專利名稱：穩(wěn)定的和防水的含水泡沫組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及泡沫組合物，更具體地說，本發(fā)明涉及穩(wěn)定的和防水的含水泡沫組合物、制備這些組合物的方法和使用它們的方法。
背景技術(shù)：
包含起泡劑和各種有機(jī)、聚合或無機(jī)物的含水泡沫已應(yīng)用于需要以下一種或多種性質(zhì)的物質(zhì)中減輕的重量、減少的材料消耗、均勻的材料分布和易于加工性。含水的泡沫在用作隔離聲音、溫度、微?；驓馕兜漠a(chǎn)品中也有用。其中使用泡沫的物質(zhì)的例子包括構(gòu)建材料、滅火泡沫、防火涂料、泡沫膠粘劑、表面涂料、紙和織物處理材料、輕質(zhì)陶瓷、輕質(zhì)廢渣填埋物(landfills)、地質(zhì)填充物(geofills)和塵埃隔離物。在這些物質(zhì)的大多數(shù)中，具有精細(xì)的孔徑大小的穩(wěn)定的泡沫是所需的。
然而，一般而言，含水泡沫的一個(gè)眾所周知的問題是它們具有有限的泡沫穩(wěn)定性。人們相信這至少部分是由于液體從空氣氣泡壁排出。人們已嘗試通過將脂肪胺類添加至形成泡沫的含水陰離子或兩性表面活性劑中來改善泡沫穩(wěn)定性和持久性。然而，與所有其它已知的泡沫組合物一樣，這些組合物不能為許多物質(zhì)提供充分的穩(wěn)定性。
大多數(shù)含水泡沫在水中易于再分散(即缺乏防水性)也是已知的。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種穩(wěn)定的和防水的含水泡沫組合物。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供制備這樣一種泡沫組合物的方法。本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供這樣一種泡沫組合物的各種用途和應(yīng)用。
發(fā)明概要本發(fā)明提供了由以下物質(zhì)形成的泡沫組合物具有式(I)的形成長鏈有機(jī)陽離子的化合物
其中R是具有8到24個(gè)碳原子的脂族烴基；R1選自由具有1-16個(gè)碳原子的烷基、具有1-16個(gè)碳原子的羥烷基、芐基、與氮原子一起代表雜環(huán)基的基團(tuán)和其中一個(gè)氫原子被一個(gè)氟原子取代的任何所說基團(tuán)組成的組；R2和R3各自選自由具有1-6個(gè)碳原子的烷基、具有1-6個(gè)碳原子的羥烷基、芐基、氫原子、與氮原子一起代表雜環(huán)基的基團(tuán)和其中一個(gè)氫原子被一個(gè)氟原子取代的任何所說基團(tuán)組成的組；并且X-是陰離子抗衡離子；和具有式(II)的形成長鏈有機(jī)陰離子的化合物R-X-Y+(II)其中R是具有10到24個(gè)碳原子的脂族烴基；X-是選自由羧酸根、硫酸根、磺酸根和磷酸根組成的組的陰離子；并且Y+是選自由銨、鈉和鉀離子組成的組的陽離子抗衡離子；其中從(I)形成的長鏈有機(jī)陽離子和從(II)形成的長鏈有機(jī)陰離子以0.05∶1到15∶1的重量比存在。
本發(fā)明還提供了制備泡沫的方法，該方法包括從如上給出的液態(tài)的具有式(I)的形成長鏈有機(jī)陽離子的化合物或者從如上給出的液態(tài)的具有式(II)的形成長鏈有機(jī)陰離子的化合物中產(chǎn)生預(yù)成型泡沫(preformed foam)；將所說的液態(tài)的形成長鏈有機(jī)陽離子的化合物和形成長鏈有機(jī)陰離子的化合物中的另一種加入到所說的預(yù)成型泡沫中，使得從(I)形成的長鏈有機(jī)陽離子和從(II)形成的長鏈有機(jī)陰離子以0.05∶1到15∶1的重量比存在。并且從所說的預(yù)成型泡沫和所加入的液體中產(chǎn)生單泡沫(single foam)。
本發(fā)明還提供了其中使用本發(fā)明的穩(wěn)定的泡沫的物質(zhì)。這些物質(zhì)包括泡沫涂料；墨水；膠粘材料；預(yù)注入或原位注入構(gòu)建材料，包括水泥或石膏制品，如板塊、面板、平板、天花板(roofdeck)和地板；隔離材料，包括廢渣填埋物覆蓋物、氣味隔離物、塵埃覆蓋物；紙、織物和木材處理產(chǎn)品；陶瓷產(chǎn)品；滅火和防火泡沫；和空隙填充物(void fill)，例如地質(zhì)填充物、土壤穩(wěn)定劑、油井填充物和隧道填充物。
本發(fā)明的泡沫組合物可以選擇性地含有重量百分比為0至10％的起泡劑(foaming reagent)、0至80％的無機(jī)添加劑、0至80％的水溶性或水可分散性有機(jī)或聚合添加劑、0至99.8％的水。
本發(fā)明的形成陽離子的有機(jī)化合物是具有長鏈(含有等于或大于8個(gè)碳原子)的陽離子的，本發(fā)明的形成陰離子的有機(jī)化合物是具有長鏈(含有等于或大于8個(gè)碳原子)的陰離子的。
本發(fā)明的附加的添加劑包括惰性填料、聚集體、粘土、沙子、人造纖維、顏料、染料、液壓可硬化的材料如水泥、混凝土和石膏、水泥促進(jìn)劑和阻滯劑以及防凍添加劑。
所說的水溶性或水可分散性的有機(jī)材料是增稠劑、具有-85℃到+80℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的水溶性聚合物或水可分散性聚合物、顏料、染料、膠粘劑等。本發(fā)明的起泡劑包括帶電荷的或不帶電荷的表面活性劑或乳化劑。
本發(fā)明的泡沫組合物優(yōu)選地是通過首先使含有形成電荷的長鏈有機(jī)化合物的含水混合物起泡，然后在攪拌下添加包含形成相反電荷的長鏈有機(jī)化合物的第二液體制備。
發(fā)明詳述本發(fā)明提供了具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和防水性的泡沫組合物。這些組合物具有從形成陽離子的有機(jī)化合物或形成陽離子的有機(jī)化合物的混合物形成的長鏈陽離子，或從形成陰離子的有機(jī)化合物或形成陰離子的有機(jī)化合物的混合物形成的長鏈陰離子，兩者以0.05∶1到15∶1的重量比存在。這一重量比范圍典型地包含所說化合物的0.1∶1到10∶1的當(dāng)量濃度比范圍，這里當(dāng)量濃度為摩爾濃度除以單個(gè)帶電荷物質(zhì)中存在的有效電荷數(shù)。在使用混合的陰離子和混合的陽離子的實(shí)施方案中確定合適量的各種組分時(shí)，重量比特別有用，因?yàn)楫?dāng)量濃度比較難確定。
本發(fā)明的形成長鏈陽離子的有機(jī)化合物在下組中找到。
其中R是具有8到24個(gè)碳原子的脂族烴基；R1選自由具有1-16個(gè)碳原子的烷基或羥烷基、芐基和與氮原子一起代表雜環(huán)基的基團(tuán)組成的組；對(duì)于胺，R2和R3是氫原子，或者對(duì)于叔胺，R2和R3之一是氫原子。對(duì)季銨鹽而言，R2和R3是具有1-6個(gè)碳原子的烷基或羥烷基或者芐基，或者R2與氮原子一起代表雜環(huán)基。X-是陰離子。
本發(fā)明的一個(gè)特別有用的形成陽離子的化合物具有以上給出的通式，其中R是具有12至24個(gè)碳原子的直鏈脂族烴基；或者(a)所有R1、R2和R3都是具有1-6個(gè)碳原子的烷基或羥烷基或者芐基，或者(b)R1、R2和R3中之一與氮原子一起代表雜環(huán)基，剩下的任何R基團(tuán)是具有1-6個(gè)碳原子的烷基或羥烷基或者芐基；X-是陰離子，其可以是鹵素離子或甲硫酸根。一個(gè)陰離子可以攜帶兩個(gè)電荷，例如硫酸根，在這種情況下，X-代表半個(gè)單位的基團(tuán)。
特別有用的是這樣的組合物，其中以上所示通式的季銨鹽是C12到C22烷基三烷基銨鹽，尤其后面所述的烷基各自是甲基?？梢允褂眉句@鹽混合物。
合適的季銨鹽的特別的例子是溴化(或氯化)十二烷基三甲基銨、溴化(或氯化)十四烷基三甲基銨、溴化(或氯化)十六烷基三甲基銨、溴化(或氯化)十八烷基三甲基銨、溴化(或氯化)鯨蠟基三甲基銨、氯化十六烷基芐基二甲基銨、溴化十六烷基三乙基銨；和它們的混合物。
另一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的季銨化合物的特別有用的類別是相應(yīng)于以上所給出的通式的這樣一種化合物，其中，R是12至22個(gè)碳原子的直鏈脂族基團(tuán)，R1、R2和R3是甲基，并且X-是鹵素，例如溴。在這一實(shí)施方案和其它實(shí)施方案中的一個(gè)或所有的氫原子可以被氟原子取代，以提供更低的表面張力和滅火物的耐火性。
本發(fā)明的形成長鏈陰離子的有機(jī)化合物在下組中找到R-X-Y+(II)陰離子R-X-可以是具有12至24個(gè)碳原子的脂族烴基之有機(jī)酸的水溶性或水可分散性堿金屬鹽，尤其是鈉或鉀鹽或相應(yīng)的銨鹽或取代銨鹽。陰離子的有機(jī)極性基X-可以是羧酸根、硫酸根或磺酸根。合適的陰離子的例子是具有12至24個(gè)碳原子的羧化物。這些包括例如豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸和榆樹酸的陰離子，尤其是通過裂解甘油三酯油而從肥皂衍生的那些。這些包括，例如，牛脂脂肪酸陰離子，其是主要由棕櫚酸根、硬脂酸根，和油酸根組成的脂肪酸陰離子混合物。其它合適的脂肪酸陰離子是商業(yè)上提供的基于從天然來源(如脂，椰子油和棕櫚核油)獲得的脂肪酸之混合物的肥皂。模擬天然來源脂肪酸的合成制造的肥皂都是合適的。其它提供合適的陰離子的磺酸和硫酸在授權(quán)給Rule等的美國專利4,173,539(這篇專利指出磺酸和硫酸可提供陰離子，在此作為參考)中有描述。
組合相反電荷的陽離子和陰離子化合物獲得穩(wěn)定泡沫的效果是完全不能預(yù)料的。在本發(fā)明的公開之前，那些泡沫制備領(lǐng)域的技術(shù)人員相信這樣一種組合對(duì)泡沫穩(wěn)定性是破壞性的。在Felix Sebba，泡沫和Biliquid泡沫-Aphrons 61(JohnWiley&Sons公司，1987)中，作者指出＂由帶電荷的表面活性劑穩(wěn)定的泡沫與使用相反電荷的表面活性劑制備的泡沫接觸是可以被破壞的＂。該參考文獻(xiàn)指出所有破壞泡沫所需的那些將產(chǎn)生具有相反電荷的表面活性劑的泡沫，并將其置于待破壞的泡沫之上。已報(bào)道經(jīng)與相反電荷泡沫的這種接觸破壞泡沫非常驚人。
在197自然4873，1195中也報(bào)道在由相反電荷泡沫的接觸所形成的泡沫消失(foam collapse)后，剩下的含混合表面活性劑的水基質(zhì)不顯示出起泡傾向。這表明來自消失的泡沫的表面活性劑不以活性形式再進(jìn)入水中。由此，如本文所描述的按照本發(fā)明通過組合相反電荷的化合物產(chǎn)生的穩(wěn)定的泡沫是完全未預(yù)料到的。
本發(fā)明的組合物可以包含重量多達(dá)10％的發(fā)泡劑。發(fā)泡劑可以是帶電荷的或不帶電荷的。例證性的發(fā)泡劑是非離子表面活性劑，例如選自由以下物質(zhì)組成的組的一種(1)1摩爾烷基酚(其中烷基鏈含有8到約18個(gè)碳原子)與大約1到大約100摩爾環(huán)氧乙烷的縮合產(chǎn)物(其一個(gè)例子是曲通X-405，由Union Carbide出售)；(2)1摩爾脂肪醇(其中烷基鏈含有10到約24個(gè)碳原子)與大約1到大約100摩爾環(huán)氧乙烷的縮合產(chǎn)物(其例子是Union Carbide的Tergitol系產(chǎn)品)。
本發(fā)明的組合物可以包含重量多達(dá)80％的水溶性或水可分散性聚合物。所述聚合物可以用任何已知的聚合技術(shù)制備，所述技術(shù)例如懸浮液，乳液分散或溶液聚合。適用于本發(fā)明的含水乳液聚合技術(shù)在D.c Blackley，乳液聚合(Wiley，1975)中有詳盡的討論。其含水乳液聚合技術(shù)的教導(dǎo)本文一并參考。
所述聚合物可以是下列物質(zhì)的分散體聚氨基甲酸酯、聚丙烯酸共聚物、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、合成的和天然橡膠乳液、聚異氰酸酯分散體、含水尿素-甲醛溶液等。含水的聚合物可以包含可以不包含可以幫助進(jìn)一步穩(wěn)定本發(fā)明的含相反電荷長鏈有機(jī)物的泡沫的離子功能基。
在制備包含具有離子功能基的聚合物的本發(fā)明的組合物中，在起泡沫之前所述聚合物優(yōu)選地是與陽離子長鏈有機(jī)物或與陰離子長鏈有機(jī)物混合的。所述聚合物也可以在本發(fā)明的泡沫形成之后添加。
通常在帶電荷的聚合物存在下，本發(fā)明的泡沫組合物具有更大的穩(wěn)定性和粘度。在與不同的有機(jī)或無機(jī)添加劑(如膠結(jié)劑、染料、填料和液壓物質(zhì))混合后，這種組合物可應(yīng)用于非常穩(wěn)定和輕質(zhì)的水泥或石膏型基質(zhì)、紙和織物處理材料、泡沫涂料、膠粘劑和其它粘合劑中。
在本發(fā)明的組合物中的聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度從-85℃到80℃。因?yàn)榫酆衔锏牟ＡЩD(zhuǎn)變溫度高于室溫，所以本發(fā)明的組合物可以包含也可以不包含本領(lǐng)域已知的利于薄膜形成的結(jié)合的溶劑或共溶劑。
本發(fā)明的組合物可以通過首先使含有一種類型的帶電荷的長鏈有機(jī)化合物和以上提到的其它聚合的或無機(jī)添加劑的含水溶液起泡而制備。然后在攪拌下將以濃縮的液體形式的包含相反電荷的長鏈有機(jī)化合物的第二溶液添加到第一組合物的泡沫混合物中。然而，本發(fā)明的組合物也可以用預(yù)混的長鏈陽離子物質(zhì)和長鏈陰離子物質(zhì)及有效的泡沫發(fā)生劑(foam generator)(例如來源于Ease的Ease-E-發(fā)泡劑或Texacote發(fā)泡劑)以一鍋煮的方式起泡。
在工作場(chǎng)所或制造廠連續(xù)制備本發(fā)明的泡沫組合物過程中，可以使用輸送液體的帶計(jì)量器的泵的或傳送泵將液體形式的第二種帶有相反電荷的長鏈有機(jī)化合物添加至由壓縮空氣和含第一種帶電荷的長鏈有機(jī)化合物的液體混合物產(chǎn)生的泡沫中。第一種長鏈帶電荷的有機(jī)組分可以首先經(jīng)已混合進(jìn)壓縮空氣的三通管(tee)泵入。然后經(jīng)通過充填有馬鞍形薄片的混合柱可以將空氣-液體混合物轉(zhuǎn)化成泡沫。然后，在第二混合三通管中，相反電荷的長鏈有機(jī)化合物可以經(jīng)計(jì)量泵以液體供給，與含第一長鏈帶電荷的有機(jī)化合物的預(yù)成型泡沫混合。使最終的泡沫通過第二混合柱，通過末端管時(shí)，其以單一的完全混合的泡沫存在。顏料或其它著色劑可以加入到帶相反電荷的長鏈有機(jī)化合物中，把其添加到預(yù)成型泡沫中以便監(jiān)測(cè)在最終泡沫組合物中兩種荷電流的混合效果。
本發(fā)明的組合物可以包含填料，如粘土、沙子、各種聚集體、人造纖維、液壓可硬化的物質(zhì)(如水泥和石膏)、增稠劑、水泥促進(jìn)劑、水泥阻滯劑、顏料、染料和防凍添加劑。這樣的添加劑可以在起泡之前或者在與預(yù)成型泡沫混合后添加。
包含液壓物質(zhì)(如水泥，混凝土或石膏)的本發(fā)明的組合物可以用作輕質(zhì)天花板、地板、空隙填充物(填充空鹽礦、強(qiáng)化地基和穩(wěn)定土壤)、廢渣填埋物覆蓋物(cover)和防火的涂料。按照本發(fā)明的較高密度的水泥泡沫隔離能力較差，但是其增加的強(qiáng)度使得它們作為結(jié)構(gòu)或半結(jié)構(gòu)物的預(yù)注入組分、板塊和面板有用。
在添加聚合改性劑(如水可分散性的丙烯酸或醋酸乙烯酯型聚合膠乳)時(shí)，從常規(guī)起泡劑獲得的起泡沫的液壓物質(zhì)通常具有嚴(yán)重的泡沫消失。當(dāng)所述的液壓物質(zhì)中存在多種聚合的改性劑時(shí)，本發(fā)明的組合物的泡沫穩(wěn)定性加強(qiáng)。本發(fā)明的硬化(熟化)的含有液壓物質(zhì)和組合物質(zhì)的組合物與來源于常規(guī)起泡劑(具有或不具有這樣的添加劑)的起泡液壓物質(zhì)相比具有更精細(xì)的孔尺寸，更均勻的泡沫結(jié)構(gòu)，改進(jìn)的防水性和更好的機(jī)械強(qiáng)度。
本發(fā)明的泡沫組合物包含水溶性或水可分散性的聚合物質(zhì)如聚氨基甲酸酯、聚丙烯酸、乙烯基丙烯酸或醋酸乙烯酯膠乳，它們都具有-85℃到+80℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，具有極好的泡沫穩(wěn)定性和良好的孔徑大小。此外，不同于從常規(guī)起泡劑來源的泡沫，本發(fā)明的組合物的泡沫特征是不受許多有機(jī)和無機(jī)添加劑的影響的。這使得可以在本發(fā)明的泡沫組合物中使用不同的聚合物質(zhì)和各種的有機(jī)和無機(jī)有益于本發(fā)明泡沫組合物的填料，以在涂料、膠粘粘合劑、紙和織物處理材料，和地毯襯料中提供所需的隔離和加工性質(zhì)。
本發(fā)明的泡沫組合物具有良好的泡沫穩(wěn)定性和對(duì)不同的填料(如粘土，土壤或液壓物質(zhì))的不敏感性，對(duì)廢渣填埋物的覆蓋物和腐爛或危險(xiǎn)的廢物的氣味隔離物來說是理想的。
本發(fā)明的泡沫組合物含有不可燃惰性填料(如粘土)，可以抵抗高溫火焰而沒有嚴(yán)重的泡沫消失。這使得所述泡沫作為滅火泡沫或防火涂料，或者作為制造輕質(zhì)耐火磚或輕質(zhì)陶瓷材料的原料有用。
實(shí)施例1-6實(shí)施例1-3的泡沫組合物通過將第二組分(液態(tài)形式的形成長鏈陰離子的有機(jī)化合物-硬脂酸銨)添加到第一組分(包含形成長鏈陽離子的有機(jī)化合物的預(yù)成型泡沫)中制備。比較實(shí)施例4-6通過僅使第一組分起泡制備。
通過將至少100克第一組份添加到五夸脫不銹鋼碗中制備所說的泡沫組合物。以十速Hobart攪拌器(Kitchen Aid牌)攪拌內(nèi)含物，直至獲得具有0.03-0.08g/cc密度的低密度泡沫。這一步驟通常耗費(fèi)一至三分鐘。如果添加第二組分(實(shí)施例1-3)，則在攪拌下將液體形式的第二組分加到第一組分的預(yù)成型泡沫上。繼續(xù)混合直到獲得均質(zhì)的泡沫混合物(一種完全的混合物)。這一步驟耗費(fèi)一至兩分鐘。將最后的泡沫注入塑料或紙杯中，在一段測(cè)量時(shí)間后，泡沫消失的量以％泡沫消失表示。泡沫消失通過用就在泡沫制備之后泡沫的總體積減去某一時(shí)限后泡沫的體積，然后除以就在泡沫制備之后泡沫的總體積來測(cè)定。結(jié)果示于表1中。
表1顯示，在泡沫制備三小時(shí)后，對(duì)實(shí)施例1-3(其包含長鏈陽離子有機(jī)化合物和長鏈陰離子有機(jī)化合物兩者)沒有觀察到泡沫消失，并且泡沫不溶解于水。比較實(shí)施例4-6在泡沫制備之后三小時(shí)顯示出50％以上的泡沫消失。當(dāng)泡沫組合物僅包含長鏈陽離子有機(jī)組分時(shí)，與水接觸不到一小時(shí)，實(shí)施例4-6中的泡沫便溶解在水中。
表I組合物重量份數(shù)實(shí)施例 比較實(shí)施例1 23 4 5 6第一組分(預(yù)成型泡沫)溴化十四烷基銨 0.5 0.5氯化十六烷基銨0.7 0.7Arquad T(29％) 2..5 2.5曲通X-405(70％) 0.50.70.5 0.7 0.5水 100 100 100100 100 100第二組分(液體形式)硬脂酸銨(33％) 1.5 1.5 1.5效果泡沫在水上3小時(shí) 良好 良好 良好 溶解 溶解 溶解3小時(shí)后的％泡沫消失 0 00 ＞50 ＞50 ＞50Arquad T是氯化牛脂烷基三甲基銨，來源于Akzo Nobel化學(xué)公司。曲通X-405是非離子表面活性劑，來源于Union Carbide公司。
實(shí)施例7-10按照實(shí)施例1-3的方法制備實(shí)施例7和8的泡沫涂料組合物。實(shí)施例7和8包含聚合物膠乳，并且兩者都具有長鏈陽離子有機(jī)物和長鏈陰離子有機(jī)物。按照實(shí)施例4-6的方法制備比較實(shí)施例9和10，兩者包含聚合物膠乳并僅具有長鏈陽離子有機(jī)物。將泡沫涂料涂刷在紙板上，確定每一單位面積上涂料的重量，在表II中給出。在一定的時(shí)間間隔估計(jì)所有實(shí)施例的紙板上的泡沫消失。24小時(shí)后，實(shí)施例8和10(其包含具有低玻璃化溫度的膠乳聚合物)的粘性由拇指在涂覆的紙板上輕壓判斷。實(shí)施例7和8在泡沫涂在紙板上24小時(shí)之后沒有顯示出泡沫消失。實(shí)施例8也顯示出粘性，表明由于不消失的泡沫，聚合物不吸附到紙板上。比較實(shí)施例9和10顯示，在所述涂料使用到紙板上20分鐘后，80％以上的泡沫消失。實(shí)施例10也完全失去粘性，表明非常少的聚合物保留在紙板的表面。
表 II組合物重量份數(shù)實(shí)施例 比較實(shí)施例7 8 9 10泡沫組合物一Airflex 320聚合物膠乳 2525Airflex 465聚合物膠乳 2525Arquad T7.5 7.5 7.5 7.5曲通X-405(70％) 0.63 0.630.63 0.63羥乙基纖維素增稠劑 0.13 0.130.13 0.13水 100 100 100 100液體添加劑二硬脂酸銨(33％) 4.4 4.4在紙板上的效果紙板上的涂層重量(mg/cm2) 5 66 5％泡沫消失涂刷20分鐘后0 0＞80 ＞80涂刷24小時(shí)后 0 0 100 100粘性涂刷24小時(shí)后 -- 是 -- 否Airflex 320是來源于Air Procucts的醋酸乙烯酯乙烯共聚物，該聚合物具有14℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。Airflex 320是來源于Air Procucts的醋酸乙烯酯乙烯共聚物，該聚合物具有-5℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。曲通X-405是非離子表面活性劑，來源于Union Carbide公司。
實(shí)施例11-14具有高(＞1)陽離子/陰離子重量比的本發(fā)明的泡沫組合物實(shí)施例11-13以高濃度的陽離子化合物和低濃度的陰離子化合物制備。這些實(shí)施例的泡沫由作為第一組分的形成長鏈陽離子的化合物的預(yù)成型泡沫和作為第二組分的添加的液態(tài)的形成長鏈陰離子的化合物組成，按照實(shí)施例1-3的方法制備。比較實(shí)施例14是僅從形成長鏈陽離子的化合物制備的泡沫。所有泡沫用制備后2.5小時(shí)的％泡沫消失評(píng)價(jià)，結(jié)果在表III中給出。在表III中實(shí)施例11-13顯示，在14.7到2.8的陽離子/陰離子重量比時(shí)，2.5小時(shí)后的％泡沫消失是20％或更少。僅包含陽離子化合物的比較實(shí)施例14具有大于80％的泡沫消失。
表 III組合物重量分?jǐn)?shù)實(shí)施例 比較實(shí)施例11 12 13 14第一組分(預(yù)泡沫)氯化十六烷基銨(29％) 10 10 10 10水 100 100 100 100第二組份(液體)硬脂酸銨(33％) 0.6 1.7 3.2 0陽離子/陰離子比(重量) 14.75.2 2.8 --效果2.5小時(shí)的％泡沫消失20 7 2 ＞80
實(shí)施例15-18具有低(＜1)陽離子/陰離子重量比的本發(fā)明的泡沫組合物實(shí)施例15-17以低濃度的陽離子化合物和高濃度的陰離子化合物制備。這些實(shí)施例的泡沫由作為第一組分的形成長鏈陰離子的化合物的預(yù)成型泡沫和作為第二組份的添加的液態(tài)的形成長鏈陽離子的化合物組成，按照實(shí)施例1-3的方法制備。比較實(shí)施例18是僅從形成長鏈陰離子的化合物制備的泡沫。所有泡沫用制備后2.5小時(shí)的％泡沫消失和％(重量)脫水評(píng)價(jià)，％脫水由一定時(shí)間后從其中具有泡沫的容器中流出的液體的重量(經(jīng)傾斜容器獲得)除以脫水前泡沫和液體的總重量來評(píng)價(jià)。結(jié)果在表IV中給出。在表IV中實(shí)施例15-17顯示，在0.1到0.5的陽離子/陰離子重量比時(shí)，制備2.5小時(shí)后的％泡沫消失是2％或更少，％脫水是28％或更少。僅包含陰離子化合物的比較實(shí)施例18具有8％的泡沫消失和41％的脫水。
表IV組合物重量分?jǐn)?shù)實(shí)施例 比較實(shí)施例15 16 17 18第一組分(預(yù)泡沫)硬脂酸銨(33％) 6 6 6 6水 100 100100100第二組分(液體)氯化十六烷基銨(29％) 0.8 1.63.30陽離子/陰離子比(重量)0.1 0.20.5--效果2.5小時(shí)的％泡沫消失 2 0 0 82.5小時(shí)的％脫水 28 0 0 41實(shí)施例19以一鍋煮體系制備本發(fā)明的泡沫組合物在實(shí)施例1-3和7-8中，按照本發(fā)明的泡沫通過將液體形式的第二組分添加到第一組分的預(yù)成型泡沫中制備。在這一實(shí)施例中，用3克Arquad T、0.5克曲通405、30克Barden粘土、100克水和2.5克硬脂酸銨以一鍋煮的方式(onepot)使本發(fā)明的組合物起泡?；旌衔镉肏obart攪拌器以十速攪拌五分鐘起泡，形成一種具有0.105g/cc密度的濃泡沫。在泡沫制備之后，該泡沫不溶解于水，并且24小時(shí)后，不表現(xiàn)出泡沫消失。
實(shí)施例20木材或顆粒板的泡沫涂料和泡沫薄層膠粘劑組合物樹木表面一般非常吸水，含水木材涂料和膠粘劑常常不得不重復(fù)使用以便使所需物質(zhì)表面獲得足夠多的聚合物材料。常規(guī)泡沫涂料(如表II的比較實(shí)施例9)和泡沫膠粘劑(如表II的比較實(shí)施例10)在用于吸收表面(如木材和紙板)時(shí)出現(xiàn)迅速的泡沫消失。按照本發(fā)明形成的泡沫涂料(表II的實(shí)施例7)和泡沫膠粘劑(表II的實(shí)施例8)在吸收表面具有極好的泡沫穩(wěn)定性。使用例如涂料到木材表面和使用層壓粘合劑到顆粒板上時(shí)，這種物質(zhì)的一或兩層使足夠多的有益聚合物保持在所述表面上。這在材料保存中是合乎需要的。
實(shí)施例21使用脂肪酸鉀鹽代替脂肪酸銨鹽作為陰離子有機(jī)物來源的本發(fā)明的泡沫組合物在實(shí)施例1-3和實(shí)施例7-8中，所使用的長鏈有機(jī)陰離子是硬脂酸銨鹽。在這一實(shí)施例中，使用無味的硬脂酸鉀鹽獲得穩(wěn)定的泡沫。通過在70℃加熱581克水和7.3克氫氧化鉀首先制備5.3％(重量)的硬脂酸鉀制劑。然后在攪拌下將32.2克90％純的硬脂酸添加到熱的氫氧化鉀溶液中。獲得5.3％的硬脂酸鉀的粘性透明溶液。然后，將20克5.3％硬脂酸鉀溶液添加到預(yù)成型泡沫(其包含100克水，3.3克Arquad T，0.67克曲通405和33克Barden粘土)中。獲得一種具有0.06g/cc密度的平滑的和奶油狀的粘土泡沫。該泡沫無氣味，在泡沫制備三小時(shí)之后，其不表現(xiàn)出任何泡沫消失。
實(shí)施例22包含帶相反電荷的長鏈有機(jī)化合物的泡沫石膏組合物包含石膏的泡沫液壓組合物通過將石膏漿狀物添加進(jìn)按照實(shí)施例1-3的方法制備的包含帶相反電荷的長鏈有機(jī)化合物的泡沫混合物中。石膏漿狀物由300克燒石膏和200克水組成。將石膏漿狀物與50克泡沫混合物混合，該混合物包含(1)具有1.2份(重量)氯化十六烷基三甲基銨、0.5份曲通405和100份水的第一組分預(yù)成型泡沫，和(2)具有三份硬脂酸銨的液體第二組分。所述的泡沫石膏具有0.34g/cc的濕(wet)密度，在不到24小時(shí)的時(shí)間內(nèi)變硬，具有非常精細(xì)的孔徑大小(平均孔徑不到0.1cm)。
實(shí)施例23包含帶相反電荷的長鏈有機(jī)化合物的可用泥鏟垂直涂覆的水泥泡沫采用實(shí)施例1-3的方法用以下物質(zhì)制備泡沫組合物(1)第一泡沫組分，其包含100份(重量)水、67份醋酸乙烯酯乙烯膠乳Airflex 500(Air產(chǎn)品)、10份形成長鏈陽離子的有機(jī)化合物Arquad T(Akzo Nobel)和0.83份曲通405(UnionCarbide)，和(2)含有6.2份硬脂酸銨的液態(tài)第二組分。然后，將18克這種泡沫混合物添加進(jìn)包含100克白波特蘭(Portland)I型水泥、50克水，0.2克羥乙基纖維素增稠劑(西格馬化學(xué)公司)的水泥漿狀物中。如此制備的起泡的水泥漿狀物是輕質(zhì)的、粘性的和光滑的。其具有0.46g/cc的濕密度。在用泥鏟以1.3cm厚度涂到垂直的墻壁上時(shí)，該漿狀物不表現(xiàn)出下陷。這種聚合物修飾的水泥泡沫兩天后出現(xiàn)很好的硬度，沒有任何泡沫消失并沒有任何下陷。
實(shí)施例24地面涂料覆蓋物長鏈季銨鹽的抗菌(殺菌)活性是已知的。在地面覆蓋物中，控制或減弱細(xì)菌生長是一個(gè)非常理想的特征，沒有已知的現(xiàn)行的土壤或市售泡沫覆蓋物具有這樣的能力。其兩種主要組分之一是長鏈季銨鹽的本發(fā)明的泡沫組合物用作其中賦予抗菌能力的地面覆蓋物是理想的。采用實(shí)施例1-3的方法將47份Barden粘土(重量)添加至泡沫混合物中制備用作地面覆蓋物的本發(fā)明范圍內(nèi)的含粘土的泡沫組合物。所述泡沫混合物含有(1)含有100份(重量)水、1.5份氯化十六烷基三甲基銨的第一組分，和(2)含有六份硬脂酸銨的第二組份。該含粘土的泡沫是具有0.23g/cc的濕密度的粘性奶油狀的。將該泡沫倒在由各種大小和形狀的泡沫聚苯乙烯片組成的合成的廢物堆上。該含粘土的泡沫有效地覆蓋廢物，沒有太多的流出。即使是在室溫下露置四天后，也沒有聚苯乙烯片露出。將粘土泡沫干燥成為輕質(zhì)和平滑的覆蓋物時(shí)，沒有任何泡沫消失。若干個(gè)月泡沫掩護(hù)的表面上不顯示出任何褪色或細(xì)菌生長。
實(shí)施例25滅火或防火泡沫以下實(shí)驗(yàn)用于試驗(yàn)本發(fā)明的泡沫的火隔離有效性。將一薄層(0.5cm厚)汽油注入金屬桶，桶中裝有一半水，將一塊磚置入桶的中央，其一半浸入水中。將大小為5×1.3×1.3cm的三個(gè)相同的短木條放置在磚的頂端上。然后將汽油層置于火上，記錄木塊著火前花費(fèi)的時(shí)間。
在本發(fā)明的泡沫作為火隔離物的試驗(yàn)中，除了用一層本發(fā)明范圍內(nèi)的包含粘土的2.5cm厚的泡沫包覆三個(gè)木條外，實(shí)驗(yàn)類似于以上剛描述的。所述粘土泡沫按實(shí)施例1-3的方法將兩份(重量)硬脂酸銨添加至包含100份水、30份Barden粘土和兩份Arquad T的預(yù)成型泡沫中制備。
在火隔離試驗(yàn)中，沒有泡沫覆蓋物的木塊在三分鐘內(nèi)著火，并且燃燒完全。在其中用本發(fā)明的粘土泡沫包覆的木塊的試驗(yàn)中，所述泡沫不表現(xiàn)出任何泡沫消失，即使是在汽油耗盡(消耗八分鐘)后。在試驗(yàn)的最后，除去粉狀粘土泡沫，所有三個(gè)木塊沒有燃燒或燒焦的跡象。
實(shí)施例26陶瓷泡沫組合物通過按照實(shí)施例1-3的方法將兩份(重量)硬脂酸銨加入到包含100份(重量)水、30份Barden粘土和一份曲通405的預(yù)成型泡沫中制備粘土泡沫。在充分混合之后，將2.5份Arquad T添加到泡沫混合物中。最后的泡沫是稠的奶油狀的，具有0.13g/cc濕密度。在室溫干燥一周之后，使粘土泡沫在窯中經(jīng)歷如下加熱過程(1)在三小時(shí)內(nèi)從室溫加熱至800°F，(2)冷卻至室溫，(3)再加熱至2200°F，和(4)冷卻至室溫。所形成的陶瓷泡沫有12％的線性收縮和0.05g/cc的最后密度，大多數(shù)孔被封閉，具有不到1mm的平均孔徑。
實(shí)施例27作為廢渣填埋物的極低密度的水泥泡沫本發(fā)明的泡沫組合物使得可以制造非常穩(wěn)定的和低密度的(＜0.15g/cc)水泥泡沫。這樣的泡沫可以用作經(jīng)濟(jì)的廢渣填埋物覆蓋材料。通過混合以下兩者制備低密度的水泥泡沫(1)50份(重量)白波特蘭I型水泥和25份水，(2)由實(shí)施例1-3的方法制備的泡沫混合物，含有100份(重量)水、25份Airflex 500膠乳、7.5份Arquad T、0.63份曲通405的第一組分和具有四份硬脂酸銨的第二組分。由此制造的水泥泡沫具有0.09g/cc的干密度，沒有泡沫消失，并且水滴不易透過泡沫隔離物。
雖然本文參照某些特定的實(shí)施例進(jìn)行了說明和描述，但無意于將本發(fā)明限制在詳細(xì)所示的內(nèi)容中。在不背離本發(fā)明的精神的情況下，可以在本發(fā)明權(quán)利要求的等同的范圍內(nèi)進(jìn)行細(xì)節(jié)上的各種修改。
權(quán)利要求
1.一種用于制造泡沫組合物之組合物，該組合物包含具有式(I)的形成長鏈有機(jī)陽離子的化合物
其中R是具有8到24個(gè)碳原子的脂族烴基；R1選自由具有1-16個(gè)碳原子的烷基、具有1-16個(gè)碳原子的羥烷基、芐基、與氮原子一起代表雜環(huán)基的基團(tuán)和其中一個(gè)氫原子被一個(gè)氟原子取代的任何所說基團(tuán)組成的組；R2和R3各自選自由具有1-6個(gè)碳原子的烷基、具有1-6個(gè)碳原子的羥烷基、芐基、氫原子、與氮原子一起代表雜環(huán)基的基團(tuán)和其中一個(gè)氫原子被一個(gè)氟原子取代的任何所說基團(tuán)組成的組；并且X-是陰離子抗衡離子；和具有式(II)的形成長鏈有機(jī)陰離子的化合物R-X-Y+(II)其中R是具有10到24個(gè)碳原子的脂族烴基；X-是選自由羧酸根、硫酸根、磺酸根和磷酸根組成的組的陰離子；并且Y+是選自由銨、鈉和鉀離子組成的組的陽離子抗衡離子；其中從所說的形成長鏈有機(jī)陽離子的化合物形成的陽離子和從所說的形成長鏈有機(jī)陰離子的化合物形成的陰離子以0.05∶1到15∶1的重量比存在。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中所說的形成長鏈有機(jī)陽離子的化合物是長鏈烷基三甲基銨陽離子的鹽，其中的烷基具有10到22個(gè)碳原子。
3.權(quán)利要求2的組合物，其中所說的形成長鏈有機(jī)陽離子的化合物選自由以下物質(zhì)組成的組溴化(或氯化)十二烷基三甲基銨、溴化(或氯化)十四烷基三甲基銨、溴化(或氯化)十六烷基三甲基銨、溴化(或氯化)十八烷基三甲基銨、溴化(或氯化)鯨蠟基三甲基銨、氯化十六烷基芐基二甲基銨、溴化十六烷基三乙基銨；和它們的混合物。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中所說的形成長鏈有機(jī)陰離子的化合物是主要包含10到24個(gè)碳原子的脂肪酸的鹽。
5.權(quán)利要求4的組合物，其中所說的形成長鏈有機(jī)陰離子的化合物選自由硬脂酸銨、硬脂酸鉀和硬脂酸鈉組成的組。
6.權(quán)利要求1的組合物，其中所說的重量比是從0.2∶1到5∶1。
7.權(quán)利要求1的組合物，其中所說的重量比是從0.4∶1到2.5∶1。
8.權(quán)利要求1的組合物，該組合物還包含選自由以下物質(zhì)組成的組的添加劑具有-85℃到+80℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的水可分散性聚合物、具有-85℃到+80℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的水溶性聚合物、發(fā)泡劑、膠粘劑、顏料、染料和增稠劑。
9.權(quán)利要求1的組合物，該組合物還包含選自由粘土和碳酸鈣組成的組的填料。
10.權(quán)利要求1的組合物，該組合物還包含選自由以下物質(zhì)組成的組的液壓物質(zhì)水泥、石膏、沙子、聚合的水泥粘合劑、纖維、礦物棉、纖維織品、促進(jìn)劑和阻滯劑。
11.一種制備泡沫的方法，該方法包括以下步驟(a)經(jīng)攪拌包含水和以下兩種物質(zhì)之一的第一液體產(chǎn)生預(yù)成型泡沫(i)具有式(I)的形成長鏈有機(jī)陽離子的化合物
其中R是具有8到24個(gè)碳原子的脂族烴基；R1選自由具有1-16個(gè)碳原子的烷基、具有1-16個(gè)碳原子的羥烷基、芐基、與氮原子一起代表雜環(huán)基的基團(tuán)和其中一個(gè)氫原子被一個(gè)氟原子取代的任何所說基團(tuán)組成的組；R2和R3各自選自由具有1-6個(gè)碳原子的烷基、具有1-6個(gè)碳原子的羥烷基、芐基、氫原子、與氮原子一起代表雜環(huán)基的基團(tuán)和其中一個(gè)氫原子被一個(gè)氟原子取代的任何所說基團(tuán)組成的組；并且X-是陰離子抗衡離子；和(ii)具有式(II)的形成長鏈有機(jī)陰離子的化合物R-X-Y+(II)其中R是具有10到24個(gè)碳原子的脂族烴基；X-是選自由羧酸根、硫酸根、磺酸根和磷酸根組成的組的陰離子；并且Y+是選自由銨、鈉和鉀離子組成的組的陽離子抗衡離子；(b)將包含所說的形成長鏈有機(jī)陽離子的化合物和所說的形成長鏈有機(jī)陰離子的化合物二者之中的另一種的第二液體加入到所說的預(yù)成型泡沫中，使得從所說的形成長鏈有機(jī)陽離子的化合物形成的陽離子和從所說的形成長鏈有機(jī)陰離子的化合物形成的陰離子以0.05∶1到15∶1的重量比存在。(c)攪拌所說的預(yù)成型泡沫和所說的第二液體，以便從所說的預(yù)成型泡沫和所說的第二液體產(chǎn)生單泡沫。
12.權(quán)利要求11的方法，該方法還包括將包含選自由以下物質(zhì)組成的組的液壓物質(zhì)之漿狀物分散到所說的單泡沫中的步驟水泥、石膏、沙子、聚合的水泥粘合劑、纖維、礦物棉、纖維織品、促進(jìn)劑和阻滯劑。
13.權(quán)利要求11的方法，其中從所說的形成長鏈有機(jī)陽離子的化合物形成的陽離子和從所說的形成長鏈有機(jī)陰離子的化合物形成的陰離子以0.2∶1到5∶1的重量比存在。
14.一種制備泡沫的方法，該方法包括以下步驟(a)在水中形成以下兩者的液態(tài)混合物(i)具有式(I)的形成長鏈有機(jī)陽離子的化合物
其中R是具有8到24個(gè)碳原子的脂族烴基；R1選自由具有1-16個(gè)碳原子的烷基、具有1-16個(gè)碳原子的羥烷基、芐基、與氮原子一起代表雜環(huán)基的基團(tuán)和其中一個(gè)氫原子被一個(gè)氟原子取代的任何所說基團(tuán)組成的組；R2和R3各自選自由具有1-6個(gè)碳原子的烷基、具有1-6個(gè)碳原子的羥烷基、芐基、氫原子、與氮原子一起代表雜環(huán)基的基團(tuán)和其中一個(gè)氫原子被一個(gè)氟原子取代的任何所說基團(tuán)組成的組；并且X-是陰離子抗衡離子；和(ii)具有式(II)的形成長鏈有機(jī)陰離子的化合物R-X-Y+(II)其中R是具有10到24個(gè)碳原子的脂族烴基；X-是選自由羧酸根、硫酸根、磺酸根和磷酸根組成的組的陰離子；并且Y+是選自由銨、鈉和鉀離子組成的組的陽離子抗衡離子；使得從所說的形成長鏈有機(jī)陽離子的化合物形成的陽離子和從所說的形成長鏈有機(jī)陰離子的化合物形成的陰離子在所說的液態(tài)混合物中以0.05∶1到15∶1的重量比存在；(b)向所說的液態(tài)混合物中加入泡沫發(fā)生劑；和(c)攪拌所說的混合物。
15.權(quán)利要求14的方法，其中所說的從形成長鏈有機(jī)陽離子的化合物形成的陽離子和從所說的形成長鏈有機(jī)陰離子的化合物形成的陰離子以0.2∶1到5∶1的重量比存在。
16.一種從權(quán)利要求8的組合物形成的涂料。
17.一種從權(quán)利要求8的組合物形成的墨水。
18.一種從權(quán)利要求8的組合物形成的膠粘劑。
19.一種從權(quán)利要求10的組合物形成的水泥制品，其中所說的水泥制品選自由板塊、面板、平板、天花板和地板組成的組。
20.一種從權(quán)利要求10的組合物形成的石膏制品，其中所說的石膏制品選自由平板、面板、天花板和地板組成的組。
21.一種從權(quán)利要求1的組合物形成的隔離材料，其中所說的隔離材料選自由廢渣填埋物覆蓋物、氣味隔離物、塵埃覆蓋物組成的組。
22.一種從權(quán)利要求8的組合物形成的紙?zhí)幚懋a(chǎn)品。
23.一種從權(quán)利要求8的組合物形成的織物處理產(chǎn)品。
24.一種從權(quán)利要求8的組合物形成的木材處理產(chǎn)品。
25.一種從權(quán)利要求10的組合物形成的陶瓷產(chǎn)品。
26.一種從權(quán)利要求10的組合物形成的滅火泡沫。
27.一種從權(quán)利要求10的組合物形成的防火泡沫。
28.一種從權(quán)利要求10的組合物形成的空隙填充物，其中所說的空隙填充物選自由地質(zhì)填充物、土壤穩(wěn)定劑、油井填充物和隧道填充物組成的組。
29.一種泡沫組合物，該組合物包含(a)水；(b)從式(I)的形成有機(jī)陽離子的化合物形成的長鏈有機(jī)陽離子
其中R是具有8到24個(gè)碳原子的脂族烴基；R1選自由具有1-16個(gè)碳原子的烷基、具有1-16個(gè)碳原子的羥烷基、芐基、與氮原子一起代表雜環(huán)基的基團(tuán)和其中一個(gè)氫原子被一個(gè)氟原子取代的任何所說基團(tuán)組成的組；R2和R3各自選自由具有1-6個(gè)碳原子的烷基、具有1-6個(gè)碳原子的羥烷基、芐基、氫原子、與氮原子一起代表雜環(huán)基的基團(tuán)和其中一個(gè)氫原子被一個(gè)氟原子取代的任何所說基團(tuán)組成的組；并且X-是陰離子抗衡離子；和(c)從式(II)的形成有機(jī)陰離子的化合物形成的長鏈有機(jī)陰離子R-X-Y+(II)其中R是具有10到24個(gè)碳原子的脂族烴基；X-是選自由羧酸根、硫酸根、磺酸根和磷酸根組成的組的陰離子；并且Y+是選自由銨、鈉和鉀離子組成的組的陽離子抗衡離子；其中所說的長鏈有機(jī)陽離子和所說的長鏈有機(jī)陰離子以0.05∶1到15∶1的重量比存在。
30.如權(quán)利要求29所要求的泡沫組合物，該組合物還包括泡沫發(fā)生劑。
31.一種預(yù)注入的或原位注入的水泥制品，其包含從權(quán)利要求8的組合物形成的泡沫，其中所說的水泥制品選自由以下物質(zhì)組成的組建筑構(gòu)件、面板、平板、天花板、地板和用于道路與跑道的地面覆蓋物。
32.一種從權(quán)利要求8的組合物形成的石膏制品，其中所說的石膏制品選自由平板、面板、天花板和地板組成的組。
全文摘要
本發(fā)明提供了穩(wěn)定的和防水的含水泡沫組合物,該組合物包含重量比為0.05∶1到15∶1的長鏈陽離子有機(jī)化合物和長鏈陰離子有機(jī)化合物。本發(fā)明的穩(wěn)定的泡沫組合物可以與各種水溶性或水可分散性有機(jī)、聚合或無機(jī)物混合并用于需要質(zhì)輕、具有隔熱、隔聲或其它隔離性質(zhì)的或者材料均勻分布的物質(zhì)中。這些物質(zhì)包括水泥或石膏制品、膠粘劑、粘合劑、紙?zhí)幚聿牧?、涂料、陶瓷、廢渣填埋物、地質(zhì)填充物和滅火與防火材料。
文檔編號(hào)C09K21/14GK1173893SQ96191918
公開日1998年2月18日 申請(qǐng)日期1996年2月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月14日
發(fā)明者趙永堯, 趙桂蓉 申請(qǐng)人:泡沫技術(shù)聯(lián)合公司