雙親偶聯劑及其製備方法

2023-04-25 15:52:56

專利名稱：：雙親偶聯劑及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種化工助劑，特別涉及一種雙親偶聯劑，還涉及該雙親偶聯劑的製備方法。
背景技術：
：無機或有機粉體填充改性的熱塑性塑料是一種重要的複合材料，有著廣泛的用途。決定這種複合材料性能的一個重要因素是粉體與樹脂基體的相容性和界面結合狀況。為改善粉體與樹脂基體之間的相容性，通常採用傳統偶聯劑如鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑和矽烷偶聯劑等對粉體進行表面改性，但傳統偶聯劑在應用時都存在如下問題當粉體含水量較高或羥基含量較高時(大量的羥基可形成分子間氫鍵或分子內氫鍵，具有吸水性，吸溼率可達8%~12%)，偶聯劑會逐漸發生水解，從而使改性粉體與樹脂基體之間的相容性變差，導致下遊產品出現氣泡、花痕、晶點等瘋病，甚至出現機械強度等物理指標的嚴重下滑。而先將粉體進行烘乾處理使其含水量降至0.5%以下後再進行改性，則使工藝流程延長，能耗增加。
發明內容有鑑於此，為解決傳統偶聯劑對高含水量或高羥基含量粉體改性效果不理想的難題，本發明的目的之一在於提供一種雙親偶聯劑，具有可直接改性高含水量或高羥基含量粉體的特點，無需在改性前對粉體進行苛刻的烘乾處理，可簡化粉體改性的生產工藝，縮短工藝流程，節約^投資，節省人力和能耗，降低生產成本，減少環境汙染。本發明的目的之二在於提供一種所述雙親偶聯劑的製備方法，操作簡便，適合工業化大規模生產。為達到上述目的，本發明採用如下技術方案1、雙親偶聯劑，按質量百分比計含有以下組分鋁酸酯偶Jf關劑2530%、脂肪酸34~38%和表面活性劑9~14%。進一步，所述鋁酸酯偶聯劑具有以下通式formulaseeoriginaldocumentpage5式中，W和R2獨立地為-OCOR4、-0S02R5或-0P0(0R6)2，R4、115和116獨立地為C廣C"烷基、C廣C2!環烷基、C廣Ca埽基或被C廣C^烷基取代的苯基；R3為具有孤電子對氮原子的有機胺類化合物；進一步，W為十八伯胺、鄰苯二胺、硬脂酸醯胺、油酸醯胺或芥酸醯胺；進一步，W為異庚基、C廣C^環烷基、乙烯基、8-十七烯基或12-二十一烯基；Rs為十二烷基苯基；W為異辛基；進一步，所述脂肪酸為月桂酸、肉豆蔻酸、椋櫚酸、硬脂酸和芥酸中的一種或多種；進一步，所述表面活性劑為單硬脂酸甘油酯、聚甘油單硬脂酸酯、山梨醇肝單脂肪酸酯、山梨醇酐單月桂酸酯、聚氧乙烯山梨醇肝單硬脂酸酯和聚氧乙烯山梨醇酐單油酸酯中的一種或多種。2、所述雙親偶聯劑的製備方法，包括以下步驟在佔雙親偶聯劑計劃產量質量百分比21~25%的惰性有機溶劑中，加入三烷氧基鋁，攪拌並加熱使之完全溶解，加入具有孤電子對氮原子的有機胺類化合物，再加入與三烷氧基鋁摩爾比為3:1的脂肪酸，在溫度為125130。C攪拌反應0.5~1.5小時，同時減壓蒸餾除去低沸點副產物，即得佔雙親偶聯劑計劃產量質量百分比25~30%的鋁酸酯偶聯劑；向所得鋁酸酯偶聯劑中加入佔雙親偶聯劑計劃產量質量百分比3438%的脂肪酸，攪拌使之完全溶解，再加入佔雙親偶聯劑計劃產量質量百分比9~14%的表面活性劑，在溫度為115120。C攪拌反應1小時，冷卻至室溫，即得雙親偶聯劑。進一步，所述惰性有機溶劑選自液體石蠟、溶劑油、二曱苯和環己烷中的一種或多種；進一步，所述三烷氧基鋁為三異丙氧基鋁；所述具有孤電子對氮原子的有機胺類化合物為十八伯胺、鄰苯二胺、硬脂酸醯胺、油酸醯胺或芥酸醯胺；所述脂肪酸選自月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸和芥酸中的一種或多種；進一步，所述表面活性劑為單硬脂酸甘油酯、聚甘油單硬脂酸酯、山梨醇酐單脂肪酸酯、山梨醇酐單月桂酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐單硬脂酸酯和聚氧乙烯山梨醇酐單油酸酯中的一種或多種。本發明的有益效果在於本發明提供了一種雙親偶聯劑，其含有呈三維網絡結構的雙親基團，該雙親基團的親水端一方面可以將粉體中的水分子束縛在網絡中，使水分子熱運動受到限制，不易從網絡中溢出；另一方面可以與水分子融合形成膨潤凝膠體，通過物理交聯、化學交聯和物理-化學混合交聯作用增加粉體與樹脂基體之間的熔融效果；該雙親基團的親油端可以與粉體形成化學鍵合從而進行多點錨固。本發明優選具有上述通式的鋁酸酯偶聯劑，異丙氧基具有良好的水解反應活性，可以和粉體表面的親水性基團發生物理、化學或物理化學作用；所定義的W和112基團具有良好的水解穩定性並且可以通過改變結構類型、鏈長和/或空間位阻等進行調節，以改善粉體與樹脂基體之間的相容性和作用力；所定義的W基團是優良的配位體並可通過選擇結構類型或氮原子的數目等克服或減少粉體的締合性。本發明解決了傳統偶聯劑對高含水量或高羥基含量粉體改性效果不理想的難題，所提供的雙親偶聯劑具有可直接改性高含水量或高羥基含量粉體的特點，無需在改性前對粉體進行苛刻的烘千處理，可筒化粉體改性的生產工藝，縮短工藝流程，節約投資，節省人力和能耗，降低生產成本，減少環境汙染，適用於無機粉體(如重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣、滑石粉、矽灰石、重晶石和高嶺土等)和有機粉體(如木粉和澱粉等)的幹法或溼法改性，多個工廠試用結果顯示具有優良的應用效果；所提供的雙親偶聯劑的製備方法簡單，適合工業化大規模生產。本發明雙親偶聯劑的使用方法簡單，幹法改性時，直接加入即可，使用量為粉體質量的0.1~1.0%，控制出料溫度為120°C;溼法改性時，加入粉體熟漿中研磨即可，使用量為粉體質量的0.11.0%。具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本發明的優選實施例及其應用效果進4亍詳細的描述。實施例1在液體石蠟365g中，加入異丙醇鋁102g(0.5mol),攪拌並加熱4吏異丙醇鋁完全溶解，加入十八伯胺20g,攪拌均勻，升溫至ll(TC,加入硬脂酸426g(1.5mol),控溫125130。C攪拌反應50分鐘，同時減壓蒸餾除去異丙醇及其他低沸點副產物，得鋁酸酯偶聯劑；向所得鋁酸酯偶聯劑中加入硬脂酸525g,攪拌使之完全溶解，再加入硬脂酸甘油酯61g和山梨醇酐單脂肪酸酯70g，控溫115120。C攪拌反應1小時(使表面活性劑與鋁酸酯偶聯劑充分接枝)，冷卻至室溫，即得呈白色膏狀的雙親偶聯劑1479g,按質量百分比計含鋁酸酯偶聯劑29.6%,脂肪酸36%，表面活性劑9%。實施例2在溶劑油158g中，加入異丙醇鋁61.2g(0.3mol),攪拌並加熱使異丙醇鋁完全溶解，加入芥酸醯胺12g，攪拌均勻，升溫至ll(TC,加入月桂酸180g(0.9mol),控溫125130。C攪拌反應60分鐘，同時減壓蒸餾除去異丙醇及其他低沸點副產物，得鋁酸酯偶聯劑；向所得鋁酸酯偶聯劑中加入肉豆蔻酸280g,攪拌使之完全溶解，再加入聚氧乙烯山梨醇酐單硬脂酸酯101g,控溫115120。C攪拌反應1小時(使表面活性劑與鋁酸酯偶聯劑充分接枝)，冷卻至室溫，即得呈白色膏狀的雙親偶聯劑738g，按質量百分比計含鋁酸酯偶聯劑29.6%，脂肪酸38%，表面活性劑13.7%。實施例3在環己烷203g中，加入異丙醇鋁61.2g(0.3mol),攪拌並加熱4吏異丙醇鋁完全溶解，加入油酸醯胺10g,攪拌均勻，升溫至ll(TC,加入棕櫚酸230g(0.9mol),控溫125130。C攪拌反應65分鐘，同時減壓蒸餾除去異丙醇及其他低沸點副產物，得鋁酸酯偶聯劑；向所得鋁酸酯偶聯劑中加入芥酸296g,攪拌使之完全溶解，再加入山梨醇酐單月桂酸酯40g和聚甘油單硬脂酸酯61.57g，控溫115120。C攪拌反應1小時(使表面活性劑與鋁酸酯偶聯劑充分接枝)，冷卻至室溫，即得呈白色膏狀的雙親偶聯劑847.5g,按質量百分比計含鋁酸酯偶聯劑28%,脂肪酸34.9%，表面活性劑12%。實施例4在液體石蠟384g中，加入異丙醇鋁81.6g(0.4moU,攪4半並加熱4吏異丙醇鋁完全溶解，加入鄰苯二胺20g,攪拌均勻，升溫至110°C,加入芥酸405.6g(1.2mol),控溫125130。C攪拌反應50分鐘，同時減壓蒸餾除去異丙醇及其他低沸點副產物，得鋁酸酯偶聯劑；向所得鋁酸酯偶聯劑中加入硬脂酸568g,攪拌使之完全溶解，再加入聚氧乙烯山梨醇酐單硬脂酸酯154g，控溫U5120。C攪拌反應1小時(使表面活性劑與鋁酸酯偶聯劑充分接枝)，冷卻至室溫，即得呈白色膏狀的雙親偶聯劑1541g，按質量百分比計含鋁酸酯偶聯劑26.9%,脂肪酸36.9%，表面活性劑10%。應用實施例1分別以鋁酸酯偶聯劑XB-1、鈥酸酯偶聯劑NDZ-105、矽烷偶聯劑KH-550和實施例1所得雙親偶聯劑為改性劑，幹法改性含水量為10%的1250目重質碳酸鈣粉，偶聯劑用量為重質碳酸鈣粉質量的1%,出料溫度為120°C;將改性重質碳酸鈣粉與聚氯乙烯(PVC)混合後製成薄膜，觀察膜面外觀，並取樣(寬lmmx長5mmx厚0.05mm)進行拉斷負荷和斷裂伸長率檢測。結果見表l，與鋁酸酯偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑或矽烷偶聯劑改性重質碳酸4丐粉製備的薄膜比較，用實施例1所得雙親偶聯劑改性重質碳酸鉤粉製備的薄膜,其拉斷負荷分別提高了20.9%、19.1%、24.8%,斷裂伸長率分別提高了11.6%、21.5%、15.7%，且表面光潔度好。表1檢測結果tableseeoriginaldocumentpage9應用實施例2分別以鋁酸酯偶聯劑XB-1、鈥酸酯偶聯劑NDZ-105、矽烷偶聯劑KH-550和實施例2所得雙親偶聯劑為改性劑，幹法改性含水量為5%的澱粉，偶聯劑用量為澱粉質量的1%,出料溫度為120°C;用改性澱粉製備降解母料，再進一步製成薄膜，觀察膜面外觀，並取樣(寬lmmx長5mmx厚0.05mm)進行拉斷負荷和斷裂伸長率才企測。結果見表2，與用鋁酸酯偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑或矽烷偶聯劑改性澱粉製備的薄膜比較，用實施例2所得雙親偶聯劑改性澱粉製備的薄膜，其拉斷負荷分別提高了15.8%、25.7%、17.9%，斷裂伸長率分別提高了15.8%、25.7%、17.9%,且表面光潔度好。表2檢測結果tableseeoriginaldocumentpage9應用實施例3分別以鋁酸酯偶聯劑XB-1、鈥酸酯偶聯劑NDZ-105、矽烷偶聯劑KH-550和實施例3所得雙親偶聯劑為改性劑，幹法改性含水量為10%的木粉(由水曲柳和楊木按照質量比為7:3混合而成)，偶聯劑用量為木粉質量的1%,出料溫度為120°C;用改性木粉與PVC混合製成木質地板，觀察地板的韌性、耐磨性和表面光潔度。結果顯示，用實施例3所得雙親偶聯劑改性木粉製備的地板，其韌性、耐磨性和表面光潔度均優於用其它三種偶聯劑改性木粉製成的地板。應用實施例4分別以鋁酸酯偶聯劑XB-1、鈥酸酯偶聯劑NDZ-105、矽烷偶聯劑KH-550和實施例4所得雙親偶聯劑為改性劑，幹法改性含水量為8%的滑石^%偶^:劑用量為滑石粉質量的1%，出料溫度為120°C;用改性滑石粉製備透明母料，再進一步製成薄膜，觀察膜面外觀，並取樣(寬1mmx長5mmx厚0.05mm)進行拉斷負荷和斷裂伸長率檢測。結果見表3，與用鋁酸酯偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑或矽烷偶聯劑改性滑石粉製備的薄膜比較，用實施例4所得雙親偶聯劑改性滑石粉製備的薄膜，其拉斷負荷分別提高了13.8%、12.8%、22.2%,斷裂伸長率分別提高了12.0%、36.6%、17.3%,且表面光潔度和透光性好。表3檢測結果改性劑拉斷負荷(kg)斷裂伸長率(％)膜面外觀鋁酸酯偶聯劑XB-1TT^^有明顯花痕和晶點鈦酸酯偶聯劑NDZ-1051.17322有明顯花痕和晶點矽烷偶聯劑KH-5501.08375有花痕和晶點雙親偶聯劑1.35440無花痕和晶點從上述應用效果可以看出，本發明的雙親偶聯劑可以直接改性高含水量的無機粉體(如重質碳酸鈣粉、滑石粉等)和高羥基含量的有機粉體(如木粉、澱粉等)，用其改性粉體製備的下遊產品的表面光潔度好，無花痕和晶點等疵病，拉斷負荷和斷裂伸長率等物理指標均優於傳統的鋁酸酯偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑和石圭烷偶耳關劑。最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管通過參照本發明的優選實施例已經對本發明進行了描述，但本領域的普通技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離所附權利要求書所限定的本發明的精神和範圍。權利要求1、雙親偶聯劑，其特徵在於按質量百分比計含有以下組分鋁酸酯偶聯劑25～30％、脂肪酸34～38％和表面活性劑9～14％。2、根據權利要求1所述的雙親偶聯劑，其特徵在於所述鋁酸酯偶聯劑具有以下通式formulaseeoriginaldocumentpage2式中，r'和R2獨立地為-ocor4、-0802115或-00(06)2,r4、r5和r6獨立地為C廣Cn烷基、C廣C2，環烷基、C廣C2i烯基或被C7C^烷基取代的苯基；RS為具有孤電子對氮原子的有機胺類化合物。3、根據權利要求2所述的雙親偶聯劑，其特徵在於113為十八伯胺、鄰苯二胺、硬脂酸醯胺、油酸醯胺或芥酸醯胺。4、根據權利要求2所述的雙親偶聯劑，其特徵在於R"為異庚基、c7c21環烷基、乙烯基、8-十七烯基或12-二十一烯基；R"為十二烷基苯基；R"為異辛基。5、根據權利要求1所述的雙親偶聯劑，其特徵在於所述脂肪酸為月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸和芥酸中的一種或多種。6、根據權利要求1所述的雙親偶聯劑，其特徵在於所述表面活性劑為單硬脂酸甘油酯、聚甘油單硬脂酸酯、山梨醇酐單脂肪酸酯、山梨醇酐單月桂酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐單硬脂酸酯和聚氧乙烯山梨醇酐單油酸酯中的一種或多種。7、權利要求1所述的雙親偶聯劑的製備方法，其特徵在於包括以下步驟在佔雙親偶聯劑計劃產量質量百分比21~25%的惰性有機溶劑中，加入三烷氧基鋁，攪拌並加熱使之完全溶解，加入具有孤電子對氮原子的有機胺類化合物，再加入與三烷氧基鋁摩爾比為3:1的脂肪酸，在溫度為125130。C攪拌反應0.51.5小時，同時減壓蒸餾除去低沸點副產物，即得佔雙親偶聯劑計劃產量質量百分比2530%的鋁酸酯偶聯劑；向所得鋁酸酯偶聯劑中加入佔雙親偶聯劑計劃產量質量百分比3438%的脂肪酸，攪拌使之完全溶解，再加入佔雙親偶聯劑計劃產量質量百分比9~14%的表面活性劑，在溫度為115120。C攪拌反應1小時，冷卻至室溫，即4f雙親偶4關劑。8、根據權利要求7所述的雙親偶聯劑的製備方法，其特徵在於所述惰性有機溶劑選自液體石蠟、溶劑油、二曱苯和環己烷中的一種或多種。9、根據權利要求7所述的雙親偶聯劑的製備方法，其特徵在於所述三烷氧基鋁為三異丙氧基鋁；所述具有孤電子對氮原子的有機胺類化合物為十八伯胺、鄰苯二胺、硬脂酸醯胺、油酸醯胺或芥酸醯胺；所述脂肪酸選自月桂酸、肉豆蔻酸、椋櫚酸、^J旨酸和芥酸中的一種或多種。10、根據權利要求7所述的雙親偶聯劑的製備方法，其特徵在於所述表面活性劑為單硬脂酸甘油酯、聚甘油單硬脂酸酯、山梨醇肝單脂肪酸酯、山梨醇酐單月桂酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐單硬脂酸酯和聚氧乙烯山梨醇肝單油酸酯中的一種或多種。全文摘要本發明公開了一種雙親偶聯劑及其製備方法，該雙親偶聯劑按質量百分比計含有以下組分鋁酸酯偶聯劑25～30％、脂肪酸34～38％和表面活性劑9～14％；具有可直接改性高含水量或高羥基含量粉體的特點，無需在改性前對粉體進行苛刻的烘乾處理，可簡化粉體改性的生產工藝，縮短工藝流程，節約投資，節省人力和能耗，降低生產成本，減少環境汙染，適用於無機粉體(如重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣、滑石粉、矽灰石、重晶石和高嶺土等)和有機粉體(如木粉和澱粉等)的幹法或溼法改性；其製備方法簡單，適合工業化大規模生產。文檔編號C08K5/20GK101671448SQ200910190899公開日2010年3月17日申請日期2009年9月18日優先權日2009年9月18日發明者何豔瓊,張家斌申請人:重慶市嘉世泰化工有限公司