專利名稱：一種聚氨酯分散劑的制備方法
一種聚氨酯分散劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于含水體系中的包含顏料顆粒的疏水顆粒的聚合物分散劑，更具體地，本 發(fā)明涉及一種對疏水顏料顆粒具有良好的分散性而能夠形成穩(wěn)定分散體的水性聚氨酯分散劑 的制備方法。
背景技術(shù)：
為了將顏料等固體顆粒均勻的分散在水性體系中，必須施加高強度的機械剪切力，并且 分散后這些顏料顆粒趨向于在水性體系聚集。為了容易分散和形成穩(wěn)定的分散體系，通常向 該體系加入分散劑，這大多涉及陰離子或陽離子或非離子結(jié)構(gòu)的表面活性劑。
分散劑能阻止顏料顆粒聚集和沉淀，有助于在研磨顆粒的過程中將疏水顆粒粉碎成小尺 寸，并在含水體系的長期存放過程中保持疏水顆粒處于穩(wěn)定的分散狀態(tài)。傳統(tǒng)的分散劑具有 疏水部分和親水部分，疏水部分對疏水顆粒的表面有親和性，而親水部分能被水溶液化，從 而保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。
傳統(tǒng)的分散劑(表面活性劑)的分子結(jié)構(gòu)含有兩個溶解性和極性上相對的兩個基團，其 一是一個較長的非極性烴基，稱為疏水基或親油基；另一個為較短的極性基，稱為親水基， 其分子結(jié)構(gòu)特點使其很容易定向排列在物質(zhì)表面或兩相界面上，降低界面張力，對水性分散 體系有很好的分散效果，但其分子結(jié)構(gòu)存在的局限性(1)親水基團在極性較低或非極性的 顆粒表面結(jié)合不牢靠，易解吸而導(dǎo)致分散后粒子的重新絮凝；(2)親油基團不具備足夠的碳 鏈長度(一般不^過18個碳原子)，不能在水性分散體系中產(chǎn)生足'夠多的空間位阻效應(yīng)起到 穩(wěn)定作用，為了克服傳統(tǒng)分散劑在水分散體系中的局限性，國外從70年代開始開發(fā)了一類新 型的聚合物分散劑，對含水體系有獨特的分散效果。在己商品化的聚合物分散劑主要是聚電 解質(zhì)高分子分散劑，包括馬來酸酐類和丙烯酸類兩種。
聚電解質(zhì)分散劑的使用會給水性體系中引入離子，而其自身要在PH8 9時才可充分溶 解，這種對PH的敏感性給體系帶來了不穩(wěn)定的因素。并且在含有(^2+、 Mg2+、 Fe2+的體系中， 羧酸鹽的水溶液還會與這些離子發(fā)生分子間的交聯(lián)，從而引起顏填料的凍結(jié)。非離子型的表 面活性劑主要是垸基酚聚乙二醇醚類，當(dāng)它們的相對分子質(zhì)量較小的時候，因不能提供足夠 的空間斥力而通常只用作濕潤劑；相對分子質(zhì)量過大可能發(fā)生"架橋"效應(yīng)。
聚氨酯材料是一種用途廣泛的高分子材料，由于其結(jié)構(gòu)的可調(diào)性強受到科研工作者的極 大關(guān)注，在水性助劑方面近年來也有文獻報道，主要集中增稠劑方面，對于在分散劑上的應(yīng) 用則較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種非離子型的聚氨酯分散劑的制備方法。 一種聚氨酯分散劑的制備方法，包括如下步驟-
1) 把除水干燥過的憎水的二元醇或二元胺或萘酚計量好加入大四口燒瓶中，四口燒瓶上 安裝溫度計和冷凝管，加熱升溫，溫度控制在4(TC 80'C之間，根據(jù)不同的原料選用不同的 溫度，然后加入計量好的二異氰酸酯，用聚四氟乙烯攪拌棒均勻攪拌，攪拌速度控制為100rpm。 反應(yīng)一個小時，停止反應(yīng)，得到聚氨酯預(yù)聚體；預(yù)聚體粘度很大，加入溶劑可降低粘度，加 入量以保證能流動即可；
2) 把稱量好的聚乙二醇或聚乙二醇單甲醚加入四口燒瓶中，加熱使之溶化，在溫度為 100 11(TC下，減壓蒸餾脫水2 3小時；
3) 把蒸餾過的聚乙二醇或聚乙二醇單甲醚降溫至60 9(TC，在四口燒瓶安裝溫度計和冷 凝管，加入催化劑，攪拌均勻；
4) 向聚乙二醇或聚乙二醇單甲醚四口燒瓶加入聚氨酯預(yù)聚體，控制溫度為60 90'C，反 應(yīng)2 3小時；
5) 反應(yīng)體系中有溶劑，進行真空蒸餾抽出溶劑，得到聚氨酯分散劑，使用中可加入蒸餾 水，配制成各種濃度的分散劑溶液。
本發(fā)明的優(yōu)點(1)快速充分地濕潤顆粒，縮短達到合格顆粒細度的研磨時間；(2)可 大幅度提高研磨基料中的固體顆粒含量，節(jié)省加工設(shè)備與加工能耗；(3)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。具體實施方式
、
該分散劑的分子結(jié)構(gòu)可以用下式表示
R"CH2-CH2-0)m！ C-NH<R2-NHb-0-RrO-^;-NH-R2〉nNH^O-CH2-CH2}m2 R！
這種分散劑具有BAB型嵌段結(jié)構(gòu)，其中A是錨固基團，主要作用是是將聚合物分散劑緊 密吸附于顏料表面，防止聚氨酯脫附；B為溶劑化鏈，其主要作用是在顏料表面形成一定厚 度的保護層。當(dāng)吸附有聚氨酯分散劑的顏料粒子相互靠近時，由于保護層的空間障礙，顏料 粒子難以形成緊密的團聚體或絮凝體，從而使顏料粒子容易分散并且在介質(zhì)中具有良好的分 散穩(wěn)定性。
本發(fā)明的主要合成工藝為首先在較低的溫度下合成錨固基團A，錨固基團是由多異氰 酸酯和二元醇或胺或酚構(gòu)成，介成出兩段為異氰酸酯根封端的聚氨酯預(yù)聚體，然后用水性的 聚合物封端，這種水性聚合物W端或兩端帶有活潑的羥基基團，在較高的溫度和催化劑條件 下，合成出BAB嵌段型的聚氨^分散體。
上述合成的錨固基團A聚氨酯預(yù)聚體可以用下式表示
OCN〈R2-NHt-0-R3-0-C-NH-R2)nNCO
上式中的R2是二異氰酸酯的殘基，可以是甲苯二異氰酸酯(TDI) 、 二苯基甲烷二異氰 酸酯(MDI)、已二異氰酸酸(HDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)和六環(huán)已基二異氰酸 酯(H6MDI)、苯二亞甲基二異氰酸酯一種或一種以上的混合物。
上式中的R3是活潑氫化合物的殘基，可以是憎水的二元醇或二元胺或雙酚A。給據(jù)不同 的顏填料，選擇不同的錨固段的單體，可以是l， 6—己二醇、1， 7庚二醇、1， 8—辛二醇、 1， 9一壬二醇、1， 10—癸二醇、1， 12 —十二二醇、2—苯基一1， 2 —丙二醇、1，4環(huán)已二醇、 對苯二乙醇、對苯二甲酸二乙二酯二醇、乙二胺、異佛爾酮二胺，1， 12 —十二二胺、雙酚A、 聚醚丙二醇、聚酯二元醇等等，
上式中的n可以控制為1 10范圍內(nèi)。
上述合成溶劑化段可以用下式表示， 、
上式中的R,可以是羥基一OH，也可以是一0CH3，更具體的是聚乙二醇，或是聚乙二醇單 甲醚，分子量可以是500 8000，優(yōu)選于1000 5000。
本發(fā)明中合成過程中，反應(yīng)物粘度有可能很大，造成攪拌困難，可以根據(jù)不同的情況， 加入溶劑來使反應(yīng)順利進行。溶劑可以是丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲乙酮、N—甲基吡咯 烷酮等。
由于異氰酸酯基團性質(zhì)活潑，容易和水發(fā)生反應(yīng)，所以本發(fā)明合成用原料含水量要控制 在很低。液體的原料要用4A的分子篩除水干燥，固體的原料減壓蒸餾。
本發(fā)明中為了加快反應(yīng)速度和提高轉(zhuǎn)化率，要使用催化劑，可以是二月桂酸二丁基錫和 辛酸亞錫。
為了更好地實施本發(fā)明，現(xiàn)舉以下實施例予以說明，但實施例不是對本發(fā)明的限制。
稱量9g千燥處理過的l， 12 —十二二醇加入四口燒瓶中，四口燒瓶瓶頸安裝上溫度計和 冷凝管，加熱升溫，等溫度穩(wěn)定在6(TC左右，滴加稱量好的11.61g甲苯二異氰酸酯(TDI)， 攪拌速度控制為100rpm左右，保證在半個小時內(nèi)滴加完，滴完加入20g丙酮，攪拌均勻后倒 入恒壓滴液漏斗里，得到聚氨酯的預(yù)聚體。
將稱量好的90g分子量為2000的聚乙二醇單甲醚加入到四口燒瓶中，開始加熱升溫，等 溫度穩(wěn)定在IOO'C左右，開始抽真空，在真空度為0.05 0.1Mpa真空脫水2個小時。降溫， 等溫度穩(wěn)定在80'C左右時，裝上冷凝管，加入一滴催化劑二月桂酸二丁基錫，攪拌15分鐘。
實施例1:
加入上述得到的預(yù)聚體，在攪拌速度100rpm左右，穩(wěn)定為85。C左右，反應(yīng)2.5小時。
將得到的產(chǎn)物在溫度為50 6(TC下，真空抽出丙酮溶劑，配制成20 40%的固含量的溶液。
實施例2:
稱量7g干燥處理過的l， 8 —辛二醇加入四口燒瓶中，四口燒瓶瓶頸安裝上溫度計和冷 凝管，加熱升溫，等溫度穩(wěn)定在6(TC左右，滴加稱量好的15. 96g異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)， 攪拌速度控制為100rpm左右，保證在半個小時內(nèi)滴加完，滴完加入20g丙酮，攪拌均勻后倒 入恒壓滴液漏斗里，得到聚氨酯的預(yù)聚體。
將稱量好的95.9g分子量為2000的聚乙二醇加入到四口燒瓶中，開始加熱升溫，等溫度 穩(wěn)定在10(TC左右，開始抽真空，在真空度為0.05 0. 1Mpa真空脫水2個小時。降溫，等溫 度穩(wěn)定在80'C左右時，裝上冷凝管，加入一滴催化劑二月桂酸二丁基錫，攪拌15分鐘。加 入上述得到的預(yù)聚體，在攪拌速度100rpm左右，穩(wěn)定為85。C左右，反應(yīng)2.5小時。
將得到的產(chǎn)物在溫度為50 6(TC下，真空抽出丙酮溶劑，配制成20 40%的固含量的溶液。
實施例3:
稱量10g干燥處理過的雙酚A加入四口燒瓶中，四口燒瓶瓶頸安裝上溫度計和冷凝管， 加熱升溫，等溫度穩(wěn)定在60'C左右，滴加稱量好的llg甲苯二異氰酸酯(TDI)，攪拌速度控 制為100rpm左右，保證在半個小時內(nèi)滴加完，滴完加入20g丙酮，攪拌均勻后倒入恒壓滴液 漏斗里，得到聚氨酯的預(yù)聚體。
將稱量好的87g分子量為2000的聚乙二醇單甲醚加入到四口燒瓶中，開始加熱升溫，等 溫度穩(wěn)定在IOO'C左右，開始抽真空，在真空度為0.05 0.1Mpa真空脫水2個小時。降溫， 等溫度穩(wěn)定在8(TC左右時，裝上冷凝管，加入一滴催化劑二月桂酸二丁基錫，攪拌15分鐘。 加入上述得到的預(yù)聚體，在攪拌速度100rpm左右，穩(wěn)定為85。C左右，反應(yīng)2.5小時。
將得到的產(chǎn)物在溫度為50 6(TC下，真空抽出丙酮溶劑，配制成20 40%的固含量的溶液。
實施例4:
稱量7g干燥處理過的l， 9一壬二醇加入四口燒瓶中，四口燒瓶瓶頸安裝上溫度計和冷 凝管，加熱升溫，等溫度穩(wěn)定在6(TC左右，滴加稱量好的14. 56g異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)， 攪拌速度控制為100rpm左右，保證在半個小時內(nèi)滴加完，滴完加入20g丙酮，攪拌均勻后倒 入恒壓滴液漏斗里，得到聚氨酯的預(yù)聚體。
將稱量好的87. 5g分子量為2000的聚乙二醇單甲醚加入到四口燒瓶中，開始加熱升溫， 等溫度穩(wěn)定在IO(TC左右，開始抽真空，在真空度為0.05 0. 1Mpa真空脫水2個小時。降溫，
等溫度穩(wěn)定在8(TC左右時，裝上冷凝管，加入一滴催化劑二月桂酸二丁基錫，攪拌15分鐘。 加入上述得到的預(yù)聚體，在攪拌速度100rpm左右，穩(wěn)定為85T:左右，反應(yīng)2.5小時。
將得到的產(chǎn)物在溫度為50 6(TC下，真空抽出丙酮溶劑，配制成20 40%的固含量的溶液。
權(quán)利要求
1、一種聚氨酯分散劑的制備方法，包括如下步驟1)把除水干燥過的憎水的二元醇或二元胺或萘酚計量好加入大四口燒瓶中，四口燒瓶上安裝溫度計和冷凝管，加熱升溫，溫度控制在40℃～80℃之間，根據(jù)不同的原料選用不同的溫度，然后加入計量好的二異氰酸酯，用聚四氟乙烯攪拌棒均勻攪拌，攪拌速度控制為100rpm。反應(yīng)一個小時，停止反應(yīng)，得到聚氨酯預(yù)聚體；預(yù)聚體粘度很大，加入溶劑可降低粘度，加入量以保證能流動即可；2)把稱量好的聚乙二醇或聚乙二醇單甲醚加入四口燒瓶中，加熱使之溶化，在溫度為100～110℃下，減壓蒸餾脫水2～3小時；3)把蒸餾過的聚乙二醇或聚乙二醇單甲醚降溫至60～90℃，在四口燒瓶安裝溫度計和冷凝管，加入催化劑，攪拌均勻；4)向聚乙二醇或聚乙二醇單甲醚四口燒瓶加入聚氨酯預(yù)聚體，控制溫度為60～90℃，反應(yīng)2～3小時；5)反應(yīng)體系中有溶劑，進行真空蒸餾抽出溶劑，得到聚氨酯分散劑，使用中可加入蒸餾水，配制成各種濃度的分散劑溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚氨酯分散劑的制備方法，首先在較低的溫度下合成錨固基團A，錨固基團是由多異氰酸酯和二元醇或胺或酚構(gòu)成，合成出兩段為異氰酸酯根封端的聚氨酯預(yù)聚體，然后用水性的聚合物封端，這種水性聚合物兩端或兩端帶有活潑的羥基基團，在較高的溫度和催化劑條件下，合成出BAB嵌段型的聚氨酯分散體。本發(fā)明的聚氨酯分散劑可以快速充分地濕潤顆粒，縮短達到合格顆粒細度的研磨時間；可大幅度提高研磨基料中的固體顆粒含量，節(jié)省加工設(shè)備與加工能耗；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。
文檔編號C08G18/08GK101096004SQ200610100820
公開日2008年1月2日 申請日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者何唯平, 洋 張, 趙欣平 申請人:深圳市海川實業(yè)股份有限公司;深圳海川化工科技有限公司