生物基分散劑的制作方法
【專利說明】
[0001] 根據(jù)35U.S.C.第119部分，本申請要求于2013年3月15日提交的名稱為 "Bio-based Dispersants"的美國臨時專利申請第61/786, 719號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容在 此通過引用的方式納入本說明書中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明通常涉及分散劑。更具體地說，本發(fā)明涉及生物基分散劑。更具體地說，本 發(fā)明涉及具有高水平的可再生原材料并且可用作生物基分散劑的天然油的衍生物。
[0003] 本發(fā)明還涉及制備天然油基分散劑的方法，特別是合成天然油基分散劑的方法， 尤其地，其中它們由至少一種生物衍生的前體制備。
[0004] 本發(fā)明通常還涉及衍生自生物質(zhì)的分散劑，并且特別地涉及由天然油和或植物油 或作物油有效制備生物基分散劑的方法和體系。
[0005] 本發(fā)明還涉及新的且有用的包含生物基分散劑的非水性液體顏料分散體，特別是 與標(biāo)準(zhǔn)固體顏料或高粘度液體顏料分散體相比，所述非水性液體顏料分散體可容易地在目 標(biāo)介質(zhì)中處理并且產(chǎn)生全面的和有效的染色。
[0006] 本發(fā)明進(jìn)一步涉及一類用于非水性體系的生物基分散劑，其可以在短時間內(nèi)將顏 料分散在非水性液體中，并由此產(chǎn)生在長時間內(nèi)顯示出良好分散穩(wěn)定性的分散體。
[0007] 此外，本發(fā)明涉及分散劑，當(dāng)在所述分散劑的存在下不溶于有機(jī)液體的顏料被分 散在所述有機(jī)液體中時，所述分散劑可以提供在流動性和分散穩(wěn)定性方面特別優(yōu)秀的分散 體。
[0008] 本發(fā)明還涉及制備此類生物基分散劑的方法和所述生物基分散劑的用途。
【背景技術(shù)】
[0009] 將固體引入到液體介質(zhì)中需要高的機(jī)械力。這實質(zhì)上取決于周圍介質(zhì)對固體的潤 濕性以及固體對該介質(zhì)的親和性。為了降低此分散力，通常使用促進(jìn)分散的分散劑。這些 分散劑通常是具有陰離子、陽離子或非離子結(jié)構(gòu)的表面活性劑或表面活化劑（tenside)。這 些試劑以相對少的量直接施用于固體或添加到分散介質(zhì)中
[0010] 據(jù)進(jìn)一步了解，這些固體易于在分散后絮凝，這使早期完成的工作無效且導(dǎo)致嚴(yán) 重的問題。這些問題已通過倫敦力/范德華力得到解釋，通過所述力固體相互吸引。為了 抵消這些吸引力，必須向該固體施用吸收層。這通過使用這類表面活化劑來完成。
[0011] 在分散期間和分散之后，周圍介質(zhì)和固體顆粒之間存在相互作用，通過表面活化 劑與以較高濃度存在的周圍介質(zhì)的交換而導(dǎo)致表面活化劑的解吸。然而，在大多數(shù)的情況 下，這種介質(zhì)無法建立此類穩(wěn)定的吸收層，從而導(dǎo)致整個體系的崩潰。這通過液體體系的 粘度增加，清漆和涂料的光澤損失和顏色改變以及顏料合成品的著色力改進(jìn)不足而變得明 顯。
[0012] 為了解決這個問題，例如，EP-A 154, 678、EP-A 74080、美國專利第4, 032, 698號 和DE-A 24 38 414提出使用分散劑。然而，這些分散劑僅導(dǎo)致部分溶解，特別是對于混溶 性，不同顏料如有機(jī)顏料和無機(jī)顏料相互之間沒有絮凝。此外，由所定義的方法制備的顏料 糊劑易于與周圍介質(zhì)相互作用，例如，在清漆中使用后。因此，可以假定所建立的吸收層僅 具有不足的穩(wěn)定性來抵抗解吸。這些出版物中所提出的一些分散劑還存在存儲穩(wěn)定太差的 缺點，其會導(dǎo)致沉淀、相分離、結(jié)晶等。這會導(dǎo)致這種產(chǎn)品在相對短時間后實際上是不均勻 且無效的。
[0013] 還知道的是，顏料被廣泛用作著色劑，例如在油漆、清漆和罩光漆中。這類顏料的 平均顆粒尺寸（直徑）通常為〇. 1至10微米，更通常地為1微米或更大。為了達(dá)到這些顆 粒尺寸，機(jī)械裝置經(jīng)常用來將固體顆粒粉碎成更小的初級粒子。最常用的機(jī)械裝置包括球 磨機(jī)、磨損機(jī)（attrition)、砂/珠磨機(jī)和輯磨機(jī)。為了產(chǎn)生破碎顏料粒子所需的機(jī)械力，所 有這些裝置都需要活動部件。研磨時間通常為幾小時，其中某些顏料為了破碎或粉碎成粒 子需要一天或更長的時間。此外，通過與研磨介質(zhì)接觸而進(jìn)行的顏料粉碎產(chǎn)生呈現(xiàn)大量表 面微凸體的顏料表面。此外，由于顏料與研磨介質(zhì)的密切接觸，所以研磨設(shè)備的機(jī)械部件會 對分散體造成污染。例如，二氧化硅一一一種研磨介質(zhì)一一是在砂磨后發(fā)現(xiàn)的常見污染物。
[0014] 顏料機(jī)械加工的另一個缺點是由此方法產(chǎn)生的大的顆粒尺寸分布寬度。這導(dǎo)致了 直徑為1微米或更大的顆粒的存在，甚至在其中平均顆粒尺寸明顯更小的分散體中也是如 此。對于在最終制品中需要透明的分散體，這些較大的粒子導(dǎo)致不想要的光散射并且是有 害的。在分散體中，這些微米尺寸粒子的存在也導(dǎo)致了固有的不穩(wěn)定性，或易于絮凝。
[0015] 通過用化學(xué)方法改變顏料可以獲得更穩(wěn)定的顏料分散體。這通常產(chǎn)生更小的平均 粒徑，但也存在一些缺點：需要對顏料進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理，仍然需要機(jī)械研磨，并且仍然提供 具有寬的顆粒尺寸分布的分散體。
[0016] 在某種程度上，現(xiàn)在的顏料分散劑在將顏料以更高的濃度分散在非水性分散介質(zhì) 中以及使分散體穩(wěn)定方面是有效的，但其不能在顏料的精細(xì)分散體的穩(wěn)定性方面提供令人 滿意的效果。
[0017] 通常用于現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品，即涂料中的炭黑分散劑，是丙烯酸共聚物的鹽、炔 二醇表面活性劑或聚醇醚，其適合各類潤濕劑和分散劑（Calbo, Handbook of Coatings Additives, Dekker pg. 516)。這些添加劑可以起到不只是分散劑的作用，還可以下列一種 或多種方式起作用：a)防止絮凝，b)防止硬沉淀物（settling)，c)改善黑度/顏色/光澤， d)控制粘度，和/或e)改善基體樹脂的潤濕性。
[0018] 根據(jù)要納入這種分散體的產(chǎn)品來確定任何添加劑作為分散劑與炭黑或其它顏料 一起使用的有用性時，各種考慮都是重要的。當(dāng)在本申請中使用時，術(shù)語顏料或顏料分散體 旨在包含可以用來賦予顏色和/或提供一些其它功能的各種材料，例如在橡膠中使用的炭 黑，其除了增添顏色外還充當(dāng)增強(qiáng)劑。
[0019] 在確定具體的分散劑與給定的顏料--其將被用于油漆或涂料組合物中--一 起使用是否有用時，最重要的考慮因素之一為該分散劑結(jié)合物/顏料結(jié)合物是否能賦予已 添加了所述結(jié)合物的干燥漆膜或涂層以導(dǎo)電性質(zhì)或特性。
[0020] 汽車行業(yè)正在并且還將繼續(xù)用塑料車體板和復(fù)合材料車體板替代外部金屬車體 板。這些變化的原因是減重、設(shè)計的靈活性以及更低的加工成本。用塑料和復(fù)合材料來代 替金屬車體板并非沒有困難。
[0021] 值得注意的一個問題是塑料的靜電噴涂。靜電噴涂是施用汽車面漆的優(yōu)選方式。 噴涂通常使車輛具有最好的外觀，并且靜電技術(shù)確保材料最經(jīng)濟(jì)的使用。除非使用導(dǎo)電底 漆否則塑料無法進(jìn)行良好的靜電噴涂，所以出現(xiàn)問題。
[0022] 在確定將與導(dǎo)電炭黑一起使用的任何分散劑的效用時，其中最重要的考慮因素如 下：分散體本身的固有流變穩(wěn)定性以及當(dāng)添加到所配制的油漆中時的固有流變穩(wěn)定性；炭 黑/分散劑混合物的抗絮凝性以及在最終油漆或涂料中的抗凝絮性；在高含量的顏料下獲 得低粘度的能力。
[0023] 本發(fā)明申請人意識到與用作顏料添加劑的分散劑一一例如炭黑一一相關(guān)的各種 現(xiàn)有技術(shù)參考文獻(xiàn)存在一些缺點?，F(xiàn)有技術(shù)中的炭黑分散劑一一包括用于導(dǎo)電炭黑的那 些一一的最顯著的缺點是：可能需要高水平的分散劑，其易于對所配制的油漆的物理性能 產(chǎn)生有害地影響，例如有害地影響所得到的防潮性能，當(dāng)暴露在紫外光下時變黃，在三聚氰 胺交聯(lián)體系中的固化損失，以及其它不良影響；不能夠阻止炭黑的再絮凝，導(dǎo)致干燥漆膜的 導(dǎo)電性的損失；以及分散劑與被選擇用來在最終油漆制劑中使用的特殊樹脂體系的不相容 性。
[0024] 此外，越來越多的油漆被制備，其為水基型且完全不含有機(jī)溶劑如二醇醚類。當(dāng)將 這些油漆調(diào)制成期望的顏色時，在很大程度上使用顏料分散體，所述分散體既可以用于水 基油漆也可以用于基于有機(jī)溶劑的油漆。顏料分散體通常包含顏料、填料、分散劑和以乙二 醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇和丙三醇形式存在的水相。在大多數(shù) 情況下，該分散劑是非離子型表面活性化合物或非離子型表面活性劑和陰離子型表面活性 劑的結(jié)合物。然而，由于環(huán)境原因，人們希望顏料分散體是無溶劑的。
[0025] 另外，已經(jīng)知道分散劑是許多工業(yè)制劑和應(yīng)用例如油漆和涂料、墨水、油田化學(xué)品 和潤滑劑