一种水性分散剂及其制备方法和应用
【专利摘要】本发明涉及一种水性分散剂及其制备方法和应用；水性分散助剂由金属有机物、多异氰酸酯和聚乙二醇反应而成。本发明的水性分散助剂对于较难分散的炭黑、有机颜料和无机颜料都能适用，对降低水和颜料的表面张力效果显著，分散后得到的色浆具有粘度低、浓度高、色泽鲜艳、稳定性高、耐紫外线性能好的特点，并用水稀释到低浓度和与水性树脂混合时色浆也不会发生絮凝和返粗的现象，且能使水性涂料体系在贮存过程中也不会发生絮凝和返粗的现象。
【专利说明】
一种水性分散剂及其制备方法和应用
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于水性涂料中制备水性色浆的有机化合物，该有机化合物的制备方法，以及该有机化合物的用途，属于涂料技术领域。
【背景技术】
[0002]随着世界环保意识的加强，水性涂料既能节省能源又能保护大气环境，因而愈来愈受到人们的重视。各种涂料、油墨在工业生产和人们的日常生活中起着重要的作用。传统的涂料多为有机溶剂型。众所周知有机溶剂易挥发，挥发至大气中的有机物会改变地表大气层的臭氧组成，并产生光化学烟雾，是大气环境的重要污染源之一。在八十年代中期，美国和欧洲各国先后颁布了控制可挥发有机化合物(volatile organic compounds)的法规，迫使许多工业部门积极开发能够替代的产品。涂料和油墨工业所使用的有机溶剂是挥发至大气中的有机溶剂的主要来源之一。开发环境友好型的水性涂料和油墨日益引起人们的关注。近几年来，各国先后开展了实用性水性涂料的开发和研制，现己有多种产品面世。
[0003]在涂料等化工产业中，颜料的分散是涂料制造技术的重要环节。为了使涂料中的有机、无机颜料得到均一稳定分散，经常使用分散剂。分散剂在涂料的贮存、涂装操作、涂膜的形成、涂料的性能等方面有着重要作用。尽管传统的分散剂在水性分散介质中显示出有效的分散稳定作用，但由于它们在颜料粒子表面的吸附不十分牢固，容易从粒子表面上解吸从而导致被分散的粒子重新聚集或沉淀，体系的长期稳定性欠佳，对漆膜外观、硬度及耐老化等性质也有不利影响。现在已经有非AEO类水性分散剂面世，对颜料的分散有显著效果，尤其对润湿性、稳定性等方面有相当大的作用，对颜料的应用性能也有较大改善，已成为新一代的高效分散剂，但对于使用到水性涂料当中在贮存期间会有返粗的现象。目前，全世界只有IC1、DuP0nt、DEGO、BYK等少数几家国际知名的大公司生产这种产品(主要是ICI公司的Solsperse系列产品)，生产技术严密封锁，产品以垄断价格出售。我国对聚合物分散剂的研究起步较晚，在90年代才有溶剂型聚合物分散剂的综述性报道。近年来，我国也开发了一些水性聚合物分散剂品种，但效果不理想，产品也未系列化。关于分散剂链基团的锚定选择基础理论研究较少，产品的性能与国外同类产品相比还有很大差距。
[0004]本发明要解决的技术问题是，提供一种可使用于水性色浆，用量较少，容易从颜料粒子表面上锚锢吸附，增加空间位阻，使分散后的颜料颗粒难于团聚，有利于稳定分散。从而使分散的粒子的水性体系和含有此种色浆的水性涂料体系具有长期的稳定性，对漆膜外观、硬度及耐老化等性质无影响，以及这种结构水性分散剂的制备方法和应用。
[0005]本发明为解决上述技术问题提出的一种技术方案是:一种此结构的水性分散剂，由金属有机物、多异氰酸酯和含有羟基的低聚物反应而成。
[0006]上述金属有机物、多异氰酸酯和聚氧化乙烯低聚物的低聚物在反应中的质量比为3.0:1.5:2o
[0007]上述金属有机物是钛酸异丙酯、异丙醇铝、锆酸酯、乙酰丙酮铝、乙酰丙酮铁中的一种或多种。
[0008]上述多异氰酸酯是异氰酸酯单体如:TD1、HD1、MD1、HMD1、TDI_TMP加成物、TDI三聚体、缩二脲N75或N3390HDI三聚体等异氰酸酯等衍生物中的一种或多种。
[0009]上述含有聚氧化乙烯低聚物是分子量200至6000范围的聚氧化乙烯二元醇或单羟基封端聚氧化乙烯基甲醚或单羟基封端聚氧化乙烯基丁醚。
[0010]本发明为解决上述技术问题提出的另一种技术方案是:一种上述结构的水性分散剂制备方法，包括以下具体步骤:
步骤一，将聚氧化乙烯低聚物加入反应容器中；
步骤二，加入多异氰酸酯，升温至75?85°C反应3-5h以上，
步骤三，加入金属有机物继续反应2-4h以上；
步骤四，降温至60°C以下，得到此水性分散剂。
[0011]上述步骤二中，升温至80°C，反应时间至少2h。
[0012]上述步骤三中，反应时间至少2h。
[0013]本发明为解决上述技术问题提出的另一种技术方案是:一种上述水性分散剂在颜料中的应用，含有如Zr、Ti和Al等活性吸附中心和酰胺键等锚锢基团，容易吸附颜料颗粒，增加了颜料颗粒间的空间位阻，使颜料颗粒难于团聚，有利于颜料稳定分散。上述水性分散剂在颜料中的应用，对降低水和颜料的表面张力效果显著，分散后得到的色浆具有粘度低、浓度高、色泽鲜艳、稳定性高、耐紫外线性能好的特点。
[0014]—种上述水性分散剂的应用，使用该水性分散剂制备的水性色浆与水性树脂混合时，涂料体系也不会发生颜料絮凝和返粗的现象，且能使水性涂料体系在贮存过程中也不会发生颜料絮凝和返粗的现象。
[0015]本发明具有积极的分散效果:本发明的此结构的水性分散剂由金属有机物、聚氧化乙烯低聚物和多异氰酸酯合成，其充分利用这些原料中的酰胺键和铝、钛、锆等有机物活性中心的锚锢强吸附，有效增加了颜料颗粒间的空间位阻，使颜料颗粒难于团聚，有利于颜料稳定分散，提高分散效果。
[0016]本发明的水性分散剂不含欧盟rohs受限重金属及有机物，原料取材方便，制备方法简单，合成成本较低，适合工业大批量生产。
【具体实施方式】
[0017]实施例1
本实施例的此结构的水性分散剂的制备方法，包括以下具体步骤:
步骤一，将聚氧化乙烯低聚物加入带有冷凝器和搅拌的三口瓶中。
[0018]步骤二，加入TDI三聚体，升温至80°C，反应3.2h。加入TDI三聚体的同时加入适量的催化剂二月桂酸二丁基锡可以有效地缩短反应时间。
[0019]步骤三，加入钛酸异丙酯继续反应2h。
[0020]步骤四，降温至60°C以下出料，得到此结构的水性分散剂。上述步骤中所加入的钛酸异丙酯、TDI三聚体和聚氧化乙烯低聚物的质量比为4:2:1.5。按这个质量比添加金属有机物、多异氰酸酯和聚氧化乙烯低聚物制备得到的此结构的水性分散剂最为稳定。
[0021 ]将38重量份的炭黑、8.5重量份的此结构的水性分散剂、1.0杀菌防霉剂、0.5重量份PH调节剂、2重量份的防冻剂和60重量份的去离子水投入不锈钢拉缸中进行搅拌分散，然后经过研磨机设备进行研磨，即可得到高质量的稳定分散的水性炭黑色浆。
[0022]使用本实施例的此结构的水性分散剂的水性色浆而制备的水性涂料具有可靠的贮存稳定性，可在50°C环境下热贮存试验测试而取得良好的稳定性结果，而对应组份水性色浆产生颜料颗粒返粗甚至产生絮凝的不良结果。
[0023]实施例2
本实施例的此结构的水性分散剂的制备方法，包括以下具体步骤:
步骤一，将聚氧化乙烯低聚物加入带有冷凝器和搅拌的三口瓶中。
[0024]步骤二，加入TD1-TMP加成物，升温至80°C，反应4.2h。
[0025]步骤三，加入异丙醇铝继续反应2.9h。
[0026]步骤四，降温至60°C以下出料，得到此结构的水性分散剂。上述步骤中所加入的异丙醇铝、TD1-TMP加成物和聚氧化乙烯低聚物的质量比为6.4:2:1.1。
[0027]将75重量份的钛白分、2.5重量份的此结构的水性分散剂、1.0杀菌防霉剂、0.5重量份PH调节剂、2重量份的防冻剂和19重量份的去离子水投入不锈钢拉缸中进行搅拌分散，然后经过研磨机设备进行研磨，即可得到高质量的稳定的钛白色浆。
[0028]使用本实施例的此结构的水性分散剂的水性色浆而制备的水性涂料具有可靠的贮存稳定性，可在50°C环境下热贮存试验测试而取得良好的稳定性结果，而对应组份水性色浆产生分层、颜料颗粒返粗甚至产生絮凝的不良结果。
[0029]实施例3
本实施例的此结构的水性分散剂的制备方法，包括以下具体步骤:
步骤一，将聚氧化乙烯低聚物加入带有冷凝器和搅拌的三口瓶中。
[0030]步骤二，加入缩二脲N75，升温至84 Γ，反应4.5h。
[0031]步骤三，加入锆酸酯在83 °C继续反应3.2h。
[0032]步骤四，降温至60°C以下出料，得到此结构的水性分散剂。上述步骤中所加入的锆酸酯、缩二脲N75和聚氧化乙烯低聚物的质量比为1.6:2:1.5。
[0033]将36重量份的酞菁蓝、7.5重量份的此结构的水性分散剂、1.0杀菌防霉剂、0.5重量份PH调节剂、2重量份的防冻剂和53重量份的去离子水投入不锈钢拉缸中进行搅拌分散，然后经过研磨机设备进行研磨，即可得到高质量的稳定的蓝色浆。
[0034]实施例4
本实施例的此结构的水性分散剂的制备方法，包括以下具体步骤:
步骤一，将聚氧化乙烯低聚物加入带有冷凝器和搅拌的三口瓶中。
[0035]步骤二，加入N3390HDI三聚体，升温至80 V，反应3.2h。
[0036]步骤三，加入乙酰丙酮铝在76 °C继续反应3.9h。
[0037]步骤四，降温至60°C以下出料，得到此结构的水性分散剂。上述步骤中所加入的乙酰丙酮铝、N3390HDI三聚体和聚氧化乙烯低聚物的质量比为6.4:2:1.1。
[0038]将75重量份的钛白分、2.5重量份的此结构的水性分散剂、1.0杀菌防霉剂、0.5重量份PH调节剂、2重量份的防冻剂和19重量份的去离子水投入不锈钢拉缸中进行搅拌分散，然后经过研磨机设备进行研磨，即可得到高质量的稳定的钛白色浆。
[0039]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
【主权项】
1.一种水性分散剂，其特征在于:由金属有机物、多异氰酸酯和聚氧化乙烯低聚物反应而成;所述金属有机物、多异氰酸酯和含有聚氧化乙烯低聚物在反应中的质量比为1.5?6.5:1.1?3:1.0?3.5。2.根据权利要求1所述的水性分散剂，其特征在于:所述金属有机物、多异氰酸酯和聚氧化乙烯低聚物在反应中的质量比为3:1.5:2。3.根据权利要求1所述的水性分散剂，其特征在于:所述多异氰酸酯是异氰酸酯单体，如:TD1、HD1、MD1、HMD1、TDI_TMP加成物、TDI三聚体、缩二脲N75或N3390HDI三聚体中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的水性分散剂，其特征在于:所述金属有机物是钛酸异丙酯、异丙醇铝、锆酸酯、铝酸酯、乙酰丙酮铝、乙酰丙酮铁中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种水性分散剂，其特征在于:所述聚氧化乙烯低聚物是分子量200至6000范围的聚氧化乙烯二元醇或单羟基封端聚氧化乙烯基甲醚或单羟基封端聚氧化乙烯基丁醚。6.—种如权利要求1所述的水性分散剂的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤: 步骤一，将聚氧化乙烯低聚物低聚物加入反应容器中； 步骤二，加入多异氰酸酯，升温至75?85 °C反应3-5h; 步骤三，加入金属有机物在75-85 0C继续反应24h ； 步骤四，降温至60°C以下，得到水性分散剂。7.根据权利要求6所述的一种水性分散剂的制备方法，其特征在于:所述步骤二中，升温至80°C，反应时间至少2h。8.根据权利要求6所述的一种此结构的水性分散剂，其特征在于:所述步骤三中，反应时间至少2h。9.一种如权利要求1所述的一种水性分散剂的应用，其特征在于:使用该水性分散剂制备的水性色浆与水性树脂混合。
【文档编号】C09D17/00GK106009935SQ201610414579
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】袁立新
【申请人】袁立新