CN106220799A - 一种新型改性聚醚类分散剂及其制备方法 - Google Patents

一种新型改性聚醚类分散剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型改性聚醚类分散剂及其制备方法，所述制备方法将丙烯酸类‑马来酸酐‑苯乙烯共聚物在催化剂作用下与含功能性基团的聚醚进行共聚，在结构中利用功能性基团引入嵌段聚醚，得到的改性聚醚类分散剂中不仅含有多个羧酸基团，同时含有芳环(但不属于APEO)以及两亲的EO/PO嵌段结构，能够大大提高颜填料的稳定性及相容性，并可根据需要进行分子量以及分子结构的调节。本发明提供的制备方法工艺简单，反应温和，适用性广。

Description

一种新型改性聚醚类分散剂及其制备方法
技术领域
本发明属于聚合物分散剂领域，具体涉及一种新型改性聚醚类分散剂及其制备方法。
背景技术
分散剂作为一种表面活性剂，能够使颗粒均匀地分布在体系中，增加了体系的稳定性以及抗沉降性能，分散剂种类繁多，一般可以分为阴离子型、阳离子型、非离子型以及无机型。但是市场上的普通分散剂有着自身无法克服的缺陷，比如吸附能力弱，非常容易在材料表面脱离，基团链长度短，稳定性差等，因此，研究开发新型的聚合物分散剂具有重要意义。
目前，对马来酸酐、苯乙烯共聚物以及马来酸酐、丙烯酸共聚物的研究，已经非常广泛，尤其是近几年来，含聚羧酸盐的减水剂具有优异的性能，深受市场喜爱，适用在建筑，油墨等领域中，其主要是通过共聚引入的方式进行制备。随着含聚羧酸盐的减水剂的不断研究，随之出现了聚乙二醇的改性研究，主要是通过酯化或者酯交换的方法进行。但是其始终没有得到广泛应用，而且其主链上的亲水基团没有发挥很好的作用，使得这种分散剂的性能没有达到理想效果。
因此，对于现有的聚合物分散剂存在进一步的改进和优化需求，这正是本发明得以完成的动力和出发点所在。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述技术问题，本发明人在进行了大量的深入研究之后，从而完成了提供了一种新型改性聚醚类分散剂及其制备方法，本发明提供的新型改性聚醚类分散剂具有制备工艺简单、反应温和、分散剂适用性广的优点。
第一方面，本发明涉及一种新型改性聚醚类分散剂，其结构通式如下：
其中，m、n、x、y均为≥0的整数；
其中，z、p均为≥1的整数；
其中，R1、R2、R3为CH3或者H，且R1、R2不同时为CH3；
其中，R4为或无R4；
其中，R5为CH3或CH2CH3；
其中，M为钠盐或者胺盐。
第二方面，本发明涉及上述新型改性聚醚类分散剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，在50-60℃加热搅拌条件下，将马来酸酐溶解在适量溶剂中，再滴加入总引发剂体积的1/3～1/4，马来酸酐与总引发剂的质量比为0.5％-1.6％，然后升温至78-82℃；
步骤二，将丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯和巴豆酸中的至少一种与苯乙烯、适量溶剂在常温下混合均匀后，缓慢滴入步骤一获得的体系中，并不断搅拌，同时将适量的引发剂、链转移剂和溶剂进行混合均匀后，缓慢滴入步骤一获得的体系中；
步骤三，滴加完成之后，80-90℃继续保温1-2小时，然后降温至40-50℃，用碱调pH至8.0-9.0，得到白色固体，烘干；
步骤四，将所述白色固体、含双键聚醚、适量水在引发剂和链转移剂存在的条件下，80-90℃保温进行反应3-4小时，即得。
优选的，步骤一中，升温至80℃。
优选的，步骤一和步骤二中，所述引发剂为AIBN(偶氮二异丁腈)，所述链转移剂为烷基硫醇。
优选的，步骤二中，在缓慢滴入时，滴加时间控制在2-3h。
优选的，步骤二中，在缓慢滴入时，采用滴液漏斗。
优选的，步骤四中，所述含双键聚醚为含双键的烷基嵌段聚醚；更优选的，所述含双键的烷基嵌段聚醚为环氧乙烷(EO)/环氧丙烷(PO)嵌段聚醚。
优选的，步骤四中，所述含双键聚醚的分子量为300-4000，更优选的，所述含双键聚醚的分子量为300-600。
优选的，步骤四中，所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾中的至少一种，所述链转移剂为亚硫酸氢钠。
与现有技术相比，本发明提供的改性聚醚类分散剂具有如下有益效果：
本发明将丙烯酸类-马来酸酐-苯乙烯共聚物在催化剂作用下与含功能性基团的聚醚进行共聚，在结构中利用功能性基团引入嵌段聚醚，得到改性聚醚分散剂中不仅含有多个羧酸基团，同时含有芳环(但不属于APEO)以及两亲的EO/PO嵌段结构，其亲水/亲油可通过其中的配比来实现，能够大大提高颜填料的稳定性及相容性，环境适应能力更强，并可根据需要进行分子量以及分子结构的调节，而且本发明提供的制备方法工艺简单，反应温和，适用性广。
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。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
各实施例所用溶剂为本领域的常用溶剂，比如：二甲苯、甲苯、苯等。
实施例1
本实施例涉及一种新型改性聚醚类分散剂的制备方法，由如下步骤组成：
(1)在装有搅拌器、滴液漏斗、温度计和回流冷凝管的多口反应器中加入适量马来酸酐与溶剂，温度在50℃，使得马来酸酐能够全部溶解在溶剂中，再将总引发剂(AIBN溶液即偶氮二异丁腈溶液)体积的1/3加入上述体系中，马来酸酐与总引发剂的质量比为0.5％，加热搅拌再升温至80℃；
(2)将适量苯乙烯、甲基丙烯酸与溶剂在常温下混合均匀，将其置于滴液漏斗中缓慢的滴入上述步骤(1)的体系中，并不断搅拌，滴加时间控制在3h，同时将适量链转移剂烷基硫醇、引发剂AIBN、溶剂混合均匀，置于滴液漏斗中缓慢滴加入步骤(1)的体系中，滴加时间控制在2h；
(3)滴加完成之后，温度保持在90℃，继续反应1小时，降温至40℃后，用碱调节pH至8.5，得到白色固体，并烘干；
(4)将步骤(3)的产物与适量聚醚(含双键的环氧乙烷(EO)/环氧丙烷(PO)嵌段聚醚，其分子量为500-600)以及适量的水，在适量引发剂过硫酸钠、链转移剂亚硫酸氢钠的条件下进行反应，温度为90℃，保温时间为3小时，并用水调节所需固含，即得。
本实施例获得的分散剂对钛白粉(金红石，锐钛型)的分散性测试方法如下：
按照质量百分比，将分散剂0.5％、钛白粉65％、去离子水34.5％在高速搅拌剪切装置上进行搅拌一定时间(转速3000rpm/min，时间：1小时)，并检验其并检验其粘度值、沉降性、60℃的抗温性以及对联苯胺黄颜料的分散粒径测试(颜料、乳化剂、水、玻璃珠研磨)。
实施例2
本实施例涉及一种新型改性聚醚类分散剂的制备方法，由如下步骤组成：
(1)在装有搅拌器、滴液漏斗、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中加入适量马来酸酐与溶剂，温度在55℃，使得马来酸酐能够全部溶解在溶剂中，再将总引发剂(AIBN溶液)体积的1/4加入上述体系中，马来酸酐与总引发剂的质量比为1.0％，再升温至82℃；
(2)将适量苯乙烯、丙烯酸单体、溶剂在常温下混合均匀，将其置于滴液漏斗中缓慢的滴入上述步骤(1)的体系中，并不断搅拌，滴加时间控制在2h，同时将适量链转移剂烷基硫醇、引发剂AIBN、溶剂混合均匀，置于滴液漏斗中缓慢滴加入步骤(1)的体系中，滴加时间控制在3h；
(3)滴加完成之后，温度保持在80℃，继续反应2小时，降温至45℃后，用碱调节pH至9.0，得到白色固体，并烘干；
(4)将步骤(3)得到的白色固体与适量聚醚(含双键的EO/PO嵌段聚醚，其分子量为500-600)以及水，在适量引发剂过硫酸铵和链转移剂亚硫酸氢钠的条件下进行反应，温度为80℃，保温时间为4小时，降温并用水调节所需固含，即得。
本实施例制备的分散剂对钛白粉(金红石，锐钛型)的分散性测试方法如下：
按照质量百分比，将分散剂0.5％、钛白粉65％、去离子水34.5％在高速搅拌剪切装置上进行搅拌一定时间(转速3000rpm/min，时间：1小时)，并检验其并检验其粘度值、沉降性、60℃的抗温性以及对联苯胺黄颜料的分散粒径测试(颜料、乳化剂、水、玻璃珠研磨)。
实施例3
本实施例涉及一种新型改性聚醚类分散剂的制备方法，由如下步骤组成：
(1)在装有搅拌器、滴液漏斗、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中加入适量马来酸酐与溶剂，温度60℃，使得马来酸酐能够全部溶解在溶剂中，再将总引发剂(AIBN溶液)体积的1/3加入上述体系中，马来酸酐与总引发剂的质量比为1.3％，再升温至78℃；
(2)将适量的苯乙烯、甲基丙烯酸及巴豆酸、溶剂在常温下混合均匀，将其置于滴液漏斗中缓慢的滴入上述步骤(1)的体系中，并不断搅拌，滴加时间控制在3h，同时将适量的链转移剂烷基硫醇、AIBN以及溶剂混合均匀，置于滴液漏斗中缓慢滴加入步骤(1)的体系中，滴加时间控制在2h；
(3)滴加完成之后，温度保持在85℃，继续反应1小时，降温至50℃后，用碱调节pH至8.0，得到白色固体，并烘干；
(4)将步骤(3)得到的白色固体与适量聚醚(含双键的EO/PO嵌段聚醚，其分子量为300-400)以及水在适量引发剂过硫酸钾和链转移剂亚硫酸氢钠的条件下进行反应，温度为85℃，保温时间为3小时，降温并用水调节所需固含，即得。
本实施例制备的分散剂对钛白粉(金红石，锐钛型)的分散性测试方法如下：
按照质量百分比，将分散剂0.5％、钛白粉65％、去离子水34.5％在高速搅拌剪切装置上进行搅拌一定时间(转速3000rpm/min，时间：1小时)，并检验其粘度值、沉降性、60℃的抗温性以及对联苯胺黄颜料的分散粒径测试(颜料、乳化剂、水、玻璃珠研磨)。
实施例4
本实施例涉及一种新型改性聚醚类分散剂的制备方法，由如下步骤组成：
(1)在装有搅拌器、滴液漏斗、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中加入适量马来酸酐与适量溶剂，温度在55℃，使得马来酸酐能够全部溶解在溶剂中，再将总引发剂(AIBN溶液)体积的1/4加入上述体系中，马来酸酐与总引发剂的质量比为1.6％，再升温至80℃；
(2)将适量的苯乙烯、甲基丙烯酸及巴豆酸、溶剂在常温下混合均匀，将其置于滴液漏斗中缓慢的滴入上述步骤(1)的体系中，并不断搅拌，滴加时间控制在3h，同时将适量链转移剂烷基硫醇、AIBN以及溶剂混合均匀，置于滴液漏斗中缓慢滴加入步骤(1)的体系中，滴加时间控制在3h；
(3)滴加完成之后，温度保持在85℃，继续反应2小时，降温至45℃后，用碱调节pH至8.5，得到白色固体，并烘干；
(4)将步骤(3)得到的白色固体与适量聚醚(含双键的EO/PO嵌段聚醚，其分子量为400-500)以及水，在适量引发剂过硫酸铵和链转移剂亚硫酸氢钠的条件下进行反应，温度为85℃，保温时间为4小时，降温并用水调节所需固含，即得。
本实施例制备的分散剂对钛白粉(金红石，锐钛型)的分散性测试如下：
按照质量百分比，将分散剂0.5％、钛白粉65％、去离子水34.5％在高速搅拌剪切装置上进行搅拌一定时间(转速3000rpm/min，时间：1小时)，并检验其粘度值、沉降性、60℃的抗温性以及对联苯胺黄颜料的分散粒径测试(颜料、乳化剂、水、玻璃珠研磨)。
测试结果
表1实施例1-4和对比例的分散剂对钛白粉的分散性能测试结果
性能指标 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 普通分散剂
分散剂固含 40％ 40％ 40％ 40％ 40％
(金红石)粘度mPa·s(20℃) 100 148.5 150 207 195
粒径nm(联苯胺黄) 265.8 323.3 257.6 695.9 648.3
储存稳定性 30天不分层 20天不分层 7天不分层 7天不分层 第二天分层
耐温性(60℃) 7天不分层 7天不分层 7天不分层 1天分层 1天分层
(锐钛型)粘度mPa·s(20℃) 2000 2588 2090 3600 2100
表1中的对比例采用的普通分散剂由公开的市场上购买获得，由上述表1中可知，本发明实施例1-4获得的改性聚醚分散剂对金红石钛白粉具有更为稳定的分散效果以及更为优异的耐温性能(对环境的适应性更强)。
以上显示了本发明的基本技术设计及主要特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明构思设计所作的等效改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型改性聚醚类分散剂，其特征在于，其结构通式如下：
其中，m、n、x、y均为≥0的整数；
其中，z、p均为≥1的整数；
其中，R1、R2、R3为CH3或者H，且R1、R2不同时为CH3；
其中，R4为或无R4；
其中，R5为CH3或CH2CH3；
其中，M为钠盐或者胺盐。
2.权利要求1所述的新型改性聚醚类分散剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在50-60℃加热搅拌条件下，将马来酸酐溶解在适量溶剂中，再滴加入总引发剂体积的1/3～1/4，马来酸酐与总引发剂的质量比为0.5％-1.6％；然后升温至78-82℃；
步骤二，将丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯和巴豆酸中的至少一种与苯乙烯、适量溶剂在常温下混合均匀后，缓慢滴入步骤一获得的体系中，并不断搅拌，同时将适量的引发剂、链转移剂和溶剂进行混合均匀后，缓慢滴入步骤一获得的体系中；
步骤三，滴加完成之后，80-90℃继续保温1-2小时，然后降温至40-50℃，用碱调pH至8.0-9.0，得到白色固体，烘干；
步骤四，将所述白色固体、含双键聚醚、适量水在引发剂和链转移剂存在的条件下，80-90℃保温进行反应3-4小时，即得。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，升温至80℃。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤一和步骤二中，所述引发剂为偶氮二异丁腈，所述链转移剂为烷基硫醇。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，在缓慢滴入时，滴加时间控制在2-3h。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，在缓慢滴入时，采用滴液漏斗。
7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述含双键聚醚为含双键的烷基嵌段聚醚。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述含双键的烷基嵌段聚醚为环氧乙烷/环氧丙烷嵌段聚醚。
9.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述含双键聚醚的分子量为300-4000。
10.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾中的至少一种，所述链转移剂为亚硫酸氢钠。
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