一種水性分散劑及其制備方法和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水性分散劑及其制備方法和應(yīng)用；水性分散助劑由金屬有機(jī)物、多異氰酸酯和聚乙二醇反應(yīng)而成。本發(fā)明的水性分散助劑對(duì)于較難分散的炭黑、有機(jī)顏料和無(wú)機(jī)顏料都能適用，對(duì)降低水和顏料的表面張力效果顯著，分散后得到的色漿具有粘度低、濃度高、色澤鮮艷、穩(wěn)定性高、耐紫外線性能好的特點(diǎn)，并用水稀釋到低濃度和與水性樹(shù)脂混合時(shí)色漿也不會(huì)發(fā)生絮凝和返粗的現(xiàn)象，且能使水性涂料體系在貯存過(guò)程中也不會(huì)發(fā)生絮凝和返粗的現(xiàn)象。
【專利說(shuō)明】
一種水性分散劑及其制備方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于水性涂料中制備水性色漿的有機(jī)化合物，該有機(jī)化合物的制備方法，以及該有機(jī)化合物的用途，屬于涂料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，水性涂料既能節(jié)省能源又能保護(hù)大氣環(huán)境，因而愈來(lái)愈受到人們的重視。各種涂料、油墨在工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中起著重要的作用。傳統(tǒng)的涂料多為有機(jī)溶劑型。眾所周知有機(jī)溶劑易揮發(fā)，揮發(fā)至大氣中的有機(jī)物會(huì)改變地表大氣層的臭氧組成，并產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，是大氣環(huán)境的重要污染源之一。在八十年代中期，美國(guó)和歐洲各國(guó)先后頒布了控制可揮發(fā)有機(jī)化合物(volatile organic compounds)的法規(guī)，迫使許多工業(yè)部門積極開(kāi)發(fā)能夠替代的產(chǎn)品。涂料和油墨工業(yè)所使用的有機(jī)溶劑是揮發(fā)至大氣中的有機(jī)溶劑的主要來(lái)源之一。開(kāi)發(fā)環(huán)境友好型的水性涂料和油墨日益引起人們的關(guān)注。近幾年來(lái)，各國(guó)先后開(kāi)展了實(shí)用性水性涂料的開(kāi)發(fā)和研制，現(xiàn)己有多種產(chǎn)品面世。
[0003]在涂料等化工產(chǎn)業(yè)中，顏料的分散是涂料制造技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。為了使涂料中的有機(jī)、無(wú)機(jī)顏料得到均一穩(wěn)定分散，經(jīng)常使用分散劑。分散劑在涂料的貯存、涂裝操作、涂膜的形成、涂料的性能等方面有著重要作用。盡管傳統(tǒng)的分散劑在水性分散介質(zhì)中顯示出有效的分散穩(wěn)定作用，但由于它們?cè)陬伭狭Ｗ颖砻娴奈讲皇掷喂?，容易從粒子表面上解吸從而?dǎo)致被分散的粒子重新聚集或沉淀，體系的長(zhǎng)期穩(wěn)定性欠佳，對(duì)漆膜外觀、硬度及耐老化等性質(zhì)也有不利影響?，F(xiàn)在已經(jīng)有非AEO類水性分散劑面世，對(duì)顏料的分散有顯著效果，尤其對(duì)潤(rùn)濕性、穩(wěn)定性等方面有相當(dāng)大的作用，對(duì)顏料的應(yīng)用性能也有較大改善，已成為新一代的高效分散劑，但對(duì)于使用到水性涂料當(dāng)中在貯存期間會(huì)有返粗的現(xiàn)象。目前，全世界只有IC1、DuP0nt、DEGO、BYK等少數(shù)幾家國(guó)際知名的大公司生產(chǎn)這種產(chǎn)品(主要是ICI公司的Solsperse系列產(chǎn)品)，生產(chǎn)技術(shù)嚴(yán)密封鎖，產(chǎn)品以壟斷價(jià)格出售。我國(guó)對(duì)聚合物分散劑的研究起步較晚，在90年代才有溶劑型聚合物分散劑的綜述性報(bào)道。近年來(lái)，我國(guó)也開(kāi)發(fā)了一些水性聚合物分散劑品種，但效果不理想，產(chǎn)品也未系列化。關(guān)于分散劑鏈基團(tuán)的錨定選擇基礎(chǔ)理論研究較少，產(chǎn)品的性能與國(guó)外同類產(chǎn)品相比還有很大差距。
[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種可使用于水性色漿，用量較少，容易從顏料粒子表面上錨錮吸附，增加空間位阻，使分散后的顏料顆粒難于團(tuán)聚，有利于穩(wěn)定分散。從而使分散的粒子的水性體系和含有此種色漿的水性涂料體系具有長(zhǎng)期的穩(wěn)定性，對(duì)漆膜外觀、硬度及耐老化等性質(zhì)無(wú)影響，以及這種結(jié)構(gòu)水性分散劑的制備方法和應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題提出的一種技術(shù)方案是:一種此結(jié)構(gòu)的水性分散劑，由金屬有機(jī)物、多異氰酸酯和含有羥基的低聚物反應(yīng)而成。
[0006]上述金屬有機(jī)物、多異氰酸酯和聚氧化乙烯低聚物的低聚物在反應(yīng)中的質(zhì)量比為3.0:1.5:2o
[0007]上述金屬有機(jī)物是鈦酸異丙酯、異丙醇鋁、鋯酸酯、乙酰丙酮鋁、乙酰丙酮鐵中的一種或多種。
[0008]上述多異氰酸酯是異氰酸酯單體如:TD1、HD1、MD1、HMD1、TDI_TMP加成物、TDI三聚體、縮二脲N75或N3390HDI三聚體等異氰酸酯等衍生物中的一種或多種。
[0009]上述含有聚氧化乙烯低聚物是分子量200至6000范圍的聚氧化乙烯二元醇或單羥基封端聚氧化乙烯基甲醚或單羥基封端聚氧化乙烯基丁醚。
[0010]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題提出的另一種技術(shù)方案是:一種上述結(jié)構(gòu)的水性分散劑制備方法，包括以下具體步驟:
步驟一，將聚氧化乙烯低聚物加入反應(yīng)容器中；
步驟二，加入多異氰酸酯，升溫至75?85°C反應(yīng)3-5h以上，
步驟三，加入金屬有機(jī)物繼續(xù)反應(yīng)2-4h以上；
步驟四，降溫至60°C以下，得到此水性分散劑。
[0011]上述步驟二中，升溫至80°C，反應(yīng)時(shí)間至少2h。
[0012]上述步驟三中，反應(yīng)時(shí)間至少2h。
[0013]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題提出的另一種技術(shù)方案是:一種上述水性分散劑在顏料中的應(yīng)用，含有如Zr、Ti和Al等活性吸附中心和酰胺鍵等錨錮基團(tuán)，容易吸附顏料顆粒，增加了顏料顆粒間的空間位阻，使顏料顆粒難于團(tuán)聚，有利于顏料穩(wěn)定分散。上述水性分散劑在顏料中的應(yīng)用，對(duì)降低水和顏料的表面張力效果顯著，分散后得到的色漿具有粘度低、濃度高、色澤鮮艷、穩(wěn)定性高、耐紫外線性能好的特點(diǎn)。
[0014]—種上述水性分散劑的應(yīng)用，使用該水性分散劑制備的水性色漿與水性樹(shù)脂混合時(shí)，涂料體系也不會(huì)發(fā)生顏料絮凝和返粗的現(xiàn)象，且能使水性涂料體系在貯存過(guò)程中也不會(huì)發(fā)生顏料絮凝和返粗的現(xiàn)象。
[0015]本發(fā)明具有積極的分散效果:本發(fā)明的此結(jié)構(gòu)的水性分散劑由金屬有機(jī)物、聚氧化乙烯低聚物和多異氰酸酯合成，其充分利用這些原料中的酰胺鍵和鋁、鈦、鋯等有機(jī)物活性中心的錨錮強(qiáng)吸附，有效增加了顏料顆粒間的空間位阻，使顏料顆粒難于團(tuán)聚，有利于顏料穩(wěn)定分散，提高分散效果。
[0016]本發(fā)明的水性分散劑不含歐盟rohs受限重金屬及有機(jī)物，原料取材方便，制備方法簡(jiǎn)單，合成成本較低，適合工業(yè)大批量生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
本實(shí)施例的此結(jié)構(gòu)的水性分散劑的制備方法，包括以下具體步驟:
步驟一，將聚氧化乙烯低聚物加入帶有冷凝器和攪拌的三口瓶中。
[0018]步驟二，加入TDI三聚體，升溫至80°C，反應(yīng)3.2h。加入TDI三聚體的同時(shí)加入適量的催化劑二月桂酸二丁基錫可以有效地縮短反應(yīng)時(shí)間。
[0019]步驟三，加入鈦酸異丙酯繼續(xù)反應(yīng)2h。
[0020]步驟四，降溫至60°C以下出料，得到此結(jié)構(gòu)的水性分散劑。上述步驟中所加入的鈦酸異丙酯、TDI三聚體和聚氧化乙烯低聚物的質(zhì)量比為4:2:1.5。按這個(gè)質(zhì)量比添加金屬有機(jī)物、多異氰酸酯和聚氧化乙烯低聚物制備得到的此結(jié)構(gòu)的水性分散劑最為穩(wěn)定。
[0021 ]將38重量份的炭黑、8.5重量份的此結(jié)構(gòu)的水性分散劑、1.0殺菌防霉劑、0.5重量份PH調(diào)節(jié)劑、2重量份的防凍劑和60重量份的去離子水投入不銹鋼拉缸中進(jìn)行攪拌分散，然后經(jīng)過(guò)研磨機(jī)設(shè)備進(jìn)行研磨，即可得到高質(zhì)量的穩(wěn)定分散的水性炭黑色漿。
[0022]使用本實(shí)施例的此結(jié)構(gòu)的水性分散劑的水性色漿而制備的水性涂料具有可靠的貯存穩(wěn)定性，可在50°C環(huán)境下熱貯存試驗(yàn)測(cè)試而取得良好的穩(wěn)定性結(jié)果，而對(duì)應(yīng)組份水性色漿產(chǎn)生顏料顆粒返粗甚至產(chǎn)生絮凝的不良結(jié)果。
[0023]實(shí)施例2
本實(shí)施例的此結(jié)構(gòu)的水性分散劑的制備方法，包括以下具體步驟:
步驟一，將聚氧化乙烯低聚物加入帶有冷凝器和攪拌的三口瓶中。
[0024]步驟二，加入TD1-TMP加成物，升溫至80°C，反應(yīng)4.2h。
[0025]步驟三，加入異丙醇鋁繼續(xù)反應(yīng)2.9h。
[0026]步驟四，降溫至60°C以下出料，得到此結(jié)構(gòu)的水性分散劑。上述步驟中所加入的異丙醇鋁、TD1-TMP加成物和聚氧化乙烯低聚物的質(zhì)量比為6.4:2:1.1。
[0027]將75重量份的鈦白分、2.5重量份的此結(jié)構(gòu)的水性分散劑、1.0殺菌防霉劑、0.5重量份PH調(diào)節(jié)劑、2重量份的防凍劑和19重量份的去離子水投入不銹鋼拉缸中進(jìn)行攪拌分散，然后經(jīng)過(guò)研磨機(jī)設(shè)備進(jìn)行研磨，即可得到高質(zhì)量的穩(wěn)定的鈦白色漿。
[0028]使用本實(shí)施例的此結(jié)構(gòu)的水性分散劑的水性色漿而制備的水性涂料具有可靠的貯存穩(wěn)定性，可在50°C環(huán)境下熱貯存試驗(yàn)測(cè)試而取得良好的穩(wěn)定性結(jié)果，而對(duì)應(yīng)組份水性色漿產(chǎn)生分層、顏料顆粒返粗甚至產(chǎn)生絮凝的不良結(jié)果。
[0029]實(shí)施例3
本實(shí)施例的此結(jié)構(gòu)的水性分散劑的制備方法，包括以下具體步驟:
步驟一，將聚氧化乙烯低聚物加入帶有冷凝器和攪拌的三口瓶中。
[0030]步驟二，加入縮二脲N75，升溫至84 Γ，反應(yīng)4.5h。
[0031]步驟三，加入鋯酸酯在83 °C繼續(xù)反應(yīng)3.2h。
[0032]步驟四，降溫至60°C以下出料，得到此結(jié)構(gòu)的水性分散劑。上述步驟中所加入的鋯酸酯、縮二脲N75和聚氧化乙烯低聚物的質(zhì)量比為1.6:2:1.5。
[0033]將36重量份的酞菁藍(lán)、7.5重量份的此結(jié)構(gòu)的水性分散劑、1.0殺菌防霉劑、0.5重量份PH調(diào)節(jié)劑、2重量份的防凍劑和53重量份的去離子水投入不銹鋼拉缸中進(jìn)行攪拌分散，然后經(jīng)過(guò)研磨機(jī)設(shè)備進(jìn)行研磨，即可得到高質(zhì)量的穩(wěn)定的藍(lán)色漿。
[0034]實(shí)施例4
本實(shí)施例的此結(jié)構(gòu)的水性分散劑的制備方法，包括以下具體步驟:
步驟一，將聚氧化乙烯低聚物加入帶有冷凝器和攪拌的三口瓶中。
[0035]步驟二，加入N3390HDI三聚體，升溫至80 V，反應(yīng)3.2h。
[0036]步驟三，加入乙酰丙酮鋁在76 °C繼續(xù)反應(yīng)3.9h。
[0037]步驟四，降溫至60°C以下出料，得到此結(jié)構(gòu)的水性分散劑。上述步驟中所加入的乙酰丙酮鋁、N3390HDI三聚體和聚氧化乙烯低聚物的質(zhì)量比為6.4:2:1.1。
[0038]將75重量份的鈦白分、2.5重量份的此結(jié)構(gòu)的水性分散劑、1.0殺菌防霉劑、0.5重量份PH調(diào)節(jié)劑、2重量份的防凍劑和19重量份的去離子水投入不銹鋼拉缸中進(jìn)行攪拌分散，然后經(jīng)過(guò)研磨機(jī)設(shè)備進(jìn)行研磨，即可得到高質(zhì)量的穩(wěn)定的鈦白色漿。
[0039]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水性分散劑，其特征在于:由金屬有機(jī)物、多異氰酸酯和聚氧化乙烯低聚物反應(yīng)而成;所述金屬有機(jī)物、多異氰酸酯和含有聚氧化乙烯低聚物在反應(yīng)中的質(zhì)量比為1.5?6.5:1.1?3:1.0?3.5。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性分散劑，其特征在于:所述金屬有機(jī)物、多異氰酸酯和聚氧化乙烯低聚物在反應(yīng)中的質(zhì)量比為3:1.5:2。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性分散劑，其特征在于:所述多異氰酸酯是異氰酸酯單體，如:TD1、HD1、MD1、HMD1、TDI_TMP加成物、TDI三聚體、縮二脲N75或N3390HDI三聚體中的一種或多種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性分散劑，其特征在于:所述金屬有機(jī)物是鈦酸異丙酯、異丙醇鋁、鋯酸酯、鋁酸酯、乙酰丙酮鋁、乙酰丙酮鐵中的一種或多種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水性分散劑，其特征在于:所述聚氧化乙烯低聚物是分子量200至6000范圍的聚氧化乙烯二元醇或單羥基封端聚氧化乙烯基甲醚或單羥基封端聚氧化乙烯基丁醚。6.—種如權(quán)利要求1所述的水性分散劑的制備方法，其特征在于，包括以下具體步驟: 步驟一，將聚氧化乙烯低聚物低聚物加入反應(yīng)容器中； 步驟二，加入多異氰酸酯，升溫至75?85 °C反應(yīng)3-5h; 步驟三，加入金屬有機(jī)物在75-85 0C繼續(xù)反應(yīng)24h ； 步驟四，降溫至60°C以下，得到水性分散劑。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種水性分散劑的制備方法，其特征在于:所述步驟二中，升溫至80°C，反應(yīng)時(shí)間至少2h。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種此結(jié)構(gòu)的水性分散劑，其特征在于:所述步驟三中，反應(yīng)時(shí)間至少2h。9.一種如權(quán)利要求1所述的一種水性分散劑的應(yīng)用，其特征在于:使用該水性分散劑制備的水性色漿與水性樹(shù)脂混合。
【文檔編號(hào)】C09D17/00GK106009935SQ201610414579
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】袁立新
【申請(qǐng)人】袁立新