CN112390922B - 溶剂型高分子量分散剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种溶剂型高分子量分散剂。本发明采用(α‑甲基苯乙烯)、丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸聚醚酯作为单体，制备嵌段型高分子分散剂，PaMS、PDMAEA和聚(丙烯酸聚醚酯)可以分别吸附在颜料表面、形成有效空间位阻层，从而适用于有机颜料颗粒和无机颜料颗粒，提高分散体系中颜料颗粒的分散性、稳定性，可应用于涂料等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种分散剂，特别涉及一种溶剂型高分子量分散剂。
背景技术
颜料通常为不可溶的固态粒子，通过分散于溶剂或树脂中加以应用，其具有较好的热稳定性、耐久性，目前涂料等领域有广泛应用。颜料在涂料中的分散和稳定程度决定了涂料的性能，而颜料易团聚，为了得到稳定、均一的分散体系，通常需要添加分散剂，分散剂可以通过吸附在颜料表面而降低其表面性以及粒子间的物理吸引作用。
颜料常见的分散剂有无机分散剂、小分子表面活性剂和高分子类分散剂。高分子分散剂主要利用空间位阻效应使颜料粒子稳定，分散效果最好。嵌段型高分子性分散剂可以通过不同嵌段的性质来实现颜料粒子在溶剂、树脂中的稳定。其中有颜料亲和基团的嵌段，通过离子键、共价键、配位键、氢键或范德华力的相互作用吸附在颜料粒子颗粒表面，并且由于为共聚物，存在多个吸附位点，提高了吸附作用。其中还包括溶剂亲和基团的嵌段，实现颜料颗粒在溶剂中的稳定。上述两种嵌段的基团、分子长度对于分散剂的性能十分关键，无规共聚物、交替共聚物稳定颜料的性能差，嵌段共聚物则利于颜料的润湿、分散性，显著提高体系的稳定性。
现有技术针对嵌段高分子分散剂已有很多研究，但是制备工艺复杂，不易于工业化生产，更重要的是由于通常只能适用于某一类颜料，而不能广泛适用于多种无机颜料和有机颜料。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种溶剂型高分子量分散剂及其应用。通过采用(α-甲基苯乙烯)、丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸聚醚酯作为单体，制备嵌段型高分子分散剂，PaMS、PDMAEA和聚(丙烯酸聚醚酯)可以分别吸附在颜料表面、形成有效空间位阻层，从而提高了分散剂的适用范围。
一种溶剂型高分子量分散剂，其为含颜料亲和基团高分子嵌段共聚物溶液，其中含颜料亲和基团高分子嵌段共聚物的含量为30-40wt.％，其中含颜料亲和基团高分子嵌段共聚物的制备方法为：
(1)将引发剂、有机配体有机酸、氯化铁和α-甲基苯乙烯溶于有机溶剂，通入惰性气体保护，搅拌均匀，加入抗坏血酸，在80-120℃油浴条件下反应12-48h，冷却至室温，加入甲醇终止反应，得到聚(α-甲基苯乙烯)；
(2)将步骤(1)制备得到的聚(α-甲基苯乙烯)、丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸聚醚酯溶于有机溶剂，通入惰性气体保护，加入氯化铁、有机配体有机酸和抗坏血酸，在80-120℃油浴加热反应2-48h，冷却至室温，加入甲醇终止反应，分离、干燥得到产物。
优选的，步骤(1)(2)中的有机配体有机酸为乙二酸或丁二酸；
优选的，步骤(1)中引发剂为溴化苄、(1-溴乙基)苯或二溴乙酸乙酯；
优选的，步骤(1)(2)中的溶剂选自二甲基甲酰胺和环丙酮中的一种；
优选的，步骤(1)中油浴加热反应的温度为105℃；
优选的，步骤(1)中α-甲基苯乙烯、引发剂、氯化铁、有机酸和抗坏血酸的摩尔比为：100：1-5：1-2：3-8：0.5-1；
优选的，步骤(2)中油浴加热反应温度为90℃；
优选的，步骤(2)中聚(α-甲基苯乙烯)、丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸聚醚酯、氯化铁、有机酸和抗坏血酸的摩尔比为：1：100-120：50-100：1-2：3-5：0.5-1；
优选的，含颜料亲和基团高分子嵌段共聚物的含量为35wt.％；
优选的，溶剂为醋酸丁酯或丙二醇甲醚醋酸酯。
本发明制备得到的溶剂型高分子量分散剂可以适用于无机和有机颜料，适用于多种体系。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明采用(α-甲基苯乙烯)、丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸聚醚酯作为单体，采用特定的引发剂、催化剂、有机配体及特定的配比，采用自由基聚合法制备嵌段型高分子分散剂，PaMS、PDMAEA和聚(丙烯酸聚醚酯)可以分别吸附在颜料表面、形成有效空间位阻层，从而适用于有机颜料颗粒和无机颜料颗粒，提高分散体系中颜料颗粒的分散性、稳定性，可应用于涂料等领域。
2.本发明采用氯化铁作为催化剂，相对于常用的铜系催化剂，毒性低，得到的聚合物分子量分布窄。
3.本发明采用成本低、易得的有机酸作为有机配体，并且提高了聚合可控性。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种溶剂型高分子量分散剂，其为含颜料亲和基团高分子嵌段共聚物溶液，其中含颜料亲和基团高分子嵌段共聚物的含量为35wt.％，其中含颜料亲和基团高分子嵌段共聚物的制备方法为：
(1)将溴化苄、丁二酸、氯化铁和α-甲基苯乙烯溶于环丙酮，通入惰性气体保护，搅拌均匀，加入抗坏血酸，在105℃油浴条件下反应24h，冷却至室温，加入甲醇终止反应，得到聚(α-甲基苯乙烯)；α-甲基苯乙烯、溴化苄、氯化铁、丁二酸和抗坏血酸的摩尔比为：100：1：1：3：0.8；
(2)将步骤(1)制备得到的聚(α-甲基苯乙烯)、丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸聚醚酯溶于环丙酮，通入惰性气体保护，加入氯化铁、丁二酸和抗坏血酸，在90℃油浴加热反应5h，冷却至室温，加入甲醇终止反应，分离、干燥得到产物；聚(α-甲基苯乙烯)、丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸聚醚酯、氯化铁、丁二酸和抗坏血酸的摩尔比为：1：100：50：1：4：0.5；
分散剂的溶剂为醋酸丁酯。
实施例2
一种溶剂型高分子量分散剂，其为含颜料亲和基团高分子嵌段共聚物溶液，其中含颜料亲和基团高分子嵌段共聚物的含量为35wt.％，其中含颜料亲和基团高分子嵌段共聚物的制备方法为：
(1)将(1-溴乙基)苯、乙二酸、氯化铁和α-甲基苯乙烯溶于环丙酮，通入惰性气体保护，搅拌均匀，加入抗坏血酸，在105℃油浴条件下反应24h，冷却至室温，加入甲醇终止反应，得到聚(α-甲基苯乙烯)；α-甲基苯乙烯、(1-溴乙基)苯、氯化铁、乙二酸和抗坏血酸的摩尔比为：100：2：1：3：0.8；
(2)将步骤(1)制备得到的聚(α-甲基苯乙烯)、丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸聚醚酯溶于环丙酮，通入惰性气体保护，加入氯化铁、乙二酸和抗坏血酸，在90℃油浴加热反应5h，冷却至室温，加入甲醇终止反应，分离、干燥得到产物；聚(α-甲基苯乙烯)、丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸聚醚酯、氯化铁、乙二酸和抗坏血酸的摩尔比为：1：100：100：1：4：0.5；
分散剂的溶剂为醋酸丁酯。
对比例1：
将步骤(2)中聚(α-甲基苯乙烯)、丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸聚醚酯、氯化铁、乙二酸和抗坏血酸的摩尔比调整为：1：50：100：1：4：0.5，其余与实施例2相同。
对比例2
将步骤(2)中聚(α-甲基苯乙烯)、丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸聚醚酯、氯化铁、乙二酸和抗坏血酸的摩尔比调整为：1：100：150：1：4：0.5，其余与实施例2相同。
将实施例1-2、对比例1-2制备得到的分散剂溶液进行测试，分别取1g碳黑、钛白粉、酞菁蓝加入到20mL二甲苯中，按颜料的重量百分比40％、30％、5％加入实施例1-2中的分散剂溶液，另外一份不添加分散剂作为对比例，超声分散10min，静置24h，观察其变化如下表所示：
将实施例1-2、对比例1-2得到的产物作为分散剂用于制备丙烯酸涂料，测试其性能。涂料的重量份配比为：水性丙烯酸乳液50份，钛白粉10份，增强剂2份，成膜助剂3份，消泡剂1份，流平剂2份，分散剂3份，去离子水8份。将得到的4种涂料涂敷成膜，烘干得到涂层。测试其性能如下表所示：
从实验结果看，实施例1-2比对比例1-2的涂料光泽好，可见实施例1-2的分散剂相较于对比例1-2分散效果更好，颜料粒径小，分散更均匀，得到的涂层更加平整光滑。同时颜料分散性好，有利于涂料对底材的浸润和结合，导致实施例1-2的附着力比对比例1-2好。在硬度上没有明显差别。
从以上的实验可以得出，本申请得到的分散剂在涂料中可以提高颜料的分散性和稳定性，同时嵌段单体的数量也显著影响了分散剂的性能。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种溶剂型高分子分散剂，其特征在于，为含颜料亲和基团高分子嵌段共聚物溶液，其中含颜料亲和基团高分子嵌段共聚物的含量为30-40wt%，其中含颜料亲和基团高分子嵌段共聚物的制备方法为：
步骤（1）将引发剂、有机配体有机酸、氯化铁和α-甲基苯乙烯溶于有机溶剂，通入惰性气体保护，搅拌均匀，加入抗坏血酸，在80-120℃油浴条件下反应12-48h，冷却至室温，加入甲醇终止反应，得到聚（α-甲基苯乙烯）；
步骤（2）将步骤（1）制备得到的聚（α-甲基苯乙烯）、丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸聚醚酯溶于有机溶剂，通入惰性气体保护，加入氯化铁、有机配体有机酸和抗坏血酸，在80-120℃油浴加热反应2-48h，冷却至室温，加入甲醇终止反应，分离、干燥得到产物；
步骤（1）中α-甲基苯乙烯、引发剂、氯化铁、有机酸和抗坏血酸的摩尔比为：100：1-5：1-2：3-8：0.5-1；
步骤（2）中聚（α-甲基苯乙烯）、丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸聚醚酯、氯化铁、有机酸和抗坏血酸的摩尔比为：1：100-120：50-100：1-2：3-5：0.5-1。
2.根据权利要求1所述的一种溶剂型高分子分散剂，步骤（1）（2）中的有机配体有机酸为乙二酸或丁二酸。
3.根据权利要求1所述的一种溶剂型高分子分散剂，步骤（1）中引发剂为溴化苄、(1-溴乙基)苯或二溴乙酸乙酯。
4.根据权利要求1所述的一种溶剂型高分子分散剂，步骤（1）（2）中的有机溶剂选自二甲基甲酰胺和环丙酮中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种溶剂型高分子分散剂，步骤（1）中油浴加热反应的温度为105℃。
6.根据权利要求1所述的一种溶剂型高分子分散剂，步骤（2）中油浴加热反应温度为90℃。
7.根据权利要求1所述的一种溶剂型高分子分散剂，含颜料亲和基团高分子嵌段共聚物的含量为35wt%。
8.根据权利要求1所述的一种溶剂型高分子分散剂，分散剂的溶剂为醋酸丁酯或丙二醇甲醚醋酸酯。
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