专利名称：稳定的和防水的含水泡沫组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及泡沫组合物，更具体地说，本发明涉及稳定的和防水的含水泡沫组合物、制备这些组合物的方法和使用它们的方法。
背景技术：
包含起泡剂和各种有机、聚合或无机物的含水泡沫已应用于需要以下一种或多种性质的物质中减轻的重量、减少的材料消耗、均匀的材料分布和易于加工性。含水的泡沫在用作隔离声音、温度、微粒或气味的产品中也有用。其中使用泡沫的物质的例子包括构建材料、灭火泡沫、防火涂料、泡沫胶粘剂、表面涂料、纸和织物处理材料、轻质陶瓷、轻质废渣填埋物(landfills)、地质填充物(geofills)和尘埃隔离物。在这些物质的大多数中，具有精细的孔径大小的稳定的泡沫是所需的。
然而，一般而言，含水泡沫的一个众所周知的问题是它们具有有限的泡沫稳定性。人们相信这至少部分是由于液体从空气气泡壁排出。人们已尝试通过将脂肪胺类添加至形成泡沫的含水阴离子或两性表面活性剂中来改善泡沫稳定性和持久性。然而，与所有其它已知的泡沫组合物一样，这些组合物不能为许多物质提供充分的稳定性。
大多数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，本发明的一个目的是提供一种稳定的和防水的含水泡沫组合物。本发明的另一个目的是提供制备这样一种泡沫组合物的方法。本发明的还一个目的是提供这样一种泡沫组合物的各种用途和应用。
发明概要本发明提供了由以下物质形成的泡沫组合物具有式(I)的形成长链有机阳离子的化合物
其中R是具有8到24个碳原子的脂族烃基；R1选自由具有1-16个碳原子的烷基、具有1-16个碳原子的羟烷基、苄基、与氮原子一起代表杂环基的基团和其中一个氢原子被一个氟原子取代的任何所说基团组成的组；R2和R3各自选自由具有1-6个碳原子的烷基、具有1-6个碳原子的羟烷基、苄基、氢原子、与氮原子一起代表杂环基的基团和其中一个氢原子被一个氟原子取代的任何所说基团组成的组；并且X-是阴离子抗衡离子；和具有式(II)的形成长链有机阴离子的化合物R-X-Y+(II)其中R是具有10到24个碳原子的脂族烃基；X-是选自由羧酸根、硫酸根、磺酸根和磷酸根组成的组的阴离子；并且Y+是选自由铵、钠和钾离子组成的组的阳离子抗衡离子；其中从(I)形成的长链有机阳离子和从(II)形成的长链有机阴离子以0.05∶1到15∶1的重量比存在。
本发明还提供了制备泡沫的方法，该方法包括从如上给出的液态的具有式(I)的形成长链有机阳离子的化合物或者从如上给出的液态的具有式(II)的形成长链有机阴离子的化合物中产生预成型泡沫(preformed foam)；将所说的液态的形成长链有机阳离子的化合物和形成长链有机阴离子的化合物中的另一种加入到所说的预成型泡沫中，使得从(I)形成的长链有机阳离子和从(II)形成的长链有机阴离子以0.05∶1到15∶1的重量比存在。并且从所说的预成型泡沫和所加入的液体中产生单泡沫(single foam)。
本发明还提供了其中使用本发明的稳定的泡沫的物质。这些物质包括泡沫涂料；墨水；胶粘材料；预注入或原位注入构建材料，包括水泥或石膏制品，如板块、面板、平板、天花板(roofdeck)和地板；隔离材料，包括废渣填埋物覆盖物、气味隔离物、尘埃覆盖物；纸、织物和木材处理产品；陶瓷产品；灭火和防火泡沫；和空隙填充物(void fill)，例如地质填充物、土壤稳定剂、油井填充物和隧道填充物。
本发明的泡沫组合物可以选择性地含有重量百分比为0至10％的起泡剂(foaming reagent)、0至80％的无机添加剂、0至80％的水溶性或水可分散性有机或聚合添加剂、0至99.8％的水。
本发明的形成阳离子的有机化合物是具有长链(含有等于或大于8个碳原子)的阳离子的，本发明的形成阴离子的有机化合物是具有长链(含有等于或大于8个碳原子)的阴离子的。
本发明的附加的添加剂包括惰性填料、聚集体、粘土、沙子、人造纤维、颜料、染料、液压可硬化的材料如水泥、混凝土和石膏、水泥促进剂和阻滞剂以及防冻添加剂。
所说的水溶性或水可分散性的有机材料是增稠剂、具有-85℃到+80℃的玻璃化转变温度的水溶性聚合物或水可分散性聚合物、颜料、染料、胶粘剂等。本发明的起泡剂包括带电荷的或不带电荷的表面活性剂或乳化剂。
本发明的泡沫组合物优选地是通过首先使含有形成电荷的长链有机化合物的含水混合物起泡，然后在搅拌下添加包含形成相反电荷的长链有机化合物的第二液体制备。
发明详述本发明提供了具有优异的稳定性和防水性的泡沫组合物。这些组合物具有从形成阳离子的有机化合物或形成阳离子的有机化合物的混合物形成的长链阳离子，或从形成阴离子的有机化合物或形成阴离子的有机化合物的混合物形成的长链阴离子，两者以0.05∶1到15∶1的重量比存在。这一重量比范围典型地包含所说化合物的0.1∶1到10∶1的当量浓度比范围，这里当量浓度为摩尔浓度除以单个带电荷物质中存在的有效电荷数。在使用混合的阴离子和混合的阳离子的实施方案中确定合适量的各种组分时，重量比特别有用，因为当量浓度比较难确定。
本发明的形成长链阳离子的有机化合物在下组中找到。
其中R是具有8到24个碳原子的脂族烃基；R1选自由具有1-16个碳原子的烷基或羟烷基、苄基和与氮原子一起代表杂环基的基团组成的组；对于胺，R2和R3是氢原子，或者对于叔胺，R2和R3之一是氢原子。对季铵盐而言，R2和R3是具有1-6个碳原子的烷基或羟烷基或者苄基，或者R2与氮原子一起代表杂环基。X-是阴离子。
本发明的一个特别有用的形成阳离子的化合物具有以上给出的通式，其中R是具有12至24个碳原子的直链脂族烃基；或者(a)所有R1、R2和R3都是具有1-6个碳原子的烷基或羟烷基或者苄基，或者(b)R1、R2和R3中之一与氮原子一起代表杂环基，剩下的任何R基团是具有1-6个碳原子的烷基或羟烷基或者苄基；X-是阴离子，其可以是卤素离子或甲硫酸根。一个阴离子可以携带两个电荷，例如硫酸根，在这种情况下，X-代表半个单位的基团。
特别有用的是这样的组合物，其中以上所示通式的季铵盐是C12到C22烷基三烷基铵盐，尤其后面所述的烷基各自是甲基。可以使用季铵盐混合物。
合适的季铵盐的特别的例子是溴化(或氯化)十二烷基三甲基铵、溴化(或氯化)十四烷基三甲基铵、溴化(或氯化)十六烷基三甲基铵、溴化(或氯化)十八烷基三甲基铵、溴化(或氯化)鲸蜡基三甲基铵、氯化十六烷基苄基二甲基铵、溴化十六烷基三乙基铵；和它们的混合物。
另一个根据本发明的季铵化合物的特别有用的类别是相应于以上所给出的通式的这样一种化合物，其中，R是12至22个碳原子的直链脂族基团，R1、R2和R3是甲基，并且X-是卤素，例如溴。在这一实施方案和其它实施方案中的一个或所有的氢原子可以被氟原子取代，以提供更低的表面张力和灭火物的耐火性。
本发明的形成长链阴离子的有机化合物在下组中找到R-X-Y+(II)阴离子R-X-可以是具有12至24个碳原子的脂族烃基之有机酸的水溶性或水可分散性碱金属盐，尤其是钠或钾盐或相应的铵盐或取代铵盐。阴离子的有机极性基X-可以是羧酸根、硫酸根或磺酸根。合适的阴离子的例子是具有12至24个碳原子的羧化物。这些包括例如豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸和榆树酸的阴离子，尤其是通过裂解甘油三酯油而从肥皂衍生的那些。这些包括，例如，牛脂脂肪酸阴离子，其是主要由棕榈酸根、硬脂酸根，和油酸根组成的脂肪酸阴离子混合物。其它合适的脂肪酸阴离子是商业上提供的基于从天然来源(如脂，椰子油和棕榈核油)获得的脂肪酸之混合物的肥皂。模拟天然来源脂肪酸的合成制造的肥皂都是合适的。其它提供合适的阴离子的磺酸和硫酸在授权给Rule等的美国专利4,173,539(这篇专利指出磺酸和硫酸可提供阴离子，在此作为参考)中有描述。
组合相反电荷的阳离子和阴离子化合物获得稳定泡沫的效果是完全不能预料的。在本发明的公开之前，那些泡沫制备领域的技术人员相信这样一种组合对泡沫稳定性是破坏性的。在Felix Sebba，泡沫和Biliquid泡沫-Aphrons 61(JohnWiley&Sons公司，1987)中，作者指出＂由带电荷的表面活性剂稳定的泡沫与使用相反电荷的表面活性剂制备的泡沫接触是可以被破坏的＂。该参考文献指出所有破坏泡沫所需的那些将产生具有相反电荷的表面活性剂的泡沫，并将其置于待破坏的泡沫之上。已报道经与相反电荷泡沫的这种接触破坏泡沫非常惊人。
在197自然4873，1195中也报道在由相反电荷泡沫的接触所形成的泡沫消失(foam collapse)后，剩下的含混合表面活性剂的水基质不显示出起泡倾向。这表明来自消失的泡沫的表面活性剂不以活性形式再进入水中。由此，如本文所描述的按照本发明通过组合相反电荷的化合物产生的稳定的泡沫是完全未预料到的。
本发明的组合物可以包含重量多达10％的发泡剂。发泡剂可以是带电荷的或不带电荷的。例证性的发泡剂是非离子表面活性剂，例如选自由以下物质组成的组的一种(1)1摩尔烷基酚(其中烷基链含有8到约18个碳原子)与大约1到大约100摩尔环氧乙烷的缩合产物(其一个例子是曲通X-405，由Union Carbide出售)；(2)1摩尔脂肪醇(其中烷基链含有10到约24个碳原子)与大约1到大约100摩尔环氧乙烷的缩合产物(其例子是Union Carbide的Tergitol系产品)。
本发明的组合物可以包含重量多达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术制备，所述技术例如悬浮液，乳液分散或溶液聚合。适用于本发明的含水乳液聚合技术在D.c Blackley，乳液聚合(Wiley，1975)中有详尽的讨论。其含水乳液聚合技术的教导本文一并参考。
所述聚合物可以是下列物质的分散体聚氨基甲酸酯、聚丙烯酸共聚物、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、合成的和天然橡胶乳液、聚异氰酸酯分散体、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帮助进一步稳定本发明的含相反电荷长链有机物的泡沫的离子功能基。
在制备包含具有离子功能基的聚合物的本发明的组合物中，在起泡沫之前所述聚合物优选地是与阳离子长链有机物或与阴离子长链有机物混合的。所述聚合物也可以在本发明的泡沫形成之后添加。
通常在带电荷的聚合物存在下，本发明的泡沫组合物具有更大的稳定性和粘度。在与不同的有机或无机添加剂(如胶结剂、染料、填料和液压物质)混合后，这种组合物可应用于非常稳定和轻质的水泥或石膏型基质、纸和织物处理材料、泡沫涂料、胶粘剂和其它粘合剂中。
在本发明的组合物中的聚合物的玻璃化转变温度从-85℃到80℃。因为聚合物的玻璃化转变温度高于室温，所以本发明的组合物可以包含也可以不包含本领域已知的利于薄膜形成的结合的溶剂或共溶剂。
本发明的组合物可以通过首先使含有一种类型的带电荷的长链有机化合物和以上提到的其它聚合的或无机添加剂的含水溶液起泡而制备。然后在搅拌下将以浓缩的液体形式的包含相反电荷的长链有机化合物的第二溶液添加到第一组合物的泡沫混合物中。然而，本发明的组合物也可以用预混的长链阳离子物质和长链阴离子物质及有效的泡沫发生剂(foam generator)(例如来源于Ease的Ease-E-发泡剂或Texacote发泡剂)以一锅煮的方式起泡。
在工作场所或制造厂连续制备本发明的泡沫组合物过程中，可以使用输送液体的带计量器的泵的或传送泵将液体形式的第二种带有相反电荷的长链有机化合物添加至由压缩空气和含第一种带电荷的长链有机化合物的液体混合物产生的泡沫中。第一种长链带电荷的有机组分可以首先经已混合进压缩空气的三通管(tee)泵入。然后经通过充填有马鞍形薄片的混合柱可以将空气-液体混合物转化成泡沫。然后，在第二混合三通管中，相反电荷的长链有机化合物可以经计量泵以液体供给，与含第一长链带电荷的有机化合物的预成型泡沫混合。使最终的泡沫通过第二混合柱，通过末端管时，其以单一的完全混合的泡沫存在。颜料或其它着色剂可以加入到带相反电荷的长链有机化合物中，把其添加到预成型泡沫中以便监测在最终泡沫组合物中两种荷电流的混合效果。
本发明的组合物可以包含填料，如粘土、沙子、各种聚集体、人造纤维、液压可硬化的物质(如水泥和石膏)、增稠剂、水泥促进剂、水泥阻滞剂、颜料、染料和防冻添加剂。这样的添加剂可以在起泡之前或者在与预成型泡沫混合后添加。
包含液压物质(如水泥，混凝土或石膏)的本发明的组合物可以用作轻质天花板、地板、空隙填充物(填充空盐矿、强化地基和稳定土壤)、废渣填埋物覆盖物(cover)和防火的涂料。按照本发明的较高密度的水泥泡沫隔离能力较差，但是其增加的强度使得它们作为结构或半结构物的预注入组分、板块和面板有用。
在添加聚合改性剂(如水可分散性的丙烯酸或醋酸乙烯酯型聚合胶乳)时，从常规起泡剂获得的起泡沫的液压物质通常具有严重的泡沫消失。当所述的液压物质中存在多种聚合的改性剂时，本发明的组合物的泡沫稳定性加强。本发明的硬化(熟化)的含有液压物质和组合物质的组合物与来源于常规起泡剂(具有或不具有这样的添加剂)的起泡液压物质相比具有更精细的孔尺寸，更均匀的泡沫结构，改进的防水性和更好的机械强度。
本发明的泡沫组合物包含水溶性或水可分散性的聚合物质如聚氨基甲酸酯、聚丙烯酸、乙烯基丙烯酸或醋酸乙烯酯胶乳，它们都具有-85℃到+80℃的玻璃化转变温度，具有极好的泡沫稳定性和良好的孔径大小。此外，不同于从常规起泡剂来源的泡沫，本发明的组合物的泡沫特征是不受许多有机和无机添加剂的影响的。这使得可以在本发明的泡沫组合物中使用不同的聚合物质和各种的有机和无机有益于本发明泡沫组合物的填料，以在涂料、胶粘粘合剂、纸和织物处理材料，和地毯衬料中提供所需的隔离和加工性质。
本发明的泡沫组合物具有良好的泡沫稳定性和对不同的填料(如粘土，土壤或液压物质)的不敏感性，对废渣填埋物的覆盖物和腐烂或危险的废物的气味隔离物来说是理想的。
本发明的泡沫组合物含有不可燃惰性填料(如粘土)，可以抵抗高温火焰而没有严重的泡沫消失。这使得所述泡沫作为灭火泡沫或防火涂料，或者作为制造轻质耐火砖或轻质陶瓷材料的原料有用。
实施例1-6实施例1-3的泡沫组合物通过将第二组分(液态形式的形成长链阴离子的有机化合物-硬脂酸铵)添加到第一组分(包含形成长链阳离子的有机化合物的预成型泡沫)中制备。比较实施例4-6通过仅使第一组分起泡制备。
通过将至少100克第一组份添加到五夸脱不锈钢碗中制备所说的泡沫组合物。以十速Hobart搅拌器(Kitchen Aid牌)搅拌内含物，直至获得具有0.03-0.08g/cc密度的低密度泡沫。这一步骤通常耗费一至三分钟。如果添加第二组分(实施例1-3)，则在搅拌下将液体形式的第二组分加到第一组分的预成型泡沫上。继续混合直到获得均质的泡沫混合物(一种完全的混合物)。这一步骤耗费一至两分钟。将最后的泡沫注入塑料或纸杯中，在一段测量时间后，泡沫消失的量以％泡沫消失表示。泡沫消失通过用就在泡沫制备之后泡沫的总体积减去某一时限后泡沫的体积，然后除以就在泡沫制备之后泡沫的总体积来测定。结果示于表1中。
表1显示，在泡沫制备三小时后，对实施例1-3(其包含长链阳离子有机化合物和长链阴离子有机化合物两者)没有观察到泡沫消失，并且泡沫不溶解于水。比较实施例4-6在泡沫制备之后三小时显示出50％以上的泡沫消失。当泡沫组合物仅包含长链阳离子有机组分时，与水接触不到一小时，实施例4-6中的泡沫便溶解在水中。
表I组合物重量份数实施例 比较实施例1 23 4 5 6第一组分(预成型泡沫)溴化十四烷基铵 0.5 0.5氯化十六烷基铵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第二组分(液体形式)硬脂酸铵(33％) 1.5 1.5 1.5效果泡沫在水上3小时 良好 良好 良好 溶解 溶解 溶解3小时后的％泡沫消失 0 00 ＞50 ＞50 ＞50Arquad T是氯化牛脂烷基三甲基铵，来源于Akzo Nobel化学公司。曲通X-405是非离子表面活性剂，来源于Union Carbide公司。
实施例7-10按照实施例1-3的方法制备实施例7和8的泡沫涂料组合物。实施例7和8包含聚合物胶乳，并且两者都具有长链阳离子有机物和长链阴离子有机物。按照实施例4-6的方法制备比较实施例9和10，两者包含聚合物胶乳并仅具有长链阳离子有机物。将泡沫涂料涂刷在纸板上，确定每一单位面积上涂料的重量，在表II中给出。在一定的时间间隔估计所有实施例的纸板上的泡沫消失。24小时后，实施例8和10(其包含具有低玻璃化温度的胶乳聚合物)的粘性由拇指在涂覆的纸板上轻压判断。实施例7和8在泡沫涂在纸板上24小时之后没有显示出泡沫消失。实施例8也显示出粘性，表明由于不消失的泡沫，聚合物不吸附到纸板上。比较实施例9和10显示，在所述涂料使用到纸板上20分钟后，80％以上的泡沫消失。实施例10也完全失去粘性，表明非常少的聚合物保留在纸板的表面。
表 II组合物重量份数实施例 比较实施例7 8 9 10泡沫组合物一Airflex 320聚合物胶乳 2525Airflex 465聚合物胶乳 2525Arquad T7.5 7.5 7.5 7.5曲通X-405(70％) 0.63 0.630.63 0.63羟乙基纤维素增稠剂 0.13 0.130.13 0.13水 100 100 100 100液体添加剂二硬脂酸铵(33％) 4.4 4.4在纸板上的效果纸板上的涂层重量(mg/cm2) 5 66 5％泡沫消失涂刷20分钟后0 0＞80 ＞80涂刷24小时后 0 0 100 100粘性涂刷24小时后 -- 是 -- 否Airflex 320是来源于Air Procucts的醋酸乙烯酯乙烯共聚物，该聚合物具有14℃的玻璃化转变温度。Airflex 320是来源于Air Procucts的醋酸乙烯酯乙烯共聚物，该聚合物具有-5℃的玻璃化转变温度。曲通X-405是非离子表面活性剂，来源于Union Carbide公司。
实施例11-14具有高(＞1)阳离子/阴离子重量比的本发明的泡沫组合物实施例11-13以高浓度的阳离子化合物和低浓度的阴离子化合物制备。这些实施例的泡沫由作为第一组分的形成长链阳离子的化合物的预成型泡沫和作为第二组分的添加的液态的形成长链阴离子的化合物组成，按照实施例1-3的方法制备。比较实施例14是仅从形成长链阳离子的化合物制备的泡沫。所有泡沫用制备后2.5小时的％泡沫消失评价，结果在表III中给出。在表III中实施例11-13显示，在14.7到2.8的阳离子/阴离子重量比时，2.5小时后的％泡沫消失是20％或更少。仅包含阳离子化合物的比较实施例14具有大于80％的泡沫消失。
表 III组合物重量分数实施例 比较实施例11 12 13 14第一组分(预泡沫)氯化十六烷基铵(29％) 10 10 10 10水 100 100 100 100第二组份(液体)硬脂酸铵(33％) 0.6 1.7 3.2 0阳离子/阴离子比(重量) 14.75.2 2.8 --效果2.5小时的％泡沫消失20 7 2 ＞80
实施例15-18具有低(＜1)阳离子/阴离子重量比的本发明的泡沫组合物实施例15-17以低浓度的阳离子化合物和高浓度的阴离子化合物制备。这些实施例的泡沫由作为第一组分的形成长链阴离子的化合物的预成型泡沫和作为第二组份的添加的液态的形成长链阳离子的化合物组成，按照实施例1-3的方法制备。比较实施例18是仅从形成长链阴离子的化合物制备的泡沫。所有泡沫用制备后2.5小时的％泡沫消失和％(重量)脱水评价，％脱水由一定时间后从其中具有泡沫的容器中流出的液体的重量(经倾斜容器获得)除以脱水前泡沫和液体的总重量来评价。结果在表IV中给出。在表IV中实施例15-17显示，在0.1到0.5的阳离子/阴离子重量比时，制备2.5小时后的％泡沫消失是2％或更少，％脱水是28％或更少。仅包含阴离子化合物的比较实施例18具有8％的泡沫消失和41％的脱水。
表IV组合物重量分数实施例 比较实施例15 16 17 18第一组分(预泡沫)硬脂酸铵(33％) 6 6 6 6水 100 100100100第二组分(液体)氯化十六烷基铵(29％) 0.8 1.63.30阳离子/阴离子比(重量)0.1 0.20.5--效果2.5小时的％泡沫消失 2 0 0 82.5小时的％脱水 28 0 0 41实施例19以一锅煮体系制备本发明的泡沫组合物在实施例1-3和7-8中，按照本发明的泡沫通过将液体形式的第二组分添加到第一组分的预成型泡沫中制备。在这一实施例中，用3克Arquad T、0.5克曲通405、30克Barden粘土、100克水和2.5克硬脂酸铵以一锅煮的方式(onepot)使本发明的组合物起泡。混合物用Hobart搅拌器以十速搅拌五分钟起泡，形成一种具有0.105g/cc密度的浓泡沫。在泡沫制备之后，该泡沫不溶解于水，并且24小时后，不表现出泡沫消失。
实施例20木材或颗粒板的泡沫涂料和泡沫薄层胶粘剂组合物树木表面一般非常吸水，含水木材涂料和胶粘剂常常不得不重复使用以便使所需物质表面获得足够多的聚合物材料。常规泡沫涂料(如表II的比较实施例9)和泡沫胶粘剂(如表II的比较实施例10)在用于吸收表面(如木材和纸板)时出现迅速的泡沫消失。按照本发明形成的泡沫涂料(表II的实施例7)和泡沫胶粘剂(表II的实施例8)在吸收表面具有极好的泡沫稳定性。使用例如涂料到木材表面和使用层压粘合剂到颗粒板上时，这种物质的一或两层使足够多的有益聚合物保持在所述表面上。这在材料保存中是合乎需要的。
实施例21使用脂肪酸钾盐代替脂肪酸铵盐作为阴离子有机物来源的本发明的泡沫组合物在实施例1-3和实施例7-8中，所使用的长链有机阴离子是硬脂酸铵盐。在这一实施例中，使用无味的硬脂酸钾盐获得稳定的泡沫。通过在70℃加热581克水和7.3克氢氧化钾首先制备5.3％(重量)的硬脂酸钾制剂。然后在搅拌下将32.2克90％纯的硬脂酸添加到热的氢氧化钾溶液中。获得5.3％的硬脂酸钾的粘性透明溶液。然后，将20克5.3％硬脂酸钾溶液添加到预成型泡沫(其包含100克水，3.3克Arquad T，0.67克曲通405和33克Barden粘土)中。获得一种具有0.06g/cc密度的平滑的和奶油状的粘土泡沫。该泡沫无气味，在泡沫制备三小时之后，其不表现出任何泡沫消失。
实施例22包含带相反电荷的长链有机化合物的泡沫石膏组合物包含石膏的泡沫液压组合物通过将石膏浆状物添加进按照实施例1-3的方法制备的包含带相反电荷的长链有机化合物的泡沫混合物中。石膏浆状物由300克烧石膏和200克水组成。将石膏浆状物与50克泡沫混合物混合，该混合物包含(1)具有1.2份(重量)氯化十六烷基三甲基铵、0.5份曲通405和100份水的第一组分预成型泡沫，和(2)具有三份硬脂酸铵的液体第二组分。所述的泡沫石膏具有0.34g/cc的湿(wet)密度，在不到24小时的时间内变硬，具有非常精细的孔径大小(平均孔径不到0.1cm)。
实施例23包含带相反电荷的长链有机化合物的可用泥铲垂直涂覆的水泥泡沫采用实施例1-3的方法用以下物质制备泡沫组合物(1)第一泡沫组分，其包含100份(重量)水、67份醋酸乙烯酯乙烯胶乳Airflex 500(Air产品)、10份形成长链阳离子的有机化合物Arquad T(Akzo Nobel)和0.83份曲通405(UnionCarbide)，和(2)含有6.2份硬脂酸铵的液态第二组分。然后，将18克这种泡沫混合物添加进包含100克白波特兰(Portland)I型水泥、50克水，0.2克羟乙基纤维素增稠剂(西格马化学公司)的水泥浆状物中。如此制备的起泡的水泥浆状物是轻质的、粘性的和光滑的。其具有0.46g/cc的湿密度。在用泥铲以1.3cm厚度涂到垂直的墙壁上时，该浆状物不表现出下陷。这种聚合物修饰的水泥泡沫两天后出现很好的硬度，没有任何泡沫消失并没有任何下陷。
实施例24地面涂料覆盖物长链季铵盐的抗菌(杀菌)活性是已知的。在地面覆盖物中，控制或减弱细菌生长是一个非常理想的特征，没有已知的现行的土壤或市售泡沫覆盖物具有这样的能力。其两种主要组分之一是长链季铵盐的本发明的泡沫组合物用作其中赋予抗菌能力的地面覆盖物是理想的。采用实施例1-3的方法将47份Barden粘土(重量)添加至泡沫混合物中制备用作地面覆盖物的本发明范围内的含粘土的泡沫组合物。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铵的第一组分，和(2)含有六份硬脂酸铵的第二组份。该含粘土的泡沫是具有0.23g/cc的湿密度的粘性奶油状的。将该泡沫倒在由各种大小和形状的泡沫聚苯乙烯片组成的合成的废物堆上。该含粘土的泡沫有效地覆盖废物，没有太多的流出。即使是在室温下露置四天后，也没有聚苯乙烯片露出。将粘土泡沫干燥成为轻质和平滑的覆盖物时，没有任何泡沫消失。若干个月泡沫掩护的表面上不显示出任何褪色或细菌生长。
实施例25灭火或防火泡沫以下实验用于试验本发明的泡沫的火隔离有效性。将一薄层(0.5cm厚)汽油注入金属桶，桶中装有一半水，将一块砖置入桶的中央，其一半浸入水中。将大小为5×1.3×1.3cm的三个相同的短木条放置在砖的顶端上。然后将汽油层置于火上，记录木块着火前花费的时间。
在本发明的泡沫作为火隔离物的试验中，除了用一层本发明范围内的包含粘土的2.5cm厚的泡沫包覆三个木条外，实验类似于以上刚描述的。所述粘土泡沫按实施例1-3的方法将两份(重量)硬脂酸铵添加至包含100份水、30份Barden粘土和两份Arquad T的预成型泡沫中制备。
在火隔离试验中，没有泡沫覆盖物的木块在三分钟内着火，并且燃烧完全。在其中用本发明的粘土泡沫包覆的木块的试验中，所述泡沫不表现出任何泡沫消失，即使是在汽油耗尽(消耗八分钟)后。在试验的最后，除去粉状粘土泡沫，所有三个木块没有燃烧或烧焦的迹象。
实施例26陶瓷泡沫组合物通过按照实施例1-3的方法将两份(重量)硬脂酸铵加入到包含100份(重量)水、30份Barden粘土和一份曲通405的预成型泡沫中制备粘土泡沫。在充分混合之后，将2.5份Arquad T添加到泡沫混合物中。最后的泡沫是稠的奶油状的，具有0.13g/cc湿密度。在室温干燥一周之后，使粘土泡沫在窑中经历如下加热过程(1)在三小时内从室温加热至800°F，(2)冷却至室温，(3)再加热至2200°F，和(4)冷却至室温。所形成的陶瓷泡沫有12％的线性收缩和0.05g/cc的最后密度，大多数孔被封闭，具有不到1mm的平均孔径。
实施例27作为废渣填埋物的极低密度的水泥泡沫本发明的泡沫组合物使得可以制造非常稳定的和低密度的(＜0.15g/cc)水泥泡沫。这样的泡沫可以用作经济的废渣填埋物覆盖材料。通过混合以下两者制备低密度的水泥泡沫(1)50份(重量)白波特兰I型水泥和25份水，(2)由实施例1-3的方法制备的泡沫混合物，含有100份(重量)水、25份Airflex 500胶乳、7.5份Arquad T、0.63份曲通405的第一组分和具有四份硬脂酸铵的第二组分。由此制造的水泥泡沫具有0.09g/cc的干密度，没有泡沫消失，并且水滴不易透过泡沫隔离物。
虽然本文参照某些特定的实施例进行了说明和描述，但无意于将本发明限制在详细所示的内容中。在不背离本发明的精神的情况下，可以在本发明权利要求的等同的范围内进行细节上的各种修改。
权利要求
1.一种用于制造泡沫组合物之组合物，该组合物包含具有式(I)的形成长链有机阳离子的化合物
其中R是具有8到24个碳原子的脂族烃基；R1选自由具有1-16个碳原子的烷基、具有1-16个碳原子的羟烷基、苄基、与氮原子一起代表杂环基的基团和其中一个氢原子被一个氟原子取代的任何所说基团组成的组；R2和R3各自选自由具有1-6个碳原子的烷基、具有1-6个碳原子的羟烷基、苄基、氢原子、与氮原子一起代表杂环基的基团和其中一个氢原子被一个氟原子取代的任何所说基团组成的组；并且X-是阴离子抗衡离子；和具有式(II)的形成长链有机阴离子的化合物R-X-Y+(II)其中R是具有10到24个碳原子的脂族烃基；X-是选自由羧酸根、硫酸根、磺酸根和磷酸根组成的组的阴离子；并且Y+是选自由铵、钠和钾离子组成的组的阳离子抗衡离子；其中从所说的形成长链有机阳离子的化合物形成的阳离子和从所说的形成长链有机阴离子的化合物形成的阴离子以0.05∶1到15∶1的重量比存在。
2.权利要求1的组合物，其中所说的形成长链有机阳离子的化合物是长链烷基三甲基铵阳离子的盐，其中的烷基具有10到22个碳原子。
3.权利要求2的组合物，其中所说的形成长链有机阳离子的化合物选自由以下物质组成的组溴化(或氯化)十二烷基三甲基铵、溴化(或氯化)十四烷基三甲基铵、溴化(或氯化)十六烷基三甲基铵、溴化(或氯化)十八烷基三甲基铵、溴化(或氯化)鲸蜡基三甲基铵、氯化十六烷基苄基二甲基铵、溴化十六烷基三乙基铵；和它们的混合物。
4.权利要求1的组合物，其中所说的形成长链有机阴离子的化合物是主要包含10到24个碳原子的脂肪酸的盐。
5.权利要求4的组合物，其中所说的形成长链有机阴离子的化合物选自由硬脂酸铵、硬脂酸钾和硬脂酸钠组成的组。
6.权利要求1的组合物，其中所说的重量比是从0.2∶1到5∶1。
7.权利要求1的组合物，其中所说的重量比是从0.4∶1到2.5∶1。
8.权利要求1的组合物，该组合物还包含选自由以下物质组成的组的添加剂具有-85℃到+80℃的玻璃化转变温度的水可分散性聚合物、具有-85℃到+80℃的玻璃化转变温度的水溶性聚合物、发泡剂、胶粘剂、颜料、染料和增稠剂。
9.权利要求1的组合物，该组合物还包含选自由粘土和碳酸钙组成的组的填料。
10.权利要求1的组合物，该组合物还包含选自由以下物质组成的组的液压物质水泥、石膏、沙子、聚合的水泥粘合剂、纤维、矿物棉、纤维织品、促进剂和阻滞剂。
11.一种制备泡沫的方法，该方法包括以下步骤(a)经搅拌包含水和以下两种物质之一的第一液体产生预成型泡沫(i)具有式(I)的形成长链有机阳离子的化合物
其中R是具有8到24个碳原子的脂族烃基；R1选自由具有1-16个碳原子的烷基、具有1-16个碳原子的羟烷基、苄基、与氮原子一起代表杂环基的基团和其中一个氢原子被一个氟原子取代的任何所说基团组成的组；R2和R3各自选自由具有1-6个碳原子的烷基、具有1-6个碳原子的羟烷基、苄基、氢原子、与氮原子一起代表杂环基的基团和其中一个氢原子被一个氟原子取代的任何所说基团组成的组；并且X-是阴离子抗衡离子；和(ii)具有式(II)的形成长链有机阴离子的化合物R-X-Y+(II)其中R是具有10到24个碳原子的脂族烃基；X-是选自由羧酸根、硫酸根、磺酸根和磷酸根组成的组的阴离子；并且Y+是选自由铵、钠和钾离子组成的组的阳离子抗衡离子；(b)将包含所说的形成长链有机阳离子的化合物和所说的形成长链有机阴离子的化合物二者之中的另一种的第二液体加入到所说的预成型泡沫中，使得从所说的形成长链有机阳离子的化合物形成的阳离子和从所说的形成长链有机阴离子的化合物形成的阴离子以0.05∶1到15∶1的重量比存在。(c)搅拌所说的预成型泡沫和所说的第二液体，以便从所说的预成型泡沫和所说的第二液体产生单泡沫。
12.权利要求11的方法，该方法还包括将包含选自由以下物质组成的组的液压物质之浆状物分散到所说的单泡沫中的步骤水泥、石膏、沙子、聚合的水泥粘合剂、纤维、矿物棉、纤维织品、促进剂和阻滞剂。
13.权利要求11的方法，其中从所说的形成长链有机阳离子的化合物形成的阳离子和从所说的形成长链有机阴离子的化合物形成的阴离子以0.2∶1到5∶1的重量比存在。
14.一种制备泡沫的方法，该方法包括以下步骤(a)在水中形成以下两者的液态混合物(i)具有式(I)的形成长链有机阳离子的化合物
其中R是具有8到24个碳原子的脂族烃基；R1选自由具有1-16个碳原子的烷基、具有1-16个碳原子的羟烷基、苄基、与氮原子一起代表杂环基的基团和其中一个氢原子被一个氟原子取代的任何所说基团组成的组；R2和R3各自选自由具有1-6个碳原子的烷基、具有1-6个碳原子的羟烷基、苄基、氢原子、与氮原子一起代表杂环基的基团和其中一个氢原子被一个氟原子取代的任何所说基团组成的组；并且X-是阴离子抗衡离子；和(ii)具有式(II)的形成长链有机阴离子的化合物R-X-Y+(II)其中R是具有10到24个碳原子的脂族烃基；X-是选自由羧酸根、硫酸根、磺酸根和磷酸根组成的组的阴离子；并且Y+是选自由铵、钠和钾离子组成的组的阳离子抗衡离子；使得从所说的形成长链有机阳离子的化合物形成的阳离子和从所说的形成长链有机阴离子的化合物形成的阴离子在所说的液态混合物中以0.05∶1到15∶1的重量比存在；(b)向所说的液态混合物中加入泡沫发生剂；和(c)搅拌所说的混合物。
15.权利要求14的方法，其中所说的从形成长链有机阳离子的化合物形成的阳离子和从所说的形成长链有机阴离子的化合物形成的阴离子以0.2∶1到5∶1的重量比存在。
16.一种从权利要求8的组合物形成的涂料。
17.一种从权利要求8的组合物形成的墨水。
18.一种从权利要求8的组合物形成的胶粘剂。
19.一种从权利要求10的组合物形成的水泥制品，其中所说的水泥制品选自由板块、面板、平板、天花板和地板组成的组。
20.一种从权利要求10的组合物形成的石膏制品，其中所说的石膏制品选自由平板、面板、天花板和地板组成的组。
21.一种从权利要求1的组合物形成的隔离材料，其中所说的隔离材料选自由废渣填埋物覆盖物、气味隔离物、尘埃覆盖物组成的组。
22.一种从权利要求8的组合物形成的纸处理产品。
23.一种从权利要求8的组合物形成的织物处理产品。
24.一种从权利要求8的组合物形成的木材处理产品。
25.一种从权利要求10的组合物形成的陶瓷产品。
26.一种从权利要求10的组合物形成的灭火泡沫。
27.一种从权利要求10的组合物形成的防火泡沫。
28.一种从权利要求10的组合物形成的空隙填充物，其中所说的空隙填充物选自由地质填充物、土壤稳定剂、油井填充物和隧道填充物组成的组。
29.一种泡沫组合物，该组合物包含(a)水；(b)从式(I)的形成有机阳离子的化合物形成的长链有机阳离子
其中R是具有8到24个碳原子的脂族烃基；R1选自由具有1-16个碳原子的烷基、具有1-16个碳原子的羟烷基、苄基、与氮原子一起代表杂环基的基团和其中一个氢原子被一个氟原子取代的任何所说基团组成的组；R2和R3各自选自由具有1-6个碳原子的烷基、具有1-6个碳原子的羟烷基、苄基、氢原子、与氮原子一起代表杂环基的基团和其中一个氢原子被一个氟原子取代的任何所说基团组成的组；并且X-是阴离子抗衡离子；和(c)从式(II)的形成有机阴离子的化合物形成的长链有机阴离子R-X-Y+(II)其中R是具有10到24个碳原子的脂族烃基；X-是选自由羧酸根、硫酸根、磺酸根和磷酸根组成的组的阴离子；并且Y+是选自由铵、钠和钾离子组成的组的阳离子抗衡离子；其中所说的长链有机阳离子和所说的长链有机阴离子以0.05∶1到15∶1的重量比存在。
30.如权利要求29所要求的泡沫组合物，该组合物还包括泡沫发生剂。
31.一种预注入的或原位注入的水泥制品，其包含从权利要求8的组合物形成的泡沫，其中所说的水泥制品选自由以下物质组成的组建筑构件、面板、平板、天花板、地板和用于道路与跑道的地面覆盖物。
32.一种从权利要求8的组合物形成的石膏制品，其中所说的石膏制品选自由平板、面板、天花板和地板组成的组。
全文摘要
本发明提供了稳定的和防水的含水泡沫组合物,该组合物包含重量比为0.05∶1到15∶1的长链阳离子有机化合物和长链阴离子有机化合物。本发明的稳定的泡沫组合物可以与各种水溶性或水可分散性有机、聚合或无机物混合并用于需要质轻、具有隔热、隔声或其它隔离性质的或者材料均匀分布的物质中。这些物质包括水泥或石膏制品、胶粘剂、粘合剂、纸处理材料、涂料、陶瓷、废渣填埋物、地质填充物和灭火与防火材料。
文档编号C09K21/14GK1173893SQ96191918
公开日1998年2月18日 申请日期1996年2月14日 优先权日1995年2月14日
发明者赵永尧, 赵桂蓉 申请人:泡沫技术联合公司