生物基分散剂的制作方法
【专利说明】
[0001] 根据35U.S.C.第119部分，本申请要求于2013年3月15日提交的名称为 "Bio-based Dispersants"的美国临时专利申请第61/786, 719号的优先权，其全部内容在 此通过引用的方式纳入本说明书中。
技术领域
[0002] 本发明通常涉及分散剂。更具体地说，本发明涉及生物基分散剂。更具体地说，本 发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剂的天然油的衍生物。
[0003] 本发明还涉及制备天然油基分散剂的方法，特别是合成天然油基分散剂的方法， 尤其地，其中它们由至少一种生物衍生的前体制备。
[0004] 本发明通常还涉及衍生自生物质的分散剂，并且特别地涉及由天然油和或植物油 或作物油有效制备生物基分散剂的方法和体系。
[0005] 本发明还涉及新的且有用的包含生物基分散剂的非水性液体颜料分散体，特别是 与标准固体颜料或高粘度液体颜料分散体相比，所述非水性液体颜料分散体可容易地在目 标介质中处理并且产生全面的和有效的染色。
[0006] 本发明进一步涉及一类用于非水性体系的生物基分散剂，其可以在短时间内将颜 料分散在非水性液体中，并由此产生在长时间内显示出良好分散稳定性的分散体。
[0007] 此外，本发明涉及分散剂，当在所述分散剂的存在下不溶于有机液体的颜料被分 散在所述有机液体中时，所述分散剂可以提供在流动性和分散稳定性方面特别优秀的分散 体。
[0008] 本发明还涉及制备此类生物基分散剂的方法和所述生物基分散剂的用途。
【背景技术】
[0009] 将固体引入到液体介质中需要高的机械力。这实质上取决于周围介质对固体的润 湿性以及固体对该介质的亲和性。为了降低此分散力，通常使用促进分散的分散剂。这些 分散剂通常是具有阴离子、阳离子或非离子结构的表面活性剂或表面活化剂（tenside)。这 些试剂以相对少的量直接施用于固体或添加到分散介质中
[0010] 据进一步了解，这些固体易于在分散后絮凝，这使早期完成的工作无效且导致严 重的问题。这些问题已通过伦敦力/范德华力得到解释，通过所述力固体相互吸引。为了 抵消这些吸引力，必须向该固体施用吸收层。这通过使用这类表面活化剂来完成。
[0011] 在分散期间和分散之后，周围介质和固体颗粒之间存在相互作用，通过表面活化 剂与以较高浓度存在的周围介质的交换而导致表面活化剂的解吸。然而，在大多数的情况 下，这种介质无法建立此类稳定的吸收层，从而导致整个体系的崩溃。这通过液体体系的 粘度增加，清漆和涂料的光泽损失和颜色改变以及颜料合成品的着色力改进不足而变得明 显。
[0012] 为了解决这个问题，例如，EP-A 154, 678、EP-A 74080、美国专利第4, 032, 698号 和DE-A 24 38 414提出使用分散剂。然而，这些分散剂仅导致部分溶解，特别是对于混溶 性，不同颜料如有机颜料和无机颜料相互之间没有絮凝。此外，由所定义的方法制备的颜料 糊剂易于与周围介质相互作用，例如，在清漆中使用后。因此，可以假定所建立的吸收层仅 具有不足的稳定性来抵抗解吸。这些出版物中所提出的一些分散剂还存在存储稳定太差的 缺点，其会导致沉淀、相分离、结晶等。这会导致这种产品在相对短时间后实际上是不均匀 且无效的。
[0013] 还知道的是，颜料被广泛用作着色剂，例如在油漆、清漆和罩光漆中。这类颜料的 平均颗粒尺寸（直径）通常为〇. 1至10微米，更通常地为1微米或更大。为了达到这些颗 粒尺寸，机械装置经常用来将固体颗粒粉碎成更小的初级粒子。最常用的机械装置包括球 磨机、磨损机（attrition)、砂/珠磨机和辑磨机。为了产生破碎颜料粒子所需的机械力，所 有这些装置都需要活动部件。研磨时间通常为几小时，其中某些颜料为了破碎或粉碎成粒 子需要一天或更长的时间。此外，通过与研磨介质接触而进行的颜料粉碎产生呈现大量表 面微凸体的颜料表面。此外，由于颜料与研磨介质的密切接触，所以研磨设备的机械部件会 对分散体造成污染。例如，二氧化硅一一一种研磨介质一一是在砂磨后发现的常见污染物。
[0014] 颜料机械加工的另一个缺点是由此方法产生的大的颗粒尺寸分布宽度。这导致了 直径为1微米或更大的颗粒的存在，甚至在其中平均颗粒尺寸明显更小的分散体中也是如 此。对于在最终制品中需要透明的分散体，这些较大的粒子导致不想要的光散射并且是有 害的。在分散体中，这些微米尺寸粒子的存在也导致了固有的不稳定性，或易于絮凝。
[0015] 通过用化学方法改变颜料可以获得更稳定的颜料分散体。这通常产生更小的平均 粒径，但也存在一些缺点：需要对颜料进行化学预处理，仍然需要机械研磨，并且仍然提供 具有宽的颗粒尺寸分布的分散体。
[0016] 在某种程度上，现在的颜料分散剂在将颜料以更高的浓度分散在非水性分散介质 中以及使分散体稳定方面是有效的，但其不能在颜料的精细分散体的稳定性方面提供令人 满意的效果。
[0017] 通常用于现有技术的产品，即涂料中的炭黑分散剂，是丙烯酸共聚物的盐、炔 二醇表面活性剂或聚醇醚，其适合各类润湿剂和分散剂（Calbo, Handbook of Coatings Additives, Dekker pg. 516)。这些添加剂可以起到不只是分散剂的作用，还可以下列一种 或多种方式起作用：a)防止絮凝，b)防止硬沉淀物（settling)，c)改善黑度/颜色/光泽， d)控制粘度，和/或e)改善基体树脂的润湿性。
[0018] 根据要纳入这种分散体的产品来确定任何添加剂作为分散剂与炭黑或其它颜料 一起使用的有用性时，各种考虑都是重要的。当在本申请中使用时，术语颜料或颜料分散体 旨在包含可以用来赋予颜色和/或提供一些其它功能的各种材料，例如在橡胶中使用的炭 黑，其除了增添颜色外还充当增强剂。
[0019] 在确定具体的分散剂与给定的颜料--其将被用于油漆或涂料组合物中--一 起使用是否有用时，最重要的考虑因素之一为该分散剂结合物/颜料结合物是否能赋予已 添加了所述结合物的干燥漆膜或涂层以导电性质或特性。
[0020] 汽车行业正在并且还将继续用塑料车体板和复合材料车体板替代外部金属车体 板。这些变化的原因是减重、设计的灵活性以及更低的加工成本。用塑料和复合材料来代 替金属车体板并非没有困难。
[0021] 值得注意的一个问题是塑料的静电喷涂。静电喷涂是施用汽车面漆的优选方式。 喷涂通常使车辆具有最好的外观，并且静电技术确保材料最经济的使用。除非使用导电底 漆否则塑料无法进行良好的静电喷涂，所以出现问题。
[0022] 在确定将与导电炭黑一起使用的任何分散剂的效用时，其中最重要的考虑因素如 下：分散体本身的固有流变稳定性以及当添加到所配制的油漆中时的固有流变稳定性；炭 黑/分散剂混合物的抗絮凝性以及在最终油漆或涂料中的抗凝絮性；在高含量的颜料下获 得低粘度的能力。
[0023] 本发明申请人意识到与用作颜料添加剂的分散剂一一例如炭黑一一相关的各种 现有技术参考文献存在一些缺点。现有技术中的炭黑分散剂一一包括用于导电炭黑的那 些一一的最显著的缺点是：可能需要高水平的分散剂，其易于对所配制的油漆的物理性能 产生有害地影响，例如有害地影响所得到的防潮性能，当暴露在紫外光下时变黄，在三聚氰 胺交联体系中的固化损失，以及其它不良影响；不能够阻止炭黑的再絮凝，导致干燥漆膜的 导电性的损失；以及分散剂与被选择用来在最终油漆制剂中使用的特殊树脂体系的不相容 性。
[0024] 此外，越来越多的油漆被制备，其为水基型且完全不含有机溶剂如二醇醚类。当将 这些油漆调制成期望的颜色时，在很大程度上使用颜料分散体，所述分散体既可以用于水 基油漆也可以用于基于有机溶剂的油漆。颜料分散体通常包含颜料、填料、分散剂和以乙二 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。在大多数 情况下，该分散剂是非离子型表面活性化合物或非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性 剂的结合物。然而，由于环境原因，人们希望颜料分散体是无溶剂的。
[0025] 另外，已经知道分散剂是许多工业制剂和应用例如油漆和涂料、墨水、油田化学品 和润滑剂