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技術(shù)支持

水溶性聚合物分散劑及其制備方法和應(yīng)用

本發(fā)明提供一種水溶性聚合物分散劑及其制備方法和應(yīng)用，所述水溶性聚合物分散劑的制備原料包括酰胺類單體、丙烯酸酯類單體、活性大單體聚醚、溶劑、引發(fā)劑和pH調(diào)節(jié)劑；所述活性大單體聚醚由聚醚胺與烯丙基琥珀酸酐反應(yīng)制得。本發(fā)明提供的水溶性聚合物分散劑可快速充分地潤濕顏料顆粒、提高研磨效率，降低體系中聚合物分散劑的加入量，增加色漿體系中顏料含量，分散均勻，穩(wěn)定性好，從而使分散體系的最終使用性能顯著提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于色漿助劑技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水溶性聚合物分散劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

炭黑是一種常用于涂料和油漆中的黑色顏料，具有優(yōu)異的黑色色彩和優(yōu)秀的耐熱性能，并且具有優(yōu)異的著色性能、耐熱性能、抗靜電性能、吸收紫外線等特性，在汽車涂料、建筑涂料、耐熱涂料、抗靜電涂料、戶外涂料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

炭黑由于其結(jié)構(gòu)顆粒之間有著極強的聚集性，較高的吸油量，導(dǎo)致其在各色的顏料中的分散比較困難。炭黑分散是通過在色素炭黑表面形成樹脂或者高分子包裹層，從而使原來的顏料附聚體形成更穩(wěn)定的小的附聚體。因而在制備水性炭黑漿料時，分散劑必須和顏料表面有足夠強度的親和力或者作用力，才能在顆粒表面形成更強更穩(wěn)定的吸附、包裹層。采用傳統(tǒng)方法制備水性炭黑漿料時通常使用平平加、烷基酚聚醚、吐溫、十二烷基苯磺酸等原料，因其錨固基團(tuán)、親水基團(tuán)結(jié)構(gòu)單一，往往需要在分散過程中加入極高的比例，才能獲得具有一定流動性的漿料，但漿料的粘度、及穩(wěn)定周期均不長。

CN105368160A公開了一種水性炭黑色漿分散劑及其在制備炭黑色漿中的應(yīng)用，所述分散劑為羧甲基半纖維素鈉，其來源為半纖維素改性得到。所述水性炭黑色漿，由下述重量份的物質(zhì)組分組成：分散劑1-5份，炭黑10-25份，水70-89份。該發(fā)明的水性炭黑色漿分散劑，是植物資源的有效利用，不僅生產(chǎn)成本低，而且綠色環(huán)保，應(yīng)用于制備炭黑色漿中，方法簡單。但該發(fā)明的漿料研磨時炭黑的添加量較低，且色漿粒徑仍然較大，不利于色漿的存儲穩(wěn)定性。

因此，期望開發(fā)一種應(yīng)用于水性炭黑色漿分散的水溶性聚合物分散劑。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種水溶性聚合物分散劑及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的水溶性聚合物分散劑為一種新型結(jié)構(gòu)的梳型聚合物，其具有多點錨固基團(tuán)、多親水聚醚鏈段基團(tuán)，在分散時，其可以快速的潤濕無機炭黑顆粒、提高研磨效率，降低體系中聚合物分散劑的加入量，增加色漿體系中顏料含量，分散均勻，穩(wěn)定性好，從而使分散體系的最終使用性能顯著提高。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種水溶性聚合物分散劑，所述水溶性聚合物分散劑的制備原料包括酰胺類單體、丙烯酸酯類單體、活性大單體聚醚、溶劑、引發(fā)劑和pH調(diào)節(jié)劑；

所述活性大單體聚醚由聚醚胺與烯丙基琥珀酸酐反應(yīng)制得。

本發(fā)明提供的水溶性聚合物分散劑為一種新型結(jié)構(gòu)的梳型聚合物，以聚醚胺與烯丙基琥珀酸酐反應(yīng)自制活性大單體聚醚，其所含聚醚鏈段作為梳型聚合物結(jié)構(gòu)中的側(cè)鏈親水基；以酰胺類官能團(tuán)作為極性錨固基團(tuán)，丙烯酸酯類單體所含酯基作為疏水錨固基團(tuán)；以水作為反應(yīng)溶劑，水溶性引發(fā)劑引發(fā)，采用自由基溶液共聚的方式合成了一種新型的高分子聚合物。本發(fā)明通過調(diào)控酰胺類單體、丙烯酸酯類單體、活性大單體聚醚的聚合比例，控制水溶性聚合物聚醚親水鏈段、極性酰胺吸附基團(tuán)、羧酸酯類錨固基團(tuán)的比例，獲得具有多點錨固基團(tuán)、多親水聚醚鏈段基團(tuán)的特殊結(jié)構(gòu)的高分子聚合物。在分散時，其可以快速的潤濕無機炭黑顆粒、提高研磨效率，降低體系中聚合物分散劑的加入量，增加色漿體系中顏料含量，分散均勻，穩(wěn)定性好，從而使分散體系的最終使用性能顯著提高。

在本發(fā)明中，由聚醚胺與烯丙基琥珀酸酐反應(yīng)制得的活性大單體聚醚，作為自由基團(tuán)聚合體系中大分子親水單體，賦予水溶性聚合物分散劑優(yōu)異的親水性，同時為聚合物分散劑的側(cè)鏈基團(tuán)，為其提供穩(wěn)定的空間位阻保護(hù)效應(yīng)。

優(yōu)選地，所述聚醚胺與所述烯丙基琥珀酸酐的摩爾比為(0.5-1.5):1，例如0.5:1、1:1或1.5:1等，優(yōu)選為1:1。

優(yōu)選地，所述聚醚胺為單醇作起始劑引發(fā)環(huán)氧乙烷自聚或環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷共聚的產(chǎn)物末端羥基轉(zhuǎn)為胺的單伯氨基聚醚。

優(yōu)選地，所述聚醚胺的重均分子量為500～2500g/mol，例如500g/mol、800g/mol、1000g/mol、1300g/mol、1500g/mol、1800g/mol、2000g/mol、2300g/mol或2500g/mol等。

優(yōu)選地，所述聚醚胺包括JEFFAMINE M-2070、JEFFAMINE M-1000或JEFFAMINE M-600中的任意一種或至少兩種的組合。

優(yōu)選地，所述活性大單體聚醚具有如下式I所示結(jié)構(gòu)：

其中，R₁為氫或甲基，R₂ 為甲基、乙基、丙基或丁基，m為10～60的整數(shù)，例如10、15、20、25、30、35、40、45、50、55或60等，n為0～15的整數(shù)，例如0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15。

優(yōu)選地，所述酰胺類單體包括N,N-二甲基丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲基丙烯酰胺或N-乙烯基己內(nèi)酰胺中的任意一種或至少兩種的組合，優(yōu)選乙烯基吡咯烷酮和/或N,N-二甲基丙烯酰胺。

優(yōu)選地，所述丙烯酸酯類單體包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸環(huán)己酯或甲基丙烯酸環(huán)己酯中的任意一種或至少兩種的組合，優(yōu)選丙烯酸甲酯和/或甲基丙烯酸甲酯。

優(yōu)選地，所述溶劑包括去離子水。

優(yōu)選地，所述引發(fā)劑包括偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽、偶氮二氰基戊酸或過硫酸胺中的任意一種或至少兩種的組合。

優(yōu)選地，所述引發(fā)劑以引發(fā)劑水溶液的形式加入。

優(yōu)選地，所述引發(fā)劑水溶液中引發(fā)劑的含量為20wt.％。

優(yōu)選地，所述pH調(diào)節(jié)劑包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、一乙醇胺或N,N-二甲基乙醇胺中的任意一種或至少兩種的組合，優(yōu)選一乙醇胺和/或N,N-二甲基乙醇胺。

優(yōu)選地，所述酰胺類單體、丙烯酸酯類單體、活性大單體聚醚的質(zhì)量比為(1～5):(3～10):(20～30)，例如1:3:20、5:3:20或5:10:30等。

優(yōu)選地，所述水溶性聚合物分散劑的重均分子量為5000～200000g/mol，例如5000g/mol、10000g/mol、20000g/mol、30000g/mol、40000g/mol、50000g/mol、100000g/mol、150000g/mol或200000g/mol等，優(yōu)選10000～50000g/mol。

優(yōu)選地，所述水溶性聚合物分散劑的制備原料按照重量份數(shù)計，包括如下組分：

優(yōu)選地，所述水溶性聚合物分散劑的制備原料按照重量份數(shù)計，酰胺類單體的用量可以為2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份或10份等。

優(yōu)選地，所述水溶性聚合物分散劑的制備原料按照重量份數(shù)計，丙烯酸酯類單體的用量可以為6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等。

優(yōu)選地，所述水溶性聚合物分散劑的制備原料按照重量份數(shù)計，活性大單體聚醚的用量可以為40份、41份、42份、43份、44份、45份、46份、47份、48份、49份、50份、51份、52份、53份、54份、55份、56份、57份、58份、59份或60份等。

優(yōu)選地，所述水溶性聚合物分散劑的制備原料按照重量份數(shù)計，溶劑的用量可以為20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份或30份等。

優(yōu)選地，所述水溶性聚合物分散劑的制備原料按照重量份數(shù)計，引發(fā)劑水溶液的用量可以為5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等。

第二方面，本發(fā)明提供一種如第一方面所述的水溶性聚合物分散劑的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)活性大單體聚醚的制備：向反應(yīng)器中加入配方量的聚醚胺與烯丙基琥珀酸酐，升溫，保溫，至反應(yīng)過程中無水蒸餾出，得到所述活性大單體聚醚；

(2)向反應(yīng)器中加入配方量的活性大單體聚醚、溶劑，混合，升溫，而后加入酰胺類單體、丙烯酸酯類單體、引發(fā)劑水溶液，保溫反應(yīng)，冷卻，然后加入pH調(diào)節(jié)劑，攪拌，得到所述水溶性聚合物分散劑。

優(yōu)選地，步驟(1)所述升溫為升溫至120～160℃，例如120℃、130℃、140℃、150℃或160℃等。

優(yōu)選地，步驟(1)所述保溫的時間為2～6小時，例如2小時、3小時、4小時、5小時或6小時等。

優(yōu)選地，步驟(1)和步驟(2)均在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行。

優(yōu)選地，步驟(2)所述升溫為升溫至50～100℃，例如50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃等。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，步驟(2)所述加入酰胺類單體、丙烯酸酯類單體、引發(fā)劑水溶液時，先將酰胺類單體和丙烯酸酯類單體混合得到單體混合液，然后將單體混合液與引發(fā)劑水溶液同時滴加至反應(yīng)體系中，并控制單體混合液與引發(fā)劑水溶液的滴加時間均為0.5～2小時(例如0.5小時、1小時、1.5小時或2小時等)。即，單體混合液與引發(fā)劑水溶液同時開始滴加，并且同時結(jié)束。

優(yōu)選地，步驟(2)所述保溫反應(yīng)的溫度為50～100℃，例如50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃等，保溫反應(yīng)的時間為1～3小時，例如1小時、2小時或3小時等。

優(yōu)選地，步驟(2)所述冷卻為冷卻至40～50℃，例如40℃、45℃或50℃等。

第三方面，本發(fā)明提供一種如第一方面所述的水溶性聚合物分散劑在炭黑色漿分散中的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

在本發(fā)明中，酰胺類單體、丙烯酸酯類單體以及活性大單體聚醚經(jīng)自由基聚合制備得到的水溶性聚合物分散劑含有多點錨固基團(tuán)、多親水基團(tuán)鏈段，此特殊結(jié)構(gòu)可使其快速充分地潤濕顏料顆粒、提高研磨效率，降低體系中聚合物分散劑的加入量，增加色漿體系中顏料含量，分散均勻，穩(wěn)定性好(在55℃下存儲7天，色漿的粘度、粒徑均沒有很大變化)，從而使分散體系的最終使用性能顯著提高，并且節(jié)省加工設(shè)備與加工能耗。

具體實施方式

下面通過具體實施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實施例僅僅是幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對本發(fā)明的具體限制。

實施例1