ES2950124T3 - Polieteraminas inicializadas con alcohol tetrahidrofurfurílico y usos de las mismas - Google Patents

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Abstract

La presente divulgación proporciona una polieteramina iniciada con alcohol no basada en hidrocarbilo. En particular, la polieteramina de la presente divulgación se produce a partir de un iniciador basado en alcohol tetrahidrofurfurílico que se alcoxila y luego se amina reductivamente. La polieteramina de la presente divulgación se puede usar en una variedad de aplicaciones, tales como materia prima en la síntesis de un dispersante para usar en una dispersión acuosa de pigmento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Polieteraminas inicializadas con alcohol tetrahidrofurfurílico y usos de las mismas
CAMPO
La presente divulgación proporciona un dispersante que comprende el producto de reacción de una polieteramina inicializada con alcohol a base de tetrahidrofurfurilo y (i) un copolímero o (ii) una resina epoxi, procesos para producirlo, así como una solución acuosa y una dispersión de pigmento que comprende dicho dispersante. ANTECEDENTES
Las polieteraminas son compuestos que contienen por lo menos un grupo polialquilenglicol y por lo menos un grupo amina. La fabricación de estos materiales es bien conocida y generalmente incluye la reacción de un iniciador de alcohol que contiene un grupo hidrocarbilo con un óxido de alquileno para formar un poliol intermedio, que a su vez se amina reductoramente para formar la polieteramina. Procesos más específicos pueden encontrarse en, por ejemplo: Patente de Estados Unidos N.° 3.347.926 que divulga polieteraminas producidas a partir de la alcoxilación de alcoholes iniciadores monohídricos alifáticos y su posterior conversión en polieteraminas con amoníaco e hidrógeno en presencia de un catalizador;
Patente de Estados Unidos N.° 3.654.370 que describe polieteraminas preparadas mediante la adición de óxido de etileno, óxido de propileno o mezclas de los mismos a etilenglicol, propilenglicol, glicerina o trimetilolpropano para formar productos intermedios y su posterior tratamiento con amoníaco e hidrógeno sobre un catalizador; Patente de Estados Unidos N.° 4.766.245 que describe un proceso para elaborar polieteraminas mediante la aminación reductora de compuestos de polioxialquileno terminados en hidroxilo en presencia de un catalizador de níquel Raney/aluminio; y más recientemente,
WO 2015/028193 y WO 2015/144497 que divulgan polieteraminas producidas a partir de iniciadores de glicerol, trimetilolpropano y 1,2-dialcohol.
WO2016140998A1 divulga modificadores de fricción para su uso en composiciones lubricantes no acuosas que comprenden un producto de la reacción de anhídrido poliisobutilensuccínico y una polieteramina hidrófila.
A pesar de lo anterior, hay una necesidad de desarrollar una polieteramina nueva y versátil producida a partir de un iniciador de alcohol no basado en hidrocarbilo que pueda reemplazar a las polieteraminas del estado de la técnica y proporcionar un rendimiento similar o mejorado durante el uso en varias aplicaciones.
SUMARIO
La presente divulgación describe un dispersante que comprende el producto de reacción de una polieteramina que tiene una fórmula (I)
Figure imgf000002_0001
donde R es un grupo tetrahidrofu rfu ri l o o un grupo tetrahidrofu rfu ri lo sustituido con alquilo; R1 y R2 son cada uno independientemente hidrógeno, metilo o etilo y cada R1 y R2 se selecciona independientemente en cada unidad de -O-CHR1-CHR2-;; A es NH2 ; y m es un número entero que varía de aproximadamente 2 a aproximadamente 200; y (i) un copolímero compuesto por unidades polimerizadas de un monómero aromático de alquenilo y una fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado o (ii) una resina epoxi.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
La presente divulgación proporciona un dispersante que comprende el producto de reacción de una polieteramina inicializada con alcohol no basada en hidrocarbilo y (i) un copolímero compuesto por unidades polimerizadas de un monómero aromático de alquenilo y una fracción de ácido carboxílico a p-insaturado o (ii) una resina epoxi. En particular, la presente divulgación proporciona un dispersante que comprende el producto de reacción de una polieteramina inicializada con alcohol basada en tetrahidrofurfurilo y (i) un copolímero compuesto por unidades polimerizadas de un monómero aromático de alquenilo y una fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado o (ii) una resina epoxi, el proceso para producir dicho dispersante, una solución acuosa y una dispersión acuosa de pigmento que comprende la misma. Sorprendentemente se ha descubierto que la polieteramina inicializada con alcohol basada en tetra hidrofu rfu ri l o de la presente divulgación puede proporcionar por lo menos un rendimiento igual o, en algunos aspectos mejorado, en comparación con las polieteraminas inicializadas con alcohol hidrocarbílico. Sin querer estar limitados por la teoría, se cree que el enlace de éter interno en el anillo de 5 miembros del iniciador de alcohol basado en tetrahidrofu rfu ri lo puede permitir que la polieteramina producida posteriormente muestre más hidrofilicidad (es decir, el enlace éter en el anillo de tetra hidrofu rfu ri l o de 5 miembros puede formar enlaces de hidrógeno con el agua) que las polieteraminas inicializadas con alcohol hidrocarbílico del estado de la técnica. Por tanto, se espera que los presentes dispersantes de polieteramina muestren por lo menos capacidades de dispersión tan buenas, si no mejores, que los dispersantes de polieteramina del estado de la técnica.
Si aparece en la presente, no se pretende que el término "que comprende" y los derivados del mismo excluyan la presencia de ningún componente, paso o procedimiento adicional, se divulgue o no en la presente. Para evitar cualquier duda, todas las composiciones reivindicadas en la presente mediante el uso del término "que comprende" pueden incluir cualquier aditivo, adyuvante o compuesto adicional, a menos que se indique lo contrario. Por el contrario, el término "que consiste esencialmente en" si aparece en la presente, excluye del alcance de cualquier enumeración posterior cualquier otro componente, paso o procedimiento, excepto aquellos que no son esenciales para la operatividad y el término "que consiste en", si se usa, excluye cualquier componente, paso o procedimiento no delineado o enumerado específicamente. Los términos "o" y "y/o", a menos que se indique lo contrario, se refieren a los miembros enumerados individualmente así como en cualquier combinación. Por ejemplo, la expresión A y/o B se refiere solo a A, solo a B o tanto a A como a B.
Los artículos "un" y "uno" se usan en la presente para referirse a uno o más de uno (es decir, por lo menos uno) de los objetos gramaticales del artículo. A modo de ejemplo, "una amina" significa una amina o más de una amina. Las frases "en un aspecto", "de acuerdo con un aspecto" y similares generalmente significan que la característica, estructura o característica particular que sigue a la frase está incluida en por lo menos un aspecto de la presente divulgación, y puede estar incluida en más de un aspecto de la presente divulgación. Es importante destacar que tales frases no se refieren necesariamente al mismo aspecto. Si la memoria descriptiva expone que un componente o característica "puede" o "podría" incluirse o tener una característica, no se requiere que ese componente o característica particular incluya o tenga la característica.
Los términos "preferido" y "preferiblemente" se refieren a aspectos que pueden proporcionar ciertos beneficios, bajo ciertas circunstancias. Sin embargo, también pueden preferirse otros aspectos, bajo las mismas u otras circunstancias. Además, la enumeración de uno o más aspectos preferidos no implica que otros aspectos no sean útiles, y no se pretende que excluya otros aspectos del alcance de la presente divulgación.
El término "alquilo" se refiere a un radical monovalente de un alcano. Los grupos alquilo adecuados pueden tener hasta aproximadamente 20 átomos de carbono, o hasta 16 átomos de carbono, o hasta 12 átomos de carbono, o hasta 10 átomos de carbono, o hasta 8 átomos de carbono, o hasta 6 átomos de carbono, o hasta 4 átomos de carbono, o hasta 3 átomos de carbono. Los grupos alquilo pueden ser lineales, ramificados, cíclicos o una combinación de los mismos.
El término "hidrocarbilo" se refiere a un radical orgánico compuesto principalmente por carbono e hidrógeno que puede ser alifático, alicíclico, aromático o combinaciones de los mismos.
El término "grupo tetra h idrofu rfu rilo" se refiere a un grupo 2-tetrahidrofu rfurilo
Figure imgf000003_0001
o a un grupo 3-tetrahidrofurfurilo
Figure imgf000004_0001
con el símbolo de asterisco que indica el sitio de unión del grupo tetrahidrofurfurilo al resto del compuesto de polieteramina inicializado con alcohol no hidrocarbílico (por ejemplo, X*).
El término "grupo tetrahidrofurfurilo sustituido con alquilo" se refiere a un grupo 2-tetrahidrofurfurilo o un grupo 3-tetrahidrofurfurilo que está sustituido con por lo menos un grupo alquilo. El número de sustituyentes alquilo puede estar en el intervalo de 1 a 3. En algunos aspectos, los sustituyentes alquilo para el grupo tetrahidrofurfurilo pueden tener de 1 a 10 átomos de carbono, de 1 a 6 átomos de carbono, de 1 a 4 átomos de carbono o de 1 a 3 átomos de carbón. El sustituyente alquilo puede colocarse en cualquier átomo de carbono adecuado del anillo de 5 miembros, pero en algunos aspectos puede estar en la posición 4 o en la posición 5. Por ejemplo, en algunos aspectos el sustituyente alquilo es metilo, como un grupo 5-metiltetrahidrofu rfurilo.
De acuerdo con un aspecto, la presente divulgación proporciona un dispersante que comprende el producto de reacción de una polieteramina inicializada con alcohol no basado en hidrocarbilo y (i) un copolímero compuesto por unidades polimerizadas de un monómero aromático de alquenilo y una fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado o (ii) una resina epoxi. En particular, la presente divulgación proporciona un dispersante que comprende el producto de reacción de un compuesto de polieteramina inicializado con alcohol basado en tetrahidrofurfurilo que tiene la fórmula (I):
Figure imgf000004_0002
donde R es un grupo tetrahidrofurfurilo o un grupo tetrahidrofurfurilo sustituido con alquilo; R1 y R2 son cada uno independientemente hidrógeno, metilo o etilo y cada R1 y R2 se selecciona independientemente en cada unidad de -O-CHR1-CHR2-;; A es NH2 ; y m es un número entero que varía de aproximadamente 2 a aproximadamente 200; y (i) un copolímero compuesto por unidades polimerizadas de un monómero aromático de alquenilo y una fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado o (ii) una resina epoxi. Por tanto, la polieteramina anterior de fórmula (I) puede incluir, sin limitación, homopolímeros y polímeros en bloque y copolímeros de cualquiera o más de los siguientes, ya sea solos o mezclados entre sí en cualquier proporción: oxietileno, oxipropileno y unidades de oxibutileno.
En otro aspecto, la polieteramina inicializada con alcohol tetrahidrofurfurílico es un compuesto que tiene la fórmula (I), donde R es un grupo tetrahidrofurfurilo; R1 y R2 son cada uno independientemente hidrógeno, metilo o etilo y cada R1 y R2 se selecciona independientemente en cada unidad de -O-CHR1-CHR2- con la condición de que por lo menos uno de R1 o R2 sea hidrógeno; A es NH2 ; y m es un número entero que varía de aproximadamente 5 a aproximadamente 100.
En otro aspecto más, la polieteramina inicializada con alcohol tetrahidrofurfurílico es un compuesto que tiene la fórmula (I), en donde R es un grupo tetrahidrofurfurilo sustituido con alquilo C1-C4 ; R1 y R2 son cada uno independientemente hidrógeno, metilo o etilo y cada R1 y R2 se selecciona independientemente en cada unidad de -O-CHR1-CHR2- con la condición de que por lo menos uno de R1 o R2 sea hidrógeno; A es NH2 ; y m es un número entero que varía de aproximadamente 5 a aproximadamente 100.
En otro aspecto más, el peso molecular de la polieteramina de fórmula (I) está entre aproximadamente 100 y aproximadamente 12.000, o en otros aspectos entre aproximadamente 200 y aproximadamente 5000, o en otros aspectos entre aproximadamente 500 y aproximadamente 3000.
El compuesto de polieteramina inicializado con alcohol tetrahidrofurfurílico de fórmula (1) puede prepararse mediante métodos conocidos por los expertos en la técnica. Por ejemplo, puede prepararse utilizando alcohol tetrahidrofurfurílico o un alcohol tetrahidrofurfurílico sustituido con alquilo como iniciador que se carga primero en una zona de reacción de alcoxilación.
Después de la carga, el iniciador se pone en contacto con un óxido de alquileno en la zona de reacción de alcoxilación durante un período de tiempo suficiente para proporcionar un poliol intermedio. El óxido de alquileno puede ser óxido de etileno, óxido de propileno y/u óxido de butileno. En otros aspectos, el óxido de alquileno puede ser óxido de etileno y/o óxido de propileno.
La cantidad de óxido de alquileno que se pone en contacto con el iniciador puede variar de aproximadamente 1,2 a aproximadamente 1,8 moles y, en algunos casos, de aproximadamente 1,4 a aproximadamente 1,6 moles de óxido de alquileno por mol de iniciador. Además, el período de tiempo que el iniciador se pone en contacto con el óxido de alquileno es un período de tiempo suficiente para formar el poliol intermedio y, en algunos casos, puede variar de aproximadamente 0,5 horas a aproximadamente 24 horas.
La zona de reacción de alcoxilación puede ser un recipiente de reacción cerrado, la alcoxilación realizándose a temperatura y presión elevadas y en presencia de un catalizador base. Por ejemplo, la alcoxilación puede llevarse a cabo a una temperatura que varía de aproximadamente 50° C a aproximadamente 150° C y a una presión que varía de aproximadamente 40 psi a aproximadamente 100 psi. El catalizador base puede ser cualquier compuesto alcalino usado habitualmente para reacciones catalizadas por bases, por ejemplo, un hidróxido de metal alcalino como hidróxido de sodio, hidróxido de litio, hidróxido de potasio o hidróxido de cesio, o una amina terciaria, como dimetil ciclohexilamina o 1,1,3,3-tetrametilguanidina. Después de la alcoxilación, el producto resultante puede desprenderse al vacío para eliminar cualquier componente innecesario, como el exceso de óxido de alquileno sin reaccionar, agua y/o catalizador base, mientras se deja el poliol intermedio resultante.
El poliol intermedio se usa luego como materia prima en un paso de aminación reductora. En algunos casos, antes de la aminación reductora, el poliol intermedio se neutraliza con ácido o adsorbente químico, como por ejemplo, ácido oxálico o silicato de magnesio, y se filtra para eliminar los materiales insolubles. El poliol intermedio se carga en una zona de aminación reductora donde se pone en contacto con un catalizador de aminación reductora, algunas veces denominado catalizador de hidrogenación-deshidrogenación, y se amina reductivamente en presencia de hidrógeno y amoníaco o una alquilamina primaria bajo condiciones de aminación reductora. Las condiciones de aminación reductora pueden incluir, por ejemplo, una temperatura dentro del intervalo de aproximadamente 150° C a aproximadamente 275° C y una presión dentro del intervalo de aproximadamente 500 psi a aproximadamente 5000 psi o con una temperatura dentro del intervalo de aproximadamente 180° C a aproximadamente 220° C y una presión dentro del intevalo de aproximadamente 100 psi a aproximadamente 2500 psi que se usa en algunos aspectos.
En un aspecto, la alquilamina primaria contiene 1 átomo de nitrógeno y de aproximadamente 1 a aproximadamente 20 átomos de carbono, o de aproximadamente 1 a aproximadamente 6 átomos de carbono, o incluso de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono. Los ejemplos de alquilaminas primarias incluyen, pero no se limitan a, N-metilamina, N-etilamina, N-propilamina, N-isopropilamina, N-butilamina, N-isobutilamina, N-sec-butilamina, N-terc-butilamina, N-terc-butilamina, N-pentilamina, N-ciclopentilamina, N-hexilamina, N-ciclohexilamina, N-octilamina, N-decilamina, N-dodecilamina, N-octadecilamina, N-bencilamina, N-(2-feniletil)amina, 2-aminoetanol, 3-amino-1-propanol, 2-(2-aminoetoxi)etanol, N-(2-metoxietil)amina y N-(2-etoxietil)amina y similares.
Puede usarse cualquier catalizador de hidrogenación adecuado, como los descritos en la Patente de Estados Unidos N.° 3.654.370. En algunos aspectos, el catalizador de hidrogenación puede comprender uno o más de los metales del grupo VIIIB de la Tabla Periódica como hierro, cobalto, níquel, rutenio, rodio, paladio y platino, mezclado con uno o más metales del grupo VIB de la Tabla Periódica como cromo, molibdeno o tungsteno. También puede incluirse un promotor del grupo IB de la Tabla Periódica, como el cobre. Como ejemplo, puede usarse un catalizador que comprende de aproximadamente el 60 por ciento en moles a aproximadamente el 85 por ciento en moles de níquel, de aproximadamente el 14 por ciento en moles a aproximadamente el 37 por ciento en moles de cobre y de aproximadamente el 1 por ciento en moles a aproximadamente el 5 por ciento en moles de cromo (como cromia), como un catalizador del tipo divulgado en la Patente de Estados Unidos N° 3.152.998. Como otro ejemplo, puede usarse un catalizador del tipo divulgado en la Patente de Estados Unidos N° 4.014.933 que contenga de aproximadamente el 70% en peso a aproximadamente el 95% en peso de una mezcla de cobalto y níquel y de aproximadamente el 5% en peso a aproximadamente el 30% en peso de hierro. Como otro ejemplo, puede usarse un catalizador del tipo divulgado en la Patente de Estados Unidos N° 4.152.353, que comprende níquel, cobre y un tercer componente que puede ser hierro, zinc, zirconio o una mezcla de los mismos, por ejemplo, un catalizador que contiene de aproximadamente el 20% en peso a aproximadamente el 49% en peso de níquel, de aproximadamente el 36% en peso a aproximadamente el 79% en peso de cobre y de aproximadamente el 1% en peso a aproximadamente el 15% en peso de hierro, zinc, zirconio o una mezcla de los mismos. Como otro ejemplo más, puede usarse un catalizador del tipo descrito en la Patente de Estados Unidos N° 4.766.245 que comprende de aproximadamente el 60% en peso a aproximadamente el 75% en peso de níquel y de aproximadamente el 25% en peso a aproximadamente el 40% en peso de aluminio.
La aminación reductora puede realizarse de forma continua con el poliol intermedio, amoníaco o alquilamina primaria e hidrógeno cargándose continuamente en un reactor que contiene un lecho fijo de catalizador de aminación reductora y extrayendo continuamente el producto.
El producto se despresuriza adecuadamente para recuperar el exceso de hidrógeno y amoníaco o alquilamina primaria para reciclar y luego se fracciona para eliminar el agua de reacción como subproducto para proporcionar la polieteramina de la invención.
Durante la aminación reductora, las condiciones de aminación reductora que también pueden utilizarse incluyen el uso de aproximadamente 4 moles a aproximadamente 150 moles de amoníaco o amina primaria por equivalente de hidroxilo de materia prima de poliol intermedio. El hidrógeno puede usarse en una cantidad que varía de aproximadamente 0,5 equivalentes molares a aproximadamente 10 equivalentes molares de hidrógeno por equivalente de hidroxilo de materia prima de poliol intermedio. Los tiempos de contacto dentro de la zona de reacción, cuando la reacción se lleva a cabo por lotes, pueden estar dentro del intervalo de aproximadamente 0,1 horas a aproximadamente 6 horas o de aproximadamente 0,15 horas a aproximadamente 2 horas.
Cuando la reacción se lleva a cabo de manera continua usando gránulos de catalizador, los tiempos de reacción pueden ser de aproximadamente 0,1 gramos a aproximadamente 2 gramos de materia prima por hora por centímetro cúbico de catalizador y, más preferiblemente, de aproximadamente 0,3 gramos a aproximadamente 1,6 gramos de materia prima precursora por hora por centímetro cúbico de catalizador. Además, la aminación reductora puede realizarse en presencia de aproximadamente 1 mol a aproximadamente 200 moles de amoníaco o alquilamina primaria por mol de poliol intermedio o de aproximadamente 4 moles a aproximadamente 130 moles de amoníaco o alquilamina primaria por mol de poliol intermedio. Pueden emplearse de aproximadamente 0,1 moles a aproximadamente 50 moles de hidrógeno por mol de poliol intermedio o de aproximadamente 1 mol a aproximadamente 25 moles de hidrógeno por mol de poliol intermedio.
Las polieteraminas de fórmula (I) son útiles en una variedad de aplicaciones que incluyen, pero no se limitan a, agentes de curado epoxi, agentes humectantes y dispersantes para pigmentos orgánicos e inorgánicos, colorantes y abrillantadores de color. Otras aplicaciones incluyen el uso como aditivos de cemento y en aplicaciones de campo de petróleo y gas, como inhibidores de corrosión, desemulsionantes y agentes retardadores de ácido.
En un aspecto particular, la polieteramina de fórmula (I) es un dispersante que es capaz de facilitar la formación de una variedad de pigmentos para proporcionar dispersiones de pigmentos estables en las que el pigmento se proporciona sustancialmente en el tamaño de partícula principal del pigmento con la carga de pigmento más alta posible a la viscosidad deseada. En un aspecto particular, el dispersante es un producto de reacción de la polieteramina de fórmula (I) y (i) un copolímero compuesto por unidades polimerizadas de un monómero aromático de alquenilo y una fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado.
El monómero aromático de alquenilo puede ser cualquier compuesto que contenga un grupo funcional etilénicamente insaturado unido directamente a un radical aromático. Tales compuestos corresponden a la fórmula general
Figure imgf000006_0001
donde Ar representa un grupo arilo como fenilo o naftilo y R3 es hidrógeno o metilo. El grupo arilo puede estar sustituido con uno o más sustituyentes como alcoxi, arilo, carboxi, hidroxi, nitro, ciano, halógeno y alquilo. Los monómeros aromáticos de alquenilo ilustrativos que pueden usarse para su uso en el copolímero incluyen estireno, a-metil estireno, metil estireno aromático sustituido (orto, meta o para), etil estireno, isopropil estireno, terc-butil estireno, cloroestireno, bromoestireno, vinil naftaleno, acetoxiestireno, metoxiestireno, hidroxiestireno, cianoestireno, vinil xileno, nitroestireno, bencil estireno y mezclas de los mismos. En un aspecto, el monómero aromático de alquenilo es estireno debido a su bajo coste y alta reactividad cuando se copolimeriza con fracciones de ácido carboxílico a,p-insaturado.
La fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado puede ser cualquier compuesto orgánico etilénicamente insaturado que sea copolimerizable con el monómero aromático de alquenilo y que contenga un grupo funcional carboxílico reactivo con el grupo amino de la polieteramina de fórmula (I). El grupo funcional carboxílico puede ser un ácido, éster, imida o anhídrido. La fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado es, por lo tanto, más adecuadamente un anhídrido de ácido dicarboxílico a,p-insaturado, diácido dicarboxílico a,p-insaturado, ácido monocarboxílico a,pinsaturado, éster de ácido dicarboxílico a,p-insaturado (mono-o di-) e imida de ácido dicarboxílico a,p-insaturado. Pueden estar presentes diferentes tipos de fracciones de ácido carboxílico.
En un aspecto, se prefiere un anhídrido de ácido dicarboxílico a,p-insaturado ya que la funcionalidad anhídrido puede reaccionar fácilmente con la polieteramina de fórmula (I) para formar enlaces amida. Los comonómeros de este tipo tienen la siguiente estructura general antes de la copolimerización:
Figure imgf000007_0001
donde R4 y R5 son iguales o diferentes y se seleccionan independientemente de hidrógeno, halógeno, alquilo C1-C10, arilo y arilalquilo. Los ejemplos de anhídridos de ácidos dicarboxílicos a, p-insaturados incluyen, pero no se limitan a, anhídrido maleico, anhídrido citracónico, anhídrido etilmaleico, anhídrido metilitacónico, anhídrido dibromomaleico, anhídrido itacónico, anhídridos cloromaleicos, anhídrido dicloromaleico, anhídrido fenilmaleico, anhídrido aconítico y mezclas de los mismos.
La fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado puede ser alternativamente un diácido dicarboxílico a,pinsaturado, diéster o semiácido, semiéster correspondiente a la estructura general:
Figure imgf000007_0002
donde R6 y R7 son iguales o diferentes y se seleccionan independientemente de hidrógeno, halógeno, alquilo C1-C10, arilo y arilalquilo, y R8 y R9 son iguales o diferentes y se seleccionan independientemente de hidrógeno, alquilo C1-C10, arilo y arilalquilo. Los ejemplos de diácidos dicarboxílicos a, p-insaturados incluyen, pero no se limitan a, ácido maleico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido citracónico, ácido mesacónico, ácido etilmaleico, ácido metilitacónico, ácido cloromaleico, ácido dicloromaleico, ácido bromomaleico, ácido dibromomaleico, ácido fenilmaleico y mezclas de los mismos. También pueden usarse mono- o diésteres de metilo, etilo, propilo, butilo, bencilo o fenilo de estos diácidos.
En otra realización, puede utilizarse un ácido o éster monocarboxílico a,p-insaturado que tiene la estructura general:
Figure imgf000007_0003
donde R10 y R11 son iguales o diferentes y se seleccionan independientemente de hidrógeno, alquilo C1-C10, arilo y arilalquilo. Los ejemplos ilustrativos de comonómeros de este tipo incluyen, pero no se limitan a, ácido acrílico, ácido metacrílico, acrilato de metilo, metacrilato de metilo, acrilato de etilo, metacrilato de etilo, acrilato de butilo, acrilato de 2-etilhexilo y mezclas de los mismos.
Los análogos de imida de los anhídridos de ácidos dicarboxílicos a,p-insaturados analizados en la presente con anterioridad también pueden emplearse como comonómeros en el copolímero termoplástico en donde el átomo de oxígeno del anhídrido se reemplaza por NR12. El grupo R12 puede ser hidrógeno, alquilo (por ejemplo, metilo, etilo), arilalquilo (por ejemplo, bencilo, fenetilo) o arilo (por ejemplo, fenilo).
En un aspecto particular, el copolímero se compone de unidades polimerizadas de estireno y anhídrido maleico.
En otro aspecto, las unidades polimerizadas de monómero aromático de alquenilo comprenden más del 50 por ciento en moles del copolímero con las unidades polimerizadas de la fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado que comprenden menos del 50 por ciento en moles del copolímero. En otro aspecto más, el copolímero se compone de por lo menos el 50 por ciento en peso, o por lo menos el 60 por ciento en peso, o por lo menos el 70 por ciento en peso, o por lo menos el 80 por ciento en peso, o por lo menos el 90 por ciento en peso de unidades polimerizadas de monómero aromático de alquenilo, sobre la base del peso total del copolímero, y menos del 50 por ciento en peso, o menos del 40 por ciento en peso, o menos del 30 por ciento en peso o menos del 20 por ciento en peso o menos del 10 por ciento en peso de unidades polimerizadas de la fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado, sobre la base del peso total del copolímero. En un aspecto adicional más, el copolímero se compone de por lo menos el 70 por ciento en peso al 97 por ciento en peso de unidades polimerizadas de monómero aromático de alquenilo, sobre la base del peso total del copolímero, y de por lo menos el 3 por ciento en peso al 30 por ciento en peso de unidades polimerizadas de fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado, sobre la base del peso total del copolímero.
La polimerización puede llevarse a cabo mediante métodos de polimerización por lotes o continuos conocidos, como polimerización en suspensión, precipitación o solución en masa e iniciación con iniciadores de cadena de radicales libres adecuados, por ejemplo, hidroperóxidos, peróxidos o compuestos azo, como peróxido de dilauroílo, peróxido de dibenzoílo, perpivalato de terc-butilo, permaleato de terc-butilo, perbenzoato de terc-butilo, peróxido de dicumilo, peróxido de terc-butilcumilo, peróxido de di-terc-butilo, hidroperóxido de cumilo, hidroperóxido de terc-butilo, 2,2'-azobis(Z-metilpropanonitrilo), 2,2'-azobis(2-metilbutironitrilo) y mezclas de los mismos. En general, estos iniciadores se usan en cantidades del 0,1% al 20% en peso, o del 0,2% al 10% en peso, sobre la base del peso total del monómero aromático de alquenilo y la fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado.
La polimerización puede llevarse a cabo por regla general a temperaturas de aproximadamente 40° C a 400° C o de aproximadamente 80° C a 250° C, usándose convenientemente presión cuando las fracciones de ácido carboxílico a,p-insaturado o se usan solventes que tienen puntos de ebullición por debajo de la temperatura de polimerización. La polimerización puede llevarse a cabo en ausencia de aire, por ejemplo, bajo nitrógeno, ya que el oxígeno interfiere con la polimerización. Al elegir el iniciador o el sistema iniciador, es conveniente asegurarse de que la vida media del iniciador o del sistema iniciador a la temperatura de polimerización elegida sea menor de 3 horas.
Los aparatos adecuados para la polimerización son, por ejemplo, recipientes agitadores convencionales que tienen, por ejemplo, agitadores de ancla, agitadores de paletas, agitadores de impulsor o agitadores de contracorriente de impulsos multietapa, y para la preparación continua, cascadas de recipientes agitadores, reactores tubulares o mezcladores estáticos.
En un aspecto, el proceso preferido para la preparación de los copolímeros es la polimerización en solución. Se lleva a cabo en solventes en los que son solubles el monómero aromático de alquenilo y la fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado y el copolímero resultante. Los solventes adecuados para este propósito son todos aquellos que cumplen estos requisitos y que no reaccionan con el monómero aromático de alquenilo y la fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado y con el copolímero resultante. Estos son, por ejemplo, solventes orgánicos, preferiblemente aromáticos y/o alifáticos como cumeno, tolueno, xileno, etilbenceno, decano, pentadecano o mezclas de solventes comerciales.
En la preparación, el monómero aromático de alquenilo y la fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado pueden introducirse inicialmente y pueden polimerizarse mediante la adición de un iniciador de cadena de radicales libres y con el suministro de calor.
Después de la polimerización, el copolímero que se obtiene se hace reaccionar con la polieteramina de fórmula (I). La preparación del producto de reacción del copolímero y la polieteramina de fórmula (I) puede llevarse a cabo a temperaturas de aproximadamente 50° C a aproximadamente 250° C, o de aproximadamente 60° C a aproximadamente 200° C. Mientras que las amidas se forman a temperaturas por debajo de 100° C, las imidas pueden formarse a temperaturas más altas. En algunos aspectos, la polieteramina de fórmula (I) puede usarse en cantidades de aproximadamente 0,001 mol a aproximadamente 2 moles por mol de copolímero, o de aproximadamente 0,01 mol a aproximadamente 1 mol por mol de copolímero, o de aproximadamente 0,5 mol a aproximadamente 0,95 moles por mol de copolímero.
En un aspecto, el copolímero se introduce inicialmente y luego posteriormente se dosifica la polieteramina de fórmula (I). Sin embargo, también es posible que todos los materiales de partida se mezclen a temperatura ambiente y se hagan reaccionar aumentando la temperatura. Además, puede permitirse que los componentes reaccionen en solución usando un solvente orgánico o una mezcla de solventes capaces de disolver los componentes. Tales solventes orgánicos incluyen, pero no se limitan a, éteres como tetrahidrofurano, hidrocarburos aromáticos como tolueno e hidrocarburos halogenados como cloruro de metileno.
En un aspecto, cuando la fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado en el copolímero es un anhídrido, la polieteramina de fórmula (I) reacciona para formar una media amida, medio ácido que posiblemente puede convertirse en una imida por deshidratación.
Las condiciones de reacción variarán dependiendo de la reactividad de los componentes individuales. Por ejemplo, cuando el copolímero contiene grupos anhídrido, la reacción generalmente tendrá lugar rápidamente a una temperatura relativamente baja, ya que la polieteramina abre con bastante facilidad el anillo anhídrido. Sin embargo, si el copolímero contiene grupos ácido, imida o éster, pueden ser necesarias condiciones de reacción más vigorosas. La tasa de reacción puede aumentarse en tales casos mediante el uso de un catalizador apropiado, temperaturas de reacción más altas o eliminando cualquier coproducto volátil que pueda generarse. Cuando el grupo carboxílico en el copolímero es un ácido carboxílico, por ejemplo, puede ser útil combinar los componentes al vacío para eliminar el agua formada durante la reacción. De igual manera, si el copolímero contiene grupos éster carboxílico, la tasa de reacción puede mejorarse separando el coproducto de alcohol que se forma.
En otro aspecto, el dispersante es un producto de reacción de la polieteramina de fórmula (I) y una resina epoxi (ii). En un aspecto, la resina epoxi puede tener una funcionalidad 1,2-epoxi media mayor de 1, o por lo menos aproximadamente 1,4, y todavía por lo menos aproximadamente 2.
En un aspecto, la resina epoxi tiene una equivalencia (funcionalidad) de 1,2-epoxi de media de por lo menos 2 a 6,5 grupos epóxido por molécula. La resina epoxi puede ser saturada o insaturada, lineal o ramificada, alifática, cicloalifática, aromática o heterocíclica, y puede tener sustituyentes que no interfieran materialmente durante la reacción con la polieteramina de fórmula (I). Tales sustituyentes pueden incluir bromo o flúor. La resina epoxi puede ser monomérica o polimérica, líquida o sólida, por ejemplo, un sólido de bajo punto de fusión a temperatura ambiente. La resina epoxi puede ser un éter glicidílico preparado haciendo reaccionar epiclorhidrina con un compuesto que contiene por lo menos 1,5 grupos hidroxilo aromáticos y se lleva a cabo en condiciones de reacción alcalinas. En otros aspectos, la resina epoxi puede ser un monoepóxido, un éter diglicidílico de un compuesto dihídrico, una novolaca epoxi o una epoxi cicloalifática. Generalmente, la resina epoxi contiene una distribución de compuestos con un número variable de unidades de repetición. Además, la resina epoxi puede ser una mezcla de resinas epoxi. Por ejemplo, en un aspecto, la resina epoxi puede comprender una resina monoepoxi y una resina epoxi di- y/o multifuncional que tiene funcionalidades de 2 a 6,5.
Los ejemplos de monoepóxidos incluyen, pero no se limitan a: los glicidiléteres de fenol, t-butilfenol, cresol, nonilfenol y alcoholes alifáticos; y monoácidos y epóxidos glicidados formados a partir de alfa-olefinas y glicidoxialquilalcoxislianas.
Otros ejemplos de resinas epoxi específicas que pueden usarse incluyen, pero no se limitan a, los representados por las fórmulas:
Figure imgf000009_0001
donde R0 es un grupo alquilo lineal o ramificado;
Figure imgf000009_0002
donde y es un número entero de 1 a 6;
Figure imgf000009_0003
donde R1 es un grupo alquilo, un arilo o un grupo arilalquilo;
Figure imgf000010_0001
donde R5 es independientemente hidrógeno o un grupo alquilo C1-C10 y r es un número entero de 0 a 6;
Figure imgf000010_0002
donde R6 es un grupo alquilo C1-C20 que contiene opcionalmente grupo o grupos éter o éster o junto con R7 y R8 forma un anillo espiro que contiene opcionalmente heteroátomos, y R7 y R8 son independientemente hidrógeno o junto con R6 forma un anillo espiro que contiene opcionalmente heteroátomos. En algunos aspectos, R6 es un grupo cicloalifático divalente que tiene la fórmula
Figure imgf000010_0004
o
Figure imgf000010_0005
donde R9 y R10 son cada uno independientemente un grupo alquilo C1-C20 o un grupo arilalquilo que tiene la fórmula
Figure imgf000010_0003
donde R11 es un grupo alquilo C1-C20.
De acuerdo con un aspecto, la resina epoxi es una resina epoxi difuncional seleccionada de un éter diglicidílico de un fenol dihídrico, un éter diglicidílico de un fenol dihídrico hidrogenado, un éter glicidílico alifático, una novolaca epoxi y un epoxi cicloalifático.
Los éteres diglicidílicos de fenoles dihídricos pueden producirse, por ejemplo, haciendo reaccionar un fenol dihídrico y una epiclorhidrina adecuadamente sustituida en condiciones alcalinas, o en presencia de un catalizador ácido con un tratamiento alcalino posterior. Los ejemplos de fenoles dihídricos incluyen, pero no se limitan a: 2,2-bis(4-hidroxifenil)propano (bisfenol-A); 2,2-bis(4-hidroxi-3-terc-butilfenil)propano; 1,1-bis(4-hidroxifenil)etano; 1,1 -bis(4-hidroxifenil)isobutano; bis(2-hidroxi-1-naftil)metano; 1,5-dihidroxinaftaleno; 1,1-bis(4-hidroxi-3-alquilfenil)etano y similares. También pueden obtenerse fenoles dihídricos adecuados a partir de la reacción de fenol con aldehídos como formaldehído (bisfenol-F). os éteres diglicidílicos de fenoles dihídricos también incluyen productos de avance de los éteres diglicidílicos de fenoles dihídricos anteriores con fenoles dihídricos como bisfenol-A.
Los éteres diglicidílicos de fenoles dihídricos hidrogenados pueden producirse, por ejemplo, por hidrogenación de compuestos que tienen dos grupos hidroxi alcohólicos libres seguido de una reacción de glicidación con una epihalohidrina en presencia de un catalizador de ácido de Lewis y la formación subsiguiente del éter glicidílico por reacción con hidróxido de sodio. Los ejemplos de fenoles dihídricos adecuados incluyen los enumerados anteriormente.
Los éteres glicidílicos alifáticos pueden producirse, por ejemplo, haciendo reaccionar una epihalohidrina con un diol alifático en presencia de un catalizador de ácido de Lewis seguido de la conversión del producto intermedio de halohidrina en el éter glicidílico por reacción con hidróxido de sodio. Los ejemplos de éteres glicidílicos alifáticos incluyen los correspondientes a las fórmulas
Figure imgf000011_0001
donde R1 es (CH2)p o
Figure imgf000011_0003
y p es un número entero de 2 a 12, y en algunos aspectos de 2 a 6; y q es un número entero de 4 a 24, y en algunos aspectos de 4 a 12.
Los ejemplos de éteres glicidílicos alifáticos incluyen, pero no se limitan a: diéteres glicidílicos de 1,4 butanodiol; neopentilglicol; ciclohexanodimetanol; hexanodiol; polipropilenglicol y dioles y glicoles similares; y triéteres glicidílicos de trimetilol etano y trimetilol propano.
Las novolacas epoxi pueden producirse por condensación de formaldehído y un fenol seguido de glicidación por reacción de una epihalohidrina en presencia de un álcali. El fenol puede ser, por ejemplo, fenol, cresol, nonilfenol y t-butilfenol. Los ejemplos de las novolacas epoxi preferidas incluyen las correspondientes a la fórmula
Figure imgf000011_0002
donde R5 es independientemente hidrógeno o un grupo alquilo C1 a C10 y r es un número entero de 0 a 6. Las novolacas epoxi generalmente contienen una distribución de compuestos con un número variable de unidades de fenoximetileno glicidado, r. Generalmente, el número de unidades citado es el número más cercano a la media estadística y el pico de la distribución.
Los epoxis cicloalifáticos pueden producirse epoxidando un compuesto que contiene cicloalqueno con más de un enlace olefínico con ácido peracético. Los ejemplos de epoxis cicloalifáticos incluyen los correspondientes a la fórmula
Figure imgf000012_0001
donde R6 es un grupo alquilo Ci a C20 que contiene opcionalmente grupo o grupos éter o éster o junto con R7 y R8 forman un anillo espiro que contiene opcionalmente heteroátomos, y R7 y R8 son independientemente hidrógeno o junto con R6 forman un anillo espiro que contiene opcionalmente heteroátomos; o
Figure imgf000012_0002
Los ejemplos de epoxis cicloalifáticos incluyen, por ejemplo, carboxilato de 3,4-epoxiciclohexilmetil-(3,4-epoxi)ciclohexano, diepoxi diéter dicicloalifático [2-(3,4-epoxi)ciclohexil-5,5-espiro(3, 4-epoxi)-ciclohexano-m-dioxano], bis(3,4-epoxi-ciclohexilmetil)adipato, bis(3,4-epoxiciclohexil)adipato y dióxido de vinilciclohexeno [4-(1,2-epoxietilo)-1,2 -epoxiciclohexano]. Los epoxis cicloalifáticos también incluyen compuestos de las fórmulas
Figure imgf000012_0003
De acuerdo con otro aspecto, la resina epoxi comprende una resina basada en bisfenol seleccionada del grupo de éteres glicidílicos de bisfenol A, éteres glicidílicos de bisfenol F, éteres glicidílicos de bisfenol A modificados, éteres glicidílicos de bisfenol F modificados y mezclas de los mismos.
Como se ha analizado anteriormente, el dispersante puede ser un producto de reacción de la polieteramina de fórmula (I) y la resina epoxi (ii). Es fácil para un experto en la técnica controlar las cantidades relativas de las materias primas usadas para formar el dispersante. Por ejemplo, en un aspecto, hay presente un exceso de resina epoxi, lo que da como resultado moléculas dispersantes que están protegidas en los extremos con grupos epoxi. En otro aspecto, se usa un exceso de polieteramina para formar los dispersantes, lo que da como resultado moléculas dispersantes que están protegidas en los extremos con grupos amina.
En general, el dispersante puede obtenerse haciendo reaccionar la resina epoxi con la polieteramina de fórmula (I) en exceso de epóxidos sobre la base de equivalentes, en donde se hace reaccionar de aproximadamente el 40% a aproximadamente el 90% de los grupos epóxido del material de partida y la relación equivalente de epoxi:equivalente de amina está entre aproximadamente 1,10:1 y aproximadamente 5:1, o entre aproximadamente 1,1:1 y aproximadamente 4:1, o entre aproximadamente 1,10:1 y aproximadamente 3:1, o incluso entre aproximadamente 1,10:1 a aproximadamente 2,5:1.
En un aspecto, puede preferirse que la polieteramina de fórmula (I) y la resina epoxi estén presentes en cantidades tales que el grupo amino de la polieteramina pueda consumirse al reaccionar con esencialmente toda la funcionalidad epóxido de la resina epoxi. Por tanto, durante la reacción, la cantidad de polieteramina de fórmula (I) es estequiométricamente igual o mayor que la cantidad de epóxido en la resina epoxi. El producto resultante tiene poca o ninguna funcionalidad de epóxido sin reaccionar después de la reacción.
La reacción puede tener lugar a una temperatura en el intervalo de 20° C a 200° C, o en un intervalo de 50° C a 150° C. Además, la reacción puede llevarse a cabo en una atmósfera inerte o aire. Si se usa una atmósfera inerte, la atmósfera puede ser nitrógeno o argón. Además, la reacción puede llevarse a cabo opcionalmente en presencia de un solvente. Típicamente no es necesario ningún solvente, pero si lo hay, puede ser agua o un solvente orgánico divulgado en la presente. Finalmente, los tiempos de reacción varían independientemente y pueden ser cualquier tiempo entre aproximadamente 0,5 horas y aproximadamente 10 horas.
En un aspecto particular, el dispersante es un producto de reacción de la polieteramina amina de fórmula (I), donde A es NH2 , y la resina epoxi es un compuesto que tiene la fórmula
Figure imgf000013_0001
donde R1 es un grupo alquilo C1-C20 o un grupo aromático opcionalmente sustituido por un grupo alquilo C1-C20. Por consiguiente, el dispersante puede tener una estructura que tiene una fórmula:
Figure imgf000013_0002
donde R1 se ha definido con anterioridad; n es un número entero de aproximadamente 5 a aproximadamente 100; y, R2 tiene la fórmula:
Figure imgf000013_0003
donde R es un grupo tetrahidrofurfurilo o un grupo tetrahidrofurfurilo sustituido con alquilo, preferiblemente un grupo tetrahidrofurfurilo; R1 y R2 son cada uno independientemente hidrógeno, metilo o etilo y cada R1 y R2 se seleccionan independientemente en cada unidad de -O-CHR1-CHR2-; y m es un número entero que varía de aproximadamente 2 a aproximadamente 200.
De acuerdo con otro aspecto, los dispersantes descritos anteriormente, que son solubles en agua, se combinan con agua para formar una solución acuosa. Por tanto, en algunos aspectos, el dispersante es soluble en agua en un grado de por lo menos el 5% en peso del dispersante, o en un grado de por lo menos el 10% en peso del dispersante, o en un grado de por lo menos el 15% en peso del dispersante, o incluso hasta un grado de por lo menos el 20% en peso del dispersante, sobre la base del peso total de la solución acuosa. En otros aspectos más, el dispersante es soluble en agua en un grado de por lo menos el 25% en peso del dispersante, o en un grado de por lo menos el 30% en peso del dispersante, o en un grado de por lo menos el 35% en peso del dispersante, o incluso hasta un grado de por lo menos el 40% en peso de dispersante, sobre la base del peso total de la solución acuosa. En otros aspectos más, el dispersante es soluble en agua en un grado de por lo menos el 45% en peso del dispersante, o en un grado de por lo menos el 50% en peso del dispersante, o en un grado de por lo menos el 55% en peso del dispersante, o incluso hasta un grado de por lo menos el 60% en peso de dispersante, sobre la base del peso total de la solución acuosa. En un aspecto particular, el dispersante es miscible con agua en todas las proporciones.
En otro aspecto, la presente divulgación proporciona una dispersión de pigmento acuosa que comprende el dispersante descrito anteriormente, un pigmento y un componente solvente. El término "dispersión de pigmento acuosa" en la presente se refiere a una dispersión de pigmento acuosa en la que se ha dispersado una alta concentración de un pigmento en agua, que sirve como medio de dispersión, antes de la producción de tinta.
El pigmento usado en la presente divulgación no está particularmente limitado, y pueden emplearse pigmentos orgánicos o inorgánicos que pueden usarse generalmente en dispersiones de pigmentos acuosas. Pueden usarse pigmentos no tratados o pigmentos tratados.
En particular, puede usarse cualquier pigmento inorgánico u orgánico conocido. Los ejemplos del pigmento inorgánico incluyen óxido de hierro y negros de carbón producidos por métodos conocidos, como un método de contacto, un método de horno y un método térmico. Los ejemplos del pigmento orgánico incluyen pigmentos azoicos (incluyendo azolake, pigmentos azoicos insolubles, pigmentos azoicos condensados y pigmentos azoicos quelados), pigmentos policíclicos (por ejemplo, pigmentos de ftalocianina, pigmentos de perileno, pigmentos de perinona, pigmentos de antraquinona, pigmentos de quinacridona, pigmentos de dioxazina, pigmentos de tioíndigo, pigmentos de isoindolinona y pigmentos de quinoftalona), quelatos de colorantes (por ejemplo, quelatos de colorantes básicos y quelatos de colorantes ácidos), pigmentos nitro, pigmentos nitroso y negro de anilina.
Ahora se describirán ejemplos de pigmentos por color. Los ejemplos de pigmentos usados en las tintas negras incluyen negros de carbono como el N° 2300, N° 2200B, N° 900, N° 960, N° 980, N° 33, N° 40, N° 45, N° 45L, N° 52, HCF88, MA7, MA8 y MA100 fabricados por Mitsubishi Chemical Corporation; Raven 5750, Raven 5250, Raven 5000, Raven 3500, Raven 1255 y Raven 700 fabricados por Columbian Chemicals Company; Regal 400R, Regal 330R, Regal 660R, Mogul L, Mogul 700, Monarch 800, Monarch 880, Monarch 900, Monarch 1000, Monarch 1100, Monarch 1300 y Monarch 1400 fabricados por Cabot Corporation; y color negro FW1, FW2, FW2V, FW18, FW200, S150, S160 y S170, Printex 35, U, V y 1400U, negro especial 6, 5, 4 y 4A, NIPEX 150, NIPEX 160, NIPEX 170, y NIPEX 180 fabricados por Degussa AG.
Los ejemplos específicos de pigmentos usados en tintas amarillas incluyen Pigmento Amarillo C.I. 1, 2, 12, 13, 14, 16, 17, 73, 74, 75, 83, 93, 95, 97, 98, 109, 110, 114, 120, 128, 129, 138, 150, 151, 154, 155, 174, 180 y 185.
Los ejemplos específicos de pigmentos usados en tintas magenta incluyen Pigmento Rojo C.I. 5, 7, 12, 48(Ca), 48(Mn), 57(Ca), 57:1, 112, 122, 123, 146, 168, 176, 184, 185, 202, 209 y 269 y Pigmento Violeta C.I. 19.
Los ejemplos específicos de pigmentos usados en tintas cian incluyen Pigmento Azul C.I. 1, 2, 3, 15, 15:3, 15:4, 16, 22, 60, 63 y 66.
Los ejemplos específicos de pigmentos usados en tintas blancas incluyen sulfatos y carbonatos de metales alcalinotérreos, sílices, como polvo fino de ácido silícico y silicato sintetizado, silicato de calcio, alúmina, alúmina hidratada, óxido de titanio, óxido de zinc, talco y arcilla. Estos pigmentos blancos inorgánicos pueden someterse a un tratamiento superficial mediante una variedad de técnicas de tratamiento superficial.
El componente solvente usado en la presente divulgación puede ser agua o una mezcla de agua y un solvente orgánico soluble en agua. El agua usada en la presente divulgación sirve como medio de dispersión del pigmento. Los ejemplos de agua utilizable incluyen, pero no se limitan a, agua pura, como agua de intercambio iónico, agua ultrafiltrada, agua osmótica inversa, agua destilada y agua ultrapura.
Estos tipos de agua pueden usarse solos o combinados con un solvente soluble en agua en un componente de solventes mixto. Los ejemplos de los mismos incluyen una variedad de solventes orgánicos, por ejemplo, cetonas tales como acetona, metiletilcetona, metilbutilcetona y metilisobutilcetona; alcoholes como metanol, etanol, 2-propanol, 2-metil-1-propanol, 1-butanol y 2-metoxietanol; éteres como tetrahidrofurano, 1,4-dioxano y 1,2-dimetoxietano; glicoles como dimetilformamida, N-metilpirrolidona, etilenglicol, dietilenglicol, trietilenglicol, tetraetilenglicol, propilenglicol, polietilenglicol y polipropilenglicol; dioles como butanodiol, pentanodiol, hexanodiol y dioles homólogos a los mismos; ésteres de glicol como laurato de propilenglicol; éteres de glicol como éteres de monoetilo de dietilenglicol, monobutilo de dietilenglicol y monohexilo de dietilenglicol y celosolve que incluyen un éter de propilenglicol, un éter de dipropilenglicol y un éter de trietilenglicol; alcoholes como metanol, etanol, alcohol isopropílico, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, alcohol butílico, alcohol pentílico y alcoholes homólogos de los mismos; sulfolanos; lactonas como gamma-butirolactona; lactamas como N-(2-hidroxietil)pirrolidona; y glicerina y derivados de los mismos. Estos solventes orgánicos solubles en agua pueden usarse solos o en combinación.
La concentración del dispersante en la dispersión acuosa de pigmento puede estar entre aproximadamente el 0,1% en peso y aproximadamente el 40% en peso, sobre la base del peso seco del pigmento. De acuerdo con otro aspecto, el dispersante está presente en la dispersión acuosa de pigmento en una cantidad de entre aproximadamente el 0,5% en peso y aproximadamente el 25% en peso, sobre la base del peso seco del pigmento. De acuerdo con otro aspecto más, el dispersante está presente en la dispersión de pigmento acuosa en una cantidad de entre aproximadamente el 1% en peso y aproximadamente el 10% en peso, sobre la base del peso seco del pigmento.
La concentración del pigmento en la dispersión acuosa de pigmento normalmente se ajusta para que sea de aproximadamente el 10% en peso a aproximadamente el 50% en peso, sobre la base del peso total de la dispersión acuosa de pigmento. En el caso de que la dispersión acuosa de pigmento se use para producir tinta, la tinta puede producirse simplemente diluyendo la dispersión acuosa de pigmento mediante la adición adecuada de agua o un aditivo a la misma, de manera que la concentración del pigmento se ajuste para que sea de aproximadamente el 0,1%. en peso a aproximadamente el 30% en peso sobre la base del uso previsto o las propiedades físicas de la tinta.
Por tanto, en algunos aspectos, la dispersión acuosa de pigmento de la presente divulgación se diluye para ajustar la concentración a un nivel predeterminado y puede usarse en una variedad de aplicaciones, por ejemplo, recubrimiento de automóviles y materiales de construcción; tintas de impresión como tintas offset, tintas de huecograbado, tintas flexográficas y tintas de serigrafía; y tintas acuosas de impresión por chorro de tinta.
La cantidad de componente solvente presente en la dispersión acuosa de pigmento de acuerdo con la presente divulgación puede ser cualquier cantidad en el intervalo de entre aproximadamente el 30% en peso y aproximadamente el 99,8% en peso, y en algunos aspectos de aproximadamente el 50% en peso a aproximadamente el 95% en peso, o incluso de aproximadamente el 70% en peso a aproximadamente el 90% en peso, sobre la base del peso total de la dispersión acuosa de pigmento. La selección de una dispersión acuosa de pigmento particular como adecuada para una tinta de uso final dada depende de los requisitos de la aplicación específica como, pero no limitados a, la tensión superficial y la viscosidad deseadas, el pigmento seleccionado, el tiempo de secado de la tinta, y tipo de papel sobre el que se imprimirá la tinta, como generalmente reconocen o aprecian los expertos en la técnica.
La dispersión acuosa de pigmento de la presente divulgación puede incluir opcionalmente auxiliares habituales del grupo que consiste en humectantes, cargas, retardantes de llama, conservantes, fotoprotectores, surfactantes, antioxidantes, resinas, desespumantes y antiestáticos, y preferiblemente en las cantidades habituales de hasta aproximadamente el 20% en peso, sobre la base del peso total de la dispersión acuosa de pigmento.
En otro aspecto, se proporciona un método para dispersar un pigmento en una dispersión acuosa de pigmento que incluye mezclar el componente solvente, un pigmento y de aproximadamente el 0,1% en peso a aproximadamente el 40% en peso, sobre la base del peso seco del pigmento, del dispersante de la presente divulgación y sometiendo la mezcla a cizallamiento durante un tiempo suficiente para dispersar el pigmento. El tiempo suficiente para dispersar el pigmento depende típicamente de la naturaleza del pigmento y del dispersante y del equipo que se usa y será determinado por un experto en la técnica.
EJEMPLOS
Ejemplo 1. Síntesis de polieteramina inicializada con alcohol tetrahidrofurfurílico.
En dos procedimientos de síntesis separados, se mezclaron 2 libras de alcohol tetrahidrofurfurílico con 90 g de escamas de KOH. Después de eliminar el agua de las mezclas a 120° C, se añadieron 37,2 libras de óxido de etileno (EO) a las mezclas a 120° C seguido de 2,84 libras de óxido de propileno (PO). Se usaron 763 gramos de magnesol para eliminar el ion de potasio. Luego, los polioles intermedios se hicieron reaccionar con amoníaco e hidrógeno en un reactor de lecho fijo con un catalizador metálico. Después de eliminar el amoníaco y el agua, los productos de polieteramina que se produjeron tenían cada uno un punto de fusión de aproximadamente 55° C y un índice de amina de 0,383 meq/g y 0,480 meq/g respectivamente.
Ejemplo 2. Síntesis de un dispersante.
Se mezclaron 254 gramos de la polieteramina del Ejemplo 1 que tenía un índice de amina de 0,383 meq/g con 56,05 gramos de resina epoxi ARALDITE® GY6010 y la mezcla se hizo reaccionar a 135° C durante siete horas. Luego, el producto dispersante se solubilizó con agua hasta un grado del 40% en peso de dispersante, sobre la base del peso total del dispersante y el agua.
Ejemplo 3. Síntesis de un dispersante.
Se mezclaron 368 gramos de la polieteramina del Ejemplo 1 que tenía un índice de amina de 0,383 meq/g con 56,05 gramos de resina epoxi ARALDITE® GY6010 y la mezcla se hizo reaccionar a 135° C durante siete horas.
Luego, el producto dispersante se solubilizó con agua hasta un grado del 40% en peso de dispersante, sobre la base del peso total del dispersante y el agua.
Ejemplo 4. Síntesis de un dispersante.
Se mezclaron 196 gramos de la polieteramina del Ejemplo 1 que tenía un índice de amina de 0,480 meq/g con 56,05 gramos de resina epoxi ARALDITE® GY6010 y la mezcla se hizo reaccionar a 135° C durante siete horas. Luego, el producto dispersante se solubilizó con agua hasta un grado del 40% en peso de dispersante, sobre la base del peso total del dispersante y el agua.
Ejemplo 5. Síntesis de un dispersante.
Se mezclaron 294 gramos de la polieteramina del Ejemplo 1 que tenía un índice de amina de 0,480 meq/g con 56,05 gramos de resina epoxídica ARALDITE® GY6010 y la mezcla se hizo reaccionar a 135° C durante siete horas. Luego, el producto dispersante se solubilizó con agua hasta un grado del 40% en peso de dispersante, sobre la base del peso total del dispersante y el agua.
Ejemplo 6. Evaluación de dispersantes.
Figure imgf000016_0001

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un dispersante que comprende el producto de reacción de una polieteramina que tiene una fórmula (I)
Figure imgf000017_0001
en donde R es un grupo tetrahidrofurfurilo o un grupo tetrahidrofurfurilo sustituido con alquilo; R1 y R2 son cada uno independientemente hidrógeno, metilo o etilo y cada R1 y R2 se seleccionan independientemente en cada unidad de -O-CHR1-CHR2 -; A es NH2 ; y m es un número entero que varía de aproximadamente 2 a aproximadamente 200; y (i) un copolímero compuesto por unidades polimerizadas de un monómero aromático de alquenilo y una fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado o (ii) una resina epoxi.
2. El dispersante de la reivindicación 1, en donde el monómero aromático de alquenilo en (i) comprende estireno.
3. El dispersante de la reivindicación 1, en donde la fracción de ácido carboxílico a,p-insaturado en (i) comprende anhídrido maleico.
4. El dispersante de la reivindicación 1, en donde la resina epoxi (ii) comprende un compuesto que tiene la fórmula
Figure imgf000017_0002
en donde R1 es un grupo alquilo, un grupo arilo o un grupo arilalquilo.
5. Un proceso para producir el dispersante de la reivindicación 1 que comprende hacer reaccionar de aproximadamente 0,001 moles a aproximadamente 2 moles de la polieteramina con 1 mol del copolímero (i) a una temperatura que varía de aproximadamente 50° C a aproximadamente 250° C.
6. El proceso de la reivindicación 5, en donde el copolímero (i) se compone de unidades polimerizadas de estireno y anhídrido maleico.
7. Un proceso para producir el dispersante de la reivindicación 1 que comprende hacer reaccionar la polieteramina con la resina epoxi (ii) a una proporción de equivalente de epoxi:equivalente de amina de entre aproximadamente 1,10:1 y aproximadamente 5:1 y a una temperatura que varía de aproximadamente 20° C a aproximadamente 200° C.
8. Un proceso para producir el dispersante de la reivindicación 1 que comprende hacer reaccionar la polieteramina con la resina epoxi (ii) a una temperatura que varía de aproximadamente 20° C a aproximadamente 200° C y en donde la polieteramina está presente en una cantidad que es estequiométricamente igual o mayor que la cantidad de epóxido en la resina epoxi.
9. Una solución acuosa que comprende el dispersante de la reivindicación 1, en donde el dispersante es soluble en la solución acuosa en un grado de por lo menos el 40% en peso del dispersante.
10. Una dispersión acuosa de pigmento que comprende el dispersante de la reivindicación 1, un pigmento y un componente solvente.
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