CN102115511A - 一种新型分散剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型分散剂的制备方法，是以丙烯酸为主要反应单体，加入甲基丙烯酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸、甲基丙烯磺酸钠中的一种或几种单体作为共聚单体，r-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷作为有机硅类单体参与聚合，以氧化还原体系为引发体系，通过水溶液聚合而成，用碱性物质中和即得产品。该分散剂可使碳酸钙的研磨具有浆料粘度低，粒径小，分散性好且比较稳定的特点。

Description

一种新型分散剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种新型分散剂，尤其涉及一种新型湿磨碳酸钙用分散剂及其制备方法和应用。

背景技术

碳酸钙在自然界中有多种存在形态，而对造纸涂料最有用的是方解石。但天然方解石必须经过机械粉碎、研磨、分级，制成细微的颗粒(我们称之为重质碳酸钙或研磨碳酸钙，GCC)，方可用于纸张涂料的制备。

分散剂是靠吸附在颜料颗粒表面，产生静电斥力和空间位阻，从而使得颗粒能以悬浮态稳定地存在。碳酸钙研磨中有了分散剂的帮助，才能得到高固含量、低粘度的碳酸钙浆料，研磨效率也得以提高，并能节约研磨所需耗费的能量，通用的分散剂有三大类，即无机类、有机类和高分子类，而目前普遍采用的是高分子类分散剂。相比之下，高分子类分散剂具有更显著的优点。

现有的分散剂专利例如：申请号200910196773的研磨碳酸钙用分散剂及其制备方法和应用；申请号200910196772的造纸用涂料分散剂及其制备方法；申请号200910196771的研磨超细重质碳酸钙用分散剂及其制备方法；申请号200810040944的丙烯酸系聚合物分散剂及其制备方法和应用；申请号200710172855的重质碳酸钙湿法研磨用分散剂及其制备方法；申请号200610083241的碳酸钙分散剂；申请号200710110834的碳酸钙湿磨分散剂。

然而采用现有分散剂制备的碳酸钙浆料，固含量低，粒子大，分散性差，浆料稳定性不好，粘度高，不能满足造纸领域的需要，且分散剂的制备方法步骤繁多，用料繁杂，不易控制，故对其进行改进有着十分重要的意义，从而使碳酸钙研磨具有浆料粘度低，粒径小，分散性好且比较稳定的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型高分子类分散剂，意在聚丙烯酸钠分散剂分子链上引入二元酸单体增加分散剂的阴离子度，提高分散剂的电荷斥力。另外在分子链上同时引入有机硅类单体，有机硅的硅氧烷基团在反应过程中水解生成多元硅醇活性基团，通过控制pH值、有机硅单体的浓度，阻止生成的硅醇进一步反应，使其能够在分散碳酸钙时能够与碳酸钙颗粒表面的-OH反应，生成化学键结合，极大地提高了分散剂与碳酸钙的之间的作用力，使本发明具有优异的分散性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种新型分散剂的制备方法，是以丙烯酸为主要反应单体，加入甲基丙烯酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸、甲基丙烯磺酸钠中的一种或几种单体作为共聚单体，r-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷作为有机硅类单体参与聚合，以氧化还原体系为引发体系，通过水溶液聚合而成，用碱性物质中和。

所述制备方法具体包括如下步骤：

(1)将共聚单体X，直接加入反应器中，加入一定量的水作为底料，升温到65℃搅拌溶解；

(2)将丙烯酸单体、共聚单体Y、一定量的水配成溶液，并用碱性物质中和至pH为4左右，再加入有机硅类单体、引发体系的还原剂配成滴加液A；

(3)将引发体系的氧化剂、一定量的水配成滴加液B；

(4)将溶液A、B在一定温度下采取滴加的方式在一定时间内加入到上述反应器中，再反应一段时间停止反应，降温至50℃以下，用碱性物质中和至pH为4左右，放料即可。

其中所用原料的质量份数为：丙烯酸单体为30-45份，共聚单体X和Y总量为5-18份，有机硅类单体为0.5-2.5份，引发体系的氧化剂还原剂总量为前述三种单体总量的6-10％，水为40-60份。

其中，所述共聚单体X选自马来酸酐或富马酸，所述共聚单体Y选自甲基丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠或衣康酸。

所述有机硅类单体选自r-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷

所述碱性物质为35-45％的片碱溶液。

所述引发体系为过硫酸钠-次亚磷酸钠体系、过硫酸铵-亚硫酸氢钠、过氧化氢-硫酸亚铁体系中的一种或两种复合使用。所述引发体系中的氧化剂与还原剂的重量比例为1∶2-1.2∶2。

其中步骤(4)聚合反应的所述温度为75-85℃；所述滴加的时间为2.5-4h；所述反应时间为1-3h。

本发明中加入的有机硅类单体随丙烯酸单体一起滴加入反应瓶，在酸性环境中有机硅类单体上的硅氧烷基团发生水解生产硅醇，并通过控制pH，反应浓度使硅醇的活性得以保存。

本发明进一步提供所述新型分散剂的用途，是将其作为湿磨碳酸钙的分散剂，加入量为碳酸钙重量的0.5-0.7％。

当研磨碳酸钙时加入本发明分散剂，分子链上的硅醇基团与碳酸钙上的-OH反应，生成化学键结合，提高了分散剂与碳酸钙颗粒之间的结合力，并形成一定厚度的高分子层，同时分子链上的阴电荷起到静电排斥的作用，阻止使碳酸钙颗粒相互靠近，提高了分散剂的作用效果，使碳酸钙研磨具有浆料粘度低，粒径小，分散性好且比较稳定的特点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，决不限制本发明的保护范围。

实施例1

向反应釜中加入190kg水、20kg马来酸酐，升温到65℃搅拌溶解。将150kg水、34kg甲基丙烯酸、337kg丙烯酸配成溶液，用45％的片碱溶液中和至pH为4左右，再加入12kg r-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、21kg次亚磷酸钠配成滴加液A；将11kg过硫酸钠、72kg水配成滴加液B。将反应釜温度升高到80℃，同时开始滴加A、B。2.5h滴加完成，再反应3h，降温至50℃以下，测pH值，用45％片碱溶液调节pH值到4，放料得50％固含量的黄色透明液体。

实施例2

向反应釜中加入190kg水、4kg马来酸酐升温到65℃搅拌溶解。将150kg水、50kg衣康酸、320kg丙烯酸配成溶液，用45％的片碱溶液中和至pH为4左右，再加入12kg r-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、20kg次亚磷酸钠配成滴加液A；将12kg过硫酸钠、72kg水配成滴加液B。将反应釜温度升高到80℃，同时开始滴加A、B。4h滴加完成，再反应1h，降温至50℃以下，测pH值，用45％片碱溶液调节pH值到4，放料得49％固含量的淡黄色透明液体。

实施例3

向反应釜中加入180kg水、15kg富马酸升温到65℃搅拌溶解。将160kg水、20kg甲基丙烯磺酸钠、24kg衣康酸、340kg丙烯酸配成溶液，用45％的片碱溶液中和至pH为4左右，再加入13kg r-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、20kg亚硫酸氢钠配成滴加液A；将10kg过硫酸铵、72kg水配成滴加液B。将反应釜温度升高到75℃，同时开始滴加A、B。4h滴加完成，再反应1h，降温至50℃以下，测pH值，用45％片碱溶液调节pH值到4，放料得50％固含量的淡黄色透明液体。

实施例4

向反应釜中加入190kg水、20kg马来酸酐，升温到65℃搅拌溶解。将150kg水、34kg甲基丙烯酸、337kg丙烯酸配成溶液，用45％的片碱溶液中和至pH为4左右，再加入7kg乙烯基三甲氧基硅烷、21kg次亚磷酸钠配成滴加液A；将11kg过硫酸钠、72kg水配成滴加液B。将反应釜温度升高到80℃，同时开始滴加A、B。2.5h滴加完成，再反应3h，降温至50℃以下，测pH值，用45％片碱溶液调节pH值到4，放料得50％固含量的黄色透明液体。

实施例5

向反应釜中加入180kg水、15kg富马酸升温到65℃搅拌溶解。将160kg水、20kg甲基丙烯磺酸钠、24kg衣康酸、340kg丙烯酸配成溶液，用45％的片碱溶液中和至pH为4左右，再加入8kg乙烯基三乙氧基硅烷、20kg亚硫酸氢钠配成滴加液A；将10kg过硫酸铵、72kg水配成滴加液B。将反应釜温度升高到75℃，同时开始滴加A、B。4h滴加完成，再反应1h，降温至50℃以下，测pH值，用45％片碱溶液调节pH值到4，放料得50％固含量的淡黄色透明液体。

实验例碳酸钙浆料的制备：

实施例1产品：在100升的搅拌槽中加入25升水，开搅拌，加入本发明实施例1的分散剂260g，搅拌均匀，加入325目碳酸钙73kg进行预分散，分散均匀后，用泵送至两台串联的研磨机中，研磨介质为锆珠。研磨1h后补加240g本发明实施例1的分散剂。继续研磨6h后既得重质碳酸钙浆料，浆料固含量为74％，经过粒径仪测试，粒度98％的小于1.5um。

实施例2产品：在100升的搅拌槽中加入25升水，开搅拌，加入本发明实施例2的分散剂260g，搅拌均匀，加入325目碳酸钙74kg进行预分散，分散均匀后，用泵送至两台串联的研磨机中，研磨介质为锆珠。研磨1h后补加240g本发明实施例2的分散剂。继续研磨6h后既得重质碳酸钙浆料，浆料固含量为74.4％，经过粒径仪测试，粒度98％的小于1.5um。

实施例3产品：在100升的搅拌槽中加入25升水，开搅拌，加入本发明实施例3的分散剂260g，搅拌均匀，加入325目碳酸钙75kg进行预分散，分散均匀后，用泵送至两台串联的研磨机中，研磨介质为锆珠。研磨1h后补加240g本发明实施例3的分散剂。继续研磨6h后既得重质碳酸钙浆料，浆料固含量为74.4％，经过粒径仪测试，粒度98％的小于1.5um。

实施例4产品：在100升的搅拌槽中加入25升水，开搅拌，加入本发明实施例4的分散剂260g，搅拌均匀，加入325目碳酸钙72kg进行预分散，分散均匀后，用泵送至两台串联的研磨机中，研磨介质为锆珠。研磨1h后补加240g本发明实施例4的分散剂。继续研磨6h后既得重质碳酸钙浆料，浆料固含量为73.8％，经过粒径仪测试，粒度98％的小于1.5um。

实施例5产品：在100升的搅拌槽中加入25升水，开搅拌，加入本发明实施例5的分散剂220g，搅拌均匀，加入325目碳酸钙74kg进行预分散，分散均匀后，用泵送至两台串联的研磨机中，研磨介质为锆珠。研磨1h后补加224g本发明实施例5的分散剂。继续研磨6h后既得重质碳酸钙浆料，浆料固含量为74％，经过粒径仪测试，粒度98％的小于1.5um。

对比例1用市场现售聚丙烯酸钠分散剂：在100升的搅拌槽中加入25升水，开搅拌，加入市场现售分散剂260g，搅拌均匀，加入325目碳酸钙71kg进行预分散，分散均匀后，用泵送至两台串联的研磨机中，研磨介质为锆珠。研磨1h后补加240g市场现售分散剂。继续研磨6h后既得重质碳酸钙浆料，浆料固含量为73％，经过粒径仪测试，粒度98％的小于2um。

采用ISO2884-2-2003标准规定，用NDJ-1型旋转粘度计测得浆料粘度为231cps。各样品数据见表1。

表1

从表1可以看出同样的研磨条件下，使用本发明的分散剂，浆料粘度低，粒径小，分散性好且比较稳定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种新型分散剂的制备方法，是以丙烯酸为主要反应单体，加入甲基丙烯酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸、甲基丙烯磺酸钠中的一种或几种单体作为共聚单体，r-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷作为有机硅类单体参与聚合，以氧化还原体系为引发体系，通过水溶液聚合而成，用碱性物质中和。

2.根据权利要求1所述的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将共聚单体X，直接加入反应器中，加入一定量的水作为底料，升温到65℃搅拌溶解；

(2)将丙烯酸单体、共聚单体Y、一定量的水配成溶液，并用碱性物质中和至pH为4左右，再加入有机硅类单体、引发体系的还原剂配成滴加液A；

(3)将引发体系的氧化剂、一定量的水配成滴加液B；

(4)将溶液A、B在一定温度下采取滴加的方式在一定时间内加入到上述反应器中，再反应一段时间停止反应，降温至50℃以下，用碱性物质中和至pH为4左右，放料即可。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其中所用原料的质量份数为：丙烯酸单体为30-45份，共聚单体X和Y总量为5-18份，有机硅类单体为0.5-2.5份，引发体系的氧化剂还原剂总量为前述三种单体总量的6-10％，水为40-60份。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述共聚单体X选自马来酸酐或富马酸，所述共聚单体Y选自甲基丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠或衣康酸。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其中所述有机硅类单体选自r-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其中所述碱性物质为35-45％的片碱溶液。

7.根据权利要求2所述的制备方法，所述引发体系为过硫酸钠-次亚磷酸钠体系、过硫酸铵-亚硫酸氢钠、过氧化氢-硫酸亚铁体系中的一种或两种复合使用；所述引发体系中的氧化剂与还原剂的重量比例为1∶2-1.2∶2。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其中步骤(4)聚合反应的所述温度为75-85℃；所述滴加的时间为2.5-4h；所述反应时间为1-3h。

9.根据权利要求1-8任一所述方法制备的分散剂。

10.根据权利要求9所述的分散剂的应用，是将其作为湿磨碳酸钙的分散剂。