CN112898504A - 一种涂料分散剂的制备方法以及涂料分散剂 - Google Patents

一种涂料分散剂的制备方法以及涂料分散剂 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种涂料分散剂的制备方法及由该方法制得的涂料分散剂。本发明的涂料分散剂的制备方法包括：使聚醚醇头和环状单体在催化剂的作用下合成成聚醚；使所述聚醚在还原剂、引发剂、链转移剂的作用下与酸类物质反应，制得聚醚分散剂；以及在所述聚醚分散剂中加入中和剂，制得涂料分散剂。其中，以原料总量为1000质量份计，各原料的用量为：聚醚醇头79.29‑83.57质量份、环状单体160.97‑169.68质量份、催化剂0.7‑1.9质量份、酸类物质129.74‑136.75质量份、还原剂2.1‑4.5质量份、引发剂3.9‑6.7质量份、链转移剂0.6‑3.0质量份、中和剂7.1‑12.8质量份、其余为水，并且，所述聚醚醇头为反式‑4,4‑二甲氧基‑2‑丁烯醇，所述环状单体为环氧乙烷和环氧丙烷，所述酸类物质为丙烯酸。

Description

一种涂料分散剂的制备方法以及涂料分散剂
技术领域
本发明涉及一种涂料分散剂的制备方法以及利用该方法制得的涂料分散剂。
背景技术
涂料不仅保护着被涂覆物体的价值，同时由于其丰富的色彩也起到了很好的装饰作用。如今，随着人们的环保意识不断提高，水性涂料的发展得到了大力倡导。涂料中的固体成分如颜料和填料占据着重要的组成部分，它们在水性体系中的分散稳定程度决定了涂料的优劣性能。仅借助于机械剪切力很难达到最优化的分散及稳定效果，这是因为机械破碎过程中，固体颗粒的粒径越小，其与液体介质的界面积越大。从热力学角度来看，会导致减少界面积的驱动力越强，因此越容易产生重新团聚的现象。分散剂可以通过吸附在颜填料表面而降低其高表面能以及粒子间的物理吸引作用。这类分散剂可以是小分子的表面活性剂，但随着聚合化学的不断发展，高分子聚合物类分散剂由于具有优异的分散和稳定性能而得以广泛应用。高分子分散剂结构中的颜料锚定链可以通过氢键、偶极、酸碱作用而稳定地吸附在颜料表面，亲水稳定链则在水相中伸展，起到空间位阻作用。特别是受控自由基聚合技术的诞生使得分散剂的结构得到精确的控制，因此相比传统的聚合技术得到的分散剂具有更加优异的性能。
专利CN 111040090 A公开了一种基于聚丙烯酸酯结构的水性分散剂。本发明涉及加成化合物及该加成化合物的制备方法以及所述包含该加成化合物可用作水性涂料油墨中的润湿分散剂。所述加成化合物是一种特定结构的聚丙烯酸酯聚合物。所述聚丙烯酸酯聚合物分散助剂具有下式(I)所表示的结构。本发明的聚丙烯酸酯聚合物通过自由基聚合反应得到，在聚合物中引入聚酯组分提供对固体颗粒的空间位阻，防止颗粒的絮凝，同时引入聚醚组分以提高对固体颗粒的润湿能力以及亲水能力，最后引入的氨基亲和基团对固体颗粒表面结合锚固。本发明的聚丙烯酸酯分散助剂当在水性涂料油墨体系中分散颗粒固体时，能够为所得的分散体提供优异的综合分散性能。
专利CN 111378108 A公开了一种分散剂及合成方法、润滑剂及其制备方法。本发明公开了一种分散剂及分散剂的合成方法，添加有该分散剂的润滑剂及润滑剂的制备方法，分散剂由聚醚胺与环氧树脂合成，添加到润滑油中，可直接添加碳材料到润滑油中，通过机械混合即可得到一种润滑剂，能够完整保留原碳材料的高润滑性和高导热性，达到优异的润滑效果，降低摩擦损耗。
专利CN 107652384 A公开了一种高分子阳离子分散剂的制备方法。本发明涉及一种高分子阳离子分散剂的制备方法,属于阳离子分散剂技术领域。本发明解决了现有技术中高分子分散剂品种较少、性能不佳的现状,采用单体苯乙烯、丙烯腈、4-乙烯基吡啶、丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺制备了一种新型的高分子阳离子分散剂，该高分子阳离子分散剂具有较佳的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高润湿性涂料分散剂的制备方法以及由该方法制得的涂料分散剂。
本发明提供一种涂料分散剂的制备方法，该方法包括：
使聚醚醇头和环状单体在催化剂的作用下合成成聚醚；
使所述聚醚在还原剂、引发剂、链转移剂的作用下与酸类物质反应，制得聚醚分散剂；以及
在所述聚醚分散剂中加入中和剂，制得涂料分散剂，
以原料总量为1000质量份计，各原料的用量为：聚醚醇头79.29-83.57质量份、环状单体160.97-169.68质量份、催化剂0.7-1.9质量份、酸类物质129.74-136.75质量份、还原剂2.1-4.5质量份、引发剂3.9-6.7质量份、链转移剂0.6-3.0质量份、中和剂7.1-12.8质量份、其余为水，
其中，所述聚醚醇头为反式-4,4-二甲氧基-2-丁烯醇，所述环状单体为环氧乙烷和环氧丙烷，所述酸类物质为丙烯酸。
本发明还提供一种由本发明的方法制得的涂料分散剂。
区别于以上现有的专利技术，本发明所提供的是一种高润湿性涂料分散剂及其制备方法。本发明通过选用适量的反式-4,4-二甲氧基-2-丁烯醇与环氧乙烷和环氧丙烷反应，合成400分子量的聚醚，以聚醚作为支链合成聚醚分散剂。因此，这种分散剂的侧链由400分子量的聚醚构成，聚醚分子链有着很好的亲水效果，使得分散剂在浆料中能够有着很好的保水性，可以保持浆料的均匀，降低浆料泌水的可能。并且短支链的分散剂分子有着很好的吸附性，能够紧密包覆浆料颗粒，分散性能高。
本发明的发明构思如下：本发明选择的醇头为反式-4,4-二甲氧基-2-丁烯醇，这种醇头有着不错的刚性，聚合进分散剂分子后能为分散剂的分子主链提供刚性，降低分散剂分子主链的扭转程度，减少分散剂分子互相缠绕的可能，并增强了分散剂包覆粒径较大的颗粒的包覆能力，是一种高适应性的分散剂。
附图说明
图1为广州厚洹HH2190水性分散剂试样的SEM检测图；
图2为本发明实施例2制得的涂料分散剂试样的SEM检测图。
具体实施方式
本发明提供一种涂料分散剂的制备方法，其特征在于，该方法包括：
使聚醚醇头和环状单体在催化剂的作用下合成成聚醚；
使所述聚醚在还原剂、引发剂、链转移剂的作用下与酸类物质反应，制得聚醚分散剂；以及
在所述聚醚分散剂中加入中和剂，制得涂料分散剂，
以原料总量为1000质量份计，各原料的用量为：聚醚醇头79.29-83.57质量份、环状单体160.97-169.68质量份、催化剂0.7-1.9质量份、酸类物质129.74-136.75质量份、还原剂2.1-4.5质量份、引发剂3.9-6.7质量份、链转移剂0.6-3.0质量份、中和剂7.1-12.8质量份、其余为水，
其中，所述聚醚醇头为反式-4,4-二甲氧基-2-丁烯醇，CAS号：152522-71-9，所述环状单体为环氧乙烷和环氧丙烷，所述酸类物质为丙烯酸。
进一步，在所述涂料分散剂中，除水以外的其他原料的用量占总原料用量的38-42质量％，更优选为40质量％。
另外，在本发明中，优选酸醚质量比为1:(1.75-1.96)，其中，“酸醚比”中的“酸”是指所述酸类物质，“酸醚比”中的“醚”是指本发明中使聚醚醇头与环氧单体聚合而成的聚醚。
所述催化剂可以为本领域中常用的催化剂，例如可以为选自由无水氯化铝、三氟化硼、浓硫酸、卤化氢、芳基磺酸、无机磷化合物、羧酸、有机阳离子交换树脂和苯酚铝、氢氧化钠、氢氧化钾、氰化钠、四氢铝锂、三氟化硼乙烯醚、DMC中组成的组中的一种或几种，优选为质量比为2:1的芳基磺酸和氢氧化钾的组合物。
所述还原剂可以为本领域中常用的还原剂，例如可以为选自由连二亚硫酸钠、抗坏血酸、甲醛合次硫酸氢钠、麦芽糖糊精、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、次亚磷酸钠组成的组中的一种或几种，优选为质量比为5:2的亚硫酸氢钠和次亚磷酸钠的组合物。
所述引发剂可以为本领域中常用的引发剂，例如为选自由过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化二叔丁基(DTBP)、过氧化二碳酸二环己酯组成的组中的一种或几种，优选为质量比为1:2的过氧化二碳酸二异丙酯和过氧化苯甲酰的组合物。
所述链转移剂可以为本领域中常用的链转移剂，例如可以为选自由巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇、巯基丙醇组成的组中的一种或几种，优选为质量比为2:1的巯基丙酸和巯基丙醇的组合物。
所述中和剂可以为本领域中常用的中和剂，例如可以为选自由氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、甲醇钠、乙醇钠、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺组成的组中的一种或几种，优选为质量比为1:4的碳酸钠和碳酸钾的组合物。
作为一种优选的实施方式，本发明提供的浆料分散剂的制备方法包括如下操作步骤：
步骤一：在装有搅拌器、温度计的高压反应釜中加入79.29-83.57质量份聚醚醇头和0.7-1.9质量份催化剂，氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.098MPa，然后升温至115-125℃开始脱水1-2h，测氧含量，待氧含量合格后，降温至105℃开始连续通入160.97-169.68质量份环状单体，控制压力小于0.6MPa，通完后于125-135℃保温1-2h，降温出料，得到聚醚。
步骤二：将制得的成品聚醚加入反应釜中，采用水浴加热升温至65-75℃，反应2-3小时，再保温1-2小时。将2.1-4.5质量份还原剂、3.9-6.7质量份引发剂、0.6-3.0质量份链转移剂和水配制成A液，将129.74-136.75质量份酸类物质和水配制成B液，用滴加泵将A、B液滴加至反应釜中，其中A液滴加1-1.5小时，B液滴加1.5-2小时。制得聚醚类分散剂。
步骤三：将7.1-12.8质量份中和剂加入制得的分散剂中并补水至总质量为1000质量份，即得到涂料分散剂。
本发明还提供一种由本发明的上述方法制得的涂料分散剂。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：
1.本发明使用了刚性醇头反式-4,4-二甲氧基-2-丁烯醇，这种醇头有着不错的刚性，聚合进分散剂分子后能为分散剂的分子主链提供刚性，降低分散剂分子主链的扭转程度，减少分散剂分子互相缠绕的可能，并增强了分散剂包覆粒径较大的颗粒的包覆能力。
2.本发明制备的是一种低分子量聚醚，其具体分子量为400，这种分子量的聚醚作为支链对分散剂的吸附性能影响较小，且本发明特意选取所述酸类物质与所述聚醚的质量比为1:(1.75-1.96)的酸醚比，增大聚醚侧链的密度，来提升分散剂的分散性能。
3.本发明使用的反式-4,4-二甲氧基-2-丁烯醇活性较差，因此在制备方法中适当增加了引发剂的用量，但缩减了醇头与环状单体的反应时间，避免其在长时间高温下反应生成大分子量的聚醚。
实施例
下面，将结合具体实施例对本发明的技术方案和有益效果做进一步的详细说明，但应理解，以下实施例不应在任何程度上被理解为对本申请权利要求书所请求保护范围的限制。在实施例和对比例中，如无特殊说明，“份”是指“质量份”，“比”是指“质量比”，“％”是指“质量％”。
实施例1
实施例1用于说明本发明的涂料分散剂的制备方法以及由该方法制备的涂料分散剂。
该实施例的涂料分散剂，由下述各组分聚合而成，原料总质量为1000份，各组分的用量如下：
反式-4,4-二甲氧基-2-丁烯醇80.74份
环氧乙烷112.45份
环氧丙烷49.15份
质量比为1:3的芳基磺酸和苯酚铝的组合物0.8份
丙烯酸131.25份
质量比为3:2的亚硫酸氢钠和焦亚硫酸钠的组合物2.6份
质量比为1:1的过硫酸铵和过氧化苯甲酰的组合物6.5份
质量比为2:3的巯基丙酸和巯基乙醇的组合物1.5份
质量比为3:4的碳酸钠和碳酸钾的组合物8.9份
其余为水，总质量为1000份
该实施例的涂料分散剂的制备方法如下所述：
步骤一：在装有搅拌器、温度计的高压反应釜中加入80.74份反式-4,4-二甲氧基-2-丁烯醇和0.8份的质量比为1:3的芳基磺酸和苯酚铝的组合物，氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.098MPa，然后升温至117℃开始脱水1.8h，测氧含量，待氧含量合格后，降温至105℃，开始连续通入112.45份环氧乙烷和49.15份环氧丙烷，控制压力小于0.6MPa，通完后于130℃保温1.3h，降温出料，得到聚醚。
步骤二：将制得的成品聚醚加入反应釜中，采用水浴加热升温至67℃，反应2.0小时，再保温1.0小时。将2.6份的质量比为3:2的亚硫酸氢钠和焦亚硫酸钠的组合物、6.5份的质量比为1:1的过硫酸铵和过氧化苯甲酰的组合物、1.5份的质量比为2:3的巯基丙酸和巯基乙醇的组合物和水配制成A液，将131.25份丙烯酸和水配制成B液，用滴加泵将A、B液滴加至反应釜中，其中A液滴加1.1小时，B液滴加1.5小时。制得聚醚类分散剂。
步骤三：将8.9份的质量比为3:4的碳酸钠和碳酸钾的组合物加入制得的分散剂中并补水至总质量为1000份，即得到所需的聚醚类分散剂溶液。
实施例2-6
实施例2-6用于说明本发明的涂料分散剂的制备方法以及由该方法制备的涂料分散剂。
在本实施例中，除了原料的组分及用量如表1中所示、步骤中的参数如表2中所示之外，使用与实施例1相同的方法，制得实施例2-6的涂料分散剂。
对比例1-2
对比例1-2用于说明酸醚比不在1:(1.75-1.96)的范围内时，制得的涂料分散剂的分散效果不好。
在本对比例中，除了酸醚比分别为1:2.03、1：1.67之外，使用与实施例2相同的方法，制得对比例1-2的涂料分散剂。
Figure BDA0002930863780000091
Figure BDA0002930863780000101
将广州厚洹HH2190水性分散剂与实施例1-6及对比例1-2的涂料分散剂(热塑性丙烯酸树脂)试样进行检测得到下表。其中，低温柔性、潮湿基面粘结强度根据GB_T16777_2008的标准进行测试，耐沾污指标根据GBT9780-2013的标准进行测试，涂膜光泽根据GB/T5237.4—2017的标准进行测试。
表3
Figure BDA0002930863780000111
表中，“涂膜光泽”与“耐沾污指标”体现的是涂料的分散程度的指标，分散得越均匀则光泽越好，表面光滑则不易沾染污染物。因此，涂膜光泽数值越大，耐沾污指标数值越大，代表分散剂的分散性能越好。
“低温柔性”也是体现分散性能的一个指标，指涂料的涂层在一定条件下随被涂物体弯折时，涂层不会产生裂纹。
“潮湿基面粘结强度”指的是被分散后的涂料与潮湿的基面的粘结能力。强度高，则粘结能力好，涂层不易脱落。
根据上表可知，实施例1-6的涂料分散剂相比于广州厚洹HH2190水性分散剂有着更优异的性能，涂料的涂膜光泽更好，耐沾污指标也更好，说明涂料颗粒的润湿性好，表面更加光滑。这也证明了本发明所制备的涂料分散剂有着更优异的分散性能。另外，实施例1-6的涂料分散剂在“低温柔性”的指标测试中，无裂纹，而广州厚洹HH2190水性分散剂有裂纹；并且，实施例1-6的涂料分散剂与广州厚洹HH2190水性分散剂相比，“潮湿基面粘结强度”指标更好，说明本发明所制备的涂料分散剂有着更优异的“低温柔性”和“潮湿基面粘结强度”。综上，本发明所制备的涂料分散剂实用性更强。
另外，固含量为40％的实施例2，与固含量为39％的实施例1相比，在相同条件下涂料的涂膜光泽更好，耐沾污指标也更好，说明涂料颗粒的润湿性好，表面更加光滑，说明固含量为40％时，涂料分散剂的分散作用更好。从表中还可以看出，固含量为40％的实施例2，与固含量为39％的实施例1相比，分散剂有着更优异的“潮湿基面粘结强度”。因此，固含量为40％时，本发明所制得的涂料分散剂更实用。
另外，酸醚比在优选的1:(1.75-1.96)的范围内的实施例1-6的涂料分散剂，与不在优选的1:(1.75-1.96)的范围内的对比例1-2的涂料分散剂相比，在相同条件下涂料的涂膜光泽更好，耐沾污指标也更好，说明涂料颗粒的润湿性好，表面更加光滑，也说明酸醚比在优选的1:(1.75-1.96)的范围内时，分散作用更好。另外，实施例1-6的涂料分散剂在“低温柔性”的指标测试中，无裂纹，而对比例1-2的涂料分散剂有裂纹；并且，实施例1-6的涂料分散剂与对比例1-2的涂料分散剂相比，“潮湿基面粘结强度”指标更好，说明本发明所制备的分散剂有着更优异的“低温柔性”和“潮湿基面粘结强度”。综上，酸醚比在优选的1:(1.75-1.96)的范围内，本发明所制备的涂料分散剂实用性更强。
另外，对利用广州厚洹HH2190水性分散剂与实施例2的涂料(热塑性丙烯酸树脂)分散剂试样进行分散涂料的样品进行SEM检测，分别得到图1和图2。
由图可知，实施例2的涂料分散剂试样中，涂料颗粒更为分散，表明本发明的涂料分散剂的分散效果好，涂料在浆体中的润湿性高。

Claims (10)

1.一种涂料分散剂的制备方法，其特征在于，该方法包括：
使聚醚醇头和环状单体在催化剂的作用下合成成聚醚；
使所述聚醚在还原剂、引发剂、链转移剂的作用下与酸类物质反应，制得聚醚分散剂；以及
在所述聚醚分散剂中加入中和剂，制得涂料分散剂，
以原料总量为1000质量份计，各原料的用量为：聚醚醇头79.29-83.57质量份、环状单体160.97-169.68质量份、催化剂0.7-1.9质量份、酸类物质129.74-136.75质量份、还原剂2.1-4.5质量份、引发剂3.9-6.7质量份、链转移剂0.6-3.0质量份、中和剂7.1-12.8质量份、其余为水，
其中，所述聚醚醇头为反式-4,4-二甲氧基-2-丁烯醇，所述环状单体为环氧乙烷和环氧丙烷，所述酸类物质为丙烯酸。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述涂料分散剂中，除水以外的其他原料的用量占总原料用量的38-42质量％。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述涂料分散剂中，除水以外的其他原料的用量占总原料用量的40质量％。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述酸类物质与所述聚醚的质量比为1:(1.75-1.96)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述催化剂为选自由无水氯化铝、三氟化硼、浓硫酸、卤化氢、芳基磺酸、无机磷化合物、羧酸、有机阳离子交换树脂和苯酚铝、氢氧化钠、氢氧化钾、氰化钠、四氢铝锂、三氟化硼乙烯醚、DMC组成的组中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述还原剂为选自由连二亚硫酸钠、抗坏血酸、甲醛合次硫酸氢钠、麦芽糖糊精、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、次亚磷酸钠组成的组中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述引发剂为选自由过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化二叔丁基(DTBP)、过氧化二碳酸二环己酯组成的组中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述链转移剂为选自由巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇、巯基丙醇组成的组中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中和剂为选自由氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、甲醇钠、乙醇钠、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺组成的组中的一种或几种。
10.一种由权利要求1-9中任意一项所述的方法制得的涂料分散剂。
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