CN108383938A - 一种钛白粉超分散剂其制备方法及应用 - Google Patents

一种钛白粉超分散剂其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钛白粉超分散剂其制备方法及应用，其各个组成成分及其所占的质量百分数为：单体35％‑45％；引发剂0.2％‑2.4％；水52.6％‑64.8％。所选单体为丙烯酸和丙烯酰胺的混合物，两者的摩尔比为1.5/1至19/1；所选引发剂为次磷酸钠和过硫酸铵，两者的质量比为0.75/1至1.5/1；所选水是二次蒸馏水。本发明采用水溶液聚合法，以丙烯酸AA和丙烯酰胺AM为共聚单体，以过硫酸铵和次磷酸钠为氧化还原引发体系，合成了聚丙烯酸丙烯酰胺共聚物超分散剂。本发明中的钛白粉分散剂制备方法简单，且无需后处理，在钛白粉的分散中具有很好的效果。

Description

一种钛白粉超分散剂其制备方法及应用
技术领域
本发明属于化工技术领域，涉及一种钛白粉超分散剂其制备方法及应用。
背景技术
二氧化钛在涂料、塑料、油墨、造纸、化纤、陶瓷等行业具有广泛的应用，其中钛白粉在涂料中的用量最大，约占钛白粉总用量的60％。在涂料的应用中，二氧化钛颗粒是否分散均匀，影响着二氧化钛的遮盖率。同时，二氧化钛的分散效果还影响着其他的应用性能，如颜色强度、光泽度和贮存稳定性等，对于户外涂料，其耐久性，耐曝光性也会受到影响。目前市场上应用较为广泛的超分散剂有大多是溶解在有机溶剂中的溶液。随着环境问题的日益加剧，近年来相关立法也越来越严格。因此水溶性产品的研究得到了快速的发展(孙建平，王韬，赵煦等，二氧化钛在涂料中的分散技术进展，中国涂料，第28卷，第五期，p10-13.2013年5月)。而目前由国内分散剂的研究与国外同期产品在性能上有一定的差距。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种钛白粉超分散剂其制备方法及应用，采用自由基共聚法，将多种官能团引入到聚合物中，期望制备出一种可以很好地分散二氧化钛的水溶性聚合物。
其技术方案如下：
一种钛白粉超分散剂，其各个组成成分及其所占的质量百分数为：单体35％-45％；引发剂0.2％-2.4％；水52.6％-64.8％。所选单体为丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)的混合物，两者的摩尔比为1.5/1至19/1；所选引发剂为次磷酸钠和过硫酸铵，两者的质量比为0.75/1至1.5/1；所选水是二次蒸馏水。
本发明中的钛白粉超分散剂，优选以下配方，其各个组成成分及其所占的质量百分数为：单体38％-42％；引发剂0.4％-1.2％；水56.8％-61.6％。所选单体为丙烯酸和丙烯酰胺的混合物，两者的摩尔比优选为15/1至19/1；所选引发剂为次磷酸钠和过硫酸铵，两者的质量比优选为0.9/1至1.2/1；所选水是二次蒸馏水。
本发明中的钛白粉超分散剂，在水溶液中以自由基共聚法进行制备。具体以丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为共聚单体，以过硫酸铵和次磷酸钠为氧化还原引发体系，制备聚丙烯酸-丙烯酰胺共聚物，即钛白粉分散剂。
本发明中涉及的钛白粉超分散剂的制备过程简单，且无需后处理，反应物100％转变为产品，无排放。
本发明中的钛白粉的制备过程中具体涉及的反应如下：
本发明中的钛白粉分散剂中具体涉及的共聚物的聚合机理如下：
引发剂生成初级自由基：
S2O8 2-+H2PO2 -→SO4 -·+H2PO2 -·+SO4 2-
可能发生的副反应：
SO4 -·+H2PO2 -→SO4 2-+H2PO2 -·
2H2PO2 -·→H4P2O4
链引发：
R·+CH2＝CHR→RCH2CHR·
链增长：
RCH2CHR·+CH2＝CHR→R(CH2CHR)n-CH2-CHR
链终止：
R·+R·→R-R
P·+P·→P-P
P·+R′H→P-H+R′·(chain transfer)。
一种本发明所述的钛白粉超分散剂的制备方法，包括以下步骤：
(A)在装有机械搅拌、回流冷凝管、恒压滴液漏斗和温度计的四口烧瓶中，加入次磷酸钠和二次蒸馏水，搅拌使次磷酸钠溶解；
(B)称取单体丙烯酸和丙烯酰胺配置成水溶液，并置于恒压滴液漏斗中；
(C)称取引发剂过硫酸铵，配置成水溶液，并置于另一恒压滴液漏斗中；
(D)待四口瓶内的溶液温度升高至75℃时，向四口瓶中同时滴加单体和引发剂溶液，控制滴加速度，15-20min内滴加完毕；
(E)升温至90℃，恒温反应3h，冷却至室温后，用50％的NaOH溶液调节体系pH至6-8，得淡黄色透明溶液，即钛白粉超分散剂。
本发明所述钛白粉超分散剂在分散钛白粉制备过程中的应用。
本发明的有益效果：
本发明制备的产品克服了市场上国内产品的有机溶剂污染、分散效果差、适用范围窄等缺点，分散效果与进口优质分散剂如美国克莱恩4100及日本SN-5040等相当。
附图说明
图1是分散剂用量对分散体系粘度的影响；
图2是丙烯酸的摩尔含量对分散体系粘度和分散力的影响。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
实施例一
在优化的配方和实验条件下，对超分散剂的制备进行了放大实验和重现性的探究。优化的条件为：单体丙烯酸和丙烯酰胺的摩尔比为19/1；引发剂次磷酸钠和过硫酸铵的百分数为1％，质量比为1/1。反应温度为90℃，反应时间为3h。实验中单体的质量分别为20g、40g、100g、100g、100g。如表1所述为分散剂用量为0.8％时，对钛白粉(TiO2)的分散效果。
表1钛白粉分散剂对钛白粉的分散效果
实验结果表明，在优化条件下制备的聚合物分散剂初步的放大(5倍量)，得到的分散效果与小量实验结果相当；在单体质量为100g时进行了三次平行实验，实验结果重现性好。
实施例二
分散剂的用量是影响其分散性能的一个重要因素。在其他条件不变的情况下，改变分散剂的加入量，以二氧化钛分散体系的粘度为指标，考察分散剂用量对分散效果的影响，实验结果如下图所示。如图1所示，当分散剂用量低于0.8％时，随着分散剂用量的增加，体系的粘度逐渐降低。当分散剂加入量超过0.8％后，体系的粘度逐渐升高。因此分散剂最佳用量约为二氧化钛质量的0.8％。
实施例三
在共聚物中，丙烯酸中的羧基与丙烯酰胺中的酰胺基分别可提供锚固基团与二氧化钛颗粒之间紧密的结合在一起，聚合物的主链作为溶剂化链向外伸展，提供空间位阻作用，从而达到分散的效果。然而两种锚固基团与颗粒之间的作用方式不同，基于这个思路，在保证其他条件不变的情况下，改变丙烯酸与丙烯酰胺的摩尔比分别为6:4、7:3、8:2、9:1、9.5:0.5、10:0，以二氧化钛分散体系的粘度和分散力为指标，考查两单体摩尔比对聚合物分散二氧化钛的影响，实验结果如下图2所示。
从图2中可看出，分散体系的粘度随丙烯酸含量的增加呈先减小后增加的趋势，分散力则相反。这是由于单体配比的变化直接影响着聚合物分子链上的官能团分布，聚合物中的羧基在合适pH的水溶液中发生电离，成为带有羧酸根的聚合物，羧酸根与二氧化钛颗粒表面通过静电作用紧密地吸附在一起，而酰胺基在水溶液中不能发生电离，其与二氧化钛颗粒表面主要通过氢键作用吸附在一起，与此同时，聚合物的主链作为溶剂化链提供空间位阻作用，阻止颗粒之间相互靠近。聚合物中两种单体的比例决定着这三种作用力的大小，当两单体比例达到一定，使这三种作用达到平衡时，分散体系的粘度最小，分散力最大，聚合物的分散效果达到最佳。由此我们得出，丙烯酸与丙烯酰胺的摩尔比为19/1为合成聚合物分散剂的较佳条件。
实施例四
本实施例中通过测定分散体系的粘度、分散力、平均粒径和涂料细度来探究分散剂的分散效果。表2为本发明的钛白粉分散剂与两种市售的优质分散剂日本SN-5040和美国Dispersogen 4100的性能对比表。实验表明本发明中的分散剂在粘度、分散力方面优于SN-5040和Dispersogen4100，平均粒径稍高于SN-5040，但是粒径分布较窄；制备的涂料的细度与市售优质分散剂效果相当。
表2本发明的分散剂与市售分散剂性能的比较
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种钛白粉超分散剂，其特征在于，其各个组成成分及其所占的质量百分数为：
单体35％-45％；引发剂0.2％-2.4％；水52.6％-64.8％；；
其中，所选单体为丙烯酸和丙烯酰胺的混合物，两者的摩尔比为1.5/1至19/1；
其中，所选引发剂为次磷酸钠和过硫酸铵，两者的质量比为0.75/1至1.5/1；
其中，所选水是二次蒸馏水。
2.根据权利要求1所述的钛白粉超分散剂，其特征在于，其各个组成成分及其所占的质量百分数为：单体38％-42％；引发剂0.4％-1.2％；水56.8％-61.6％；
其中，所选单体为丙烯酸和丙烯酰胺的混合物，两者的摩尔比优选为15/1至19/1；
其中，所选引发剂为次磷酸钠和过硫酸铵，两者的质量比优选为0.9/1至1.2/1；
其中，所选水是二次蒸馏水。
3.一种权利要求1所述的钛白粉超分散剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤
(A)在装有机械搅拌、回流冷凝管、恒压滴液漏斗和温度计的四口烧瓶中，加入次磷酸钠和二次蒸馏水，搅拌使次磷酸钠溶解；
(B)称取单体丙烯酸和丙烯酰胺配置成水溶液，并置于恒压滴液漏斗中；
(C)称取引发剂过硫酸铵，配置成水溶液，并置于另一恒压滴液漏斗中；
(D)待四口瓶内的溶液温度升高至75℃时，向四口瓶中同时滴加单体和引发剂溶液，控制滴加速度，15-20min内滴加完毕；
(E)升温至90℃，恒温反应3h，冷却至室温后，用50％的NaOH溶液调节体系pH至6-8，得淡黄色透明溶液，即钛白粉超分散剂。
4.权利要求1所述的钛白粉超分散剂在分散钛白粉制备过程中的应用。
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