一种含木质素结构的颜料分散剂组合物及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于精细化工领域，更具体的说，本发明涉及一种含木质素结构的颜料分 散剂组合物及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 木质素是一种广泛存在于植物体中的无定形的、分子结构中含有氧代苯丙醇或其 衍生物结构单元的芳香性高聚物，是自然界最主要的可再生芳香类高分子化合物，含量仅 次于纤维素，因其成本低、无毒、量大可再生的特点，被广泛用于众多高分子材料的制备，形 成的产品可广泛应用于涂料、医药、化妆、纺织、塑料和石油等领域。
[0003] 工业木质素主要来源于造纸行业及生物乙醇行业的废水、废渣，全球造纸行业每 年排放5000万吨左右的木质素，超过95%以上的木质素作为废液直接排放或燃烧，造成大 量浪费，因此，开发木质素相关衍生产品对减少木质素浪费有着积极意义。
[0004] 利用木质素作为分散剂已有着数十年的历史。目前，木质素磺酸盐是木质素类分 散剂的主要产品，木质素磺酸盐依托侧链磺酸根的反离子形成的双电子层增强被吸附颗粒 之间的电荷排斥力，可以起到维持防止颗粒团聚的作用，利用造纸"黑液"等富含木质素的 原料制备木质素磺酸盐在国内外有着广泛的文献报道，如公开号为US4892588的美国专利 介绍了一种先利用甲醛与木质素进行羟甲基化反应，再在高温下磺化反应的工艺制备木质 素磺酸盐分散剂的方法，该分散剂适用于分散染料和炭黑。
[0005] 水性色浆又名水基颜料分散体，是将颜料颗粒稳定分散在水性体系中形成的一种 着色剂，通常情况下，较小的颜料粒径会赋予色浆更高的着色力。在颜料颗粒分散在水性色 浆中的过程中，随着颜料颗粒比表面积的增加，导致颜料表面自由能增加，颜料颗粒有团聚 的趋势，需要添加颜料分散剂吸附在颜料颗粒表面，通过分散剂提供的静电排斥和位阻作 用来分散和稳定颜料颗粒，防止因颜料颗粒团聚导致的颜料颗粒粒径变大、着色力及稳定 性下降等问题。
[0006] 木质素分子具有结构特殊性（苯环数量较多），在通常情况下难以发生除亲电取 代外其他反应，苯环与负电基团形成共轭结构，加之无定型的网状空间位阻效应使得木质 素中许多官能团难以与外加试剂接触，使反应受阻。目前报道过的木质素分散剂制备方法 有限，主要通过磺化和羧甲基化两种反应方式。目前，点击化学在功能聚合物、超分子化学、 生物医药等领域展示了广泛的应用前景。如何采用高分子新技术手段对木质素进行改性， 在发挥木质素优良锚固定作用的同时，增强其静电排斥和位阻作用，以制备具有着色力和 稳定性高、颜料颗粒小的水性色浆，已成为一个重要的改性木质素研宄方向。近年来，原子 转移自由基聚合（Atomtransferradicalpolymerization,ATRP)和点击化学技术（Click chemistry)成为高分子领域火热的研宄技术手段。
[0007] ATRP是目前为止最具工业化应用前景的活性可控自由基聚合之一，具有应用单体 广泛，可以得结构明确、分子量可控、分子量分布窄的聚合物，聚合工艺简单且易控制，以及 聚合实施方法多样等显著优点。2001年诺贝尔化学奖获得者美国化学家Sharpless提出了 点击化学，它是一种快速合成大量化合物的新方法。由于点击化学具有原材料易得、反应操 作简单且条件温和、产物收率高、速率快、产物易分离以及高度选择性等优点，为设计各种 用途的高分子材料提供了便利工具。
【发明内容】
[0008] 为了提供一种用于制备具有着色力和稳定性高、颜料颗粒小水性色浆的分散剂， 本发明揭示了一种含木质素结构的颜料分散剂组合物及其制备方法，该颜料分散剂组合 物由两种独立结构的分散剂复配而成。其中，第一种结构的分散剂以木质素大分子先后 与2-溴代异丁酰溴、烷基聚乙二醇醚丙烯酸酯反应制备而得，第二种结构为聚乙二醇单烷 基醚先后与2-溴代异丁酰溴、叠氮钠反应得到的反应产物，再与含炔基木质素反应制备而 得，第一种结构分散剂和第二种结构分散剂的质量比在1:3至3:1之间。
[0009] 其中，所述第一种结构分散剂的制备过程包含以下步骤：
[0010] a)将木质素溶解在其质量4倍以上的吡啶溶液中，搅拌状态下，加入占木质素质 量1. 0%至3. 0%的2-溴代异丁酰溴，15-30°C下至少反应24小时，获得木质素大分子引发 单体溶液，为方便2-溴代异丁酰溴的加入及分散，可以将2-溴代异丁酰溴溶解在四氢呋喃 中进行滴加；
[0011] b)在氮气保护下，控制温度在80-120°C，向步骤a)得到的木质素大分子引发单体 溶液中加入占木质素质量0.02%至0. 15%溴化亚铜及烷基聚乙二醇醚丙烯酸酯反应45~ 180分钟，烷基聚乙二醇醚丙烯酸酯占木质素质量的30%至100%之间。
[0012] 第一种结构分散剂制备步骤b)所用烷基聚乙二醇醚丙烯酸酯具有通式（I)的结 构：
【主权项】
1. 一种含木质素结构的颜料分散剂组合物，其特征在于：由两种独立结构的分散剂复 配而成，其中，第一种结构的分散剂以木质素大分子先后与2-溴代异丁酰溴、烷基聚乙二 醇醚丙烯酸酯反应制备而得，第二种结构为聚乙二醇单烷基醚先后与2-溴代异丁酰溴、叠 氮钠反应得到的反应产物，再与含炔基木质素反应制备而得。
2. 根据权利要求1所述的一种含木质素结构的颜料分散剂组合物，其特征在于：所述 颜料分散剂组合物中，第一种结构分散剂和第二种结构分散剂的质量比在1:3至3:1之间。
3. -种含木质素结构的颜料分散剂组合物的制备方法，其特征在于：由两种独立结构 的分散剂复配而成，第一种结构分散剂和第二种结构分散剂的质量比在1:3至3:1之间； 第一种结构分散剂的制备过程包含以下步骤： a) 将木质素溶解在其质量4倍以上的吡啶溶液中，搅拌状态下，加入占木质素质量 1. 0%至3. 0%的2-溴代异丁酰溴，15-30°C下至少反应24小时，获得木质素大分子引发单 体溶液； b) 在氮气保护下，控制温度在80-120°C，向步骤a)得到的木质素大分子引发单体溶液 中加入占木质素质量0. 02%至0. 15%溴化亚铜及烷基聚乙二醇醚丙烯酸酯反应45~180 分钟，烷基聚乙二醇醚丙烯酸酯占木质素质量的30%至100%之间； 第二种结构分散剂的制备过程包含以下步骤： a) 选取聚乙二醇单烷基醚，于冰水浴及氮气保护下缓慢加入2-溴代异丁酰溴的四氢 呋喃溶液中，冰水浴中至少反应24小时，2-溴代异丁酰溴与聚乙二醇单烷基醚的摩尔比为 1:1至1:1. 05,优选摩尔比为1:1 ; b) 在氮气保护下，向步骤a)的反应产物中加入占步骤a)所用聚乙二醇单烷基醚质量 0. 02%至0. 15%的溴化亚铜和摩尔数是步骤a)所用2-溴代异丁酰溴1-1. 1倍的叠氮钠， 在15-30°C下至少反应8小时后，用冷甲醇沉淀，过滤、干燥； c) 在氮气保护和搅拌状态下，在反应器中加入木质素及丙炔酸、占木质素质量0.02% 至0. 15%的辛酸亚锡和占木质素质量至少4倍的甲苯，80-120°C下反应至少12小时，降至 室温，过滤、干燥，得到含炔基木质素，其中，丙炔酸与步骤a)中2-溴代异丁酰溴用量的摩 尔比为1 :1至I :1.05之间，木质素与步骤a)中聚乙二醇单烷基醚质量比为1:0.3至1:1 ; d) 在氮气保护下，将步骤b)和步骤c)产物在N，N-二甲基甲酰胺中混合搅拌至少30 分钟，再次加入占聚乙二醇单烷基醚质量〇. 02%至0. 15%的溴化亚铜和与溴化亚铜摩尔 比在2:1至1:2的1，1，4, 7, 7-五甲基二乙基三胺，15-30°C下至少反应24小时，蒸除溶剂 后得到产物。
4. 根据权利要求3所述的一种含木质素结构的颜料分散剂组合物的制备方法，其特征 在于：第一种结构分散剂制备步骤b)所用烷基聚乙二醇醚丙烯酸酯具有通式（I)的结构：
其中，X为6到20的整数，且包含6和20, y为彡1的整数。
5. 根据权利要求3所述的一种含木质素结构的颜料分散剂组合物的制备方法，其特征 在于：第二种结构分散剂制备步骤a)所用聚乙二醇单烷基醚具有通式（II)的结构：
其中，η为1到18的整数，且包含1和18, m为20到60的整数，且包含20和60。
6.根据权利要求3-5任一项所述的一种含木质素结构的颜料分散剂组合物的制备方 法，其特征在于：该颜料分散剂组合物适用于作为水性色浆中的颜料分散剂。
【专利摘要】本发明公开了一种含木质素结构的颜料分散剂组合物及其制备方法，该颜料分散剂组合物由两种独立结构的分散剂复配而成。其中，一种结构的分散剂以木质素大分子先后与2-溴代异丁酰溴、烷基聚乙二醇醚丙烯酸酯反应制备而得；另一种结构为聚乙二醇单烷基醚先后与2-溴代异丁酰溴、叠氮钠反应得到的反应产物，再与含炔基木质素反应制备而得；两种结构分散剂的质量比在1:3至3:1之间。该分散剂组合物用于制备水性色浆，具有着色力和稳定性高、颜料颗粒小的优势。
【IPC分类】C09B67-40, C08H7-00, C09B67-20, C09D17-00
【公开号】CN104745009
【申请号】CN201510173439
【发明人】吕仕铭, 卢圣国, 杜长森, 汪理想, 周华
【申请人】苏州世名科技股份有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月13日