用SMA树脂或SMA酰亚胺树脂进行碳黑分散

关键词：SMA树脂相容剂、苯乙烯-马来酸酐SMA、美国沙多玛、万能相容剂SMA、PC/ABS相容剂SMA、SMA100

 

介绍

SMA树脂是一种低分子量的苯乙烯/马来酸酐共聚物及其衍生物。这类树脂可在多种水性分散和乳化体系中作为高效的高分子类表面活性剂使用。比如，SMA树脂被广泛用于作为颜料的分散树脂，此处它提供高分散稳定性和高颜料/分散树脂比例等优点。作为此用途时，SMA树脂通常都在碱性的环境下被水解成羧酸盐水溶液。为加强SMA在水性配方中的应用，沙多玛除了提供固体的SMA树脂以外，还提供SMA的铵盐(H 级)或钠盐(HNa 级)水溶液。这些水解后的SMA溶液具有阴离子型的羧酸盐官能团，同时其主要应用于pH>7 的水溶液环境中。为了扩大 SMA树脂的应用，沙多玛还提供SMA酰亚胺系列树脂。SMA酰亚胺树脂是含有叔胺官能团的低分子量苯乙烯/马来酸酐共聚物。现已有四种型号的该类产品：SMA1000I，SMA2000I，SMA3000I 和SMA4000I，它们的苯乙烯/马来酸酐比例分别从1/1 到4/1。SMA酰亚胺树脂可在酸性水溶液中溶解。这种溶解是叔胺基团的质子化的结果，从而形成了可溶于水的三烃基铵盐基团。因此，水溶性的SMA酰亚胺树脂溶液具有阳离子、铵盐官能团，而且它们的典型用途是在pH<7 的水溶液体系进行的。本资料描述 SMA树脂和SMA酰亚胺树脂在阴离子和阳离子条件下用来分散碳黑颜料的能力。结果表明，和几种其他的常用材料相比，SMA材料是一个高效的分散助剂。

测试方法和材料

SMA和SMA酰亚胺溶液的相应分散能力是用搅拌器流动性测试来进行的。本工作的目的是评价不同SMA树脂的性能以及将SMA树脂和标准的分散助剂进行对比。

分散助剂需求量(DAR)测试

一个标准的分散测定程序按以下步骤进行：将水加入到1 升的Waring 搅拌杯中添加大约一半的分散助剂并调整pH 值在低速搅拌的情况下加入碳黑加入剩下的分散助剂并高速搅拌测定完成终点的评判标准是在高速搅拌的情况下保持五分钟不间断的流动性。相对于碳黑的百分比而对分散助剂需求量值的计算是按照以下公式进行的：DAR(%)分散助剂固体/碳黑´100在整个过程中必须避免过热，因为这将导致较低的分散助剂需求量。因此，搅拌杯被冷却以避免带来这种变数。碳黑* 表面积 m2/g DBPA cm3/100gM。碳黑使用了几种具有不同的粒径、表面积和表面化学的碳黑。正如所预料的一样，具有越高表面积的碳黑需要越多的分散助剂，同时具有更高的DAR。另一个重要的指标是邻苯二甲酸二丁酯吸收值(DBPA)。这是一个碳黑结构的标志值，该值越高意味着碳黑越难分散。例如，Monarch 490 比Monarch 430 或Mogul L 都更难分散。“Monarch”和“Black Pearl”是指碳黑的物理形态。“Monarch”级的是细粉末，而“BlackPearl”则是球状的。对两种碳黑都进行了测试，并没有看到球状和粉末状碳黑在DAR值方面有任何不同。对 Monarch 280, 430, 490 和Mogul L使用30%碳黑加载量进行了研究。对Monarch1300 采用了15%的加载量进行了测试。对阴离子型的SMA树脂，配方的pH 值保持在9，对SMA酰亚胺树脂则保持在4.5。

I) 用于阴离子型碳黑分散的SMAÒ树脂A) 各种 SMA树脂钠盐体系的比较

对于所使用的两种碳黑，DAR 值顺序为：SMA1000 < SMA17352 < SMA1440。两种碳黑的DAR值00.511.522.533.544.55SMA 1000HNa SMA 1440HNa SMA 17352HNaDAR (%)Monarch/BlackPearls 430Monarch/BlackPearls 490B) SMA

铵盐和钠盐体系的比较分散树脂 DAR(%)钠盐(HNa) 铵盐(H)碳黑级别

由于在计算 DAR 值时包含了钠的重量，故SMA1000 的钠盐溶液显然具有更好的效果。对于SMA酯化树脂，这种差别要更小一些。结论如下：用SMA树脂或SMA酰亚胺树脂进行碳黑分散SMA的钠盐溶液比铵盐溶液具有更好的分散能力。SMA1000 树脂比SMA酯化树脂具有更好的性能表现。

C) SMAÒ1000HNa 和一种参考树脂的比较

对 于 此 处 所 使 用 的 碳 黑 级 别 而 言 ，SMA1000HNa 的分散助剂需求量比参考树脂低或相同。

分散助剂需求量

(DAR)00.511.522.533.54Monarch 280 Monarch 430 Mogul LDAR (%)SMA1000HNa参考树脂最大颜料容量针对两种碳黑，采用了固定分散助剂浓度并使用相同的不间断终点粘度的方法来对碳黑的最大载量进行了测定。碳黑：Monarch 280，分散助剂载量：2%SMAÒ1000HNa 41%参考树脂 37%碳黑：Monarch 430，分散助剂载量：2.8%SMAÒ1000HNa 37%参考树脂 35%在这个测试中，SMA1000HNa 表现出在较高颜料载量情况下对碳黑杰出的分散能力。

相对于时间的粘度稳定性

试验中准备了两份均含有 30% Monarch 430的分散体系， 其中分别含有2.5% 的SMA1000HNa 和2.6%的参考树脂。采用Brookfield 粘度计分别在1 天、7 天和21 天后对它们进行粘度测定。由 SMA1000HNa 而制作的分散体系具有较高的粘度，也就是说SMA1000HNa 具有更好的粘度稳定性。

分散助剂时间

SMA1000HNa 参考树脂1 天1100 mPa.s 50 mPa.s7 天1100 mPa.s 7300 mPa.s21 天1100 mPa.s 9000 mPa.sII) 使用SMAÒ酰亚胺树脂对阳离子碳黑体系进行分散SMA酰亚胺树脂提供了一种在阳离子性能和憎水性之间的特有结合。它们因此对阳离用SMA树脂或SMA酰亚胺树脂进行碳黑分散Sartomer Co. Inc. 美国沙多玛公司第 4 页子配方体系带来良好的抗水性。从下表中我们可以看到，SMA1000I 和SMA2000I 对于碳黑是有效的分散助剂。越高的苯乙烯含量(1000<2000<3000)导致越高的分散助剂需求量。

采用 Monarch 490 时作的对比

分散助剂 SMA1000IH SMA2000IH SMA3000IHDAR(%) 3.8 4.0 5.2

其他碳黑

DAR (%)碳黑 SMA1000IH SMA2000IHMonarch 430 2.85 2.95Mogul L 4.9 5.6Monarch 1300* 11.3 13.7*对该碳黑采用SMA1000HNa 时的DAR 值是11.2%因此这使得我们可能在合理的分散助剂用量的情况下，对一系列的碳黑获得良好的阳离子分散体系。

结论

SMA1000 对碳黑是一种非常有效的分散助剂。这种树脂可以被用来生产具有高颜料载量和低粘度的碳黑分散体系。SMA基础树脂比酯化树脂更有效。钠盐溶液比铵盐溶液更有效。SMA酰亚胺树脂也表现良好。这可能为制作新系列的阳离子型憎水碳黑体系打开了一道新的门。

 

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