一种水性颜料色浆用超分散剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纺织助剂领域，具体涉及一种水性颜料色浆用超分散剂及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 传统分散剂的分子结构存在局限性:亲油基团不具备足够的碳链长度(一般不超 过18个碳原子），不能在极性较高或极性的颗粒表面结合牢靠，易解吸而导致分散后离子的 重新絮凝;亲水基团较少，不能在水性分散体系中产生足够多的空间位阻效应以起到稳定 作用。为了克服传统分散剂在水相分散体系中的局限性，开发了一类新型的超分散剂，对水 体系有独特的分散效果，它的主要特点是:快速充分地吸附在颗粒表面并且在颗粒表面形 成一层水化膜，缩短达到合格颗粒细度的研磨时间；可大幅度提高研磨基料中的固体颗粒 含量，节省加工设备，减少加工能耗，分散均匀，稳定性好，从而使分散体系的最终使用性能 显者提尚。
[0003] 超分散剂又称超级分散剂，是一种特殊的表面活性剂，分子结构含有两个在溶解 性和极性上相对的基团，其中一个是较短的极性基，称为亲水基，其分子结构特点使其很容 易定向排列在物质表面或两相界面上，降低界面张力，对水性分散体系有很好的分散效果。
[0004 ]超分散剂克服了传统分散剂在水分散体系中的局限性，与传统分散剂相比，有以 下特点：
[0005] (1)在颗粒表面形成多点锚固，提高了吸附牢度，不易解吸；
[0006] (2)溶剂化链比传统分散剂亲水基团多，可起到有效的空间稳定性；
[0007] (3)形成极弱的胶囊，易于活动，能迅速移向颗粒表面，起到润湿保护作用。
[0008] 超分散剂作用机理包括锚固机理和溶剂化机理两部分：
[0009] 锚固机理:①对具有强极性表面的无机颗粒，如钛白、氧化铁或铅铬酸盐等，超分 散剂只需要单个锚固基团，此基团可与颗粒表面的强极性基团以离子对的形式结合起来， 形成"单点锚固"；②对弱极性表面的有机颗粒，如有机颜料和部分无机颜料，一般是用多个 锚固基团的超分散剂，这些锚固基团可以通过偶极力和疏水键作用在颗粒表面形成"多点 锚固"。
[0010] 溶剂化机理:超分散剂的另一部分为溶剂化聚合链(聚醚连段)或亲水性官能团， 聚合链的长短和亲水性官能团是影响超分散剂分散性能的一个重要因素。聚合链长度过短 时，立体上效应不明显，不能产生足够的空间位阻;如果过长，将对介质亲和力过高，不仅会 导致超分散剂从粒子表面解吸，而且还会引起在粒子表面过长的链发生反折叠现象，从而 压缩了立体障碍的位阻或者造成与相邻分子的缠结，最终发生粒子的再聚集或絮凝。亲水 性官能团的极性和水溶性直接影响分散颗粒的水化能力，进而影响分散体系的粘度。
[0011]水性颜料作为一类节能省源且环境友好的产品受到人们的广泛关注。目前我国颜 料产量已占全球的60%以上，但多数是低端产品且有关颜料的商品化一直被欧美、日本等 地区所垄断。颜料的商品过程化中以产品的分散最为重要。其中，颜料的着色强度、色光鲜 艳度、遮盖力、透明度、光泽度、耐迀移性等性质与其粒径大小及分布有密切关系。颜料在涂 料、油墨中主要是以聚集体、凝聚体或絮凝体等形态存在，而为了能很好呈现颜料的品质性 能，在实际应用中需将其粒径降低到纳米尺寸，随着颜料粒径的降低，颜料粒子间存在范德 华(Vander Waals)引力，分散了的粒子具有较高的自由能，体系变得不稳定，自动减小表面 积的倾向增大，这种倾向表现为颜料的絮凝、凝聚、聚集和结晶增长，导致颜料粒径增大、稳 定性变差，颜料的着色强度、色光鲜艳度、遮盖力、透明度、光泽度、耐迀移性等性能变差。颜 料颗粒分散于液体中可分为三步过程:颜料的润湿;颜料团粒的脱聚、分散;防止颜料颗粒 的再聚集。
[0012] 应用于水性颜料的分散剂主要分为三种:无机小分子、有机小分子和高分子分散 剂。无机小分子分散剂如碱金属磷酸盐类、硅酸类、碳酸盐类等主要靠静电排斥稳定颜料粒 子，这类分散剂成本低，但分散效果差，对外界因素如PH、温度、剪切力等敏感，很少单独使 用。有机小分子分散剂主要指一些结构简单的表面活性剂，主要靠静电排斥即双电层原理 (离子表面活性剂)或空间位阻效应(非离子表面活性剂)来稳定颜料，但是由于他们分子量 较小，在颜料粒子表面吸附不牢固，容易从粒子表面解吸而导致分散的粒子又重新聚集或 沉淀。高分子分散剂主要指嵌段型高分子聚合物，其具有与颜料表面吸附或键合的锚基，从 而紧密牢固地结合在颜料粒子表面，达到高效率的覆盖，可溶剂化部分有效地扩展到分散 介质中，形成立体屏障作用，提供立体稳定势皇。但其在分散过程中粘度过大影响使用，且 由于合成条件所限，产品批次有差别，造成性能不稳定。
[0013] 中国发明专利CN2008102009611中介绍了一种水杨酸衍生物颜料用分散剂及其制 备方法和应用，此制备方法主要是用水杨酸和聚醚胺反应，所得的产物进一步与甲醛缩合， 得到一种水溶性大分子超分散剂，但是此分散剂利用到了甲醛，再后期应用过程中有潜在 的甲醛释放危害。
[0014] 中国发明专利CN201110235613X中介绍了一种分散剂及其制备方法，其方法是采 用腰果酚和氧化苯乙烯在醇钠的作用下开环聚合，得到中间产物后再同环氧乙烷聚合，制 备出了 一种颜料用超分散剂。此超分散剂利用到腰果酚，此物质是腰果壳提取物，虽没有环 境刺激的危害，但是成本较高。
[0015] 中国发明专利CN2012105602412公开了一种高效水性颜料分散剂，其以苹果酸与 聚环氧乙烷反应的产物为基础进一步缩聚而得。中国发明专利CN2007100241525介绍了一 种有机颜料用非离子超支化型高分子分散剂的制备方法，以甲基证丁酮为溶剂，用各类二 异氰酸酯、支化聚酯和聚醚为原料制备超支化非离子水性分散剂。国际专利 CN2005800303658介绍了 一种共聚物和分散剂，以衣康酸、柠檬酸的聚氧乙烯酯和（甲基)丙 烯酸为原料，通过自由基共聚而制备的分散剂，但是此分散剂主要用于水泥分散和混凝土 减水剂领域。
【发明内容】
[0016] 本发明要解决的技术问题是提供一种原料易得、制备工艺简单、反应可以在较低 温度下进行、无废水废气排放的水性颜料色浆用超分散剂及其制备方法。
[0017] 为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种水性颜料色浆用超分散剂，其制 备原料包括:环氧树脂、醇胺、磷脂化试剂和中和剂，所述醇胺和环氧树脂等物质量，所述磷 脂化试剂的物质量为环氧树脂物质量的2~4倍。
[0018] 优选的，所述环氧树脂为双酸A环氧树脂或双酸F环氧树脂，其中，
[0019] 所述双酸A环氧树脂的结构式为：
[0020] " ν .
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[0021 ]所述双酸F环氧树脂的结构式为：
[0022]
[0023]优选的，所述醇胺为乙醇胺、正丙醇胺或正丁醇胺，其中，
[0024]所述乙醇胺的结构式为：
[0025]
[0026]所述正丙醇胺的结构式为：
[0027]
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[0028] 所述正丁醇胺的结构式为：
[0029]
2 〇
[0030]其中，所述磷脂化试剂为三氯氧磷。所述中和剂为三乙醇胺。
[0031]本发明实施例还提供一种上述的水性颜料色浆用超分散剂的制备方法，包括如下 步骤：
[0032] (1)环氧树脂在溶剂中加热溶解；
[0033] (2)加入与环氧树脂等物质量的醇胺，70~80°C搅拌5~6小时，进行聚合反应；
[0034] (3)聚合反应结束后，加入催化剂，再加入相对于环氧树脂2~4倍物质量的磷脂化 试剂进行磷脂化；
[0035] (4)磷脂化结束后，向反应体系中加入一定量的水，减压蒸馏出溶剂与水的共沸 物，除去溶剂；
[0036] (5)加入中和剂，调节反应体系的pH值至中性，冷却至室温，得到超分散剂。
[0037] 其中，步骤(1)中，所述环氧树脂为双酸A环氧树脂或双酸F环氧树脂；
[0038]步骤(2)中，所述醇胺为乙醇胺、正丙醇胺或正丁醇胺；
[0039] 步骤(3)中，所述催化剂为叔胺或二甲基苯胺，所述磷脂化试剂为三氯氧磷；
[0040] 步骤(1)和(4)中，所述溶剂为丁酮、甲苯或二甲苯；
[0041] 步骤(5)中，所述中和剂为三乙醇胺。
[0042] 其中，水性颜料色浆用超分散剂的制备原料中，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂， 醇胺为乙醇胺，磷脂化试剂为三氯氧磷，中和剂为三乙醇胺时，利用上述原料制备超分散剂 的反应方程式如下：
[0043]
[0045] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：
[0046] 本发明首先是以双酚A环氧树脂（或双酚F环氧树脂）和乙醇胺（或正丙醇胺、正丁 醇胺)为原料，反应制备的产物进一步与磷脂化试剂三氯氧磷反应，制备出多磷脂化的聚合 物，然后用三乙醇胺中和得超分散剂。由环氧树脂作为疏水性部分，其树脂中的多苯环结构 可以提供足够多的"锚点"与颜料颗粒结合，进一步将环氧树脂和乙醇胺(或正丙醇胺，正丁 醇胺）中的羟基磷脂化，提高大分子的亲水性和水化能力，作为水溶性基团。本产品原料便 宜易得、制备工艺简单、反应可以在较低温度下进行、无废水废气排放。采用本发明制得的 超分散剂对颜料进行砂磨分散，能得到固含量高、流动性好、稳定性高、颜色鲜艳的涂料印 花色浆。
【具体实施方式】
[0047] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施 例进