硅氧烷聚合物水乳液制造技术

技术编号:24505446 阅读:52 留言:0更新日期:2020-06-13 07:38
本发明专利技术涉及一种呈包含分散于连续水相中的硅油液滴的水不相容性硅油乳液形式的组合物。该组合物对涂料配制剂、印刷油墨、个人护理产品组合物、纺织品、皮革和间接食品接触应用提供更好的抗滑性和抗划痕性、防粘连性能和光学性能。

Silicone polymer water emulsion

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硅氧烷聚合物水乳液本专利技术涉及包含分散于连续水相中的硅油液滴的聚硅氧烷乳液,所述乳液在涂料配制剂、印刷油墨、个人护理产品、纺织品、皮革和间接食品接触应用中用作添加剂。专利技术背景在其聚合物链中具有一个或多个聚(二甲基甲硅烷氧基)基团(PDMS基团)的硅油在涂料和油墨行业中广泛用作例如流平剂。由于具有PDMS基团的硅油通常倾向于在气固界面积聚,它们取决于其分子量导致干燥的涂层具有改善的抗划伤性、防粘连性、防缩孔性、抗滑性和抗划痕性、拒水性和耐水性。涂料配制剂中的薄膜倾向于例如由于低玻璃化转变温度基料而相互粘连或者由于高摩擦系数而相互摩擦。加入聚硅氧烷添加剂以改性薄膜的表面性能并降低膜层和其他表面之间的摩擦或改善粘连。许多涂料应用要求降低摩擦系数(CoF)。例如,在印刷行业中,滑动允许更快的生产速度,确保无卡纸并且当然对最终用户有感官益处。CoF也是机械损伤抗性的标志。将防粘连添加剂加入涂料配制剂中以使膜层之间的粘附最小化。一旦配混入涂料配制剂中,一种解释是这些添加剂产生微粗糙表面,这降低膜层之间的粘附并降低粘连倾向。分散稳定性对于漆料和涂料配制剂具有极大的重要性。漆料性能如储存过程中的稳定性、液体漆料的施涂性能、暴露过程中的稳定性、光泽等级、不透明性和颜色发展等与分散稳定性大为相关。控制粒度分布在分散过程中是相关的,因为它影响涂料配制剂中的例如颜料分散体的光学和体积性能二者。聚硅氧烷乳液在本领域中是众所周知的。然而,将具有一个或多个PDMS基团的水不相容性硅油掺入水性配制剂中是困难的。该疏水性聚合物与该含水配制剂的不相容性导致储存时的相分离,从而在施涂时引起涂层的严重缩孔以及在薄膜固化之后产生薄雾。此外,硅氧烷聚合物所提供的在某种程度上可能与诸如对来自磨损作用的机械损伤抗性的益处相关的润滑或滑动程度与分子量有关。高分子量硅油比低分子量硅油给出更大的润滑性。然而,该材料的粘度随着分子量增加,因而最好的润滑性与难以在水性涂料中加入和分散的硅油有关。若硅油富含二甲基甲硅烷氧基(DMS)基团,更具体而言若该硅油为纯聚二甲基硅氧烷(PDMS),则将该硅油掺入水性涂料变得更具挑战性。纯PDMS由在两端被三甲基甲硅烷氧基或Si键合羟基封端的二甲基甲硅烷氧基的线性排列构成。现有技术对于包括富含PDMS的水不相容性硅油,即富含二甲基甲硅烷氧基(DMS)基团的硅油作为水性体系的添加剂提供了下列技术解决方案:1.本领域众所周知的是聚硅氧烷水包油乳液使用表面活性剂来稳定该乳液,即防止硅油液滴聚结成连续油相,例如EP0722972和US5,563,189提供了非离子或离子性表面活性剂在制备聚硅氧烷乳液中的用途。通常需要大量表面活性剂来制备硅的物理稳定水乳液,该量基于该硅油为至多30重量%的表面活性剂。该类乳液可以通过施加低剪切力而搅拌到水性体系中。然而,由此将大量表面活性剂引入配制剂中。尽管表面活性剂的主要目的是产生胶束并提供胶体稳定性,但它们的使用可能在最终产品中引起不希望的特性。例如,它们通常难以从胶乳中除去,并且若除去的话可能引起不稳定和增强的凝聚.此外,由该胶乳产品产生的薄膜具有不良耐候性和耐水性,因为小的表面活性剂分子倾向于随时间迁移,导致脏污薄膜、薄雾和模糊现象。粒度分布也可能由于含有表面活性剂的体系中的二次成核而是宽的。最后,释放到环境中的表面活性剂可能具有严重影响。2.现有技术还描述了使用引发剂如过硫酸钾、含有磺酸基团的齐聚物和承担表面活性剂作用的游离基官能团来提供胶体稳定性(KoteraA,FurusawaK,TakedaY(1970),LolloidZuZPolymere239:677)。例如,US5,852,095提供了通过使用含磺酸基团的烯属不饱和单体作为表面活性剂得到的聚硅氧烷水乳液。随后将它们掺入聚合物分子中。形成的聚合物颗粒充分稳定且不会含有任何可能解吸的污染物。然而,可能形成显著量的齐聚物,这导致固体聚合物的总收率低。还存在甚至少量难以完全避免的固体污染物(粉尘)种子颗粒作用的风险。这可能导致几乎不可能控制的粒度分布。粉尘问题是在聚合的初始阶段过程中不存在任何表面活性剂的直接后果。此外,低分子量聚合物表面活性剂倾向于在涂料中解吸并迁移,导致更差的薄膜性能如水敏性。3.通过将极性(且因此是水相容性的)聚合物链引入聚(二甲基甲硅烷氧基)骨架中而化学改性富含PDMS的硅油。该途径具有高复杂性,因为需要将反应性位点,如Si-H或Si-Cl基团引入聚(二甲基甲硅烷氧基)主链中,例如引入末端(α-ω-聚硅氧烷,嵌段结构)或沿PDMS链引入(梳状结构),或者这二者的组合。这些反应性位点随后用于化学连接水相容性极性聚合物,通常是具有氧化乙烯和/或氧化丙烯重复单元的聚合物。化学连接经由极性聚合物的OH官能团的缩合或者通过经由使用极性聚合物的α-烯烃官能团的Pt催化氢化硅烷化的加成反应实现。因此,所得PDMS嵌段或梳状共聚物取决于所引入极性聚合物的重量比和极性而呈水分散性或水溶性,例如US8,536,296提供了通过将SiH封端的聚硅氧烷聚醚共聚物、具有不饱和端基的有机聚硅氧烷、氢化硅烷化和乳化剂合并以形成油相并且随后将水混入油相以形成乳液而生产的聚硅氧烷聚醚水乳液。然而,尽管所得共聚物变为水分散性的,这同时导致所形成聚合物中表面活性PDMS单元的稀释。此外,嵌段或梳状共聚物的表面活性剂特性强烈增加,这有助于在一侧上的薄膜-空气界面积聚,但正如在PDMS乳液的情况下那样强烈增加了泡沫和水敏性问题。4.本领域将低分子量表面活性剂和PEG/PPG嵌段共聚物的混合物用于乳化高分子量硅胶。例如,WO2012/018750提供了基于氧化乙烯/氧化丙烯嵌段共聚物的硅胶乳液作为乳化剂。市售产品具有高粒度分布(Dv50>1μm),这导致光泽度降低且雾度增加。US2011/130321公开的乳液包含含水外相、包含硅油的有机液相以及包含衍生于烯属不饱和单体如N-乙基丙烯酰胺和乙烯基己内酰胺的亲水性嵌段和衍生于烯属不饱和单体如苯乙烯、(甲基)丙烯酸烷基酯和异戊二烯的疏水性嵌段的两亲线性嵌段共聚物。因此,持续需要提供呈水不相容性且能够克服与使用表面活性剂和化学改性以将极性基团引入硅油中相关的上述缺点的硅氧烷聚合物的水乳液;以及提供用于涂料配制剂、印刷油墨、个人护理产品、纺织品和食品接触应用的硅油基添加剂,所述添加剂提供了良好的抗滑性和抗划痕性、抗粘连性能以及光学性能如高光泽度和更低雾度。因此,本专利技术的目的是要乳化水不相容性硅油以提供具有受控粒度分布的硅氧烷聚合物的水乳液,其生产不要求加入额外的低分子量表面活性剂,对水性漆料、涂料配制剂、个人护理产品、纺织品、皮革和间接食品接触应用提供更好的抗滑性和抗划痕性、抗粘连性能和光学性能。专利技术概述惊人地发现呈水不相容性硅油的水乳液形式的组合物通过将至少一种具有至少一个聚(二甲基甲硅烷氧基)基团的不可聚合的非极性硅油以及至少一种以受控自由基聚合方法得到的包含衍生于至少一种选自(甲基)丙烯酸酯的不饱和单体的嵌段A和衍生于至少一种选自(甲基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种呈含有连续相和分散相的乳液形式的组合物,所述乳液包含:/na)至少一种以受控自由基聚合方法得到的包含衍生于至少一种选自(甲基)丙烯酸酯的不饱和单体的嵌段A和衍生于至少一种选自(甲基)丙烯酸的不饱和单体的嵌段B的嵌段共聚物,/nb)至少一种具有至少一个聚(二甲基甲硅烷氧基)基团的不可聚合的非极性硅油,以及/nc)水,/n其中水为连续相且所述至少一种具有至少一个聚(二甲基甲硅烷氧基)基团的不可聚合的非极性硅油为呈乳液液滴形式的分散相。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171023 EP 17197789.51.一种呈含有连续相和分散相的乳液形式的组合物,所述乳液包含:
a)至少一种以受控自由基聚合方法得到的包含衍生于至少一种选自(甲基)丙烯酸酯的不饱和单体的嵌段A和衍生于至少一种选自(甲基)丙烯酸的不饱和单体的嵌段B的嵌段共聚物,
b)至少一种具有至少一个聚(二甲基甲硅烷氧基)基团的不可聚合的非极性硅油,以及
c)水,
其中水为连续相且所述至少一种具有至少一个聚(二甲基甲硅烷氧基)基团的不可聚合的非极性硅油为呈乳液液滴形式的分散相。


2.根据权利要求1的组合物,其中在所述至少一种嵌段共聚物中,在受控自由基聚合中嵌段A衍生于至少一种(甲基)丙烯酸酯单体且嵌段B衍生于至少一种(甲基)丙烯酸单体。


3.根据权利要求1或2的组合物,其中(甲基)丙烯酸酯单体与(甲基)丙烯酸单体的重量比为1:10-10:1。


4.根据权利要求1-3中任一项的组合物,其中所述(甲基)丙烯酸酯单体选自(甲基)丙烯酸与C1-C30链烷醇、C1-C20烷基酚、C5-C20环烷醇、苯基-C1-C4链烷醇或苯氧基-C1-C4链烷醇的酯。


5.根据权利要求1-4中任一项的组合物,其中所述(甲基)丙烯酸酯单体选自(甲基)丙烯酸与C1-C8链烷醇的酯。


6.根据权利要求1-5中任一项的组合物,其中所述受控自由基聚合选自氮氧自由基介导的受控聚合(NMP)、原子转移自由基聚合(ATRP)或可逆加成-裂解链转移聚合(RAFT)。


7.根据权利要求6的组合物,其中所述氮氧自由基介导的受控聚合通过使用选自下式(A)、(B)和(C)之一的聚合调节剂化合物或者基于相应的稳定硝酰自由基与自由基源一起进行:



其中
-R为氢、未被间隔或者被一个或多个氧原子间隔的C1-C18烷基、氰基乙基、苯甲酰基、缩水甘油基、具有2-18个碳原子的脂族羧酸的一价基团、具有7-15个碳原子的脂环族羧酸的一价基团、具有3-5个碳原子的α,β-不饱和羧酸的一价基团或具有7-15个碳原子的芳族羧酸的一价基团;
-R101为C1-C12烷基、C5-C7环烷基、C7-C8芳烷基、C2-C18链烷酰基、C3-C5链烯酰基或苯甲酰基;
-R102为可以未被取代或者被氰基、羰基或脲基取代的C1-C18烷基、C5-C7环烷基、C2-C8链烯基,或者为缩水甘油基、式-CH2CH(OH)-Z的基团或者式-CO-Z或-CONH-Z的基团,其中Z为氢、甲基或苯基;
-G6为氢,
-G5为氢或C1-C4烷基,
-G1和G3为甲基,
-G2和G4为乙基或丙基,或者G1和G2为甲基且G3和G4为乙基或丙基;以及
-X选自CH2-苯基、CH3CH-苯基、(CH3)2C-苯基、(C5-C6环烷基)2CCN、(CH3)2CCN,



CH2CH=CH2、CH3CH-CH=CH2、(C1-C4烷基)CR20-C(O)-苯基、C1-C4烷基-CR20-C(O)-C1-C4烷氧基、C1-C4烷基-CR20-C(O)-C1-C4烷基、C1-C4烷基-CR20-C(O)-N-二(C1-C4烷基)、C1-C4烷基-CR20-C(O)-NH(C1-C4烷基)、C1-C4烷基-CR20-C(O)-NH2,其中R20为氢或C1-C4烷基;以及
其中任何烷基可以未被取代或者被一个或多个选自羟基、氨基、羧酸、卤化物、氰基和羰基的官能基团取代。


8.根据权利要求1-7中任一项的组合物,其中所述至少一种具有至少一个聚(二甲基甲硅烷氧基)基团的不可聚合的非极性硅油在20℃的温度下具有的粘度根据DIN53019在≥0.1m2/sec至≤30000m2/sec范围内。


9.根据权利要求1-8中任一项的组合物,其中所述至少一种具有至少一个聚(二甲基甲硅烷氧基)基团的不可聚合的非极性硅油在20℃的温度下具有的粘度根据DIN53019在≥1000m2/sec至≤30000m2/sec范围内。


10.根据权利要求1-9中任一项的组合物,其中所述至少一种具有至少一个聚(二甲基甲硅烷氧基)基团的不可聚合的非极性硅油是基于所述不可聚合的非极性硅油的总重量含有至少90重量%二甲基甲硅烷氧基的聚二甲基硅氧烷。


11.根据权利要求1-10中任一项的组合物,其中乳液液滴具有的平均尺寸Dv50根据固定散射角为90°或180°的动态光散射技术测定在≥10nm至≤10000nm范围内。


12.根据权利要求1-11中任一项的组合物,其中所述乳液包含平均尺寸Dv50根据固定散射角为90°或180°的动态光散射技术测定在≥10nm至≤100nm范围内的胶束。


13.根据权利要求1-12中任一项的组合物,其中所述至少一种嵌段共聚物具有的多分散指数(PDI)根据使用聚苯乙烯标样的凝胶渗透色谱法测定在≥1.1至≤1.8范围内。


14.根据权利要求1-13中任一项的组合物,其中所述组合物包含:
a)至少一种以受控自由基聚合方法得到的包含衍生于至少一种选自(甲基)丙烯酸与C1-C30链烷醇、C1-C20烷基酚、C5-C20环烷醇、苯基-C1-C4链烷醇或苯氧基-C1-C4链烷醇的酯的不饱和单体的嵌段A和衍生于至少一种选自(甲基)丙烯酸的不饱和单体的嵌段B的嵌段共聚物,
b)至少一种粘度在20℃的温度下根据DIN53019在≥0.1m2/sec至≤30000m2/sec范围内的具有至少一个聚(二甲基甲硅烷氧基)基团的不可聚合的非极性硅油,以及
c)水,
其中水为连续相且所述至少一种具有至少一个聚(二甲基甲硅烷氧基)基团的不可聚合的非极性硅油为呈平均尺寸Dv50根据固定散射角为90°或180°的动态光散射技术测定在≥10nm至≤10000nm范围内的乳液液滴形式的分散相。


15.根据权利要求1-14中任一项的组合物,其中
-所述至少一种嵌段共聚物的量基于所述组合物的总重量在≥0.1重量%至≤10重量%范围内,
-所述至少一种具有至少一个聚(二甲基甲硅烷氧基)基团的不可聚合的非极性硅油的量基于所述组合物的总重量在≥0.1重量%至≤70重量%范围内,以及
-水的量基于所述组合物的总重量在≥20重量%至≤98.8重量%范围内。


16.根据权利要求1-15中任一项的组合物,其中所述组合物包含:
a)≥0.1重量%至≤10重量%至少一种以受控自由基聚合方法得到的包含衍生于至少一种选自(甲基)丙烯酸与C1-C30链烷醇的酯的不饱和单体的嵌段A和衍生于(甲基)丙烯酸的嵌段B的嵌段共聚物,
b)≥0.1重量%至≤70重量%至少一种粘度在20℃的温度下根据DIN53019在≥1000m2/sec至≤30000m2/sec范围内的具有至少一个聚(二甲基甲硅烷氧基)基团的不可聚合的非极性硅油,以及
c)≥20重量%至≤98.8重量%水,
其中重量%基于所述组合物的总重量,以及
其中水为连续相且所述至少一种具有至少一个聚(二甲基甲硅烷氧基)基团的不可聚合的非极性硅油...

【专利技术属性】
技术研发人员:A·格南特C·奥施拉R·克尼施卡
申请(专利权)人:巴斯夫欧洲公司
类型:发明
国别省市:德国;DE

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