CN102274702A

CN102274702A - 一种嵌段高分子颜料分散剂、其制备方法及含该分散剂的颜料分散液

Info

Publication number: CN102274702A
Application number: CN2011101199663A
Authority: CN
Inventors: 林擘
Original assignee: Shandong Woerde Technology Development Co ltd
Current assignee: Shandong Woerde Technology Development Co ltd
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2011-12-14

Abstract

本发明涉及一种嵌段高分子颜料分散剂、其制备方法及含该分散剂的颜料分散液，分散剂其高分子链由溶剂化链和锚固段组成，高分子链的结构如下式(I)所示：其中，X₁为H或CH₃；Y₁选自C₁～C₁₀的烷基、含羟基的C₁～C₁₀的烷基中的一种或几种；X₂为H或CH₃；m＝10～200；n＝1～50。分散剂的锚固基团与颜料粒子间有强的亲和力，分散剂的溶剂化链段能很好地溶解在分散介质中，所以本专利所述的嵌段型高分子分散剂能快速湿润颜料粒子，缩短研磨时间。与聚胺基丙烯酸酯作锚固段分散剂相比，对颜料具有更好的分散性能，特别是在油性涂料中的无机颜料的分散效果显著。

Description

一种嵌段高分子颜料分散剂、其制备方法及含该分散剂的颜料分散液

技术领域

本发明涉及一种颜料分散剂，特别涉及一种嵌段高分子分散剂，属于高分子材料技术领域。

背景技术

在涂料、油墨等产业中，颜料的分散是制造技术的重要环节。颜料在涂料、油墨中形成固-液分散体，分散体系在热力学上是不稳定的，在制漆、储存、施工应用，甚至成膜过程中均可能发生聚集。为了得到均一稳定分散体，经常需要使用分散剂。使用传统的小分子分散剂时，体系的稳定性差，对漆膜外观、硬度及耐老化等性质也有不利影响。近年来高分子分散剂已成为新一代的高效分散剂，其对颜料的分散有显著效果，尤其对润湿性、稳定性等方面有相当大的作用，对颜料的应用性能也有较大改善。高分子分散剂是指分子质量在数千以上的具有表面活性的高分子化合物，本质上属于表面活性剂。在各种结构类型的高分子分散剂中，嵌段型高分子分散剂最有效。中国专利CN101045199A公开了一种高分子分散剂，其特性粘度为7.2～7.5厘泊，采用了甲氧基聚乙二醇为亲水链段，在介质水中伸展，起到空间稳定作用；使用酯基为锚定集团，起到锚定颜料的作用，可用于分散水性涂料中的无机颜料，却不能分散油性涂料中的无机颜料；中国专利CN101862619A公开了一种“嵌段高分子分散剂及其制备方法”，以聚胺基丙烯酸酯作锚固段，用于分散溶剂型涂料中的碳黑、有机颜料，对分散油性涂料中的无机颜料效果不理想。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足而提供一种嵌段高分子颜料分散剂及其制备方法。

一种嵌段高分子颜料分散剂，其高分子链由溶剂化链和锚固段组成，以聚丙烯酸酯嵌段作溶剂化链，聚丙烯酸嵌段或聚甲基丙烯酸嵌段作无机颜料锚固段，高分子链的结构如下式(I)所示：

其中，X₁为H或CH₃；Y₁选自C₁～C₁₀的烷基、含羟基的C₁～C₁₀的烷基中的一种或几种；X₂为H或CH₃；m＝10～200，优选20～180，更优选50～120；n＝1～50，优选5～40，更优选10～20。

上述嵌段高分子颜料分散剂中聚丙烯酸酯嵌段作溶剂化链，其分子量为1000～20000克/摩尔，在聚合物中聚丙烯酸酯嵌段含量为50～98％(质量分数)；聚丙烯酸嵌段或聚甲基丙烯酸嵌段作锚固段，其分子量为100～2000克/摩尔，在聚合物中聚丙烯酸嵌段或聚甲基丙烯酸嵌段含量为2～50％(质量分数)。

上述嵌段高分子颜料分散剂的制备方法，步骤如下：

(1)室温下向反应容器中先加入锚固段单体、引发剂、配体及溶剂通高纯氮进行机械搅拌0.5～1小时，然后加铜粉或铜丝反应0.5～4小时，再加入溶剂化链单体反应0.5～4小时，停止搅拌，过滤分离聚合物溶液和铜粉或铜丝；或者室温下向反应容器中先加入溶剂化链单体、引发剂、配体及溶剂通高纯氮进行机械搅拌0.5～1小时，然后加铜粉或铜丝反应0.5～4小时，再加入锚固段单体反应0.5～4小时，停止搅拌，过滤分离聚合物溶液和铜粉或铜丝；

(2)将聚合物溶液加入到反应容器中，升温到70摄氏度到90摄氏度后，向其中加入乙酸，保温5～8小时，得到嵌段型高分子分散剂。

所述的溶剂化链单体、引发剂、配体、铜粉或铜丝、锚固段单体、乙酸的投料摩尔比为10～200∶1∶0.1～1∶0.1～1∶1～50∶1～50。

所述的溶剂化链单体为CH₂C(X₁)COOY₁中的一种或几种，其中，X₁为H或CH₃；Y₁选自C₁～C₁₀的烷基、含羟基的C₁～C₁₀的烷基中的一种或几种。优选摩尔比为1∶1甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯的混合物。

所述的锚固段单体为CH₂C(X₂)COOH，其中，X₂为H或CH₃，优选为丙烯酸叔丁酯。

本发明所述的引发剂为卤代有机物；配体为五甲基二亚烷基三胺、三(2-氨基乙基)胺、三(N，N-二甲氨基乙基)胺等多胺基化合物；溶剂为甲醇、乙醇、二甲基亚砜、乙酸乙酯、或乙酸丁酯；铜粉粒径为0.5～1000微米；铜丝直径为0.1～5毫米。

上述嵌段高分子颜料分散剂在分散无机颜料特别是油性涂料中的无机颜料中的应用，如分散钛白粉、铬绿等。

含上述嵌段高分子颜料分散剂的颜料分散液，由下列重量份比的物质组成：所述嵌段型高分子颜料分散剂1～3份，醇酸树脂100～120份，乙酸丁酯50～60份，钛白粉30～40份。

传统的小分子分散剂由于在颜料粒子表面的吸附不十分牢固，容易从粒子表面上解吸从而导致被分散的颜料粒子重新聚集或沉淀，体系的长期稳定性欠佳，小分子分散剂对漆膜外观、硬度及耐老化等性质也有不利影响。

本发明所述的嵌段型高分子分散剂从根本上解决了传统小分子分散剂的缺陷，嵌段型高分子分散剂的分子链由聚丙烯酸酯嵌段和聚(甲基)丙烯酸嵌段组成，聚丙烯酸酯嵌段作溶剂化链，可防止储存过程中颜料絮凝和沉淀，可根据需要通过调整丙烯酸酯的种类及用量使聚丙烯酸酯嵌段与基体具有很好的相容性；聚丙烯酸嵌段作颜料锚固段，通过氢键、配位键、酸碱相互作用等相互作用吸附在无机颜料粒子表面上。

本发明的优点：1)采用单电子转移活性自由基聚合制备嵌段型高分子分散剂，制备得到的嵌段型高分子分散剂颜色浅，接近无色可直接使用，合成工艺简单；2)因为嵌段型高分子分散剂的锚固基团与颜料粒子间有强的亲和力，分散剂的溶剂化链段能很好地溶解在分散介质中，所以本专利所述的嵌段型高分子分散剂能快速湿润颜料粒子，缩短研磨时间；3)聚丙烯酸酯链的空间位阻使颜料解絮凝，并可防止储存过程中颜料絮凝和沉淀；4)解絮凝的颜料颗粒很小，从而可获得高光泽、增进颜色强度，增加透明度和遮盖力；5)本专利合成的聚丙烯酸嵌段或聚甲基丙烯酸嵌段作无机颜料锚固段分散剂与聚胺基丙烯酸酯作锚固段分散剂相比，对颜料具有更好的分散性能，特别是在油性涂料中的无机颜料的分散效果显著。

具体实施方式

下面的具体实施例是对本发明作出的进一步说明，并不是对发明内容的限制。

实施例1：

25℃，向500ml四口瓶中加入甲基丙烯酸甲酯(50.06g，0.5mol)、丙烯酸丁酯(64.08g，0.5mol)、2-溴丙酸甲酯(1.67g，0.01mol)、五甲基二亚烷基三胺(0.3466g，0.002mol)、乙醇(130g)，机械搅拌250转/分，通高纯氮气30分钟后，加0.5毫米铜丝0.4g。4小时后，加入丙烯酸叔丁酯(15.4g，0.12mol)，2小时后，停止搅拌，过滤分离铜丝。将聚合物溶液加入到反应容器中，升温到80摄氏度，向其中加入乙酸(7.2g，0.12mol)，保温8小时，得到嵌段型高分子分散剂。制得如式(I)所示的聚(甲基丙烯酸甲酯-co-丙烯酸丁酯-b-丙烯酸)嵌段聚合物，其中m＝100，n＝12，单体转化率98％，固含量50％。

实施例2：

25℃，向500ml四口瓶中加入甲基丙烯酸甲酯(40.05g，0.4mol)、丙烯酸丁酯(51.26g，0.4mol)、2-溴丙酸甲酯(1.67g，0.01mol)、五甲基二亚烷基三胺(0.692g，0.004mol)、乙醇(70g)，机械搅拌250转/分，通高纯氮气30min，后加粒径0.5毫米铜粉0.5g。4小时后，加入丙烯酸叔丁酯(12.8g，0.01mol)，2小时后，停止搅拌，过滤分离铜丝。将聚合物溶液加入到反应容器中，升温到80摄氏度，向其中加入乙酸(6g，0.1mol)，保温8小时，得到嵌段型高分子分散剂。制得如式(I)所示的聚(甲基丙烯酸甲酯-co-丙烯酸丁酯-b-丙烯酸)嵌段聚合物，其中m＝80，n＝10，单体转化率99％，固含量60％。

实施例3：

25℃，向500ml四口瓶中加入丙烯酸叔丁酯(15.4g，0.12mol)、三溴甲烷(2.53g，0.01mol)、三(2-氨基乙基)胺(0.46g，0.002mol)、乙醇(106g)，机械搅拌250转/分，通高纯氮气30分钟后，加0.5毫米铜丝0.4g。2小时后，加入甲基丙烯酸甲酯(50.06g，0.5mol)、丙烯酸丁酯(64.08g，0.5mol)，4小时后，停止搅拌，过滤分离铜丝。将聚合物溶液加入到反应容器中，升温到80摄氏度，向其中加入乙酸(7.2g，0.12mol)，保温8小时，得到嵌段型高分子分散剂。制得聚(丙烯酸-b-甲基丙烯酸甲酯-co-丙烯酸)嵌段聚合物，其中m＝100，n＝12，单体转化率97％，固含量55％。

应用举例

实验组：醇酸树脂、实施例1-3制得分散剂、乙酸丁酯按质量比100∶1∶50在球磨机中混合均匀，后加入30份质量的钛白粉，研磨分散4小时。对比组分别为无分散剂和专利CN101862619A中实施例1-3的分散剂。

室温16秒-1剪切速率时，测各组浆料的粘度取平均，实验组浆料的平均粘度为1000mPa.s，无分散剂的粘度为1600mPa.s，用专利CN101862619A中分散剂浆料平均粘度1300mPa.s。

Claims

1.一种嵌段高分子颜料分散剂，其高分子链由溶剂化链和锚固段组成，其特征是，高分子链的结构如下式(I)所示：

其中，X₁为H或CH₃；Y₁选自C₁～C₁₀的烷基、含羟基的C₁～C₁₀的烷基中的一种或几种；X₂为H或CH₃；m＝10～200；n＝1～50。

2.根据权利要求1所述的嵌段高分子颜料分散剂，其特征是，聚丙烯酸酯嵌段作溶剂化链，其分子量为1000～20000克/摩尔，在聚合物中聚丙烯酸酯嵌段含量为50～98％；聚丙烯酸嵌段或聚甲基丙烯酸嵌段作锚固段，其分子量为100～2000克/摩尔，在聚合物中聚丙烯酸嵌段或聚甲基丙烯酸嵌段含量为2～50％。

3.权利要求1所述的嵌段高分子颜料分散剂的制备方法，其特征是，步骤如下：

4.根据权利要求3所述的嵌段高分子颜料分散剂的制备方法，其特征是，所述的溶剂化链单体、引发剂、配体、铜粉或铜丝、锚固段单体、乙酸的投料摩尔比为10～200∶1∶0.1～1∶0.1～1∶1～50∶1～50。

5.根据权利要求4所述的嵌段高分子颜料分散剂的制备方法，其特征是，所述的溶剂化链单体为CH₂C(X₁)COOY₁中的一种或几种，其中，X₁为H或CH₃；Y₁选自C₁～C₁₀的烷基、含羟基的C₁～C₁₀的烷基中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的嵌段高分子颜料分散剂的制备方法，其特征是，所述的溶剂化链单体为摩尔比1∶1的甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯的混合物。

7.根据权利要求4所述的嵌段高分子颜料分散剂的制备方法，其特征是，所述的锚固段单体为CH₂C(X₂)COOH，其中，X₂为H或CH₃。

8.根据权利要求7所述的嵌段高分子颜料分散剂的制备方法，其特征是，所述的锚固段单体为丙烯酸叔丁酯。

9.根据权利要求3所述的嵌段高分子颜料分散剂的制备方法，其特征是，所述的引发剂为卤代有机物；配体为五甲基二亚烷基三胺、三(2-氨基乙基)胺或三(N，N-二甲氨基乙基)胺；溶剂为甲醇、乙醇、二甲基亚砜、乙酸乙酯、或乙酸丁酯；铜粉粒径为0.5～1000微米；铜丝直径为0.1～5毫米。

10.含权利要求1所述的嵌段高分子颜料分散剂的颜料分散液，其特征是，由下列重量份比的物质组成：所述嵌段型高分子颜料分散剂1～3份，醇酸树脂100～120份，乙酸丁酯50～60份，钛白粉30～40份。