CN111116843B - 一种接枝型分散剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于涂料领域，公开了一种接枝型分散剂，主要由主链单体、支链单体、引发剂和溶剂制备而成，所述主链单体与所述支链单体的质量比为(1‑2):(1‑15)；所述主链单体包括含芳香基的单体和含酸碱基的单体，所述支链单体选自聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚丙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯或聚丙二醇甲基丙烯酸酯中的至少一种。所述接枝型分散剂生产成本较低，分散性能优良，可用于制备稳定性良好的UV油墨色浆。
Description
技术领域
本发明属于涂料领域，特别涉及一种接枝型分散剂及其制备方法和应用。
背景技术
UV墨水的特性是不含溶剂，100％墨水转移。将UV墨水喷印在媒材上，经过UV光固化即可成形，因此UV墨水又被称为环保墨水。他具有在无孔基材附着的能力，具有良好耐水、耐化、耐光和耐候性能，被视为全能型的墨水。
UV光固化油墨在传统油墨技术已经占据极大市场份额，但在喷墨打印市场目前只占很少一部份。除了因为喷墨墨水受限于打印喷头的选择，以及必须采用低黏度及高稳定性的墨水，无法使用传统廉价高黏度UV油墨，另一个重要的原因在于UV喷墨墨水的原料及技术成本太高，导致墨水的售价偏高，因此无法与传统溶剂型喷墨墨水进行竞争。UV喷墨墨水常因稳定性及黏度问题，导致出现喷头堵塞，墨滴斜喷或断墨等缺陷。为了克服这些缺陷，往往会采用低黏度及高分散稳定的特殊规格单体、树脂与分散剂等；或是采用复杂的生产工艺与设备等，此乃原料及技术成本偏高的重要原因。
因此，本发明希望提出一种成本较低且分散性能优良，可用于制备稳定性良好的UV油墨色浆的分散剂。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种接枝型分散剂，其生产成本较低，分散性能优良，可用于制备稳定性良好的UV油墨色浆。
一种接枝型分散剂，主要由主链单体、支链单体、引发剂和溶剂制备而成，所述主链单体与所述支链单体的质量比为(1-2):(1-15)；
所述主链单体包括含芳香基的单体和含酸碱基的单体，所述支链单体选自聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚丙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯或聚丙二醇甲基丙烯酸酯中的至少一种。
其中含酸碱基表示含酸性基团或碱性基团中的至少一种。
优选的，所述含芳香基的单体选自2-苯氧基乙基甲基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、聚乙二醇壬基苯基醚丙烯酸酯、聚丙二醇4-壬基苯醚丙烯酸酯、聚乙二醇壬基苯醚丙烯酸酯、聚丙二醇壬基苯醚丙烯酸酯或邻苯基苯氧乙基丙烯酸酯中的至少一种
优选的，所述含酸碱基的单体选自甲基丙烯酸、马来酸、富马酸、乙烯磺酸盐、苯乙烯磺酸盐、乙烯磷酸盐、甲基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、羟乙基丙烯酰胺、羟丙基丙烯酰胺、乙烯基咪唑、乙烯基己内酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-丙烯酰吗啉或N-乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
优选的，所述支链单体的聚合度为10-200。
更优选的，所述支链单体的聚合度为20-100。
一种接枝型分散剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将主链单体与支链单体混合得到预混液A；将引发剂用溶剂溶解得到预混液B；
(2)在保护气体环境下，将预混液A与预混液B混合进行反应，得到所述接枝型分散剂。
经检测，当残留的单体量小于5％时即可中止反应，制得所述接枝型分散剂。
优选的，步骤(1)中所述引发剂选自偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮异丁氰基甲酰胺或偶氮二环己基甲腈中的至少一种。
优选的，步骤(1)中所述溶剂选自乙醇、丙醇、异丙醇、丁酮、甲基异丁酮、乙酸乙酯、醋酸异丙酯、二氯甲烷、丙酮、二氯乙烷、甲苯、二甲苯、四氢呋喃或环己酮中的至少一种。本发明对于所述溶剂的用量没有特殊的限定，能够充分溶解引发剂即可。
优选的，步骤(2)中反应的温度为70-80℃，反应的时间为4-7h。
一种UV喷墨色浆，按重量份数计，包括以下组分：
优选的，所述单体选自四氢糠基丙烯酸酯、环三羟甲基丙烷缩甲醛丙烯酸酯、三羟甲基环己基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、苄基丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸酯、1,6-己二醇乙氧酸二丙烯酸酯、新戊二醇聚甲基环氧乙烷二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯或二缩三乙二醇二丙烯酸酯中的至少一种。
优选的，所述颜料选自蓝色颜料PB15:1、PB15:2、PB15:3、PB15:4，黄色颜料PY138、PY150、PY151、PY155、PY168、PY180、PY185、PY194；红色颜料PR57:1、PR122、PR146、PR254、PR269，紫色颜料PV19，黑色颜料为碳黑中的至少一种。所述颜料的表面锚定基为芳香族官能团、酸基或碱基。
优选的，按重量份数计，所述助剂包括以下组分：相乘剂0.01-10份，阻聚剂0.01-5份。
通过在色浆中加入相乘剂(超分散剂)，可以提高颜料的分散性和稳定性。
优选的，所述阻聚剂包括对苯二酚、甲基氢醌、对羟基苯甲醚、2-叔丁基对苯二酚、2，5-二叔丁基对苯二酚、对羟基苯甲醚、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、对叔丁基邻苯二酚、RAHN公司的GENORAD 16/18/20/22/23、氰特公司的S100/110/210/130中的一种或多种。
一种UV喷墨色浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用单体将接枝型分散剂与助剂溶解，并加入颜料混合，得到预分散液；
(2)将步骤(1)得到的预分散液进行研磨后过滤，取滤液，制得所述UV喷墨色浆。
优选的，步骤(2)经研磨后的粒径为100-200nm。经过滤后，可去除胶体及大粒径颗粒，得到分散稳定的UV喷墨色浆。
一种UV喷墨墨水，包括上述UV喷墨色浆。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)本发明所述接枝型分散剂中所用主链单体和支链单体为一般原料，且制备方法简单，因此具有较低的生产成本，较市售的用于UV油墨的分散剂价格低50-70％；
(2)本发明所述接枝型分散剂的分散效果优良，可用于制备UV喷墨色浆以及UV喷墨墨水，可防止打印头的堵塞并提高墨水的流畅度及鲜艳度；
(3)采用本发明所述接枝型分散剂制得的UV喷墨墨水稳定性良好，经老化试验环境的长时间放置(60℃高温老化7天)，其分散性、稀释性、色浆黏度和粒径、表面张力等性能均保持良好。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
实施例1
一种接枝型分散剂SA1，其制备方法具体包括以下步骤：在架有冷凝回流装置的反应瓶中通入保护气体氮气，并加入溶剂334g丁酮及160g异丙醇，加热至70-80℃；然后将主链单体150g 2-苯氧基乙基丙烯酸酯、20g丙烯酰胺，以及支链大分子单体280g聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯(聚合度n＝50)混合得到预混液A；再将溶剂48g丁酮及引发剂8g偶氮二异丁腈混合搅拌至溶解，得到预混液B；然后将预混液A与预混液B同时缓慢加入反应瓶中进行反应；反应6小时后，检测残留的单体量小于5％，终止反应，得到45％有效份的接枝型分散剂。分散剂SA1重均分子量约22300，包括以下结构单元：
实施例2
一种接枝型分散剂SA2，其制备方法具体包括以下步骤：在架有冷凝回流装置的反应瓶中通入保护气体氮气，并加入溶剂341g乙酸乙酯及160g异丙醇，加热至70-80℃；然后将主链单体230g 2-苯氧基乙基丙烯酸酯、30g甲基丙烯酸和10g丙烯酰胺，以及支链大分子单体180g聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯(聚合度n＝30)混合得到预混液A；再将溶剂42g乙酸乙酯及引发剂7g偶氮二异丁腈混合搅拌至溶解，得到预混液B；然后将预混液A与预混液B同时缓慢加入反应瓶中进行反应；反应7小时后，检测残留的单体量小于5％，终止反应，得到45％有效份的接枝型分散剂SA2。分散剂SA2重均分子量约45000，包括以下结构单元：
实施例3
一种UV喷墨红色色浆，其制备方法具体包括以下步骤：取实施例1中制得的SA1接枝型分散剂200g与单体650g 2-苯氧基乙基丙烯酸酯混合，搅拌至完全溶解后，加入150g颜料PR122混合，搅拌使颜料完全润湿得到预分散液；将预分散液导入砂磨机进行研磨至平均粒径为100-200nm；过滤去除胶体及大粒径颗粒，得到分散稳定的UV喷墨红色色浆。
实施例4
一种UV喷墨蓝色色浆，其制备方法具体包括以下步骤：取实施例2中制得的SA2接枝型分散剂160g、单体乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯660g和相乘剂路博润的Solsperse 500030g混合，搅拌至完全溶解后，加入150g颜料PB15:4进行混合，搅拌使颜料完全润湿得到预分散液；将预分散液导入砂磨机进行研磨至平均粒径为100-200nm；过滤去除胶体及大粒径颗粒，得到分散稳定的UV喷墨蓝色色浆。
实施例5
一种UV喷墨黑色色浆，其制备方法具体包括以下步骤：取实施例中制得的SA1接枝型分散剂200g、单体610g新戊二醇聚甲基环氧乙烷二丙烯酸酯、相乘剂路博润的Solsperse500035g和阻聚剂对苯二酚5g混合，搅拌至完全溶解后，加入150g碳黑颜料进行混合，搅拌使颜料完全润湿得到预分散液；将预分散液导入砂磨机进行研磨至平均粒径为100-200nm；过滤去除胶体及大粒径颗粒，得到分散稳定的UV喷墨黑色色浆。
实施例6
一种UV喷墨黄色色浆，其制备方法具体包括以下步骤：取实施例2中制得的SA2接枝型分散剂260g、单体二丙二醇二丙烯酸酯530g、相乘剂路博润的Solsperse 22000 57g和阻聚剂对羟基苯甲醚3g混合，搅拌至完全溶解后，加入150g颜料PY150进行混合，搅拌使颜料完全润湿得到预分散液；将预分散液导入砂磨机进行研磨至平均粒径为100-200nm；过滤去除胶体及大粒径颗粒，得到分散稳定的UV喷墨黄色色浆。
对比例1
一种UV喷墨黄色色浆，其制备方法具体包括以下步骤：取市售分散剂失水山梨醇单月桂酸酯140g与单体710g二丙二醇二丙烯酸酯混合，搅拌至完全溶解后，加入150g颜料PY150进行混合，搅拌使颜料完全润湿得到预分散液；将预分散液导入砂磨机进行初步研磨，过滤去除胶体及大粒径颗粒，得到UV喷墨黄色色浆。
产品效果测试
分别采用实施例3-6，对比例1中制得的色浆配置UV喷墨墨水，配置方法为：取15％色浆加85％四氢糠基丙烯酸酯混合制得UV喷墨墨水。
对制备得到的UV喷墨墨水进行老化前和老化后的性能测试，测试UV喷墨墨水的粒径、黏度、表面张力和滤性。老化试验的条件为采用60℃高温老化7天，通过老化试验可检测UV喷墨墨水的的稳定性。测试结果如表1所示：
粒径检测，采用英国马尔文(Malvern)Nano S90纳米粒径仪；
黏度检测，采用美国博勒飞(Brookfield)Wells锥板粘度计；
表面张力测试，采用日本协和(KYOWA)CBVP型表面张力仪；
滤性测试，采用1.0μm孔径玻纤滤膜加0.45μm孔径PP滤膜进行过滤。
表1
其中QC评判标准为：平均粒径100-200nm，黏度4-8cp，表面张力30-36dyn/cm，过滤滤性小于15min/1kg；60℃高温老化7天后，粒径变化小于10％，表面张力变化小于5％，黏度变化小于10％，过滤滤性小于15min/1kg。满足以上评判标准即为合格OK，反之为不合格NG。
如表1所示，相比于对比例1，采用实施例3-6中UV喷墨色浆所制得的UV喷墨墨水，在平均粒径、黏度、表面张力和过滤滤性等指标均满足规定要求；且在60℃高温老化7天后仍能保持良好的性能，具有较好的稳定性。
Claims (8)
1.一种接枝型分散剂，其特征在于，主要由主链单体、支链单体、引发剂和溶剂制备而成，所述主链单体与所述支链单体的质量比为(1-2):(1-15)；
所述主链单体包括含芳香基的单体和含酸碱基的单体，所述支链单体选自聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚丙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯或聚丙二醇甲基丙烯酸酯中的至少一种；
所述含芳香基的单体选自2-苯氧基乙基甲基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、聚乙二醇壬基苯醚丙烯酸酯、聚丙二醇壬基苯醚丙烯酸酯或邻苯基苯氧乙基丙烯酸酯中的至少一种；
所述含酸碱基表示含酸性基团或碱性基团中的至少一种；
所述含酸碱基的单体选自甲基丙烯酸、马来酸、富马酸、乙烯磺酸盐、苯乙烯磺酸盐、乙烯磷酸盐、甲基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、羟乙基丙烯酰胺、羟丙基丙烯酰胺、乙烯基咪唑、乙烯基己内酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-丙烯酰吗啉或N-乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的接枝型分散剂，其特征在于，所述支链单体的聚合度为10-200。
3.权利要求1至2中任一项所述的接枝型分散剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将主链单体与支链单体混合得到预混液A；将引发剂用溶剂溶解得到预混液B；
(2)在保护气体环境下，将预混液A与预混液B混合进行反应，得到所述接枝型分散剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中反应的温度为70-80℃，反应的时间为4-7h。
5.一种UV喷墨色浆，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
6.权利要求5所述的UV喷墨色浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用单体将接枝型分散剂与助剂溶解，并加入颜料混合，得到预分散液；
(2)将步骤(1)得到的预分散液进行研磨后过滤，取滤液，制得所述UV喷墨色浆。
7.根据权利要求5所述的UV喷墨色浆，其特征在于，按重量份数计，所述助剂包括以下组分：相乘剂0.01-10份，阻聚剂0.01-5份。
8.一种UV喷墨墨水，其特征在于，包括权利要求5所述的UV喷墨色浆。
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