一种超分散剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及超分散剂，尤其涉及一种超分散剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、水性喷墨式打印机作为低成本、高图像质量的印刷机，具有容易彩色化、价格低、可在普通纸上记录、安静性优越等特点，近年来在办公室及个人用打字机中发展迅速。但同时具有喷孔易堵塞的缺点，究其原因主要是水性喷墨浆料的分散性及贮存稳定性不佳的原因。

2、高色素炭黑作为水性喷墨用量最大的色素颜料之一，具有黑度高、光泽性强、原始粒径低、着色力好、色相稳定、耐水性好、化学性质稳定等优点。但炭黑颗粒不溶于水，其是以颗粒形式分散于墨水中，为确保炭黑颗粒稳定分散于水中，需要制备强分散、高稳定性的水性喷墨高色素炭黑色浆。高色素炭黑由于比表面积高、颗粒原始粒径低，导致其在制备喷墨色浆时极难分散至低粒径状态、色浆贮存稳定性差，这是导致喷墨打印机喷孔易堵塞的主要原因。

3、cn109651888a公开了一种玻璃喷墨打印墨水及其制备方法，包括以下重量百分比的组分：无机熔块：20～45％；有机溶剂：35～65％；超分散剂：1～15％；抗静电剂：0.1～4.5％；玻璃发色剂3～35％；其中，所述无机熔块包括以下重量百分比的组分：sio2 25～40％；b2o3 5～10％；bi2o3 15～25％；zno 15～25％；zro2 1～5％；li2o 1～5％；k2o 1～5％；na2o 0.1～3％；sro 0～1％。其公开的玻璃喷墨打印墨水经烧成后可与玻璃基体融为一体，图案的耐刮性、耐酸碱性和热稳定性优良，不会变色和脱落，可长久保持鲜艳如新的色彩。通过所述玻璃喷墨打印墨水的制备方法，能够使墨水的稳定性得到极大的改善，从而减少喷头的堵塞，提高了打印速度和打印质量，延缓墨水沉淀，降低生产成本。

4、cn106749855a公开了一种适用于高色素炭黑研磨的水性丙烯酸树脂的制造与用途，适用于涂料企业，其公开了含酞菁衍生物丙烯酸树脂预聚物的合成，含酞菁衍生物丙烯酸树脂预聚物的水性化。其利用分子间范德华力紧紧吸附在炭黑粒子表面，又有活性基团可以与后添加的超分散剂锚定基团相结合，充分发挥超分散剂的作用，使用其制备的水性黑色丙烯酸涂料，具有高黑度的同时又带有蓝相。还有voc含量低，具有环保的特性。

5、cn110540639a公开了一种并联型高分子水性颜料分散剂，该并联型高分子水性颜料分散剂具有梳型的分支结构，由包括的萘环和外围的环氧乙烷/环氧丙烷聚合物长链组成。

6、现有技术中，虽然对如何在高色素炭黑存在的色浆中实现很好地分散有一定研究，但是传统分散剂锚定基对颜料颗粒的吸附点太少或太弱，且溶剂化链太短或太长，对水的亲和力太差，无法产生足够立体空间障碍或静电斥力的问题。

7、综上所述，开发一种能克服上述缺陷，适用于水性炭黑喷墨色浆的超分散剂是至关重要的。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超分散剂及其制备方法和应用，所述的超分散剂在用于水性喷墨炭黑浆料的稳定性较好，加速试验后，色浆粒径、黏度、涂布光泽、涂布色相仍然具有较好的稳定性。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种超分散剂，所述超分散剂包括梳型聚合物；

4、所述梳型聚合物的聚合单体包括第一单体和第二单体；

5、所述第一单体包括含有烯基和苯基的单体；

6、所述第二单体包括结构中含有氨基甲酸酯基和聚醚链段的单体。

7、本发明中，所述超分散剂中的聚合物具有梳型结构，是一种具有结构灵活、分子量可控的高分子材料，具有丰富的锚固基团与溶剂化链，可根据实际应用需求设计分子量和分子结构，设计调整分散剂锚固基团的类型、数量，以及调控起空间位阻保护作用溶剂化链的分子链长度以及密集度，提升分散剂的整体分散能力。具体地，本发明所述超分散剂主链含有丰富的对炭黑颗粒表面亲和的苯基、酰胺基锚固基团，对颜料颗粒具有极强的亲和、吸附作用；侧链由丰富的亲水性聚醚链段组成，在颜料颗粒表面形成立体空间位阻保护作用。因此本发明提供的梳型超分散剂制备出的水性喷墨炭黑色浆色浆稳定性较好，加速实验后，色浆的粒径、粘度、光泽、色相仍有具有较好的稳定性保持性。

8、优选地，以所述聚合单体的总摩尔量为100％计，所述第一单体的摩尔百分数为20％-70％，例如25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％等。

9、优选地，以所述聚合单体的总摩尔量为100％计，所述第二单体的摩尔百分数为30％-80％，例如35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％等。

10、优选地，所述第一单体包括苯乙烯、β-甲基苯乙烯、烯丙苯、3-甲基苯乙烯、2-甲基苯乙烯、4-氟苯乙烯、3-氟苯乙烯、2-异丙烯基甲苯、乙烯基苯甲基醚、4-甲氧基苯乙烯、氟-α-甲基苯乙烯、3-氯苯乙烯、对氯苯乙烯、烯丙基苄基醚、4-叔丁基苯乙烯或4-溴代苯乙烯中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：苯乙烯、β-甲基苯乙烯和烯丙苯的组合，4-氟苯乙烯、3-氟苯乙烯、2-异丙烯基甲苯和乙烯基苯甲基醚的组合，氟-α-甲基苯乙烯、3-氯苯乙烯、对氯苯乙烯、烯丙基苄基醚、4-叔丁基苯乙烯和4-溴代苯乙烯的组合等。

11、优选地，所述第二单体由异氰酸烯丙酯和聚醚单体酯化得到。

12、优选地，所述聚醚单体与异氰酸烯丙酯的摩尔比为1：(1-3)，其中，1-3可以为1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.2、2.4、2.6、2.8等。

13、优选地，所述第二单体具有式ⅰ所述结构：

14、

15、其中，0≤m≤20(例如2、4、6、8、10、12、14、16、18等)，20≤n≤60(例如25、30、35、40、45、50、55等)，m+n≤60(例如25、30、35、40、45、50、55等)，m、n均为整数。

16、r1为c1-c6的烷基。

17、本发明中，所述c1-c6指的是主链碳原子的个数，例如c2、c3、c4、c5等。

18、优选地，所述梳型聚合物的重均分子量为5000-100000g/mol，例如10000g/mol、20000g/mol、40000g/mol、60000g/mol、80000g/mol等。

19、第二方面，本发明提供一种第一方面所述的超分散剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

20、将第一单体和第二单体混合，进行聚合反应，得到梳形聚合物，形成所述超分散剂。

21、优选地，所述聚合反应的温度为60-100℃，例如65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃等。

22、优选地，所述聚合反应的时间为1-5h，例如1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h等。

23、优选地，所述聚合反应在引发剂的作用下进行。

24、优选地，所述引发剂包括偶氮类自由基引发剂和/或过氧化类自由基引发剂。

25、优选地，所述偶氮类自由基引发剂包括偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异戊腈、偶氮异丁氰基甲酰胺或偶氮二环己基甲腈中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈的组合，偶氮二异庚腈、偶氮二异戊腈、偶氮异丁氰基甲酰胺和偶氮二环己基甲腈的组合，偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异戊腈、偶氮异丁氰基甲酰胺和偶氮二环己基甲腈的组合等。

26、优选地，所述过氧化类自由基引发剂包括过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化氢异丙苯、过氧化二特丁基、过氧化十二酰、过氧化苯甲酸特丁酯或过氧化二碳酸二异丙基酯中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制的组合包括：过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰和过氧化二异丙苯的组合，过氧化氢异丙苯、过氧化二特丁基、过氧化十二酰和过氧化苯甲酸特丁酯的组合，过氧化二特丁基、过氧化十二酰、过氧化苯甲酸特丁酯和过氧化二碳酸二异丙基酯的组合等。

27、优选地，所述聚合反应的体系中包括溶剂。

28、优选地，所述溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丁苯、异丁基苯、对甲基异丙苯、异丙苯、二乙苯、丙苯、1,2,4-三甲苯、1,3,5-三甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、乙苯、丙酮、丁酮、2-戊酮、3-戊酮、甲基乙基酮、乙酸乙酯、四氢呋喃、乙腈、1,4-二氧六环、1,3-二氧六环、甲苯、苯、乙二醇二甲醚或二乙二醇二甲醚中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丁苯、异丁基苯、对甲基异丙苯和异丙苯的组合，二乙苯、丙苯、1,2,4-三甲苯、1,3,5-三甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯和乙苯的组合，1,4-二氧六环、1,3-二氧六环、甲苯、苯、乙二醇二甲醚和二乙二醇二甲醚的组合等。

29、优选地，所述聚合反应包括将第一单体、第二单体、引发剂和溶剂混合，形成混合液，再将混合液滴加至溶剂中进行反应。

30、优选地，所述聚合反应后还包括减压后处理。

31、优选地，所述第二单体的制备方法包括如下步骤：

32、将异氰酸烯丙酯和烷基封端的单羟基聚醚混合，进行保温反应，得到所述第二单体。

33、优选地，所述混合包括将烷基封端的单羟基聚醚逐步加入异氰酸烯丙酯的溶液中。

34、优选地，所述混合的温度为10-50℃，例如15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃等。

35、优选地，所述保温反应的时间为2-10h，例如3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h等。

36、优选地，所述保温反应还包括减压处理。

37、优选地，所述异氰酸烯丙酯的溶液中，采用的溶剂包括丙酮、甲基乙基酮、乙酸乙酯、四氢呋喃、乙腈、1,4-二氧六环、1,3-二氧六环、甲苯、苯或3-戊酮中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：丙酮、甲基乙基酮和乙酸乙酯的组合，乙腈、1,4-二氧六环、1,3-二氧六环和甲苯的组合，1,4-二氧六环、1,3-二氧六环、甲苯、苯和3-戊酮的组合等。

38、作为优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：

39、(1)将异氰酸烯丙酯与溶剂混合，控制温度在10-50℃，逐步加入烷基封端的单羟基聚醚，进行保温反应2-10h后减压处理，得到所述第二单体；

40、(2)将第一单体、第二单体、引发剂和溶剂混合，形成混合液，再将混合液滴加至60-100℃的溶剂中进行反应，滴加结束继续反应1-5h，减压后处理，得到所述超分散剂。

41、第二方面，本发明提供一种色浆，所述色浆包括第一方面所述的超分散剂。

42、优选地，所述色浆按照重量份数包括如下组分：

43、

44、本发明中，所述超分散剂的重量份数为5-30份，例如10份、15份、20份、25份等。

45、所述高色素炭黑的重量份数为10-30份，例如15份、20份、25份等。

46、所述ph稳定剂的重量份数为0-0.5份，例如0.1份、0.2份、0.3份、0.4份等。

47、所述水的重量份数为40-80份，例如45份、50份、60份、70份等。

48、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

49、(1)本发明所述的超分散剂在用于水性喷墨炭黑浆料的稳定性较好，加速试验后，色浆粒径、黏度、涂布光泽、涂布色相仍然具有较好的稳定性。

50、(2)本发明所述的超分散剂用于色浆中时，在初始状态，色浆的平均粒径在125nm以下，粘度在67-99mpa·s之间，光泽在118-147之间；30天60℃加速试验后，平均粒径在138nm以下，粘度在72-108mpa·s之间，光泽在115-132之间；前后色差在0.05-0.20之间。