一種顏料的表面改性及易分散顏料的製備方法
2023-05-24 19:37:56
專利名稱：一種顏料的表面改性及易分散顏料的製備方法
技術領域：
本發明屬顏料製備領域，特別是涉及一種顏料的表面改性及易分散顏料的製備方法。
背景技術：
顏料以不溶性微細粒子應用在塗料、印墨、塑料、橡膠及纖維等介質中，而大多數顏料為納米到微米級的顆粒，表面能很大，因此它們很難均勻的分散在樹脂或溶劑中。為了在顏料的表面引入極性基團，傳統的做法是用溼處理方法對顏料進行表面改性。但這種方法過程複雜，會產生一定量的汙染物，對環境的影響較大。而等離子體處理是幹法處理，節能節水，不會對環境造成汙染。
等離子體的產生有兩種方式給物質施加顯著的高溫或通過加速電子、加速離子等給物質施加能量，中性的物質就會離解成電子、離子和自由基。不斷的從外部施加能量，物質被離解成陰、陽荷電離子的狀態稱為等離子體，它是電荷呈中性的氣體。通過施加高溫獲得等離子體的方式稱為高溫等離子體，其他通過非高溫的形式獲得等離子體的方式稱為低溫等離子體。
等離子體中包括電子、離子、基態原子或分子、激化分子或原子以及自由基等多種粒子，因此它是一種具有化學反應性的特殊的氣體。處於等離子體狀態的氣體可以跟顏料表面發生化學反應，在顏料的表面引入羧基、羥基、羰基、酯基等極性基團，從而使顏料在樹脂和溶劑中容易分散。
美國專利4,478,643公開了一種以低溫等離子體處理顏料製備顏料添加劑的方法，通過將等離子體處理的顏料作為添加劑添加到含極性樹脂或溶劑的顏料分散體系中，可以有效提高顏料的分散性。
T.Takada等[「surface modification and characterization of carbon black with oxygenplasma」，Carbon Vol.34，No.9，pp 1087-1091，1996]通過氧等離子體處理炭黑，XPS分析發現在炭黑的表面引入了羰基、羧基和酯基等極性基團。
高月英等[「等離子體改性對酞菁銅在水中分散穩定性的影響」，應用化學，2000，17，615-619]通過丙烯酸甲酯等離子體改性改變了酞菁銅顏料的表面性質，增加了酞菁銅在水中的分散穩定性。但該文章中丙烯酸甲酯是在等離子放電後加入，並且對等離子體處理後的酞菁銅顏料進一步的處理採用的是2，2，2-三氟乙酸酐和2，2，2-三氟乙醇。
李勇[「等離子體炭黑接枝聚合的研究」，塗料工業，2000，6，3-5]通過等離子體處理炭黑引發乙烯基單體進行接枝聚合反應，增加了炭黑在溶劑中的分散穩定性。
但上述的研究並未處理後的顏料在溶劑或樹脂中的分散性進行研究，也未與氨或有機胺混合使用以進一步提高顏料分散性。
發明內容
本發明的目的是提供一種顏料的表面改性方法，通過引入羧基、羰基等基團的顏料呈弱酸性，可以較好的分散在應用體系的樹脂或溶劑中，如該顏料再跟弱鹼性的胺在水中混合，兩者以鹽鍵連接，致使顏料的分散穩定性進一步提高。
本發明的一種顏料的表面改性及易分散顏料的製備方法，包括下列步驟(1)將顏料乾粉放入等離子真空室，抽真空後通入氣體，重複抽真空通氣至所需反應壓力；(2)顏料進行低溫等離子輝光放電或電暈放電處理；(3)將處理後的顏料分散在極性的樹脂或溶劑中；(4)或進一步往顏料色漿中添加少量氨或有機胺作為分散穩定助劑。
所述的顏料是有機顏料或無機顏料，無機顏料是炭黑，有機顏料是選自含金屬或不含金屬酞菁類顏料，偶氮顏料是2-萘酚類顏料、色酚AS類顏料、偶氮縮合顏料或苯並咪唑酮雜環偶氮顏料；雜環及稠環酮類顏料是喹吖啶酮類系列顏料、二噁嗪類顏料、1，4-二酮吡咯並吡咯系列顏料；稠環蒽醌酮類顏料、苝系或芘系顏料、氯代異吲哚啉酮、異吲哚啉類顏料、喹酞酮類顏料或吡唑並喹唑啉酮類顏料；所述的氣體是反應性和/或非反應性氣體，選自氨氣、二氧化碳、空氣、氧氣、氫氣、氮氣和氬氣等氣體的一種或幾種的混合氣體；所述的產生等離子體的電源是高頻、微波、交流或直流電源；所述的等離子體放電是指氣壓在10～100Pa，等離子體放電的功率是1～1000W，等離子體放電的時間1～3600秒；所述的樹脂選自酚醛樹脂、氨基樹脂、異氰酸樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、醇酸樹脂、氯醋樹脂、氯偏樹脂、環氧樹脂、乙烯基樹脂或聚醯胺樹脂。
所述的溶劑是水或有機溶劑，有機溶劑是選自含有羥基、羧基、酯基、酮基基團的溶劑；所述的氨分散穩定助劑是氨(NH3)或其水溶液；所述的有機胺分散穩定助劑是指同時含有至少一個羥基和至少一個有機胺結構的有機醇胺化合物，優選乙醇胺，二乙醇胺或三乙醇胺，2-胺基-2-甲基-1-丙醇或N-丙胺基-甲基-乙醇胺等；或聚醚胺(CH3[OCH2CH2]x-[OCH2CH(CH3)]yNH2，其中x為0～10000，y為0～10000)。
本發明的有益效果(1)顏料經低溫等離子體處理後，在極性的樹脂或溶劑中具有良好的分散性；(2)往該顏料的分散體系中添加少量氨或有機胺，可進一步提高其在分散體系中的分散穩定性。
具體實施例方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
實施例11g炭黑在培養皿中鋪開形成薄層，放入真空室中，將真空室密閉，抽真空至10Pa左右，用氧氣洗氣2次後，抽真空至20Pa，在30W功率下放電1分鐘，取出樣品。樣品中加入蒸餾水100mL，分別進行以下操作(1)在1800r/min條件下打漿30min，或(2)加入4g聚醚胺，在1800r/min的條件下打漿30min，之後，在2500r/min條件下離心30min，取上清液在分光光度計上測透過率，使用以下公式表示顏料的分散性分散性％＝1-透過率％其分散穩定性見下表1。
稱取1g未經等離子體處理的炭黑，按上述方法做對比實驗，其分散穩定性見下表1。
表1 炭黑的分散性
實施例21g喹吖啶酮PR122在培養皿中鋪開形成薄層，放入真空室中，將真空室密封，抽真空至10Pa左右，用氧氣洗氣2次後，抽真空至40Pa，在100W功率下放電20分鐘，取出樣品。樣品中加入蒸餾水100mL，分別進行以下操作(1)在1800r/min條件下打漿30min，或(2)加入4g聚醚胺，在1800r/min的條件下打漿30min，之後，在2500r/min條件下離心30min，取上清液在分光光度計上測透過率，使用以下公式表示顏料的分散性分散性％＝1-透過率％其分散穩定性見下表2。
稱取1g未經等離子體處理的喹吖啶酮PR122，按上述方法做對比實驗，其分散穩定性見下表2。
表2 喹吖啶酮PR122的分散性
實施例31g顏料黃PY83在培養皿中鋪開形成薄層，放入真空室中，將真空室密封，抽真空至10Pa左右，用氧氣洗氣2次後，抽真空至50Pa，在150W功率下放電10分鐘，取出樣品。樣品中加入蒸餾水100ml，分別進行以下操作(1)在1800r/min條件下打漿30min，或(2)加入5g二乙醇胺，在1800r/min的條件下打漿30min，之後，在2500r/min條件下離心30min，取上清液在分光光度計上測透過率，使用以下公式表示顏料的分散性分散性％＝1-透過率％其分散穩定性見下表3。
稱取1g未經等離子體處理的顏料黃PY83，按上述方法做對比實驗，其分散穩定性見下表3表3 顏料黃PY83的分散性
實施例41g顏料藍PB15:1在培養皿中鋪開形成薄層，放入真空室中，將真空室密封，抽真空至10Pa左右，用氧氣洗氣2次後，抽真空至40Pa，在100W功率下放電20分鐘，取出樣品。樣品中加入蒸餾水100ml，分別進行以下操作(1)在1800r/min條件下打漿30min，或(2)加入3.8g乙醇胺，在1800r/min的條件下打漿30min，之後，在2500r/min條件下離心30min，取上清液在分光光度計上測透過率，使用以下公式表示顏料的分散性分散性％＝1-透過率％其分散穩定性見下表4。
稱取1g未經等離子體處理的顏料藍PB15:1，按上述方法做對比實驗，其分散穩定性見下表4。
表4 顏料藍PB15:1的分散性
實施例50.1g炭黑在培養皿中鋪開形成薄層，放入真空室中，將真空室密封，抽真空至10Pa左右，用氧氣洗氣2次後，抽真空至40Pa，在100W功率下放電10分鐘，取出樣品。樣品中加入乙二醇丁醚醋酸酯40g，分別進行以下操作(1)劇烈振蕩5min，或
(2)加入2g聚醚胺，劇烈攪拌1小時，之後，靜置5小時，在液面下1cm處取1ml，稀釋4倍後，在分光光度計上測透過率，使用以下公式表示顏料的分散性分散性％＝1-透過率％其分散穩定性見下表5。
稱取0.1g未經等離子體處理的炭黑，按上述方法做對比實驗，其分散穩定性見下表5。
表5 炭黑的分散性
權利要求
1.一種顏料的表面改性及易分散顏料的製備方法，包括下列步驟(1)將顏料乾粉放入等離子真空室，抽真空後通入氣體，重複抽真空通氣至所需反應壓力；(2)顏料進行低溫等離子輝光放電或電暈放電處理；(3)將處理後的顏料分散在極性的樹脂或溶劑中；(4)或進一步往顏料色漿中添加少量氨或有機胺作為分散穩定助劑。
2.根據權利要求1所述的一種顏料的表面改性及易分散顏料的製備方法，其特徵在於所述的顏料是有機顏料或無機顏料，無機顏料是炭黑，有機顏料選自含金屬或不含金屬酞菁類顏料，偶氮顏料是2-萘酚類顏料、色酚AS類顏料、偶氮縮合顏料或苯並咪唑酮雜環偶氮顏料；雜環及稠環酮類顏料是喹吖啶酮類系列顏料、二噁嗪類顏料、1，4-二酮吡咯並吡咯系列顏料；稠環蒽醌酮類顏料、苝系或芘系顏料、氯代異吲哚啉酮、異吲哚啉類顏料、喹酞酮類顏料或吡唑並喹唑啉酮類顏料。
3.根據權利要求1所述的一種顏料的表面改性及易分散顏料的製備方法，其特徵在於所述的氣體是反應性和/或非反應性氣體，選自氨氣、二氧化碳、空氣、氧氣、氫氣、氮氣和氬氣等氣體的一種或幾種的混合氣體。
4.根據權利要求1所述的一種顏料的表面改性及易分散顏料的製備方法，其特徵在於所述的產生等離子體的電源是高頻、微波、交流或直流電源。
5.根據權利要求1所述的一種顏料的表面改性及易分散顏料的製備方法，其特徵在於所述的等離子體放電是指氣壓在10~100Pa，等離子體放電的功率是1~1000W，等離子體放電的時間1~3600秒。
6.根據權利要求1所述的一種顏料的表面改性及易分散顏料的製備方法，其特徵在於所述的樹脂選自酚醛樹脂、氨基樹脂、異氰酸樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、醇酸樹脂、氯醋樹脂、氯偏樹脂、環氧樹脂、乙烯基樹脂或聚醯胺樹脂中的一種。
7.根據權利要求1所述的一種顏料的表面改性及易分散顏料的製備方法，其特徵在於所述的溶劑是水或有機溶劑，有機溶劑選自含有羥基、羧基、酯基、酮基、醚基基團的溶劑。
8.根據權利要求1所述的一種顏料的表面改性及易分散顏料的製備方法，其特徵在於所述的氨分散穩定助劑是氨(NH3)或其水溶液。
9.根據權利要求1所述的一種顏料的表面改性及易分散顏料的製備方法，其特徵在於所述的有機胺分散穩定助劑是有機醇胺類化合物或聚醚胺。
10.根據權利要求9所述的一種顏料的表面改性及易分散顏料的製備方法，其特徵在於所述的有機醇胺類化合物是指同時含有至少一個羥基和至少一個有機胺結構的有機化合物，其中胺基結構包括伯胺基、仲胺基、叔胺基及季胺基，典型的有機醇胺化合物如乙醇胺，二乙醇胺或三乙醇胺，2-胺基-2-甲基-1-丙醇、N-丙胺基-甲基-乙醇胺等。
11.根據權利要求9所述的一種顏料的表面改性及易分散顏料的製備方法，其特徵在於所述的聚醚胺的結構通式為CH3[OCH2CH2]x-[OCH2CH(CH3)]yNH2，其中x為0～10000，y為0～10000。
全文摘要
本發明涉及一種顏料的表面改性及易分散顏料的製備方法，步驟包括(1)將顏料乾粉放入等離子真空室，抽真空後通入氣體，重複抽真空通氣至所需反應壓力；(2)顏料進行低溫等離子輝光放電或電暈放電處理；(3)將處理後的顏料分散在極性的樹脂或溶劑中；(4)或進一步往顏料色漿中添加少量氨或有機胺作為分散穩定助劑。該方法使顏料在極性的樹脂或溶劑中具有良好的分散性，而且添加氨或有機胺會進一步提高其在分散體系中的分散穩定性。
文檔編號C09D17/00GK101074329SQ20071004282
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月27日 優先權日2007年6月27日
發明者曹淑華, 董志軍, 戴瑾瑾 申請人:東華大學