一种N-杂环化合物接枝木质素磺酸盐及其制备方法与应用

本发明属于天然高分子材料领域，特别涉及一种n-杂环化合物接枝木质素磺酸盐及其制备方法与应用。

背景技术：

1、无机颜料为有色的无机化合物颗粒，与树脂相容性差，在使用时以颗粒状态分散于各类介质中。颜料颗粒是借助基料吸附于物质表面或分散于物质中间实现着色、装饰等作用。由于颜料具有遮盖力、着色力，耐热性，对光稳定等性质，是制造涂料、油墨及其他需要着色产品的主要成分，对产品的性能起到十分重要的作用。

2、无机颜料的颗粒直径都很小，一般在100μm以下，但是随着科学技术的发展和市场的需求，颜料粉体朝着超细化方向发展，甚至可达到1μm以下，结果使得颜料颗粒表面能很高，颗粒之间易发生团聚，分散性、着色力和遮盖力受到影响，这直接影响了颜料的使用性能，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。

3、传统的颜料分散剂分为无机分散剂和有机小分子分散剂，主要通过静电排斥稳定机制起到有效的分散和稳定作用。然而，它们在颜料颗粒表面吸附牢固性不高，易从颜料表面脱落，从而导致颜料粒子重新絮凝或团聚。近年来高分子分散剂也称为超分散剂，通过提供高的空间位阻效应，使得颜料颗粒之间形成有效的分散稳定状态，且体系对于温度、ph值等敏感程度低，是一种理想的分散剂。目前，商业化高分子分散剂主要有英国ici公司的solsperse系列、美国daniel公司的disperse-ayd系列、德国毕克化学公司的disperse byk系列、丹麦kvk公司的hyersol系列以及我国的nbz-3等。虽然，它们展现了良好的分散效果，但是他们原料均来自不可再生的化石基原料，不符合当今绿色可持续发展战略。因此，以可再生生物质资源为原料，制备高效、绿色的超分散剂成为了颜料工业的一个研究热点。

4、木质素是地球上最丰富的可再生芳香族聚合物，其储量仅次于纤维素。相比于其他生物质分子，木质素分子中有众多羧基、羟基和苯环等，可以作为锚固基团，通过范德华力、氢键和π-π键等，在颜料表面形成紧密的吸附；其次，木质素分子特有的三维网状结构可提供更强的空间位阻效应，能有效的防止颜料二次聚集；此外，木质素分子中的多酚结构和芳香骨架可赋予颜料良好的抗紫外氧化性能。因此，以工业木质素为原料，制备高效、绿色生物质基超分散剂具有广泛的市场前景。

5、本发明开发一种新的功能型木质素分散剂及其合成工艺，利用环氧基烯类单体和含有乙烯基的n-杂环化合物单体共聚得到前驱体，再将前驱体在高温碱性的条件下与木质素溶液反应，即得n-杂环化合物接枝木质素磺酸盐。将其作为分散剂应用于水性无机颜料纳米色浆的制备，色浆的d90粒径均降低至350nm以下，且在60℃热贮7天后色浆无明显分层和沉淀现象，d90粒径的增长低于15％，具有良好的热贮稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种n-杂环化合物接枝木质素磺酸盐，该磺酸盐对无机颜料颗粒有良好的的助磨效果和分散稳定性，并使所制备的水性陶瓷墨水能够应用于喷墨打印和陶瓷表面装饰行业。

2、本发明是通过对木质素的改性提高木质素的亲水性和对无机颜料颗粒的吸附性能，使之作为制备无机纳米颜料色浆的高效分散剂。具体来说，是先将环氧基烯类单体、含有乙烯基的n-杂环化合物单体共聚得到前驱体，再将前驱体在碱性条件下与木质素分子中的羟基发生亲核取代反应，制得n-杂环化合物接枝木质素磺酸盐。

3、本发明的另一目的在于，提供上述n-杂环化合物接枝木质素磺酸盐的制备方法。

4、本发明的再一目的在于，提供上述n-杂环化合物接枝木质素磺酸盐的应用。

5、本发明的目的通过下述技术方案实现：

6、一种n-杂环化合物接枝木质素磺酸盐的制备方法，包括以下步骤：

7、(1)以质量份数计，将10～20份环氧基烯类单体、10～30份含有乙烯基的n-杂环化合物单体和40～100份水搅拌溶解均匀得到溶液，向溶液中滴加0.5～1.5份引发剂，反应制得前驱体。

8、(2)以质量份数计，将10～50份木质素和30～150份水混匀，升温并加入2～8份碱，搅拌溶解均匀得到木质素水溶液，再加入步骤(1)制备的前驱体溶液，搅拌混合均匀，反应后得到n-杂环化合物接枝木质素磺酸盐。

9、步骤(1)所述的环氧基烯类单体为丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、烯丙基缩水甘油醚、1,2-环氧基-5-乙烯中的至少一种。

10、步骤(1)所述的n-杂环化合物单体为n-乙烯基咪唑、n-乙烯基己内酰胺、n-乙烯基咔唑、n-乙烯基二苯基亚胺、2-乙烯基吡啶、2-乙烯基吡嗪、4-乙烯基嘧啶、2-乙烯基喹啉、5-乙烯基噻唑中的至少一种。

11、步骤(1)所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一种。

12、步骤(1)所述的滴加为20～40min内滴加完毕；优选为40min。

13、步骤(1)所述的滴加为保护气氛下滴加；优选为氮气气氛保护下滴加。

14、步骤(1)所述的反应的条件为60～80℃反应1～3小时。

15、步骤(2)所述的木质素为木质素磺酸钠、木质素磺酸钾、木质素磺酸铵、木质素磺酸钙、磺甲基化木质素中的至少一种。

16、步骤(2)所述的升温的条件为加热到70～90℃。

17、步骤(2)所述的反应的条件为70～95℃反应1～4小时。

18、步骤(2)所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。

19、一种n-杂环化合物接枝木质素磺酸盐，由上述制备方法制备得到。

20、所述的n-杂环化合物接枝木质素磺酸盐的n-杂环化合物的含量为0.5～2.0mmol/g。

21、上述n-杂环化合物接枝木质素磺酸盐在制备分散剂中的应用。

22、上述n-杂环化合物接枝木质素磺酸盐在作为分散剂制备无机纳米颜料色浆中的应用。

23、本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

24、1、本发明合成了一种功能型木质素分散剂，在木质素分子中引入具有络合吸附功能的n-杂环化合物，大大提高了对无机颜料表面的吸附强度。实现以无机颜料为原料，在水介质中通过研磨工艺生产水性无机纳米颜料色浆。

25、2、本发明的n-杂环化合物接枝木质素磺酸盐，n-杂环化合物作为吸附基团可以与无机颜料颗粒表面发生高强度的络合吸附。从而使分散剂的分子锚定在颜料颗粒表面，在高频率布朗运动的碰撞中不脱附；分散剂的阴离子磺酸基为颜料颗粒表面带来负电荷，从而使颗粒在碰撞中不发生团聚沉降。另外，木质素的三维结构存在较大的空间位阻，防止颜料颗粒团聚。

26、3、本发明的n-杂环化合物接枝木质素磺酸盐可以作为分散剂，在水介质中通过研磨工艺制备无机纳米颜料色浆。制备的无机纳米颜料色浆具有良好的研磨效率和热贮稳定性，d90粒径低于350nm，并且在60℃热贮7天后d90粒径的增长低于15％，不析水，不沉淀，综合性能达到无机纳米颜料色浆的性能要求。

27、4、本发明使用木质素为主要原料，制备的分散剂具有环境友好性。