CN104801234A

CN104801234A - 一种两亲性超分散剂及其制备方法

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Publication number: CN104801234A
Application number: CN201510102492.XA
Authority: CN
Inventors: 罗驹华; 吴其增; 高多多
Original assignee: JIANGSU MOLEDN PETROCHEMICAL CO Ltd
Current assignee: JIANGSU MOLEDN PETROCHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2015-03-09
Filing date: 2015-03-09
Publication date: 2015-07-29

Abstract

本发明提供了一种两亲性超分散剂及其制备方法，通过将油酸、马来酸酐、甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈、异丙醇混合得到溶液A，将溶液A在N₂保护环境中以及搅拌状态下逐滴加入丙酮溶液中，丙酮溶液于60～80℃的水浴中加热，滴加完成后保温5～8h，将产物进行过滤、洗涤、干燥后得到超分散剂，将纳米铜粉、超分散剂溶于丙酮溶剂中，超声分散后在60～80℃水浴中加热，高速搅拌2～6h，将产物进行过滤、洗涤、干燥后，得到两亲性超分散剂。本发明合成工艺简单、周期短、成本低；两亲性超分散剂无毒无害，符合绿色生产理念。

Description

一种两亲性超分散剂及其制备方法

技术领域

本发明属于分散剂领域，尤其涉及一种两亲性超分散剂及其制备方法。

背景技术

随着工业原料价格的迅猛上涨，为了适应无机粉体在介质中的分散需要，无机纳米粉体添加剂的改性研究吸引了大量研究者的目光。对无机纳米粉体表面进行改性，可降低粉体颗粒之间的团聚，提高无机粉体在润滑油中的分散性能，从而进一步提高润滑油的抗磨减摩性能。

近年来发展了一类聚合物型超分散剂，分子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。与传统分散剂相比，超分散剂的结构特点是一端能与待分散的固体颗粒表面牢固结合，称为锚固基团，常见的有多元胺、多元醇及聚醚等，锚固基团可通过离子对、氢键、范德华力等作用紧密地结合在颗粒表面，防止超分散剂脱附；另一端与分散介质具有较好的相容性，称为溶剂化链，常见的有聚酯、聚醚、聚烯烃及聚丙烯酸酯等，溶剂化链是可以被介质溶剂化的聚合物链，可以通过空间位阻效应对颗粒起分散稳定的作用；另外，超分散剂对温度、pH值以及体系中的杂质离子不敏感，表现出优良的分散效果。

近年来超分散剂已成为新一代的高效分散剂，其对颜料的分散具有显著效果，尤其对润湿性、稳定性等方面有很大的作用，同时应用性能也有较大改善，目前使用的超分散剂主要有聚酯型超分散剂和聚醚型两类超分散剂。但目前生产出的超分散剂的分散能力力度不强，且含有部分有毒物质，不符合绿色生产的理念。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两亲性超分散剂，旨在解决现有超分散剂分散能力力度不强，且含有部分有毒物质的问题。

本发明进一步提供了上述两亲性超分散剂的制备方法。

本发明是这样实现的，一种两亲性超分散剂，所述两亲性超分散剂的结构如下式(Ⅰ)所示：

式(Ⅰ)中，R、R’为C₁～C₈的烷基；m、n、k均为10～100的整数。

本发明进一步提供了上述两亲性超分散剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将4～8mol油酸、0.5～1.5mol马来酸酐、2～6mol甲基丙烯酸甲酯、0.01～0.05mol偶氮二异丁腈以及0.013～0.039mol异丙醇混合得到溶液A；

(2)将盛装丙酮溶液的容器置于60～80℃的水浴中加热，在N₂保护环境以及500r/min搅拌状态下，按将步骤(1)得到的溶液A在2～4h内逐滴加入到丙酮溶液中，滴加完成后保温5～8h；将产物过滤、洗涤、干燥后得到超分散剂；其中，所述溶液A与丙酮溶液的体积比1:(5～10)；

(3)将按质量体积比为(0.5～1.5)g：(0.06～0.1)g：(40～80)ml的纳米铜粉、超分散剂以及丙酮溶剂混合，100～120W超声分散0.5～1.5h，然后在60～80℃水浴中加热，400～600r/min下搅拌2～6h；将产物过滤、洗涤、干燥后，得到表面改性的两亲性超分散剂。

优选地，在步骤(1)中，所述甲基丙烯酸甲酯、油酸、偶氮二异丁氰为化学纯，所述马来酸酐、异丙醇为分析纯。

优选地，在步骤(1)中，所述油酸、马来酸酐、甲基丙烯酸甲酯的摩尔量分别为6mol、1mol、4mol。

优选地，在步骤(1)中，所述偶氮二异丁氰的加入量为溶液A总摩尔量的0.1～0.5％。

优选地，在步骤(2)中，所述保温时间为6h。

优选地，在步骤(2)中，所述过滤为用孔径为30～50μm的滤纸进行减压过滤；所述洗涤为将过滤物分别用丙酮和无水乙醇洗涤2～3次；所述干燥为将洗涤产物在40～80℃下真空干燥22～26h。

优选地，在步骤(3)中，所述过滤为用孔径为30～50μm的滤纸进行减压过滤；所述洗涤为将过滤物分别用丙酮和无水乙醇洗涤2～3次；所述干燥为将洗涤产物在40～80℃下真空干燥22～26h。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：本发明两亲性超分散剂的合成工艺简单，生产周期短，成本低；本发明的两亲性超分散剂因其特殊的分子结构，是以酯基和酸酐为主要结构的高分子分散剂，具有超强的分散能力，且聚合反应采用的异丙醇作为链转移剂，避免了采用硫醇作为链转移剂的非环保性，生产出来的超分散剂无毒无害，符合绿色生产理念。

附图说明

图1为超分散剂和改性后纳米铜粉的红外图；

图2为不同质量分数分散剂分散体系的沉降曲线图；

图3为纳米铜微粒的添加浓度对基础油的摩擦系数的影响图；

图4为纳米铜微粒的添加浓度对基础油的磨斑直径的影响图；

图5为纳米铜微粒的添加浓度对基础油的极压性能的影响图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

(1)将6mol油酸、1mol马来酸酐、4mol甲基丙烯酸甲酯、0.03mol偶氮二异丁腈以及0.026mol异丙醇混合得到溶液A；

(2)将盛装丙酮溶液的容器置于60～80℃的水浴中加热，在N₂保护环境以及500r/min搅拌状态下，按将步骤(1)得到的10ml溶液A在2～4h内逐滴加入到(5～10)ml丙酮溶液中(匀速滴加)，滴加完成后保温6h；

将保温后产物用孔径为30～50μm的滤纸进行减压过滤，具体为选取比布氏漏斗内径略小的圆形滤纸平铺在漏斗底部，用丙酮润湿，开启抽气装置，使滤纸紧贴在漏斗底；

将过滤后的产物分别用丙酮和无水乙醇洗涤2～3次；

将洗涤后的产物在40～80℃下真空干燥22～26h。

(3)将1g纳米铜粉、0.06g超分散剂溶于50ml丙酮溶液中，100～120W超声分散0.5h，然后在70℃水浴中加热，400～600r/min下搅拌3h；将产物过滤、洗涤、干燥后，得到表面改性的两亲性超分散剂；

将搅拌后产物用孔径为30～50μm的滤纸进行减压过滤，具体为选取比布氏漏斗内径略小的圆形滤纸平铺在漏斗底部，用丙酮润湿，开启抽气装置，使滤纸紧贴在漏斗底；

将过滤后的产物分别用丙酮和无水乙醇洗涤2～3次；

将洗涤后的产物在40～80℃下真空干燥22～26h，得到两亲性超分散剂1。

实施例2

按实施例1所述方法制备出两亲性超分散剂2，不同之处在于，在步骤(3)中，分别称取1g纳米铜粉、0.08g超分散剂溶于60ml丙酮溶液中超声分散1h后70℃水浴中加热。

实施例3

按实施例1所述方法制备出两亲性超分散剂3，不同之处在于，在步骤(3)中，分别称取1g纳米铜粉、0.1g超分散剂溶于70ml丙酮溶液中超声分散1.5h后70℃水浴中加热。

实施例4

(1)将4mol油酸、1.5mol马来酸酐、2mol甲基丙烯酸甲酯、0.01mol偶氮二异丁腈以及0.013mol异丙醇混合得到溶液A；

(2)将盛装丙酮溶液的容器置于60℃的水浴中加热，在N₂保护环境以及500r/min搅拌状态下，按将步骤(1)得到的10ml溶液A在2h内逐滴加入到50ml丙酮溶液中(匀速滴加)，滴加完成后保温8h；

将保温后产物用孔径为30μm的滤纸进行减压过滤，具体为选取比布氏漏斗内径略小的圆形滤纸平铺在漏斗底部，用丙酮润湿，开启抽气装置，使滤纸紧贴在漏斗底；

将过滤后的产物分别用丙酮和无水乙醇洗涤3次；

将洗涤后的产物在80℃下真空干燥26h。

(3)将0.5g纳米铜粉、0.1g超分散剂溶于40ml丙酮溶剂中，100W超声分散0.5h，然后在80℃水浴中加热，600r/min下搅拌2h；将产物过滤、洗涤、干燥后，得到表面改性的两亲性超分散剂；

将搅拌后产物用孔径为30μm的滤纸进行减压过滤，具体为选取比布氏漏斗内径略小的圆形滤纸平铺在漏斗底部，用丙酮润湿，开启抽气装置，使滤纸紧贴在漏斗底；

将过滤后的产物分别用丙酮和无水乙醇洗涤3次；

将洗涤后的产物在40℃下真空干燥22h，得到两亲性超分散剂4。

实施例5

(1)将8mol油酸、0.5mol马来酸酐、6mol甲基丙烯酸甲酯、0.05mol偶氮二异丁腈以及0.039mol异丙醇混合得到溶液A；

(2)将盛装丙酮溶液的容器置于80℃的水浴中加热，在N₂保护环境以及500r/min搅拌状态下，按将步骤(1)得到的10ml溶液A在4h内逐滴加入到100ml丙酮溶液中(匀速滴加)，滴加完成后保温5h；

将保温后产物用孔径为50μm的滤纸进行减压过滤，具体为选取比布氏漏斗内径略小的圆形滤纸平铺在漏斗底部，用丙酮润湿，开启抽气装置，使滤纸紧贴在漏斗底；

将过滤后的产物分别用丙酮和无水乙醇洗涤3次；

将洗涤后的产物在40℃下真空干燥22h。

(3)将1.5g纳米铜粉、0.06g超分散剂溶于60ml丙酮溶剂中，120W超声分散1.5h，然后在60℃水浴中加热，400r/min下搅拌6h；将产物过滤、洗涤、干燥后，得到表面改性的两亲性超分散剂；

将搅拌后产物用孔径为50μm的滤纸进行减压过滤，具体为选取比布氏漏斗内径略小的圆形滤纸平铺在漏斗底部，用丙酮润湿，开启抽气装置，使滤纸紧贴在漏斗底；

将过滤后的产物分别用丙酮和无水乙醇洗涤2次；

将洗涤后的产物在80℃下真空干燥26h，得到两亲性超分散剂5。

效果实施例

图1为超分散剂和改性后纳米铜粉的红外图。

图(a)中，1620～1650cm^-1处无强的吸收峰，说明油酸单体的C＝C双键断裂发生了聚合；1221cm^-1处为酸酐中C-O键的伸缩振动峰，证明环状酸酐的存在；1729cm^-1处为羧基的伸缩振动峰，2928cm^-1和2853cm^-1处的吸收带为烷基链-CH₂-中C-H的对称和非对称伸缩振动峰，700cm^-1处为n≥4时亚甲基-CH₂-的平面摇摆振动吸收峰。

图(b)中经超分散剂表面改性后，由于纳米铜粉表面的羟基与超分散剂发生反应，1729cm^-1处羧酸的振动峰消失。

对比图(a)与图(b)可以发现，改性纳米铜粉后的吸收峰强度明显降低且峰位也发生了较明显的变化，向波数减少的方向移动，物理化学性质更稳定。

图2为不同质量分数分散剂分散体系的沉降曲线，由图2可知，当纳米铜的添加量为0.1％时沉降率最低，分散性能最好。

图3为纳米铜微粒的添加浓度对基础油的摩擦系数的影响，由图可知，纳米铜的添加量为0.13％时，摩擦系数最低，随着添加量的继续增加，摩擦系数上升，这是由于随着纳米铜浓度的增加，摩擦过程中会出现少量的大颗粒团聚体，阻碍了其他小颗粒进入到摩擦面，减少了可利用的铜纳米粒子的量。

图4为纳米铜微粒的添加浓度对基础油的磨斑直径的影响，随着纳米铜添加量的增加，磨斑直径变小，当添加量为0.1％时，磨斑直径达到最小值，当添加剂含量高于0.1％时，磨斑直径增大，这是由于纳米粒子具有较大的比表面积和比表面能，过量的纳米粒子聚集成较大颗粒，当纳米铜微粒的浓度增大后，粒子间相互接触和碰撞的几率大大增加，使其分散性变差，导致接触面磨损增大。

图5为纳米铜微粒的添加浓度对基础油的极压性能的影响，由图5可知添加纳米粒子对P_B的提高效果是非常明显的，添加量小于0.1％时，随着添加量的增加，极值增加，当添加量为0.1％时，P_B值最大为610N，比基础油提高了将近27％；当添加量大于0.1％时，随着添加量的增加，P_B开始缓慢的减小。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种两亲性超分散剂，其特征在于，所述两亲性超分散剂的结构如下式(Ⅰ)所示：

2.权利要求1所述的两亲性超分散剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的两亲性超分散剂的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述甲基丙烯酸甲酯、油酸、偶氮二异丁氰为化学纯，所述马来酸酐、异丙醇为分析纯。

4.如权利要求3所述的两亲性超分散剂的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述油酸、马来酸酐、甲基丙烯酸甲酯的摩尔量分别为6mol、1mol、4mol。

5.如权利要求4所述的两亲性超分散剂的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述偶氮二异丁氰的加入量为溶液A总摩尔量的0.1～0.5％。

6.如权利要求5所述的两亲性超分散剂的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述保温时间为6h。

7.如权利要求6所述的两亲性超分散剂的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述过滤为用孔径为30～50μm的滤纸进行减压过滤；所述洗涤为将过滤物分别用丙酮和无水乙醇洗涤2～3次；所述干燥为将洗涤产物在40～80℃下真空干燥22～26h。

8.如权利要求7所述的两亲性超分散剂的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述过滤为用孔径为30～50μm的滤纸进行减压过滤；所述洗涤为将过滤物分别用丙酮和无水乙醇洗涤2～3次；所述干燥为将洗涤产物在40～80℃下真空干燥22～26h。