CN111393288A - 一种2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯的合成工艺及其在内墙乳胶漆中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种2,2,4‑三甲基‑1,3戊二醇二丁酸酯的合成工艺及其在内墙乳胶漆中的应用;以2,2,4‑三甲基‑1,3戊二醇和丁酸为原料,在催化剂存在下,反应制备2,2,4‑三甲基‑1,3戊二醇二丁酸酯。本发明首次以2,2,4‑三甲基‑1,3戊二醇二丁酸酯作为成膜助剂制备涂料,具有高的成膜效率,在同样的配方中RTC‑300添加量可以比RTC‑16减少10%,而且2,2,4‑三甲基‑1,3戊二醇‑二丁酸酯沸点更高,满足TVOC的环保需求。
Description
技术领域
本发明属于涂料助剂技术,具体涉及2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯的合成工艺及其在内墙乳胶漆中的应用。
背景技术
随着人类生活水平不断提高,住房水平也在逐步提升,室内装饰装修成为人们最为关注的话题之一。而内墙涂料作为室内使用量最大的装饰装修材料,同时也作为室内的主要污染源之一,就更受到人们的关注。并且随着人们环保和健康意识越来越强,消费者也更加有意识地去购买一些高档的、净味的、低VOC或者零 VOC的室内装饰装修涂料。但是通常零VOC并不表示没有TVOC 释放,甚至TVOC释放量会远远大于室内空气质量的最低标准,消费者稍不注意所购买的涂料产品就会影响到自身的身体健康。就室内装饰装修而言,TVOC释放量是一个更加科学的指标,而在谢义师、胡晓珍等研究发现内墙涂料中的成膜助剂是TVOC的主要释放源头,因此,需要研发出符合TVOC释放标准的成膜助剂,满足内墙涂料生产企业对TVOC释放的要求。目前涉及到 TVOC的内墙涂料标准包括国际标准ISO16000《内墙涂料》以及国内的JG/T 481-2015《低挥发性有机化合物(VOC)水性内墙涂覆材料》。在国内外标准中,TVOC的定义都是指利用Tenax TA 采样,非极性色谱柱(极性指数小于10)进行分析,保留时间在正己烷和正十六烷之间的挥发性有机化合物总和。通常意义上讲,沸点小于287℃的有机化合物的总和称为TVOC。传统内墙涂料所使用的净味成膜助剂主要是指十六碳双酯(2,2,4-三甲基-1,3 戊二醇-二异丁酸酯),但最新的ECHA欧洲化学品管理局认定2,2,4-三甲基-1,3戊二醇-二异丁酸酯(CAS号:6846-50-0)的危险说明:H361疑似对生殖系统或者胎儿有影响;H412对水生生物有害并具有长期持续影响。另外,十六碳双酯的沸点是281 ℃,不符合TVOC的环保释放要求。因此,十六碳双酯将逐步不适合作为内墙成膜助剂使用。
发明内容
本发明公开了2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯的合成工艺及其在内墙乳胶漆中的应用,提供满足TVOC的净味成膜助剂产品,提高现有酯的成膜效率,解决现有十六碳双酯对人体的危害。
本发明采用如下技术方案:
2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯的合成方法,包括以下步骤,以2,2,4-三甲基-1,3戊二醇和丁酸为原料,在催化剂存在下,反应制备2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯;所述催化剂为NaHSO4·H2O-NaH2PO4、NaHSO4·H2O-KH2PO4、 NaHSO4·H2O-NH4H2PO4、NaHSO4·H2O-CuSO4·5H2O、 NaHSO4·H2O-Al2(SO4)3·18H2O中的一种。
本发明公开了2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯在制备涂料中的应用,具体的,本发明首次以2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯作为成膜助剂制备涂料,具有高的成膜效率。
本发明公开了一种涂料,包括水、杀菌剂、分散剂、消泡剂、保水剂、成膜助剂、润湿剂、粉料、纤维素、PH调节剂、乳液、增稠剂;所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯。本发明公开了一种涂料的制备方法,包括以下步骤,混合水、杀菌剂、分散剂、消泡剂、保水剂、成膜助剂、润湿剂、粉料、纤维素、PH调节剂、乳液和增稠剂,分散后过滤得到涂料;所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯。上述涂料的制备方法包括以下步骤,混合水、杀菌剂,在分散下再依次加入分散剂、消泡剂、保水剂、成膜助剂、润湿剂,继续分散;再加入粉料、纤维素、PH调节剂,分散后加入乳液和增稠剂,分散后过滤得到涂料。具体的,上述涂料的制备方法包括以下步骤,混合水、杀菌剂,在高速分散机下600rpm分散5min;再依次加入分散剂、消泡剂、保水剂、成膜助剂、润湿剂,继续在600rpm 分散5min;再加入粉料、纤维素、PH调节剂,1500rpm分散60 分钟;然后加入乳液和增稠剂,分散后过滤得到涂料。
本发明中,2,2,4-三甲基-1,3戊二醇和丁酸的摩尔比为1∶2~ 2.5;催化剂的用量为2,2,4-三甲基-1,3戊二醇摩尔量的 0.1%~1%,优选0.2%~0.5%;反应为在氮气保护下140~200℃反应5~10h,优选150~170℃反应7~9h。反应结束后过滤反应液,将得到的滤液通过分液漏斗萃取,再用饱和的氢氧化钠水溶液及去离子水分别洗涤,最后旋蒸除去杂质,得到2,2,4- 三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯。
本发明中,成膜助剂为涂料质量的1~10%,优选2~7%;乳液为 RC-430、LV200SF、DC450V、RS5939或者DC460。
本发明的创造性在于以及将其作为涂料成膜助剂,其他涂料成分为现有常规产品,比如保水剂为乙二醇、丙二醇;防腐剂为二价金属盐稳定的卡松类杀菌剂;PH调节剂为氨水、NaOH、AMP- 95;消泡剂为油基消泡剂、有机硅消泡剂或乳液型消泡剂中的任一种;增稠剂为碱溶胀增稠剂,聚氨酯增稠剂;润湿剂为辛基酚聚氧乙烯醚,烷基酚乙氧基硫酸盐;分散剂为聚羧酸盐、聚丙烯酸盐、聚醚改性二甲基硅氧烷;粉料为重质碳酸钙、硅灰石粉、水洗高岭土、锻烧高岭土、滑石粉;纤维素为羟乙基纤维素。涂料为内墙乳胶漆。
本发明首次公开了以2,2,4-三甲基-1,3戊二醇和丁酸为原料,在催化剂存在下,反应制备2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯,产物收率高、反应简单;另外,本发明还公开了2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯作为成膜助剂替换现有成膜助剂制备涂料,具有高的成膜效率,与现有成膜助剂十六碳双酯相比,本发明成膜助剂可明显降低成膜温度,尤其是高沸点具有降低VOC 的效果。
附图说明
图1为2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯的核磁氢谱;
图2为2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯的核磁碳谱;
图3为涂料的最低成膜温度;
图4为涂料的最低成膜温度;
图5为涂料的最低成膜温度;
图6为涂料的最低成膜温度。
具体实施方式
本发明所有原料都为市购,催化剂来自中国专利 ZL201710190274.5。
实施例一
在装有温度计、搅拌器和回流冷凝管的500mL三口烧瓶中,将 2,2,4-三甲基-1,3戊二醇和丁酸按投料物质的量比1:2加入三口烧瓶中,并同时加入0.3mol%的催化剂NaHSO4·H2O-NaH2PO4 (以2,2,4-三甲基-1,3戊二醇为基准),并通入氮气保护,然后在160℃下反应8h;停止反应,反应液冷却至室温后使用布氏漏斗进行抽滤,将得到的滤液通过分液漏斗萃取,用饱和的氢氧化钠水溶液及去离子水分别洗涤3次,通过旋转蒸发仪在140℃、-0.1MPa条件下旋蒸除去杂质,最终得到2,2,4-三甲基-1,3 戊二醇二丁酸酯,为成膜助剂产品RTC-300,产品收率97%,核磁谱图见图1、图2,1H NMR(500MHz,CDCl3)δ4.79–4.78(d,J=2.5Hz,1H),3.91–3.78(dd,J=11Hz,2H), 2.34–2.29(m,4H),2.04–2.00(m,1H),1.70–1.64 (m,4H),3.59–3.54(m,1H),0.98–0.88(m,18H).13C NMR(125MHz,CDCl3)173.7,173.3,79.7,69.9,38.6, 36.3,36.2,28.2,23.1,21.8,21.2,18.6,18.4,17.9, 13.8,13.7。
从上面图1和2可以看出,合成出来的新物质为2,2,4-三甲基-1,3戊二醇-二丁酸酯。
实施例二
在实施例一的基础上,将催化剂换为NaHSO4·H2O-KH2PO4,其余不变,得到2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯,为成膜助剂产品RTC-300,产品收率95%。
在实施例一的基础上,将160℃下反应8h换为170℃下反应 5h,其余不变,得到2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯,为成膜助剂产品RTC-300,产品收率93%。
对比例
将实施例一的催化剂替换为CN108940258A实施例一的钒复合改性凹凸棒石,其余不变,产品2,2,4-三甲基-1,3戊二醇-二丁酸酯收率75%。
实施例三
水,杀菌剂依次加入高速分散机,在600rpm下分散5min;再依次加入分散剂,消泡剂,保水剂,成膜助剂,润湿剂,继续在600rpm分散5min;然后加入粉料,纤维素、PH调节剂,1500rpm分散60分钟,停止分散,加入乳液和增稠剂,1500rpm 分散10分钟后过滤得到成品水性内墙涂料,细度≤45μm。
各原料用量如表1,总1KG,本发明的创造性在于以及将其作为涂料成膜助剂,其他涂料成分为现有常规产品。
表1水性内墙涂料配方
成膜效率测试(RTC-16为2,2,4-三甲基-1,3戊二醇-双异丁酸酯,RTC-300为2,2,4-三甲基-1,3戊二醇-二丁酸酯),选取了4家公司的现有5款净味乳液,分别是江苏日出的RC- 403,广东银洋的LV-200SF,巴德富的RS-5939,陶氏化学的 DC-460和DC-450V,在乳液中分别加入不同比例的成膜助剂 RTC-16或者RTC-300,其余原料保持不变(用水调配总量为 1Kg),测试乳液最低成膜温度的变化(参照:GB9756-2018《合成树脂乳液内墙涂料》,测试仪器:BGD526最低成膜温度仪测试),结果见图3至图6,从图中可以看出,随着成膜助剂的添加量的增加,乳液最低成膜温度均有明显的下降,但加入RTC- 300的乳液的最低成膜温度下降的更为明显,因此,RTC-300的成膜效率高于RTC-16,在同样的配方中RTC-300添加量可以比 RTC-16减少10%,而且2,2,4-三甲基-1,3戊二醇-二丁酸酯沸点更高,沸点295℃,满足TVOC的环保需求;而且本发明成膜助剂制备的涂料应用性能与现有技术相当甚至更优。
Claims (10)
1.2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯的合成方法,其特征在于,包括以下步骤,以2,2,4-三甲基-1,3戊二醇和丁酸为原料,在催化剂存在下,反应制备2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯;所述催化剂为无机盐催化剂。
2.根据权利要求1所述2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯的合成方法,其特征在于,所述催化剂为NaHSO4·H2O-NaH2PO4、NaHSO4·H2O-KH2PO4、NaHSO4·H2O-NH4H2PO4、NaHSO4·H2O-CuSO4·5H2O、NaHSO4·H2O-Al2(SO4)3·18H2O中的一种。
3.根据权利要求1所述2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯的合成方法,其特征在于,2,2,4-三甲基-1,3戊二醇和丁酸的摩尔比为1∶2~2.5。
4.根据权利要求1所述2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯的合成方法,其特征在于,催化剂的用量为2,2,4-三甲基-1,3戊二醇摩尔量的0.1%~1%。
5.根据权利要求1所述2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯的合成方法,其特征在于,反应为在氮气保护下140~200℃反应5~10h。
6.2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯在制备涂料中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用,其特征在于,2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯作为成膜助剂。
8.一种涂料,其特征在于,包括水、杀菌剂、分散剂、消泡剂、保水剂、成膜助剂、润湿剂、粉料、纤维素、PH调节剂、乳液、消泡剂、增稠剂;所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯。
9.一种涂料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤,混合水、杀菌剂、分散剂、消泡剂、保水剂、成膜助剂、润湿剂、粉料、纤维素、PH调节剂、乳液和增稠剂,分散后过滤得到涂料;所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯。
10.根据权利要求9所述涂料的制备方法,其特征在于,以2,2,4-三甲基-1,3戊二醇和丁酸为原料,在催化剂存在下,反应制备2,2,4-三甲基-1,3戊二醇二丁酸酯;所述催化剂为无机盐催化剂。
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