阴离子型水性超分散剂的制备

阴离子型水性超分散剂的制备

摘要采用先酯化后共聚的方法，来制备低相对分子质量的水性超分散剂。实验用马来酸酐、正丁醇、丙烯酸为原料，过硫酸铵为引发剂的反应，先酯化后共聚的方法，制备出相应相对分子质量的水溶性超分散剂。其次用用超细二氧化钛、碳酸钙对制备的超分散剂进行了分散剂稳定性的研究，发现该分散剂能很好地分散超细二氧化钛，能使碳酸钙悬浮液的黏度降低到接近水的黏度，证明该超分散剂能够有效地分散超细粒子。

关键词水性超分散剂；合成；性能表征

前言

超分散剂是一种高效的聚合物型分散助剂，它最早是为了解决颜料粒子在有机溶剂中的分散而研发的。目前，已在非水性涂料和油墨中获得广泛的应用，并逐步向填充塑料、陶瓷浆料以及记录材料等领域拓展。以研发出来的超分散剂绝大部分运用在非水体系有机溶剂中，但由于有机溶剂有毒且污染环境，影响环境及人类健康，加之近年来环保声日益高涨，使得非水体系的使用受到了一定限制。因此，研究开发运用在水性体系中的超分散剂显得日益重要。

1.实验部分

1.1药品和仪器

1.1.1药品

药品名称用量

马来酸酐(AR) 0.3 mol

正丁醇(AR) 0.3 mol

丙烯酸(CR)

过硫酸胺(AR) NaOH(AR)

无水乙醇(AR)

超细二氧化钛(CR) 碳酸钙(AR) 0.3 mol 0.03 mol

0.05 g

1.1.2仪器

仪器名称生产厂家

磁力搅拌器郑州长城科工贸有限公司

分析天平梅特革-托利多仪器（上海）有限公

司

超声波清洗器离心机昆山市超声仪器有限公司常州国华电器有限公司

2.1 实验步骤

2.1.1酯化反应

称取一定量的马来酸酐和正丁醇置于三颈烧瓶中，在60℃下恒温反应1h，得到透明粘稠的液体，将该部分酯化的产物作为聚合单体待用，反应式如下：

2..1.2共聚反应

在上述的三颈烧瓶中将温度升高至80℃后，缓慢滴加丙烯酸的水溶液，同时滴加引发剂过硫酸铵的水溶液。滴加完毕后，继续恒温80℃反应3h，冷却后加入适量的NaoH调节PH至中性，得到透明粘稠的液体。产物用无水乙醇洗涤并干燥，得到白色块状产品。其反应式如下：

2.1.3分散性的测定

取两只普通离心管，一只中分别加入0.05g超细TiO2及5mL蒸馏水，另一只中加入0.05g 超细TiO2、5mL蒸馏水以及一定量的水性超分散剂，放入离心机中，充分震荡。设置转速为4000r/min，时间为10min。

2.1.4流变性的测定

配置两份浓度为1%的碳酸钙浆料，一份加入一定量的水性超分散剂，另一份不加水性

超分散剂做空白实验。

3.1 实验表征与分析

3.1.1实验现象

在酯化反应后得到透明粘稠的液体，在加聚反应后得到白色小颗粒状产品。

3.1.2沉降结果与分析

未经过超分散剂改性过的超细二氧化钛表面虽然富含羟基，但由于其颗粒表面能很大，相互之间容易发生团聚，在水性体系当中也很难分散开来。

表3-1超细二氧化钛在水中改性前后沉降对比

物质初始沉降时间/min完全沉降时间/min 未改性的二氧化钛25 128

改性的二氧化钛1440（24h) 69120(1152h)以上由表中可以看出，未经超分散剂分散的二氧化钛在水中约2h完全沉降，而经过超分散剂改性的二氧化钛在2h内无明显的沉降，大约24h才开始沉降，经过1152h后才沉降完全。

由此可见改性前的二氧化钛与水无法相溶在一起，原因是二氧化钛之间的亲和力远大于其与水的亲和力，这就导致了二氧化钛颗粒之间相互吸引，只漂浮在水上，而不能溶于水中。而经过超分散剂改性后二氧化钛表面基团发生了变化，颗粒相互之间的状态也就随之改变，导致了颗粒之间的亲和力下降，与水的亲和力增强。所以改性后二氧化钛颗粒相互团聚的状态大为地减少，并使其在水中以较小的状态存在，在相当的时间内以悬浊液的状态存在，分散性能得到很好的改善。

3.1.3流变结果与分析

流变性能是悬浮粒悬浮体系分散性的另一个重要的参数。流变性好，颗粒的发生性也就好，反之，则分散性差。通过观察改性前后碳酸钙的状态也可以判断悬浮液的稳定性。下图

中，左边为加入分散剂后的碳酸钙，右边为未加分散剂的碳酸钙。

4.1 实验讨论

4.1.1正丁醇与马来酸酐的比例对反应产品的影响

在实验中分别采用正丁醇与马来酸酐的比例为1:1、1:2、1:3进行反应，其后利用配制浓度为1%的碳酸钙浆料进行测试，结果表明当正丁醇与马来酸酐的比例为1:2时，分散度最大，分散效果最好。

4.1.2冷却后调节产品PH值对反应结果的影响

在加聚反应完成冷却后需加入适量的NaoH调节PH，不同PH对产品有不同的影响，实验结果表明PH为7时，产品的性能最好。

参考文献

[1] 王伟，卢文庆.阴离子型水性超分散剂的制备及其表征[J],功能材料，2007（38）

[2] 狄永浩，亷晓敏，郑水林.超细粉体分散稳定及水性体系超分散剂的研究进展[J].中国非金属矿工业导刊，2013,4:14-17.