一种梳形结构聚合物、制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种梳形结构聚合物、制备方法与应用，所述梳形结构聚合物具有如下式I所示结构表达式。该聚合物以含有羧基、醚基的链段作为亲水性主链，以异氰酸酯和多元醇的反应链段作为疏水性侧链，并且梳形结构分子量大小可控，可同时适用于油性体系和水性体系的分散，具有良好的浆料稳定性，能够提高分散体系产品的外观及耐性等性能。产品的外观及耐性等性能。产品的外观及耐性等性能。

【技术实现步骤摘要】
一种梳形结构聚合物、制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种梳形结构聚合物，尤其涉及一种梳形结构聚合物、制备方法与应用，属于聚合物的合成与应用


技术介绍

[0002]在涂料、油墨、色浆等领域，颜填料的分散是重要技术环节，分散剂是一种用来分散和稳定颜填料的助剂，其作用机理是通过锚固基团吸附在颜填料表面，并通过静电排斥和/或空间位阻作用使颗粒保持稳定，从而将颜填料颗粒均匀的分布在体系中。
[0003]随着环保要求日益严格，对水性分散剂产品的需求越来越高。传统的水性分散剂以聚羧酸盐均聚物为主，此类分散剂锚固作用较差，容易受温度、pH等因素的影响，且不含有空间位阻作用，稳定性差。聚羧酸盐共聚物类分散剂虽然存在位阻作用，但通常分子量和结构无法控制，导致锚固作用较差。因此，传统水性分散剂对颜填料的稳定性差，会出现颜填料反粗现象，导致配方体系不稳定，性能变差。
[0004]梳型共聚物分散剂可通过主链、侧链的分子设计使锚固基团和溶剂化链同时存在，从而展现优异的分散和稳定效果，且分子量和结构可控，分子量分布更窄，能够提高颜填料在体系中的分散效率和稳定性。
[0005]专利CN1308560A公开了多异氰酸酯和一种或多种聚(氧化亚烷基羧基)链反应制备的聚合物分散剂，但该分散剂只能用于溶剂型体系。专利CN105111813A公开了一种涂料用聚氨酯改性丙烯酸酯高分子分散剂的制备方法，制得的聚氨酯改性丙烯酸酯有效降低体系粘度，但该分散剂的高分子结构不含水性化链，同样只能用于溶剂型体系。
专利技术内容
[0006]本专利技术要解决的技术问题是如何制备一种同时适用于油性体系和水性体系，并且具有良好分散性和浆料稳定性的梳形聚合物分散剂。
[0007]为了解决以上技术问题，本专利技术提出一种梳形结构聚合物、制备方法与应用。该聚合物以含有羧酸基团、醚基的链段作为亲水性主链，以异氰酸酯和多元醇的反应链段作为疏水性侧链，并且梳形结构分子量大小可控，可同时适用于油性体系和水性体系的分散，具有良好的浆料稳定性，能够提高分散体系产品的外观及耐性等性能。
[0008]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009]一种梳形结构聚合物，其具有如下式I所示重复结构单元：
[0010][0011]式I中，R1为H或烷基，优选为H或C1‑
16
的烷基，R3为C3‑
16
的烷基，R4为二异氰酸酯除去两端
‑
NCO基团的链段，R5为聚酯多元醇或聚醚多元醇链段，R2为其中，m＝0～50，n＝0～50，优选m＝2～20，n＝2～20；p＝0～50，q＝0～50，优选p＝2～20，q＝2～20；R2表达式右端的符号
‑
表示键接位置；
[0012]式I中，x为取值0～60的自然数，y为取值0～10的自然数，z为取值0～30的自然数，且x、y、z不同时为零；优选x为取值20～50的自然数，y为取值2～5的自然数，z为取值5～20的自然数。
[0013]进一步地，所述聚合物由主链聚合物1和侧链聚合物2反应得到；所述主链聚合物1由不饱和羧酸单体A、含有羟基的不饱和单体B和不饱和烯烃类单体C聚合反应得到；所述侧链聚合物2由异氰酸酯类单体D和多元醇类单体E聚合反应得到。通过前述分子结构设计，聚合物1含有羟基基团，聚合物2含有异氰酸酯基团，由聚合物1和聚合物2通过羟基和异氰酸酯基团反应制备最终的梳形共聚物，反应收率高，制备得到的梳形聚合物表现出优异的分散效率和浆液稳定性。
[0014]进一步地，所述聚合物1的重均分子量为1000～12000g/mol，优选3000～10000g/mol；所述聚合物2的重均分子量为1000～10000g/mol，优选4000～8000g/mol。
[0015]通过前述两种聚合物的分子量和配比的设计，因其特殊的分子结构，不仅对颜填料颗粒具有更强的吸附力，避免了分散剂在颗粒间的架桥絮凝；而且拥有较为规整的溶剂化链段，大大提高了溶剂化链链段的利用率，因此形成的分散体系会更加稳定。
[0016]进一步地，所述不饱和羧酸单体A为丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、马来酸、马来酸酐、衣康酸、巴豆酸、中康酸、柠康酸或富马酸中的一种或多种；所述含有羟基的不饱和单体B具有如下式II或式III结构表达式所示的结构中的一种或多，其中，式II所示结构表示烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚，式III所示结构表示甲基丙烯酸聚氧乙烯聚氧丙烯酯。
[0017][0018]上式中，m＝0～50，n＝0～50，优选m＝2～20，n＝2～20；p＝0～50，q＝0～50，优选p＝2～20，q＝2～20；所述不饱和烯烃类单体C选自C5‑
18
的不饱和烯烃，优选为C5‑
C
10
的不饱和烯烃，更优选戊烯、己烯、癸烯、庚烯、二异丁烯中的一种或多种。
[0019]进一步地，所述异氰酸酯类单体D选自芳香族二异氰酸酯或脂肪族二异氰酸酯，优选六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4
‑
甲苯二异氰酸酯和2,6
‑
甲苯二异氰酸酯中的一种或多种；所述多元醇类单体E选自聚酯多元醇或聚醚多元醇，优选分子量为200
‑
1000的聚酯多元醇或聚醚多元醇，更优选聚乙二醇、聚丙二醇、聚ε
‑
己内酯二醇中的一种或多种。
[0020]进一步地，所述聚合物中，以所有单体A、B、C、D、E的总用量为100％计，各单体在聚合反应时的用量分别为：
[0021]不饱和羧酸单体A 5
‑
20wt％，优选10
‑
20wt％，
[0022]含羟基的不饱和单体B 5
‑
30wt％，优选10
‑
25wt％，
[0023]不饱和烯烃类单体C 5
‑
15wt％，优选5
‑
10wt％；
[0024]异氰酸酯类单体D 10
‑
30wt％，优选15
‑
25％；
[0025]多元醇类单体E 10
‑
40wt％，优选20
‑
35％。
[0026]一种前文所述的梳形结构聚合物的制备方法，包括以下步骤：
[0027]1)在有机溶剂及引发剂存在下，使不饱和羧酸单体A、含羟基的不饱和单体B、不饱和烯烃类单体C通过自由基聚合生成主链聚合物1；
[0028]2)在催化剂1作用下，使异氰酸酯类单体D、多元醇类单体E反应生成侧链聚合物2；
[0029]3)在催化剂2作用下，使主链聚合物1中的羟基与侧链聚合物2中的异氰酸酯基反应，生成所述梳形结构聚合物。
[0030]进一步地，为保证高的单体转化率且使聚合物的分子量在本专利技术优选范围内，步骤1)、2)、3)中反应温度各自独立的选自60
‑
150℃，优选70<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梳形结构聚合物，其特征在于，其具有如下式I所示重复结构单元：式I中，R1为H或烷基，优选为H或C1‑
16
的烷基，R3为C3‑
16
的烷基，R4为二异氰酸酯除去两端
‑
NCO基团的链段，R5为聚酯多元醇或聚醚多元醇链段，R2为其中，m＝0～50，n＝0～50，优选m＝2～20，n＝2～20；p＝0～50，q＝0～50，优选p＝2～20，q＝2～20；式I中，x为取值0～60的自然数，y为取值0～10的自然数，z为取值0～30的自然数，且x、y、z不同时为零；优选x为取值20～50的自然数，y为取值2～5的自然数，z为取值5～20的自然数。2.根据权利要求1所述的梳形结构聚合物，其特征在于，所述聚合物由主链聚合物1和侧链聚合物2反应得到；所述主链聚合物1由不饱和羧酸单体A、含有羟基的不饱和单体B和不饱和烯烃类单体C聚合反应得到；所述侧链聚合物2由异氰酸酯类单体D和多元醇类单体E聚合反应得到。3.根据权利要求2所述的梳形结构聚合物，其特征在于，所述聚合物1的重均分子量为1000～12000g/mol，优选3000～10000g/mol；所述聚合物2的重均分子量为1000～10000g/mol，优选4000～8000g/mol。4.根据权利要求2所述的梳形结构聚合物，其特征在于，所述不饱和羧酸单体A为丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、马来酸、马来酸酐、衣康酸、巴豆酸、中康酸、柠康酸或富马酸中的一种或多种；所述含有羟基的不饱和单体B具有如下式II或式III结构表达式所示的结构中的一种或多种：上式中，m＝0～50，n＝0～50，优选m＝2～20，n＝2～20；p＝0～50，q＝0～50，优选p＝2
～20，q＝2～20；所述不饱和烯烃类单体C选自C5‑
18
的不饱和烯烃，优选为C5‑
C
10
的不饱和烯烃，更优选戊烯、己烯、癸烯、庚烯、二异丁烯中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的梳形结构聚合物，其特征在于，所述异氰酸酯类单体D选自芳香族二异氰酸酯或脂肪族二异氰酸酯，优选六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4
‑
甲苯二异氰酸酯和2,6
‑
甲苯二异氰酸酯中的一种或多种；所述多元醇类单体E选自聚酯多元醇或聚醚多元醇，优选分子量为200
‑
1000的聚酯多元醇或聚醚多元醇，更优选聚乙二醇、聚丙二醇、聚ε
‑
己内酯二醇中的一种或多种。6.根据权利要求2～5任一项所述的梳形结构聚合物，其特征在于，所述聚合物中，以所有单体A、B、C、D、E的总用量为100％计，各单体在聚合反应时的用量分别为：不饱和羧酸单体A 5
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：张抒，秦佃斌，纪学顺，孙家宽，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：