ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к смачиванию поверхностей, обладающих низкой энергией. В частности, настоящее изобретение относится к смачивающим композициям, которые могут снижать поверхностное натяжение водной жидкой композиции. Настоящее изобретение также относится к водным жидким композициям со сниженным поверхностным натяжением и к способам улучшения смачивания водой поверхности, обладающей низкой энергией, путем применения водных композиций, содержащих смачивающую композицию.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Поверхностное натяжение является характеристикой жидкости, находящейся в контакте с газом, таким как воздух. Поверхностное натяжение жидкости зависит от склонности молекул в жидкости прилипать друг к другу и отражает прочность межмолекулярных когезивных взаимодействий между молекулами жидкости. В жидкостях с высоким поверхностным натяжением, когезивные силы, стимулирующие межмолекулярные взаимодействия между молекулами в жидкости, сильнее, чем адгезивные силы, стимулирующие взаимодействие молекул жидкости с воздухом. Необходима дополнительная работа для разрушения межмолекулярных когезивных взаимодействий и для увеличения площади поверхности обладающей высоким поверхностным натяжением жидкости по сравнению с жидкостью с низким поверхностным натяжением.
Смачивание представляет собой явление, определяемое взаимодействием жидкости с подложкой (твердой или другой жидкостью), и последующее распространение жидкости по подложке. Способность жидкости смачивать отражает способность жидкости распространяться по конкретной поверхности без воздействия каких-либо движущих сил, таких как капиллярные силы, влияющие на распространение жидкости вследствие особенности морфологии (например, наличия очень мелких царапин) смачиваемой поверхности. Однако даже капиллярные силы зависят от поверхностного натяжения жидкости.
Способность жидкости смачивать поверхность твердой подложки определяют по межфазной энергии между жидкостью и твердым телом. Межфазная энергия определяется по разности между поверхностным натяжением жидкости и поверхностной энергией твердого тела. Чем меньше это значение, тем больше способность жидкости распространяться по твердому телу. Если поверхностное натяжение жидкости высоко и поверхностная энергия твердого тела низкая, то межфазная энергия между ними велика и, следовательно не будет происходить смачивание. В таких условиях жидкость описывается, как несмачивающая подложку. Однако, если поверхностное натяжение жидкости снижено и/или поверхностная энергия твердого тела увеличивается, то межфазная энергия между ними будет снижаться, тем самым обеспечивая смачивание.
Вода обладает поверхностным натяжением, равным примерно 72 мН/м при 20°C. Поверхности, которые обладают низкой энергией, нелегко смачиваются водными жидкостями, включая воду, вследствие относительно высокого поверхностного натяжения жидкости, что приводит к большой межфазной энергии. Поэтому такую обладающую низкой энергией поверхность можно назвать гидрофобной. Плохая смачиваемость поверхности с низкой энергией водой может привести к затруднению, когда по какой-либо причине желательно, чтобы водная жидкость распределялась по поверхности.
В природе, большинстве производственных процессов и в сельском хозяйстве затруднительно увеличить поверхностную энергию твердого вещества. В результате почти всегда необходимо уменьшить поверхностное натяжение жидкости для улучшения распространения жидкости по твердому телу.
Например, в сельском хозяйстве сельскохозяйственные композиции наносят на флору для доставки активного соединения, такого как растворимый или измельченный гербицид, фунгицид, пестицид или удобрение. Обычно активное соединение доставляется в водной жидкой системе, такой как некорневой спрей. Однако компоненты растения, такие как листья, всходы и стебли по своей природе являются гидрофобными, что означает, что смачиваемость целевых поверхностей некорневым спреем необходимо регулировать, чтобы активное соединение могло достичь поверхности и нанестись на нее, не стекая на верхний слой почвы, что делает нанесение менее. чем полностью аффективным.
Кроме того, желательно, чтобы красители, такие как чернила, распределялись по бумаге или ткани и т. п. При окрашивании тканей, изготовленных из синтетических волокон, таких как нейлон и сложный полиэфир, предпочтительно тщательное смачивание поверхностей волокон для обеспечения равномерного покрытия волокон красителем. Смачивающая способность партии красителей особенно важна при окраске синтетических волокон, которые обработаны фторакрилатной смолой, что делает поверхность характерно гидрофобной.
Кроме того, смачивание частиц водными жидкостями связано с затруднениями, когда частицы по своей природе являются гидрофобными и/или когда пустоты между частицами препятствуют проникновению жидкости в подложку. Например, в промышленности ламинированных древесностружечных плит отдельные частицы стружки покрыты смолой на водной основе, которая может отверждаться и затвердевать при подходящих условиях, тем самым делая смолу клеем для частиц. Однако, поскольку отдельные частицы стружки обладают очень низкой поверхностной свободной энергией, т. е. обладают плохо смачиваемой поверхностью и поскольку смесь смолы обладает относительно высоким поверхностным натяжением, межфазная энергия между ними является высокой. Это препятствует переносу и распределению смолы на поверхности стружки. Если крупная стружка не достаточно хорошо покрыта смолой, могут образоваться зоны низкой прочности, которые влияют на целостность полученной панели, образованной из древесной стружки.
Угол смачивания (θ) обычно используют для количественного описания смачивания подложки. Угол смачивания является касательной, которую граница раздела жидкость (L)/пар (V) образует с твердой (S) поверхностью на линии соприкосновения трех фаз. Угол смачивания определяется характеристиками жидкой и твердой поверхности, и взаимодействием и соотношением межмолекулярных сил (т. е. когезивной и адгезивной сил). Если каплю жидкости поместить на поверхность, угол смачивания жидкости будет находиться в диапазоне от 0° до 180°. Угол смачивания, равный 0°, указывает на идеальное смачивание и жидкость образует тонкую пленку на поверхности подложки. В то же время угол смачивания, превышающий 90°, указывает на несмачивание, а частичное смачивание наблюдается, когда наблюдается угол смачивания 0°<θ<90°. Поэтому угол смачивания является мерой процесса смачивания конкретного твердого вещества конкретной жидкостью. Однако, независимо от поверхностной энергии твердого вещества, если можно уменьшить поверхностное натяжение жидкости, то жидкость растекается более эффективно.
Улучшение смачивания твердого вещества жидкостью можно обеспечить путем добавления поверхностно-активного вещества к жидкости. Существуют много разных классов поверхностно-активных веществ и их широко используют в разных областях промышленности. Обычно поверхностно-активные вещества являются амфифильными соединениями, содержащими гидрофильную головную группу и гидрофобную хвостовую группу. Поверхностно-активные вещества могут смещаться к трехфазной границе раздела жидкости, поверхности и воздуха, и адсорбироваться на границе раздела, улучшая смачиваемость и растекание жидкости. Однако адсорбция поверхностно-активных веществ на границе раздела снижает концентрацию поверхностно-активного вещества в объеме жидкости, тем самым повышая поверхностное натяжение жидкости и замедляя смачивание, пока больше молекул поверхностно-активного вещества не переместятся к трехфазной границе раздела. Это явление известно под названием микропроскальзывания. Явление микропроскальзывания вместе с образованием мицелл в жидкости, когда концентрация поверхностно-активного вещества достигает критической концентрации мицеллообразования (CMC), ограничивает характеристики смачивания многих поверхностно-активных веществ. Эти мицеллы должны разрушиться для поддержания концентрации поверхностно-активного вещества, которая доступна для перемещения к трехфазной границе раздела и будет там эффективна.
Органосиликоны являются классом эффективных поверхностно-активных веществ, использующихся в лекарственных средствах и средствах личной гигиены, а также в агрохимических композициях. Одним примером имеющегося в продаже органосиликонового поверхностно-активного вещества является Silwet L-77™, который представляет собой трисилоксанэтоксилат. Другие имеющиеся в продаже органосиликоновые поверхностно-активные вещества включают Silwet 408™ и Silwet HS312™. Установлено, что органосиликоновые поверхностно-активные вещества обладают поверхностным натяжением, равным 20-26 мН/м (Kovalchuk et al, Advances in Colloid and Interface Science, Volume 210, August 2014, pages 65-71), и превосходная способность к растеканию поверхностно-активных веществ считается обусловленной компактной силоксановой главной цепью гидрофобной хвостовой группы. Однако, хотя органосиликоновые поверхностно-активные вещества эффективны, считают, что эти соединения могут действовать, как разрушители желез внутренней секреции у популяций насекомых, включая пчел. Кроме того, хотя этоксилатный фрагмент органосиликона может легко подвергаться биологическому разложению, силоксановый фрагмент медленно гидролизуется со скоростью 2-8% в год в зависимости от влажности окружающей среды и температуры. В результате общая биологическая разлагаемость этих поверхностно-активных веществ считается низкой. Продукты разложения органосиликоновых поверхностно-активных веществ также могут придать почве гидрофобность, что нежелательно для использования в сельском хозяйстве.
Фторсодержащие поверхностно-активные вещества являются другим классом высокоэффективных поверхностно-активных веществ, которые являются синтетическими соединениями, содержащими гидрофильную головную группу и гидрофобную фторзамещенную углеводородную хвостовую группу. Эти поверхностно-активные вещества могут образовывать водные жидкости, обладающие минимальным поверхностным натяжением, равным от 15 до 20 мН/м, которые можно использовать в красках и покрытиях, клеях, очищающих агентах, предотвращающих запотевание и антистатических агентах и пенах для тушения пожаров. Однако недостатком фторсодержащих поверхностно-активных веществ является то, что они могут образовывать высокотоксичные продукты разложения, которые могут сохраняться в окружающей среде и являться биологически накапливающимися. Например, установлено, что грунтовая вода на некоторых участках для тренировки тушения пожаров может оставаться загрязненной фторсодержащим поверхностно-активным веществом в течение более, чем 10 лет после последнего использования.
В международной заявке на патент PCT/AU2012/000335 описана смачивающая композиция, содержащая равное или превышающее 50 мас.% количество нерастворимого C5-C12 спирта в комбинации с поверхностно-активным веществом, которое приготовлено для добавления к водной жидкости для улучшения способности водной жидкости смачивать поверхность с низкой энергией. Однако недостатком некоторых этих композиций является то, что они могут обладать сильным запахом, что может ограничить практическую применимость композиций в некоторых случаях.
Остается желательной разработка альтернативных композиций и способов, которые могут улучшить смачиваемость водой поверхности с низкой энергией.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к смачивающим композициям, которые предназначены для добавления к водной жидкости, которая желательно должна смачивать поверхность с низкой энергией.
Одним объектом настоящего изобретения является смачивающая композиции, содержащая:
от 20 до менее 50 мас.% одного или большего количества C10-C14 спиртов;
от 25 до 70 мас.% одного или большего количества поверхностно-активных веществ, выбранных из группы, включающей неионогенное, катионогенное, анионогенное и амфотерное поверхностно-активное вещество; и
от 5 до 50 мас.% полярного компонента, включающего по меньшей мере один, выбранный из группы, включающей (i) воду и (ii) вплоть до 25 мас.% смешивающегося с водой C1-C3 органического растворителя.
Другим объектом настоящего изобретения является водная жидкая композиция, содержащая смачивающую композицию, описанную в настоящем изобретении, и водную жидкость.
Другим объектом настоящего изобретения является способ снижения поверхностного натяжения водной жидкости, способ включает стадию добавления смачивающей композиции, описанной в настоящем изобретении, к водной жидкости.
Настоящее изобретение также относится к способу смачивания поверхности, обладающей низкой энергией, жидкостью, обладающей относительно высокой поверхностной энергией, способ включает стадию:
добавления смачивающей композиции, предлагаемой в настоящем изобретении, к жидкости; и
взаимодействия поверхности, обладающей низкой энергией, с жидкостью, содержащей смачивающую композицию.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления настоящего изобретения ниже описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые являются только типичными и на которых представлено следующее:
На фиг. 1 приведен график, иллюстрирующий изменение поверхностного натяжения (мН/м) от времени (с) для водной жидкости, содержащей 0,1% смачивающей композиции, содержащей 50% неионогенного поверхностно-активного вещества, 25% додеканола и 25% 2-бутоксиэтанола одного варианта осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 приведен график, иллюстрирующий изменение поверхностного натяжения (мН/м) в зависимости от времени (с) для водной жидкости, содержащей 0,5% смачивающей композиции, содержащей 50% неионогенного поверхностно-активного вещества, 25% додеканола и 25% этанола одного варианта осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3 приведен график, иллюстрирующий изменение поверхностного натяжения (мН/м) в зависимости от времени (с) для водной жидкости, содержащей 1,0% смачивающей композиции, содержащей 50% неионогенного поверхностно-активного вещества, 25% додеканола и 25% этанола одного варианта осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
При использовании в настоящем изобретении термины в единственном числе означают термины и в единственном числе, и во множественном числе, если явно не указано только единственное число.
Термин "примерно" и использование диапазонов, приведен или не приведен перед ними термин примерно, означает, что приведенное число не ограничено точным числом, указанным в настоящем изобретении, и указывает диапазоны, в основном находящиеся в указанном диапазоне, без отклонения от объема настоящего изобретения. При использовании в настоящем изобретении "примерно" известно специалистам с общей подготовкой в данной области техники и значение в определенной степени меняется в использующемся контексте. Если используется термин, неизвестный специалистам с общей подготовкой в данной области техники, в контексте, в котором он используется, "примерно" означает отклонение конкретного термина в любую сторону на 10%.
Значения в процентах (%), приведенные в настоящем изобретении, основаны на мас.% (т. е. мас.%, мас./мас. или мас./об.), если не указано иное.
Смачивающие композиции, описанные в настоящем изобретении, предназначены для добавления к водным жидкостям, которые желательно смачивают поверхность с низкой энергией. Смачивающая композиция содержит поверхностно-активное вещество в комбинации с длинноцепочечным спиртом и по меньшей мере с одним полярным компонентом. Смачивающую композицию добавляют к водной жидкости для снижения поверхностного натяжения водной жидкости.
Одним объектом настоящего изобретения является смачивающая композиция, содержащая:
(a) от 20 до менее 50 мас.% одного или большего количества C10-C14 спиртов;
(b) от 25 до 70 мас.% одного или большего количества поверхностно-активных веществ, выбранных из группы, включающей неионогенное, катионогенное, анионогенное и амфотерное поверхностно-активное вещество; и
(c) от 5 до 50 мас.% полярного компонента, включающего по меньшей мере один, выбранный из группы, включающей (i) воду и (ii) вплоть до 25 мас.% смешивающегося с водой C1-C3 органического растворителя.
Смачивающая композиция содержит по меньшей мере один C10-C14 спирт в качестве компонента композиции. По меньшей мере один C10-C14 спирт содержится в смачивающей композиции в количестве от равного или большего 10 до менее 50%. Смачивающая композиция может содержать один C10-C14 спирт. Альтернативно, может содержаться более, чем один C10-C14 спирт, так что смачивающая композиция может содержать смесь C10-C14 спиртов. C10-C14 спирт или смесь C10-C14 спиртов можно рассматривать в качестве спиртового компонента смачивающей композиции.
C10-C14 спирты обычно нерастворимы или плохо растворимы в воде вследствие большого количества атомов углерода, содержащихся в молекулах. "Нерастворимый в воде" означает, что спирт не растворяется в воде даже при нагревании и/или перемешивании. C10-C14 спирты могут обладать растворимостью в воде, меньшей или равной 10 мг/л при 20°C.
C10-C14 спирты являются алифатическими спиртами и могут представлять собой первичные, вторичные или третичные спирты, обладающие линейной или разветвленной углеводородной цепью, содержащей от 10 до 14 атомов углерода. Эти спирты могут обладать цепью от C10 вплоть до и включая C14.
Использование C10-C14 спирта в смачивающей композиции важно, поскольку полагают, что такие спирты благоприятно влияют на способность поверхностно-активного вещества в смачивающей композиции накапливаться на границе раздела жидкость/пар, как дополнительно показано ниже.
В одном варианте осуществления смачивающая композиция содержит смесь двух или большего количества C10-C14 спиртов. Например, смачивающая композиция одного варианта осуществления настоящего изобретения может содержать смесь C12 спирта и C14 спирта. В таких вариантах осуществления полное количество C10-C14 спирта в спиртовом компоненте смачивающей композиции остается в диапазоне от 20 до менее 50 мас.%.
В одной форме смачивающая композиция содержит по меньшей мере один C10-C14 обладающий линейной цепью алифатический спирт. Однако в смачивающей композиции может содержаться более, чем один обладающий линейной цепью C10-C14 спирт.
Благоприятно, что C10-C14 спирты обладают более слабым запахом, чем другие длинноцепочечные алифатические спирты, такие как 1-октанол (C8 спирт). Поэтому в некоторых вариантах осуществления в смачивающие композиции, содержащие C10-C14 спирты, не требуется внесение добавок, таких как отдушки, для маскировки запаха композиции.
В одном варианте осуществления смачивающая композиция содержит C10, C12 или C14 обладающий линейной цепью алифатический спирт или смесь таких спиртов. Типичными обладающими линейной цепью алифатическими C10, C12 и C14 спиртами могут быть 1-деканол, 1-додеканол и 1-тетрадеканол.
В одной форме смачивающая композиция содержит C12 спирт, один или в комбинации с C10 спиртом или C14 спиртом.
Если смачивающая композиция содержит C12 спирт в смеси с C10 спиртом или C14 спиртом, отношение массы C12 спирта к массе C10 спирта или C14 спирта в смеси спиртов может находиться в диапазоне от 50:50 до 90:10.
Специалист в данной области техники должен понимать, что относительное содержание C12 и C10 или C14 спирта основано на относительной массе каждого компонента. Таким образом, при относительном содержании 50:50 композиция содержит C12 спирт и C10 или C14 спирт в равных массах. таким образом, относительное содержание также может отражать отношение масс спиртов в смеси.
В одном варианте осуществления смачивающая композиция содержит C12 спирт в комбинации с C10 спиртом. В таких вариантах осуществления отношение массы C12 спирта к массе C10 спирта может находиться в диапазоне от 50:50 до 80:20.
В другом варианте осуществления смачивающая композиция содержит C12 спирт в комбинации с C14 спиртом. В таких вариантах осуществления отношение массы C12 спирта к массе C14 спирта может находиться в диапазоне от 56:44 до 87:13. В одном варианте осуществления отношение массы C12 спирта к массе C14 спирта составляет примерно 70:30.
Поскольку C12 спирт может содержаться в большем количестве, чем C10 или C14 спирт, он может образовать основной компонент спиртового компонента (т. е. компонента (a)) смачивающей композиции.
В одном варианте осуществления смачивающая композиция содержит смесь 1-додеканола в комбинации с 1-деканолом или 1-тетрадеканолом. Отношение содержания 1-додеканола к содержанию 1-деканола или 1-тетрадеканола в композиции может находиться в диапазонах, описанных выше.
В одном предпочтительном варианте осуществления смачивающая композиция содержит смесь 1-додеканола и 1-тетрадеканола. Отношение массы 1-додеканола к массе 1-тетрадеканола в смеси спиртов может находиться в диапазоне от 50:50 до 90:10. Например, отношение массы 1-додеканола к массе 1-тетрадеканола можно выбрать из числа следующих: 50:50, 56:44, 60:40, 70:30, 80:20, 87:13, 85:15 или 90:10.
Смачивающая композиция может содержать подходящее количество C10-C14 спирта. Полное количество C10-C14 спирта приводят в соответствие с содержаниями остальных компонентов композиции, которые также содержатся в определенных отношениях.
В некоторых вариантах осуществления полное количество C10-C14 спирта в смачивающей композиции составляет не менее 20% композиции, и может составлять не менее 21%, не менее 22%, не менее 23%, не менее 24% или не менее 25% композиции. Полное количество C10-C14 спирта может составлять вплоть до 49%, вплоть до 48%, вплоть до 47%, вплоть до 45%, вплоть до 35%, вплоть до 30% или вплоть до 28 мас.% композиции. Полное количество C10-C14 спирта может соответствовать любой концентрации между этими верхним и нижним предельными значениями, например, от 22 до 47% или от 25 до 45 мас.%.
В некоторых вариантах осуществления смачивающая композиция может содержать один или большее количество C10-C14 спиртов в полном количестве, равном примерно 20, 22,5, 25, 30, 35, 40 или 45 мас.%.
Смачивающая композиция, предлагаемая в настоящем изобретении, также содержит поверхностно-активное вещество. Компонент - поверхностно-активное вещество составляет от 25 до 70 мас.% смачивающей композиции и содержит по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество, выбранное из группы, включающей неионогенное, катионогенное, анионогенное и амфотерное поверхностно-активное вещество. Компонент - поверхностно-активное вещество смачивающей композиции может содержать смесь двух или большего количества указанных выше поверхностно-активных веществ. Если имеется смесь поверхностно-активных веществ, полное количество поверхностно-активного вещества в смачивающей композиции находится в диапазоне от 25 до 70%.
Имеется требование о том, чтобы компонент - поверхностно-активное вещество смачивающей композиции не включал органосиликоновое поверхностно-активное вещество или фторсодержащее поверхностно-активное вещество.
Поверхностно-активные вещества для смачивающей композиции являются амфифильными соединениями и их можно выбрать из числа тех, которые могут снижать поверхностное натяжение водной жидкости, включая воду. Поверхностно-активное вещество должно быть по меньшей мере частично и предпочтительно полностью растворимо в целевой водной жидкости. "По меньшей мере частично растворимой" означает, что не менее примерно 50, 65, 75, 80, 90 или 95% количества поверхностно-активного вещества может раствориться в водной жидкости. Специалист в данной области техники должен быть способен легко определить растворимость выбранного поверхностно-активного вещества в водном жидком растворителе.
Поверхностно-активное вещество не должно вступать в химические реакции с C10-C14 спиртом, кислородсодержащим C4-C6 сорастворителем или другими добавками в смачивающей композиции. Кроме того, необходимо выбрать поверхностно-активное вещество, которое не вступает в химические реакции с водной жидкостью, к которой его добавляют, или с любыми компонентами в водной жидкости, к которой его добавляют. Химические реакции не должны протекать даже при нагревании. "Не вступает в химическую реакцию" или "не протекают химические реакции" означает, что не происходит реакции, при которых образуются новые химические продукты. Может образовываться водородная связь или протекать другие обратимые химические взаимодействия между химикатами. Поверхностно-активное вещество не должно химически взаимодействовать с поверхностью с низкой энергией или возникнут затруднения, связанные с адгезией. Предпочтительно, если поверхностно-активное вещество не образует водородную связь или другие связи с поверхностью с низкой энергией.
Выбранное поверхностно-активное вещество предпочтительно является нетоксичным и невоспламеняющимся. Поверхностно-активное вещество не должно неблагоприятно влиять на характеристики водной жидкости, к которой его добавляют, кроме уменьшения или содействия уменьшению его поверхностного натяжения. Предпочтительно, если поверхностно-активное вещество не меняет характеристики водной жидкости, включая цвет, вязкость и запах.
В одном варианте осуществления поверхностно-активное вещество может быть биологически совместимым, биологически разлагающимся и нетоксичным. Это может быть предпочтительно для смачивающей композиции, предназначенной для применения в сельскохозяйственных композициях, для которых желательны соответствие требованиям охраны окружающей среды и нетоксичность для рыб и других организмов, содержащихся в природных водотоках. Для других случаев применения, когда желательна биологическая совместимость, таких как косметические или питательные/фармацевтические композиции, предназначенные для нанесения на волосы, кожу или ногти, выбранное поверхностно-активное вещество должно быть неаллергенным и не должно раздражать кожу.
В другом варианте осуществления выбранное поверхностно-активное вещество может образовывать смешанную водную жидкость, такую как смола на водной основе, в дисперсной фазе. Это особенно важно при использовании в смолах частиц пигмента, такого как диоксид титана. Если смолу используют для нанесения на используемую измельченную древесную стружку, например, для образования древесностружечной плиты, выбранное поверхностно-активное вещество должно быть термостойким при температурах, использующихся в процессе отверждении панели, и не должно влиять на способность отверждения и тем самым упрочнения. Если поверхностно-активное вещество не является термостойким, всякое разложение поверхностно-активного вещества при высокой температуре должно приводить к нетоксичным побочным продуктам, которые не вредны для окружающей среды. Если смолу используют для нанесения на бумагу, поверхностно-активное вещество должно быть стойким к воздействию УФ-излучения, если важно, чтобы бумага не обесцвечивалась какими-либо побочными продуктами разложения молекулы поверхностно-активного вещества.
В другом варианте осуществления выбранное поверхностно-активное вещество должно сохранять порошкообразные гербициды, пестициды или удобрения, или другие порошкообразные препараты, содержащие другие агенты, в стабильной водной суспензии, чтобы гербицид, пестицид, удобрение или другой агент можно было наносить в виде спрея.
Поверхностно-активное вещество должно быть способно снизить динамическую смачиваемость водной жидкости, к которой его добавляют (хотя для ее определения можно использовать статические измерения). Некоторые поверхностно-активные вещества могут снизить статическое поверхностное натяжение водной жидкости, но большая молекулярная масса и обусловленная этим низкая подвижность молекул некоторых поверхностно-активных веществ означает, что невозможно снизить динамическое поверхностное натяжение водной жидкости; это делает их менее ценными в некоторых вариантах осуществления.
В некоторых вариантах осуществления может быть желательно, чтобы поверхностно-активное вещество было непенящимся. Однако смачивающая композиция не ограничивается использованием непенящихся поверхностно-активных веществ, поскольку пену можно подавить C10-C14 спиртом в смачивающей композиции, который действует, как ингибитор пенообразования. Например, анионогенные поверхностно-активные вещества, такие как натриевые соли моноалкил- или диалкилсульфосукцинатов, способны эффективно снижать поверхностное натяжение жидкости, но их использование в некоторых случаях приводит к накоплению пены. В таких случаях C10-C14 спирт может действовать, как ингибитор пенообразования.
Смачивающая композиция содержит по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество, выбранное из группы, включающей неионогенное, катионогенное, анионогенное и амфотерное поверхностно-активное вещество. Можно использовать поверхностно-активные вещества, способные к самоагрегации в мицеллы в водной жидкости.
В смачивающей композиции может содержаться более, чем одно поверхностно-активное вещество и поверхностно-активные вещества могут относиться к одному или разным типам поверхностно-активных веществ. Если поверхностно-активное вещество указано в настоящем изобретении в единственном числе, следует понимать, что оно включает более, чем одно поверхностно-активное вещество, если из контекста явно не следует иное.
Обычно добавление одного поверхностно-активного вещества к другому не оказывает дополнительное влияние на поверхностное натяжение. Напротив, во многих случаях способность смеси поверхностно-активных веществ снижать поверхностное натяжение может быть ограничена такой способностью наилучшим образом действующего поверхностно-активного вещества в смеси.
Поверхностно-активные вещества, описанные в настоящем изобретении (которые включают смесь поверхностно-активных веществ) предпочтительно могут обладать показателем гидрофильно-липофильного баланса (HLB), превышающим примерно 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 или 17.
Предпочтительно, если поверхностно-активное вещество содержится в количестве, большем или равном от 25 мас.% максимально до 70 мас.% от смачивающей композиции. Поверхностно-активное вещество может содержаться в количестве, равном не менее примерно 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 или 70 мас.% или в любой концентрации в этих пределах. Например, компонент - поверхностно-активное вещество может составлять от 30 до 65 мас.% или от 40 до 60 мас.% смачивающей композиции. Кроме того, может содержаться более, чем одно поверхностно-активное вещество и если содержится более, чем одно поверхностно-активное вещество, полное содержание поверхностно-активных веществ в смачивающей композиции находится в пределах указанного диапазона концентраций.
Поверхностно-активные вещества, использующиеся для получения смачивающей композиции, могут находиться в твердой или жидкой форме. В одном варианте осуществления поверхностно-активное вещество находится в жидкой форме. Если используются смеси поверхностно-активных веществ, смесь поверхностно-активных веществ может находиться в жидкой форме. Может быть удобнее объединить поверхностно-активное вещество в жидкой форме с C10-C14 спиртом и полярным компонентом с получением смачивающей композиции, описанной в настоящем изобретении. В некоторых вариантах осуществления для содействия объединению компонентов можно использовать нагревание.
Поверхностно-активные вещества в жидкой форме могут представлять собой неразбавленные жидкости (т. е. содержащие только поверхностно-активное вещество) или растворы, содержащие поверхностно-активное вещество, растворенное или диспергированное в растворителе. Типичным растворителем может быть вода. Таким образом, поверхностно-активное вещество образует часть раствора поверхностно-активного вещества. Другие соединения или компоненты также могут содержаться в растворе поверхностно-активного вещества.
Растворы поверхностно-активного вещества могут содержать подходящее количество поверхностно-активного вещества, растворенного или диспергированного в растворителе. Например, раствор поверхностно-активного вещества может содержать 50%, 60%, 70%, 80%, 85%, 90% или 95% поверхностно-активного вещества в растворителе.
Следует понимать, что компонент - поверхностно-активное вещество смачивающей композиции состоит из самого активного поверхностно-активного вещества или соединений. Если раствор поверхностно-активного вещества используют для получения смачивающей композиции, количество раствора поверхностно-активного вещества объединяемого с C10-C14 спиртовым компонентом, выбирают так, чтобы полученная концентрация активного поверхностно-активного вещества в конечной смачивающей композиции находилась в диапазоне от 20 до 60 мас.%. В качестве иллюстрации, 100 г смачивающей композиции, содержащей 50 г 50 мас.% раствора поверхностно-активного вещества содержит 25 мас.% поверхностно-активного вещества.
Поверхностно-активное вещество может представлять собой этоксилат, такой как нонилфенолалкоксилат или алкоксилат спирта, такой как алкоксилат (продающийся под названием BL8); додецилсульфат; или кватернизированный алкиламмоний. Поверхностно-активное вещество может продаваться под торговым названием Teric® (любое из серии Teric, хотя предпочтительны серии N, 12A, 9A, 13A9, 16A, 7ADN и BL), DS10025® или DS10030®, Tween®, Dynol® или Surfynol®.
В некоторых вариантах осуществления поверхностно-активное вещество является неионогенным. Неионогенное поверхностно-активное вещество (которое включает смесь поверхностно-активных веществ) может обладать показателем гидрофильно-липофильного баланса (HLB), превышающим примерно 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 или 17.
Некоторые примеры неионогенных поверхностно-активных веществ, которые с успехом можно использовать по отдельности или в комбинации с одним или большим количеством других поверхностно-активных веществ включают: этоксилаты жирных спиртов (такие как октаэтиленгликольмонододециловый простой эфир и пентаэтиленгликольмонододециловый простой эфир); алкилфенолэтоксилаты (такие как ноноксинол и Triton X-100); этоксилаты жирных кислот (такие как этоксилаты стеариновой, олеиновой или лауриловой жирной кислоты), этоксилированные амины и амиды жирных кислот (такие как полиэтоксилированный таллоуамин, и амиды, такие как кокоамидмоноэтаноламин и кокоамиддиэтаноламин); блок-сополимеры этиленоксид/пропиленоксид (такие как полоксамеры); эфиры жирных кислот и глицерина (такие как глицеринмоностеарат и глицеринмонолаурат); эфиры жирных кислот сорбита (включая поверхностно-активные вещества Span®, такие как сорбитанмонолаурат, сорбитанмоностеарат и сорбитантристеарат, и их этоксилаты, такие как Tween® 20, Tween® 40, Tween® 60 и Tween® 80); эфиры жирных кислот сахароза; и алкилполиглюкозиды (такие как децилглюкозид, лаурилглюкозид и октилглюкозид). Неионогенное поверхностно-активное вещество может представлять собой этоксилированный тетраметилдециндиол (например, торговой марки Surfyno™), который может быть один или в смеси с алкиленгликолем (таким как этиленгликоль), или алкоксилат спирта.
В одном варианте осуществления смачивающая композиция содержит поверхностно-активное вещество алкилполиглюкозид. Алкилполиглюкозиды представляют собой образованные из сахара (т. е. глюкозы и сахарозы) поверхностно-активные вещества, содержащие гидрофильную головную группу на основе сахара и хвостовую группу из C8-C16 жирного спирта. Такие поверхностно-активные вещества могут быть желательны вследствие их характеристик и минимального воздействия на окружающую среду. Кроме того, их биологическая разлагаемость и образование из натуральных источников могут сделать их привлекательными кандидатами для экологически безвредных смачивающих композиций. Алкилполиглюкозид можно использовать в растворе для объединения с C10-C14 спиртовым компонентом и полярным компонентом с образованием смачивающей композиции. Например, алкилполиглюкозид можно использовать в виде 50 мас.% раствора в воде.
Эфиры жирных кислот спиртов, таких как гликоли и глицерин (моно-, ди- и триэфиры) также могут быть желательными в некоторых вариантах осуществления, поскольку продукты разложения этих поверхностно-активных веществ могут оказывать минимальное воздействие на окружающую среду, что делает их желательными для использования в сельском хозяйстве.
В некоторых вариантах осуществления поверхностно-активное вещество является анионогенным. Анионогенные поверхностно-активные вещества могут относиться к классам, выбранным из группы, включающей сульфатные, сульфонатные, фосфатные и карбоксилатные поверхностно-активные вещества. Анионогенные поверхностно-активные вещества можно использовать в форме свободной кислоты или в нейтрализованной форме, такой как солевые формы, включая формы соли аммония, органического амина, магния, калия и натрия.
Некоторые примеры анионогенных поверхностно-активных веществ, которые могут быть применимы для использования по отдельности или в комбинации с одним или большим количеством других поверхностно-активных веществ, включают: алкилсульфаты (такие как лаурилсульфат натрия и додецилсульфат натрия); сульфаты алкиловых эфиров (такие как лауретсульфат натрия и миретсульфат натрия); сульфосукцинаты (такие как диоктилсульфосукцинат натрия); алкилбензолсульфонаты (такие как додецилбензолсульфонат и дисульфонат додецилдифенилового эфира); фосфаты арилалкилового эфира; фосфаты алкилового эфира; и алкилкарбоксилаты (такие как стеарат натрия, лаурат натрия и лауроилсаркозинат натрия). Специалист в данной области техники должен понимать, что могут существовать другие солевые формы указанных выше анионогенных поверхностно-активных веществ.
В некоторых вариантах осуществления анионогенные поверхностно-активные вещества, такие как моно- или дисульфированные или -фосфатированные алифатические обладающий линейной или разветвленной цепью спирты могут быть предпочтительными. Кроме того, можно использовать поверхностно-активные вещества, полученные прямым сульфированием углеводородов, такие как альфа-олефинсульфонаты и вторичные алкансульфонаты.
В предпочтительных вариантах осуществления поверхностно-активные вещества типа моносульфированного арилалкилфенола, общеизвестные, как кислота LABS (линейная додецилбензилсульфоновая кислота) и соли LABS, такие как аммониевые и триэтаноламиновые соли LABS, являются подходящими. Можно использовать додецилдифенилдисульфонаты (например, Dowfax 2AO) в форме их свободных кислот и нейтрализованной форме, в особенности в комбинации с подходящими неионогенными поверхностно-активными веществами. Диоктилсульфосукцинат и его натриевую и аммониевую соли (DOS) могут быть применимы, как быстро смачивающие агенты, в особенности в комбинации с алкоксилатами алифатических спиртов.
В некоторых вариантах осуществления поверхностно-активное вещество является катионогенным. Катионогенные поверхностно-активные вещества могут относиться к классам, выбранным из группы, включающей четвертичные аммониевые соединения и pH-зависимые первичные, вторичные или третичные амины. Катионогенные поверхностно-активные вещества можно использовать в нейтрализованной форме, такой как солевые формы, включая формы бромида и хлорида.
Некоторые примеры катионогенных поверхностно-активных веществ, которые могут быть применимы для использования по отдельности или в комбинации с одним или большим количеством других поверхностно-активных веществ включают алкил-четвертичные аммониевые соединения, такие как: бегентримонийхлорид, бензалконийхлориды (BAC) включая диметилбензиламмонийхлорид, цеталконийхлорид (CKC) и стеаралконийхлорид, бензэтонийхлорид, бензододецинийхлорид, карбетопендецинийбромид, цетримонийбромид (CTAB), цетримонийхлорид (CTAC), цетилпиридинийхлорид (CPC), дидецилметиламмонийхлорид, диметилдиоктадециламмонийбромид (DODAB), диметилдиоктадециламмонийхлорид, домифенбромид, октенидиндигидрохлорид и тронзонийбромид. Специалист в данной области техники должен понимать, что могут существовать другие соли указанных выше катионогенных поверхностно-активных веществ.
Предпочтительное катионогенное поверхностно-активное вещество относится к классу бензалконийхлоридов (BAC) и его можно выбрать из числа следующих: поверхностно-активные вещества диметилбензиламмонийхлорид, цеталконийхлорид и стеаралконийхлорид.
В некоторых вариантах осуществления поверхностно-активное вещество является амфотерным. Амфотерное поверхностно-активное вещество содержит кислотные и основные группы в одной молекуле поверхностно-активного вещества. В зависимости от pH кислотные и основные группы могут образовать анионогенные или катионогенные группы. Амфотерные поверхностно-активные вещества могут быть цвиттерионными и при некоторых значениях pH могут обладать отрицательным и положительным зарядом.
В некоторых случаях можно использовать амфотерное поверхностно-активное вещество, поскольку при некоторых значениях pH такие поверхностно-активные вещества могут вести себя, как катионогенные или анионогенные поверхностно-активные вещества. Например, в кислой среде или среде с низким pH (например, при pH≤6) амфотерное поверхностно-активное вещество станет протонированным и может действовать, как катионогенное поверхностно-активное вещество, а в щелочной среде или среде с высоким pH (например, pH ≥8) амфотерное поверхностно-активное вещество станет депротонированным и может действовать, как анионогенное поверхностно-активное вещество.
Некоторые примеры амфотерных поверхностно-активных веществ, которые с успехом можно использовать по отдельности или в комбинации с одним или большим количеством других поверхностно-активных веществ включают алкиламиноксиды, такие как лаураминоксид и миристаминоксид; бетаины, такие как кокамидопропилбетаин; гидроксисультаины, такие как лаурамидопропилгидроксисультаин, кокамидопропилгидроксисультаин, олеимидопропилгидроксисультаин, таллоуамидопропилгидроксисультаин, эрукамидопропилгидроксисультаин и лаурилгидроксисультаин; и амфоацетаты, такие как лаурамфоацетат натрия.
В одном варианте осуществления смачивающая композиция не содержит цвиттерионное поверхностно-активное вещество, такое как амфотерное поверхностно-активное вещество в цвиттерионной форме.
В одном наборе вариантов осуществления смачивающая композиция содержит поверхностно-активное вещество, выбранное из группы, включающей алкоксилат спирта, алкилбензолсульфонат и бензалконийхлорид. Также включены смеси поверхностно-активных веществ. Например, смачивающая композиция может содержать смесь поверхностно-активных веществ алкоксилата спирта и алкилбензолсульфоната.
В некоторых вариантах осуществления одно из поверхностно-активных веществ в смеси поверхностно-активных веществ может действовать, как эмульгирующий агент для содействия поддержанию смачивающей композиции в виде стабильного средства.
В одном варианте осуществления смачивающая композиция может содержать смесь поверхностно-активных веществ, в которой одним из поверхностно-активных веществ является алкилбензолсульфонат, такой как додецилбензолсульфонат. Алкилбензолсульфонат может действовать, как эмульгатор для содействия стабилизации смачивающей композиции и предупреждения или сведения к минимуму разделения фаз компонентов композиции. Для смачивающей композиции может потребоваться лишь относительно небольшое количество алкилбензолсульфоната в качестве эмульгатора. В одном варианте осуществления смачивающая композиция содержит вплоть до 5 мас.% алкилбензолсульфоната.
Смачивающая композиция, предлагаемая в настоящем изобретении, также содержит от 5 до 50 мас.% полярного компонента. Полярный компонент включает по меньшей мере один, выбранный из группы, включающей (i) воду и (ii) вплоть до 25 мас.% смешивающегося с водой C1-C3 органического растворителя. Таким образом, C10-C14 спирт и поверхностно-активное вещество смачивающей композиции объединяют по меньшей мере с одним из следующих: вода и смешивающийся с водой C1-C3 органический растворитель, которые находятся в полярном компоненте.
Наличие полярного компонента в смачивающей композиции может быть желательно, поскольку полагают, что он способствует совместимости C10-C14 спирта и поверхностно-активного вещества в смачивающей композиции. Таким образом, полярный компонент может действовать, как агент, улучшающий совместимость C10-C14 спирта и поверхностно-активного вещества. Полярный компонент также может содействовать солюбилизации C10-C14 спирта и поверхностно-активного вещества в смачивающей композиции в водной жидкости, в которую необходимо добавить смачивающую композицию.
В некоторых вариантах осуществления полярный компонент содержит воду. Вода может содержаться в полярном компоненте смачивающей композиции в подходящем количестве. Например, полярный компонент может содержать воду в количестве, равном 0,5%, 1%, 2%. 2,5%, 5%, 7,5%, 10%, 12,5%, 15%, 20%, 25%, 30%, 40% или 50 мас.%, или в любой концентрации в этих пределах.
Если полярный компонент содержит воду в концентрации, равной 5 мас.% или более, вода может быть без добавок или в смеси по меньшей мере с одним другим соединением. Если вода находится в смеси, полное количество компонентов в полярном компоненте не превышает 50 мас.%.
Если полярный компонент содержит воду в концентрации, равной менее 5 мас.%, необходимо, чтобы вода находилась в смеси по меньшей мере с одним другим соединением для обеспечения содержания полярного компонента, равного не менее 5 мас.%. Например, если вода содержится в концентрации, равной 2,5 мас.%, полярный компонент также должен составлять 2,5 мас.% от по меньшей мере одного другого компонента, чтобы полярный компонент составлял не менее 5 мас.% от смачивающей композиции.
Воду можно добавить в качестве части другого компонента смачивающей композиции, или ее можно специально добавить в виде отдельного компонента. В одном варианте осуществления полярный компонент смачивающей композиции содержит от 5 до 10 мас.% воды.
Следует понимать, что вода, содержащаяся в смачивающей композиции, отличается от целевой водной жидкости (которая может представлять собой воду или жидкости, содержащие воду), поверхностное натяжение которой желательно снизить с помощью смачивающей композицией, и к которой следует добавить саму смачивающую композицию.
В одном варианте осуществления полярный компонент содержит вплоть до 25 мас.% смешивающегося с водой C1-C3 органического растворителя. Смешивающийся с водой C1-C3 органический растворитель может содержатся в полярном компоненте смачивающей композиции в количестве, равном от 5 до 25 мас.%.
Полярный компонент может содержать смешивающийся с водой C1-C3 органический растворитель в количестве, равном 0,5%, 1%, 2%. 2,5%, 5%, 7,5%, 10%, 12,5%, 15%, 20% или 25 мас.%, или в любой концентрации в этих пределах.
Если полярный компонент содержит смешивающийся с водой C1-C3 органический растворитель в концентрации, равной от 5 до 25 мас.%, растворитель может быть без добавок или в смеси по меньшей мере с одним другим соединением. Если C1-C3 органический растворитель находится в смеси, полное количество компонентов в полярном компоненте не превышает 50 мас.%.
Если полярный компонент содержит смешивающийся с водой C1-C3 органический растворитель в концентрации, равной менее 5 мас.%, необходимо, чтобы растворитель находился в смеси по меньшей мере с одним другим соединением для обеспечения содержания полярного компонента, равного не менее 5 мас.%. Например, если смешивающийся с водой C1-C3 органический растворитель содержится в концентрации, равной 2,5 мас.%, полярный компонент также должен составлять 2,5 мас.% от по меньшей мере одного другого компонента, чтобы полярный компонент составлял не менее 5 мас.% от смачивающей композиции.
"Смешивающийся с водой" означает, что C1-C3 органический растворитель может смешиваться с водой с образованием гомогенного раствора. Примеры смешивающихся с водой C1-C3 органических растворителей включают ацетальдегид, ацетон, ацетонитрил, диметилформамид, диметилсульфоксид, этанол, этиленгликоль, глицерин, метанол, н-пропанол, изопропанол, 1,3-пропандиол и пропиленгликоль. Смешивающиеся с водой C1-C3 органические растворители могут быть полярными растворителями.
В одном варианте осуществления смешивающийся с водой C1-C3 органический растворитель представляет собой смешивающийся с водой C1-C3 спирт, такой как метанол, этанол, н-пропанол и изопропанол, предпочтительно этанол.
Может быть желательно ограничить количество смешивающегося с водой C1-C3 органического растворителя (такого как C1-C3 спирт) в смачивающей композиции до равного менее 25 мас.% вследствие воспламеняемости растворителя. В некоторых вариантах осуществления может быть желательно, чтобы C1-C3 органический растворитель содержался в количестве, равном не более 20%, 15%, 10% или 5 мас.% от смачивающей композиции.
В некоторых вариантах осуществления полярный компонент смачивающей композиции представляет собой комбинацию воды и смешивающегося с водой C1-C3 органического растворителя. В таких вариантах осуществления количество смешивающегося с водой C1-C3 органического растворителя в комбинации не превышает 25 мас.%. Специалист в данной области техники должен понимать, что вода и смешивающийся с водой C1-C3 органический растворитель могут быть полярными соединениями.
В некоторых вариантах осуществления смачивающая композиция может в основном состоять из C10-C14 спирта, поверхностно-активного вещества и полярного компонента в количествах, определенных в настоящем изобретении. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления, где количество использующегося C10-C14 спирта и поверхностно-активного вещества, использующегося для получения смачивающей композиции не добавлено вплоть до 100%, полярный компонент можно добавить к спиртовому и поверхностно-активному компонентам для доведения полной массы или объема смачивающей композиции до 100%. Поэтому полярный компонент может образовать оставшуюся часть смачивающей композиции.
Необязательно одну или большее количество добавок можно включить в смачивающую композицию. Эти добавки могут включать отдушки, противовспенивающие агенты, антифризные агенты, эмульгаторы, активные соединения, соли, красители (или другие окрашивающие вещества) и частицы (например, частицы пигмента, такого как диоксид титана), стабилизаторы, консерванты и/или буферы. Другие добавки могут содержаться в любом подходящем количестве. Желательное количество может зависеть от желательного влияния на смачивающую композицию в результате использования этих добавок (например, интенсивности запаха или окраски). В некоторых вариантах осуществления смачивающая композиция может содержать от 0 до 5 мас.%, от 0 до 10 мас.%, от 0 до 20 мас.% или от 0 до 25 мас.% одной или большего количества добавок. В одном варианте осуществления смачивающая композиция может включать химическое соединение, которое обладает ароматом, который придает приятный запах. Хотя смачивающая композиция, предлагаемая в настоящем изобретении, не обладает сильным запахом, при желании к смачивающей композиции можно добавить отдушки для придания приятного запаха или для ослабления или маскировки какого-либо неприятного запаха.
В одном варианте осуществления отдушкой является эфирное масло. Эфирное масло может представлять собой лимонное или апельсиновое масло или сосновое масло. Отдушка может содержать фенольный альдегид. Фенольный альдегид может представлять собой ванилин или изованилин. Отдушку можно добавить в концентрированном виде или в растворителе в виде 1, 2, 5, 10 мас.% раствора. Например, ванилин можно добавить в растворителе, таком как этанол (например, в концентрации 10 мас.%).
Смачивающая композиция предпочтительно является неопасной. Также предпочтительно, если смачивающая композиция является невоспламеняющейся. Смачивающая композиция должна быть стабильной при высокой температуре, например, вплоть до 40°C. Для обеспечения этих характеристик компоненты композиции также должны соответствовать этим требованиям по отдельности и/или при объединении.
В некоторых вариантах осуществления компоненты смачивающей композиции, включая C10-C14 спирт, поверхностно-активное вещество и полярный компонент, предпочтительно выбраны из числа экологически благоприятных соединений, которые могут легко образовывать продукты разложения, которые нетоксичны и неопасны для окружающей среды и растений, морского мира и мира животных. Это может быть благоприятно, поскольку для смачивающей композиции, предлагаемой в настоящем изобретении, может избежать значительные экологические и биологические затруднения, связанные с фторсодержащими поверхностно-активными веществами и органосиликоновыми поверхностно-активными веществами.
В одном варианте осуществления смачивающая композиция содержит 1-додеканол (от 20% до менее 50%), неионогенное поверхностно-активное вещество (от 25 до 70%) и примерно 10% воды.
В другом варианте осуществления смачивающая композиция содержит смесь 1-додеканола и 1-тетрадеканола (от 20% до менее 50% смеси состава 70:30 C12 и C14 спиртов), неионогенное поверхностно-активное вещество (от 25 до 70%) и примерно 10% воды.
В другом варианте осуществления смачивающая композиция содержит 1-додеканол (от 20% до менее 50%), неионогенное поверхностно-активное вещество (от 25 до 70%) и этанол (25%).
Во всех вариантах осуществления смачивающей композиции, описанной выше, необязательно можно добавить ≤10% додецилбензолсульфоната в качестве эмульгатора.
Приготовленная смачивающая композиция предназначена для добавления к водной жидкости для изменения поверхностного натяжения водной жидкости.
Смачивающая композиция желательно находится в виде стабильной смеси, содержащей C10-C14 спирт, кислородсодержащий C4-C6 сорастворитель и поверхностно-активное вещество, необязательно воду и/или другие добавки. Смачивающая композиция может находиться в виде стабильного раствора, суспензии или эмульсии. "Стабильная" означает, что в смачивающей композиции не происходит помутнение или изменение вязкости, или существенное разделение (например, разделение фаз, осаждение или отложение осадка и т. п.) компонентов композиции после образования композиции или во время ее хранения. Смачивающая композиция может быть стабильной при температурах в диапазоне от 4 до 40°C в течение не менее 5 ч. В предпочтительных вариантах осуществления смачивающая композиция является стабильной в течение нескольких недель, месяцев или лет, что обеспечивает увеличенный срок службы. Однако в некоторых вариантах осуществления смачивающую композицию можно приготовить непосредственно перед использованием и в этом случае она должна быть стабильной лишь в течение небольшого промежутка времени. Например, для некоторых композиций обладающих большой молекулярной массой спиртов, таких как C12-C14, объединению спирта с поверхностно-активным веществом может способствовать нагревание. В таких случаях смачивающую композицию можно использовать до разделения.
Исследования помутнения смачивающей композиции могут способствовать оценке стабильности композиции.
Для получения смачивающей композиции желательное количество поверхностно-активного вещества сначала объединяют с желательным количеством C10-C14 спирта, затем желательное количество полярного компонента (например, воды и/или смешивающегося с водой C1-C3 органического растворителя) добавляют к исходной смеси и объединяют с образованием смачивающей композиции. Однако порядок приготовления не является критически важным и компоненты смачивающей композиции можно объединять в любом порядке. Например, поверхностно-активное вещество и полярный компонент можно смешать первыми до прибавления C10-C14 спирта. Кроме того, поверхностно-активное вещество можно смешать последним.
Если смачивающая композиция должна содержать смесь не менее двух разных C10-C14 спиртов, такую как смесь 1-додеканола (C12 спирт) и 1-деканола (C10 спирт) или 1-тетрадеканола (C14 спирт), желательное количество выбранных спиртов можно объединить с поверхностно-активным веществом по отдельности или в комбинации.
В некоторых вариантах осуществления смесь двух или большего количества разных C10-C14 спиртов добавляют к смеси, содержащей поверхностно-активное вещество и воду и/или другие добавки. Например, имеются в продаже препараты, содержащие 1-додеканол и 1-тетрадеканол, обладающие отношением количеств C12:C14, составляющим 70:30. Выбранное количество имеющегося в продаже препарата можно объединить с поверхностно-активным веществом и добавкой для введения разных спиртов в смесь. При желании также можно добавить один или большее количество дополнительных C10-C14 спиртов. Например, в дополнение к смеси спиртов дополнительное количество 1-додеканола (C12 спирт) можно объединить с поверхностно-активным веществом для введения дополнительного спирта и/или для изменения отношений количеств C10-C14 спиртов в смачивающей композиции.
Важно готовить смачивающую композицию в виде полного препарата до прибавления к водной жидкости, представляет ли она собой воду, водную смолу, сельскохозяйственный продукт или любой другой водный материал.
Таким образом C10-C14 спирт, поверхностно-активное вещество и полярный компонент (например, вода и/или смешивающийся с водой C1-C3 органический растворитель) вместе содержатся в смачивающей композиции, как если бы они добавлены в комбинации с водной жидкостью и не добавлены к водной жидкости по отдельности. В частности, спиртовый смачивающий агент не добавляют порциями к водному раствору поверхностно-активного вещества. Преимуществом добавления C10-C14 спирта вместе с поверхностно-активным веществом в виде добавки к водной жидкости является то, что смачивающую композицию можно удобно продавать, транспортировать и хранить до использования. Другим преимуществом является то, что после добавления смачивающей композиции к водной жидкости относительные концентрации C10-C14 спирта и поверхностно-активного вещества постоянны, так что конечному потребителю не приходится определять, сколько каждого компонента требуется добавлять к водной жидкости.
При использовании смачивающую композицию добавляют к водной жидкости и снижают поверхностное натяжение водной жидкости.
Благоприятно, что смачивающая композиция, предлагаемая в настоящем изобретении, обеспечивает для водной жидкости, содержащей смачивающую композицию, поверхностное натяжение менее 25 мН/м при 20°C. В некоторых вариантах осуществления смачивающая композиция, предлагаемая в настоящем изобретении, способна снижать поверхностное натяжение водной жидкости, содержащей смачивающую композицию до равного менее 24 мН/м, 23 мН/м, 22 мН/м, 21 мН/м, 20 мН/м или 19 мН/м при 20°C.
Возможность достижения такого низкого поверхностного натяжения со смачивающей композицией, предлагаемой в настоящем изобретении, является неожиданной. Обычно предполагается, что эквивалентное низкое значение поверхностного натяжения достижимо только с фторсодержащими поверхностно-активными веществами и органосиликоновыми поверхностно-активными веществами. Смачивающая композиция, предлагаемая в настоящем изобретении, предпочтительно не содержит фторсодержащее поверхностно-активное вещество и органосиликоновое поверхностно-активное вещество. Сама по себе возможность смачивающей композиции обеспечить столь низкие значения поверхностного натяжения при отсутствии фторсодержащих поверхностно-активных веществ и органосиликоновых поверхностно-активных веществ является неожиданной.
Специалист в данной области техники может определить поверхностное натяжение водной жидкости, содержащей смачивающую композицию, предлагаемую в настоящем изобретении, по известным методикам. Одной типичной методикой является гониометрия висячей капли, которая позволяет определить поверхностное и межфазное натяжения на основании оптического анализа геометрии висячей капли.
Поверхностно-активные вещества после добавления к водной жидкости могут снижать поверхностное натяжение жидкости путем накопления на границе раздела жидкость/пар. Однако комбинация C10-C14 спирта с поверхностно-активным веществом в смачивающей композиции, предлагаемой в настоящем изобретении, способна улучшать характеристики поверхностно-активного вещества с обеспечением неожиданного дополнительного снижения поверхностного натяжения в большей степени, чем это возможно с использованием только одного поверхностно-активного вещества. C10-C14 спирт и поверхностно-активное вещество могут взаимодействовать с добавкой или синергетическим образом снижать поверхностное натяжение.
Если не ограничиваться теорией, то можно полагать, что нерастворимый C10-C14 спирт ограничивает или даже препятствует образованию мицелл в неионогенных, анионогенных и катионогенных поверхностно-активных веществах, что приводит к большей концентрации в растворе молекул поверхностно-активного вещества, способных к миграции к трехфазной границе раздела смачивания, тем самым улучшая обычные характеристики смачиваемости этих поверхностно-активных веществ.
Поскольку C10-C14 спирты нерастворимы или плохо растворимы в воде и трудно диспергируются, наличие полярного компонента, включающего по меньшей мере один, выбранный из группы, включающей воду и смешивающийся с водой C1-C3 органический растворитель, может способствовать диспергированию и солюбилизации C10-C14 спирта в присутствии поверхностно-активного вещества. Диспергированный C10-C14 спирт может находиться в метастабильном состоянии в водной жидкости, к которой добавили смачивающую композицию, и обладает склонностью к очень быстрому фазовому отделению от водного раствора, что приводит к быстрой миграции спиртов и связанных с ними поверхностно-активных веществ к границе раздела смачивания. Предполагается, что эта быстрая миграция к трехфазной границе раздела содействует диспергированию поверхностно-активного вещества на границе раздела и способствует улучшению способности водной жидкости смачивать поверхность, такую как поверхность с низкой энергией.
Разделение фаз C10-C14 спирта также может привести к образованию небольших капелек или микроколлоидов, которые предоставляют большую площадь поверхности для диспергирования молекул поверхностно-активного вещества.
C10-C14 спирт также может ограничить или даже предупредить образование мицелл поверхностно-активного вещества в водной жидкости, что приводит к большей концентрации в растворе молекул поверхностно-активного вещества, способных к миграции к трехфазной границе раздела смачивания, тем самым улучшая обычные характеристики смачиваемости этих поверхностно-активных веществ.
В некоторых вариантах осуществления мицеллы не образуются или наблюдается уменьшенное образование мицелл в водной жидкости, содержащей смачивающую композицию, предлагаемую в настоящем изобретении. "Мицеллы не образуются" или наблюдается "уменьшенное образование мицелл" в водной жидкости, следует понимать, что может содержаться меньше мицелл, которые подвергаются самоагрегации в водной жидкости.
Недостатком образования мицелл является то, что имеется меньше поверхностно-активного вещества, доступного для снижения поверхностного натяжения водной жидкости и для диспергирования спирта. Например, если поверхностно-активное вещество образует мицеллы, имеется меньше поверхностно-активного вещества, доступного для стабилизации любой образующейся эмульсии. Вместо разрушения мицелл до диффузии молекул поверхностно-активного вещества к границе раздела смачивания длинноцепочечный спирт, который объединяется с поверхностно-активным веществом, быстро перемещается к границе раздела смачивания, поскольку в растворе он находится в метастабильном состоянии. Это приводит к высокой концентрации связанного поверхностно-активного вещества, мигрирующего к раздела смачивания границе намного быстрее, чем в случае наличия только одного поверхностно-активного вещества, что было ограничено критической концентрацией мицеллообразования.
Быстрая миграция C10-C14 спирта к трехфазной границе раздела смачивания высвобождает молекулы поверхностно-активного вещества, которые при отсутствии мицелл также быстро диффундируют к трехфазной границе раздела смачивания, что приводит к ослаблению явления микропроскальзывания, когда водная жидкость быстро распространяется по границе поверхности с низкой энергией, вызванного диффузией молекул поверхностно-активного вещества изнутри раствора на границу раздела жидкость/воздух на трехфазную линию соприкосновения.
Жидкость, к которой добавляют смачивающую композицию, является водной или в основном водной. Водная жидкость включает воду. Водная жидкость может представлять собой чистую воду (или в основном чистую воду) или рецикловую или сточную воду. Водная жидкость может представлять собой раствор, содержащий воду. Жидкостью может быть любая водная жидкость, которая желательно смачивает гидрофобную поверхность с низкой энергией.
Водная жидкость может состоять из сельскохозяйственной композиции или включать ее. Сельскохозяйственная композиция может быть предназначена для применение, как пестицид, инсектицид, акарицид, фунгицид, нематоцид, дезинфицирующее вещество, гербицид, удобрение или питательные микроэлементы. В одном варианте осуществления сельскохозяйственная композиция представляет собой глифосат (N-(фосфонометил)глицин). Глифосат является системным гербицидом широкого спектра действия, использующимся для уничтожения сорняков, в особенности однолетних широколиственных сорняков и травянистых растений, для которых известно, что они конкурируют, например, с сельскохозяйственными культурами. Смачивающую композицию, предлагаемую в настоящем изобретении, можно использовать в композиции, наносимой на порошкообразные растворимые в воде гербициды, такие как Brush-off™ фирмы Dupont. Смачивающую композицию можно добавить к другим гербицидам, таким как MCPA (2-метил-4-хлорфеноксиуксусная кислота), 2-4D (2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота) и гербицидам для борьбы с древесными сорняками, таким как триклопир (3,5,6-трихлор-2-пиридинилоксиуксусная кислота) или пиклорам. В одном варианте осуществления смачивающую композицию можно добавить к некорневым удобрениям, наносимым на листву растений, таким как азотные и магниевые, кальциевые и борные удобрения или удобрения NPK (азот, фосфор и калий).
Смачивающая композиция может увеличивать способность сельскохозяйственной композиции смачивать поверхность листвы. В другом варианте осуществления смачивающая композиция может увеличивать способность сельскохозяйственной композиции смачивать поверхность деревянной подложки и обеспечивать отпугивание вредителей. Например, древесные опилки перед использованием можно пропитать инсектицидом и/или фунгицидом и/или погрузить в него. Кроме того, смачивающая композиция может увеличивать способность сельскохозяйственной композиции смачивать семена. Например, на семена до прорастания можно нанести инсектицид и/или фунгицид для их защиты. Агенты для окраски семян также добавляют со смачивающей системой. В этих вариантах осуществления включение полиакриламидов или полиакрилатов с молекулярной массой от средней до высокой (например, от 250000 до 100000) в конечную смесь для опрыскивания может способствовать стабилизации капелек, сведению к минимуму испарение водной жидкости после опрыскивания и/или другого нанесения на поверхность с низкой энергией и предупреждению повреждения при опрыскивании.
В некоторых вариантах осуществления смачивающая композиция обеспечивает образование тонкого аэрозольного спрея из сельскохозяйственной композиции, который можно нанести, например, на сельскохозяйственные культуры.
Один вариант осуществления относится к сельскохозяйственной композиции, содержащей смачивающую композицию, предлагаемую в настоящем изобретении.
Водная жидкость может состоять из фармацевтического, питательного или косметического средства или включать его. В одном варианте осуществления жидкость состоит из лекарственного соединения или включает его. В одном варианте осуществления смачивающая композиция может улучшать способность фармацевтического, питательного или косметического средства смачивать поверхности тела человека или животного, включая кожу, волосы и/или ногти. В некоторых вариантах осуществления смачивающая композиция обеспечивает образование более мелких частиц аэрозольных спреев фармацевтического, питательного или косметического средства, например, спрея для волос. Например, лекарственное средство можно доставлять в виде аэрозоля.
Преимуществом описанной смачивающей композиции является то, что при добавлении к водной жидкости все твердые вещества в жидкости могут диспергироваться композицией и поэтому наблюдается сниженная склонность твердых веществ к осаждению. Это означает, что смачивающая композиция обеспечивает смачивание водными жидкостями с более значительным содержанием твердых веществ, чем можно было использовать в противном случае, т. е. при отсутствии смачивающей композиции. Преимуществом смачивания жидкостью с большим содержанием твердых веществ является то, что происходит меньшее хроматографическое отделение жидкости при пропитке твердого вещества жидкостью. Уменьшенное отделение жидкости приводит к более равномерно пропитанному твердому веществу, которое в конечном счете является более прочным и более долговечным. Другим преимуществом диспергирования твердых веществ является то, что поверхность с низкой энергией может смачиваться более вязкими водными жидкостями.
Водная жидкость может быть смешанной жидкостью. Смешанная жидкость может представлять собой смолу на водной основе, краску на водной основе или краситель. Смола может обладать высокой вязкостью со способностью затвердевать или отверждаться. Смола может представлять собой природное вещество, которое образуется некоторыми деревьями. Однако смола может быть природной или синтетической. Смолой может быть эпоксид, виниловый сложный эфир или сложная полиэфирная смола. Смолой может быть смола аминного или формальдегидного типа. В некоторых вариантах осуществления смолой является поливинилхлоридная, поливинилацетатная или резорциновая смола. В одном варианте осуществления водная жидкость является смолой для смачивания бумаги или измельченной древесной стружки.
Один вариант осуществления относится к смоле, содержащей смачивающую композицию, предлагаемую в настоящем изобретении.
В другом варианте осуществления смачивающую композицию можно использовать в водных жидкостях, применяющейся для подавления пыли при строительных работах в шахтах, при строительстве дорог или других гражданских строительных работах, когда необходимо подавление пыли. Ее также можно добавить к воде для сведения к минимуму распространения пыли путем разбрызгивания эмульсии капелек очень небольшого размера, обеспечивающих максимальную степень покрытия, и подавления пыли с помощью минимальных объемов жидкости. В этом случае смачивающую композицию можно добавлять к чистой воде или сточной или рецикловой воде или любой подходящей водной жидкости.
Смачивающую композицию можно использовать в водных жидкостях для образования пены для пожаротушения.
Смачивающую композицию можно добавить к композиции цемента, использующейся для получения бетона, для улучшения распределения или текучести бетона и содействия проникновению бетона.
Смачивающую композицию можно использовать в жидкостях, применяющихся для отделения сырой нефти от воды, для обеспечения извлечения неочищенной нефти. В этом случае смачивающая композиция может способствовать разрушению границы раздела нефть-вода и тем самым способствовать отделению нефти от воды.
При добавлении смачивающей композиции к водной жидкости, поверхностное натяжение водной жидкости снижается. При добавлении смачивающей композиции поверхностное натяжение водной жидкости снижается по сравнению с поверхностным натяжением той же водной жидкости при отсутствии смачивающей композиции. Следовательно, угол смачивания водной жидкости, содержащей смачивающую композицию, уменьшается на гидрофобной поверхности с низкой энергией по сравнению с такой же водной жидкостью при отсутствии смачивающей композиции. Смачивающая композиция при добавлении к водной жидкости увеличивает смачиваемость водой поверхности, обладающей низкой энергией. Другими словами, смачивающую композицию можно использовать для увеличения смачиваемости гидрофобной поверхности водой.
Другим объектом настоящего изобретения является способ снижения поверхностного натяжения водной жидкости, способ включает стадию добавления смачивающей композиции любого из вариантов осуществления, описанных в настоящем изобретении, к водной жидкости.
Другим объектом настоящего изобретения является водная жидкая композиция, содержащая смачивающую композицию любого из вариантов осуществления, описанных в настоящем изобретении, с водной жидкостью. Водная жидкая композиция, содержащая смачивающую композицию, может представлять собой обладающую сниженным поверхностным натяжением композицию вследствие присутствия в ней смачивающей композиции.
Водная жидкая композиция, содержащая смачивающую композицию может представлять собой обладающую сниженным поверхностным натяжением смолы композицию или сельскохозяйственную композицию.
Водная жидкая композиция, содержащая смачивающую композицию, может представлять собой аэрозоль или композицию для опрыскивания, которая приготовлена для образования капель воздушной дисперсии из жидкости в газе, таком как воздух. При снижении поверхностного натяжения водной жидкости путем добавления смачивающей композиции, предлагаемой в настоящем изобретении, водную жидкость со смачивающей композицией можно дозировать или подавать из подходящего резервуара с жидкостью в виде аэрозоля или спрея с размером капелек, меньшем, чем для этой же водной жидкости при отсутствии смачивающей композиции. Аэрозоль или спрей с уменьшенными размерами капелек обеспечивает лучшее покрытие таким же объемом нанесенной жидкости, и тем самым обеспечивает более эффективное нанесение. Аэрозоль можно приготовить для использования в лакокрасочной промышленности, например, для распыления красок. Альтернативно, можно приготовить аэрозоль для использования в косметике, такой как дезодорант или лак для волос. В некоторых вариантах осуществления аэрозоль является сельскохозяйственным средством, таким как инсектицид. Аэрозоль также можно использовать в качестве очищающего средства.
Другим объектом настоящего изобретения является способ уменьшения размера капелек распыляемого аэрозоля, поступающего из устройства для распыления аэрозоля, соединенного с резервуаром с жидкостью, включающий добавление смачивающей композиции, предлагаемой в настоящем изобретении, в резервуар с жидкостью, соединенный с устройством для распыления аэрозоля, и распыление жидкости из этого устройства.
Смачивающую композицию, предлагаемую в настоящем изобретении, можно добавить к водной жидкости любыми путями. В одном варианте осуществления смачивающую композицию добавляют к водной жидкости по каплям. Добавление смачивающей композиции можно проводить вручную или можно регулировать компьютером с программами системы доставки. Для разных водных жидкостей для обеспечения желательного снижения поверхностного натяжения требуются разные количества смачивающей композиции. В некоторых вариантах осуществления смачивающую композицию добавляют порциями (следует отметить, что C10-C14 спирт и поверхностно-активное вещество все еще добавляют вместе). После добавления каждой порции можно исследовать поверхностное натяжение водного раствора и его способность смачивать гидрофобную поверхность с низкой энергией. После обеспечения желательного смачивания к водной жидкости больше не следует добавлять дополнительное количество смачивающей композиции. Альтернативно, к водному раствору можно добавить известное количество смачивающей композиции. Известное количество можно определить с помощью предварительных экспериментов.
Количество смачивающей композиции, добавляемой к водной жидкости, не ограничивается, если не происходит нежелательного образования мицелл. Поэтому, в отличие от поверхностно-активных веществ, которые обеспечивают определенную степень смачиваемости вплоть до концентрации, при которой образуются мицеллы (критической концентрации мицеллообразования), смачивающую композицию, предлагаемую в настоящем изобретении, можно добавить в любой концентрации, подходящей для улучшения смачивания очень трудно смачивающихся поверхностей, таких как тефлон, или другой поверхности с очень низкой поверхностной энергией. В некоторых вариантах осуществления поверхностное натяжение водной жидкости можно дополнительно снизить путем добавления увеличивающихся количеств смачивающей композиции к жидкости.
Количество смачивающей композиции, добавленной к водной жидкости, должно обеспечить, чтобы смачивающая композиция оказала благоприятное влияние на смачиваемость поверхности водной жидкостью. Количество смачивающей композиции, добавленной к водной жидкости, может составлять примерно 10, 5, 4, 3, 2, 1,5, 1, 0,15, 0,05, 0,10 или 0,005 об. %. В одном варианте осуществления смачивающую композицию добавляют к водной жидкости в количестве в диапазоне, выбранном из группы, включающей диапазоны от 0,1 до 5 об. %, от 0,5 до 4 об. % и от 1 до 3 об. %. Если добавляют слишком много смачивающей композиции, это может привести к ненужным затратам. Если добавляют слишком мало, не будет оказываться желательное влияние на смачивание. В некоторых вариантах осуществления количество смачивающей композиции добавляют к водной жидкости, содержащей примерно 0,5, 0,3, 0,1 или 0,15 мас.% C10-C14 спирта. Единственным неблагоприятным следствием передозировки смачивающей композиции представляется то, что смачивание происходит слишком быстро, что редко приводит к затруднениям. Меньшие дозы смачивающей композиции можно использовать для улучшения смачиваемости водной жидкости по сравнению с обычными поверхностно-активными веществами.
В отличие от обычных поверхностно-активных веществ, когда образование мицелл может ограничить способность поверхностно-активного вещества снижать поверхностное натяжение после достижения критической концентрации мицеллообразования, можно продолжать добавлять смачивающую композицию, предлагаемую в настоящем изобретении, и обеспечить возрастающее снижение поверхностного натяжения при увеличении содержания смачивающей композиции в водной жидкости.
После добавления смачивающей композиции к водной жидкости, поверхностное натяжение водной жидкости может снизиться до равного менее примерно 70 дин/см. В предпочтительных вариантах осуществления смачивающая композиция может с успехом снизить поверхностное натяжение водной жидкости до равного менее примерно 25, 24, 23, 22, 21, 20 19 или 18 дин/см. В некоторых вариантах осуществления может быть желательно снижение поверхностного натяжения до минимально возможного. В других вариантах осуществления может быть необходимо снижение поверхностного натяжения до равного немного меньшему, чем достижимое при использовании современных анионогенных, катионогенных и неионогенных поверхностно-активных веществ. В других вариантах осуществления может быть желательно обеспечение такого поверхностного натяжения, какое обеспечивают современные суперраспределители т. е. < 23 дин/см. В других вариантах осуществления может быть желательно обеспечение такого поверхностного натяжения, какое обеспечивают современные органосиликоновые суперраспределители, т. е. <20 дин/см. В других вариантах осуществления может быть желательно обеспечение такого поверхностного натяжения, какое обеспечивают современные суперраспределяющие фторсодержащие поверхностно-активные вещества, т. е. <18 дин/см. Желательное поверхностное натяжение может определить специалист в данной области техники и можно добавить необходимое для его обеспечения количество смачивающей композиции.
Добавление смачивающей композиции к водной жидкости также может повлиять на статический или наступающий угол смачивания водной жидкостью поверхности, отражающий улучшение смачиваемости. В некоторых вариантах осуществления наступающий угол смачивания водной жидкости может снизиться до равного менее примерно 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10 или 5°. В одном варианте осуществления наступающий угол смачивания водной жидкости может снизиться до равного менее 10°. Желательную смачиваемость может определить специалист в данной области техники.
Смачивающая композиция, предлагаемая в настоящем изобретении, может действовать, как "суперраспределитель" для содействия распределению водной жидкости на поверхности, обладающей низкой поверхностной энергией. Смачивающая композиция, предлагаемая в настоящем изобретении, может действовать при содержании, которое по меньшей мере эквивалентно или меньше, чем содержание органосиликоновых поверхностно-активных веществ или фторсодержащих поверхностно-активных веществ, известных в настоящее время.
Повышенная смачиваемость водой поверхности с низкой энергией может означать, что поверхность можно быстрее покрыть жидкостью, содержащей смачивающую композицию, предлагаемую в настоящем изобретении. Смачивание поверхности с низкой энергией может быть на один, два или три порядка быстрее, чем для жидкостей, не использующихся в настоящем изобретении. Это означает экономию затрат и времени. В некоторых вариантах осуществления для покрытия или пропитки поверхностей подложки требуется меньше водной жидкости, что также обеспечивает значительные коммерческие преимущества. Уменьшенное количество жидкости, необходимое для образования покрытия, не приводит к какому-либо неблагоприятному влиянию на качество продукта. Для покрытий из смолы в некоторых вариантах осуществления требуется меньше смолы, но это не меняет сопротивление истиранию, определенное на приборе Табера, сопротивление царапанию, сопротивление коррозии и/или ударопрочность готового покрытого или пропитанного смолой продукта.
Изделие, включающее измельченную древесную стружку с покрытием из смолы, модифицированное в соответствии с настоящим изобретением (т. е. путем добавления смачивающей композиции), может обладать улучшенной обрабатываемостью. Улучшенная обрабатываемость означает, что частота выкрашивания, т. е. отделения отдельных непропитанных смолой стружек или групп стружек от поверхностного слоя панели, что критически важно для адгезии ламината и сохранения прочности панели. Считается, что это обусловлено улучшенным распределением смолы по отдельным стружкам и уменьшением колебаний распределения смолы для разных стружек. Применение смачивающей композиции, предлагаемой в настоящем изобретении, в этом варианте осуществления обеспечивает универсальность конструкции блендеров, предназначенных для смешивания смолы и стружек. Это может привести к уменьшению тока двигателя и экономии энергии. С учетом распределения смолы имеется возможность уменьшения количества используемой смолы и/или уменьшения плотности и, следовательно, количества используемой древесины, что неизбежно приводит к экономии затрат.
В других вариантах осуществления смачивающая композиция позволяет образовать аэрозоль, содержащий меньшие капельки, чем аэрозоль, образованный той же жидкостью при отсутствии смачивающей композиции. Аэрозоль представляет собой воздушную дисперсию из капелек жидкости. Смачивающую композицию можно добавить до образования аэрозоля или во время образования аэрозоля, т. е. когда образуются капельки воздушной дисперсии.
Чем меньше капельки аэрозоля, тем легче капельки диспергируются в воздухе, в результате чего более мелкая воздушная дисперсия может покрыть более значительную площадь поверхности. В одном варианте осуществления средний размер капелек аэрозоля, образовавшегося с использованием смачивающей композиции, предлагаемой в настоящем изобретении, примерно на 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 или 80% меньше, чем размер капелек той же жидкости при отсутствии смачивающей композиции. В одном варианте осуществления аэрозоль, полученный с использованием смачивающей композиции, предлагаемой в настоящем изобретении, способен диспергироваться на площадь, которая на 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 или 80% больше, чем в случае аэрозоля той же жидкости при отсутствии смачивающей композиции.
Другим объектом настоящего изобретения является способ смачивания поверхности, обладающей низкой энергией, жидкостью, обладающей относительно высокой поверхностной энергией, способ включает стадии:
добавления смачивающей композиции вариантов осуществления настоящего изобретения к жидкости; и
взаимодействия поверхности, обладающей низкой энергией, с жидкостью, содержащей смачивающую композицию.
Угол смачивания жидкости, содержащей смачивающую композицию уменьшается на поверхности, обладающей низкой энергией, по сравнению с углом смачивания той же жидкости при отсутствии смачивающей композиции.
Методики определения угла смачивания должны быть известны специалисту в данной области техники. Например, гониометрия угла смачивания является примером одной подходящей методики. Гониометрия угла смачивания может позволить провести прямую оценку влияния смачивающей композиции на целевую водную жидкость и возможности обработанной водной жидкости смачивать целевую подложку, такую как листья, дерево, бумага и т. п.
Добавление смачивающей композиции, предлагаемой в настоящем изобретении, к водной может привести к быстрому и практически полному смачиванию гидрофобной поверхности водной жидкостью. Предполагается, что C10-C14 спирт в смачивающей композиции уменьшает вероятность образования мицелл поверхностно-активного вещества, которые будут мешать смачиванию.
Поверхность с низкой энергией может образовать часть подложки и может быть желательно улучшение смачивания подложки водной жидкостью путем использования смачивающей композиции, описанной в настоящем изобретении.
На подложку, которую желательно смачивать водной жидкостью, содержащей смачивающую композицию, предлагаемую в настоящем изобретении, не налагаются ограничения. Подложка может обладать относительно большой площадью непрерывной поверхности или подложка может быть в виде частиц. Подложка может быть волокнистой или пористой. В одном варианте осуществления подложкой является бумага. В другом варианте осуществления подложкой является искусственное волокно, такое как стекловолокнистая изоляция. Подложка может быть натуральным продуктом. В одном варианте осуществления подложкой является кожа. Подложка может содержать натуральные или синтетические волокна. Натуральные волокна могут представлять собой шерсть. Натуральные волокна можно обработать, например, обработать шерсть кожей. Синтетические волокна могут содержать PTFE, сложный полиэфир, нейлон, акриловое волокно, вискозу, ацетат, спандекс, акриловое волокно (например, Orlon™) или пара-ариламидное волокно (например, Kevlar®) или состоять из них. Подложка может представлять собой синтетический полимер, такой как поли(тетрафторэтилен) (тефлон®). Подложка может представлять собой семена. Подложка может представлять собой растительный материал, включая листья, всходы, стебли и корни растений. Подложка может быть основана на шерсти или древесине. Продукты на основе древесины включают изделия из дерева, такие как музыкальные инструменты; изделия из бамбука; тростника и ротанга; продукты из пробки и продукты из прутьев. Другие продукты на основе древесины включают пиломатериалы, фанеру, шпон и продукты из древесного материала, включая стружечную плиту, древесноволокнистую плиту, волокнистую плиту (MDF) средней и высокой плотности, ориентированно-стружечную плиту и древесностружечную плиту. Подложка может быть на основе растительного материала. Подложки на основе растительного материала могут представлять собой листья, ветви, семена, стебли, кору, корни или любую часть растения, живую или отмершую. Подложка также измельченную стружку, которая может быть компонентом изготовленного продукта из древесины или может быть опилками, которые пропитаны, например, пропитаны под давлением, или пропитаны инсектицидом или фунгицидом.
Поверхность подложки, которую желательно смачивать водной жидкостью, содержащей смачивающую композицию, обладает низкой поверхностной энергией. Поверхность может обладать поверхностной энергией, равной менее примерно 50, 40, 30 или 25 дин. Поверхность подложки является гидрофобной. "Гидрофобная" означает, что поверхность обладает статическим или наступающим углом смачивания водой, равным более примерно 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170 или 175°. Гидрофобность можно придать химической обработкой нескольких верхних слоев поверхности подложки. Альтернативно или кроме того, гидрофобность придается шероховатостью поверхности. Шероховатость поверхности включает пористость поверхности и другие морфологические особенности, придающие шероховатость.
Смачивающую композицию можно использовать для улучшения распределения капли водной жидкости на поверхности. Смачивающую композицию можно использовать для усиления проникновения водной жидкости в подложку. Проникновение водной жидкости обеспечивает пропитку пористой подложки водной жидкостью.
Смачиваемость поверхности можно определить любыми средствами, известными специалисту в данной области техники. Смачиваемость можно определить с помощью гониометрии угла смачивания. Предпочтительно, если смачиваемость определяют путем исследования неподвижной (или статической) капли.
Смачиваемость можно определить по методикам, в которых измеряют изменения поверхностного натяжения водной жидкости, включая воду, например, с помощью гониометрии висячей капли. Водную жидкость, не содержащую смачивающую композицию, можно использовать в качестве средства сравнения для определения снижения поверхностного натяжения по сравнению со средством сравнения.
Альтернативно, смачиваемость определяют путем измерений наступающего и/или отступающего угла смачивания, необязательно определяемого с помощью весов Вильгельми. Для любых сравнительных данных следует использовать одинаковую длительность измерения смачиваемости.
Смачивающая композиция может увеличивать способность сельскохозяйственной композиции смачивать поверхности растительного материала. В другом варианте осуществления смачивающая композиция может увеличивать способность сельскохозяйственной композиции смачивать поверхности подложки на основе древесины и отпугивать вредителей. Например, древесные опилки перед использованием можно пропитать инсектицидом и/или фунгицидом и/или погрузить в него. Кроме того, смачивающая композиция может увеличивать способность сельскохозяйственной композиции смачивать семена. Например, на семена можно нанести инсектицид и/или фунгицид для их защиты до прорастания. К смачивающей системе также можно добавить красители для семян.
Поверхность подложки может быть покрыта или пропитана водной жидкостью, содержащей смачивающую композицию. В вариантах осуществления, в которых подложки поверхность покрыта водной жидкостью, предпочтительно, чтобы было покрыто не менее примерно 90, 80, 70, 60 или 50% полной площади доступной поверхности. В вариантах осуществления, в которых пропитывается поверхность пористой подложки, предпочтительно, чтобы было заполнено жидкостью не менее примерно 90, 80, 70, 60 или 50% полного объема доступных пустот.
Другим объектом настоящего изобретения является продукт, обладающий поверхностью с низкой энергией, покрытый или пропитанный водной жидкой композицией, содержащей смачивающую композицию, описанную в настоящем изобретении. Продуктом может быть бумага или древесностружечная плита, которая покрыта или пропитана водной жидкой композицией.
В одном варианте осуществления подложка, которую необходимо смачивать, может быть предварительно покрыта или предварительно пропитана водной жидкой композицией, содержащей смачивающую композицию, предлагаемую в настоящем изобретении. Предварительное нанесение покрытия или предварительная пропитка подложки может способствовать контакту подложки с наносимой позднее водной жидкой композицией, также обработанной смачивающей композицией. Например, стружку для древесностружечной плиты можно предварительно покрыть водной жидкой композицией, содержащей смачивающую композицию, предлагаемую в настоящем изобретении (например, путем распыления на стружку водной жидкости, содержащей смачивающую композицию), до связывания с остальной стружкой с получением древесностружечной плиты. Предварительно покрытая стружка может способствовать увеличению поверхностной энергии древесностружечной плиты и тем самым обеспечить более легкое смачивание древесностружечной плиты водной жидкой композицией, также содержащей смачивающую композицию.
Установлено, что подложки с модифицированной поверхностной энергией можно получить с использованием смачивающей композиции, предлагаемой в настоящем изобретении. Например, поверхностную энергию подложки - древесностружечной плиты можно модифицировать путем изготовления древесностружечной плиты со стружками для древесностружечной плиты, предварительно покрытыми водной жидкостью, содержащей смачивающую композицию, предлагаемую в настоящем изобретении. Это позволяет обеспечить более легкое смачивание древесностружечной плиты обычной жидкостью, такой как обычная смола, которая может быть водной или неводной жидкостью. В некоторых вариантах осуществления предполагается, что смачивающая композиция может увеличить поверхностную энергию подложки - древесностружечной плиты и тем самым уменьшить межфазную энергии между древесностружечной плитой и жидкостью (например, смолой), которая желательно должна смачивать подложку - древесностружечную плиту, позволяя жидкости эффективнее распределяться на подложке. Это, в свою очередь, может улучшить способность смолы смачивать подложку - древесностружечную плиту и может привести к улучшению механических характеристик подложки, таких как древесностружечной плиты сопротивление изгибу и сопротивление разрыву.
Варианты осуществления настоящего изобретения ниже описаны со ссылкой на прилагаемые примеры, которые не являются каким-либо образом ограничивающими.
ПРИМЕРЫ
Общая процедура получения смачивающих композиций
Для получения смачивающих композиций в примерах, описанных ниже, исходную смесь готовят путем объединения желательного количества поверхностно-активного вещества с желательным количеством C10-C14 спирта. Затем исходную смесь объединяют с желательным количеством воды или этанола. Затем компоненты смешивают и получают смачивающую композицию.
Примеры 1-6: Смачивающие композиции и влияние смачивающих композиций на поверхностное натяжение
С помощью указанной выше общей методики получали набор разных смачивающих композиций, содержащих диапазон разных типов и количеств компонентов, описанных в таблице 1.
Образцы полученной смачивающей композиции разбавляли сверхчистой водой с получением водных композиций, содержащих смачивающую композицию в концентрациях, равных 0,1%, 0,5% и 1,0 мас.%. Затем поверхностное натяжение полученных образцов определяли с помощью гониометрии висячей капли. Также готовили и исследовали эталонные образцы (R1 - R4) только воды или воды только с поверхностно-активным веществом или только со C12 спиртом, а также сравнительные примеры, содержащие 1-октанол (C8 спирт) с поверхностно-активным веществом.
Измерения поверхностного натяжения (мН/м) проводили для водной композиций, содержащей исследуемые композиции в разных концентрациях, с помощью гониометрии висячей капли. Сверхчистую воду использовали для проверки гониометра при 20°C после калибровки изображения по титановому шарику 4,0002 мм.
В таблице 1 также приведены результаты для поверхностного натяжения по данным гониометрии висячей капли, а также для влияния концентрации. Приведенный результат является итогом дисперсионного анализа, где значения p для жидкости и разностей концентрации равны <0,001.
Таблица 1. Результаты для поверхностного натяжения разных примеров смачивающих композиций и эталонных композиций, исследованных при разных концентрациях.
Додеканол 22,5%
Примечания:
1. Сверхчистая вода.
2. Teric BL8 (неионогенное) поверхностно-активное вещество.
3. Органосиликоновое поверхностно-активное вещество идентичное Silwet L-77.
4. Использовали имеющийся в продаже препарат Додеканол Rezex DD, содержащий 70% додеканола и 30% тетрадеканола
Результаты:
Как показано в таблице 1, поверхностное натяжение сверхчистой воды равно примерно 72 мН/м при 20°C. Смачивающие композиции, предлагаемые в настоящем изобретении, были способны значительно снизить поверхностное натяжение воды до значений, равных менее 24 мН/м при одной или большем количестве исследованных концентраций.
Влияние смачивающей композиции примера 6 в разных концентрациях на поверхностное натяжение воды также представлено на фиг. 1-3.
Как показано на чертежах, если смачивающую композицию, содержащую неионогенное поверхностно-активное вещество и додеканол в количестве, равном 25%, добавляли к воде, происходило снижение поверхностного натяжения воды и поверхностное натяжение продолжало снижаться с течением времени.
Пример 7: Совместимость смачивающей композиции с сельскохозяйственными композициями
Исследовали совместимость смачивающей композиции, предлагаемой в настоящем изобретении, с имеющимися в продаже концентратами гербицидов.
Гербицидные композиции разбавляли до концентрации, равной 1% (мас./мас.), в воде и выбранную смачивающую композицию добавляли к следующей гербицидной композиции в концентрации, равной 2% (мас./мас.). Смачивающими композициями, использующимися для исследования совместимости, были композиции примеров 23, 24 и 25. представленные в таблице 1.
Исследуемые гербицидные композиции были следующими:
Глифосат 360 г/л (Roundup®)
MCPA (2-метил-4-хлорфеноксиуксусная кислота), широколиственный гербицид
Grazon 300 г/л триклопир, содержащийся в виде бутоксиэтилового сложного эфира 100 г/л
Пиклорам, гербицид против древесных сорняков
BrushOff® (порошкообразный метсульфурон-метил), 600 г/кг гербицид против древесных сорняков, который представляет собой смачивающийся порошок
2,4D (2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота), широколиственный гербицид
Гербицидные смеси, содержащие смачивающие композиции, являются стабильными.
Пример 8: Совместимость смачивающих композиций с композициями смолы
Совместимость смачивающих композиций, предлагаемых в настоящем изобретении, с меламино-мочевино-формальдегидной смолой, содержащей вплоть до 65% твердых веществ, исследовали в водном растворе.
Смачивающую композицию в количестве, равном 2% (мас./мас.) добавляют к смоле. Твердые вещества не взаимодействовали со смачивающей композицией и смола, содержащая смачивающую композицию являлась стабильной эмульсией.
Пример 9: Совместимость смачивающих композиций с некорневыми удобрениями
Исследовали совместимость смачивающих композиций с жидкими некорневыми удобрениями, такими как сульфат аммония, доломит и дисперсии гипса, соли меди, (кальциевые) и различные азотные некорневые удобрения. Удобрение, содержащее смачивающие композиции, является стабильным.
Пример 10: Применение смачивающей композиции в древесностружечной плите для настила пола
Настил для пола получали путем нанесения 0,2% смачивающей композиции на поверхность и ядро настила пола, изготовленного на одноплитном прессе для древесностружечной плиты.
Для специалистов в данной области техники очевидны многие модификации без отклонения от объема настоящего изобретения.
В приведенной ниже формуле изобретения, если из контекста не следует иное, выражение "содержит" и его варианты, такие как "содержат" и "содержащий", следует понимать как включение указанного целого числа или стадии, или группы целых чисел или стадий, но не исключение любого другого целого числа или стадии, или группы целых чисел или стадий.
В настоящем описании ссылка на любую предшествующую публикацию (или полученную из нее информацию), или на любой объект, который известен, не является и не должна восприниматься, как признание или допущение или люба форма предположения о том, что предшествующая публикация (или полученная из нее информация), или известный объект образуют часть общеизвестного уровня техники в области техники, к которой относится настоящее описание.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| УЛУЧШЕННАЯ СМАЧИВАЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ | 2018 |
|
RU2773855C2 |
| ОБРАБОТАННАЯ СРЕДА ДЛЯ РОСТА РАСТЕНИЙ, КОТОРАЯ ОБЛАДАЕТ ПОВЫШЕННЫМ ВЛАГОУДЕРЖАНИЕМ | 2018 |
|
RU2798873C2 |
| ГЕЛЕВАЯ ОЧИЩАЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ | 2016 |
|
RU2714443C1 |
| КОМБИНАЦИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ | 2014 |
|
RU2631235C2 |
| ОЧИЩАЮЩАЯ ТВЕРДЫЕ ПОВЕРХНОСТИ КОМПОЗИЦИЯ С ПРОПЕЛЛЕНТОМ | 2016 |
|
RU2713190C2 |
| НЕ ВЫЗЫВАЮЩАЯ КОРРОЗИИ СИЛЬНОЩЕЛОЧНАЯ ОЧИЩАЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ | 2016 |
|
RU2712457C2 |
| КВАТЕРНИЗОВАННЫЕ ПОЛИЭТИЛЕНИМИНЫ С ВЫСОКОЙ СТЕПЕНЬЮ ЭТОКСИЛИРОВАНИЯ | 2013 |
|
RU2628886C2 |
| ДЕТЕРГЕНТНАЯ КОМПОЗИЦИЯ | 1992 |
|
RU2108374C1 |
| КОМПОЗИЦИЯ КОНДИЦИОНИРУЮЩЕГО ШАМПУНЯ | 2018 |
|
RU2767244C2 |
| СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПРОТИВОВСПЕНИВАЮЩЕЙ ГРАНУЛЫ | 2014 |
|
RU2660116C2 |
Настоящее изобретение относится к смачивающей композиции. Описана смачивающая композиция, предназначенная для добавления к водной жидкости для снижения поверхностного натяжения водной жидкости, где указанная смачивающая композиция состоит из: (a) от 20 до менее 50 мас.% одного или большего количества C10-C14 спиртов; (b) от 25 до 70 мас.% одного или большего количества поверхностно-активных веществ, выбранных из группы, включающей неионогенное, катионогенное, анионогенное и амфотерное поверхностно-активное вещество; и (c) от 5 до 50 мас.% полярного компонента, включающего по меньшей мере один, выбранный из группы, включающей (i) воду и (ii) вплоть до 25 мас.% смешивающегося с водой C1-C3 органического растворителя, и d) от 0 до 10 мас.% других добавок. Технический результат - разработка альтернативных композиций и способов, которые могут улучшить смачиваемость водой поверхности с низкой энергией. 7 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 10 пр.
1. Смачивающая композиция, предназначенная для добавления к водной жидкости для снижения поверхностного натяжения водной жидкости, где указанная смачивающая композиция состоит из:
(a) от 20 до менее 50 мас.% одного или большего количества C10-C14 спиртов;
(b) от 25 до 70 мас.% одного или большего количества поверхностно-активных веществ, выбранных из группы, включающей неионогенное, катионогенное, анионогенное и амфотерное поверхностно-активное вещество; и
(c) от 5 до 50 мас.% полярного компонента, включающего по меньшей мере один, выбранный из группы, включающей (i) воду и (ii) вплоть до 25 мас.% смешивающегося с водой C1-C3 органического растворителя, и
d) от 0 до 10 мас.% других добавок.
2. Смачивающая композиция по п. 1, где композиция содержит вплоть до 45 мас.% одного или большего количества C10-C14 спиртов.
3. Смачивающая композиция по п. 1 или 2, где композиция содержит C12 спирт и C14 спирт.
4. Смачивающая композиция по п. 3, где отношение массы C12 спирта к массе C14 спирта находится в диапазоне от 50 : 50 до 90 : 10.
5. Смачивающая композиция по любому из предыдущих пунктов, где поверхностно-активным веществом является алкоксилат спирта.
6. Смачивающая композиция по любому из предыдущих пунктов, где полярный компонент содержит 10 мас.% воды.
7. Смачивающая композиция по любому из предыдущих пунктов, где полярный компонент содержит смешивающийся с водой C1-C3 спирт.
8. Смачивающая композиция по п. 7, где смешивающимся с водой C1-C3 спиртом является этанол.
9. Смачивающая композиция по п. 7, где композиция содержит от 0 до 25 мас.% одной или большего количества добавок.
10. Водная жидкая композиция, содержащая водную жидкость, к которой добавлена смачивающая композиция для снижения поверхностного натяжения по любому из п.п. 1-9.
11. Водная жидкая композиция по п. 10, где водной жидкостью является вода.
12. Водная жидкая композиция по п. 10 или 11, где водной жидкостью является смола на водной основе.
13. Водная жидкая композиция по п. 10 или 11, где водная жидкость состоит из сельскохозяйственной композиции или включает ее.
14. Способ снижения поверхностного натяжения водной жидкости, способ включает стадию добавления смачивающей композиции по любому из пп. 1-9 к водной жидкости.
15. Способ смачивания поверхности обладающей низкой энергией, жидкостью, обладающей относительно высокой поверхностной энергией, способ включает стадию:
добавления смачивающей композиции по любому из п.п. 1-8 к жидкости; и
взаимодействия поверхности, обладающей низкой энергией, с жидкостью, содержащей смачивающую композицию.
16. Продукт, обладающий поверхностью с низкой энергией, покрытый или пропитанный водной жидкой композицией по п. 10.
17. Композиция смолы, содержащая водную смолу, к которой добавлена смачивающая композиция для снижения поверхностного натяжения по любому из пп. 1-9.
18. Сельскохозяйственная композиция, содержащая водную сельскохозяйственную композицию, к которой добавлена смачивающая композиция для снижения поверхностного натяжения по любому из пп. 1-9.
| US 2010234227 A1, 16.09.2010 | |||
| WO 2015147024 A1, 01.10.2015 | |||
| US 2010234232 A1, 16.09.2010 | |||
| CN 107646840 A, 02.02.2018 | |||
| Способ изготовления монолитной теплоизоляции | 1981 |
|
SU952810A1 |
| EA 201001537 A1, 29.04.2011 | |||
| СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДЕГРАДАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ХИМИЧЕСКИ АКТИВНОГО ИНГРЕДИЕНТА | 2009 |
|
RU2514646C2 |
