专利名称：环保型表面高分子改性水性着色剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种环保型表面高分子改性水性着色剂及其制备方法，属于化工领 域。
背景技术：
在塑料、皮革、橡胶、涂料等高分子材料加工业中，着色是关系高分子材料产品质 量和商品价格的主要因素之一。着色能使制品充分体现时尚、流行，刺激消费者的购买欲 望；也可用作鉴别信号，区分电讯和电气工程线路，标志产品品种、等级及批号等。因此，高 分子材料的着色越来越受到高分子材料制品生成厂商的重视。着色剂主要有颜料和染料两 种。美国出版的《Pigment Handbook)) (1987年版)将颜料定义为不被分散介质所溶解， 基本上也不与这种介质发生物理和化学反应的，其粒径变化范围可从非常细的胶体粒子到 比较粗大的粒子的粒状物质，包括有机物和无机物两类。染料则是可溶解于树脂中的着色 剂，它们是有机化合物，但是毒性较大。无机颜料是工业中应用量最大、应用面最广的颜料， 尽管与有机颜料相比在分散性、透明度和着色力尚有欠缺，但是大多数产品的价格低廉，产 品具有较高的耐光性、耐热性和耐候性。
由于环保法规和工业卫生条例的日趋强化，环保无机颜料如环保型钛白及环保型 氧化铁颜料将得到普遍的开发与广泛应用，尤其是在与人体直接接触的食品、包装、玩具、 家具、服装等领域，而非环保型无机颜料将逐步淡出历史舞台。二氧化钛是目前用量最大的 无机颜料着色剂。纳米级超细二氧化钛不仅起到着色作用还可以起到杀菌作用。氧化铁颜 料的产销量仅次于钛白粉与碳黑，是第三个量大面大的无机颜料，属第一大彩色无机颜料。 氧化铁颜料颜色多，色谱较广，遮盖力较高，主色有红、黄、黑三种，通过调配还可以得到橙、 棕、绿等系列色谱的复合颜料。氧化铁颜料有较好的耐光、耐候、耐碱及耐溶剂性，还具有无 毒性等特点。环保型二氧化钛和氧化铁无机颜料都通过REACH、RoHS, FDA及UL认证。
由于无机颜料是不溶于水和绝大多数有机溶剂染色基质的有色固体粉末，它是以 高度分散的状态加入基质而使基质着色。因此，大多高分子材料着色使用的无机颜料通常 都要经过预处理制成色粉或色浆(色粉或色浆通常由颜料、助剂、分散剂组成)，并且保持良 好的分散性。由于表面能的作用，颜料微细粒子(0.2 2. 5 m)之间产生吸引力，使得颗粒聚 集成团(>30 m)。如果无机颜料不能在高分子基体中良好分散，不仅会造成制品的透明度下 降，而且大尺寸团聚体起应力集中的作用，使高分子材料强度降低。尤其是未分散的颜料结 块处于塑料注塑零件薄壁或高应力区时，就可能使零件断裂。而且颜料的着色力与颜料在 材料基体中的分散度也有关联。二氧化钛和氧化铁无机颜料的分散性较差，一般采用有机 处理剂对其表面进行一定处理，有机处理剂一般选用三乙醇胺、山梨糖醇、甘露糖醇、聚乙 二醇、聚丙二醇、烷基氯硅烷、酯类化合物、脂肪酸类化合物等。这些小分子处理剂与其他的 分散剂如低分子聚乙烯、EVA蜡、白油等，只能部分改善二氧化钛和氧化铁颜料在高分子基 体中的分散，分散效果和着色力与有机颜料和染料差距很大，增大分散剂的使用量还会导 致产品力学性能下降。
以上二氧化钛和氧化铁颜料在使用中的问题，严重制约其在高价值产品中的应 用，如家电、通讯产品和电子娱乐产品，高档环保玩具，高档家具建材等等。而在高端产品中 使用高档有机颜料和有机/无机复合颜料，不仅价格昂贵，而且颜料的耐热、耐候和环保性 都有很大限制。因此开发基于二氧化钛和氧化铁无机颜料的高分散性着色剂，对于提高产 品价值、减少有毒物质使用是着色剂行业的必然趋势。而本专利，就是在全社会倡导环境保 护的大形势下，针对目前我国无机颜料着色剂产品缺陷，所研发的一项创新性着色剂。
二氧化钛和氧化铁无机颜料均不溶于水和所有的有机溶剂。为了提高颜料，尤其 是超细透明颜料的分散性，绝大多数都要进行表面处理，以提高分散性、遮盖力、消色力、耐 久性等性能。与传统的无机表面处理(铝、硅、钛、锆等金属的氧化物或水合氧化物)相比，国 外公司广泛采用有机表面处理工艺，有机处理剂有多元醇、三乙醇胺、二异丙醇胺、酯化苯 乙烯顺丁烯二酸酐共聚物、聚甲基硅氧烷等。例如，根据早先的统计，Kronos在观个具有 颜料性能的二氧化钛中，有10个进行了有机处理，占36%。DuPont公司的二氧化钛经表面 处理，在塑料基体中最多可添加到25 wt%0国外的所谓节能型钛白，就是通过有机表面处 理，而大大缩短了研磨分散时间。以Bayer公司和杭州华源为代表生产的氧化铁颜料，在使 用中，也必须采用与处理二氧化钛颜料类似的有机表面处理工艺。
目前通过在二氧化钛和氧化铁无机颜料表面接枝聚合物以改进其分散性的表面 处理工艺在国内处于空白。国际上仅有Milliken公司在有机颜料上采用表面接枝聚合物 工艺来提高颜料的分散性，市场上仅有其ViviTint产品。由于其采用DMF有机溶剂和有机 颜料，生物毒性大，而且价格高昂。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种配方设计合理、毒性小、造价低、分散性 高、质量稳定、提高了无机颜料着色剂的透明度和色彩鲜艳程度的环保型表面高分子改性 水性着色剂。
本发明所要解决的另一技术问题是提供一种上述环保型表面高分子改性水性着 色剂的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是该环保型表面高分子改性水性着 色剂，其原料组成为水21-38重量份；二氧化钛和/或氧化铁55-65重量份；硅烷偶联剂0. 5-1. 5重量 份；紫外光引发剂1-2重量份；分散剂0. 5-1. 5重量份；乳化剂1-2重量份；铵盐助剂 0. 1-0. 3重量份；二乙二醇4-6重量份。硅烷偶联剂主要起到表面接枝二氧化钛和/或氧 化铁；紫外光引发剂主要起光引发作用，将多官能团丙烯酸单体接枝到二氧化钛和/或氧 化铁分子上。分散剂主要起到分散接枝改性过的二氧化钛和/或氧化铁；乳化剂主要起润 湿接枝改性过的二氧化钛和/或氧化铁，赋予色浆优越的机械和化学稳定性、成膜性及耐 水性。铵盐助剂主要起到调节整个体系的酸碱度的作用，二乙二醇主要起到调节流动性、保 湿等作用。
作为优选，本发明所述的原料组成中还包括甲基异噻唑啉酮0. 05 0. 25重量 份、消泡剂0 0. 5重量份、防霉剂0 0. 5重量份。
作为优选，本发明所述的硅烷偶联剂为丙基三甲氧基硅烷。
作为优选，本发明所述的紫外光引发剂为羟基甲基苯基丙烷酮。
作为优选，本发明所述的乳化剂为阴离子烷基聚氧乙烯醚硫酸钠。
作为优选，本发明所述的分散剂为聚羧酸钠盐。
作为优选，本发明所述的铵盐助剂低分子量有机胺化合物。
作为优选，本发明所述的二氧化钛和/或氧化铁为超细粒径的二氧化钛和/或氧 化铁，细度为0.01 0. 05 Mm。
作为优选，本发明所述的防霉剂为多菌灵或正辛基异噻唑啉酮，所述的消泡剂为 有机硅类消泡剂。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案还是环保型表面高分子改性水性着 色剂的制备方法，其整个工艺过程中温度控制在50° C以下，其工艺步骤依次为a、将所有的原料加入混料罐内，搅拌0.8—lh，搅拌速度为800—1200转/分钟，得到 预分散好的浆料，搅拌的同时，用超声波传感器进行超声波分散；b、将搅拌好的浆料，用砂磨机进行砂磨，砂磨速度为30(T400L/h，颗粒细度达到20um 以下，得到半成品着色剂；c、将半成品着色剂通过紫外光进行引发，得到环保型表面高分子改性水性着色剂。
本发明同已有的技术相比，具有以下优点和特点本发明大幅度提高了二氧化钛 和/或氧化铁无机颜料在水溶液和树脂基体中的分散性。本专利的发明极大的提高了二氧 化钛和/或氧化铁无机颜料的着色力，耐色迁移性能；同时提高二氧化钛和/或氧化铁无机 颜料颗粒与树脂间作用力，改善最终产品的力学性能。本产品得到了消费者的广泛认可，该 环保水性高分散着色剂应用性能优良，具有广泛市场前景。本发明的配方更加合理，组分配 合更加先进，产品性能更优良、稳定；工艺方法更先进。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而 本发明并不局限于以下实施例。
实施例1 将31. 7重量份的水、0. 1重量份胺盐助剂、0. 8重量份硅烷偶联剂；1重量份紫外光 引发剂；60重量份的二氧化钛，4重量份的二乙二醇和1重量份分散剂；1重量份乳化剂； 0. Ikg的甲基异噻唑啉酮、0. 2kg的有机硅类消泡剂、0. Ikg的多菌灵；加入到带有超声波传 感器的混料罐内，搅拌0. 8---lh，搅拌速度为800—1200转/分钟，得到预分散好的浆料； 将搅拌好的浆料，用砂磨机进行砂磨，砂磨速度为30(T400L/h，颗粒细度达到20um以 下，得到环保型水性着色剂。
将水性着色剂通过紫外光引发，得到紫外光引发的接枝改性聚合的环保水性高分 散白浆着色剂，颗粒细度达到8um以下。
将24. 3重量份的水、0. 1重量份胺盐助剂、1重量份硅烷偶联剂；1. 2重量份紫外 光引发剂；65重量份的二氧化钛，5重量份的二乙二醇和1. 5重量份分散剂；1. 5重量份乳 化剂；0. Ikg的甲基异噻唑啉酮、0. 2kg的有机硅类消泡剂、0. Ikg的多菌灵；加入到带有超 声波传感器的混料罐内，搅拌0. 8—lh，搅拌速度为800—1200转/分钟，得到预分散好的 浆料；将搅拌好的浆料，用砂磨机进行砂磨，砂磨速度为30(T400L/h，颗粒细度达到20um以 下，得到环保型水性着色剂。
将水性着色剂通过紫外光引发，得到紫外光引发的接枝改性聚合的环保水性高分 散白浆着色剂，颗粒细度达到8um以下。
实施例3 将36. 2重量份的水、0. 1重量份胺盐助剂、0. 8重量份硅烷偶联剂；1重量份紫外光引 发剂力5重量份的二氧化钛，4重量份的二乙二醇和1重量份分散剂；1. 5重量份乳化剂； 0. Ikg的甲基异噻唑啉酮、0. 2kg的有机硅类消泡剂、0. Ikg的多菌灵；加入到带有超声波传 感器的混料罐内，搅拌0. 8---lh，搅拌速度为800—1200转/分钟，得到预分散好的浆料； 将搅拌好的浆料，用砂磨机进行砂磨，砂磨速度为30(T400L/h，颗粒细度达到20um以 下，得到环保型水性着色剂。
将水性着色剂通过紫外光引发，得到紫外光引发的接枝改性聚合的环保水性高分 散白浆着色剂，颗粒细度达到8um以下。
实施例4 将31. 7重量份的水、0. 1重量份胺盐助剂、0. 8重量份硅烷偶联剂；1重量份紫外光 引发剂；60重量份的氧化铁红，4重量份的二乙二醇和1重量份分散剂；1重量份乳化剂； 0. Ikg的甲基异噻唑啉酮、0. 2kg的有机硅类消泡剂、0. Ikg的多菌灵；加入到带有超声波传 感器的混料罐内，搅拌0. 8---lh，搅拌速度为800—1200转/分钟，得到预分散好的浆料； 将搅拌好的浆料，用砂磨机进行砂磨，砂磨速度为30(T400L/h，颗粒细度达到20um以 下，得到环保型水性着色剂。
将水性着色剂通过紫外光引发，得到紫外光引发的接枝改性聚合的环保水性高分 散氧化铁红着色剂，颗粒细度达到8um以下。
实施例5 将24. 3重量份的水、0. 1重量份胺盐助剂、1重量份硅烷偶联剂；1. 2重量份紫外光引 发剂；65重量份的氧化铁红，5重量份的二乙二醇和1. 5重量份分散剂；1. 5重量份乳化剂； 0. Ikg的甲基异噻唑啉酮、0. 2kg的有机硅类消泡剂、0. Ikg的多菌灵；加入到带有超声波传 感器的混料罐内，搅拌0. 8---lh，搅拌速度为800—1200转/分钟，得到预分散好的浆料； 将搅拌好的浆料，用砂磨机进行砂磨，砂磨速度为30(T400L/h，颗粒细度达到20um以 下，得到环保型水性着色剂。
将水性着色剂通过紫外光引发，得到紫外光引发的接枝改性聚合的环保水性高分 散氧化铁红着色剂，颗粒细度达到8um以下。
实施例6 将36. 2重量份的水、0. 1重量份胺盐助剂、0. 8重量份硅烷偶联剂；1重量份紫外光引 发剂力5重量份的氧化铁红，4重量份的二乙二醇和1重量份分散剂；1. 5重量份乳化剂； 0. Ikg的甲基异噻唑啉酮、0. 2kg的有机硅类消泡剂、0. Ikg的多菌灵；加入到带有超声波传 感器的混料罐内，搅拌0. 8---lh，搅拌速度为800—1200转/分钟，得到预分散好的浆料； 将搅拌好的浆料，用砂磨机进行砂磨，砂磨速度为30(T400L/h，颗粒细度达到20um以 下，得到环保型水性着色剂。
将水性着色剂通过紫外光引发，得到紫外光引发的接枝改性聚合的环保水性高分散氧化铁红着色剂，颗粒细度达到8um以下。
实施例7 将31. 7重量份的水、0. 1重量份胺盐助剂、0. 8重量份硅烷偶联剂；1重量份紫外光 引发剂；60重量份的氧化铁黄，4重量份的二乙二醇和1重量份分散剂；1重量份乳化剂； 0. Ikg的甲基异噻唑啉酮、0. 2kg的有机硅类消泡剂、0. Ikg的多菌灵；加入到带有超声波传 感器的混料罐内，搅拌0. 8---lh，搅拌速度为800—1200转/分钟，得到预分散好的浆料； 将搅拌好的浆料，用砂磨机进行砂磨，砂磨速度为30(T400L/h，颗粒细度达到20um以 下，得到环保型水性着色剂。
将水性着色剂通过紫外光引发，得到紫外光引发的接枝改性聚合的环保水性高分 散氧化铁黄着色剂，颗粒细度达到8um以下。
实施例8 将24. 3重量份的水、0. 1重量份胺盐助剂、1重量份硅烷偶联剂；1. 2重量份紫外光引 发剂；65重量份的氧化铁黄，5重量份的二乙二醇和1. 5重量份分散剂；1. 5重量份乳化剂； 0. Ikg的甲基异噻唑啉酮、0. 2kg的有机硅类消泡剂、0. Ikg的多菌灵；加入到带有超声波传 感器的混料罐内，搅拌0. 8---lh，搅拌速度为800—1200转/分钟，得到预分散好的浆料； 将搅拌好的浆料，用砂磨机进行砂磨，砂磨速度为30(T400L/h，颗粒细度达到20um以 下，得到环保型水性着色剂。
将水性着色剂通过紫外光引发，得到紫外光引发的接枝改性聚合的环保水性高分 散氧化铁黄着色剂，颗粒细度达到8um以下。
实施例9 将36. 2重量份的水、0. 1重量份胺盐助剂、0. 8重量份硅烷偶联剂；1重量份紫外光引 发剂力5重量份的氧化铁黄，4重量份的二乙二醇和1重量份分散剂；1. 5重量份乳化剂； 0. Ikg的甲基异噻唑啉酮、0. 2kg的有机硅类消泡剂、0. Ikg的多菌灵；加入到带有超声波传 感器的混料罐内，搅拌0. 8---lh，搅拌速度为800—1200转/分钟，得到预分散好的浆料； 将搅拌好的浆料，用砂磨机进行砂磨，砂磨速度为30(T400L/h，颗粒细度达到20um以 下，得到环保型水性着色剂。
将水性着色剂通过紫外光引发，得到紫外光引发的接枝改性聚合的环保水性高分 散氧化铁黄着色剂，颗粒细度达到8um以下。
实施例10 将31. 7重量份的水、0. 1重量份胺盐助剂、0. 8重量份硅烷偶联剂；1重量份紫外光 引发剂；60重量份的氧化铁黑，4重量份的二乙二醇和1重量份分散剂；1重量份乳化剂； 0. Ikg的甲基异噻唑啉酮、0. 2kg的有机硅类消泡剂、0. Ikg的多菌灵；加入到带有超声波传 感器的混料罐内，搅拌0. 8---lh，搅拌速度为800—1200转/分钟，得到预分散好的浆料； 将搅拌好的浆料，用砂磨机进行砂磨，砂磨速度为30(T400L/h，颗粒细度达到20um以 下，得到环保型水性着色剂。
将水性着色剂通过紫外光引发，得到紫外光引发的接枝改性聚合的环保水性高分 散氧化铁黑着色剂，颗粒细度达到8um以下。
实施例11 将24. 3重量份的水、0. 1重量份胺盐助剂、1重量份硅烷偶联剂；1. 2重量份紫外光引发剂；65重量份的氧化铁黑，5重量份的二乙二醇和1. 5重量份分散剂；1. 5重量份乳化剂； 0. Ikg的甲基异噻唑啉酮、0. 2kg的有机硅类消泡剂、0. Ikg的多菌灵；加入到带有超声波传 感器的混料罐内，搅拌0. 8---lh，搅拌速度为800—1200转/分钟，得到预分散好的浆料； 将搅拌好的浆料，用砂磨机进行砂磨，砂磨速度为30(T400L/h，颗粒细度达到20um以 下，得到环保型水性着色剂。
将水性着色剂通过紫外光引发，得到紫外光引发的接枝改性聚合的环保水性高分 散氧化铁黑着色剂，颗粒细度达到8um以下。
实施例12 将36. 2重量份的水、0. 1重量份胺盐助剂、0. 8重量份硅烷偶联剂；1重量份紫外光引 发剂力5重量份的氧化铁黑，4重量份的二乙二醇和1重量份分散剂；1. 5重量份乳化剂； 0. Ikg的甲基异噻唑啉酮、0. 2kg的有机硅类消泡剂、0. Ikg的多菌灵；加入到带有超声波传 感器的混料罐内，搅拌0. 8---lh，搅拌速度为800—1200转/分钟，得到预分散好的浆料； 将搅拌好的浆料，用砂磨机进行砂磨，砂磨速度为30(T400L/h，颗粒细度达到20um以 下，得到环保型水性着色剂。
将水性着色剂通过紫外光引发，得到紫外光引发的接枝改性聚合的环保水性高分 散氧化铁黑着色剂，颗粒细度达到8um以下。
为了定量评估该方法对二氧化钛和氧化铁无机颜料分散性的改善效果，针对改性 前后水性着色剂的平均粒径分析比较列于表1。
表1.不同分散方法对于二氧化钛和氧化铁红水性着色剂平均粒径影响。
权利要求
1.一种环保型表面高分子改性水性着色剂，其原料组成为水21-38重量份；二氧化钛和/或氧化铁55-65重量份；硅烷偶联剂0. 5-1. 5重量 份；紫外光引发剂1_2重量份；分散剂0. 5-1. 5重量份；乳化剂1-2重量份；铵盐助剂 0. 1-0. 3重量份；二乙二醇4-6重量份。
2.根据权利要求1所述的环保型表面高分子改性水性着色剂，其特征是所述的原料 组成中还包括甲基异噻唑啉酮0. 05 0. 25重量份、消泡剂0 0. 5重量份、防霉剂0 0. 5重量份。
3.根据权利要求1所述的环保型表面高分子改性水性着色剂，其特征是所述的硅烷 偶联剂为丙基三甲氧基硅烷。
4.根据权利要求1所述的环保型表面高分子改性水性着色剂，其特征是所述的紫外 光引发剂为羟基甲基苯基丙烷酮。
5.根据权利要求1所述的环保型表面高分子改性水性着色剂，其特征是所述的乳化 剂为阴离子烷基聚氧乙烯醚硫酸钠。
6.根据权利要求1所述的环保型表面高分子改性水性着色剂，其特征是所述的分散 剂为聚羧酸钠盐。
7.根据权利要求1所述的环保型表面高分子改性水性着色剂，其特征是所述的铵盐 助剂低分子量有机胺化合物。
8.根据权利要求1所述的环保型表面高分子改性水性着色剂，其特征是所述的二氧 化钛和/或氧化铁为超细粒径的二氧化钛和/或氧化铁，细度为0.01 0. 05 Mm。
9.根据权利要求2所述的环保型表面高分子改性水性着色剂，其特征是所述的防霉 剂为多菌灵或正辛基异噻唑啉酮，所述的消泡剂为有机硅类消泡剂。
10.一种如权利要求1至9中任意一项所述的环保型表面高分子改性水性着色剂的制 备方法，其整个工艺过程中温度控制在50° C以下，其工艺步骤依次为将所有的原料加入混料罐内，搅拌0. 8—lh，搅拌速度为800—1200转/分钟，得到预 分散好的浆料，搅拌的同时，用超声波传感器进行超声波分散；b、将搅拌好的浆料，用砂磨机进行砂磨，砂磨速度为30(T400L/h，颗粒细度达到20um 以下，得到半成品着色剂；c、将半成品着色剂通过紫外光进行引发，得到环保型表面高分子改性水性着色剂。
全文摘要
本发明涉及一种环保型表面高分子改性水性着色剂及其制备方法，属于化工领域。该环保型表面高分子改性水性着色剂，其原料组成为水21-38重量份；二氧化钛和/或氧化铁55-65重量份；硅烷偶联剂:0.5-1.5重量份；紫外光引发剂:1-2重量份；分散剂:0.5-1.5重量份；乳化剂:1-2重量份；铵盐助剂0.1-0.3重量份；二乙二醇:4-6重量份。
文档编号C09C1/36GK102030919SQ201010542079
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者丁海燕, 帅宏喜, 聂成孙 申请人:杭州中富彩新材料科技有限公司