含水的接枝共聚物颜料分散剂制造技术

一种用于颜料的基于丙烯酸类接枝共聚物的聚合物分散剂，其中所述接枝共聚物具有约５，０００－１００，０００的重均分子量，并包含疏水性聚合物主链和附着于主链上的独立的阴离子和非离子亲水侧链。这些接枝共聚物可用作含水体系中的分散剂，并特别用于配制汽车和卡车的外用水基涂料。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
含水的接枝共聚物颜料分散剂专利技术背景本专利技术涉及具有混合阴离子和非离子侧链的新型接枝共聚物。本专利技术还涉及该共聚物在水分散体和水基涂料组合物中作为颜料分散剂的用途。在含水介质中对于分散颜料粒子有效的水分散性聚合物是本领域公知的，并已用于形成含水颜料分散体，该分散体用于配制水基涂料组合物。这种颜料分散体目前得到广泛应用，例如用于汽车和卡车的外用水基油漆。通常通过非离子或离子技术使含水颜料分散体稳定并保持于分散状态。当使用非离子技术时，颜料粒子由分散剂聚合物来稳定，该分散剂聚合物具有伸入水介质中的非离子亲水部分，并为颜料粒子提供抗絮凝的熵稳定性或空间位阻稳定性。虽然这些非离子性聚合物能提供良好的分散作用，但非离子技术的主要缺点在于：最终的涂膜对水敏感，所以易软化，并对水基透明罩面涂层的粘合性差。在离子技术中，用含离子的单体的聚合物稳定颜料粒子，这种单体例如中和的丙烯酸和甲基丙烯酸，如在1993年7月27日授予Chu等人的美国专利5,231,131中所述。这些聚合物主要通过带电的双层机理来提供稳定作用，该机理通过离子排斥作用阻止粒子絮凝。因为中和组分在涂膜固化时蒸发，此后聚合物不再溶于水，所以最终的涂膜对水不敏感。但是，离子技术的主要缺点在于水基涂料通常含有有机共溶剂与水，以调节物理性能。当涂料固化时，这种溶剂的浓度随着水的蒸发而增加，这又损害颜料分散体的稳定性，这种稳定性是得到外用汽车面漆所要求的高光泽度和颜色品质所需要的。现有聚合物分散剂难以达到性能平衡。最佳的水敏感性和分散稳定性难以达到。水基涂料组合物的其它问题如下：用于形成该组合物的颜料分散体通常不能完全与该组合物的成膜基料组分相容；聚合物分散剂不能均匀地分散颜料，且颜料发生絮凝或聚集；或分散剂不能进入固化反应，并保留在薄膜中作为不需要的组分，该组分以后可能渗出或损害-->所得的面漆。需要一种聚合物分散剂，它将形成一种含水颜料分散体，该分散体是稳定的且不会絮凝或聚集，将提供最佳的分散性和水敏感性，并与各种常用于水基涂料组合物中的高分子成膜基料相容，并将与薄膜一起固化形成高品质的汽车面漆，该面漆不会在天然老化中因为由聚合物分散剂存在所引起的不利性能而受损。                    专利技术概述本专利技术提供一种适用作基于丙烯酸类接枝共聚物的高分子颜料分散剂的组合物，其中所述接枝共聚物具有约5,000-100,000的重均分子量，并含有疏水性聚合物主链和附着于主链上的独立的阴离子和非离子亲水侧链，其中(1)聚合物主链与侧链相比是疏水性的，并由聚合的疏水性(甲基)丙烯酸类单体形成，含有基于主链总重量计的最多30重量％的具有能提高颜料结合力的官能团的聚合单体；(2)阴离子侧链是在单一端点处附着于主链上的阴离子亲水(甲基)丙烯酸类大分子单体，其由聚合的(甲基)丙烯酸类单体形成，含有基于阴离子侧链总重量计的约2-100重量％的含酸的聚合单体，并具有约1,000-10,000、优选2,000-5,000的重均分子量；(3)非离子侧链是在单一端点处附着于主链上的非离子亲水聚(亚烷基二醇)(甲基)丙烯酸类大分子单体，该大分子单体由下式表示             CH2＝C(R1)C(O)O[-Q-]n-R2其中R1是H或CH3，R2是H或含1-4个碳原子的烷基，Q是-CH2CH2O-、-CH(CH3)CH2O-，或其组合，n是约10-100，并具有约500-4,000、优选约1,000-2,000的重均分子量；和其中所述接枝共聚物的酸基用无机碱或胺中和。本专利技术还提供稳定的且不絮凝的含水颜料分散体，它含有被分散的颜料、含水载体介质以及本专利技术的接枝共聚物分散剂。这些分散体特别用于配制高性能的水基涂料组合物，以及特别是用于汽车和卡车的透明涂层/彩色涂层面漆的水基彩色涂料或底涂层组合物。                     专利技术详述-->本专利技术的新型接枝共聚物具有结合在颜料表面上的疏水性主链、和能溶于含水载体介质中并保持颜料分散的亲水性阴离子侧链和亲水性非离子侧链的独特组合。混合侧链或“臂”的应用提供较宽的溶解度特性和在高性能水基涂料中作为颜料分散剂的用途。本专利技术的接枝共聚物还与各种常用于水基涂料组合物中的高分子成膜基料相容，并特别是与广泛用于水基涂料的丙烯酸类聚合物相容。此外，由这种接枝共聚物形成的含水颜料分散体是稳定的，并通常不发生絮凝或聚集，即使在其形成的涂料固化时也是如此。本专利技术的接枝共聚物还在涂料固化时与涂料组合物的其它成膜组分反应并成为该膜的一部分，而不会象作为膜的未反应组分那样因天候老化使膜受损。此处所用的所有分子量均通过GPC(凝胶渗透色谱)用聚苯乙烯标样进行测定。术语(甲基)丙烯酸类指丙烯酸类和甲基丙烯酸类化合物。术语(甲基)丙烯酸酯指甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯。本专利技术的接枝共聚物含有约50-90重量％的聚合物主链和相应的约10-50％的侧链。接枝共聚物的重均分子量为约5,000-100,000，优选约10,000-40,000，更优选约10,000-20,000。在接枝共聚物中所含阴离子侧链对非离子侧链的重量比是在约10∶90至90∶10的范围内，优选30∶70至70∶30，通常为50∶50。接枝共聚物的主链部分相对于侧链而言是疏水性的，并主要由聚合的烯属不饱和疏水性单体形成，优选如下文所列的疏水性(甲基)丙烯酸类单体，并可以且优选含有基于主链重量计的最多30重量％、优选10-20重量％的具有能提高颜料结合力的官能团(称作颜料结合团)的聚合单体。可用于形成主链的优选疏水性单体包括丙烯酸烷基酯类、脂环族丙烯酸酯类和芳族丙烯酸酯类。典型的丙烯酸烷基酯具有含1-18个碳原子的烷基，例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸2-乙基己基酯、丙烯酸壬酯、丙烯酸月桂基酯等。可以使用脂环族丙烯酸酯类，例如丙烯酸环己酯、丙烯酸三甲基环己酯、丙烯酸叔丁基环己酯等。还可以使用芳族丙烯酸酯类，例如丙烯酸苄基酯和丙烯酸苯基酯。其它可聚合的单体(最多30重量-->％，优选10-20重量％，基于主链的重量计)还可用于形成主链，例如甲基丙烯酸烷基酯类、脂环族甲基丙烯酸酯类和芳族甲基丙烯酸酯类，如下文所列。除上述(甲基)丙烯酸酯类单体以外，也可使用其它烯属不饱和单体，例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯等，但是由所有(甲基)丙烯酸类单体制备的接枝共聚物在本文中是通常优选的。可引入疏水性主链的官能团或颜料结合团可根据所分散的颜料类型而变化。例如，具有氨基的单体，如丙烯酸二甲基氨基乙基酯、丙烯酸二乙基氨基乙基酯、丙烯酸叔丁基氨基乙基酯等可引入疏水性主链中，与在其表面上具有酸性基团的颜料结合。具有酸基的单体，例如丙烯酸、甲基丙烯酸或2-丙烯酰胺基-2-丙烷磺酸等，可引入疏水性部分中与碱性颜料表面结合。其它相似的官能结合基团也可用于将共聚物结合到颜料表面上。上述疏水性主链具有对颜料表面的亲合性，并设计为使接枝共聚物固定在颜料表面上，同时接枝共聚物的侧链设计为是可溶性的，并在选定的含水载体介质中伸展，保持颜料分散。本专利技术的侧链由聚合到主链中的独立的阴离子和非离子亲水性大分子单体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用作颜料分散剂的组合物，该组合物包含一种接枝共聚物，其中所述接枝共聚物具有约５，０００－１００，０００的重均分子量，并包含聚合物主链和附着于主链上的独立的阴离子和非离子亲水侧链，其中（１）聚合物主链与侧链相比是疏水性的，并含有聚合 的烯属不饱和疏水性单体以及基于主链总重量计的最多３０重量％的具有提高颜料结合力的官能团的聚合烯属不饱和单体；（２）阴离子侧链是亲水性大分子单体，由聚合的烯属不饱和单体形成，并含有基于阴离子侧链总重量计的２－１００重量％的含烯属不饱和酸的 聚合单体；（３）非离子侧链是含亲水聚（亚烷基二醇）的烯属不饱和大分子单体。

【技术特征摘要】
US 2000-9-27 09/6703591.一种适用作颜料分散剂的组合物，该组合物包含一种接枝共聚物，其中所述接枝共聚物具有约5,000-100,000的重均分子量，并包含聚合物主链和附着于主链上的独立的阴离子和非离子亲水侧链，其中(1)聚合物主链与侧链相比是疏水性的，并含有聚合的烯属不饱和疏水性单体以及基于主链总重量计的最多30重量％的具有提高颜料结合力的官能团的聚合烯属不饱和单体；(2)阴离子侧链是亲水性大分子单体，由聚合的烯属不饱和单体形成，并含有基于阴离子侧链总重量计的2-100重量％的含烯属不饱和酸的聚合单体；(3)非离子侧链是含亲水聚(亚烷基二醇)的烯属不饱和大分子单体。2.根据权利要求1的组合物，其中所述接枝共聚物的酸基用无机碱或胺中和。3.根据权利要求1的组合物，其中所述接枝共聚物由聚合的甲基丙烯酸类和/或丙烯酸类单体形成。4.根据权利要求1的组合物，其中所述官能团选自酸基和氨基。5.根据权利要求1的组合物，其中所述阴离子侧链进一步含有羟基。6.根据权利要求1的组合物，其中所述非离子侧链进一步含有羟基。7.一种适用作颜料分散剂的组合物，该组合物包含一种丙烯酸类接枝共聚物，其中所述接枝共聚物具有约10,000-40,000的重均分子量，并包含疏水性聚合物主链和附着于主链上的独立的阴离子和非离子亲水侧链，其中(1)聚合物主链与侧链相比是疏水性的，并由聚合的疏水性(甲基)丙烯酸类单体形成，且含有基于主链总重量计的最多30重量％的具有能提高颜料粘合力的官能团的聚合单体；(2)阴离子侧链是亲水(甲基)丙烯酸类大分子单体，由聚合的(甲基)丙烯酸类单体形成，并含有基于阴离子侧链总重量计的约2-100重量％的...

【专利技术属性】
技术研发人员：KB维舍，PF麦因蒂雷，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]