CN106467603B - 一种阴离子分散剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种阴离子分散剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种阴离子分散剂，它是由亲水性单体和疏水性单体先进行自由基聚合反应得到主链结构，然后再进行酯化反应接侧基得到的具有一定骨架结构的高分子化合物。本发明的阴离子分散剂对炭黑颜料具有很好的降粘性和稳定性，性能远远优于市面上其他的阴离子分散剂，且本发明的阴离子分散剂制备方法简单，原料价廉易得，适合规模化生产。

Description

一种阴离子分散剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于精细化工技术领域。具体地，涉及一种阴离子分散剂及其制备方法和应用。
背景技术
炭黑作为重要的黑色颜料，具有价格优廉、来源广泛、高着色力等优点，已广泛应用于涂料、塑料、橡胶、油墨等领域。商品化的炭黑表面极性低，难以被水润湿。另外，炭黑原生粒子具有较大的比表面积和较高的表面能，在制备中极易发生再次聚集而形成附聚体，从而造成炭黑颗粒大且分布不匀，严重影响了炭黑的展色性能和遮盖力。分散剂在炭黑的分散过程中起着关键的作用，目前已有报道的高分子分散剂有聚丙烯酸改性物和苯乙烯-马来酸酐改性物等。两者都属于阴离子分散剂，通过空间位阻和静电斥力作用使炭黑色浆稳定。
近年来,专门用来分散炭黑的分散剂逐渐成为研究的热点，相关的专利和文献报道较多。专利CN101353500A公开了一种用于水性涂料的两亲聚合物颜料分散剂的合成，并将分散剂对炭黑进行分散。主要是分散10％-30％炭黑颜料的分散，没有探讨分散剂对高颜料炭黑的分散。专利CN101357308A公开了水性颜料色浆用分散剂及其制备方法，没有从分散剂的分散性上进行深入探讨。本专利既包括水性颜料分散剂的制备，也包括对炭黑的分散，而且本发明的阴离子分散剂对高颜料炭黑起到了很好的分散效果。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种阴离子分散剂。
本发明的第二个目的是提供一种阴离子分散剂的制备方法。
本发明的第三个目的是提供一种阴离子分散剂的应用。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种阴离子分散剂，所述阴离子分散剂是由以下重量百分比的原料反应形成的高分子化合物：
进一步，所述疏水性单体为苯乙烯、甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的一种或多种。
进一步，所述亲水性单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、丙烯酰胺和丙烯腈中的一种或多种。
进一步，所述溶剂为苯、甲苯、二甲苯、水、丙酮、丁酮、异丙醇、异丁醇、环己烷、乙酸乙酯和四氢呋喃中的一种或多种；优选地，所述溶剂为乙酸乙酯或丁酮。
进一步，所述引发剂为偶氮类引发剂、过氧类引发剂或无机过氧类引发剂；所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈；所述过氧类引发剂为过氧化二苯甲酰或过氧化二碳酸二乙基己酯；所述无机过氧类引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠；优选地，所述引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)或过氧化二苯甲酰(BPO)。
进一步，所述酯化剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正辛醇或异辛醇；优选地，所述酯化剂为丙醇或异丁醇。
进一步，所述酯化催化剂为浓硫酸、磷酸、硼酸、对甲苯磺酸、盐酸盐或硫酸盐；优选地，所述酯化催化剂为磷酸或对甲苯磺酸。
进一步，所述阴离子分散剂的分子量为1000-8000。
本发明提供了一种阴离子分散剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将亲水性单体和溶剂混合，然后加热至50-80℃，得第一混合液；向所述第一混合液中分别加入疏水性单体和引发剂，然后在50-80℃保温2-8h，进行自由基聚合反应，得第二混合液；
2)向所述第二混合液中加入酯化剂和酯化催化剂，在60-100℃条件下进行酯化反应2-6h，得第三混合液；将所述第三混合液进行减压蒸馏，得粘稠液，然后调节其pH值，并进行干燥得阴离子分散剂。
进一步，步骤2)中用中和剂调节所述第三混合液的pH值为6-9，所述中和剂为二乙醇胺、氢氧化钠水溶液、氨水、三乙醇胺或碳酸钠水溶液。
进一步，步骤2)中pH值较高，分散剂与炭黑表面基团反应，配伍性差，优选地，pH值为6.5-7.5时，制得的阴离子分散剂最稳定。
优选地，所述中和剂为二乙醇胺和氢氧化钠水溶液。
进一步，疏水性单体和亲水性单体竞聚率不同，因此在步骤1)中采用滴加的方式将所述疏水性单体和引发剂加入到第一混合液中从而使产物中两单体的配比达到所需值。
进一步，在步骤2)中采用滴加的方式将所述酯化剂和酯化催化剂加入到第二混合液中。
进一步，将所述第三混合液进行减压蒸馏是为了除去溶剂和未反应完的单体。
本发明的阴离子分散剂属于两亲性分散剂，是由亲水性单体和疏水性单体先进行自由基聚合反应得到主链结构，然后再进行酯化反应接侧基得到的具有一定骨架结构的高分子化合物。
本发明还提供了一种所述阴离子分散剂的应用，所述阴离子分散剂在炭黑分散中的应用。
进一步，所述应用通过如下方法实现：
将42.6-47.6g水、10g固含量为40％分散剂水溶液、2g润湿剂、0.4g消泡剂和40-45g炭黑进行混合，然后高速分散1小时，得分散液；将所述分散液进行研磨，得到均匀的炭黑水性分散体。
本发明的阴离子分散剂具有多个锚固基团，能够有效吸附炭黑表面，不易脱离，在进行分散实验时，当炭黑含量为45％时，含碳黑的水溶液仍然具有很好的流动性，因此本发明的阴离子分散剂对炭黑具有很好的降粘性和稳定性；从而说明本发明阴离子分散剂对炭黑具有很好分散性。
现有技术得到的阴离子分散剂，存在的缺陷，自由基聚合阶段应用的是沉淀聚合机理，得到的第一步产物需要干燥之后，重新溶于溶剂进行酯化反应，再进行后处理，操作繁琐；得到的分散剂降粘性比本专利得到的分散剂差。
另外注意的是，如果没有特别说明，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及以端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
本发明的有益效果如下：
1、本发明的阴离子分散剂对炭黑颜料具有很好的降粘性和稳定性，性能远远优于市面上其他的阴离子分散剂。
2、本发明的阴离子分散剂制备方法简单，原料价廉易得，适合规模化生产。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
1)向四口瓶中加入40g乙酸乙酯和11.5g马来酸酐，然后加热至70℃，得第一混合液；将0.2gBPO溶于5g乙酸乙酯中，得BPO的溶液；将6g苯乙烯和6g甲基苯乙烯混合，得疏水性单体混合液；将所述BPO溶液和疏水性单体混合液采用恒压滴液漏斗在2h内滴入所述第一混合液中；然后在70℃保温2h，进行自由基聚合反应，得第二混合液；
2)将0.3g对甲苯磺酸溶于3g乙酸乙酯中，得对甲苯磺酸溶液；向所述第二混合液中滴加对甲苯磺酸溶液和8g异丙醇，在1h内滴加完毕，然后在70℃条件下进行酯化反应4h，得第三混合液；将所述第三混合液进行减压蒸馏，得粘稠液，然后用氢氧化钠调节其pH值为6.5，得固含量为40％分散剂水溶液，将所述分散剂水溶液干燥后得阴离子分散剂。所述阴离子分散剂的数均分子量为6830。
分散实验：将47.6g水、10g固含量为40％分散剂、2g润湿剂、0.4g消泡剂和40g炭黑进行混合，然后高速分散1小时，得分散液；将所述分散液进行三辊研磨5遍，得到均匀的炭黑水性分散体。
实施例2
1)向四口瓶中加入40g丁酮和11.5g马来酸酐，然后加热至70℃，得第一混合液；将0.2gBPO溶于5g丁酮中，得BPO的溶液；将6g苯乙烯和6g甲基苯乙烯混合，得疏水性单体混合液；将所述BPO溶液和疏水性单体混合液采用恒压滴液漏斗在2h内滴入所述第一混合液中；然后在70℃保温2h，进行自由基聚合反应，得第二混合液；
2)将0.3g对甲苯磺酸溶于3g丁酮中，得对甲苯磺酸溶液；向所述第二混合液中滴加对甲苯磺酸溶液和和8g异辛醇，在1h内滴加完毕，然后在70℃条件下进行酯化反应4h，得第三混合液；将所述第三混合液进行减压蒸馏，得粘稠液，然后用氢氧化钠调节其pH值为6.5，得固含量为40％分散剂水溶液，将所述分散剂水溶液干燥后得阴离子分散剂。所述阴离子分散剂的数均分子量为5520。
分散实验：具体方法同实施例1。
实施例3
1)向四口瓶中加入40g乙酸乙酯和11.5g马来酸酐，然后加热至70℃，得第一混合液；将0.2g的AIBN溶于5g乙酸乙酯中，得AIBN的溶液；将6g苯乙烯和6g甲基苯乙烯混合，得疏水性单体混合液；将所述AIBN溶液和疏水性单体混合液采用恒压滴液漏斗在2h内滴入所述第一混合液中；然后在70℃保温2h，进行自由基聚合反应，得第二混合液；
2)将0.3g对甲苯磺酸溶于3g乙酸乙酯中，得对甲苯磺酸溶液；向所述第二混合液中滴加对甲苯磺酸溶液和8g异辛醇，在1h内滴加完毕，然后在70℃条件下进行酯化反应4h，得第三混合液；将所述第三混合液进行减压蒸馏，得粘稠液，然后用氢氧化钠调节其pH值为6.5，得固含量为40％分散剂水溶液，将所述分散剂水溶液干燥后得阴离子分散剂。所述阴离子分散剂的数均分子量为6830。
分散实验：具体方法同实施例1。
实施例4
1)向四口瓶中加入40g乙酸乙酯和11.5g马来酸酐，然后加热至70℃，得第一混合液；将0.2g的BPO溶于5g乙酸乙酯中，得BPO的溶液；将6g苯乙烯和6g甲基苯乙烯混合，得疏水性单体混合液；将所述BPO溶液和疏水性单体混合液采用恒压滴液漏斗在2h内滴入所述第一混合液中；然后在70℃保温2h，进行自由基聚合反应，得第二混合液；
2)将0.3g对甲苯磺酸溶于3g乙酸乙酯中，得对甲苯磺酸溶液；向所述第二混合液中滴加对甲苯磺酸溶液和8g正辛醇，在1h内滴加完毕，然后在70℃条件下进行酯化反应4h，得第三混合液；将所述第三混合液进行减压蒸馏，得粘稠液，然后用氢氧化钠调节其pH值为6.5，得固含量为40％分散剂水溶液，将所述分散剂水溶液干燥后得阴离子分散剂。所述阴离子分散剂的数均分子量为6180。
分散实验：具体方法同实施例1。
实施例5
1)向四口瓶中加入40g乙酸乙酯和11.5g马来酸酐，然后加热至70℃，得第一混合液；将0.2g的BPO溶于5g乙酸乙酯中，得BPO的溶液；将6g苯乙烯和6g甲基苯乙烯混合，得疏水性单体混合液；将所述BPO溶液和疏水性单体混合液采用恒压滴液漏斗在2h内滴入所述第一混合液中；然后在70℃保温2h，进行自由基聚合反应，得第二混合液；
2)将0.3g对甲苯磺酸溶于3g乙酸乙酯中，得对甲苯磺酸溶液；向所述第二混合液中滴加对甲苯磺酸溶液和8g正辛醇，在1h内滴加完毕，然后在70℃条件下进行酯化反应4h，得第三混合液；将所述第三混合液进行减压蒸馏，得粘稠液，然后用氢氧化钠调节其pH值为9，得固含量为40％分散剂水溶液，将所述分散剂水溶液干燥后得阴离子分散剂。所述阴离子分散剂的数均分子量为6230。
分散实验：具体方法同实施例1。
实施例6
采用实施例1制备的阴离子分散剂进行分散实验。
分散实验：分散实验：将42.6g水、10g固含量为45％的分散剂、2g润湿剂、0.4g消泡剂和45g炭黑进行混合，然后高速分散1小时，得分散液；将所述分散液进行三辊研磨5遍，得到均匀的炭黑水性分散体。
对比例1
分散剂为聚氨酯阴离子型分散剂，采用活性含量为40％的黄色透明粘稠液体进行分散实验。
分散实验：将47.6g水、10g固含量为40％的所述分散剂、2g润湿剂、0.4g消泡剂和40g炭黑进行混合，然后高速分散1小时，得分散液；将所述分散液进行三辊研磨5遍，得到炭黑水性分散体。
对比例2
所述分散剂为环氧聚乙烯醚非离子型分散剂聚，采用活性含量为40％的黄色透明粘稠液体进行分散实验。
分散实验：将47.6g水、10g固含量为40％的所述分散剂、2g润湿剂、0.4g消泡剂和40g炭黑进行混合，然后高速分散1小时，得分散液；将所述分散液进行三辊研磨5遍，得到炭黑水性分散体。
表1实施例1至6、对比例1和2的分散剂性能测试结果
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种阴离子分散剂，其特征在于，所述阴离子分散剂的制备包括以下步骤：
1）向四口瓶中加入40g乙酸乙酯和11.5g马来酸酐，然后加热至70℃，得第一混合液；将0.2gBPO溶于5g乙酸乙酯中，得BPO的溶液；将6g苯乙烯和6g甲基苯乙烯混合，得疏水性单体混合液；将所述BPO溶液和疏水性单体混合液采用恒压滴液漏斗在2h内滴入所述第一混合液中；然后在70℃保温2h，进行自由基聚合反应，得第二混合液；
2）将0.3g对甲苯磺酸溶于3g乙酸乙酯中，得对甲苯磺酸溶液；向所述第二混合液中滴加对甲苯磺酸溶液和8g异丙醇，在1h内滴加完毕，然后在70℃条件下进行酯化反应4h，得第三混合液；将所述第三混合液进行减压蒸馏，得粘稠液，然后用氢氧化钠调节其pH值为6.5，得固含量为40%分散剂水溶液，将所述分散剂水溶液干燥后得阴离子分散剂，所述阴离子分散剂的数均分子量为6830。
2.一种阴离子分散剂，其特征在于，所述阴离子分散剂的制备包括以下步骤：
1）向四口瓶中加入40g丁酮和11.5g马来酸酐，然后加热至70℃，得第一混合液；将0.2gBPO溶于5g丁酮中，得BPO的溶液；将6g苯乙烯和6g甲基苯乙烯混合，得疏水性单体混合液；将所述BPO溶液和疏水性单体混合液采用恒压滴液漏斗在2h内滴入所述第一混合液中；然后在70℃保温2h，进行自由基聚合反应，得第二混合液；
2）将0.3g对甲苯磺酸溶于3g丁酮中，得对甲苯磺酸溶液；向所述第二混合液中滴加对甲苯磺酸溶液和和8g异辛醇，在1h内滴加完毕，然后在70℃条件下进行酯化反应4h，得第三混合液；将所述第三混合液进行减压蒸馏，得粘稠液，然后用氢氧化钠调节其pH值为6.5，得固含量为40%分散剂水溶液，将所述分散剂水溶液干燥后得阴离子分散剂，所述阴离子分散剂的数均分子量为5520。
3.一种阴离子分散剂，其特征在于，所述阴离子分散剂的制备包括以下步骤：
1）向四口瓶中加入40g乙酸乙酯和11.5g马来酸酐，然后加热至70℃，得第一混合液；将0.2g的AIBN溶于5g乙酸乙酯中，得AIBN的溶液；将6g苯乙烯和6g甲基苯乙烯混合，得疏水性单体混合液；将所述AIBN溶液和疏水性单体混合液采用恒压滴液漏斗在2h内滴入所述第一混合液中；然后在70℃保温2h，进行自由基聚合反应，得第二混合液；
2）将0.3g对甲苯磺酸溶于3g乙酸乙酯中，得对甲苯磺酸溶液；向所述第二混合液中滴加对甲苯磺酸溶液和8g异辛醇，在1h内滴加完毕，然后在70℃条件下进行酯化反应4h，得第三混合液；将所述第三混合液进行减压蒸馏，得粘稠液，然后用氢氧化钠调节其pH值为6.5，得固含量为40%分散剂水溶液，将所述分散剂水溶液干燥后得阴离子分散剂，所述阴离子分散剂的数均分子量为6830。
4.一种阴离子分散剂，其特征在于，所述阴离子分散剂的制备包括以下步骤：
1）向四口瓶中加入40g乙酸乙酯和11.5g马来酸酐，然后加热至70℃，得第一混合液；将0.2g的BPO溶于5g乙酸乙酯中，得BPO的溶液；将6g苯乙烯和6g甲基苯乙烯混合，得疏水性单体混合液；将所述BPO溶液和疏水性单体混合液采用恒压滴液漏斗在2h内滴入所述第一混合液中；然后在70℃保温2h，进行自由基聚合反应，得第二混合液；
2）将0.3g对甲苯磺酸溶于3g乙酸乙酯中，得对甲苯磺酸溶液；向所述第二混合液中滴加对甲苯磺酸溶液和8g正辛醇，在1h内滴加完毕，然后在70℃条件下进行酯化反应4h，得第三混合液；将所述第三混合液进行减压蒸馏，得粘稠液，然后用氢氧化钠调节其pH值为6.5，得固含量为40%分散剂水溶液，将所述分散剂水溶液干燥后得阴离子分散剂，所述阴离子分散剂的数均分子量为6180。
5.一种阴离子分散剂，其特征在于，所述阴离子分散剂的制备包括以下步骤：
1）向四口瓶中加入40g乙酸乙酯和11.5g马来酸酐，然后加热至70℃，得第一混合液；将0.2g的BPO溶于5g乙酸乙酯中，得BPO的溶液；将6g苯乙烯和6g甲基苯乙烯混合，得疏水性单体混合液；将所述BPO溶液和疏水性单体混合液采用恒压滴液漏斗在2h内滴入所述第一混合液中；然后在70℃保温2h，进行自由基聚合反应，得第二混合液；
2）将0.3g对甲苯磺酸溶于3g乙酸乙酯中，得对甲苯磺酸溶液；向所述第二混合液中滴加对甲苯磺酸溶液和8g正辛醇，在1h内滴加完毕，然后在70℃条件下进行酯化反应4h，得第三混合液；将所述第三混合液进行减压蒸馏，得粘稠液，然后用氢氧化钠调节其pH值为9，得固含量为40%分散剂水溶液，将所述分散剂水溶液干燥后得阴离子分散剂，所述阴离子分散剂的数均分子量为6230。
6.一种如权利要求1-5任一所述阴离子分散剂的应用，其特征在于，所述阴离子分散剂在炭黑分散中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，它通过如下方法实现：
将42.6-47.6g水、10g分散剂、2g润湿剂、0.4g消泡剂和40-45g炭黑进行混合，然后高速分散1小时，得分散液；将所述分散液进行研磨，得到均匀的炭黑水性分散体。
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