CN109354688A - 环保水性嵌段共聚物分散剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种环保水性嵌段共聚物分散剂及其制备方法，所述环保水性嵌段共聚物分散剂的原料包括以质量百分比计的以下组分：聚合单体20～30％；环状烷基磺酸内酯5～10％；长链烷基单体5～10％；聚硅氧烷1～3％；引发剂1～3％；活性剂0.5～1％；链转移剂2～5％；水性RAFT试剂1～3％；中和剂1～2％；及去离子水45～55％。本发明实施例提供的环保水性嵌段共聚物分散剂具有嵌段共聚物这一特殊结构，能将不同均聚物的特性结合在一起，柔性嵌段的无定形性和弹性和硬性嵌段的结晶性和刚性，使颜料填料、矿物粉粒子长期分散悬浮于漆基等溶液中，可以避免宏观相分离的发生，避免再次絮凝，制成的色漆体系的贮存稳定性、色相更鲜艳持久。

Description

环保水性嵌段共聚物分散剂及其制备方法
技术领域
本发明实施例涉及水性分散剂技术领域，尤其涉及一种环保水性嵌段共聚物分散剂及其制备方法。
背景技术
分散剂是涂料、油墨、胶粘剂和色浆等领域中不可或缺也是用量最大的助剂种类，分散剂的效率和效能直接决定产品的性能。以涂料为例，水性涂料是快速发展的环境友好产品，装饰美观性是其一项重要性能，存储和运输稳定。在涂料体系物质组成中，颜料和填料是重要组成部分，在涂料体系中的相融和混合，需要依靠分散剂等添加剂来辅助完成。颜料、填料和矿物粉体在漆基其中分散稳定与否，直接影响着产品的应用性能和装饰美观性能。
大多数的分散剂，由于小分子表面活性剂中亲油基团对极性较低的颜料颗粒表面结合力不强，容易从颜料粒子表面解吸附，导致颜料填料矿物粉体等粒子重新絮凝，导致涂料成品存储失败；同时亲水基团不能产生足够的稳定效应，而且添加于水性涂料体系中，在施工后的使用过程中，极易导致涂料防护层耐化性差，严重影响漆膜的使用寿命，因此颜料分散体系极难稳定存在。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种环保水性嵌段共聚物分散剂，能使颜料、填料、矿物粉体粒子长期分散悬浮于涂料等溶液基体中，避免絮凝，保证制成的色漆体系的贮存稳定性。
本发明实施例进一步所要解决的技术问题在于，提供一种环保水性嵌段共聚物分散剂的制备方法，其工艺简单，能耗低，易于实施，能高效、节能地制备出在涂料等溶液基体中稳定性好且适用范围广泛的环保水性嵌段共聚物分散剂。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：一种环保水性嵌段共聚物分散剂，其原料包括以质量百分比计的以下组分：
聚合单体20～30％；
环状烷基磺酸内酯5～10％；
长链烷基单体5～10％；
聚硅氧烷1～3％；
引发剂1～3％；
活性剂0.5～1％；
链转移剂2～5％；
水性RAFT试剂1～3％；
中和剂1～2％；及
去离子水45～55％。
进一步地，所述聚合单体为以下物质中的至少一种：甲基丙烯酸羟乙酯、N-异丙基丙烯酰胺和N-羟甲基丙烯酰胺。
进一步地，所述环状烷基磺酸内酯为以下物质中的至少一种：1,3-丙磺酸内酯、1-甲基-1,3丙磺酸内酯、3-甲基-1,3-丙磺酸内酯和1-甲基-1,4-丁磺酸内酯。
进一步地，所述长链烷基单体为以下物质中的至少一种：乙氧基二甘醇酯、甲氧基丙烯酸三乙二醇、聚乙二醇单甲醚和甲氧基二丙二醇丙烯酸酯。
进一步地，所述聚硅氧烷为聚醚接枝改性的聚硅氧烷。
进一步地，所述引发剂为以下物质中的至少一种：过硫酸钾、过硫酸氨、过硫酸钠和偶氮二氰基戊酸；所述活性剂为以下活性剂中的至少一种：阳离子型氟碳表面活性剂、非离子型氟碳表面活性剂和两性离子氟碳表面活性剂。
进一步地，所述链转移剂为以下物质中的至少一种：硫基乙醇、硫代硫酸钾、硫代硫酸钠、叔十二硫醇、硫基乙酸乙酯和次磷酸钠。
进一步地，所述水性RAFT试剂为以下物质中的至少一种：二硫代苯乙酸、a-二硫代苯甲酯基对苯亚甲基氯化吡啶盐、S,S’-双（a-a’-二甲基-a”-乙酸）三硫代碳酸脂和二乙基二硫代氨基甲酸酯型季铵盐。
进一步地，所述中和剂为以下物质中的至少一种：二乙醇胺、十二烷基胺、氢氧化钠、氢氧化钾或氨水；所述去离子水为去除杂质的自来水。
另一方面，本发明实施例还提供一种如上任一项所述的环保水性嵌段共聚物分散剂的制备方法，包含如下步骤：
按配方的质量百分比计，把占去离子水总质量的65～70％的去离子水加入到反应容器中，然后依次滴加聚合单体、环状烷基磺酸内酯、长链烷基单体、聚硅氧烷、引发剂和活性剂，搅拌溶解后，将混合物升温至45℃～65℃，并恒温反应1～1.5hr，然后降温冷却至10～15℃，然后抽真空再充入氮气密封，得到嵌段共聚所需的混合溶液A；
按配方的质量百分比计，把链转移剂、水性RAFT试剂和剩下的去离子水混合并搅拌溶解，得到嵌段共聚所需混合溶液B；
将混合溶液B缓慢滴加到混合溶液A中，滴加完毕后，在氮气保护下进行搅拌，保持在10～15℃，继续反应3～6小时后，开始滴加中和剂，调节pH到7～9，即得到环保水性嵌段共聚物分散剂。
进一步地，所述反应容器为带氮气保护装置、冷凝器、滴加装置、搅拌器和温度计的反应釜。
采用上述技术方案后，本发明实施例提供的环保水性嵌段共聚物及其制备方法至少具有如下有益效果：
1. 与传统分散剂相比，本发明实施例提供的环保水性嵌段共聚物分散剂具有嵌段共聚物这一特殊的结构，将不同均聚物的特性结合在了一起，如柔性嵌段的无定形性和弹性以及硬性嵌段的结晶性和刚性，从而表现出特殊的性能，嵌段共聚物分散剂在涂料体系中，其活性基团一端能吸附在粉碎成细小微粒的颜料表面，另一端溶剂化进入漆基形成吸附层（吸附基越多，链节越长，吸附层越厚），产生电荷斥力（水性涂料）或熵斥力（溶剂型涂料），使不同体系的颜料填料粒子，能够长期分散悬浮于漆基中，避免再次絮凝，因而保证制成的色漆体系的贮存稳定。
2. 本发明实施例提供的环保水性嵌段共聚物分散剂，嵌段共聚物可以避免宏观相分离的发生，同时提供微观相分离的性质，在不相容聚合物的共混体系中，加入与均聚物具有相同结构的嵌段共聚物，可有效提供相容性，稳定相态和增强相间的粘附力。作为高分子量的组分，本嵌段聚合物具有更低的扩散效应和临界胶束浓度，因而比起传统的低分子量的表面活性剂具有更高的表面活性。嵌段共聚物在溶液里可以形成胶束、囊泡、六角相液晶、层状液晶等有序自组装体，可用于基因载体、药物控释、蛋白质和酶的分子识别、化学物质的选择性增溶和分离等。
3. 本发明实施例提供的环保水性嵌段共聚物分散剂为A-B嵌段结构，其锚固基团羧盐离子、磺酸盐离子吸附在颜料、填料等粒子表面，形成双电层静电排斥，而聚丙烯酸酯链由于空间位阻不会产生相互缠绕，并伸展在分散体系中。由于静电排斥和空间位阻的双重作用，极大的提升了分散效率，尤其具备极佳的相容性，形成稳定的悬浮体系，并长久保持。
4. 本发明实施例提供的环保水性嵌段共聚物分散剂，含有多锚固基团，吸附量达，适合对高比表面积颜料和填料、矿物粉料的分散。应用领域极其广泛，包括涂料、胶黏剂、表面活性剂、分散剂、本体特性材料、膜、个人护理品、洗涤剂、凝胶、润滑剂、助剂、表面改性剂、复合材料、生物和电子材料等，亦可以广泛用作热塑性弹性体、表面活性剂、表面修饰剂、聚合物共混的增溶剂等。
5. 本发明实施例提供的环保水性嵌段共聚物分散剂采用嵌段共聚方式，这一方式具有一般聚合方法所不可替代的优点，特别是在控制聚合物一次结构方面具有的优势，为高分子的分子设计提供了强有力的技术手段，不仅在理论研究上取得巨大进展，而且在工业生产上也已得到很好的应用，产品种类不断增加，应用范围不断扩大，经济和社会效益日益明显。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。应当理解，以下的示意性实施例及说明仅用来解释本发明，并不作为对本发明的限定，而且，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
本发明实施例提供一种环保水性嵌段共聚物分散剂，其原料包括以质量百分比计的以下组分：
聚合单体20～30％；
环状烷基磺酸内酯5～10％；
长链烷基单体5～10％；
聚硅氧烷1～3％；
引发剂1～3％；
活性剂0.5～1％；
链转移剂2～5％；
水性RAFT试剂1～3％；
中和剂1～2％；及
去离子水45～55％。
其中，在一个具体实施例中，所述聚合单体为以下物质中的至少一种：甲基丙烯酸羟乙酯、N-异丙基丙烯酰胺和N-羟甲基丙烯酰胺。
在一个具体实施例中，所述环状烷基磺酸内酯为以下物质中的至少一种：1,3-丙磺酸内酯、1-甲基-1,3丙磺酸内酯、3-甲基-1,3-丙磺酸内酯和1-甲基-1,4-丁磺酸内酯。
在一个具体实施例中，所述长链烷基单体为以下物质中的至少一种：乙氧基二甘醇酯、甲氧基丙烯酸三乙二醇、聚乙二醇单甲醚和甲氧基二丙二醇丙烯酸酯。
在一个具体实施例中，所述聚硅氧烷为聚醚接枝改性的聚硅氧烷。
在一个具体实施例中，所述引发剂为以下物质中的至少一种：过硫酸钾、过硫酸氨、过硫酸钠和偶氮二氰基戊酸。
在一个具体实施例中，所述活性剂为以下活性剂中的至少一种：阳离子型氟碳表面活性剂、非离子型氟碳表面活性剂和两性离子氟碳表面活性剂。
在一个具体实施例中，所述链转移剂为以下物质中的至少一种：硫基乙醇、硫代硫酸钾、硫代硫酸钠、叔十二硫醇、硫基乙酸乙酯和次磷酸钠。
在一个具体实施例中，所述水性RAFT试剂为以下物质中的至少一种：二硫代苯乙酸、a-二硫代苯甲酯基对苯亚甲基氯化吡啶盐、S,S’-双（a-a’-二甲基-a”-乙酸）三硫代碳酸脂和二乙基二硫代氨基甲酸酯型季铵盐。
在一个具体实施例中，所述中和剂为以下物质中的至少一种：二乙醇胺、十二烷基胺、氢氧化钠、氢氧化钾或氨水。
在一个具体实施例中，所述去离子水为去除杂质的自来水。
为方便说明，本发明还提供了如下表所示的几个具体实施例的配方，表中的百分比均为质量百分比：
上表中的配方虽然在成分上略有不同，但是所获得的环保水性嵌段共聚物分散剂所达到的技术效果总体上是一致的。
另一方面，本发明实施例还提供如上所述的环保水性嵌段共聚物分散剂的制备方法，包含如下步骤：
步骤S1，按配方的质量百分比计，把占去离子水总质量的65～70％的去离子水加入到反应容器中，然后依次滴加聚合单体、环状烷基磺酸内酯、长链烷基单体、聚硅氧烷、引发剂和活性剂，搅拌溶解后，将混合物升温至45℃～65℃，并恒温反应1～1.5hr，然后降温冷却至10～15℃，然后抽真空再充入氮气密封，得到嵌段共聚所需的混合溶液A；
步骤S2，按配方的质量百分比计，把链转移剂、水性RAFT试剂和剩下的去离子水混合并搅拌溶解，得到嵌段共聚所需混合溶液B；
步骤S3，将混合溶液B缓慢滴加到混合溶液A中，滴加完毕后，在氮气保护下进行搅拌，保持在10～15℃，继续反应3～6小时后，开始滴加中和剂，调节pH到7～9，即得到环保水性嵌段共聚物分散剂。
在一个具体实施例中，所述反应容器为带氮气保护装置、冷凝器、滴加装置、搅拌器和温度计的反应釜。
本发明实施例提供的环保水性嵌段共聚物分散剂具有以下有益效果：
1. 绿色环保，产品标准状态下，绿色环保，VOC含量低于50g/L，远远低于国家标准GBT35602-2017《绿色产品评价（涂料）》、低于HJ2537-2014《环境标志产品技术要求 水性涂料》要求的80g/L、HJ2537-2014《环境标志产品技术要求 水性涂料》、GB 24410-2009《室内装饰装修材料水性木器涂料中有害物质限量》、HG∕T 5066-2016 《水性涂料用分散剂》、GBT21088-2007 《建筑涂料水性助剂的分类与定义》、GBT 21089.1-2007 《建筑涂料水性助剂应用性能试验方法第1部分：分散剂消泡剂和增稠剂》等标准的限定，符合国家绿色环保的各项指标要求。
2. 稳定性好，本发明实施例提供的环保水性嵌段共聚物分散剂独有的活性基团，在液相溶液体系中，一端能吸附在粉碎成细小微粒的颜料表面，另一端溶剂化进入液相基，形成吸附层（吸附基越多，链节越长，吸附层越厚），产生电荷斥力（水性涂料）或熵斥力（溶剂型涂料），使颜料填料、矿物粉粒子长期分散悬浮于漆基等溶液中中，避免再次絮凝，因而保证制成的色漆体系的贮存稳定，色相更加鲜艳持久。
3. 产品性能优秀，本发明实施例提供的环保水性嵌段共聚物分散剂为嵌段共聚物形式的分散剂，在液相基体中可以避免宏观相分离的发生，同时提供微观相分离的性质，在不相容聚合物的共混体系中，加入与均聚物具有相同结构的嵌段共聚物，有效提供相容性，可极大的提升分散效率，稳定相态和增强相间的粘附力，伸展在分散体系中。由于静电排斥和空间位阻的双重作用，形成稳定的悬浮体系，并长久保持。同时作为高分子量的组分，两亲性嵌段聚合物具有更低的扩散效应和临界胶束浓度，因而比起传统的低分子量的表面活性剂具有更高的表面活性。
4. 性能持久，涂料需要考虑到基材的特定的物理化学条件，因为涂料最终是要附着在基材表面一个相对长的时间，并且要经过一定的温度，湿度，压力，紫外光照，腐蚀，冲击力等物理化学的考验，本本发明实施例提供的环保水性嵌段共聚物分散剂可有效提升涂膜的抗沾污、抗化学品性，极大的提升辅助液相漆基对基材的润湿，铺展及附着能力，并且长久保持。
5. 本发明实施例提供的环保水性嵌段共聚物分散剂，以水为基质，水资源丰富，尤其制备方法工艺简单，能耗低，包装、贮存和运输方便，从而降低产业化成本，而且制造过程中无废水，废气，废渣产生，安全环保，利于工业化生产。
上面对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环保水性嵌段共聚物分散剂，其特征在于，其原料包括以质量百分比计的以下组分：
聚合单体20～30％；
环状烷基磺酸内酯5～10％；
长链烷基单体5～10％；
聚硅氧烷1～3％；
引发剂1～3％；
活性剂0.5～1％；
链转移剂2～5％；
水性RAFT试剂1～3％；
中和剂1～2％；及
去离子水45～55％。
2.如权利要求1所述的环保水性嵌段共聚物分散剂，其特征在于，所述聚合单体为以下物质中的至少一种：甲基丙烯酸羟乙酯、N-异丙基丙烯酰胺和N-羟甲基丙烯酰胺。
3.如权利要求1所述的环保水性嵌段共聚物分散剂，其特征在于，所述环状烷基磺酸内酯为以下物质中的至少一种：1,3-丙磺酸内酯、1-甲基-1,3丙磺酸内酯、3-甲基-1,3-丙磺酸内酯和1-甲基-1,4-丁磺酸内酯。
4.如权利要求1所述的环保水性嵌段共聚物分散剂，其特征在于，所述长链烷基单体为以下物质中的至少一种：乙氧基二甘醇酯、甲氧基丙烯酸三乙二醇、聚乙二醇单甲醚和甲氧基二丙二醇丙烯酸酯。
5.如权利要求1所述的环保水性嵌段共聚物分散剂，其特征在于，所述聚硅氧烷为聚醚接枝改性的聚硅氧烷。
6.如权利要求1所述的环保水性嵌段共聚物分散剂，其特征在于，所述引发剂为以下物质中的至少一种：过硫酸钾、过硫酸氨、过硫酸钠和偶氮二氰基戊酸；所述活性剂为以下活性剂中的至少一种：阳离子型氟碳表面活性剂、非离子型氟碳表面活性剂和两性离子氟碳表面活性剂。
7.如权利要求1所述的环保水性嵌段共聚物分散剂，其特征在于，所述链转移剂为以下物质中的至少一种：硫基乙醇、硫代硫酸钾、硫代硫酸钠、叔十二硫醇、硫基乙酸乙酯和次磷酸钠；所述水性RAFT试剂为以下物质中的至少一种：二硫代苯乙酸、a-二硫代苯甲酯基对苯亚甲基氯化吡啶盐、S,S’-双（a-a’-二甲基-a”-乙酸）三硫代碳酸脂和二乙基二硫代氨基甲酸酯型季铵盐。
8.如权利要求1所述的环保水性嵌段共聚物分散剂，其特征在于，所述中和剂为以下物质中的至少一种：二乙醇胺、十二烷基胺、氢氧化钠、氢氧化钾或氨水；所述去离子水为去除杂质的自来水。
9.如权利要求1~8任一项所述的环保水性嵌段共聚物分散剂的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
按配方的质量百分比计，把占去离子水总质量的65～70％的去离子水加入到反应容器中，然后依次滴加聚合单体、环状烷基磺酸内酯、长链烷基单体、聚硅氧烷、引发剂和活性剂，搅拌溶解后，将混合物升温至45℃～65℃，并恒温反应1～1.5hr，然后降温冷却至10～15℃，然后抽真空再充入氮气密封，得到嵌段共聚所需的混合溶液A；
按配方的质量百分比计，把链转移剂、水性RAFT试剂和剩下的去离子水混合并搅拌溶解，得到嵌段共聚所需混合溶液B；
将混合溶液B缓慢滴加到混合溶液A中，滴加完毕后，在氮气保护下进行搅拌，保持在10～15℃，继续反应3～6小时后，开始滴加中和剂，调节pH到7～9，即得到环保水性嵌段共聚物分散剂。
10.如权利要求9所述的环保水性嵌段共聚物分散剂的制备方法，其特征在于，所述反应容器为带氮气保护装置、冷凝器、滴加装置、搅拌器和温度计的反应釜。
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