CN102432800A - 一种水油两用分散剂及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水油两用分散剂及其制备方法和用途，旨在提供一种不含有机溶剂，零VOC，符合现在的环保要求，既能与水性体系相容，又能与油性体系相容的分散剂；该两用分散剂是由下述步骤制得，1)聚醚多元醇或聚醚多元胺与ε-己内酯以摩尔比4∶1～1∶4反应得中间体A；2)将中在中间体A中加入10～25wt％的多异氰酸酯反应，得到中间体B；3)向中间体B中加入分子式为YMNH₂的化合物，其中：Y为-OH、-COOH、-SO₃H，M为-Ph、-R；反应2～5小时，降至室温，即得该分散剂；该分散剂用于涂料、油墨体系中分散无机颜料、有机颜料及炭黑；属于高分子材料技术领域。

Description

一种水油两用分散剂及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及分散剂，具体的说，本发明涉及一种水油两用分散剂及其制备方法和用途，属于高分子材料技术领域。

背景技术

颜填料广泛应用于涂料、油墨、塑料中，而要把颜填料很好的分散于液态体系中，需要经历润湿、高速剪切分散及后期的稳定三个阶段，一些极性较高的树脂或者润湿剂在润湿阶段能起到作用，高速剪切旨在打散颜填料聚集体，使其恢复到初始粒子状态，这样它们的一些特性如色相、遮盖/透明度等才能显现出来，而在后期的稳定阶段，分散剂的作用就真正显示出来了，它依靠电荷作用(乳液体系)、空间位阻(溶剂型体系)或者二者的结合(水稀释性体系)来防止颜填料颗粒再次絮凝。

可用作分散剂的物质很多，如脂肪酸胺盐、磷酸盐、硫酸盐等小分子物质，也有一些结构较复杂的大分子分散剂，如聚氨酯类、由各种丙烯酸单体共聚而得的聚丙烯酸酯类、聚酯类、聚酰胺类等等。但是上述的几类物质由于其本身结构的限制，与体系的相容性有限，如有些只适用于中低极性体系，有些只适用于中高极性体系，这样给客户带来使用上的不便，同时也增加较大的经济负担。

发明内容

针对上述问题，本发明公开一种既能与水性体系相容，又能与油性体系相容的分散剂及其制备方法和用途。

本发明的前一技术方案是这样的：一种水油两用分散剂，该分散剂由下述方法制备：

1)将分子式为式(I)的聚醚多元醇或聚醚胺与ε-己内酯以摩尔比4∶1～1∶4加入到反应器中，升温至150～180℃，反应脱水4～6小时，得中间体A；

                                式(I)

其中：X为-OH或-NH₂，

      a/b＜1；

2)将中间体A以60～80wt％加入到另一反应器中，加入10～25wt％的多异氰酸酯，通N₂保护，升温至60～90℃，加入0.001～0.1wt％的有机金属催化剂，反应2～4小时，得到中间体B；

其中，所述的多异氰酸酯为亲水性多异氰酸酯且固含量大于98％；

3)向中间体B中加入1～10wt％分子式为式(II)的物质：

                             YMNH₂，

                             式(II)

其中：Y为-OH、-COOH、-SO₃H，M为-Ph、-R；

80～110℃反应2～5小时，降至室温，即得该水油两有分散剂。

上述的一种水油两用分散，所述的聚醚多元醇或聚醚胺的摩尔质量为500～3000g/mol。

上述的一种水油两用分散剂，所述的多异氰酸酯化合物为脂肪族聚异氰酸酯、脂环族多异氰酸酯，异脲氰酸酯、酮二脲、氨基甲酸酯、脲基甲酸酯、缩二脲、脲、噁二嗪三酮、噁唑烷酮、酰脲或碳二亚胺结构的异氰酸酯的其中之一。

进一步，上述的一种水油两用分散剂，所述的多异氰酸酯为1，6-六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、2，2，4-三甲基-1，6-己二异氰酸酯、2，4，4-三甲基-1，6-己二异氰酸酯、4，4`-异氰酸酯环己酯基甲烷、异氰酸甲酯基-1，8-辛烷二异氰酸酯、1，4-环己而异氰酸酯、1，4-苯二异氰酸酯、2，4--甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、三苯基甲烷-4，4′，4′-三异氰酸酯、1，3-和1，4-二(2-异氰酸丙-2-酯基)苯、1，3-二(异氰酸甲酯基)苯、1，5-萘二异氰酸酯、2，4′-或4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、含两个以上NCO基团的且具有脲二酮、异氰酸酯、氨基甲酸酯、脲基甲酸酯、缩二脲、亚氨基噁二嗪二酮和或噁二嗪三酮结构的衍生物的其中之一。

进一步，上述的一种水油两用分散剂，所述的有机金属催化剂为二月桂酸二丁基锡或者有机铋的其中之一。

本发明的后一技术方案是这样的：该水油两用分散剂的制备方法，依次包括下述步骤：

依次包括下述步骤：

1)将分子式为式(I)的物质与ε-己内酯以摩尔比4∶1～1∶4加入到反应器中，升温至150～180℃，反应脱水4～6小时，得中间体A；

                                式(I)

其中：X为-OH或-NH₂

      a/b＜1

2)将中间体A以60～80wt％加入到另一反应器中，加入10～25wt％的多异氰酸酯，通N₂保护，升温至60～90℃，加入0.001～0.1wt％的有机金属催化剂，反应2～4小时，得到中间体B；

3)向中间体B中加入1～10wt％分子式为式(II)的物质：

                             YMNH₂，

                             式(II)

其中：Y为-OH、-COOH、-SO₃H，M为-Ph、-R；

80～110℃度反应2～5小时，降至室温，即得该分散剂。

本发明还有一个技术方案是这样的：上述的水油两用分散剂作为无机颜料、有机颜料及炭黑、油墨体系的分散剂。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明所提供的水油两用分散剂不含有机溶剂，零VOC，符合现在的环保要求；

2.本发明所提供的水油两用分散剂，既能与水性体系相容，又能与油性油性体系相容；也可以与醇酸树脂、热塑丙烯酸树脂、热固丙烯酸树脂、饱和聚酯、聚氨酯树脂相容。

3.本发明所提供的方法所制备的水油两用分散剂，对多数颜填料都有很好的分散稳定作用，尤其适用于中高色素碳黑如特黑6#、FW200，具有优良的展色力和极佳的储存稳定性。

4.本发明所提供的制备方法，反应过程平稳可控，工艺简单，节约了能耗。

5.本发明所提供的水油两用分散剂，广泛应用于烤漆、汽车修补漆、塑胶漆及油墨等领域。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的进行详细说明，但不够成对本发明的任何限制。

实施例1

1)向100mL四口烧瓶，配有温度计、N₂、加热和搅拌装置，加入42克JEFFAMINE M-2070(聚醚单胺，Hustmans公司，平均相对分子量2000，EO/PO＝31/10)和4.82克ε-己内酯，升温至160℃，脱水5小时，得中间体A₁；

2)向500mL，配有温度计、N₂、加热和搅拌装置的四口烧瓶，加入70克中间体A₁，15克Desmodur N3400(HDI，NCO％＝21.8％，Bayer公司)，升温至80℃，加入0.005克T-12(美国气体公司)，反应3小时至NCO％反应掉约92％得到目标中间体B₁。

3)加入3.5克3-氨基丙醇于中间体B₁中，升温至100℃反应5小时至胺值小于50mgKOH/g，降至室温，即得产品。

实施例2

1)向100mL四口烧瓶，配有温度计、N₂、加热和搅拌装置，加入42克JEFFAMIN ED-600(聚醚二胺，平均相对分子量600，EO/PO摩尔比＝9/3.6))和4.82克ε-己内酯，升温至160℃，脱水6小时，得中间体A₂。

2)向500mL，配有温度计、N₂、加热和搅拌装置的四口烧瓶，加入75克中间体A₂，18克Bahydur N3100(HDI，NCO％＝17.4％，Bayer公司)，升温至80℃，加入0.008克T-12(美国气体公司)，反应3小时至NCO％反应掉约90％，得到目标中间体B₂。

3)加入3克苯胺于中间体B₂中，升温至100℃反应4小时至胺值小于50mgKOH/g，降至室温，即得产品。

实施例3

1)向100mL四口烧瓶，配有温度计、N₂、加热和搅拌装置，加入42克聚醚多元醇(聚合物多元醇EO/PO共聚物，平均相对分子量2000，EO/PO＝2/1)和2.41克ε-己内酯，升温至180℃，脱水6小时，得中间体A₃。

2)500mL四口烧瓶，配有温度计、N₂、加热和搅拌装置，加入82克中间体A₃，18克2，4，4-三甲基-1，6-己二异氰酸酯(TMDI，NCO％＝39.7％，Bayer公司)，升温至80℃，加入0.005克T-12(美国气体公司)，反应数小时至NCO％反应掉约90％，得到目标中间体B₃。

3)加入3.6克对氨基苯甲酸于中间体B₃中，升温至100℃反应2小时至胺值小于60mgKOH/g，降至室温，即得产品。

实施例4

1)向100mL四口烧瓶，配有温度计、N₂、加热和搅拌装置，加入84克聚醚多元醇(聚合物多元醇EO/PO共聚物，平均相对分子量3000，EO/PO＝3/1)和2.41克ε-己内酯，升温至180℃，脱水4小时，得中间体A₄。

2)向500mL，配有温度计、N₂、加热和搅拌装置的四口烧瓶，加入82克中间体A₄，18克IPDI(异佛尔酮二异氰酸，NCO％＝37.5％)，升温至80℃，加入0.01克Neobi 200(美国Sheperd化工公司，有机铋型催化剂，金属含量19.3～20.7)，反应4小时至NCO％反应掉约90％，得到目标中间体B₄。

3)加入2.7克对氨基苯磺酸于目标中间体B₄中，升温至100℃反应5小时至酸值小于50mgKOH/g，降至室温，即得产品。

实施例5

1)向100mL四口烧瓶，配有温度计、N₂、加热和搅拌装置，加入40克JEFFAMINE M-2070(聚醚单胺，Hustmans公司，平均相对分子量3000，EO/PO＝31/10)和3.9克ε-己内酯，升温至160℃，脱水5小时，得中间体A₅；

2)向500mL，配有温度计、N₂、加热和搅拌装置的四口烧瓶，加入60克中间体A₅，15克二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI，NCO％＝31.8％)，升温至75℃，加入0.005克T-12(美国气体公司)，反应3小时至NCO％反应掉约92.5％得到目标中间体B₅。

3)加入4.0克3-氨基丙醇于中间体B₅中，升温至100℃反应5小时至胺值小于48mgKOH/g，降至室温，即得产品。

实施例6

1)向100mL四口烧瓶，配有温度计、N₂、加热和搅拌装置，加入42克JEFFAMIN ED-600(聚醚二胺，平均相对分子量600，EO/PO摩尔比＝9/3.6))和4.82克ε-己内酯，升温至160℃，脱水6小时，得中间体A₆。

2)向500mL，配有温度计、N₂、加热和搅拌装置的四口烧瓶，加入75克中间体A₆，18克4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI，NCO％＝19.5％，Bayer公司)，升温至85℃，加入0.008克T-12(美国气体公司)，反应3小时至NCO％反应掉约90％，得到目标中间体B₆。

3)加入3克苯胺于中间体B₆中，升温至100℃反应4小时至胺值小于50mgKOH/g，降至室温，即得产品。

以上实施例仅为本发明优选列举的实施方式，本领域技术人员根据本发明权利要求里所限定的工艺条件和反应底物均可实施本发明。

实施例7 所得水油两用分散剂的相容性试验

A、与树脂相容性

醇酸树脂

热固丙烯酸

热塑丙烯酸

环氧树脂

PU

NC

实施例1

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实施例2

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实施例3

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实施例4

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实施例5

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实施例6

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市售竞争品1

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市售竞争品2

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备注：+相容 ○微浑 -不相容

B、与溶剂相容性

水

正丁醇

乙二醇丁醚

丁酮

醋酸丁酯

二甲苯

实施例1

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实施例2

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实施例3

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实施例4

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实施例5

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实施例6

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市售竞争品1

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市售竞争品2

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备注：+清澈、可溶 ○乳白色 -浑浊、不溶

实施例8 所得水油两用分散剂在热塑性丙烯酸体系中的性能试验

细度测试：按照GB-T 6753.1-1986进行测试。

粘度测试：采用涂3杯测试，测试方法与GB/T 1723-1993类似。

光泽测试：按照GB/T 9754-1988进行测试。

着色力测试：按照GB/T 5211.19-1988进行测试。

测试配方如下：

分散剂分散特黑6#测试结果如下表：

分散剂分散酞菁蓝15:4测试结果如下表：

从测试结果可以看出，本发明制备的水油通用性分散剂制备工艺简单，不含有机溶剂，零VOC，符合环保要求。且相容性广泛，与多种体系相容，研磨有机颜料和炭黑与同行业产品相比，具有较高的研磨效率、极好的降粘能力、优异的展色力及极佳的储存稳定性。

Claims (7)

1.一种水油两用分散剂，其特征在于，该分散剂由下述方法制备：

1)将分子式为式(I)的聚醚多元醇或聚醚胺与ε-己内酯以摩尔比4∶1～1∶4加入到反应器中，升温至150～180℃，反应脱水4～6小时，得中间体A；

                                式(I)

其中：X为-OH或-NH₂，

      a/b＜1；

2)将中间体A以60～80wt％加入到另一反应器中，加入10～25wt％的多异氰酸酯，通N₂保护，升温至60～90℃，加入0.001～0.1wt％的有机金属催化剂，反应2～4小时，得到中间体B；

其中，所述的多异氰酸酯为亲水性多异氰酸酯且固含量大于98％；

3)向中间体B中加入1～10wt％分子式为式(II)的物质：

                             YMNH₂，

                             式(II)

其中：Y为-OH、-COOH、-SO₃H，M为-Ph、-R；

80～110℃反应2～5小时，降至室温，即得该水油两有分散剂。

2.根据权利要求1所述的一种水油两用分散，其特征在于，所述的聚醚多元醇或聚醚胺的摩尔质量为500～3000g/mol。

3.根据权利要求1所述的一种水油两用分散剂，其特征在于，所述的多异氰酸酯化合物为脂肪族聚异氰酸酯、脂环族多异氰酸酯，异脲氰酸酯、酮二脲、氨基甲酸酯、脲基甲酸酯、缩二脲、脲、噁二嗪三酮、噁唑烷酮、酰脲或碳二亚胺结构的异氰酸酯的其中之一。

4.根据权利要求3所述的一种水油两用分散剂，其特征在于，所述的多异氰酸酯为1，6-六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、2，2，4-三甲基-1，6-己二异氰酸酯、2，4，4-三甲基-1，6-己二异氰酸酯、4，4`-异氰酸酯环己酯基甲烷、异氰酸甲酯基-1，8-辛烷二异氰酸酯、1，4-环己而异氰酸酯、1，4-苯二异氰酸酯、2，4--甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、三苯基甲烷-4，4′，4′-三异氰酸酯、1，3-和1，4-二(2-异氰酸丙-2-酯基)苯、1，3-二(异氰酸甲酯基)苯、1，5-萘二异氰酸酯、2，4′-或4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、含两个以上NCO基团的且具有脲二酮、异氰酸酯、氨基甲酸酯、脲基甲酸酯、缩二脲、亚氨基噁二嗪二酮和或噁二嗪三酮结构的衍生物的其中之一。

5.根据权利要求1所述的一种水油两用分散剂，其特征在于，所述的有机金属催化剂为二月桂酸二丁基锡或者有机铋的其中之一。

6.权利要求1所述的一种水油两用分散剂的制备方法，其特征在于，依次包括下述步骤：

1)将分子式为式(I)的物质与ε-己内酯以摩尔比4∶1～1∶4加入到反应器中，升温至150～180℃，反应脱水4～6小时，得中间体A；

                                式(I)

其中：X为-OH或-NH₂

      a/b＜1

2)将中间体A以60～80wt％加入到另一反应器中，加入10～25wt％的多异氰酸酯，通N₂保护，升温至60～90℃，加入0.001～0.1wt％的有机金属催化剂，反应2～4小时，得到中间体B；

3)向中间体B中加入1～10wt％分子式为式(II)的物质：

                            YMNH₂，

                            式(II)

其中：Y为-OH、-COOH、-SO₃H，M为-Ph、-R；

80～110℃度反应2～5小时，降至室温，即得该水油两有分散剂。

7.权利要求1所述的水油两用分散剂用于涂料、油墨体系中分散无机颜料、有机颜料及炭黑。