[发明专利]制备水分散液的方法

说明书

本发明广义地涉及制备含无机物颗粒的含水组合物的方法，更具体地，涉及由这种含水组合物失水生成的产物中的无机物颗粒的分散液。

聚合胶乳的水分散液被用来制备大量工业上重要的产品，包括油漆、涂料、底漆、腻子、嵌缝胶、非织材料粘合剂和粘结剂。随着失水以粘结产品，通常要含有聚合胶乳以形成连续相，并提供重要的物理性能。除聚合胶乳外，大多数产品还含有一种或多种无机物颗粒。有些无机物对产品提供重要的功能特性如耐火性、有光、无光、硬度、色泽、结构或韧性。由于这些无机物常常较贵，所以在配制的产品中需要尽可能有效地使用。在其它情况下，例如填料等无机物可能比胶乳便宜，因此，可望加入最大可能量的无机物，而不损害可由胶乳提供的所希望的性能，例如象粘合性能和拉伸性能如伸长，及在有粘结剂的情况下的粘着性最小损失。由于胶乳常是配制的产品中最贵的组分，所以，常应含有不太贵的无机物以降低产品成本。在这种情况下，就需要在使用最大可能量的不贵的无机物同时，保持产品的性能，因为如果便宜无机物含量太多，通常会便这些性能受到损害。一个好的实例是使用便宜填料颜料如碳酸钙配制的油漆，其用量超过了颜料的临界体积浓度。这种油漆对涂有它的表面所提供的保护涂层劣于使用稍少填料配制的并且颜料体积浓度低于临界值的类似油漆所提供的保护涂层。

有效利用所用无机物的一种方法是将这种颜料尽可能充分地分散。凝结或聚集的无机物颜料颗粒通常使它们对产品性能的全部潜在影响变差，例如对强度性能和耐受性能。无机物通常以干粉出售。对于颗粒状的，必须在液体介质中磨碎该粉末，打碎凝结物，以得到稳定的胶体分散液。

为了稳定产品制剂以防沉降或絮凝，已经使用了多种表面活性分散添加剂。制造商已常用干粉状无机物。这时，在初始“研磨”步骤中，通常直接将分散添加剂加到物料和少量水中，在该步骤中，松散的无机物颗粒的凝结物在机械剪切力的作用下被打碎。通常在产品制备过程中，分散添加剂保留在混合及以后的步骤中，因此在配制完全的产品组合物中，也能发现它。

有时，市场供应的无机物是浓缩的浆液，例如在水中的浆液。但是，由于浆液中的无机物颗粒在贮存中易于聚集，所以在用于配制涂料组合物之前，常需将浆液再分散以得到最大效率。或者无机物浆液的制造商，或者其最终使用者，有时是两者都有，都可以完成再分散步骤。该步骤是完全配制的产品中的分散剂的另一来源。

配制实用的、分散的含无机物产品如涂料的传统准则是使无机物分散液和聚合胶乳粘合剂分散液尽可能是胶体稳定的和彼此相容的，由此，它们可以混合但不形成凝块或聚集状物或使粘度过分增加。迄今为止已经发现，用简单共混或直接将无机物颗粒与含水聚合胶乳组合物相混的方法不能有效地将它们分散到含水胶乳组合物中。如果试着将无机物颗粒直接共混，则颗粒的凝结导致在组合物中形成硬渣或凝块。含有硬渣或凝块的产品会失去如光泽、机械强度及不透性等特性。既使在非水(载于溶剂)或100％固体聚合物组合物的情况下，已经发现需要高能量研磨进料以解凝并浸湿(Wetout)无机物颗粒。既使采用这类操作，除非使用大量分散剂、润湿剂或“偶联剂”，否则得到的是含有无机物颗粒聚集物的劣质分散液。

对含有聚合胶乳如聚合胶乳粘结剂和胶乳涂料的许多组合物来说，习惯作法是先形成含颜料、填料和增量剂的无机物的稳定的水分散液。这种也称为“研磨物(grind)”或“磨碎基(millbase)”的分散液可含有水可混溶的溶剂，例如象二醇类和二醇醚，及较低分子量的水溶性聚电解质作为无机物颜料的研磨助剂或分散剂。通常这些颜料分散剂是阴离子聚电解质。许多不同类型的这种分散剂是已知的。例如，美国专利第2,930,775号公开了将分子量为约750-5,000的二异丁烯马来酐共聚物的水溶性盐用作分散剂，使用时浓度为颜料重量的约0.05-4％。美国专利第4,102,843号和美国再颁布专利第31,936号公开了以颜料的约0.01-5％的浓度使用分子量为500-15,000的(甲基)丙烯酸羟烷基酯和(甲基)丙烯酸的共聚物的水溶性盐，来生产有光泽的乳液涂料。美国专利第4,243,430号公开了含有附加共聚物的水溶性分散剂，该共聚物含有高于30％的α-，β-不饱和单亚乙烯基羧酸，其表观PKa为6.0-7.5，分子量为约500-15,000，并与锌氨复合离子形成水溶性盐。由于价格较便宜，所以也使用低分子量多磷酸盐如三磷酸钾，但是它们会有边界水解稳定性。