CN109666148A - 一种水性分散剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水性分散剂的制备方法，将苯乙烯‑马来酸酐共聚物溶解于惰性溶剂中，加入单甲基聚醚和催化剂；加热至60～110℃，反应2.5～6.0小时，蒸去溶剂，加入中和剂中和，再与降粘剂、润湿剂混合搅匀，制备得到水性分散剂。与现有技术相比，本发明制备的分散剂，具有良好的水溶性，对颜料、填料具有良好的分散性和展色性，且降粘效果良好，会形成性能良好的的色浆体系，可广泛运用于涂料、油墨助剂领域。
Description
技术领域
本发明属于涂料、油墨助剂领域，尤其是涉及一种水性分散剂的制备方法。
背景技术
目前，随着国家环保政策的日趋严格，涂料、油墨产品的水性化进程日益加紧，为了满足这类产品水性化进程，水性化助剂的研究成为热点。
涂料和油墨这类产品对颜色的要求更是几近苛刻，所以颜料和填料的分散问题一直是技术关键所在，这类问题的解决很大程度上依赖高性能的分散剂，传统的小分子分散剂具有很多缺点，比如分散体系不稳定，储存时间短，容易形成团聚沉降。高分子类型的超分散剂很好的解决了这些弊端。
对于苯乙烯-马来酸酐类体系的超分散剂，由于苯乙烯具有苯环结构，其对酞菁类颜料分散效果良好，马来酸酐作为分散无机填料的锚固基团，对无机颜料和体质颜料分散效果明显。但是苯乙烯-马来酸酐共聚物的水溶性并不好，这类高分子分散剂分散后的体系粘度较高，影响了后面色浆产品的流体性质；一般采用将马来酸用无机碱中和的方式来实现水性化，但是这样形成的分散体系，会对后面形成的涂层耐水性造成很大影响。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种成本较低且具备良好颜料、填料分散性的水性分散剂的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种水性分散剂的制备方法，将苯乙烯-马来酸酐共聚物溶解于惰性溶剂中，加入单甲基聚醚和催化剂；加热至60～110℃，反应2.5～6.0小时，蒸去溶剂，加入中和剂，将体系中和到pH在6～8之间，再与降粘剂、润湿剂混合搅匀，制备得到水性分散剂。
所述苯乙烯-马来酸酐共聚物的分子量(Mwt重均)为2000～10000，分子量分布指数在1.0～2.0之间，共聚物的结构为无轨、嵌段或交替结构中的任一种。
所述惰性溶剂为不参与酯化反应，且沸点较低的惰性溶剂，优选可以采用丙酮或乙酸乙酯。
所述单甲基聚醚为丙二醇与乙二醇的嵌段共聚物，丙二醇与乙二醇的摩尔比为1:1～6，且由甲基在乙二醇一侧封端，分子量(Mn数均)在500～3000。
所述催化剂为能够催化酯化反应的催化剂，优选可以采用对甲基苯磺酸。
所述苯乙烯-马来酸酐共聚物中马来酸酐的摩尔数与单甲基聚醚的摩尔数之比为1:0.5～1.5，反应温度时，在催化剂催化下生成主体聚合物苯乙烯-马来酸聚醚酯，催化剂的加入量为反应物重量的3wt％。
所述中和剂为氢氧化钾、氨水或三乙醇胺的水溶液或者醇溶液。
所述降粘剂为月桂醇聚氧乙烯醚或月桂胺聚氧乙烯醚等非离子表面活性剂类物质。
所述润湿剂为Hydropalat 875等能够使颜料颗粒表面润湿的助剂。
上述润湿剂和降粘剂均为市售水溶性的小分子润湿剂和降粘剂，添加量均为总体含量的0～30wt％，以保证分散剂任意比例水溶液透明为准。
本发明中的水性分散剂，采用的原料为苯乙烯-马来酸酐共聚物树脂和封端聚醚，均为较为廉价的原材料，有着成熟的供应链和工业化基础，有利于推广和工业化。
本发明中的水性分散剂，在分子支链中引入了聚丙二醇和聚乙二醇的聚醚酯化链段，增加了水溶性的同时，减少了中和剂的用量，降低了对后续涂层耐水性的影响。
本发明中加入的小分子降粘剂和润湿剂，由于起到对大分子分散剂的分散作用，增加了大分子的水溶性，达到了水溶液澄清透明的效果，同时使分散体系的粘度进一步降低，改善了后续分散体系的流变性质。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)结合了高分子超分散剂的分散稳定性和小分子润湿分散剂的降粘性、水溶性的优点，增加了分散剂的分散效果，且降低了分散体系的粘度；
2)减少了中和剂的使用，有效降低了对后续涂层的耐水性和耐碱性的影响；
3)原材料来源广泛，价格低廉，有着很好的工业化基础。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
一种水性分散剂的制备方法，将苯乙烯-马来酸酐共聚物溶解于惰性溶剂中，苯乙烯-马来酸酐共聚物中马来酸酐的摩尔数与单甲基聚醚的摩尔数之比为1:0.5～1.5，加入单甲基聚醚和催化剂，催化剂的加入量为反应物重量的3wt％，将体系加热至60～110℃，反应2.5～6.0小时，蒸去溶剂，加入中和剂将体系中和到pH在6～8之间，再与降粘剂、润湿剂混合搅匀，制备得到水性分散剂。
上述制备工艺中，可以使用的苯乙烯-马来酸酐共聚物的分子量(Mwt重均)为2000～10000，分子量分布指数在1.0～2.0之间，共聚物的结构为无轨、嵌段或交替结构中的任一种。该原料较为廉价的原材料，有着成熟的供应链和工业化基础，有利于推广和工业化。使用的惰性溶剂为不参与酯化反应，且沸点较低的惰性溶剂，可以采用丙酮或乙酸乙酯。单甲基聚醚为丙二醇与乙二醇的嵌段共聚物，丙二醇与乙二醇的摩尔比为1:1～6，且由甲基在乙二醇一侧封端，分子量(Mn数均)在500～3000。在分子支链中引入了聚丙二醇和聚乙二醇的聚醚酯化链段，增加了水溶性的同时，减少了中和剂的用量，降低了对后续涂层耐水性的影响。催化剂为能够催化酯化反应的催化剂，可以采用对甲基苯磺酸。中和剂为氢氧化钾、氨水或三乙醇胺的水溶液或者醇溶液。降粘剂为非离子表面活性剂类物质如月桂醇聚氧乙烯醚、月桂胺聚氧乙烯醚等，润湿剂为能够使颜料颗粒表面润湿的助剂，如Hydropalat875等。上述润湿剂和降粘剂均为市售水溶性的小分子润湿剂和降粘剂，添加量均为总体含量的0～30wt％，以保证分散剂任意比例水溶液透明为准。
以下是更加详细的实施案例，通过以下实施案例进一步说明本发明的技术方案以及所能够获得的技术效果。
实施例1：
一种水性分散剂的制备，具体包括以下步骤：
将苯乙烯-马来酸酐共聚物(马来酸酐比例为20％)溶解于丙酮中；将单甲基嵌段聚醚(聚丙二醇：聚乙二醇＝1:5)和对甲苯磺酸(3％)加入到上述体系中；加热至80℃，反应4.0小时，蒸去丙酮，然后加入氢氧化钾的水溶液中和至溶液成弱酸性，再加入20％的AC1210，即得水性分散剂。
按照下述比例制备分散体系：
酞菁蓝：5％
硫酸钡：25％
碳酸钙：25％
钛白粉：15％
分散剂：2.5％
水：27.5％
经过1h研磨搅拌分散后，体系粘度为0.987×10-3Pas，
展色性与纯酞菁蓝色浆相比，色差不超过5％。
将上述分散体系加入到丙烯酸酯水性涂料中，喷涂制版，测试结果如下：
实施例2：
一种水性分散剂的制备，具体包括以下步骤：
将苯乙烯-马来酸酐共聚物(马来酸酐比例为10％的嵌段共聚物)溶解于乙酸乙酯中；将单甲基嵌段聚醚(聚丙二醇：聚乙二醇＝1:3)和对甲苯磺酸(3％)加入到上述体系中；加热至80℃，反应4.0小时，蒸去乙酸乙酯，然后加入三乙醇胺的水溶液中和至溶液成弱酸性，再加入25％的AC1210，即得水性分散剂。
按照下述比例制备分散体系：
酞菁蓝：5％
硫酸钡：25％
碳酸钙：25％
钛白粉：15％
分散剂：2.5％
水：27.5％
经过1h研磨搅拌分散后，体系粘度为1.02×10-3Pas，
展色性与纯酞菁蓝色浆相比，色差不超过5％。
将上述分散体系加入到丙烯酸酯水性涂料中，喷涂制版，测试结果如下：
实施例3：
一种水性分散剂的制备方法，将苯乙烯-马来酸酐共聚物溶解于惰性溶剂丙酮中，使用的苯乙烯-马来酸酐共聚物的分子量(Mwt重均)为2000，分子量分布指数在1.0～2.0之间，共聚物为无轨结构，加入单甲基聚醚和催化剂甲基苯磺酸，使用的单甲基聚醚为丙二醇与乙二醇的嵌段共聚物，丙二醇与乙二醇的摩尔比为1:1，且由甲基在乙二醇一侧封端，分子量(Mn数均)在500，苯乙烯-马来酸酐共聚物中马来酸酐的摩尔数与单甲基聚醚的摩尔数之比为1:0.5，催化剂的加入量为反应物重量的3wt％
将体系加热至60℃，反应6.0小时，蒸去溶剂，加入中和剂氢氧化钾将体系中和到pH在6，制备得到水性分散剂。
实施例4：
一种水性分散剂的制备方法，将苯乙烯-马来酸酐共聚物溶解于惰性溶剂乙酸乙酯中，使用的苯乙烯-马来酸酐共聚物的分子量(Mwt重均)为5000，分子量分布指数在1.0～2.0之间，共聚物为嵌段结构，加入单甲基聚醚和催化剂甲基苯磺酸，使用的单甲基聚醚为丙二醇与乙二醇的嵌段共聚物，丙二醇与乙二醇的摩尔比为1:3，且由甲基在乙二醇一侧封端，分子量(Mn数均)在2000，苯乙烯-马来酸酐共聚物中马来酸酐的摩尔数与单甲基聚醚的摩尔数之比为1:1，催化剂的加入量为反应物重量的3wt％，将体系加热至90℃，反应4.0小时，蒸去溶剂，加入中和剂氨水将体系中和到pH在7，再与降粘剂月桂醇聚氧乙烯醚、润湿剂Hydropalat 875混合搅匀，润湿剂和降粘剂的添加量均为总体含量的10wt％，保证分散剂任意比例水溶液透明为准，制备得到水性分散剂。
实施例5：
一种水性分散剂的制备方法，将苯乙烯-马来酸酐共聚物溶解于惰性溶剂乙酸乙酯中，使用的苯乙烯-马来酸酐共聚物的分子量(Mwt重均)为5000，分子量分布指数在1.0～2.0之间，共聚物为嵌段结构，加入单甲基聚醚和催化剂甲基苯磺酸，使用的单甲基聚醚为丙二醇与乙二醇的嵌段共聚物，丙二醇与乙二醇的摩尔比为1:6，且由甲基在乙二醇一侧封端，分子量(Mn数均)在3000，苯乙烯-马来酸酐共聚物中马来酸酐的摩尔数与单甲基聚醚的摩尔数之比为1:1.5，催化剂的加入量为反应物重量的3wt％。将体系加热至110℃，反应2.5小时，蒸去溶剂，加入中和剂氨水将体系中和到pH在8，再与降粘剂月桂胺聚氧乙烯醚、润湿剂Hydropalat 875混合搅匀，润湿剂和降粘剂的添加量均为总体含量的30wt％，保证分散剂任意比例水溶液透明为准，制备得到水性分散剂。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水性分散剂的制备方法，其特征在于，将苯乙烯-马来酸酐共聚物溶解于惰性溶剂中，加入单甲基聚醚和催化剂；加热至60～110℃，反应2.5～6.0小时，蒸去溶剂，加入中和剂中和到pH值为6.0～8.0，再与降粘剂、润湿剂混合搅匀，制备得到水性分散剂。
2.根据权利要求1所述的一种水性分散剂的制备方法，其特征在于，所述苯乙烯-马来酸酐共聚物的重均分子量为2000～10000，分子量分布指数在1.0～2.0之间，共聚物的结构为无轨、嵌段或交替结构中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种水性分散剂的制备方法，其特征在于，所述惰性溶剂为丙酮或乙酸乙酯等不与苯乙烯-马来酸酐共聚物反应的低沸点易挥发的溶剂(沸点低于100℃)。
4.根据权利要求1所述的一种水性分散剂的制备方法，其特征在于，所述单甲基聚醚为丙二醇与乙二醇的嵌段共聚物，丙二醇与乙二醇的摩尔比为1:1～6，且由甲基在乙二醇一侧封端，数均分子量为500～3000。
5.根据权利要求1所述的一种水性分散剂的制备方法，其特征在于，所述催化剂为对甲基苯磺酸。
6.根据权利要求1所述的一种水性分散剂的制备方法，其特征在于，所述苯乙烯-马来酸酐共聚物中马来酸酐的摩尔数与单甲基聚醚的摩尔比为1:0.5～1.5，在催化剂催化作用下生成主体聚合物苯乙烯-马来酸聚醚酯，催化剂的加入量为反应物重量的3wt％。
7.根据权利要求1所述的一种水性分散剂的制备方法，其特征在于，所述中和剂为氢氧化钾、氨水或三乙醇胺的水溶液或者醇溶液。
8.根据权利要求1所述的一种水性分散剂的制备方法，其特征在于，所述降粘剂为具有使体系粘度降低的非离子型表面活性剂类物质，包括但不限于月桂胺聚氧乙烯醚或月桂醇聚氧乙烯醚。
9.根据权利要求1所述的一种水性分散剂的制备方法，其特征在于，所述润湿剂为能够使颜料微观颗粒的表面更易润湿的助剂，包括市售牌号为Hydropalat 875的润湿剂。
10.根据权利要求1所述的一种水性分散剂的制备方法，其特征在于，所述降粘剂及润湿剂的添加量为0～30wt％。
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