CN109054494A - 一种通用型高浓度水性色浆颜料分散剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种通用型高浓度水性色浆颜料分散剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通用型高浓度水性色浆颜料分散剂及其制备方法和应用，所述分散剂为A组分、B组分复配的双组分复合型高分子嵌段聚醚的磷酸酯盐，其中A组分含有类颜料结构的锚固基，是一种或多种具有多苯环结构的酚类、胺类或烷基醇起始剂的环氧乙烷/环氧丙烷嵌段聚合物，B组分为一种或多种脂肪醇起始剂的环氧乙烷/环氧丙烷嵌段聚合物，提供辅助润湿功能。制备方法为：将A组分和B组分复配组合后再磷酸酯化，并以有机碱中和，最后得到复合型高分子嵌段聚醚磷酸酯盐。该分散剂无论对无机或有机颜料均有明显较好的研磨分散、降粘效果；并能在较长的时间使颜料均匀分散(可长达30天)，不絮凝沉积，形成稳态色浆，保证体系良好的稳定性。

Description

一种通用型高浓度水性色浆颜料分散剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明水性颜料的分散剂技术领域，尤其涉及一种通用型高浓度水性色浆颜料分散剂及其制备方法和应用。
背景技术
在涂料、油墨等应用领域中，颜料的分散是制造技术环节的重要部分。为了得到均一稳定分散体，经常需要使用分散剂。分散剂是在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂，吸附于颜料颗粒的表面，使凝聚的颜料颗粒表面易于湿润，同时在表面形成吸附层,使颜料颗粒表面的电荷增加，提高形成立体阻碍的颗粒间的反作用力。从而可均一分散难溶解于液体的无机、有机颜料的固体颗粒，同时也能防止固体颗粒的沉降和凝聚，形成稳定悬浮液。优良的润湿分散剂能减少完成分散过程所需要的时间和能量，稳定所分散的颜料分散体，改性颜料粒子表面性质，调整颜料粒子的运动性，从而达到：缩短分散时间、提高光泽、提高着色力和遮盖力、改善展色性和调色性、防止浮色发花、防止絮凝，防止沉降。
美国专利(申请号：US19980077866申请日：1998-06-01)公开了一种聚亚烷基醚嵌段共聚物的磷酸酯及其作为分散剂的用途，其中分散剂是聚亚烷基醚嵌段共聚物的磷酸酯，所述酯包含末端甲氧基、乙氧基嵌段和丙氧基嵌段，所述化合物用于将颗粒固体分散在含水介质如漆和油墨中。
中国发明专利(申请号：201580069056.5申请日：2015-12-17)公开了一种包含磷酸酯单酯和磷酸二酯的共混物的分散剂，其中磷酸酯基团被包含1-30个碳原子的支化烷基或链烯基烷氧基化物基团取代。介绍了分散剂适用于将各种颜料和其他颗粒状物质分散在水性或有机介质中。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种通用型高浓度水性色浆颜料分散剂及其制备方法和应用，该通用型高浓度水性色浆颜料分散剂对颜料润湿分散作用强、分散效率高、通用性强，提高颜料分散体系的稳定性、着色力，改善展色性，防止浮色发花、絮凝、沉降，保证颜料在涂料、油墨体系中的良好应用。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种通用型高浓度水性色浆颜料分散剂，其特征在于：所述分散剂为A组分、B组分复配的双组分复合型高分子嵌段聚醚的磷酸酯盐，其中A组分含有类颜料结构的锚固基，B组分提供辅助润湿功能。
作为上述技术方案的改进，所述A组分为一种或几种具有多苯环结构的酚类、胺类或烷基醇起始剂的环氧乙烷/环氧丙烷嵌段聚合物，其结构简式为R1(CH2CH2O)m[CH2CH(CH3)O]nH，其中m＝33～78，n＝11～42，所述(CH2CH2O)结构与[CH2CH(CH3)O]结构的嵌段方式包括环氧乙烷和环氧丙烷以无规或交替有规方式进行嵌段聚合。
作为上述技术方案的改进，所述R1为苯甲基苯酚、萘酚、苯乙基二酚、蒽酚、联苯二胺、咔唑、苯并咪唑、腰果酚、菲醇、蒽甲醇、芦荟皂草Ⅱ、芦荟皂草Ⅲ具有多苯环结构的酚类、胺类或烷基醇中的一种或多种失去酚羟基氢、胺基氢或醇羟基氢的残留基团。
作为上述技术方案的改进，所述B组分为一种或几种脂肪醇起始剂的环氧乙烷/环氧丙烷嵌段聚合物，其结构简式为R2(CH2CH2O)a[CH2CH(CH3)O]bH，其中a＝8～36，b＝2～14，所述(CH2CH2O)与[CH2CH(CH3)O]嵌段方式包括环氧乙烷和环氧丙烷以无规或交替有规方式进行嵌段聚合。
作为上述技术方案的改进，所述R2为异辛醇、C10异构醇、C13异构醇、月桂醇等脂肪醇中的一种或多种失去醇羟基氢的残留基团。
综上，A组分和B组分均是一种起始剂或几种起始剂混合后的环氧乙烷/环氧丙烷嵌段聚合物，或者说是一种或者几种起始剂先混合再聚合而成的嵌段聚合物。
作为上述技术方案的改进，所述双组分复合型高分子嵌段聚醚由A组分和B组分构成，其中A组分、B组分所占的质量分数分别为51.5～78.8％、21.2～48.5％。
作为上述技术方案的改进，所述双组分复合型高分子嵌段聚醚为组分A与B的复配得到，或通过A、B的起始剂组合后进行烷氧基化合成得到。
所述通用型高浓度水性色浆颜料分散剂的制备方法为：将A组分和B组分复配组合后磷酸酯化，并以有机碱中和，最后得到复合型高分子嵌段聚醚磷酸酯盐。
作为上述技术方案的改进，将A组分和B组分复配组合后，在53～78℃的温度条件下，加入五氧化二磷，保温酯化1.5～4.0h得到A+B组分的磷酸酯，加入总体系质量分数4％～17％的纯水，在73～92℃进行水解，随后在25～55℃的温度下加入有机碱中和pH到6～8，形成高分子嵌段磷酸酯盐。
作为上述技术方案的改进，所述A和B组分的投料量为总投料量质量分数的：91.5～99.6(wt％)，五氧化二磷的投料量为总投料量质量分数的：0.4～8.5(wt％)。
作为上述技术方案的改进，所述有机碱为二乙醇胺、三乙胺、三乙烯二胺、三乙醇胺、四甲基胍、四甲基乙二胺、4-二甲氨基吡啶、四羟乙基乙二胺、四羟丙基乙二胺中的一种或多种。
所述通用型高浓度水性色浆颜料分散剂可应用于色浆、涂料领域。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：
(1)本发明所述分散剂是通过A和B双组分复配组合后再磷酸酯化并用有机胺中和得到的高分子嵌段磷酸酯盐。A组分为一种或几种具有多苯环结构的酚类、胺类或烷基醇的环氧乙烷/环氧丙烷规嵌段聚合物，其通过类颜料锚固基团，能与颜料牢固结合；B组分为一种或几种脂肪醇的环氧乙烷/环氧丙烷嵌段聚合物，对颜料有良好的润湿、亲和作用，并具有一定的防沉降效果；针对各种无机、有机颜料具有良好的分散效果；
(2)本发明通过调节A组分中多苯环结构酚类、胺类或烷基醇的结构、烷基链长、环氧乙烷/环氧丙烷的嵌段方式，B组分中脂肪醇链的结构、烷烃链长、环氧乙烷/环氧丙烷的嵌段方式，使分散剂溶剂化链段达到最佳空间位阻稳定效果；
(3)本发明通过调整A、B组分的含量，优化分散剂对颜料的润湿分散效果，综合提高水性颜料分散剂的颜料研磨分散效率、降粘性、稳定性、展色性以及广泛的适用性；
(4)本发明的水性分散剂以类颜料锚固基团为起始剂引入聚醚溶剂化链段，因此分散剂的亲和基团能与颜料牢固结合，所带的溶剂化链段则在颜料表面形成稳定的空间位阻效应，而磷酸酯后的离子化则又能形成双电荷层，对颜料起到了多重稳定作用；在多重稳定的作用下能与颜料粒子表面迅速牢固结合而使颜料解絮凝，使其具备较高的分散效率、优异的显色性和展色性；由于解絮凝的颜料粒径微小，从而保证颜料粒子稳定的悬浮在分散体系中，达到最佳的分散效果，阻止颜料絮凝，防止分散体系浮色发花，以及优良的稳定性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1是使用了本发明实施例1～4所述分散剂的所磨黑色浆样与使用了市场样1、2的所磨黑色浆样的黑度对比图。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
实施例1
本实施例中：复合型高分子嵌段聚醚为组分A与B的复配，其中，A组分占复合型高分子聚醚总质量的57.3％，B组分占复合型高分子聚醚总质量量的42.7％。A组分为苯乙基二酚+62EO+14PO，也就是A组分通过以下摩尔比1mol起始剂苯乙基二酚与62molEO、14molPO化合得到。；B组分为(异辛醇+异构C10醇)+3PO+26EO，其中异辛醇与异构C10醇的质量比4:1，也就是B组分通过以下摩尔比异辛醇和异构C10醇形成的1mol混合起始剂与3molEO、26molPO化合得到。
A、B组分的总质量与五氧化二磷的投料时的质量比为：93.1(wt％)、6.9(wt％)，在55℃的温度条件下，保温酯化3.0h得到(A+B)组分的磷酸酯，加入占总体系质量分数15％的纯水在88℃进行水解，随后在40℃的温度下，按质量比1：1加入二乙醇胺、四羟丙基乙二胺中和pH到6～8，形成高分子嵌段磷酸酯盐，得到一种高性能水性颜料分散剂。
实施例2
本实施例中：复合型高分子嵌段聚醚通过A、B的起始剂组合后进行烷氧基化合成得到。A组分的起始剂为蒽甲醇，B组分的起始剂为异构C10醇，起始剂组合后的烷氧基化方式为(蒽甲醇+C10醇)+12PO+36EO+2PO的无规嵌段聚醚，即通过以下摩尔比蒽甲醇+C10醇形成的1mol混合起始剂与36molEO、14molPO化合得到的无规嵌段聚醚。烷氧基化后A组分占复合型高分子聚醚总质量57.1％；B组分占复合型高分子聚醚总质量的42.9％。
经烷氧基化的A、B组分的总质量与五氧化二磷在投料时的质量百分比为：95.3(wt％)、4.7(wt％)，在72℃的温度条件下，保温酯化2.5h得到(A+B)组分的磷酸酯，加入质量占比7％的纯水在92℃进行水解，随后在48℃的温度下，加入三乙醇胺中和pH到6～8，形成高分子嵌段磷酸酯盐，得到一种高性能水性颜料分散剂。
实施例3
本实施例中：复合型高分子嵌段聚醚为组分A与B的复配，其中A组分占复合型高分子聚醚总质量的74.8％，B组分占复合型高分子聚醚总质量的25.2％。A组分为(腰果酚+蒽酚)+12PO+40EO，其中腰果酚与蒽酚的质量比2：3，也就是A组分通过以下摩尔比腰果酚+蒽酚形成的1mol混合起始剂与40molEO、12molPO化合得到；B组分为(月桂醇+C13醇)+12PO+34EO，其中月桂醇与C13醇的质量比1：1，也就是B组分通过以下摩尔比月桂醇与C13醇形成的1mol混合起始剂与34molEO、12molPO化合得到。
A、B组分的总质量与五氧化二磷的投料时的质量比为：96.0(wt％)、4.0(wt％)，在68℃的温度条件下，保温酯化4.0h得到(A+B)组分的磷酸酯，加入质量占比15％的纯水在85℃进行水解，随后在30℃的温度下，加入三乙烯二胺中和pH到6～8，形成高分子嵌段磷酸酯盐，得到一种高性能水性颜料分散剂。
实施例4
本实施例中：复合型高分子嵌段聚醚为组分A与B的复配，其中A占复合型高分子聚醚总质量的67.0％，B组分占复合型高分子聚醚总质量的33.0％。A组分为(咔唑+芦荟皂草Ⅱ)+32PO+74EO，其中咔唑与芦荟皂草Ⅱ的质量比1：1，也就是A组分通过咔唑与芦荟皂草Ⅱ形成的1mol混合起始剂与74molEO、32molPO化合得到；B组分为月桂醇+25EO+3PO，也就是B组分通过以下摩尔比1mol起始剂月桂醇与25molEO、3molPO化合得到。
A、B组分的总质量与五氧化二磷的投料时的质量比为：97.8(wt％)、2.2(wt％)，在61℃的温度条件下，保温酯化2.0h得到(A+B)组分的磷酸酯，加入质量占比5％的纯水在80℃进行水解，随后在52℃的温度下，按质量比3：1加入四羟乙基乙二胺、三乙胺中和pH到6～8，形成高分子嵌段磷酸酯盐，得到一种高性能水性颜料分散剂。
上述实施例1～4所制备的水性颜料分散剂样与市场对标样，在相同条件下测定样品在不同类型无机/有机颜料中的分散性能，水性色浆配方如表1，测试结果如表2。
表1水性色浆配方
表2不同分散剂样品对颜料分散测试结果
从表1数据可看出上述实施例1～4所得分散剂样相较市场样1、样2，无论对无机或有机颜料均有明显较好的研磨分散、降粘效果；并能在较长的时间使颜料均匀分散，不絮凝沉积，形成稳态色浆，保证体系良好的稳定性。
图1为使用了实施例1～4所述分散剂的所磨黑色浆样与市场样1、2所磨黑色浆样的黑度对比图。从图1中可看出测试样的黑度对比结果为：使用了实施例1～4所述分散剂的所磨炭黑颜料的色浆黑度与市场样1基本一致，均好于市场样2所磨色浆的黑度。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种通用型高浓度水性色浆颜料分散剂，其特征在于：所述分散剂为A组分、B组分复配的双组分复合型高分子嵌段聚醚的磷酸酯盐，其中A组分含有类颜料结构的锚固基，B组分提供辅助润湿功能。
2.如权利要求1所述的通用型高浓度水性色浆颜料分散剂，其特征在于：所述A组分为一种或几种具有多苯环结构的酚类、胺类或烷基醇起始剂的环氧乙烷/环氧丙烷嵌段聚合物，其结构简式为R1(CH2CH2O)m[CH2CH(CH3)O]nH，其中m＝33～78，n＝11～42，所述(CH2CH2O)与[CH2CH(CH3)O]嵌段方式包括环氧乙烷和环氧丙烷以无规或交替有规方式进行嵌段聚合；
所述R1为苯甲基苯酚、萘酚、苯乙基二酚、蒽酚、联苯二胺、咔唑、苯并咪唑、腰果酚、菲醇、蒽甲醇、芦荟皂草Ⅱ、芦荟皂草Ⅲ具有多苯环结构的酚类、胺类或烷基醇中的一种或多种失去酚羟基氢、胺基氢或醇羟基氢的残留基团。
3.如权利要求1所述的通用型高浓度水性色浆颜料分散剂，其特征在于：所述B组分为一种或几种脂肪醇起始剂的环氧乙烷/环氧丙烷嵌段聚合物，其结构简式为R2(CH2CH2O)a[CH2CH(CH3)O]bH，其中a＝8～36，b＝2～14，所述(CH2CH2O)与[CH2CH(CH3)O]嵌段方式包括环氧乙烷和环氧丙烷以无规或交替有规方式进行嵌段聚合；
所述R2为异辛醇、C10异构醇、C13异构醇、月桂醇等脂肪醇中的一种或多种失去醇羟基氢的残留基团。
4.如权利要求1所述的通用型高浓度水性色浆颜料分散剂，其特征在于：所述双组分复合型高分子嵌段聚醚由A组分和B组分构成，其中A组分、B组分所占的质量分数分别为51.5～78.8％、21.2～48.5％。
5.如权利要求1所述的通用型高浓度水性色浆颜料分散剂，其特征在于：所述双组分复合型高分子嵌段聚醚为组分A与B的复配得到，或通过A、B的起始剂组合后进行烷氧基化合成得到。
6.如权利要求1所述的通用型高浓度水性色浆颜料分散剂，其特征在于：所述分散剂的制备方法为：将A组分和B组分复配组合后磷酸酯化，并以有机碱中和，最后得到复合型高分子嵌段聚醚磷酸酯盐。
7.如权利要求6所述的通用型高浓度水性色浆颜料分散剂，其特征在于：所述分散剂的制备方法为：将A组分和B组分复配组合后，在53～78℃的温度条件下，加入五氧化二磷，保温酯化1.5～4.0h得到A+B组分的磷酸酯，加入总体系质量分数4％～17％的纯水，在73～92℃进行水解，随后在25～55℃的温度下加入有机碱中和pH到6～8，形成高分子嵌段磷酸酯盐。
8.如权利要求7所述的通用型高浓度水性色浆颜料分散剂，其特征在于：所述A和B组分的投料量为总投料量质量分数的：91.5～99.6wt％，五氧化二磷的投料量为总投料量质量分数的：0.4～8.5wt％。
9.如权利要求7所述的通用型高浓度水性色浆颜料分散剂，其特征在于：所述有机碱为二乙醇胺、三乙胺、三乙烯二胺、三乙醇胺、四甲基胍、四甲基乙二胺、4-二甲氨基吡啶、四羟乙基乙二胺、四羟丙基乙二胺中的一种或多种。
10.权利要求1所述的通用型高浓度水性色浆颜料分散剂，其特征在于：所述分散剂可应用于色浆、涂料领域。
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