專利名稱：檸檬酸三烷基酰胺表面活性劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檸檬酸三烷基酰胺在水基體系中用于降低表面張力的用途。
背景技術(shù)：
以實(shí)際配制過程中，由于降低的表面張力將增強(qiáng)基材濕潤性，因此，在水性涂料、油墨、粘合劑、緩沖溶液、農(nóng)用配方和用于電子學(xué)工藝如半導(dǎo)體制造的清洗組合物中，降低水表面張力的能力是十分重要的。通常通過添加表面活性劑來實(shí)現(xiàn)水基體系中表面張力的降低。通過添加表面活性劑所致的特性包括增強(qiáng)表面復(fù)蓋率，更少缺陷，以及更為均勻的分布。當(dāng)體系處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，平衡表面張力性能將是十分重要的。然而，在利用高表面產(chǎn)生率的應(yīng)用中，降低動(dòng)態(tài)條件下表面張力的能力將是十分重要的。所述應(yīng)用包括涂料或農(nóng)用配方的噴涂，輥涂和刷涂，或高速凹版印刷或噴墨印刷。動(dòng)態(tài)表面張力是這樣的一個(gè)重要量值它將給表面活性劑降低表面張力的能力提供度量，并在高速應(yīng)用條件下提供濕潤性。
傳統(tǒng)的非離子表面活性劑，如烷基苯酚或醇乙氧基化物和環(huán)氧乙烷(EO)/環(huán)氧丙烷(PO)的共聚物具有優(yōu)異的平衡表面張力性能，但通常認(rèn)為具有差的動(dòng)態(tài)表面張力降低性能。相反，陰離子表面活性劑，如二烷基磺基丁二酸鈉能提供良好的動(dòng)態(tài)結(jié)果，但很易起泡并使最終涂層具有水敏感性。
除了開發(fā)高性能的表面活性劑以外，工業(yè)上相當(dāng)重視的是具有改善環(huán)境特性的表面活性劑。所述替代表面活性劑已切實(shí)可行，因此，環(huán)境問題已導(dǎo)致增加使用環(huán)境兼容的表面活性劑。此外，已減少使用不太好的產(chǎn)物，如烷基苯酚乙氧基化物(APE)表面活性劑。這部分是由于APE表面活性劑差的環(huán)境特性所致，如不完全的生物降解作用，和懷疑可能起內(nèi)分泌模仿疾病的作用。
對(duì)高性能、生態(tài)友善表面活性劑的需求，已激勵(lì)了在新表面活性劑開發(fā)中的種種努力。根據(jù)這項(xiàng)工作，業(yè)已開發(fā)出了一類新的表面活性劑，稱為烷基多苷(APG)表面活性劑，它們可以作為常規(guī)表面活性劑的易生物降解的、環(huán)境友善的替代物。然而，這些物質(zhì)會(huì)發(fā)泡，并因此不適合于不希望產(chǎn)生泡沫的各種涂料、油墨、粘合劑和農(nóng)業(yè)用途。因此，不僅希望獲得具有優(yōu)異表面張力降低能力的表面活性劑，而且還希望的是，所述這些表面活性劑在動(dòng)態(tài)應(yīng)用條件下具有少的泡沫并且對(duì)環(huán)境友善。
對(duì)表面活性劑的要求是具有良好的平衡和動(dòng)態(tài)表面張力性能，低發(fā)泡，并且在水性涂料、油墨、粘合劑、緩沖溶液、農(nóng)業(yè)用品和電子設(shè)備制造工業(yè)中被廣泛地接受了。此外，由于重點(diǎn)在于開發(fā)對(duì)環(huán)境友善的表面活性劑，因此，一個(gè)主要的特征將是這些新表面活性劑不僅擁有前述希望的性能特征，而且是從天然、可再生資源中衍生得到的。
現(xiàn)有技術(shù)中均意識(shí)到，在如涂料、油墨、粘合劑、緩沖溶液、農(nóng)業(yè)用品和電子設(shè)備清洗組合物例如用于制備半導(dǎo)體裝置的顯影水溶液的應(yīng)用中，降低平衡和動(dòng)態(tài)表面張力是重要的。
在用于水性涂料時(shí)，低動(dòng)態(tài)表面張力將是特別重要的。在Schwartz，J.的文章“水性涂料中低動(dòng)態(tài)表面張力的重要性”(涂料技術(shù)雜志，1992.9)中，對(duì)水性涂料的表面張力性能進(jìn)行了討論，并對(duì)所述涂料的動(dòng)態(tài)表面張力也進(jìn)行了討論。就若干種表面活性劑，對(duì)平衡和動(dòng)態(tài)表面張力進(jìn)行評(píng)估。人們指出，在水性涂料中，低動(dòng)態(tài)表面張力是取得優(yōu)異成膜作用的重要因素。動(dòng)態(tài)涂布應(yīng)用方法需要具有低動(dòng)態(tài)表面張力的表面活性劑，以便防止出現(xiàn)缺陷，如收縮、凹坑和泡沫。
有效應(yīng)用農(nóng)業(yè)用品，主要也取決于所述用品的動(dòng)態(tài)表面張力。在Wirth，W.；Storp，S.；Jacobsen，W.的文章“控制農(nóng)用噴霧液在葉子上留著的機(jī)理(Mechanisms Controlling Leaf Retention of Agricultural SpraySolutions)”(Pestic.Sci.，1991,33,411-420)中，研討了農(nóng)業(yè)用品的動(dòng)態(tài)表面張力和這些制品保留在葉子上能力之間的關(guān)系。這些工作者觀測(cè)到了保留值和動(dòng)態(tài)表面張力之間良好的關(guān)系，其中所述用品較好的有效保留率將得到較低的動(dòng)態(tài)表面張力。
如在文章“利用表面活性劑配制適合VOC的水性油墨”(Medina，S.W.；Sutovich，M.N.Am.Ink Maker 1994，72(2)，32-38)中所述，在高速印刷中，低動(dòng)態(tài)表面張力也是十分重要的。在該文章中指出了平衡表面張力(ESTs)僅與靜止的油墨體系有關(guān)。無論如何，EST值也不是在動(dòng)態(tài)、高速印刷環(huán)境下使用油墨時(shí)，其性能良好的指示劑。所述動(dòng)態(tài)測(cè)量是表面活性劑遷移至新產(chǎn)生油墨/基材界面以便提供高速印刷下濕潤性能力的指示劑。
根據(jù)Microlithography，Science and Technology(J.R.Sheats和B.W.Smith編輯，Marcel Dekker，Inc，1998，第551-553頁)，四甲基氫氧化銨(TMAH)是用于洗印光刻膠的堿性水溶液中所選擇的化學(xué)劑。將表面活性劑添加至TMAH水溶液中，以便縮短洗印時(shí)間并減少臟版，從而改善表面濕潤性。
US5,562,762披露了包含水，溶解染料和具有兩個(gè)聚乙氧基化取代基的叔胺的水性噴墨油墨，在噴墨印刷中，所述低動(dòng)態(tài)表面張力是十分重要。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)了檸檬酸(2-羥基-1，2，3-丙三甲酸)的性質(zhì)，它是許多植物和動(dòng)物通常的代謝物。它被美國食品和藥品管理局分類為GRAS(通常認(rèn)為是安全的)，并且常用于食品、藥品、洗滌劑、化妝品、清潔劑和增強(qiáng)的油回收中。檸檬酸由糖發(fā)酵而生產(chǎn)，所述糖如玉米淀粉或糖蜜。
基于檸檬酸酰胺的陰離子表面活性劑是已知的。
JP08302387A披露了由檸檬酸和C10-C20胺制得的、在化妝品中用作表面活性劑的單酰胺用途。這些陰離子表面活性劑是發(fā)泡的，因此，不適合于涂布應(yīng)用，如涂料或農(nóng)業(yè)用品的噴涂，輥涂和刷涂，或高速凹印或噴墨印刷。
US3 946 074披露了脂肪多羧酸的二酰胺和三酰胺，當(dāng)以有機(jī)或水溶液的形式或以水乳液形式應(yīng)用于植物時(shí)，包括作為生長調(diào)節(jié)劑的檸檬酸。檸檬酰胺，N，N，N’，N’-四甲基-N”-1-甲基癸基檸檬酰胺是在
JP06100833披露了包含水溶性染料或水分散性顏料、水溶性有機(jī)溶劑和三羧酸酰胺的含水油墨組合物。
GB944515披露了檸檬酸酰胺，作為部分酰胺殘基，它包含至少一個(gè)連接在氮原子上的亞烷基二胺殘基和C10-C22脂肪烴殘基。這種檸檬酸酰胺已知在含水組合物中具有作為殺(細(xì))菌劑和殺(真)菌劑活性。
JP09286768披露了作為用于加工熱塑性樹脂和熱固性樹脂，以及合成橡膠的潤滑劑、脫模劑和分散劑的包含C8-C22烷基或亞烷基基團(tuán)的檸檬酸的三酰胺，例如，檸檬酸的三辛基—和三(十二烷基)酰胺。在所有實(shí)施例中，檸檬酰胺添加劑均被添加至無水組合物中。
US5 776 494披露了，二元和/或三元羧酸的烷基酰胺，例如，2-羥基-1，2，3-丙三丁基酰胺，作為凝膠或凝膠棒形式的藥物組合物中的膠凝劑的用途。所述組合物是利用包含少于5％水的無水液體載體制備的。
對(duì)于本發(fā)明，“水基”、“含水”或“含水介質(zhì)”意指包含至少90％重量，優(yōu)選至少95％重量水的溶劑或液體分散介質(zhì)。顯而易見的是，也包括完全是水的介質(zhì)。此外，希望的是，水基組合物基本不含烴溶劑。
另外，本發(fā)明還提供通過引入這些檸檬酰胺化合物而降低所述含水組合物平衡和動(dòng)態(tài)表面張力的方法。
另外，本發(fā)明還提供一種方法，所述方法包括將含無機(jī)或有機(jī)化合物的水基組合物的涂料施加至一表面上，以便用所述水基組合物部分或完全涂布所述表面；然后對(duì)所述組合物進(jìn)行干燥以便沉積一涂層；所述組合物包含有效量的上述結(jié)構(gòu)的檸檬酰胺化合物，以降低水基組合物的動(dòng)態(tài)表面張力。
在水基有機(jī)涂料、油墨、粘合劑、緩沖溶液、農(nóng)用和電子設(shè)備化學(xué)組合物中，使用這些檸檬酰胺所產(chǎn)生的顯著優(yōu)點(diǎn)包括
1.水基涂料、油墨、粘合劑、緩沖溶液、農(nóng)用和電子設(shè)備化學(xué)組合物可用于各種基材上，而使基材表面具有優(yōu)異的濕潤性；2.減少涂布或印刷缺陷，如桔皮和流動(dòng)性/流平性缺乏；3.涂料和油墨組合物能高速應(yīng)用；4.低發(fā)泡表面活性劑能降低動(dòng)態(tài)表面張力；5.低發(fā)泡表面活性劑氣味??；6.水基組合物使用由天然、可再生資源衍生得到的表面活性劑，因此使得所述配方對(duì)環(huán)境是友善的；和7.配制低表面張力電子設(shè)備清洗和處理溶液的能力，包括光刻膠洗印液，對(duì)于半導(dǎo)體制造工業(yè)，將具有良好的濕潤性和極低的泡沫。
由于這些材料優(yōu)異的表面活性劑性能和控制發(fā)泡的能力，因此，它們有可能在降低動(dòng)態(tài)和平衡表面張力并且低發(fā)泡是十分重要的許多應(yīng)用中找到用途。低發(fā)泡十分重要的應(yīng)用包括各種濕加工的紡織物操作，如纖維的染色、纖維脫膠洗滌和煮布鍋精練，這些操作中低發(fā)泡性將是特別有利的；另外，它們也可用于肥皂、水基香料、香波、洗滌劑、清潔劑、化妝品和食品加工中，在這些應(yīng)用中，其顯著的降低表面張力的能力，以及同時(shí)基本不產(chǎn)生泡沫將是特別希望的。
此外，半導(dǎo)體制造工業(yè)的需要導(dǎo)致需求，高性能的表面活性劑和濕潤劑用于光刻膠洗印配方。當(dāng)線條(line features)收縮至更小的尺寸并且光刻膠基材變得更為脂肪性(即低表面能)時(shí)，含水洗印劑溶液更需要由表面張力降低劑來配制。
由趨向于更大晶片尺寸所強(qiáng)調(diào)的、對(duì)這些洗印劑的另外的要求是它們需具有低的發(fā)泡性。當(dāng)將所謂的噴霧攪煉工藝用于施加洗印液時(shí)，其中洗印劑噴在越來越大的區(qū)域上，這將是特別重要的。甚至在使用攪煉或浸漬工藝的情況下，在使洗印液分布至光刻膠表面上時(shí)，微泡的進(jìn)入也將導(dǎo)致各種缺陷。甚至在極端的條件下，根據(jù)本發(fā)明的物質(zhì)也能有效降低洗印水溶液的表面張力并產(chǎn)生極少的泡沫。在電子工業(yè)中使用含水加工介質(zhì)的其它用途也將由于良好的動(dòng)態(tài)濕潤性和低的發(fā)泡性而獲益。發(fā)明詳述為降低基本不含脂族和芳香族烴溶劑并包含有機(jī)化合物的水基組合物的平衡和動(dòng)態(tài)表面張力，本發(fā)明涉及下式結(jié)構(gòu)檸檬酰胺化合物的用途 式中R1，R2和R3為C1-C18烷基基團(tuán)，優(yōu)選為C2-C8烷基，最優(yōu)選為C3-C5烷基；其中所述有機(jī)化合物特別是保護(hù)或裝飾性涂料、油墨、緩沖溶液、粘合劑，包含有機(jī)化合物如聚合物樹脂、有機(jī)堿、除草劑、殺真菌劑、殺蟲劑或植物生長改良劑的農(nóng)業(yè)和電子設(shè)備加工處理組合物。希望的是，檸檬酰胺水溶液在25℃和根據(jù)最大氣泡壓力法20個(gè)氣泡/秒的水中小于或等于5％重量濃度時(shí)，其動(dòng)態(tài)表面張力小于50達(dá)因/厘米。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，上述結(jié)構(gòu)式的檸檬酰胺顯示出優(yōu)異的降低平衡和動(dòng)態(tài)表面張力的能力，同時(shí)基本不產(chǎn)生泡沫。
所述這些物質(zhì)可以通過伯胺與檸檬酸或檸檬酸酯的反應(yīng)來制備。所述反應(yīng)說明如下 如Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology(第四版，第2卷，第348-351頁)所述，可以利用在有機(jī)化學(xué)技術(shù)中熟知的各種條件進(jìn)行形成酰胺的胺化反應(yīng)。該優(yōu)選的方法涉及在質(zhì)子溶劑中檸檬酸酯與3當(dāng)量或更多的胺進(jìn)行反應(yīng)。
包含需要的C1-C18烷基取代基的所有伯胺或伯胺混合物均可用于制備本發(fā)明的三烷基檸檬酰胺，其中優(yōu)選的是含2-8個(gè)碳原子的胺，包含3-5個(gè)碳原子的胺尤其優(yōu)選。優(yōu)選的是，三烷基檸檬酰胺包含總計(jì)8-20個(gè)酰胺烷基碳，尤其優(yōu)選的是包含總計(jì)9-15個(gè)酰胺烷基碳的三烷基檸檬酰胺。合適的烷基基團(tuán)應(yīng)當(dāng)具有足夠的碳原子，以便將表面活性(即降低水表面張力的能力)賦予所述材料，但所述碳原子不能多至使溶解性降至對(duì)于特定的用途，材料降低表面張力的能力將不足這樣的程度。通常，碳原子數(shù)的增加將增加最終三-烷基檸檬酰胺的效率(即為實(shí)現(xiàn)表面張力一定程度的降低，需要較少的表面活性劑)，但是，在高表面產(chǎn)生速率時(shí)，這將降低表面活性劑的降低表面張力的能力。后者的作用是由于這樣的事實(shí)所造成的增加碳原子數(shù)通常將降低材料的水溶解性，并因此使表面活性劑的擴(kuò)散流動(dòng)縮小至新產(chǎn)生的表面。通常，在本發(fā)明的實(shí)踐中，希望以最終三-烷基檸檬酰胺在水中具有≤10wt％，優(yōu)選從0.1-0.5wt％的溶解性限度為準(zhǔn)，來選擇酰胺烷基基團(tuán)。
檸檬酰胺中的烷基基團(tuán)可以相同或不同，并且可以是線性的或支化的。合適烷基基團(tuán)的例子為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、正戊基、2-戊基、3-戊基、異戊基、新戊基、環(huán)戊基、2-甲基丁基、3-甲基-2-丁基、正己基、2-己基、3-己基、環(huán)己基、2-乙基丁基、4-甲基-2-戊基、正庚基、正辛基、正-2-乙基己基、正壬基、正癸基、正十一基、正十二基等。這些衍生物中，包含總計(jì)8-20個(gè)酰胺烷基碳的那些是優(yōu)選的，尤其優(yōu)選的是包含9-15個(gè)烷基碳的那些，包含12個(gè)烷基碳的那些是最為優(yōu)選的，尤其是其中R1＝R2＝R3＝丁基的場(chǎng)合。
能有效降低水基、含有機(jī)化合物的組合物的平衡和/或動(dòng)態(tài)表面張力的三-烷基檸檬酰胺的用量可以為含水組合物的0.001-20wt％，優(yōu)選為0.01-10wt％。當(dāng)然，最佳有效量將取決于特定的用途和檸檬酰胺的溶解性。
檸檬酰胺適于在含水組合物中使用，所述組合物包含在水中的無機(jī)化合物或有機(jī)化合物，其中所述無機(jī)化合物例如是礦石或顏料；所述有機(jī)化合物是顏料、可聚合的單體，如加成單體、縮聚單體和乙烯基單體，反低聚樹脂、聚合樹脂、洗滌劑、清洗劑、加溶劑(如三甲基氫氧化銨(TMAH))、除草劑、殺菌劑、殺蟲劑或植物生長改良劑。
在包含本發(fā)明三-烷基檸檬酰胺的下列水基有機(jī)涂料、油墨、粘合劑、緩沖溶液、農(nóng)用品和光刻膠洗印組合物中，所述組合物的其它所列組份對(duì)于相關(guān)技術(shù)中熟練技術(shù)人員來說是熟知的物質(zhì)。
其中添加有本發(fā)明的三-烷基檸檬酰胺表面活性劑的常用水基保護(hù)或裝飾性有機(jī)涂料組合物包含于含水介質(zhì)中、包含下列組份的30-80％重量的涂料組合物。

向其中添加本發(fā)明檸檬酰胺表面活性劑的常用水基油墨組合物包含在含水介質(zhì)中的、包含下列組份的、20-60％重量的油墨組合物

向其中添加本發(fā)明檸檬酰胺表面活性劑的常用的水基農(nóng)業(yè)用組合物包含在含水介質(zhì)中的、含下列組份的、0.1-80％重量的農(nóng)業(yè)用組合物

含有本發(fā)明檸檬酰胺表面活性劑的常用的水基緩沖溶液包含下列組份

向其中添加本發(fā)明三-烷基檸檬酰胺表面活性劑的常用的水基粘合劑組合物包含在含水介質(zhì)中、包含下列組份的30—65重量％的粘合劑組合物

向其中添加本發(fā)明三-烷基檸檬酰胺表面活性劑的常用的水基光刻膠洗印劑或電子設(shè)備清洗組合物包含含下列組份的水介質(zhì)。

下面實(shí)施例1-4闡明各種檸檬酸三烷基酰胺的合成。合成所有的三-烷基檸檬酰胺并通過氣相色譜法(GC)和氣相色譜/質(zhì)譜法(GC/MS)或核磁共振(NMR)光譜法的組合進(jìn)行表征。所有制得的檸檬酰胺，其純度均為80％至大于99％。
實(shí)施例1通過正丙胺與三乙基檸檬酸酯發(fā)生反應(yīng)制備N，N’，N”-三正丙基檸檬酰胺。向圓底燒瓶中添加三乙基檸檬酸酯(30.245克；1克當(dāng)量)，正丙胺(19.427克，3.16克當(dāng)量)和甲醇(40毫升)。在通過50℃的圓盤蒸發(fā)除去甲醇之前，于室溫對(duì)透明的淺黃色溶液攪拌3天。在70℃對(duì)得到的黃色液體進(jìn)行真空干燥，得到粘稠的白色固體。利用二乙基醚將粗固體磨碎，通過過濾收集并真空干燥，得到稍有一些氣味的白色粉末(19.19克；產(chǎn)率55％)。
實(shí)施例2通過正丁胺與三乙基檸檬酸酯發(fā)生反應(yīng)制備N，N’，N”-三正丁基檸檬酰胺。向圓底燒瓶中添加三乙基檸檬酸酯(31.485克；0.1140摩爾，1克當(dāng)量)和甲醇(40毫升)。向該溶液中慢慢傾倒正丁胺(24.999克，3.00克當(dāng)量)。在通過60℃的圓盤蒸發(fā)除去甲醇之前，于室溫對(duì)透明的淺黃色溶液攪拌3天。利用二乙基醚對(duì)得到的粗粘稠固體進(jìn)行磨碎，通過過濾收集并真空干燥，得到稍有一些胺氣味的白色粉末(23.95克；產(chǎn)率58％)。
實(shí)施例3通過異丁胺與三乙基檸檬酸酯發(fā)生反應(yīng)制備N，N’，N”-三異丁基檸檬酰胺。向圓底燒瓶中添加三乙基檸檬酸酯(30.001克；1克當(dāng)量)，異丁胺(24.034克；3.03克當(dāng)量)和甲醇(40毫升)。于室溫對(duì)透明的淺黃色溶液攪拌2天，然后添加另外的異丁胺(3.06克當(dāng)量)。攪拌過夜后，觀察到濕的白色固體。真空除去甲醇并利用二乙基醚對(duì)固體進(jìn)行磨碎，通過過濾收集并真空干燥，得到檢測(cè)不到氣味的白色粉末(31.09克；產(chǎn)率80.3％)。
實(shí)施例4通過異戊胺與三乙基檸檬酸酯發(fā)生反應(yīng)制備N，N’，N”-三異戊基檸檬酰胺。向圓底燒瓶中添加三乙基檸檬酸酯(30.001克；1克當(dāng)量)，異戊胺(28.399克；3.0克當(dāng)量)和甲醇(40毫升)。于室溫對(duì)透明的淺黃色溶液攪拌2天然后添加另外的胺(1.1克當(dāng)量)。攪拌一周后，觀察到透明的黃色溶液。真空除去甲醇并利用二乙基醚對(duì)得到的白色固體進(jìn)行磨碎，通過過濾收集并真空干燥，得到稍有一點(diǎn)氣味的白色粉末(22.52克；產(chǎn)率52.1％)。
實(shí)施例5-8制備實(shí)施例1-4的檸檬酰胺于蒸餾水中的溶液。如Langmuir 1986，2,428-432中所述，利用最大氣泡壓力法以0.1個(gè)氣泡/秒(b/s)至20個(gè)氣泡/秒的速度，獲得動(dòng)態(tài)表面張力數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)提供了在接近平衡(0.1b/s)至極高表面產(chǎn)生速率(20b/s)的條件下表面活性劑的有關(guān)性能。在實(shí)際的條件下，高氣泡速率相當(dāng)于平版印刷中的高印刷速度，涂布應(yīng)用中的高噴涂或輥涂速度，農(nóng)業(yè)用品和電子設(shè)備清洗和加工的快速應(yīng)用速率。
動(dòng)態(tài)表面張力數(shù)據(jù)和溶解性限度列于表1中。實(shí)施例6和7的溶解性限度通過(濃度)曲線中表面張力的線性部分與許多教科書中所述的極限表面張力的交叉點(diǎn)來確定。由于實(shí)施例8包含0.005％重量的不溶性物質(zhì)，因此溶解性限度小于0.005％重量。另外，實(shí)施例1報(bào)道的約為10％重量的溶解性限度是觀察到大量不溶性物質(zhì)的最低濃度。通過對(duì)包含相同量的不同表面活性劑的溶液表面張力的降低進(jìn)行對(duì)比，能夠得到表面活性劑的相對(duì)效率。這樣的數(shù)據(jù)是由1.0和6.0b/s時(shí)，0.1％重量的三-烷基檸檬酰胺溶液給出的。與表面活性劑的用量無關(guān)，對(duì)于給定的表面活性劑，在0.1、1、6和20b/s時(shí)的極限表面張力表示在給定表面產(chǎn)生速率下能取得的于水中的最低表面張力，并用來評(píng)價(jià)表面活性劑的有效性。這些數(shù)值給出了在接近平衡條件(0.1b/s)至極端動(dòng)態(tài)條件下(20b/s)，表面活性劑減少表面缺陷的相對(duì)能力的信息。在將配方應(yīng)用至較低能量的表面上時(shí)，較低表面張力將能夠消除各種缺陷。
表1.三-烷基檸檬酰胺表面活性劑的表面張力數(shù)據(jù) a％重量b達(dá)因/厘米c0.005wt％表面活性劑的極限。
當(dāng)以5wt％的濃度將實(shí)施例8中使用的三異戊酰胺添加至水中時(shí)，大量物質(zhì)將保持不溶。對(duì)該含水混合物動(dòng)態(tài)表面張力的測(cè)量將給出下列γ值45.7達(dá)因/厘米(0.1b/s)、45.9達(dá)因/厘米(1b/s)、46.4達(dá)因/厘米(6b/s)和47.4達(dá)因/厘米(20b/s)。
表1中的數(shù)據(jù)表明三-烷基檸檬酰胺具有降低含水組合物動(dòng)態(tài)表面張力的能力，并且在絕大多數(shù)情況下，甚至在以快速速率(即20b/s)產(chǎn)生表面的條件下也能保持低表面張力。實(shí)施例5-8說明在25℃小于等于10wt％濃度(于水中)和0.1b/s時(shí)，包含9-15碳原子的三-烷基檸檬酰胺顯示出低于48達(dá)因/厘米的表面張力值。另外，包含12個(gè)碳原子的三-烷基檸檬酰胺表明在極端動(dòng)態(tài)條件(20b/s)和在25℃于水中小于等于0.5wt％的濃度下，水溶液的動(dòng)態(tài)表面張力將降至50達(dá)因/厘米以下。相比之下，包含9個(gè)碳原子的三-烷基檸檬酰胺需要多得多的試樣來取得類似的動(dòng)態(tài)表面張力降低。令人驚奇的是，就含水組合物的表面張力降低而言，包含C4基團(tuán)的三-烷基檸檬酰胺顯示出了效力和效率的最佳結(jié)合。
烷基基團(tuán)的支化沒有發(fā)現(xiàn)能造成改善的性能。與N，N’，N”-三異丁基檸檬酰胺相比，N，N’，N”-三正丁基檸檬酰胺更易溶解，并因此能更為有效地降低水的動(dòng)態(tài)表面張力。因而，在三-烷基檸檬酰胺中，包含線性烷基鏈的所述酰胺對(duì)于降低水基的、包含有機(jī)化合物的組合物中水的表面張力將是優(yōu)選的，所述組合物包括水性涂料、油墨、粘合劑、緩沖溶液、農(nóng)業(yè)用品和電子設(shè)備清洗組合物。然而，三-烷基檸檬酰胺的最終選擇將取于其用途。
實(shí)施例9-13利用基于ASTM D1173-53的步驟，測(cè)量三-烷基檸檬酰胺(N，N’，N”-三正丙基檸檬酰胺，N，N’，N”-三正丁基檸檬酰胺，N，N’，N”-三異丁基檸檬酰胺和N，N’，N”-三異戊基檸檬酰胺)0.1wt％溶液的發(fā)泡性能。在該測(cè)試中，由高位玻璃吸移管將0.1wt％的檸檬酰胺表面活性劑溶液添加至包含相同溶液的貯液罐中。測(cè)量添加完成時(shí)泡沫高度(“起始泡沫高度”)并記錄氣-液界面處泡沫消散所需的時(shí)間(“零泡沫的時(shí)間”)。該測(cè)試對(duì)各種檸檬酰胺的發(fā)泡性能進(jìn)行了對(duì)比。通常，在涂料、油墨、粘合劑、農(nóng)業(yè)用品和電子設(shè)備清洗配方中，由于泡沫將使加工變得復(fù)雜并會(huì)導(dǎo)致涂布和印刷缺陷，以及使材料應(yīng)用效率低，因此，泡沫是不希望的。在此，將實(shí)施例1-4中制備的三-烷基檸檬酰胺的數(shù)據(jù)列于表2中。
表2.發(fā)泡測(cè)試數(shù)據(jù) 在涂料、油墨、粘合劑、農(nóng)業(yè)配方、電化學(xué)配方和清洗配方中，使用許多常規(guī)表面活性劑的缺點(diǎn)在于在這些體系中會(huì)形成大量持續(xù)時(shí)間長的泡沫。對(duì)于這些應(yīng)用，希望的是表面活性劑盡可能少地形成泡沫，以及形成的泡沫迅速消散。表2的數(shù)據(jù)表明本發(fā)明的化合物形成了很少的起始泡沫，并且形成的泡沫能迅速消散。因此，除了在平衡和動(dòng)態(tài)條件下，其降低含有機(jī)化合物的含水組合物表面張力的能力以外，就其在涂料、油墨、粘合劑、農(nóng)用配方和電子設(shè)備清洗配方中的用途而言，三-烷基檸檬酰胺表面活性劑具有所需的泡沫性能。
工業(yè)實(shí)用性說明本發(fā)明提供了適用于降低水基涂料、油墨、粘合劑、緩沖溶液、農(nóng)用配方和電子設(shè)備清洗配方的平衡和動(dòng)態(tài)表面張力的組合物。
權(quán)利要求
1.一種包含于水中的有機(jī)或無機(jī)化合物和用于降低所述組合物動(dòng)態(tài)表面張力的表面活性劑的含水組合物，其中所述無機(jī)化合物是礦石或顏料，所述有機(jī)化合物是顏料、可聚合的單體、低聚樹脂、聚合樹脂、洗滌劑、除草劑、殺蟲劑、殺真菌劑或植物生長改良劑，所述的表面活性劑的用量為所述含水組合物的0.001-20wt％，其特征在于，所述表面活性劑是具有下面結(jié)構(gòu)式的檸檬酸的三-烷基酰胺 式中R1、R2和R3獨(dú)立地為C1-C18烷基基團(tuán)，根據(jù)最大氣泡壓力法，于25℃和20個(gè)氣泡/秒，在水中小于或等于5％重量濃度時(shí)，所述三-烷基酰胺具有小于50達(dá)因/厘米的動(dòng)態(tài)表面張力。
2.權(quán)利要求1的含水組合物，其中R1、R2和R3獨(dú)立地是C2-C8烷基基團(tuán)，并且三-烷基酰胺的含量為含水組合物的0.01-10wt％。
3.權(quán)利要求2的含水組合物，其中R1、R2和R3是C3-C5的烷基基團(tuán)。
4.權(quán)利要求2的含水組合物，其中R1、R2和R3是相同的。
5.權(quán)利要求4的含水組合物，其中R1、R2和R3是C4烷基基團(tuán)。
6.權(quán)利要求4的含水組合物，其中R1、R2和R3是C5烷基基團(tuán)。
7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的組合物，它是包含在含水介質(zhì)中的、30-80wt％涂料組合物的含水有機(jī)涂料組合物，包含如下組份0-50wt％顏料分散體，研磨樹脂或其混合物；0-80wt％著色顏料、體質(zhì)顏料、防腐顏料、其它類顏料或其混合物；5-99.9wt％水性、水分散、水溶性樹脂或其混合物；0-30wt％潤滑添加劑、抗菌劑、加工助劑、消泡劑或其混合物；0-50wt％凝結(jié)劑或其它溶劑；0.01-10wt％表面活性劑、濕潤劑、流動(dòng)和流平劑或其混合物；和0.01-20wt％檸檬酸的三-烷基酰胺。
8.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的組合物，它是包含在含水介質(zhì)中的、20-60wt％油墨組合物的含水油墨組合物，包含如下組份1-50wt％顏料；0-50wt％顏料分散劑、研磨樹脂或其混合物；0-50wt％于樹脂溶液載體中的粘土基料；5-99wt％水性、水分散或水溶性樹脂或其混合物；0-30wt％凝結(jié)劑或其它溶劑；0.01-10wt％加工助劑、消泡劑、加加溶劑或其混合物；0.01-10wt％表面活性劑、濕潤劑或其混合物；和0.01-20wt％檸檬酸的三-烷基酰胺。
9.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的組合物，它是包含在含水介質(zhì)中的、0.01-80wt％農(nóng)用組合物的含水農(nóng)用組合物，包含如下組份0.1-50wt％除草劑、殺蟲劑、植物生長改良劑或其混合物；0.01-10wt％表面活性劑；0-5wt％染料；0-20wt％增稠劑、穩(wěn)定劑、輔助-表面活性劑、凝膠抑制劑、消泡劑或其混合物；0-25wt％防凍劑；和0.01-50wt％檸檬酸的三-烷基酰胺。
10.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的組合物，它是包含下列組份的含水緩沖液組合物0.05-10wt％可成膜的、水溶性的大分子；1-25wt％水溶性或能使之溶于水的、含2-12碳原子的單醇，二醇或多元醇；0.01-20wt％水溶性有機(jī)酸、無機(jī)酸或其鹽；30-70wt％水；和0.01-5wt％檸檬酸的三-烷基酰胺。
11.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的組合物，它是包含在含水介質(zhì)中的、30-65wt％粘合劑組合物的含水粘合劑組合物，包含如下組份50-99wt％聚合樹脂；0-50wt％增粘劑；0-0.5wt％消泡劑；和0.5-2wt％檸檬酸的三-烷基酰胺。
12.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的組合物，它是包含在含水介質(zhì)中的、下列組份的電子設(shè)備的含水清洗組合物0.1-3wt％四甲基氫氧化銨；0-4wt％苯酚化合物；和10-10,000ppm檸檬酸的三-烷基酰胺。
13.一種將含水組合物涂覆至一表面上，從而部分或完全涂布該表面，并對(duì)涂層進(jìn)行干燥的方法，其特征在于利用權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)所述的含水組合物。
全文摘要
本發(fā)明提供基本不含烴溶劑的水基組合物,特別是涂料、油墨、緩沖溶液、粘合劑、農(nóng)業(yè)用品和電子設(shè)備清洗組合物,通過摻入表面張力降低量的右式的檸檬酸的某些三烷基酰胺,將明顯降低平衡和動(dòng)態(tài)表面張力,式中R
文檔編號(hào)C08L101/14GK1334299SQ01123249
公開日2002年2月6日 申請(qǐng)日期2001年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月20日
發(fā)明者C·S·斯洛, K·R·拉斯拉, I·K·邁耶 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司