CN102433039B - 一种水性高分子分散剂及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水性高分子分散剂及其制备方法和用途；旨在提供一种不含VOC，符合环保要求，应用于水性木器漆、汽车漆、塑胶漆及水墨等领域的分散剂；其技术要点是：该分散剂具有下述(I)的结构式；制备方法是：1)将异丙醇和去离子水加入反应器中，升温至70～80℃；2)将苯乙烯、MPEGMA、DMAEMA、HEMA、AA，链转移剂混合均匀，制成混合液A；3)将0.5～5wt％引发剂溶解到异丙醇中，制成混合液B；4)将混合液A、混合液B同时滴加至步骤1)所述的反应器中；5)滴加完后在70～80℃保温；6)再降温至35～45℃，调节pH为7～9；7)抽真空除去异丙醇，即得；属于高分子材料技术领域。

Description

一种水性高分子分散剂及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种分散剂，具体的说，是一种水性高分子分散剂，本发明还涉及该高分子分散剂的制备方法和用途，属于高分子材料技术领域。

背景技术

各种涂料、油墨在工业生产和人们的日常生活中起着重要的作用；以颜料为着色剂的涂料和油墨主要由颜料、载体和少量助剂组成，传统的载体多为有机溶剂。众所周知有机溶剂易挥发，挥发至大气中的有机物会改变地表大气层的臭氧组成，并产生光化学烟雾，是大气环境的重要污染源之一。在八十年代中期，美国和欧洲各国先后颁布了控制可挥发有机化合物(volatile organic compounds)的法规，迫使许多工业部门积极开发能够替代的产品。涂料和油墨工业所使用的有机溶剂是挥发至大气中的有机溶剂的主要来源之一，开发环境友好型的水性涂料和油墨日益引起人们的关注，世界各国也投入了大量的人力物力，现已有多种产品面世。影响水性涂料和油墨性质的主要因素包括成膜物的性质、颜料和其它各种助剂的分散稳定性等。其中，颜料能否在体系中均匀分散且保持稳定，决定着涂料的光泽、遮盖力等应用性能。因此研究开发能够在水性体系中稳定分散颜料的高效分散剂，是近年来开发水性涂料和油墨的重要课题之一。

应用于水性体系中的分散剂主要有三种：无机小分子、有机小分子和高分子分散剂。无机小分子分散剂如磷酸盐、硅酸盐、碳酸盐等主要靠静电排斥稳定颜填料，对外界因素如pH、温度、剪切力等敏感。有机小分子分散剂主要指一些表面活性剂，主要靠静电排斥(阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂)或空间位阻(非离子表面活性剂如烷基酚、脂肪醇与环氧乙烷反应产物等)来稳定颜填料，但是由于它们分子量都很小(一般都小于2000g/mol)，在颜填料粒子表面吸附不牢固，容易从粒子表面解吸而导致分散的粒子又重新聚集或沉淀。

发明内容

针对上述不足，本发明公开一种不含VOC，符合环保要求的水性高分子分散剂，本发明还公开该水性高分子分散剂的制备方法及其用途。

本发明的前一技术方案是这样的：一种水性高分子分散剂，具有如下(I)的结构式：

其中其中：M为Na⁺或者NH₄ ⁺；q为2～44之间的整数，

苯乙烯含量10～30wt％；MPEGMA含量5～30wt％；DMAEMA含量1～20wt％；HEMA含量1～20wt％；AA含量1～20wt％。。

本发明的后一技术方案是这样的：一种水性高分子分散剂的制备方法，依次包括下述步骤：

1)将10～20wt％异丙醇和10～20wt％去离子水加入反应器中，升温至70～80℃；

2)将10～30wt％苯乙烯，5～30wt％MPEGMA，1～20wt％DMAEMA，1～20wt％HEMA1～20wt％AA，0.5～5wt％链转移剂混合均匀，制成混合液A；

3)将0.5～5wt％引发剂溶解到10～20wt％异丙醇中，制成混合液B；

4)将混合液A、混合液B同时滴加至步骤1)所述的反应器中；

5)滴加完后在70～80℃保温1～2h；

6)再降温至35～45℃，滴加碱中和至溶液pH为7～9；

7)抽真空除去异丙醇。

上述的一种水性高分子分散剂的制备方法，所述的MPEGMA的摩尔质量为200～2000g/mol。

上述的一种水性高分子分散剂的制备方法，所述的链转移剂为烷基硫醇。

进一步的，上述的一种水性高分子分散剂的制备方法，所述的烷基硫醇为十二烷基硫醇或3-巯基丙烯酸异辛酯的其中之一。

上述的一种水性高分子分散剂的制备方法，所述的引发剂为过氧化物类引发剂或偶氮引发剂的其中之一。

进一步的，上述的一种水性高分子分散剂的制备方法，所述的引发剂为AIBN(偶氮二异丁氰)或者BPO(过氧化苯甲酰)。

进一步的，上述的一种水性高分子分散剂的制备方法，所述的碱为氨水或者NaOH的水溶液。

更进一步的，上述的一种水性高分子分散剂的制备方法，步骤4)所述的混合液A的滴加速度为0.05～0.5g/min。

更进一步的，上述的一种水性高分子分散剂的制备方法，步骤4)所述的混合液B的滴加速度为0.01～0.2g/min。

本发明还有公开了上述水性高分子分散剂用于水性木器漆、汽车漆、塑胶漆及水墨分散体系中的用途。

与现有技术相比，本发明具体如下优点：

1.本发明所提供的水性高分子分散剂不含VOC，符合环保要求，广泛应用于水性木器漆、汽车漆、塑胶漆及水墨等领域。

2.本发明所提供的水性高分子分散剂，对颜填料有很好的分散稳定作用，与竞争品相比具有极佳的展色力和降粘能力。

3.本发明所提供的水性高分子分散剂，研磨效率高，可用于无树脂色浆的研磨。

4.本发明所提供的水性高分子分散剂的制备方法反应过程平稳可控，工艺简单。

附图说明

图1是本发明水性高分子分散剂的红外谱图；

图2是本发明水性高分子分散剂凝胶色谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，都不构成对本发明的任何限制。

实施例1

该水性高分子分散剂的制备依次包括下述步骤：

1)向500mL带有加热、搅拌、冷凝装置的四口烧瓶中，加入15克异丙醇和15克去离子水，升温至75℃；

2)将10克苯乙烯，15克MPEGMA(聚乙二醇单醚甲基丙烯酸酯，分子量为350g/mol，DEGUSSA公司)，5克DMAEMA(甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯)，6克HEMA(甲基丙烯酸β-羟乙酯)，6克AA(丙烯酸)，1克十二烷基硫醇混合均匀，制成混合液A₁；

3)将1克AIBN(偶氮二异丁氰)溶解到15克异丙醇中，制成混合液B₁；

4)将混合液A₁、混合液B₁同时滴加至步骤1)中的四口烧瓶中，2h滴加完；

5)滴加完后75℃保温1h；

6)降温至40℃，滴加NaOH(30wt％水溶液)中和至溶液pH为7；

7)抽真空除去异丙醇，再用去离子水将产物稀释至40wt％固含，即该水性高分子分散剂的质量百含量为40％。

实施例2

1)向500mL带有加热、搅拌、冷凝装置的四口烧瓶中，加入20克异丙醇和20克去离子水，升温至70℃；

2)将12克苯乙烯，18克MPEGMA(分子量为500g/mol，DEGUSSA公司)，8克DMAEMA，7克HEMA，10克AA，1.5克IOMP混合均匀，制成混合液A₂；

3)将2克AIBN溶解到20克异丙醇中，制成混合液B₂；

4)将混合液A₂、混合液B₂同时滴加至步骤1)中的四口烧瓶中，3h滴加完；

5)滴加完后70℃保温2h；

6)降温至35℃，滴加NaOH(30wt％水溶液)中和至溶液pH为9；

7)抽真空除去异丙醇，再用去离子水将产物稀释至40wt％固含，即该水性高分子分散剂的重量百分含量为40％。

实施例3

1)向500mL带有加热、搅拌、冷凝装置的四口烧瓶中，加入20克异丙醇和20克去离子水，升温至80℃；

2)将8克苯乙烯，12克MPEGMA(分子量为350g/mol，DEGUSSA公司)，5克DMAEMA，8克HEMA，6克AA，2克IOMP混合均匀，制成混合液A；

3)将2.5克BPO(过氧化苯甲酰)溶解到20克异丙醇中，制成混合液B₃；

4)将混合液A₃、混合液B₃同时滴加至步骤1)中的四口烧瓶中，2～4h滴加完；

5)滴加完后80℃保温1h；

6)降温至45℃，滴加氨水中和至溶液pH为9；

7)抽真空除去异丙醇，再用去离子水将产物稀释至35wt％固含，即该水性高分子分散剂的重量百分含量为35％。

实施例4

1)向500mL带有加热、搅拌、冷凝装置的四口烧瓶中，加入20克异丙醇和19克去离子水，升温至70℃；

2)将10克苯乙烯，18克MPEGMA(分子量为500g/mol，DEGUSSA公司)，8克DMAEMA，7克HEMA，7克AA，1.5克IOMP混合均匀，制成混合液A₂；

3)将2克AIBN溶解到20克异丙醇中，制成混合液B₂；

4)将混合液A₂、混合液B₂同时滴加至步骤1)中的四口烧瓶中，2～4h滴加完；

5)滴加完后70℃保温3h；

6)降温至35℃，滴加NaOH(30wt％水溶液)中和至溶液pH为9；

7)抽真空除去异丙醇，再用去离子水将产物稀释至40wt％固含，即该水性高分子分散剂的重量百分含量为40％。

实施例5

1)向500mL带有加热、搅拌、冷凝装置的四口烧瓶中，加入23克异丙醇和20克去离子水，升温至85℃；

2)将8克苯乙烯，12克MPEGMA(分子量为350g/mol，DEGUSSA公司)，5克DMAEMA，8克HEMA，6克AA，2克IOMP混合均匀，制成混合液A；

3)将2.5克BPO(过氧化苯甲酰)溶解到20克异丙醇中，制成混合液B₃；

4)将混合液A₃、混合液B₃同时滴加至步骤1)中的四口烧瓶中，2～4h滴加完；

5)滴加完后80℃保温1.5h；

6)降温至40℃，滴加氨水中和至溶液pH为8.5；

7)抽真空除去异丙醇，再用去离子水将产物稀释至38wt％固含，即该水性高分子分散剂的重量百分含量为38％。

实施例6

所得水性高分子分散剂的无树脂研磨应用性能测试

应用配方如表1：

表1

项目	1	2
			分散剂	12.5％	21.1％
去离子水	49.7％	54.8％
			酞菁蓝15:3	37.5％	-
特黑4#	-	23.8％
			消泡剂	0.3％	0.3％
合计	100％	100％

备注：上面所述的数据为质量百分比

细度测试：按照GB-T 6753.1-1986进行测试。

粘度测试：按照GB/T 22235-2008进行测试。

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。

分散剂分散特黑4#测试结果如下表2：

表2

分散剂分散酞菁蓝15:3测试结果如下表3：

表3

从测试结果可以看出，本发明制备的水性高分子分散剂，不含VOC，符合环保要求。在无树脂体系中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。

产品分析

聚合物红外(FT-IR)分析

将产物在100～105℃干燥恒重后，采用KBr压片法制样，进行IR分析。该过程使用美国NICOLET550-II型红外光谱仪进行红外光谱分析。

仪器规格：400～4000cm^-1，分辨率0.3cm^-1，使用KBr分束器(7400～350cm^-1)，光学台可以连续动态调整，DTGS检测器(7600～350cm^-1)，EVER-GLOIR光源。

凝胶色谱(GPC)测量共聚物的分子量及其分布

采用Waters 410GPC系统，Waters 410示差监测器和486紫外监测器(254nm)，色谱级THF作为流动相，流速1mL/min，测试温度40℃，分子量和分子量分布结果用PS标准样品进行校正。

FT-IR(KBr，图1)：703，765cm^-1(苯环C-H弯曲振动)，856cm^-1(C(＝O)O振动)，1126cm^-1(C-O-C伸缩振动)，1205cm^-1(C-N伸缩振动)，1355cm^-1(CH₂弯曲振动)，1575，1408cm^-1(COO^-吸收带)，1590，1460cm^-1(苯环骨架振动)，1730cm^-1(C＝O伸缩振动)，2880～2950cm^-1(CH₃，CH₂伸缩振动)，3030～3100cm^-1(苯环CH伸缩振动)，3448cm^-1(OH伸缩振动)。

Claims (8)

1.一种水性高分子分散剂的制备方法，其特征在于，该水性高分子分散剂具有下述（Ⅰ）的结构式：

其中：M为Na+或者NH4+；q为2～44之间的整数，

苯乙烯含量10～30wt%；MPEGMA含量5～30wt%；DMAEMA含量1～20wt%；HEMA含量1～20wt%；AA含量1～20wt%；

该水性高分子分散剂的制备方法，依次包括下述步骤：

1）将10～20wt%异丙醇和10～20wt%去离子水加入反应器中，升温至70～80℃；

2）将10～30wt%苯乙烯，5～30wt%MPEGMA，1～20wt%DMAEMA，1～20wt%HEMA，1～20wt%AA，0.5～5wt%链转移剂混合均匀，制成混合液A；

3）将0.5～5wt%引发剂溶解到10～20wt%异丙醇中，制成混合液B；

4）将混合液A、混合液B同时滴加至步骤1）所述的反应器中；

5）滴加完后在70～80℃保温1～2h；

6）再降温至35～45℃，滴加碱中和至溶液pH为7～9；

7）抽真空除去异丙醇。

2.根据权利要求1所述的一种水性高分子分散剂的制备方法，其特征在于，所述的MPEGMA的摩尔质量为200～2000g/mol。

3.根据权利要求1所述的一种水性高分子分散剂的制备方法，其特征在于，所述的链转移剂为十二烷基硫醇或3-巯基丙烯酸异辛酯的其中之一。

4.根据权利要求1所述的一种水性高分子分散剂的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为过氧化物类引发剂或偶氮引发剂的其中之一。

5.根据权利要求4所述的一种水性高分子分散剂的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为AIBN或者BPO的其中之一。

6.根据权利要求1所述的一种水性高分子分散剂的制备方法，其特征在于，所述的碱为氨水或者NaOH水溶液。

7.根据权利要求1所述的一种水性高分子分散剂的制备方法，其特征在于，步骤4）所述的混合液A的滴加速度为0.05～0.5g/min。

8.根据权利要求1所述的一种水性高分子分散剂的制备方法，其特征在于，步骤4）所述的混合液B的滴加速度为0.01～0.2g/min。

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