一種新型高分子嵌段分散劑及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子分散劑合成領(lǐng)域，具體涉及一種新型高分子嵌段分散劑及其制 備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 涂料行業(yè)是建筑行業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，近年來隨著經(jīng)濟發(fā)展，國家建筑工程及地產(chǎn)行 業(yè)發(fā)展對涂料的需求量逐漸增加，隨著人們對環(huán)境保護及節(jié)能減排的重視程度提高，有機 涂料所帶來的大量揮發(fā)性有機物越來越受到限制，因此開發(fā)出不含V0C且對顏料粒子分散 穩(wěn)定的高分子嵌段分散劑尤為重要。
[0003] 高分子分散劑對無機顏料顆粒實現(xiàn)分散穩(wěn)定主要通過以下方式來實現(xiàn)：
[0004] (1)靜電穩(wěn)定理論：又稱為DLV0理論，適用于水介質(zhì)及部分非水介質(zhì)的粒子分散 體系。主要是曾大顏料粒子表面的電位，通過同種電荷之間的靜電排斥作用，而使周圍帶電 粒子相互靠近時就會產(chǎn)生斥力，從而降低粒子團聚。
[0005] (2)空間位阻穩(wěn)定理論：通過高分子分散劑在顏料粒子表面吸附，包裹在粒子表 面，形成吸附層厚度，而產(chǎn)生有效的空間位阻效應(yīng)，而使顏料粒子分散。如聚合物分散劑吸 附到粒子表面后，當(dāng)相鄰粒子相互靠近時，會產(chǎn)生兩種情況：第一種情況是吸附層不相互滲 透，分子鏈結(jié)構(gòu)熵降低，熵斥能增大，產(chǎn)生熵斥作用穩(wěn)定；第二種情況是吸附層重疊并相互 滲透，產(chǎn)生滲透斥力及混合斥力勢能使粒子穩(wěn)定分散。
[0006]目前國內(nèi)對高分子分散劑的研究工作主要是利用自由基無規(guī)共聚法在過氧類或 偶氮類引發(fā)劑下，通過改變單體種類和配比來合成分散劑的階段，對聚合物分散劑分子量 大小、分子量分布、錨固基團選擇及聚合物鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面的研究工作較少，與國外產(chǎn)品 在性能上存在不小差距，任然需要大量進口國外高性能的分散劑產(chǎn)品。在國外EFKA公司已 經(jīng)最先采用可控聚合制備出顏料高分子分散劑，此外，BASF、BYK、Arkema、Kaneka、PPG等公 司紛紛將可控聚合分散劑產(chǎn)品推出市場，近期Orica公司宣布已經(jīng)對本公司的2個RAFT產(chǎn) 品實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。
[0007] 因此，研究出分散性能優(yōu)秀的高分子嵌段分散劑，縮短國內(nèi)外技術(shù)上面的差距具 有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了克服目前合成的分散劑錨固能力不足及空間位阻效應(yīng)差的缺點，本發(fā)明提供 了一種新型高分子嵌段分散劑及其制備方法與應(yīng)用，提供了較大的空間位阻效應(yīng)，有效的 包覆在粒子表面，在水性溶劑中形成舒展?fàn)顟B(tài)，形成較強空間位阻作用而阻止粒子團聚。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種新型高分子嵌段分散劑，該分散劑的分子結(jié)構(gòu)式為：
或NH2CH2CH20H或（CH2CH20H) 2NH，X、y、m和η為聚合度，所述高分子嵌段分散劑是通過可逆 加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合（RAFT)，以MAA、NIPAM、APEG、SMAS、ΗΕΜΑ為聚合單體，ΑΙΒΝ、 或AIBME為引發(fā)劑，BDATC和BDB為鏈轉(zhuǎn)移劑，制備了高分子嵌段聚合物分散劑。
[0011] 本發(fā)明的另一面，一種新型高分子嵌段分散劑的制備方法，包括以下步驟：
[0012] 將單體甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸鈉、N-異丙基丙烯酰胺，在引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑作用 下聚合生成大分子鏈轉(zhuǎn)移劑M-CTA;
[0013] 將上述的大分子鏈轉(zhuǎn)移劑M-CTA與引發(fā)劑混合并引發(fā)單體甲基丙烯酸羥乙酯、烯 丙醇聚氧乙烯醚聚合得到高分子嵌段分散劑。
[0014] 上述的方法，其中，所述將單體甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸鈉、N-異丙基丙烯酰胺，在 引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑作用下聚合生成大分子鏈轉(zhuǎn)移劑M-CTA的步驟包括，在氮氣保護下，將 單體甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸鈉、N-異丙基丙烯酰胺混合均勻后滴加到含有引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移 劑及溶劑的250ml四口燒瓶中，經(jīng)純化得到大分子鏈轉(zhuǎn)移劑M-CTA。
[0015] 上述的方法，其中，所述在氮氣保護下，將單體甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸鈉、N-異丙 基丙烯酰胺混合均勻后滴加到含有引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑及溶劑的250ml四口燒瓶中，其中反 應(yīng)溫度為60~70°C，將單體甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸鈉、N-異丙基丙烯酰胺混合均勻后滴 加時間為3~4h，保溫3~5h，所述溶劑為N'N-二甲基甲酰胺、二氧六環(huán)、四氫呋喃中的至 少一種。
[0016] 上述的方法，其中，所述單體甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸鈉、N-異丙基丙烯酰胺的摩 爾比為（1 ~3. 8) : (1 ~2. 5) : (1 ~3. 8)。
[0017] 上述的方法，其中，所述將上述的大分子鏈轉(zhuǎn)移劑M-CTA與引發(fā)劑混合并引發(fā)單 體甲基丙烯酸羥乙酯、烯丙醇聚氧乙烯醚聚合得到高分子嵌段分散劑的步驟包括：在氮氣 保護下，將甲基丙烯酸羥乙酯、烯丙醇聚氧乙烯醚滴加到含有M-CTA、引發(fā)劑及溶劑的四口 燒瓶中，經(jīng)減壓蒸餾去除溶劑并進行純化后得到所述高分子嵌段分散劑。
[0018] 上述的方法，其中，所述在氮氣保護下，將甲基丙烯酸羥乙酯、烯丙醇聚氧乙烯醚 滴加到含有M-CTA、引發(fā)劑及溶劑的四口燒瓶中，其中反應(yīng)溫度為70~80°C，滴加時間為 5~6h，保溫12~15h，所述溶劑為N'N-二甲基甲酰胺、二氧六環(huán)、四氫呋喃中的至少一種。 [0019] 上述的方法，其中，所述單體甲基丙烯酸羥乙酯、烯丙醇聚氧乙烯醚的摩爾比為 (1 ~2) : (1 ~2. 5) 〇
[0020] 本發(fā)明的再一面，一種新型高分子嵌段分散劑的應(yīng)用，該新型高分子嵌段分散劑 應(yīng)用于涂料、油墨的制備。
[0021] 本發(fā)明的具有以下有益效果：
[0022] 1、本發(fā)明米用RAFT活性聚合制備的尚分子分散劑具有分子量集中，分子量分散 性小（PDK1. 3)，分子量可控性較高。由于分子量較集中，從而節(jié)約了高分子分散劑的添加 量，降低成本。
[0023] 2、本發(fā)明采用根據(jù)RAFT試劑結(jié)構(gòu)及加料次序不同，可以方便的合成不同分子結(jié) 構(gòu)的高分子嵌段聚合物分散劑，不同類型的錨固集團通過聚合整齊排列，對無機顏料粒子 具有較強的吸附強度，不易從粒子表面脫落；此外，由于被中和劑調(diào)節(jié)后帶有大量相同電 荷，通過靜電排斥，減少單個分子鏈在粒子表面吸附面積，從而提高分散劑的吸附量。
[0024] 3、本發(fā)明所提供的高分子嵌段分散劑中含有不同分子量長度的APEG及較短的 HEMA聚合形成無規(guī)共聚結(jié)構(gòu)的水溶性側(cè)鏈，提供了較大的空間位阻效應(yīng)，有效的包覆在顏 料粒子表面，在水性溶劑中形成舒展?fàn)顟B(tài)，進一步形成較強空間位阻作用而阻止粒子團聚。
[0025] 4、本發(fā)明所提供的高分子分散劑是水溶性，適用于水性油漆、水性涂料、化妝品及 水墨等領(lǐng)域。
[0026] 5、本發(fā)明所提供的高分子分散劑對無機顏料具有較強的穩(wěn)定分散作用，顏料粒子 懸浮率高；對于粘度較大的漿料具有顯著降低粘度作用且使?jié){料具有較好的流變性。
【附圖說明】
[0027] 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明及其特征、外 形和優(yōu)點將會變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例 繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。
[0028] 圖1為本發(fā)明高分子嵌段分散劑的FT-IR譜圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明高分子嵌段分散劑的GPC色譜圖。
【具體實施方式】
[0030] 在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然 而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以 實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進 行描述。
[0031] 為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的步驟以及詳細的結(jié)構(gòu)，以便 闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本 發(fā)明還可以具有其他實施方式。
[0032] 本發(fā)明提供的一種新型高分子嵌段分散劑，是通過可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基 聚合（RAFT)，以MAA、NIPAM、APEG、SMAS、HEMA為聚合單體，AIBN、或AIBME為引發(fā)劑，BDATC 和BDB為鏈轉(zhuǎn)移劑，制備了高分子嵌段聚合物分散劑。其分子結(jié)構(gòu)式為：
或NH2CH2CH20H或（CH2CH20H) 2NH，X、y、m和η為聚合度。
[0034] 本發(fā)明提供的一種新型高分子嵌段分散劑的制備方法，包括以下步驟：
[0035] 步驟S1:將單體甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸鈉、Ν-異丙基丙烯酰胺，在引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn) 移劑作用下聚合生成大分子鏈轉(zhuǎn)移劑M-CTA，具體為，在氮氣保護下，將