含多官能团聚丙烯酸盐分散剂及其制备方法与流程

[0001]
本发明涉及分散剂领域，具体涉及含多官能团聚丙烯酸盐分散剂及其制备方法。


背景技术：

[0002]
颜料作为着色材料被广泛应用于涂料、印刷油墨、塑料、橡胶、纺织印花、蜡制品、化妆品等各个领域。在涂料行业中，随着人们对健康环保要求的提高，以水作为分散介质的水性环保涂料成为建筑装饰领域的新宠，其中，颜料的分散是至关重要的环节。由于水的表面张力要比有机溶剂大得多，需要添加一些分散剂来降低水的表面张力，增强对颜料颗粒的润湿作用，使颜料颗粒在液相中稳定地分散。涂料中所用的颜料绝大多数是以初级颗粒的附聚体和凝聚体混合形式存在的，如果不能将这些大小不一的颜料颗粒分散为更细小的颗粒或初级颗粒，并使其成为不再聚集或絮凝的稳定分散体系，则会产生絮凝、返粗、沉淀、颜色漂移、浮色发花、光泽降低、着色力及遮盖力下降等缺陷，影响涂料的性能。
[0003]
聚丙烯酸盐分散剂是一种高分子分散剂，其具有锚定基团和溶剂化链，锚定基团可以锚定在颗粒表面，溶剂化链可以在溶剂中伸展，但是其吸附方式一般为单点吸附，锚定基团不能与颗粒表面产生强力的吸附，容易解吸导致颗粒重新絮凝；其溶剂化链的长度较短，不能够为颗粒提供足够的立体屏障；聚丙烯酸盐分散剂的质量控制是其产业化过程中的重要问题，目前复杂的工艺和高温高压的反应条件都严重影响产品的质量。


技术实现要素：

[0004]
为了解决常规聚丙烯酸盐作为水溶剂分散剂对溶质的吸附和分散能力较弱的问题，本发明第一方面提供了一种含多官能团聚丙烯酸盐分散剂，其制备原料包含反应单体、链转移剂、引发剂、中和剂和溶剂，反应单体包含组分a、组分b、组分c、组分d、组分e和组分f，且组分a为丙烯酸，或丙烯酸和甲基丙烯酸的混合物；组分b为含碳碳双键的酰胺类化合物；组分c为丙烯酸酯类化合物；组分d为含苯基的烯烃化合物和/或含苯基的丙烯酸类化合物；组分e为含碳碳双键的磺酸类化合物；组分f为含碳碳双键的多元酸、及其酸酐或酯类混合物。
[0005]
其中，酰胺类化合物指末端为酰胺键的化合物；丙烯酸酯类化合物指由末端为-cr1＝cr
2-cooh的化合物作为其中反应物的酯化产物，其中r1和r2各自为氢或者取代基；烯烃化合物指末端为碳碳双键的化合物；丙烯酸类化合物指末端为-cr1＝cr
2-cooh的化合物，其中r1和r2各自为氢或者取代基；磺酸类化合物指末端具有磺酸基的化合物。
[0006]
本发明利用上述反应单体合成了含多官能团聚丙烯酸盐分散剂，其中，组分a和组分f为分散剂引进了大量羧基，可以作为锚固基团的主要成分使得分散剂与颗粒牢固的吸附；组分b和组分c具有良好的润湿作用，可以有效提高分散效率，减少分散剂的用量，还可以提高分散剂的溶解度，包括分散剂的溶剂化链的溶解度；组分d为分散剂引入了磺酸基团，组分e为分散剂引入了苯基，这两种基团都具有空间位阻作用，同时磺酸基团为亲水基团而苯基为疏水基团，两种基团的配合可以调节分散剂的溶剂化作用，使得分散剂既可以
通过锚定基团牢固的吸附颗粒，又具有溶解度优良的溶剂化链，从而可以维持较长的溶剂化链，而磺酸基团具有静电斥力，可以让溶剂化链充分的伸展开，可以形成足够厚度的立体屏障层，具有良好的分散能力。本发明的多官能团聚丙烯酸盐分散剂，通过增加官能团、控制溶剂化链长度、以及其自身带的电荷静电作用，增强分散剂与溶质的吸附作用力，提高分散性能，有效降低体系粘度，防止颗粒团聚与沉降。
[0007]
本发明第二方面提供了含多官能团聚丙烯酸盐分散剂的制备方法，包括：首先将组分a、组分b和组分f进行聚合反应得到中间产物，然后向中间产物中添加组分c、组分d和组分e进行聚合反应得到最终产物。
[0008]
本发明首先形成了具有羧基和酰胺基的低分子量碳链化合物，低分子量碳链化合物再与含有羟基、苯基和磺酸基的组分进一步聚合形成本发明的含多官能团聚丙烯酸盐分散剂。羧基是锚固基团的主要成分，而酰胺基具有润湿性，羧基与酰胺基的配合可以让锚固基团更好的锚固于颗粒；苯基和磺酸基可以调节溶剂化链的性能，羟基具有良好的润湿性，这三种基团的结合可以使得分散剂具有长度适宜且充分舒展的溶剂化链，形成足够厚度的立体屏障层，具有良好的分散性能。
具体实施方式
[0009]
本发明的含多官能团聚丙烯酸盐分散剂，制备原料包含反应单体、链转移剂、引发剂、中和剂和溶剂，反应单体包含组分a、组分b、组分c、组分d、组分e和组分f，且组分a为丙烯酸，或丙烯酸和甲基丙烯酸的混合物；组分b为含碳碳双键的酰胺类化合物；组分c为丙烯酸酯类化合物；组分d为含苯基的烯烃化合物和/或含苯基的丙烯酸类化合物；组分e为含碳碳双键的磺酸类化合物；组分f为含碳碳双键的多元酸、及其酸酐或酯类混合物。
[0010]
进一步的，以重量百分数计，链转移剂用量为反应单体的用量的1％-20％，用量可以为但不限于为1％、3％、5％、10％、15％、20％；引发剂用量为反应单体的用量的1％-25％，用量可以为但不限于为1％、3％、5％、9％、15％、20％、25％。使用上述用量的链转移剂可以获得分子质量为500-5000的低分子量含多官能团聚丙烯酸盐分散剂，使用上述用量的引发剂可以使得聚合反应高效稳定，通过调节上述两种物质的用量，可以获得质量稳定、性能优越的含多官能团聚丙烯酸盐分散剂。
[0011]
进一步的，组分b包含丙烯酰胺、丁烯酰胺和甲基丙烯酰胺中的至少一种。
[0012]
进一步的，组分c包含甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。这些化合物可以通过碳碳双键发生聚合反应，同时其具有羟基或者可以在溶液中水解产生羟基，可以起到润湿作用，促进分散剂与溶质的结合。
[0013]
进一步的，组分d包含苯乙烯、2-苯基-1-丙烯、2-苯基丙烯酸和3-苯甲酰丙烯酸其中的至少一种。这些化合物具有碳碳双键和苯基，其中碳碳双键可以发生聚合反应，苯基可以提供空间位阻，另外，2-苯基丙烯酸和3-苯甲酰丙烯酸还包含羧基，可以提高分散剂与溶质的结合能力和溶剂化链的溶解度。
[0014]
进一步的，组分e包含甲基丙烯磺酸钠、丙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的至少一种。这些化合物同时具有羧基和磺酸基，磺酸基可以对分散剂起到润湿作用，更多的羧基可以提高分散剂与溶质的结合能力。
[0015]
进一步的，组分f包含马来酸、马来酸酐、马来酸二丁酯和衣康酸中的至少一种。这些化合物具有多个羧基，可以增加分散剂中羧基的比例，提高分散剂与溶质的结合能力。
[0016]
进一步的，链转移剂包含醇、硫醇和亚硫酸盐中的至少一种；引发剂包含偶氮化合物、有机过氧化物、无机过硫酸盐和磷酸盐中的至少一种；中和剂包含氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠中的至少一种；溶剂包含水。上述几种溶剂的配合，具有良好的安全性和经济性，可以获得纯度较高且性能稳定的分散剂。
[0017]
本发明第二方面提供了含多官能团聚丙烯酸盐分散剂的制备方法，包括：首先将组分a、组分b和组分f进行聚合反应得到中间产物，然后向中间产物中添加组分c、组分d和组分e进行聚合反应得到最终产物。
[0018]
具体的，本发明的含多官能团聚丙烯酸盐分散剂的制备方法，包括：
[0019]
(1)第一步骤：将配方量的链转移剂和溶剂加入反应容器中搅拌，充分溶解后，缓慢滴加组分a、组分b和组分f和部分引发剂水溶液，50～80℃恒温反应1～2h。
[0020]
(2)第二步骤：待第一步骤反应充分后，再缓慢滴加组分d、组分c和组分e，继续保温2～3h。
[0021]
(3)待第二步骤反应结束后，用30％～50％的中和剂水溶液进行中和，调ph值为7～9，得到淡黄色、透明的多官能团聚丙烯酸盐分散剂。
[0022]
为更好地说明本发明的目的、技术方案和有益效果，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。需说明的是，下述实施所述实施例是对本发明的进一步解释说明，不应当作为对本发明的限制。本实施例涉及的原料皆可通过市售而获得。
[0023]
实施例和对比例的制备原料如下表和以下的说明所示。
[0024]
表1实施例和对比例的制备原料
[0025][0026]
上述实施例1-3、5、对比例1-6中，组分a-f分别为丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、苯乙烯、丙烯磺酸钠和马来酸酐；上述实施例3中，还包含2g的乙二醇；上述实施例4中，组分a-f分别为甲基丙烯酸、甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟丙酯、2-苯甲酰丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠和衣康酸。
[0027]
上述实施例1-4和对比例1-5的制备方法为：
[0028]
(1)第一步骤：将配方量的链转移剂和溶剂加入反应容器中搅拌，充分溶解后，缓慢滴加组分a、组分b和组分f和部分引发剂水溶液，70℃恒温反应1.5h。
[0029]
(2)第二步骤：待第一步骤反应充分后，再缓慢滴加组分d、组分c和组分e，继续保温2.5h。
[0030]
(3)待第二步骤反应结束后，用40％的中和剂水溶液进行中和，调ph值为8，得到淡黄色、透明的多官能团聚丙烯酸盐分散剂。
[0031]
上述实施例5和对比例6的制备方法为：
[0032]
将链转移剂和溶剂加入反应釜搅拌溶解，再缓慢滴加反应单体混合物和引发剂，70℃恒温反应3h，冷却至50℃，用中和剂水溶液进行中和，调ph值为7，得到多官能团聚丙烯酸盐分散剂。
[0033]
对实施例1-5和对比例1-6的聚丙烯酸盐分散剂进行性能测试，测试方法见附注，测试结果如下表所示。
[0034]
表2聚丙烯酸盐分散剂的性能测试结果
[0035][0036]
注：
[0037]
1)浆料的制备：称量45g的自来水、1.05g的聚丙烯酸盐分散剂于烧杯中，采用搅拌机搅拌10min使其充分均匀，再加入105g钛白粉，继续搅拌20min，制得70％的浆料；
[0038]
2)分散粒径测试：将70％钛白粉浆料用醋酸乙酯稀释至200～1000倍，通过粒度分布系统进行测试；
[0039]
3)粘度测试：将70％钛白粉浆料温度调至25℃，通过e型粘度计re-80进行测试；
[0040]
4)沉降测试：将0.5g聚丙烯酸盐分散剂溶解于100ml水中，在此溶液中加入50g钛白粉，以200min-1
振荡频率放入超声波振荡器，振荡30min-1
后拿出，记录悬浮液的总体高度h，4h后记录悬浮液钛白粉沉降的高度h1，钛白粉沉降高度越小说明分散性越好，即h-h1越小越好。
[0041]
5)稳定性测试：将70％钛白粉浆料置于50℃下放置1周后，通过e型粘度计re-80测试颜料色浆的粘度。相对于初期粘度，变化在0～5％的评价为
□
，在5％～10％的评价为
△
，在10％～20％的评价为
◇
，20％以上的评价为
×
。
[0042]
如表2的数据所示，实施例1-5的综合性能明显优于对比例1-6，尤其是对比例6，这是因为本发明的含多官能团聚丙烯酸盐分散剂，首先通过多官能团特别是羟基与胺基可以牢固的与颗粒结合；另一方面，本发明的含多官能团聚丙烯酸盐分散剂通过苯基和磺酸基的配合，其具有长度适宜且充分舒展的溶剂化链，可以形成足够厚度的立体屏障层，使得含多官能团聚丙烯酸盐分散剂具有良好的分散能力。组分a-f分别为本发明的含多官能团聚丙烯酸盐分散剂带来了不同的官能团，其通过上述的协同作用，使得本发明的含多官能团聚丙烯酸盐分散剂不仅可以与颗粒牢固的结合，还具有良好的分散性能。而对比例1-5因为缺乏组分b-f其中一种组分，其综合性能显著下降，这说明本发明的组分a-f发挥了协同作用，而不是简单的功能叠加。
[0043]
继续如表2的数据所示，实施例5的性能较实施例1-4略有降低，这是因为实施例1-4使用了两个步骤进行聚合，其首先形成了具有羧基和酰胺基的低分子量碳链化合物，低分子量碳链化合物再与含有羟基、苯基和磺酸基的组分进一步聚合形成本发明的含多官能团聚丙烯酸盐分散剂。羧基是锚固基团的主要成分，而酰胺基具有润湿性，羧基与酰胺基的配合可以让锚固基团更好的锚固于颗粒；苯基和磺酸基可以调节溶剂化链的性能，羟基具有良好的润湿性，这三种基团的结合可以使得分散剂具有长度适宜且充分舒展的溶剂化链，形成足够厚度的立体屏障层，具有良好的分散性能。
[0044]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，但是也并不仅限于实施例中所列，例如实施例中链转移剂、引发剂、中和剂和溶剂皆统一为具体的一种物质及含量仅仅是为了方便举例说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

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