中性墨水用水溶性分散劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水溶性分散劑的制備，尤其涉及一種適用于中性墨水高濃度色漿 制備用的分散劑及其制備方法，屬于高分子聚合物的制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 中性墨水色漿是高度分散的顏料分散體系，是將顏料與表面活性劑，水等介質(zhì)經(jīng) 研磨處理，使顏料粒子在剪切力的作用下均勻穩(wěn)定地分散在水性體系中。用于中性墨水的 顏料色漿，其組成為：顏料、表面活性劑、助劑、去離子水等。其中，顏料與表面活性劑的篩選 對于色漿的制備和最終產(chǎn)品性能具有決定性作用。
[0003] 現(xiàn)有中性墨水生產(chǎn)工藝，一般分為兩步即色漿制備和墨水調(diào)配，粒徑大小合適，性 能穩(wěn)定的色漿是制備中性墨水的關(guān)鍵所在，又因以色素炭黑為顏料制備的中性墨水具有耐 水、耐曬、色澤鮮艷等優(yōu)點，因此市場上大多以炭黑為原料生產(chǎn)中性墨水色漿。但是，色素炭 黑由于其結(jié)構(gòu)具有原生粒徑小、比表面積大、顆粒之間有著極強的作用力，在水中不能自行 分散，且研磨過程極易產(chǎn)生凝膠，所以在生產(chǎn)和儲存過程中極為不穩(wěn)定。為了克服這一問 題國內(nèi)許多學(xué)者對其進行了研宄，主要的方法包括使用超分散劑分散、炭黑表面接枝分散、 炭黑表面氧化改性。其中以超分散劑分散研宄最多使用最廣，據(jù)文獻報道以疏水端為平面 分子、親水端為可解離鹽基的離子型聚合物分散劑在水性體系中對炭黑分散效果最好，產(chǎn) 品最穩(wěn)定。由于聚苯乙烯馬來酸酐銨鹽（SMA-NH 4) -方面具有可以與炭黑表面的官能團形 成π-π共軛作用的苯環(huán)，另一方面，其銨鹽在水中可電離形成-RCOO-為顏料提供足夠的 zeta電勢，其大分子鏈段能為顏料的穩(wěn)定提供空間位阻，所以其是一種理想的分散劑。然而 目前的苯乙烯-馬來酸酐共聚物卻難以制備濃度較高的穩(wěn)定色漿，主要是由于目前的分散 劑空間位阻較小，且電位點較少，難以維持高濃度色漿面臨的顏料之間空間位阻少而易于 絮凝，導(dǎo)致色漿穩(wěn)定性差的問題。因此如何得到一種空間位阻大且電荷點密度高用于中性 墨水高濃度色漿的分散劑成為當前中性墨水分散領(lǐng)域亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種中性墨水用水溶性分散 劑及其制備方法，該方法以乙二醇胺和磷酸氫二銨對具有雙親結(jié)構(gòu)的苯乙烯-馬來酸酐共 聚酯進行改性，制備得到具有大空間位阻和多電荷結(jié)構(gòu)的苯乙烯-馬來酸酐共聚酯類分散 劑，該分散劑對顏料分散效果好，尤其適用于中性墨水高濃度色漿制備中，可制備濃度大于 40wt. %的中性墨水高濃度色漿，且體系粘度低，穩(wěn)定性好，應(yīng)用范圍廣、適用于中性墨水的 高濃度色漿制備具有巨大的市場前景。
[0005] 本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種中性墨水用水溶性分散劑的制備方法，包括下述步驟：
[0007] (1)苯乙烯-馬來酸酐共聚物的制備：將苯乙烯：馬來酸酐按摩爾比為1:0. 5~ 1. 5混合作為反應(yīng)物，甲苯為溶劑，采用熱自由基引發(fā)劑在60~85°C下引發(fā)自由基型共聚 合反應(yīng)3~5h待反應(yīng)結(jié)束后抽濾，對抽濾所得固態(tài)產(chǎn)物采用甲苯為潤濕劑經(jīng)三次潤洗得白 色粉末，將該白色粉末在40~60°C真空干燥48h后得到苯乙烯-馬來酸酐共聚物；其中苯 乙烯與熱自由基引發(fā)劑的摩爾比為1:0. 001~〇. 005,甲苯作為溶劑的用量為使苯乙烯的 濃度為〇· 1~2. 5mol/L ;
[0008] (2)酰胺化苯乙烯-馬來酸酐共聚物的制備：將乙二醇胺按照0. 5~1.0 mol/L的 濃度溶解于二甲基甲酰胺中，然后將（1)中所得苯乙烯-馬來酸酐共聚物加入上述溶液中， 在硫酸催化，80~95°C條件下反應(yīng)2~3h，待反應(yīng)結(jié)束后過濾，用2mol/l的HCl洗滌，最后 在40~60°C真空干燥48h后得到酰胺化苯乙烯-馬來酸酐共聚物；其中苯乙烯-馬來酸 酐共聚物的用量為，苯乙烯-馬來酸酐共聚物中酸酐基團X2+羧酸基團的摩爾總數(shù)與乙二 醇胺的摩爾總數(shù)比為1:0. 5,硫酸的用量為乙二醇胺用量的5~IOwt. % ;
[0009] (3)酯化苯乙烯-馬來酸酐共聚物的制備：將（2)中所得酰胺化苯乙烯-馬來酸酐 共聚物溶解于四氫呋喃中，然后以（NH 4)2HPO4S酯化劑，硫酸為催化劑，在80~100°C條件 下酯化反應(yīng)3~4h后進行抽濾后，用四氫呋喃洗滌，在40~60°C真空干燥48h后得到酯化 苯乙烯-馬來酸酐共聚物；其中酰胺化苯乙烯-馬來酸酐共聚物的用量為10~30wt. %， (NH4) 2ΗΡ04酯化劑的用量為15~55wt. %，硫酸的用量為（NH 4) 2ΗΡ04酯化劑用量的3~ 5wt. % ；
[0010] (4)銨鹽化苯乙烯-馬來酸酐共聚物的制備：以水為溶劑，加入（3)中所得酯化 苯乙烯-馬來酸酐共聚物，然后向其中以10~50ml/min的速度滴加28wt. %的濃氨水，并 于45~60°C條件下進行低溫胺化反應(yīng)，待濃氨水滴加完畢后再持續(xù)反應(yīng)2~3h，反應(yīng)結(jié)束 后進行過濾、水洗，并于40~60°C真空干燥48h后制備得到銨鹽化苯乙烯-馬來酸酐共聚 物，即為所需的中性墨水用分散劑；其中所述酯化苯乙烯-馬來酸酐共聚物的用量為20~ 30wt %，且濃氨水與酯化苯乙烯-馬來酸酐共聚物的質(zhì)量比為1:0. 2~0. 5。
[0011] 其進一步的技術(shù)方案是：
[0012] 步驟（1)中所述熱自由基引發(fā)劑為過氧化苯甲酰或偶氮二異丁腈。
[0013] 步驟（2)和步驟（3)中所述硫酸為98wt. %的濃硫酸。
[0014] 本發(fā)明還公開了一種根據(jù)上述制備方法制備所得的中性墨水用水溶性分散劑，該 中性墨水用水溶性分散劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為：
[0015]
【主權(quán)項】
1. 一種中性墨水用水溶性分散劑的制備方法，其特征在于：包括下述步驟： (1) 苯乙烯-馬來酸酐共聚物的制備：將苯乙烯：馬來酸酐按摩爾比為1:0. 5~1. 5 混合作為反應(yīng)物，甲苯為溶劑，采用熱自由基引發(fā)劑在60~85°C下引發(fā)自由基型共聚合反 應(yīng)3~5h待反應(yīng)結(jié)束后抽濾，對抽濾所得固態(tài)產(chǎn)物采用甲苯為潤濕劑經(jīng)三次潤洗得白色粉 末，將該白色粉末在40~60°C真空干燥48h后得到苯乙烯-馬來酸酐共聚物；其中苯乙烯 與熱自由基引發(fā)劑的摩爾比為1:0. 001~0. 005,甲苯作為溶劑的用量為使苯乙烯的濃度 為 0· 1 ~2. 5mol/L ; (2) 酰胺化苯乙烯-馬來酸酐共聚物的制備：將乙二醇胺按照0. 5~1.0 mol/L的濃度 溶解于二甲基甲酰胺中，然后將（1)中所得苯乙烯-馬來酸酐共聚物加入上述溶液中，在硫 酸催化，80~95°C條件下反應(yīng)2~3h，待反應(yīng)結(jié)束后過濾，用2mol/l的HCl洗滌，最后在 40~60°C真空干燥48h后得到酰胺化苯乙烯-馬來酸酐共聚物；其中苯乙烯-馬來酸酐共 聚物的用量為，苯乙烯-馬來酸酐共聚物中酸酐基團X 2+羧酸基團的摩爾總數(shù)與乙二醇胺 的摩爾總數(shù)比為1:0. 5,硫酸的用量為乙二醇胺用量的5~IOwt. % ; (3) 酯化苯乙烯-馬來酸酐共聚物的制備：將（2)中所得酰胺化苯乙烯-馬來酸酐共 聚物溶解于四氫呋喃中，然后以（NH4) 2HPO4S酯化劑，硫酸為催化劑，在80~KKTC條件下 酯化反應(yīng)3~4h后進行抽濾后，用四氫呋喃洗滌，在40~60°C真空干燥48h后得到酯化 苯乙烯-馬來酸酐共聚物；其中酰胺化苯乙烯-馬來酸酐共聚物的用量為10~30wt. %， (NH4) 2ΗΡ04酯化劑的用量為15~55wt. %，硫酸的用量為（NH 4) 2ΗΡ04酯化劑用量的3~ 5wt. % ； (4) 銨鹽化苯乙烯-馬來酸酐共聚物的制備：以水為溶劑，加入（3)中所得酯化苯乙 稀-馬來酸酐共聚物，然后向其中以10~50ml/min的速度滴加28wt. %的濃氨水，并于 45~60°C條件下進行低溫胺化反應(yīng)，待濃氨水滴加完畢后再持續(xù)反應(yīng)2~3h，反應(yīng)結(jié)束后 進行過濾、水洗，并于40~60°C真空干燥48h后制備得到銨鹽化苯乙烯-馬來酸酐共聚 物，即為所需的中性墨水用分散劑；其中所述酯化苯乙烯-馬來酸酐共聚物的用量為20~ 30wt %，且濃氨水與酯化苯乙烯-馬來酸酐共聚物的質(zhì)量比為1:0. 2~0. 5。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述中性墨水用水溶性分散劑的制備方法，其特征在于：步驟（1) 中所述熱自由基引發(fā)劑為過氧化苯甲?；蚺嫉惗‰妗?br>3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述中性墨水用水溶性分散劑的制備方法，其特征在于：步驟（2) 和步驟（3)中所述硫酸為98wt. %的濃硫酸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述制備方法制備所得的中性墨水用水溶性分 散劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述中性墨水用水溶性分散劑，其特征在于：所述中性墨水用水溶 性分散劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為：
其中X與y的比值為1:0. 5~I. 5。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述中性墨水用水溶性分散劑，其特征在于：所述中性墨水用水溶 性分散劑的HLB值為5~15,重均分子量為I. 2w~3. 0w。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述中性墨水用水溶性分散劑的應(yīng)用，其特征在于：用于制備色漿 濃度不低于40wt. %的中性墨水色漿。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種中性墨水用水溶性分散劑及其制備方法，該方法以乙二醇胺和磷酸氫二銨對具有雙親結(jié)構(gòu)的苯乙烯-馬來酸酐共聚酯進行改性，制備得到具有大空間位阻和多電荷結(jié)構(gòu)的苯乙烯-馬來酸酐共聚酯類分散劑，該分散劑對顏料分散效果好，尤其適用于中性墨水高濃度色漿制備中，可制備濃度大于40wt.％的中性墨水高濃度色漿，且體系粘度低，穩(wěn)定性好，應(yīng)用范圍廣、適用于中性墨水的高濃度色漿制備具有巨大的市場前景。
【IPC分類】C08F8-44, C08F222-06, C08F212-08, C09D17-00, C08F8-40
【公開號】CN104861101
【申請?zhí)枴緾N201510253656
【發(fā)明人】周煒, 黃小喜, 江振林
【申請人】真彩文具股份有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月18日