一种阴离子型生物基聚合物水性分散剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种阴离子型生物基聚合物水性分散剂，其成分为三聚腰果酚聚氧乙烯醚季胺盐，可生物降解、不含烷基酚；其分子结构中含有锚固基团三聚腰果酚链段和亲水基团聚氧乙烯醚季胺盐链段，所述锚固基团与亲水基团的摩尔比为1:36～45；本发明专利技术制备的阳离子型水性分散剂，具有优异的乳化润湿分散性，极好的耐水性、耐热性和柔韧性，稳定的高色含低粘度色浆，对天然纤维的上色率高，吸附力强。适合于制备水性无树脂有机色浆，尤其是对天然纤维材料的着色，如纸浆着色、棉纤维着色、木工板着色，色浆转移率高、色牢度强。也可用于涂料色浆、印花色浆、造纸色浆、化妆品及日用品色浆、农药乳化、洗涤剂行业等要求不含烷基酚的绿色环保产品。洗涤剂行业等要求不含烷基酚的绿色环保产品。

【技术实现步骤摘要】
一种阴离子型生物基聚合物水性分散剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种水性分散剂的制备，尤其涉及到一种阴离子型生物基聚合物水性分散剂及其制备方法，属于生物基高分子材料合成


技术介绍

[0002]含有长链烷基酚结构的乳化剂具有良好的润湿、渗透、乳化、分散、增溶和洗涤作用，主要用作农药上的乳化剂，纺织助剂、消泡剂、洗涤剂、分散剂、乳化剂、柔软剂、染色助剂、纤维油剂、原油破乳剂等，广泛应用于涂料、水性色浆、洗涤剂、个人护理的日用品、纺织、造纸、石油、冶金、农药、制药、印刷、合成橡胶、水性乳液、塑料等行业。目前烷基酚聚氧乙烯醚包括壬基酚聚氧乙烯醚(NPEO)占80～85％，辛基酚聚氧乙烯醚(OPEO)占15％以上，十二烷基酚聚氧乙烯醚(DPEO)和二壬基酚聚氧乙烯醚(DNPEO)各占1％。全球乳化剂的产量(按100％有效含量计算)阴离子360万吨，非离子365万吨，两性18万吨，阳离子76万吨，其中烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)年耗量为达100万吨以上，其中80％以上为壬基酚聚氧乙烯醚(NPEO)。
[0003]APEO对生态环境的危害已得到广泛的共识和论证：对哺乳动物和水生生物有生物毒性及致癌性；生物降解性缓慢，其生物降解率不到9％；具有类似雌性激素作用，能危害人体正常的激素分泌的化学物质，即“雌性效应”和生理畸变；在生产加工过程中产生的副产品二恶烷是严重的致癌物质。
[0004]由于以上所表现出的问题，欧美日一些国家在1976年前就制定了法规限制生产和使用APEO，如欧盟在1998年就在个人消费的洗涤剂、清洗剂中限制使用APEO，2005年在服装及纺织品中限制使用APEO。
[0005]中国环保标准HJ 2537
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2014《环境标志产品技术要求水性涂料》中明确规定：不得人为添加的物质要求，包括不含APEO(烷基酚聚氧乙烯醚)等七类物质。
[0006]腰果酚是从天然腰果壳油提取精制而成，属于生物多烯酚成份，属于绿色环保可生物降解的工业原料。因其价格低廉、来源丰富、性能优异，具有可再生性，成为近年来的研究热点，在涂料、表面活性剂、胶粘剂、层压树脂及抗擦材料等领域具有广泛的应用。腰果酚表面活性剂经生物降解后的产物不含烷基酚，不影响生物内分泌系统，不会造成生态危害，是一种高生物降解性和环境友好型的表面活性剂，是替代石油酚类表面活性剂的理想选择。
[0007]Gemini(双子)型表面活性剂，含有双亲水亲油的官能团结构的一种新型表面活性剂，具有高表面活性，更低Krafft点等特征，能显著降低表面张力和溶剂吸附量，是目前表面活性剂行业研究关注的重点。
[0008]目前研究的都是单腰果酚表面活性剂，如腰果酚聚氧乙烯醚、腰果酚磺酸盐、腰果酚磺酸盐双子(Gemini)表面活性剂、腰果酚聚氧乙烯醚磺酸盐、腰果酚聚氧乙烯醚硫酸酯盐、腰果酚聚氧乙烯醚羧酸盐、腰果酚阳离子表面活性剂及改性的腰果酚表面活性剂等，侧重于其乳化性能。单腰果酚表面活性剂具有优良的乳化、润湿、渗透、去污等性能，只能作为
乳化剂使用。而关于腰果酚用于分散剂的报导为空白。
[0009]色彩在人们和生活无处不在，水性色浆作为一种工业原料广泛用于涂料、印刷油墨、胶粘剂、造纸、纺织印花、木工板、皮革、洗涤化妆日用品等行业，对环保安全的要求越来越严。单腰果酚表面活性剂作为水性色浆分散剂其分散性能有限，开发一种绿色环保、可降解的生物基聚腰果酚高分子水性分散剂尤其重要。
[0010]分散剂可以改善悬浮液中的颗粒分离，而表面活性剂可以降低颗粒两相之间的表面张力。分散剂是表面活性剂的一种形式，但不是所有的表面活性剂可以当分散剂使用。分散剂是用于将小颗粒分散在介质中的液体或气体，有表面活性物质和非表面活性聚合物两类，其作用就是提高颗粒在介质中的分离性，避免颗粒团聚，防止颗粒沉降。分散剂可以起到润湿分散作用，而小分子的表面活性剂仅能作润湿乳化作用，即使能分散颗粒，其稳定性、相容性也很差。
[0011]水性分散剂其分子结构含有对颗粒吸附的亲核基团和介质相容的亲水基团。在做水性色浆时特别是碳黑、酞菁类颜料，与水不相容，处于悬浮状态，对这些颜料粒子是通过空间位阻进行稳定，分散剂聚合物通过在粒子表面具有强烈化学吸附能力的“锚固基团”或者链段吸附在粒子上，这里的链段指长链烷基，随着碳链的增长，其分子间的范德华力越大，有利于吸附低极性有机颜料颗粒。如碳黑是层状结构，通过苯环(锚固基团)与粒子表面形成强的“π
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π键”共扼吸附和链段(烷基长度)吸附形成多点锚固，且要求一定的吸附层厚度，所以要求有一定数量的锚固基团。空间位阻是由亲水基团提供，且要与体系具有很好的相容性，因此亲水基团的长度有要求的，一个合格的分散剂必须具有一定数量的锚固基团和适宜长度的亲水基团，且两基团具有合适的比例。
[0012]用非离子型水性分散剂制备的色浆对纤维类材料如纸浆、织物纤维牢固力较差，色浆的转化率低，废水中含有大量的色浆，造纸、印染的污水处理量大，费用高。而阴离子型水性分散剂制备的色浆对纤维类上色率高，污水中仅有淡淡的颜色，处理的废水又快费用低。本专利技术开发的一种阴离子型生物基聚合物水性分散剂，不含烷基酚，可生物降解，对水体不会造成污染。

技术实现思路

[0013]为克服现有产品的不足和缺点，本专利技术在于提供一种阴离子型生物基聚合物水性分散剂及制备方法。
[0014]为解决上面所述的问题，本专利技术提出一种阴离子型生物基聚合物水性分散剂，为磺酸
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羧酸盐阴离子型，其分子结构中包括锚固基团和亲水基团，分子结构式如下所示：
[0015]其中，分子式中的R为
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C
15
H
31
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2n
，n为0、2、4或6；R1为
m为12～15；所述的锚固基团为分子式中的三聚腰果酚链段；所述的亲水基团为分子式中R1聚氧乙烯醚琥珀酸单酯二钠盐链段；所述的锚固基团与亲水基团的摩尔比为1:36～45；所述的阴离子型生物基聚合物水性分散剂主要成分为三聚腰果酚聚氧乙烯醚琥珀酸单酯二钠盐。
[0016]腰果酚与甲醛缩合在碱性介质中一般生成线状、网状混合聚合物，而酸性催化剂优先攻击邻位，对线状聚合物的选择性大。因此，本专利技术选择酸性催化剂。
[0017]一种阴离子型生物基聚合物水性分散剂的制备方法，包括以下步骤：
[0018]a)、按重量份计，在装有搅拌、回流分水、抽真空冷却、滴加装置的反应釜中，加入精制的腰果酚、酸性催化剂，在N2保护下开动搅拌升温到100℃，开始滴加37％甲醛，在2h内滴完，升温到110℃，反应2～4h后视反应物料粘度加入D40脱芳烃溶剂油，然后继续在120℃继续反应1～2h，降温至100℃，关掉N2开真空减压抽出水份和未反应完的甲醛，得三聚腰果酚中间体；
[0019]b)、在乙氧化反应釜中加入三聚腰果酚中间体、催化剂KOH和D40脱芳烃溶剂油，然后升温并真空脱水；脱水完毕，通入N2置换，再抽真本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阴离子型生物基聚合物水性分散剂，其特征在于，含有磺酸
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羧酸盐阴离子，其分子结构中包括锚固基团和亲水基团，分子结构式如下所示：其中，分子式中的R为
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C
15
H
31
‑
2n
，n为0、2、4或6；R1为m为12～15；所述的锚固基团为分子式中的三聚腰果酚链段；所述的亲水基团为分子式中R1聚氧乙烯醚琥珀酸单酯二钠盐链段；所述的锚固基团与亲水基团的摩尔比为1:36～45；所述的阴离子型生物基聚合物水性分散剂的主要成分为三聚腰果酚聚氧乙烯醚琥珀酸单酯二钠盐。2.一种如权利1所述的阴离子型生物基聚合物水性分散剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法，其步骤如下：a)、按重量份计，在装有搅拌、回流分水、抽真空冷却、滴加装置的反应釜中，加入精制的腰果酚、酸性催化剂，在N2保护下开动搅拌升温到100℃，开始滴加37％甲醛，在2h内滴完，升温到110℃，反应2～4h后视反应物料粘度加入D40脱芳烃溶剂油，然后继续在120℃继续反应1～2h，降温至100℃，关掉N2开真空减压抽出水份和未反应完的甲醛，得三聚腰果酚中间体；b)、在乙氧化反应釜中加入三聚腰果酚中间体、催化剂KOH和D40脱芳烃溶剂油，然后升温并真空脱水；脱水完毕，通入N2置换，再抽真空用N2置换3次，按聚腰果酚/环氧乙烷的设定的摩尔比缓慢通入环氧乙烷，升温至110℃，压力为1.0MPa，控制反应温度在110～120℃下反应2～6h；c)、检测当反应达到所要求的聚合度后停止通入环氧乙烷，反应进入终止阶段，冷却降温至100℃，加入乙酸中和；然后加入双氧水脱色；降温至80℃，制得三聚腰果酚聚氧乙烯醚；d)、在酯化反应釜中，加入三聚腰果...

【专利技术属性】
技术研发人员：许钧强，
申请(专利权)人：中山市钧纬新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：