CN102604485B - 含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物及其制备方法，该方法的制备过程为：选择2,4,6-三(1-甲苯-1-苯基乙基)苯酚单独和环氧乙烷进行反应，或者选择2,4,6-三(1-甲苯-1-苯基乙基)苯酚及2-苄基酚、3-苯乙基酚中的至少一种混合形成的混合单羟基酚和环氧乙烷进行反应，然后将反应产物和五氧化二磷进行反应得到不同的含磷酸酯结构的颜料分散剂化合物，将不同的含磷酸酯结构的颜料分散剂化合物进行混合，并调节最终产物的pH值即可得含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物。该磷酸酯分散剂组合物能够用于制备不含树脂和增稠剂的高着色力、高稳定性和低黏度的水性色浆。

Description

含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种颜料分散剂组合物及其制备方法，尤其涉及一种含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物及其制备方法，该颜料分散剂组合物适用于无树脂和增稠剂的水性色浆体系中。

背景技术

颜料是涂料、油墨、纺织、造纸等行业进行着色的重要原料。颜料大多以粉体或颗粒的形式存在，颜料最初形成的初级粒子一般均小于1.0μm，但由于粒子间的相互作用力会导致颜料初级粒子间相互粘结形成聚集体，而聚集体之间或聚集体与初级粒子之间易粘结成附聚物，导致颜料颗粒粒径变大，而较大的颗粒粒径对颜料着色力、鲜艳度和亮度等应用效果有十分明显的影响。在使用过程中，粉体或颗粒形式的颜料四处飞散所导致的粉尘污染，对操作人员和生产环境往往会造成较大危害，将颜料、分散剂、水等原料经分散、研磨、消泡、过滤等工艺得到的将颜料颗粒稳定分散在水性体系中形成的水性色浆，是避免颜料粉尘污染和提高着色力、鲜艳度和亮度等使用效果的一个有效方案。

水性色浆制备过程一般包含对颜料的润湿、机械粉碎分散和稳定化三个过程，润湿是色浆中其它组分取代颜料颗粒表面吸附的空气等组分将颜料表面从固/气界面转化为固/液界面的过程；机械粉碎分散过程，主要通过分散机、砂磨机等外部设备提供的机械力将团聚的颜料大颗粒粉碎；稳定化阶段则是通过分散剂提供的静电斥力、空间位阻力等作用防止颜料颗粒的重新附聚或凝聚。分散剂是保证颜料颗粒能够稳定分散在水性体系中的关键原料，对颜料粒径大小和体系黏度有着显著影响，而颜料粒径大小对水性色浆的稳定性和着色力等应用效果有着直接影响。

水性色浆可分为有树脂体系和无树脂体系。有树脂体系的水性色浆虽然拥有较好的稳定性，但是，较高的黏度往往导致色浆在分散、研磨过程中对设备功率要求高且研磨时间较长，增加了生产成本；有树脂体系的水性色浆产品在水性涂料、油墨等应用体系中难以通过简单搅拌得以分散，增加了应用难度；最为重要的是，水性色浆中的树脂常常会因为与涂料、油墨、纸品等下游产品中其它组分的相容性差而发生着色力显著下降、沉淀等现象，严重限制了水性色浆的通用性能。无树脂体系的水性色浆在降低加工成本、提高通用性和易分散性上有明显优势，但是，由于缺少树脂提供的稳定作用，无树脂的水性色浆往往需要添加膨润土、纤维素等增稠剂来提高色浆的稳定性，增稠剂的引入不能从根本上解决水性色浆加工成本高、难分散和通用性差的问题。因此，研制无树脂和增稠剂体系的水性色浆成为水性色浆发展的重要方向。

无树脂和增稠剂体系的水性色浆制备过程中，分散剂成为控制水性色浆稳定性、着色力、黏度等性能的关键因素，能够应用在无树脂和增稠剂体系中制备高稳定性、高着色力和低黏度水性色浆的分散剂成为颜料分散剂研发的热点。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物及其制备方法，该分散剂组合物能够用于制备无树脂和增稠剂的高着色力、高稳定性和低黏度的水性色浆。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物，包括具有通式(Ⅰ)结构的化合物：

其中，M为H、Na、K或NH₄中的一种，

m为1或2中的一种，

n为6到30的整数，包括6和30，

R为单羟基酚与环氧乙烷进行反应所得基团，

所述单羟基酚为2,4,6-三(1-甲基-1-苯基乙基)苯酚，2,4,6-三(1-甲基-1-苯基乙基)苯酚和2-苄基酚组成的混合单羟基酚A，2,4,6-三(1-甲基-1-苯基乙基)苯酚和3-苯乙基酚组成的混合单羟基酚B，及2,4,6-三(1-甲基-1-苯基乙基)苯酚与2-苄基酚和3-苯乙基酚组成的混合单羟基酚C中的一种，

即R可以仅为以下结构：

R也可能为除包含上述结构外同时还包含以下两种结构中的至少一种：

含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物的制备方法，包含以下步骤：

(a)将所述单羟基酚中的一种和环氧乙烷按照1:6～30的摩尔比在高压反应釜内，于0.2～1兆帕压力、60℃～120℃温度和碱性催化剂存在的条件下进行反应1～1.5h得中间产物；在氮气保护下，将所得中间产物和五氧化二磷按2:1～4:1的摩尔比在30℃～65℃的条件下进行反应1～2h得分散剂化合物；

(b)选择至少一种不同于(a)中所用单羟基酚分别按(a)中所述制备得不同的分散剂化合物；

(c)将(a)和(b)中制备所得分散剂化合物均匀混合得分散剂组合物预备体，并采用pH值调节剂调节所得分散剂组合物预备体的pH值为8～10，得含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物；其中每种分散剂化合物均占含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物总质量的20％～80％。

本发明的进一步技术方案为：

所述(a)中碱性催化剂为氢氧化钾或氢氧化钠中的一种。由于反应放热较大，一般采取将五氧化二磷分批投料的方式控制反应温度。

所述(c)中所用pH值调节剂可优选常见碱性pH值调节剂，如氢氧化钠的水溶液、氢氧化钾的水溶液或氨水中的一种。

本发明所述方法制备的含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物，主要用于水性体系中颜料的分散，尤其适用于在没有树脂和增稠剂存在的情况下制备高着色力、高稳定性和低黏度的水性色浆。该含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物特别适合用于分散氧化铁、炭黑、酞菁和偶氮类颜料。这4大类颜料包括很多品种，较常见的有：氧化铁黄、氧化铁红、氧化铁棕、氧化铁黑、透明氧化铁黄、透明氧化铁红、炭黑、颜料绿7(P.G.7)、颜料蓝15(P.B.15)、颜料蓝15:1(P.B.15:1)、颜料蓝15:2(P.B.15:2)、颜料蓝15:3(P.B.15:3)、颜料红262(P.R.262)和颜料黄83(P.Y.83)等。

本发明所述含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物的应用方法是水性色浆行业技术人员所熟知的，即该分散剂组合物与润湿剂、少量有机溶剂和水等混合均匀后，加入颜料高速分散，再以卧式砂磨机研磨该混合物至细度小于20μm后添加少量消泡剂、防霉抗菌剂并过滤，即可得到水性色浆产品。该磷酸酯分散剂组合物在水性体系中以占颜料质量8％～25％的用量参与颜料分散。

本发明的有益技术效果是：由本发明制备的含磷酸酯结构的分散剂，可用于无树脂和增稠剂体系中制备黏度低于70KU的水性色浆，该水性色浆常温储存6个月后着色力和黏度变化小于10％，且无明显沉淀和颜料颗粒絮凝情况，用该分散剂制备的水性色浆可兼具高稳定性、高着色力和低黏度的优点。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，但本发明不限于下述实施例。

实施例1～4为本发明所述含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物的制备实施例。

实施例1

0.2摩尔2-苄基酚、3摩尔环氧乙烷和0.5克氢氧化钾在高压反应釜内，于80℃、0.8MPa的条件下反应1小时后，将得到的产物在氮气保护下，和0.06摩尔五氧化二磷在30℃～45℃的条件下反应2小时，得到分散剂A-1；

0.4摩尔2,4,6-三(1-甲苯-1-苯基乙基)苯酚、2.4摩尔环氧乙烷和0.3克氢氧化钠在高压反应釜内，于60℃、0.2MPa条件下反应1小时后，将得到产物在氮气保护下，和0.2摩尔五氧化二磷在50℃～65℃的条件下反应2小时，得分散剂A-2；

0.2摩尔3-苯乙基酚、6摩尔环氧乙烷和0.8克氢氧化钠在高压反应釜内，于120℃、1.0MPa的条件下反应1小时后，将得到的产物在氮气保护下，和0.05摩尔五氧化二磷在45℃～55℃的条件下反应1小时，得到分散剂A-3。

将上述分散剂A-1、A-2、A-3以1:2:1.5的质量比混合均匀后，以30wt.％氢氧化钠水溶液调节pH值为10.0，得到含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物B-1。

实施例2

0.2摩尔3-苯乙基酚、2摩尔环氧乙烷和0.5克氢氧化钾在高压反应釜内，于80℃、0.5MPa的条件下反应1小时后，将得到的产物在氮气保护下，和0.06摩尔五氧化二磷在50℃～65℃的条件下反应2小时，得到分散剂A-4；

0.5摩尔2,4,6-三(1-甲苯-1-苯基乙基)苯酚、10摩尔环氧乙烷和1.2克氢氧化钠在高压反应釜内，于60℃、0.4MPa的条件下反应1小时后，将得到产物在氮气保护下，和0.2摩尔五氧化二磷在40℃～55℃条件下反应1.5h，得分散剂A-5。

将上述分散剂A-4、A-5以1:2的质量比混合均匀后，以30wt.％氢氧化钾水溶液调节pH值为9.0，得到含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物B-2。

实施例3

分别按照实施例1和2所述方法制备分散剂A-3和A-4，并将A-3和A-4以3:1的质量比混合后，以30wt.％氢氧化钾水溶液调节pH值为9.5，得到含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物B-3。

实施例4

分别按照实施例1和2所述方法制备分散剂A-1和A-4，并将A-1和A-4以1:1的质量比混合后，以15wt.％氨水调节pH值为9.5，得到含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物B-4。

实施例5～12

实施例5～12为实施例1～4所制备的含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物制备水性色浆的应用实施例。实施例5～12中各组分占水性色浆总质量的百分比如表1所示。

表1.实施例中各组分占水性色浆的质量百分比

表1中所用润湿剂为德国毕克化学有限公司牌号为BYK-151的润湿剂，防霉杀菌剂为5wt.％的2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮水溶液，有机硅消泡剂为道康宁公司的有机硅消泡剂DC-62。将表1中分散剂、润湿剂、有机溶剂和去离子水混合均匀后加入颜料高速分散，再以卧式砂磨机研磨该混合物至细度小于20μm，添加少量消泡剂、防霉抗菌剂并过滤，即得水性色浆产品。

实施例5～12制备的水性色浆的测试方法如下：根据GB/T9269-2009建筑涂料黏度的测定中斯托默黏度计法测试水性色浆于23℃下的黏度(采用带频闪计时器的斯托默黏度计)；根据HG/T 3951-2007附录B测试水性色浆的相对着色力；分别测试水性色浆制备1天后和该水性色浆于25℃下密闭放置180天后的黏度和相对着色力；通过目测，观察水性色浆在25℃下密闭放置180天后，有无出现明显颜料颗粒沉淀、絮凝等严重影响稳定性的情况。表2是实施例5～12制备的水性色浆根据上述方法测试的结果，其中储存稳定性测试，“√”表示目测无异常，“×”表示目测出现明显颜料颗粒沉淀、絮凝情况。

表2.实施例5～12制备的水性色浆性能测试结果

Claims (3)

1.一种含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物，其特征在于：包括具有通式(Ⅰ)结构的化合物：

其中，M为H、Na、K或NH₄中的一种，

m为1或2中的一种，

n为6到30的整数，包括6和30，

R为单羟基酚与环氧乙烷进行反应所得基团，

所述单羟基酚为2,4,6-三(1-甲基-1-苯基乙基)苯酚，2,4,6-三(1-甲基-1-苯基乙基)苯酚和2-苄基酚组成的混合单羟基酚A，2,4,6-三(1-甲基-1-苯基乙基)苯酚和3-苯乙基酚组成的混合单羟基酚B，及2,4,6-三(1-甲基-1-苯基乙基)苯酚与2-苄基酚和3-苯乙基酚组成的混合单羟基酚C中的一种。

2.根据权利要求1所述的含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：

(a)将所述单羟基酚中的一种和环氧乙烷按照1:6～30的摩尔比在高压反应釜内，于0.2～1兆帕压力、60℃～120℃温度和碱性催化剂存在的条件下进行反应1～1.5h得中间产物；在氮气保护下，将所得中间产物和五氧化二磷按2:1～4:1的摩尔比在30℃～65℃的条件下进行反应1～2h得分散剂化合物；

(b)选择至少一种不同于(a)中所用单羟基酚分别按(a)中所述制备得不同的分散剂化合物；

(c)将(a)和(b)中制备所得分散剂化合物均匀混合得分散剂组合物预备体，并采用pH值调节剂调节所得分散剂组合物预备体的pH值为8～10，得含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物；其中每种分散剂化合物均占含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物总质量的20％～80％。

3.如权利要求2所述的含磷酸酯结构的颜料分散剂组合物的制备方法，其特征在于：所述(a)中碱性催化剂为氢氧化钾或氢氧化钠中的一种。