CN103923241B - Ab嵌段型颜料分散剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种AB嵌段型颜料分散剂及其制备方法，由单端羧基乙烯基树脂、偶联剂、含有极性基团的有机化合物以及溶剂通过高分子合成反应制得。本发明产品能提高颜料在油性树脂溶液体系中的分散性与分散稳定性、降低颜料/树脂分散液黏度。
Description
技术领域
本发明涉及一种AB嵌段型颜料分散剂及其制备方法。
背景技术
颜料主要是以聚集体、凝聚体或絮凝体等形态存在，如果颜料颗粒粗且粒径分布不均匀，将会导致颜料的颜色亮度和鲜艳度较差。颜料作为着色剂，只有均匀、稳定地分散在介质中，才能很好的发挥其着色作用。为解决上述问题，目前普遍采用非离子、阴离子、阳离子表面活性剂和一些低分子或高分子物质对颜料表面进行改性。AB嵌段型颜料分散剂就是一种性能优异的高分子超分散剂。自上世纪80年代出现这类分散剂以来一直受到涂料与油墨行业的高度关注。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能提高颜料在油性树脂溶液体系中的分散性与分散稳定性、降低颜料/树脂分散液黏度的AB嵌段型颜料分散剂及其制备方法。
本发明的技术解决方案是：
一种AB嵌段型颜料分散剂，其特征是：由单端羧基乙烯基树脂、偶联剂、含有极性基团的有机化合物以及溶剂通过高分子合成反应制得。
所述的单端羧基乙烯基聚合物是苯乙烯、醋酸乙烯酯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸乙基己酯、丙烯酸β羟乙酯和丙烯酸β羟丙酯中的任意两种或两种以上的单体，通过共聚合反应合成的一种树脂，这种树脂的数均分子量为600至8000。
所述的偶联剂为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、环氧稀释剂、酯化反应的缩合剂、二异氰酸酯中的一种或几种，偶联剂的用量为单端羧基乙烯基树脂摩尔数的0.5至4倍。
所述的环氧稀释剂为环氧氯丙烷、环氧丙醇、叔碳酸缩水甘油酯、苄基缩水甘油醚、叔丁基酚缩水甘油醚、2-乙基已基缩水甘油醚、正辛醇缩水甘油醚、C12-14醇缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、邻甲酚缩水甘油醚、乙二醇缩水甘油醚、新戊二醇缩水甘油醚、1，4丁二醇缩水甘油醚、二乙二醇缩水甘油醚、已二醇缩水甘油醚、丙三醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚中的一种或几种。
所述的酯化反应的缩合剂有羰基二咪唑、二环已基碳二亚胺、二异丙基碳二亚胺、1-（3-二甲胺基丙基）3-乙基碳二亚胺中的一种或几种。
所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、已二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1，5-二萘基二异氰酸酯、对次苯基二异氰酸酯、对间苯基二异氰酸酯、工业产品TPI中的一种或几种。
所述的含有极性基团的有机化合物为酸酐、羟基酸、有机胺化合物、聚醚胺。其中酸酐有邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、均苯四酸二酐、丁二酸酐、顺丁烯二酸酐，羟基酸有2，2-二羟甲基丙酸、2，2-二羟甲基丁酸、2，2-二羟甲基辛酸，2，2-二羟甲基十二酸，有机胺化合物有二甲胺、二异丙胺、二正丁胺、二乙醇胺、N，N-二甲基丙二胺、N，N二甲基乙醇胺、二乙烯基三胺、三乙烯基四胺中的一种或几种；含极性基团的有机化合物的用量为单端羧基乙烯基树脂摩尔数的0.5至10倍。
所述的溶剂为苯、甲苯、二甲苯、醋酸丁酯、醋酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、DBE溶剂、环已酮、异佛尔酮、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚中的一种或几种；有机溶剂用量为制备的AB嵌段型颜料分散剂总质量的30%~100%。
一种AB嵌段型颜料分散剂的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
1）在有机溶剂存在下将单端羧基乙烯基聚合物与偶联剂反应，根据偶联剂的类型不同，反应温度控制在0℃至200℃，反应时间控制在1至10小时，反应完成后冷却至0℃至100℃；这时形成了末端具有活性基团的乙烯基聚合物；
2）在步骤1）所得的末端具有活性基团的聚合物中，加入极性化合物酸酐、羟基酸、有机胺化合物、聚醚胺中的任意一种或两种，进一步进行高分子反应，反应温度为0~180℃，反应时间控制为1~20小时，反应结束后补充溶剂，得到AB嵌段型颜料分散剂。
本发明采用一类分子链末端具有单羧基的乙烯基聚合物为B段，并以此为基础通过偶联剂连接上含有各种路易斯酸或路易斯碱型的有机基团，从而形成一种新型的AB嵌段型超分散剂。当利用这种超分散剂分散有机与无机颜料时，可获得固含量高、流动性好、稳定性高的分散体系。根据本发明制备的AB嵌段聚合物颜料分散剂，原料来源广泛，原料价格便宜，合成方法简单，工艺简单，可控性好，生产成本低，应用前景好。本发明产品能提高颜料在油性树脂溶液体系中的分散性与分散稳定性、降低颜料/树脂分散液黏度。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
实施例1：向带有搅拌器、温度计和冷凝器的四口烧瓶中加入酸值为15mgKOH/克树脂的单端羧基聚丙烯酸酯树脂的醋酸丁酯溶液56克，乙二醇二缩水甘油醚（669）0.53克，催化剂四丁基溴化铵0.06克，升温至160℃并在该温度下继续反应4小时后，降温至50℃，加入二异丙胺1.65克并在该温度下继续反应2小时后，加入丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）24mL均匀混合后冷却至室温。得到的产品为亮黄色的黏稠液体，产品重77.7克。
实施例2：向带有搅拌器、温度计和冷凝器的四口烧瓶中加入酸值为27mgKOH/克树脂的单端羧基聚丙烯酸酯树脂的醋酸丁酯溶液56克，N，N-二甲基丙二胺2.73克，催化剂二丁基氧化锡0.30克，升温至160℃并在该温度下继续反应4小时后，再升温至200℃脱溶剂并继续在该温度下反应3小时，加入丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）40mL均匀混合后冷却至室温。得到的产品为亮黄色的黏稠液体，产品重77.7克。
实施例3：向带有搅拌器、温度计和冷凝器的四口烧瓶中加入酸值为9.7mgKOH/克树脂的单端羧基聚丙烯酸酯树脂醋酸丁酯溶液56克，丙二醇甲醚醋酸酯10mL。从氮气引入口充氮气30分钟后，加入羰基二咪唑1.6克并用10mL丙二醇甲醚醋酸酯冲洗瓶口继续充氮10分并升温至80℃保温4小时。降温至室温，加入N，N-二甲基丙二胺1克，丙二醇甲醚醋酸酯10mL。于室温下反应5小时。形成的产品为浅黄色黏稠液体，产品重75克。
实施例4：向带有搅拌器、温度计和冷凝器的四口烧瓶中加入酸值为14mgKOH/克树脂的单端羧基聚丙烯酸酯树脂丙二醇甲醚醋酸酯溶液56克，叔碳酸缩水甘油酯3.4克，催化剂四丁基溴化胺0.06克，于160℃下反应2小时后降温至80℃后加入市售异氰酸酯TPI4.6克，于80℃下反应2小时后降温至50℃，加入二甲基乙醇胺1.3克，于该温度下继续反应2小时后，加入丙二醇甲醚醋酸酯18mL，醋酸丁酯34mL冷却至室温，形成淡黄色的黏稠液体。
实施例5：向带有搅拌器、温度计和冷凝器的四口烧瓶中加入酸值为19mgKOH/克树脂的单端羧基聚丙烯酸酯树脂醋酸丁酯溶液56克，环氧丙醇1.4克，催化剂四丁基溴化胺0.06克，在160℃下回流反应2小时后，降温至120℃后加入偏苯三酸酐7.18克，继续于120℃下反应2小时后，加入丙二醇甲醚酯酸酯10mL，丙二醇甲醚15mL，制成的分散剂的酸值为62.2KOH/克树脂。
应用实例
制备的分散剂按一定的配比与涂料树脂一起进行研磨分散并考察其分散性。其操作步骤如下：首先根据表1的配比，称取树脂总量的1/3，加入混合溶剂，搅拌均匀后加入分散剂，搅拌均匀；接着将以上物料加入配方量的颜料，搅拌均匀；后以1∶1的比例加入玻璃珠（直径2～3mm），于振动式混合机中混合30分钟；最后补齐剩余树脂后，继续研磨至细度合格并记录数据
结果如表1所示：
表1分散体系中各物质的质量分数
| 原料 | 应用例1 | 应用例2 | 应用例3 | 应用例4 | 应用例5 |
| 试样号/质量（克） | 1/6 | 2/6 | 3/6 | 4/6 | 5/0.7 |
| 钛白粉（佰利联BLR-699） | 35 | ||||
| 炭黑FW200 | 6 | 6 | 6 | 6 | |
| 饱和聚酯树脂 | 30 | ||||
| 羟基丙烯酸树脂 | 60 | 60 | 60 | 60 | |
| 溶剂 | 28 | 28 | 28 | 28 | 11.1 |
| 细度（μ） | 17 | 16 | 16 | 17 | 15 |
| 分散稳定性 | 好 | 好 | 好 | 好 | 好 |
从上表可以得出，本发明的AB嵌段型聚合物颜料分散剂对颜料分散具有优异性能，且形成的树脂/颜料分散体系的分散稳定性好。
Claims (5)
1.一种AB嵌段型颜料分散剂，其特征是：由单端羧基乙烯基聚合物、偶联剂、含有极性基团的有机化合物以及溶剂通过高分子合成反应制得；
所述的单端羧基乙烯基聚合物是苯乙烯、醋酸乙烯酯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸乙基己酯、丙烯酸β羟乙酯和丙烯酸β羟丙酯中的任意两种或两种以上的单体，通过共聚合反应合成的一种树脂，这种树脂的数均分子量为600至8000；
所述的偶联剂为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、环氧稀释剂、酯化反应的缩合剂、二异氰酸酯中的一种或几种，偶联剂的用量为单端羧基乙烯基聚合物摩尔数的0.5至4倍；
所述的含有极性基团的有机化合物为酸酐、羟基酸、有机胺化合物，其中酸酐有邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、均苯四酸二酐、丁二酸酐、顺丁烯二酸酐，羟基酸有2，2-二羟甲基丙酸、2，2-二羟甲基丁酸、2，2-二羟甲基辛酸，2，2-二羟甲基十二酸，有机胺化合物有聚醚胺、二甲胺、二异丙胺、二正丁胺、二乙醇胺、N，N-二甲基丙二胺、N，N二甲基乙醇胺、二乙烯基三胺、三乙烯基四胺中的一种或几种；含极性基团的有机化合物的用量为单端羧基乙烯基聚合物摩尔数的0.5至10倍；
所述的溶剂为苯、甲苯、二甲苯、醋酸丁酯、醋酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、DBE溶剂、环已酮、异佛尔酮、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚中的一种或几种；有机溶剂用量为制备的AB嵌段型颜料分散剂总质量的30％～100％。
2.根据权利要求1所述的AB嵌段型颜料分散剂，其特征是：所述的环氧稀释剂为环氧氯丙烷、环氧丙醇、叔碳酸缩水甘油酯、苄基缩水甘油醚、叔丁基酚缩水甘油醚、2-乙基已基缩水甘油醚、正辛醇缩水甘油醚、C12-14醇缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、邻甲酚缩水甘油醚、乙二醇缩水甘油醚、新戊二醇缩水甘油醚、1，4丁二醇缩水甘油醚、二乙二醇缩水甘油醚、已二醇缩水甘油醚、丙三醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的AB嵌段型颜料分散剂，其特征是：所述的酯化反应的缩合剂有羰基二咪唑、二环已基碳二亚胺、二异丙基碳二亚胺、1-(3-二甲胺基丙基)3-乙基碳二亚胺中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的AB嵌段型颜料分散剂，其特征是：所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、已二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1，5-二萘基二异氰酸酯、对次苯基二异氰酸酯、对间苯基二异氰酸酯、工业产品TPI中的一种或几种。
5.一种权利要求1所述的AB嵌段型颜料分散剂的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
1)在有机溶剂存在下将单端羧基乙烯基聚合物与偶联剂反应，根据偶联剂的类型不同，反应温度控制在0℃至200℃，反应时间控制在1至10小时，为了提高反应速度、降低反应温度可以使用有机合成中常规的催化剂；反应完成后冷却至0℃至100℃；这时形成了末端具有活性基团的乙烯基聚合物；
2)在步骤1)所得的末端具有活性基团的聚合物中，加入极性化合物酸酐、羟基酸、有机胺化合物中的任意一种或两种，进一步进行高分子反应，反应温度为0～180℃，反应时间控制为1～20小时，反应结束后补充溶剂，得到AB嵌段型颜料分散剂。
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