一種含木質素結構的顏料分散劑組合物及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于精細化工領域，更具體的說，本發明涉及一種含木質素結構的顏料分 散劑組合物及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 木質素是一種廣泛存在于植物體中的無定形的、分子結構中含有氧代苯丙醇或其 衍生物結構單元的芳香性高聚物，是自然界最主要的可再生芳香類高分子化合物，含量僅 次于纖維素，因其成本低、無毒、量大可再生的特點，被廣泛用于眾多高分子材料的制備，形 成的產品可廣泛應用于涂料、醫藥、化妝、紡織、塑料和石油等領域。
[0003] 工業木質素主要來源于造紙行業及生物乙醇行業的廢水、廢渣，全球造紙行業每 年排放5000萬噸左右的木質素，超過95%以上的木質素作為廢液直接排放或燃燒，造成大 量浪費，因此，開發木質素相關衍生產品對減少木質素浪費有著積極意義。
[0004] 利用木質素作為分散劑已有著數十年的歷史。目前，木質素磺酸鹽是木質素類分 散劑的主要產品，木質素磺酸鹽依托側鏈磺酸根的反離子形成的雙電子層增強被吸附顆粒 之間的電荷排斥力，可以起到維持防止顆粒團聚的作用，利用造紙"黑液"等富含木質素的 原料制備木質素磺酸鹽在國內外有著廣泛的文獻報道，如公開號為US4892588的美國專利 介紹了一種先利用甲醛與木質素進行羥甲基化反應，再在高溫下磺化反應的工藝制備木質 素磺酸鹽分散劑的方法，該分散劑適用于分散染料和炭黑。
[0005] 水性色漿又名水基顏料分散體，是將顏料顆粒穩定分散在水性體系中形成的一種 著色劑，通常情況下，較小的顏料粒徑會賦予色漿更高的著色力。在顏料顆粒分散在水性色 漿中的過程中，隨著顏料顆粒比表面積的增加，導致顏料表面自由能增加，顏料顆粒有團聚 的趨勢，需要添加顏料分散劑吸附在顏料顆粒表面，通過分散劑提供的靜電排斥和位阻作 用來分散和穩定顏料顆粒，防止因顏料顆粒團聚導致的顏料顆粒粒徑變大、著色力及穩定 性下降等問題。
[0006] 木質素分子具有結構特殊性（苯環數量較多），在通常情況下難以發生除親電取 代外其他反應，苯環與負電基團形成共軛結構，加之無定型的網狀空間位阻效應使得木質 素中許多官能團難以與外加試劑接觸，使反應受阻。目前報道過的木質素分散劑制備方法 有限，主要通過磺化和羧甲基化兩種反應方式。目前，點擊化學在功能聚合物、超分子化學、 生物醫藥等領域展示了廣泛的應用前景。如何采用高分子新技術手段對木質素進行改性， 在發揮木質素優良錨固定作用的同時，增強其靜電排斥和位阻作用，以制備具有著色力和 穩定性高、顏料顆粒小的水性色漿，已成為一個重要的改性木質素研宄方向。近年來，原子 轉移自由基聚合（Atomtransferradicalpolymerization,ATRP)和點擊化學技術（Click chemistry)成為高分子領域火熱的研宄技術手段。
[0007] ATRP是目前為止最具工業化應用前景的活性可控自由基聚合之一，具有應用單體 廣泛，可以得結構明確、分子量可控、分子量分布窄的聚合物，聚合工藝簡單且易控制，以及 聚合實施方法多樣等顯著優點。2001年諾貝爾化學獎獲得者美國化學家Sharpless提出了 點擊化學，它是一種快速合成大量化合物的新方法。由于點擊化學具有原材料易得、反應操 作簡單且條件溫和、產物收率高、速率快、產物易分離以及高度選擇性等優點，為設計各種 用途的高分子材料提供了便利工具。
【發明內容】
[0008] 為了提供一種用于制備具有著色力和穩定性高、顏料顆粒小水性色漿的分散劑， 本發明揭示了一種含木質素結構的顏料分散劑組合物及其制備方法，該顏料分散劑組合 物由兩種獨立結構的分散劑復配而成。其中，第一種結構的分散劑以木質素大分子先后 與2-溴代異丁酰溴、烷基聚乙二醇醚丙烯酸酯反應制備而得，第二種結構為聚乙二醇單烷 基醚先后與2-溴代異丁酰溴、疊氮鈉反應得到的反應產物，再與含炔基木質素反應制備而 得，第一種結構分散劑和第二種結構分散劑的質量比在1:3至3:1之間。
[0009] 其中，所述第一種結構分散劑的制備過程包含以下步驟：
[0010] a)將木質素溶解在其質量4倍以上的吡啶溶液中，攪拌狀態下，加入占木質素質 量1. 0%至3. 0%的2-溴代異丁酰溴，15-30°C下至少反應24小時，獲得木質素大分子引發 單體溶液，為方便2-溴代異丁酰溴的加入及分散，可以將2-溴代異丁酰溴溶解在四氫呋喃 中進行滴加；
[0011] b)在氮氣保護下，控制溫度在80-120°C，向步驟a)得到的木質素大分子引發單體 溶液中加入占木質素質量0.02%至0. 15%溴化亞銅及烷基聚乙二醇醚丙烯酸酯反應45~ 180分鐘，烷基聚乙二醇醚丙烯酸酯占木質素質量的30%至100%之間。
[0012] 第一種結構分散劑制備步驟b)所用烷基聚乙二醇醚丙烯酸酯具有通式（I)的結 構：
【主權項】
1. 一種含木質素結構的顏料分散劑組合物，其特征在于：由兩種獨立結構的分散劑復 配而成，其中，第一種結構的分散劑以木質素大分子先后與2-溴代異丁酰溴、烷基聚乙二 醇醚丙烯酸酯反應制備而得，第二種結構為聚乙二醇單烷基醚先后與2-溴代異丁酰溴、疊 氮鈉反應得到的反應產物，再與含炔基木質素反應制備而得。
2. 根據權利要求1所述的一種含木質素結構的顏料分散劑組合物，其特征在于：所述 顏料分散劑組合物中，第一種結構分散劑和第二種結構分散劑的質量比在1:3至3:1之間。
3. -種含木質素結構的顏料分散劑組合物的制備方法，其特征在于：由兩種獨立結構 的分散劑復配而成，第一種結構分散劑和第二種結構分散劑的質量比在1:3至3:1之間； 第一種結構分散劑的制備過程包含以下步驟： a) 將木質素溶解在其質量4倍以上的吡啶溶液中，攪拌狀態下，加入占木質素質量 1. 0%至3. 0%的2-溴代異丁酰溴，15-30°C下至少反應24小時，獲得木質素大分子引發單 體溶液； b) 在氮氣保護下，控制溫度在80-120°C，向步驟a)得到的木質素大分子引發單體溶液 中加入占木質素質量0. 02%至0. 15%溴化亞銅及烷基聚乙二醇醚丙烯酸酯反應45~180 分鐘，烷基聚乙二醇醚丙烯酸酯占木質素質量的30%至100%之間； 第二種結構分散劑的制備過程包含以下步驟： a) 選取聚乙二醇單烷基醚，于冰水浴及氮氣保護下緩慢加入2-溴代異丁酰溴的四氫 呋喃溶液中，冰水浴中至少反應24小時，2-溴代異丁酰溴與聚乙二醇單烷基醚的摩爾比為 1:1至1:1. 05,優選摩爾比為1:1 ; b) 在氮氣保護下，向步驟a)的反應產物中加入占步驟a)所用聚乙二醇單烷基醚質量 0. 02%至0. 15%的溴化亞銅和摩爾數是步驟a)所用2-溴代異丁酰溴1-1. 1倍的疊氮鈉， 在15-30°C下至少反應8小時后，用冷甲醇沉淀，過濾、干燥； c) 在氮氣保護和攪拌狀態下，在反應器中加入木質素及丙炔酸、占木質素質量0.02% 至0. 15%的辛酸亞錫和占木質素質量至少4倍的甲苯，80-120°C下反應至少12小時，降至 室溫，過濾、干燥，得到含炔基木質素，其中，丙炔酸與步驟a)中2-溴代異丁酰溴用量的摩 爾比為1 :1至I :1.05之間，木質素與步驟a)中聚乙二醇單烷基醚質量比為1:0.3至1:1 ; d) 在氮氣保護下，將步驟b)和步驟c)產物在N，N-二甲基甲酰胺中混合攪拌至少30 分鐘，再次加入占聚乙二醇單烷基醚質量〇. 02%至0. 15%的溴化亞銅和與溴化亞銅摩爾 比在2:1至1:2的1，1，4, 7, 7-五甲基二乙基三胺，15-30°C下至少反應24小時，蒸除溶劑 后得到產物。
4. 根據權利要求3所述的一種含木質素結構的顏料分散劑組合物的制備方法，其特征 在于：第一種結構分散劑制備步驟b)所用烷基聚乙二醇醚丙烯酸酯具有通式（I)的結構：
其中，X為6到20的整數，且包含6和20, y為彡1的整數。
5. 根據權利要求3所述的一種含木質素結構的顏料分散劑組合物的制備方法，其特征 在于：第二種結構分散劑制備步驟a)所用聚乙二醇單烷基醚具有通式（II)的結構：
其中，η為1到18的整數，且包含1和18, m為20到60的整數，且包含20和60。
6.根據權利要求3-5任一項所述的一種含木質素結構的顏料分散劑組合物的制備方 法，其特征在于：該顏料分散劑組合物適用于作為水性色漿中的顏料分散劑。
【專利摘要】本發明公開了一種含木質素結構的顏料分散劑組合物及其制備方法，該顏料分散劑組合物由兩種獨立結構的分散劑復配而成。其中，一種結構的分散劑以木質素大分子先后與2-溴代異丁酰溴、烷基聚乙二醇醚丙烯酸酯反應制備而得；另一種結構為聚乙二醇單烷基醚先后與2-溴代異丁酰溴、疊氮鈉反應得到的反應產物，再與含炔基木質素反應制備而得；兩種結構分散劑的質量比在1:3至3:1之間。該分散劑組合物用于制備水性色漿，具有著色力和穩定性高、顏料顆粒小的優勢。
【IPC分類】C09B67-40, C08H7-00, C09B67-20, C09D17-00
【公開號】CN104745009
【申請號】CN201510173439
【發明人】呂仕銘, 盧圣國, 杜長森, 汪理想, 周華
【申請人】蘇州世名科技股份有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月13日