые, и тиоиндиговые пигменты, более конкретно пигменты с цветным показателем: Желтый пигмент 196, Красный пигмент 122, Красный пигмент 149, Красный пигмент 168, Красный пигмент 177, Красный пигмент 179, Красный пигмент 181, Красный пигмент 207, Красный пигмент 209, Красный пигмент 263, Синий пигмент 60, Фиолетовый пигмент 19, Фиолетовый пигмент 23 или Оранжевый пигмент 43; триарилкарбониевые пигменты, более конкретно пигменты с цветным показателем: Красный пигмент 169, Синий пигмент 56 или Синий пигмент 61.

Примерами подходящих неорганических пигментов являются диоксид титана, сульфид цинка, оксид цинка, оксиды железа, магнетит, оксиды марганца-железа, оксиды хрома, ультрамарин, сурьмяно-титановые оксиды никеля или хрома, рутилы марганца- титана, оксиды кобальта, смешанные оксиды кобальта и алюминия, пигменты смешанных фаз рутила, сульфиды редкоземельных элементов, шпинели кобальта с никелем и цинком, шпинели на основе железа и хрома с медью, цинком, и марганцем, ванадаты висмута, а также пигменты-наполнители; более конкретно, находят применение пигменты с цветным показателем: Желтый пигмент 184, Желтый пигмент 53, Желтый пигмент 42, Желтый коричневый пигмент 24, Красный пигмент 101, Синий пигмент 28, Синий пигмент 36, Зеленый пигмент 50, Зеленый пигмент 17, Черный пигмент 11, Черный пигмент 33, и Белый пигмент 6; карбонаты кальция также называемые наполнителями, такие как природный мел и осаждённый карбонат кальция, доломит, природный диоксид кремния (тонко измельченный кварц), пирогенный и осаждённый диоксид кремния, кизельгур, оксиды алюминия, гидроксиды алюминия, тальк, каолин, слюда (гидратированный силикат калия-алюминия), сульфаты бария, такие как природный тяжёлый шпат и осаждённый Blanc Fixe (сульфат бария). Кроме того, часто предпочтение отдается использованию смесям неорганических пигментов. Также часто используются смеси органических и неорганических пигментов.

Подходящими смачивающими веществами и диспергаторами предпочтительно являются: полиакрилатые соли, акрилатные сополимеры и MAA сополимеры, алкилфенольные этоксилаты и заместители алкилфенольных этоксилатов, такие как производные Guerbet, производные жирных кислот и жирных спиртов, более конкретно, их алкоксилаты, а также гомополимеры оксидов этилена/пропилена и блочные сополимеры, и полисилоксановые эфиры.

Подходящими противовспенивателями предпочтительно являются: противовспениватели – минеральные масла и их эмульсии, противовспениватели – силиконовые масла и эмульсии силиконовых масел, полиалкиленгликоли, эфиры полиалкиленгликоля с жирными кислотами, жирные кислоты, высшие спирты, эфиры фосфорной кислоты, гидрофобно модифицированный диоксид кремния, тристеарат алюминия, полиэтиленовые воски, и амидные воски.

Подходящими биоцидами для предотвращения неконтролируемого размножения бактерий, водорослей, и грибов являются: формальдегид, соединения, выделяющие формальдегид, метилизотиазолинон, хлорметилизотиазолинон, бензизотиазолинон, бронопол, дибромдицианонбутан, иа диоксид титана, покрытый хлоридом серебра.

Подходящими коагуляторами являются: эфиры и кетоны, такие как бензoаты и бутираты, а также простые эфиры спиртов и гликолей. Конкретные коагуляторы включают моноизобутират 2,2,4-триметилпентан-1,3-диола, бутилгликоль, бутилдигликоль, бутилдипропиленгликоль, бутиловый простой эфир пропиленгликоля, и бутиловый простой эфир дипропиленгликоля.

В качестве агентов, регулирующих вязкость, подходящими реологическими добавками являются, например, производные крахмала и производные целлюлозы и гидрофобно модифицированные этоксилированные уретановые (HEUR) загустители, набухающие в щелочи акрилатные загустители, гидрофобно модифицированные акрилатные загустители, полимеры акриламидометилпропан-сульфоновой кислоты, или дымящий диоксид кремния.

Обзор обычных вспомогательных соединений приведен в книге Wernfried Heilen и др. “Additives für wässrige Lacksysteme” [Добавки для систем водных красок], опубликованной Vincentz Network, 2009.

Дополнительным предметом изобретения является способ уменьшения фазового разделения дисперсий на водную фазу и твёрдую фазу, что известно специалистам в этой области техники как синерезис, путем растворения соединения формулы (I) и необязательно коагуляторов, противовспенивателей, биоцидов, реологических добавок, а также смачивающих веществ и/или диспергаторов в воде. Если необходимы пигменты, то они диспергируются с этой целью в условиях высокого сдвига. В последующем образовавшаяся композиция перемешивается вместе с полимерным связующим материалом и необязательно с дополнительными вспомогательными веществами, при низкой степени сдвига. Диспергирующее устройство, используемое с этой целью, может содержать механизмы перемешивания, аппараты для растворения, быстроходные смесители или месильный аппарат, предпочтительно аппарат для растворения с пилообразной мешалкой. Упомянутый выше способ получения может быть осуществлен при температуре от 0 до 100°C, эффективно при 10 - 70°C, предпочтительно от 20 до 40°C.

Предпочтительно соединение формулы (I) присутствует в концентрации от 0,01% до 10%, более конкретно от 0,01% до 5,0%, особенно предпочтительно от 0,01% до 1,0%.

Кроме того, способ также может быть использован для регулирования pH. С этой целью, как в начале, так и в ходе диспергирования и составления рецептуры, в дисперсию можно добавлять достаточное количество соединения формулы (I), чтобы получить значение pH между 7 и 11.

Особенным свойством дисперсии изобретения является отсутствие ЛОВ и малый вклад соединения формулы (I) в запах всей рецептуры.

Дисперсии изобретения подходят для получения покрытий всех типов. Дисперсии изобретения особенно подходят для получения окрашенных покрытий и эмульсионных красок, лаков на основе дисперсий и клеев, склеивающих при надавливании.

Примеры

В этом описании проценты даны по массе, в расчете на массу всей композиции, если не указано другое.

Примеры 1 - 5 (сравнительные примеры) и примеры 6 – 7 в краске винилацетат-VeoVa-акрилат.

В этой сравнительной последовательности, аммиачный раствор и промышленные амины - диэтаноламин (DEA), триэтаноламин (TEA), циклогексилдиэтаноламин (Genamin^® CH-020, Clariant), и 2-амино-2-метил-1-пропанол (AMP-95, Dow) сравнивают с N-метилглюкамином (NMG) и диметилглюкамином (DMG). Используют следующие композиции красок, причем амины используются в эквивалентном количестве:

Таблица 1. Композиция краски винилацетат-VeoVa-акрилат, масс.%

Компоненты 1-14 диспергируют при комнатной температуре путем последовательного добавления при высокой степени сдвига, с помощью аппарата для растворения от фирмы Getzmann с пилообразной мешалкой. Затем компоненты 15 - 18 перемешивают при низкой степени сдвига.

Примеры 8 - 12 (сравнительные примеры) и примеры 13 - 14 в стирол-акрилатной краске

Таблица 2. Композиция стирол-акрилатных красок в масс.%

Компоненты 1-14 диспергируют путем последовательного добавления при высокой степени сдвига. Затем компоненты 15 - 18 перемешивают при низкой степени сдвига.

Для красок оценивали показатели pH, вязкости, стабильности при многократном замораживании, и влажного истирания. Для моделирования устойчивости при хранении, краску хранили при 60°C в течение недели, и оценивали показатели синерезиса, pH и вязкости. Эти показатели определяли, как описано ниже.

Показатель pH определяли с использованием pH электрода от фирмы Knick (SE 100N), после составления рецептуры краски и спустя одну неделю при 60°C.

Вязкость определяли на приборе Haake Viscotester 550 от фирмы ThermoScientific.

Сопротивление влажному истиранию определяли в соответствии со стандартами DIN EN ISO 11998и DIN EN 13300 на пленке (200 мкм) краски после сушки при комнатной температуре в течение одной недели.

Для определения стабильности при многократном замораживании, образец краски замораживают при -18°C и затем снова размораживают. Этот процесс повторяют до тех пор, пока не появится необратимое повреждение. Оценку проводят по числу циклов стабильности при многократном замораживании. Для определения синерезиса такое же количество краски вводят внутрь резервуара с достаточным количеством делений. Затем считывают количество воды, выделившейся после хранения при 60°C в течение одной недели, и регистрируют как процент от количества краски.

Таблица 3. Результаты исследования эксплуатационных параметров композиций примеров 1 - 7

Таблица 4. Результаты исследования эксплуатационных параметров композиций примеров 8 – 14

Установлено, что путем добавления аминов, во всех случаях краски имеют pH от 8 до 10. Кроме того, результаты в таблицах 3 и 4 демонстрируют, что краски обладают сопоставимым профилем свойств в отношении вязкости, влажного истирания и стабильности при многократном замораживании. Что касается синерезиса, обнаружено, что NMG и DMG значительно снижают степень синерезиса в сопоставлении со сравнительными аминами.

Содержание ЛОВ в аминах определяли в соответствии со стандартом DIN EN ISO 17895 для концентрации ЛОВ от 0,1% до 15% и в соответствии с DIN EN ISO 11890-2 для концентрации ЛОВ от 0,01% до 0,1%. Запах образцов определяли с помощью обонятельного средства. Данные содержания ЛОВ и запаха сравнительных аминов: аммиака, моноэтаноламина (MEA), DEA, TEA, AMP-95 и Genamin^® CH-020, а также аминов изобретения NMG и DMG, обобщены в таблице 5.

Таблица 5. Содержание ЛОВ и запах описанных аминов

Реферат

Изобретение относится к дисперсии, которая содержит (А) по меньшей мере одно соединение формулы (I), в которой Rпредставляет собой H, C-Cалкил, CHCHOH или CHCH(CH)OH, (B) полимерный связующий материал, являющийся гомополимером или сополимером олефиново ненасыщенных мономеров, и (C) воду. Описано также применение соединения формулы (I) в качестве поверхностно-активного компонента в дисперсиях и способ уменьшения разделения водной и твердой фаз дисперсий, включающих полимерный связующий материал, который является гомполимером или сополимером олефиново ненасыщенных мономеров при перемешивании. Дисперсии по изобретению подходят для получения покрытий всех типов. Дисперсии особенно подходят для получения окрашенных покрытий и эмульсионных красок, лаков на основе дисперсий и клеев, склеивающих при надавливании. Технический результат – обеспечение дисперсий с малым выделением летучих органических веществ, без запаха, из возобновляемых исходных материалов в качестве нейтрализующих и стабилизирующих реагентов для водных дисперсий. Водно-дисперсионные краски с использованием дисперсии обеспечивают сопоставимый профиль свойств в отношении вязкости, влажного истирания и стабильности при многократном замораживании, обеспечивают снижение степени синерезиса в сопоставлении со сравнительными аминами. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 табл., 14 пр.

Формула

,

,