CN110437645A - 一种两亲性超支化聚合物在有机颜料中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于超支化聚合物应用技术领域，特别涉及一种两亲性超支化聚合物在有机颜料中的应用，所述聚合物由超支化聚醚和链端甲氧基聚乙二醇为原料制成；该聚合物用于分散有机颜料，与有机颜料粒子之间的范德华力和π‑π相互作用进行颜料的高效吸附和分散稳定，适用于多种有机颜料；同时，该聚合物环保无毒、粘度低、溶解性好，大幅减少了使用过程中的溶剂用量，减少有机物排放，有利于环境保护。

Description

一种两亲性超支化聚合物在有机颜料中的应用
技术领域
本发明属于高超支化聚合物应用技术领域，特别涉及一种两亲性超支化聚合物在有机颜料中的应用。
背景技术
有机颜料具有粒径小、比表面大、极性低的特点，为了充分发挥有机颜料的着色作用，必须采取措施使其均匀、稳定地分散在介质中。传统的有机小分子或无机分散剂在介质中虽然显示出有效的分散作用，但对有机颜料粒子表面的吸附不牢固，体系的长期稳定性欠佳，对漆膜外观、硬度及耐老化等性质也有不利影响。
为了克服传统分散剂的局限性，从业者已从高分子分散剂对颜料的分散性、润湿性、稳定性等多方面进行研究，开发了多种高分子分散剂，如NBZ-3、DA-50、WL系列等，但效果仍不理想，产品也未系列化。随着高色素炭黑、酮酞菁、喹吖啶酮、苯并咪唑酮、吡咯并吡咯酮等高级有机颜料的逐步工业化，在涂料、油墨、塑料等各个领域，对高分子量颜料分散剂的需求越来越多，要求也越来越高，
现有技术中，公开号CN102295771A的专利研究了超支化聚合物改性有机硅油进行低极性表面或无极性表面有机颜料的分散，公开号CN107033341A的专利研究了聚醚胺衍生物组成的聚合物分散剂用于胶印墨体系颜料的分散，公开号CN101117450A的专利研究了由疏水性超支化聚合物和亲水性链组成的有机颜料用非离子超支化型高分子分散剂，然而，如所述的现有聚合物分散剂的应用范围都具有一定的局限性，不能应用于多种有机颜料。另外，现有技术中用于有机颜料的高分子分散剂处理颜料后存放稳定性差，易出现褪色、脱落、淡化、变色等现象，且颜料涂刷时容易出现流挂现象，严重影响了颜料的品质性能。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种两亲性超支化聚合物在有机颜料中的应用。
具体是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供了一种两亲性超支化聚合物在有机颜料中的应用，所述聚合物用于分散有机颜料；所述聚合物由超支化聚醚和链端甲氧基聚乙二醇为原料制成；该聚合物的化学结构式如下所示：
式中的R为含C、N、Si或S的芳环基。
所述聚合物含有碳酯键、氨酯键、硅酯键、硫酯键中任意一种或多种。
所述的甲氧基聚乙二醇的分子量为200～200000。
所述的超支化聚醚的支化度为0.2～0.9。
所述有机颜料为永固橙RN、联苯胺黄G、永固红F5R、耐晒艳黄5G、酞菁蓝、酞菁紫、永固紫RL、永固橙HSL中任意一种。
所述两亲性超支化聚合物分散剂分子中的杂原子和芳环基与有机颜料发生范德华力和或π-π相互作用，起到分散稳定的作用效果。
本发明还提供了两亲性超支化聚合物用于分散有机颜料的方法，包括步骤为：
1)称取颜料和两亲性超支化聚合物按质量比100：(1-5)，加入溶剂搅拌均匀，溶剂与颜料的体积比为(10-40):1；
2)经分散，得颜料分散体系。
所述溶剂为乙酸丁酯、丙二醇甲醚乙酸酯、二甲苯、甲基异丁基酮中的任意一种或几种混合物。
所述超声波分散的工作条件：超声功率为700-900W，超声时间10-40min；优选800W。
所述高速的工作条件：转速为1500-2000转/分，时间10-40min；优选1800转/分。
所述两亲性超支化聚合物的制备方法：
采用酯化法，超支化聚醚(1)和酸或酸酐或酰卤(2)溶解于二甲苯或N,N-二甲基甲酰胺，在氮气保护下，50～100℃反应5～20小时，加入甲氧基聚乙二醇(mPEG，3)，于100～150℃反应15～40小时，1、2、3的摩尔比为5:4:1～1:1:1，反应完后加入无水乙醚或石油醚或正己烷沉降，得到两亲性超支化聚合物。
本发明具有如下的有益效果：
本发明的两亲性超支化聚合物具有高度支化度的聚合物，有高溶解性、低粘度和良好的流变性。所述聚合物含有碳酯键、氨酯键、硅酯键、硫酯键的芳环基，用于分散有机填料，通过分散剂的杂原子酯键和芳环基与有机颜料粒子之间的范德华力和或π-π相互作用进行颜料的高效吸附和分散稳定，适用于多种有机颜料。同时，利用其微胶特性和空间位阻对颜料粒子起到稳定的分散作用，避免线形高分子分散剂由于缠绕而引起的絮凝现象，对有机颜料具有良好的分散稳定性。
本发明通过严格控制聚合物的支化度、链端甲氧基聚乙二醇的分子量和链中所含的功能基团，得到具有多重性质的两亲性超支化聚醚，相容性好，可适用于多种有机颜料；基于有机颜料的分子中都含有发色基因，均可与本发明的分散剂分子中的杂原子和芳环发生范德华力和或π-π相互作用，起到分散稳定的作用效果。同时，利用其微胶特性和空间位阻对颜料粒子起到稳定的分散作用，可有效提高颜料的分散稳定性，避免线形高分子分散剂由于缠绕而引起的絮凝现象。
本发明的两亲性超支化聚合物环保无毒，加之其粘度低、溶解性好，可大幅减少使用过程中的溶剂用量，减少有机物排放，有利于环境保护。
本发明简单易行，环保无污染，适合于工业化生产，市场应用前景乐观。
与现有的有机颜料分散剂相比，本分散剂具有以下优点：(1)良好的流动性；本分散剂的分子结构与传统的线形聚合物易缠绕的结构不同，其分子结构在空间具有三维立体结构，分子之间基本没有支链缠结，包覆颜料也不会发生桥联效应，从而表现出较好的牛顿流体行为；(2)良好的稳定性；利用本分散剂分子中的杂原子和芳环与有机颜料分子中的杂原子或芳环之间存在的范德华力和或π-π相互作用，进行颜料的高效吸附和分散稳定；如图1所示，将线性高分子分散剂与本发明两亲性超支化聚合物分散剂与有机颜料的作用机理进行示意；(3)适用于多种有机颜料。有机颜料的分子中都含有发色基因，均可与本发明的分散剂分子中的杂原子和芳环发生范德华力和或π-π相互作用，起到分散稳定的作用效果。
附图说明
图1为本发明提供的两亲性超支化聚合物颜料分散剂分散有机颜料的分散作用机理；
图2为本发明提供的两亲性超支化聚合物处理颜料后的存放稳定性实验曲线(横坐标为时间，单位为天；纵坐标为吸光度，单位为％)；
图3为本发明提供的两亲性超支化聚合物处理颜料后的流挂实验照片(左图为流挂始于100m膜厚，右图为流挂始于150m膜厚)。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1-10提供的两亲性超支化聚合物在有机颜料中的应用，所述聚合物由超支化聚醚和链端甲氧基聚乙二醇为原料制成；所述聚合物含有碳酯键、氨酯键、硅酯键、硫酯键；该聚合物的化学结构式如下所示：
式中的R为含C、N、Si或S的芳环基；
实施例1
本实施例提供了两亲性超支化聚合物在有机颜料中作为分散剂的应用，其应用方法，包括步骤为：
1)称取颜料和两亲性超支化聚合物按质量比100：1，以乙酸丁酯为溶剂，加入溶剂搅拌均匀，溶剂与颜料的体积比为20:1，其中两亲性超支化聚合物的超支化聚醚的支化度为0.41，甲氧基聚乙二醇的分子量为1000；
2)经超声波分散，得到颜料分散体系；
所述超声波分散的工作条件：超声功率为800W，超声时间20min；
所述有机颜料为永固橙RN；
对颜料分散体系进行分散性能测定，结果显示：两亲性超支化聚合物能够与颜料之间形成如图1所示作用力，从而表现出如表1较好的分散性能。
实施例2
与实施例1的不同之处在于：溶剂为二甲苯；有机颜料为联苯胺黄G。
实施例3
与实施例1的不同之处在于；溶剂为丙二醇甲醚乙酸酯；有机颜料为永固红F5R。
实施例4
与实施例1的不同之处在于：溶剂为甲基异丁基酮；有机颜料为耐晒艳黄5G。
实施例5
与实施例1的不同之处在于：溶剂为乙酸丁酯、丙二醇甲醚乙酸酯、二甲苯、甲基异丁基酮按等体积组成；有机颜料为酞菁蓝。
实施例6
本实施例提供了两亲性超支化聚合物在有机颜料中作为分散剂的应用，其应用方法，包括步骤为：
1)称取颜料和两亲性超支化聚合物按质量比100：5，以乙酸丁酯为溶剂，加入溶剂搅拌均匀，溶剂与颜料的体积比为10:1，其中两亲性超支化聚合物的超支化聚醚的支化度为0.55，甲氧基聚乙二醇的分子量为3000；
2)经高速分散，得到颜料分散体系；
所述高速的工作条件：转速为1800转/分，时间20min；
所述有机颜料为永固紫RL；
对颜料分散体系进行分散性能测定，结果显示：两亲性超支化聚合物能够与颜料之间形成如图1所示作用力，从而表现出如表1较好的分散性能。
实施例7
与实施例6的不同之处在于：溶剂为乙酸丁酯、丙二醇甲醚乙酸酯、二甲苯、甲基异丁基酮按等体积组成；有机颜料为永固橙HSL。
实施例8
与实施例6的不同之处在于：溶剂为丙二醇甲醚乙酸酯、二甲苯、甲基异丁基酮按等体积组成。
实施例9
与实施例6的不同之处在于：溶剂为二甲苯、甲基异丁基酮按等体积组成。
实施例10
与实施例6的不同之处在于：溶剂为乙酸丁酯、丙二醇甲醚乙酸酯、甲基异丁基酮按等体积组成。
实施例11
本实施例提供了作为有机颜料分散剂的两亲性超支化聚合物的制备方法：
超支化聚醚(1)和酸或酸酐或酰卤(2)溶解于二甲苯或N,N-二甲基甲酰胺，在氮气保护下，90℃反应12h，加入甲氧基聚乙二醇(mPEG，3)，于120℃反应25h，1、2、3的摩尔比为5:4:1，反应完后加入石油醚沉降，得到两亲性超支化聚合物。
实施例12
本实施例提供了作为有机颜料分散剂的两亲性超支化聚合物的制备方法：
超支化聚醚(1)和酸或酸酐或酰卤(2)溶解于二甲苯或N,N-二甲基甲酰胺，在氮气保护下，100℃反应20小时，加入甲氧基聚乙二醇(mPEG，3)，于150℃反应40小时，1、2、3的摩尔比为1:1:1，反应完后加入无水乙醚或石油醚或正己烷沉降，得到两亲性超支化聚合物。
实施例13
本实施例提供了作为有机颜料分散剂的两亲性超支化聚合物的制备方法：
超支化聚醚(1)和酸或酸酐或酰卤(2)溶解于二甲苯或N,N-二甲基甲酰胺，在氮气保护下，50℃反应5小时，加入甲氧基聚乙二醇(mPEG，3)，于100℃反应15小时，1、2、3的摩尔比为5:4:1，反应完后加入无水乙醚或石油醚或正己烷沉降，得到两亲性超支化聚合物。
实施例14
本实施例提供了作为有机颜料分散剂的两亲性超支化聚合物的制备方法：
超支化聚醚(1)和酸或酸酐或酰卤(2)溶解于二甲苯或N,N-二甲基甲酰胺，在氮气保护下，75℃反应15小时，加入甲氧基聚乙二醇(mPEG，3)，于125℃反应30小时，1、2、3的摩尔比为3:2:1，反应完后加入无水乙醚或石油醚或正己烷沉降，得到两亲性超支化聚合物。
对比例1
与实施例1的不同之处在于：采用聚醚与羧酸双改性聚乙烯亚胺水性分散剂替代两亲性超支化聚合物，该分散剂的聚乙烯亚胺分子链上同时带有聚醚侧链和羧酸盐侧基。
对比例2
与实施例6的不同之处在于：采用超支化聚醚酯的羧酸盐替代两亲性超支化聚合物。
试验例1
对实施例和对比例所得的颜料分散体机械能分散性能测定，其中颜料均为永固红F5R，以50-275微米(μm)流挂涂膜器涂布后进行流挂性能测定，颜料粒径采用纳米粒度分析仪测定，粘度采用黏度计测定。
结果如表1所示：
表1
流挂(μm) 颜料粒径(nm) 粘度(mPa·s)
实施例1 100-150 180-200 1.8-2.0
实施例2 100-180 180-220 1.8-2.4
实施例3 80-100 200-240 1.8-2.3
实施例4 100-180 215-225 1.9-2.3
实施例5 150-200 215-230 1.9-2.4
实施例6 150-250 220-250 1.9-2.5
实施例7 80-180 215-250 1.8-2.5
实施例8 100-175 220-240 1.9-2.4
实施例9 80-175 200-230 1.9-2.5
实施例10 100-150 180-225 1.8-2.4
对比例1 75-250 240-300 2.5-3.3
对比例2 75-200 230-280 2.2-3.0
试验例2
本申请为了探究两亲性超支化聚合物对有机颜料的存放稳定性影响，采用实施例6的方法对永固橙RN进行分散，然后将样品在室温下存放7天，每日利用紫外光照射，并对颜料的吸光度进行测定，结果显示：颜料沾展色好，吸光度呈下降趋势，但是日降幅稳定且无显著差异，整体降幅较小，详见图2。
试验例3
本申请为了探究两亲性超支化聚合物对有机颜料的流挂性能的影响，采用实施例4的方法对酞菁紫进行分散，然后对样品进行流挂性能测定，测定结果显示：流挂始于100m～180m，效果如图3所示(左图为流挂始于100m膜厚，右图为流挂始于150m膜厚)。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对发明型作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种两亲性超支化聚合物在有机颜料中的应用，其特征在于，所述聚合物用于分散有机颜料；所述聚合物由超支化聚醚和链端甲氧基聚乙二醇为原料制成；该聚合物的化学结构式如下所示：
2.如权利要求1所述两亲性超支化聚合物在有机颜料中的应用，其特征在于，所述聚合物含有碳酯键、氨酯键、硅酯键、硫酯键中任意一种或多种。
3.如权利要求1所述两亲性超支化聚合物在有机颜料中的应用，其特征在于，化学结构式中的R为含C、N、Si或S的芳环基。
4.如权利要求1所述两亲性超支化聚合物在有机颜料中的应用，其特征在于，所述的甲氧基聚乙二醇的分子量为200～200000。
5.如权利要求1所述两亲性超支化聚合物在有机颜料中的应用，其特征在于，所述的超支化聚醚的支化度为0.2～0.9。
6.如权利要求1所述两亲性超支化聚合物在有机颜料中的应用，其特征在于，所述两亲性超支化聚合物与有机颜料之间存在范德华力和或π-π相互作用。
7.如权利要求1-6任一项所述两亲性超支化聚合物在有机颜料中的应用，所述两亲性超支化聚合物采用酯化法制成，其特征在于，具体的制备方法为：超支化聚醚(1)和酸或酸酐或酰卤(2)溶解于二甲苯或N,N-二甲基甲酰胺，在氮气保护下，50～100℃反应5～20小时，加入甲氧基聚乙二醇(mPEG，3)，于100～150℃反应15～40小时，1、2、3的摩尔比为5:4:1～1:1:1，反应完后加入无水乙醚或石油醚或正己烷沉降，得到两亲性超支化聚合物。
8.如权利要求1-7任一项所述两亲性超支化聚合物在有机颜料中的应用，其特征在于，所述有机颜料为永固橙RN、联苯胺黄G、永固红F5R、耐晒艳黄5G、酞菁蓝、酞菁紫、永固紫RL、永固橙HSL中任意一种。
9.如权利要求1-8任一项所述所述两亲性超支化聚合物在有机颜料中的应用，包括如下步骤为：
1)称取颜料和两亲性超支化聚合物按质量比100：(1-5)，加入溶剂搅拌均匀，溶剂与颜料的体积比为(10-40):1；
2)经分散，得颜料分散体系。
10.如权利要求9所述两亲性超支化聚合物在有机颜料中的应用，其特征在于，所述溶剂为乙酸丁酯、丙二醇甲醚乙酸酯、二甲苯、甲基异丁基酮中的任意一种或几种混合物。
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