趙 青，董曉明

(1.淮安市科技情報研究所，江蘇淮安223001;2.江蘇新譽集團有限公司，江蘇 常州213011)

0 引言

由于國內分散劑的研究起步較晚，高分子分散劑的研究已經成為國內工作者的研究熱點。近年來，隨著環(huán)境友好型水性涂料、墨水的迅速發(fā)展，其應用范圍也日益廣泛。有機顏料在墨水中的分散穩(wěn)定性能直接影響產品的應用性能，因此對分散劑的性能要求也進一步提高，開發(fā)多功能的性能優(yōu)良、成本低廉的高分子分散劑成為目前涂料、墨水研究的關鍵問題。本文應用溶液沉淀聚合法，以馬來酸酐、苯乙烯為單體合成了一系列聚合物苯乙烯一馬來酸酐共聚物(簡稱SMA)，水解后得到水溶性高分子SMH，通過實驗探討了SMH對顏料分散性的影響因素。

1 實驗

1.1 原料

表1 試驗藥品列表

1.2 實驗儀器和設備

表2 實驗用儀器列表

1.3 苯乙烯一馬來酸酐共聚物(簡稱SMA)的合成方法

在帶有攪拌裝置、恒壓滴液漏斗、冷凝管、溫度計的四口瓶中，用氮氣做保護氣，在500ml四口燒瓶中加入二甲苯溶液40ml，加熱到實驗需要的溫度(70℃、80℃、90℃)，稱取一定量的馬來酸酐于燒瓶中，保持反應環(huán)境的溫度并攪拌0.5小時，再稱取一定量的引發(fā)劑過氧化二苯甲酰于250ml燒杯中，并向其加入40ml二甲苯溶液和苯乙烯溶液，用玻璃棒攪拌使其均勻，將其倒入分液漏斗中開始逐滴滴加該混合液，等混合液滴加完畢后，保持恒溫在設計的反應溫度下繼續(xù)反應3小時，然后降溫、過濾，得到產物。

1.4 水溶性高分子分散劑(簡稱SMH)的制備

將共聚物SMA與NaOH以1∶2的比例加入燒杯，加入適量水，加熱至粉狀的SMA溶解為透明溶液，使共聚物 SMA水解。冷卻到室溫，得到SMA的水解產物SMH。

1.5 分散劑作用于分散體系

顏料的分散性能受高分子分散劑用量的影響，不同分散劑對于特定的分散體系都有適宜的用量，超過這一用量不但造成分散劑浪費，還可能影響到分散體系的穩(wěn)定性及顏料分散體最終的使用性能。

為得到本次試驗中分散劑對顏料分散的最佳用量，我們分別稱取0.5g酞菁蘭、酞菁綠、大紅粉于3只燒杯，再量取5ml預分散體(水溶性高分子分散劑)加入燒杯中，看分散效果后X以5ml的量遞增，直至顏料完全溶解。記錄下不同條件下的分散劑用量，并進行比較。

經實驗發(fā)現0.5g大紅粉、酞菁藍、酞菁綠三種顏料分散所需的分散劑最少量為5mL、30mL、15mL，見分散效果圖1～9。

由圖1～9對比發(fā)現不同聚合條件生成的分散劑對同一種顏料的分散效果不同，并且同一種分散劑對不同顏料的分散效果也不同。此外，在對顏料的分散過程中還發(fā)現部分分散劑不能對三種顏料進行分散，而還有部分分散劑對顏料的分散的效果很好。這說明聚合的條件對產物的影響很大。

2 實驗結果與討論

利用Cary－50紫外分光光度計測添加了高分子分散劑的顏料在最大吸收波長下的吸光度A，根據測出的吸光度A分析該高分子分散劑的分散穩(wěn)定性能DE(%)。

吸光度:A=1/T

分散性:DE(%)=(1－T%)×100%

取少量顏料分散液于燒杯，將分散液稀釋100多倍，用玻璃棒攪拌使其均勻分散，查閱資料得到大紅粉、酞菁藍、酞菁綠的最大吸收波長分別為363nm、480nm、500nm。用 Cary－50紫外可見分光光度計測其在最大吸收波長處的吸光度A(透射率T%)。定義顏料分散液的分散性用DE(%)表示，可用上式計算DE% 。

2.1 不同反應溫度對分散效果的影響

為了研究分析反應溫度對分散效果的影響，本實驗分別對聚合反應的單體苯乙烯和馬來酸酐摩爾比為1:1、1:1.5、1:3進行不同溫度的分散穩(wěn)定性測試，其中引發(fā)劑為0.1%(占反應體系的質量百分數)。實驗結果如表3所示。

圖1 70℃1:1(紅)

圖2 70℃1:1(藍)

圖3 70℃1:1(綠)

圖4 80℃1:5(紅)

圖5 80℃1:5(藍)

圖6 80℃1:5(綠)

圖7 90℃1:2(紅)

圖8 90℃1:2(藍)

圖9 90℃1:2(綠)

表3 聚合溫度與分散穩(wěn)定性的關系

從以上不同溫度下產物分散的紫外吸收光譜的分析發(fā)現，溫度對SMA分散穩(wěn)定性的影響較大。

單體配比為1:1溫度從70℃升高到90℃時，隨溫度的升高，吸光度大幅度降低，這說明溫度升高使共聚物的聚合度降低。

在溫度升高時，不但提高了反應物的活性，而且還使引發(fā)劑的分解速率增大，活性中心增多，使聚合總速率升高。在單體濃度不變的情況下，可以與每個活性中心反應的單體數目減少，聚合度下降，從而導致分子量下降，分散穩(wěn)定性降低。同時，在反應過程中溫度過高會使共聚產物粘結成團，部分未反應的單體被包在粘結物中，使反應難以正常平穩(wěn)地進行。所以在此配比的反應過程中不宜選用較高的反應溫度。

而單體配比SMA/MA為1:1.5和1:3時出現不同于單體配比為1:1的情況是由于反應物的濃度增加，隨著反應的進行，體系粘度增加而影響單體活動，致使聚合反應停止。這時適當升溫有利于聚合的繼續(xù)進行從而導致分子量繼續(xù)增加到適合對本實驗顏料分散的區(qū)間。由于顏料種類的不同，分散效果較好的分子量區(qū)間同樣不同，所以產生了部分變化趨勢不同的現象。

2.2 不同單體配比對分散效果的影響

當聚合反應的溫度為80℃，引發(fā)劑BPO為0.1%(占反應體系的質量百分數)，改變聚合反應的單體配比(摩爾比)，具有不同分散穩(wěn)定性的聚合物，實驗結果如表4所示。

表4 原料比例與分散穩(wěn)定性的關系

將表4制作成Excel圖表進行分析。

圖10 不同顏料在不同摩爾比的分散劑中的吸光度

由圖10可以看出，一方面隨著原料配比的改變，共聚物的分散穩(wěn)定性基本上是呈現著先增加后減小的情況，這是因為馬來酸酐的用量比較少，所以剛開始只有部分單體參加反應，但隨著馬來酸酐的量的增加，引發(fā)劑用量也隨之增大了，這時分散穩(wěn)定性也達到了比較好的狀態(tài)，馬來酸酐繼續(xù)增加，即引發(fā)劑用量增大使聚合物的分子量降低，從而影響了分散的穩(wěn)定性。

3 結論

(1)通過研究反應溫度、反應物配比對反應的影響，得出了最佳的溫度和反應物配比為:反應溫度為70℃，苯乙烯 －馬來酸酐的摩爾比為1:1.5。

(2)在反應物配比不變的情況下，水溶性高分子分散劑對顏料的分散穩(wěn)定性隨著聚合反應溫度的升高而減弱。

(3)隨著馬來酸酐的增加，共聚物的分散穩(wěn)定性基本上是呈現先增加后減小的情況。

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