CN100545217C - 三氧化二铝和聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物的水悬浮液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三氧化二铝和聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物的水悬浮液及其制备方法。该悬浮液由三氧化二铝、聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物、水组成。其制备方法为：三氧化二铝和水按重量百分比配合，用0.005～0.03mol/L的NaOH溶液调节悬浮液的pH值至9～10，然后加入分散剂聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物，搅拌10～60min即可。该悬浮液具有良好的分散性和流动性，且其制备方法操作简单，易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种三氧化二铝的水悬浮液及其制备方法，具体地说是三氧化二铝和聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物的悬浮液及其制备方法。
背景技术
在化工、涂料、造纸、建筑、复合材料、冶金、医药及食品等许多工业领域，分散已成为提高产品质量和性能，提高效率不可缺少的技术手段。目前，在许多工业部门都采用化学方法实现超细颗粒的分散。
高分子分散剂与无机和有机小分子分散剂相比，具有对分散体系中的离子、pH值、温度等敏感程度小，分散稳定效果好的特点。高分子分散剂可显著降低分散体系的粘度，改善分散体系的流变性，使得产品更易操作处理，节省能源。所分散的体系稳定性高，有利于延长贮存期，降低贮存损耗，不需再分散费用。高分子分散剂的加入可以提高分散体系的固含量，在高固含量下分散体系仍具有较好的流动性，从而降低原料成本，减少设备的磨损。因此高分子分散剂在工业领域中的应用越来越广。
含有聚乙二醇支链的共聚物吸附在粉体粒子表面时，支链采用伸展的构象形成一定厚度的立体屏障，同时增加了粉体粒子表面的电势，提高了粒子间的静电排斥力，从而可以改善体系的分散性和流动性。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种分散性和流动性较好的三氧化二铝和聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物的水悬浮液。
本发明的另一目的是提供该水悬浮液的制备方法。
技术方案：本发明所述的三氧化二铝和聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物的水悬浮液，按重量百分比该悬浮液由以下物质组成：三氧化二铝为40～70％，水为30～60％，聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物为三氧化二铝重量的0.1～2.0％。
上述三氧化二铝和聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物的水悬浮液制备方法包括以下步骤：
1、将三氧化二铝和水按重量比配合，搅拌成均匀的悬浮液；
2、用0.005～0.03mol/L的NaOH溶液调节上述悬浮液的pH值至9～10；
3、加入聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物，搅拌10～60min。
其中聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物按如下方法制得：将聚苯乙烯-马来酸酐和甲氧基聚乙二醇按摩尔比1∶1～2∶1搅拌溶解于溶剂中，且聚苯乙烯-马来酸酐和甲氧基聚乙二醇共计重量百分比为5～15％，溶剂的重量百分比为85～95％，在20～30℃下，加入4-(二甲氨基)吡啶，其加入量与甲氧基聚乙二醇的摩尔比为0.05∶1～1∶1，酯化反应12～72小时；将反应产物加到***中，析出沉淀物；过滤，干燥。聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物的制备方法中所述的溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃，或者二氯甲烷和四氢呋喃按体积比2∶1的混合溶剂。
表1给出了聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物(SMA-g-MPEO)用量对三氧化二铝(Al2O3)水悬浮液的ζ电位的影响。加入的SMA-g-MPEO吸附在Al2O3粒子表面，改变了粒子表面电荷性质，水悬浮液的ζ电位从正值转变为负值。ζ电位的绝对值随SMA-g-MPEO用量的增大而提高。
表1SMA-g-MPEO*用量对ζ电位的影响
| SMA-g-MPEO用量(占Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>wt％) | 0 | 0.3 | 0.6 | 1.0 | 1.5 |
| ζ电位(mV) | 6.11 | -8.37 | -18.06 | -22.31 | -26.43 |
*MPEO数均分子量为750
与Al2O3水悬浮液相比，Al2O3和SMA-g-MPEO的水悬浮液中的Al2O3的平均粒径减小(表2)。随着SMA-g-MPEO用量增加，Al2O3的平均粒径变小(表3)。
表2Al2O3水悬浮液中的Al2O3平均粒径
| 样品 | 不含分散剂 | SMA-g-MPEO<sup>*</sup> | SMA-g-MPEO<sup>**</sup> |
| 粒径(μm) | 1.29 | 0.94 | 0.87 |
*MPEO数均分子量为200；**MPEO的数均分子量为2000
表3SMA-g-MPEO*用量对Al2O3水悬浮液中的Al2O3平均粒径的影响
| SMA-g-MPEO用量(占Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>wt％) | 0 | 0.3 | 0.6 | 1.0 | 1.5 |
| 平均粒径(μm) | 1.29 | 0.98 | 0.86 | 0.79 | 0.71 |
*MPEO数均分子量为750
没有添加SMA-g-MPEO时Al2O3粒子聚集，体系粘度大(参见图2)；加入SMA-g-MPEO之后体系粘度降低(参见图3和图4)。吸附在Al2O3粒子表面的SMA-g-MPEO的空间位阻和静电排斥作用改善了体系的分散性，从而导致体系粘度降低。
有益效果：本发明所提供的Al2O3和SMA-g-MPEO的水悬浮液具有较好的分散性和流动性，且其制备方法操作简单，易于实现。
附图说明
图1是Al2O3吸附SMA-g-MPEO前(a)后(b)的红外谱图。b图中，3450cm-1处的对应于-OH伸缩振动的吸收峰明显加强；在2927cm-1和2860cm-1处的吸收峰对应于C-H的非对称和对称伸缩振动，1727cm-1处的吸收峰对应于C＝O伸缩振动，1394cm-1处的吸收峰分别对应于C-H的弯曲振动，1106cm-1处的吸收峰对应于支链聚乙二醇上的C-O-C伸缩振动。红外分析结果表明，聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物吸附在A12O3粒子表面。
图2是A12O3的水悬浮液的表观粘度。此悬浮液的组成为A12O360wt％，水40wt％。
图3是A12O3/SMA-g-MPEO200(200为MPEO的数均分子量)的水悬浮液的表观粘度。此悬浮液的组成为Al2O360wt％，水40wt％，SMA-g-MPEO200为Al2O3的0.3wt％。
图4是Al2O3/SMA-g-MPEO750(750为MPEO的数均分子量)的水悬浮液的表观粘度。此悬浮液的组成为Al2O3 60wt％，水40wt％，SMA-g-MPEO750为Al2O3的0.3wt％。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1：
在250mL的反应瓶里加入8.1g SMA，4.0g分子量为200的MPEO和109ml二氯甲烷，搅拌使其完全溶解，25℃下加入1.22gDMAP，反应48h；加到***中，析出沉淀物，过滤，干燥即得SMA-g-MPEO200。
将Al2O3和水按重量分数为40％和60％的比例配合，搅拌成均匀的悬浮液，用0.005mol/L的NaOH溶液调节悬浮液的pH值至9，加入占Al2O3重量0.8％的SMA-g-MPEO200，搅拌10min，得到Al2O3/SMA-g-MPEO200的水悬浮液。
实施例2：
在250mL的反应瓶里加入4.0g SMA，7.5g分子量为750的MPEO和103ml二氯甲烷，搅拌使其完全溶解，25℃下加入0.61g DMAP，反应48h；加到***中，析出沉淀物，过滤，干燥即得SMA-g-MPEO750。
将Al2O3和水按重量分数为60％和40％的比例配合，搅拌成均匀的悬浮液，用0.01mol/L的NaOH溶液调节悬浮液的pH值至9.5，加入占Al2O3重量1.0％的SMA-g-MPEO750，搅拌20min，得到Al2O3/SMA-g-MPEO750的水悬浮液。
实施例3：
在250mL的反应瓶里加入2.5g SMA，12.4g分子量为2000的MPEO和134ml二氯甲烷，搅拌使其完全溶解，加入0.38g DMAP，25℃下反应48h；加到***中，析出沉淀物，过滤，干燥即得SMA-g-MPEO2000。
将Al2O3和水按重量分数为60％和40％的比例配合，搅拌成均匀的悬浮液，用0.02mol/L的NaOH溶液调节悬浮液的pH值至9.7，加入占Al2O3重量0.1％的SMA-g-MPEO2000，搅拌50min，得到Al2O3/SMA-g-MPEO2000的水悬浮液。
实施例4：
同实施例2所述的方法，所不同的是将Al2O3和水按重量分数为65％和35％的比例配合，搅拌成均匀的悬浮液，用0.03mol/L的NaOH溶液调节悬浮液的pH值至10，加入占Al2O3重量0.5％的SMA-g-MPEO750，搅拌30min，得到Al2O3/SMA-g-MPEO750的水悬浮液。
实施例5：
同实施例3所述的方法，所不同的是将Al2O3和水按重量分数为70％和30％的比例配合，搅拌成均匀的悬浮液，用0.01mol/L的NaOH溶液调节悬浮液的pH值至9.5，加入占Al2O3重量2.0％的SMA-g-MPEO2000，搅拌60min，得到Al2O3/SMA-g-MPEO2000的水悬浮液。
实施例6：
在250mL的反应瓶里加入2.5g SMA，9.3g分子量为750的MPEO和107ml二氯甲烷，搅拌使其完全溶解，加入0.75g DMAP，25℃下反应60h；加到***中，析出沉淀物，过滤，干燥即得SMA-g-MPEO750。
将Al2O3和水按重量分数为50％和50％的比例配合，搅拌成均匀的悬浮液，用0.01mol/L的NaOH溶液调节悬浮液的pH值至9.6，加入占Al2O3重量1.2％的SMA-g-MPEO750，搅拌15min，得到Al2O3和SMA-g-MPEO750的水悬浮液。
实施例7：
在250mL的反应瓶里加入2.5g SMA，9.3g分子量为750的MPEO和106ml四氢呋喃，搅拌使其溶解，加入0.76g DMAP，25℃下反应48h；加到***中，析出沉淀物，过滤，干燥即得SMA-g-MPEO750。
将Al2O3和水按重量分数为60％和40％的比例配合，搅拌成均匀的悬浮液，用0.01mol/L的NaOH溶液调节悬浮液的pH值至9.4，加入占Al2O3重量1.5％的SMA-g-MPEO750，搅拌25min，得到Al2O3和SMA-g-MPEO750的水悬浮液。
实施例8：
在250mL的反应瓶里加入2.5g SMA，9.3g分子量为750的MPEO和106ml二氯甲烷/四氢呋喃(2/1，V/V)混合溶剂，搅拌使其溶解，加入0.76g DMAP，25℃下反应48h；加到***中，析出沉淀物，过滤，干燥即得SMA-g-MPEO750。
将Al2O3和水按重量分数为60％和40％的比例配合，搅拌成均匀的悬浮液，用0.01mol/L的NaOH溶液调节悬浮液的pH值至9.3，加入占Al2O3重量0.6％的SMA-g-MPEO750，搅拌35min，得到Al2O3和SMA-g-MPEO750的水悬浮液。
Claims (4)
1、一种三氧化二铝和聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物的水悬浮液，按重量百分比该悬浮液由以下物质组成：三氧化二铝为40～70％，水为30～60％，三氧化二铝与水的质量百分比之和为100％，聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物为三氧化二铝重量的0.1～2.0％。
2、根据权利要求1所述的三氧化二铝和聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物的水悬浮液，其特征在于所述的聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物是以4-(二甲氨基)吡啶为催化剂，聚苯乙烯-马来酸酐和甲氧基聚乙二醇进行酯化反应得到。
3、权利要求1所述的三氧化二铝和聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物的水悬浮液制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)将三氧化二铝和水按重量比配合，搅拌成均匀的悬浮液；
(2)用0.005～0.03mol/L的NaOH溶液调节上述悬浮液的pH值至9～10；
(3)加入聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物，搅拌10～60min。
4、根据权利要求3所述的三氧化二铝和聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物的水悬浮液制备方法，其特征在于其中步骤(3)中所述的聚苯乙烯-马来酸酐接枝甲氧基聚乙二醇共聚物的制备方法是：将聚苯乙烯-马来酸酐和甲氧基聚乙二醇搅拌溶解于溶剂中，加入4-(二甲氨基)吡啶，进行酯化反应；将反应产物加到***中，析出沉淀物；过滤，干燥。
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