专利名称：一种阳离子型水性颜料色浆的制备方法
技术领域：
本发明公开了一种阳离子型水性颜料色浆的制备方法，属于精细化工和纺织印染技术领域。
背景技术：
颜料和染料是自然界中主要的着色物质，同染料相比，颜料具有较高的耐光牢度、耐气候牢度和耐溶剂性能，色泽鲜艳明亮，在纺织、造纸、建筑、食品、塑料、金属喷涂等领域得到了广泛的应用。水性颜料因其不含有有机溶剂，具有环保性，成为颜料发展的新趋势。
然而由于颜料表面极性较低，在水中不易分散，因此制备稳定的颜料分散体系时，通常需要对颜料进行表面改性。即通过在颜料表面上沉积或包覆单分子或多分子的物质如表面活性剂、聚合物、颜料本身的衍生物等。目前，改性后的水性颜料多为阴离子型。然而部分着色材料，如纺织品、木制品、普通纸张等在水相中表面带有负电荷，采用阴离子型颜料着色时，在电荷斥力作用下，容易导致颜色渗化、着色深度低等现象。阳离子型颜料表面带正电荷，可以与被着色材料较好的结合，这样不仅可以减少颜色渗化，而且还能提高颜色深度和牢度。
中国专利98125447.0“水性颜料基喷墨油墨中的花斑的改善”中，公开了一种阳离子性油墨的制备方法，其组成主要有含水连接料、颜料、含有氧化胺型阳离子聚合物分散剂和所选表面活性剂等，该油墨具有优良的打印密度均匀性，在普通纸张上明显减少了“羽化”现象。德国科莱恩公司在中国专利02805601.9“从环氧化物和胺制备的烷氧基化产物和它们在颜料制剂中的用途”中，提出了一种以酰胺型弱阳离子化合物为主体的阳离子聚合物为分散剂，可在水相中对颜料进行分散。中国专利03158229.X公开了一种阴极电泳涂料用颜料分散树脂及其颜料浆的制备方法，其分散树脂是含有脲基和季铵盐基的阳离子树脂，由芳香族多异氰酸酯作为季铵化试剂与环氧树脂反应而成，该法明显改善颜料浆的贮存稳定性、槽液稳定性及其涂料的泳透力。欧洲专利US2005014868和US2005025972公开了采用苯乙烯马来酰亚胺共聚物作为颜料分散剂，配制阳离子性颜料分散体系。美国专利USP 6080687公开了一种在浸染工艺中阳离子性颜料染纤维素织物的方法，提出阳离子水性颜料体系对织物染色性能优异，不仅减少了渗色现象，而且还提高了色牢度。关于阳离子分散剂改性颜料的其它专利通常是用于无机颜料分散于油性介质中，与本发明所指水性介质不同。此外，查阅文献发现制备阳离子颜料分散体系的方法也主要是用阳离子型分散剂对颜料进行分散改性。
本发明首先采用含有活性基团的聚合物对颜料进行表面改性，在此基础上再进行阳离子接枝改性，所制备的阳离子水性颜料色浆具有优良的分散稳定性，相关内容未见文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种阳离子型水性颜料色浆的制备方法。
本发明的技术方案首先将颜料、含有活性基团的聚合物以适当的比例加入到合适的溶剂中，混合均匀后，经过分散研磨处理，使聚合物包覆在颜料的表面，得到表面改性的颜料。然后采用适当的阳离子化合物在反应介质中对颜料表面聚合物进行接枝改性，得到具有良好流动性、易分散性和稳定性的阳离子型水性颜料色浆。
用于颜料表面改性的含有活性基团的聚合物是分子链中含有羟基、氨基、亚氨基、羧基或酸酐基团中的一种或几种的聚合物。聚合物的数均分子量以2000-20000为宜。
用于接枝改性的阳离子化合物有环氧丙基三甲基氯化铵、环氧丙基三乙基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2-羟乙基-双三甲基氯化铵或二羟乙基三甲基氯化铵。反应介质可以用水、甲醇、乙醇、异丙醇，或其混合溶剂。
用本发明所述方法可以对无机颜料或有机颜料进行阳离子改性，无机颜料如碳黑、钛白、镉黄、铁红、铁蓝等，有机颜料如偶氮类颜料、酞菁类颜料、喹吖丁酮类颜料、二噁嗪类颜料、1，4-二酮吡咯并吡咯类颜料、稠环酮类颜料、硝基及亚硝基类颜料、氮次甲基类颜料、吡唑并喹啉酮类颜料、喹酞酮类颜料或氯代异吲哚啉酮及异吲哚啉酮类颜料等。
颜料表面改性所采用的溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、水、环己烷、乙醚、二丙醚、苯甲醚、环己烷、甲基环己烷、四氢呋喃、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、氯苯、环己酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯、四氢呋喃、三羟甲基丙烷、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、丙酮、丁酮、吡咯烷酮、甲丁酮、二甲基亚砜、环丁砜、氯仿、四氯化碳、2-甲基吡咯烷酮中的一种或几种混合溶剂。
颜料粉碎可以采用的设备有蜗轮式粉碎机、泵式液体粉碎机、无筛主轴式粉碎机、气流研磨机、高压微射流粉碎机、超声波粉碎机、砂磨粉碎机、高速乳化分散机。
从溶剂中分离颜料所采用的方法为减压蒸馏、过滤或离心分离等。干燥方法采用烘干、真空干燥或冷冻干燥，所用设备是喷雾干燥设备、闪蒸干燥设备、气流干燥设备、流化床干燥设备或厢式干燥机。
颜料改性的工艺是颜料∶含有活性基团的聚合物∶溶剂的质量比例范围为10∶1～6∶100～300，分散研磨时间为1～5h；阳离子接枝改性的工艺参数是颜料与阳离子化和物的质量比例范围为5∶1～1∶1，温度为60～100℃，反应时间为3～5h。
阳离子化改性后的颜料可分散在pH值为3～7的水溶液中，采用英国马尔文Zetasizer Nano-ZS90型纳米粒径与Zeta电位分析仪测得粒径范围100～300nm，Zeta电位+30mV～+40mV。采用日本日立H-7000型透射电镜观测了表面包覆有聚合物的阳离子颜料。
本发明的有益效果制备的阳离子水性颜料粒径小，分散稳定性高，而且设备投资小、产品质量稳定。
图1表面包覆聚合物的阳离子颜料微胶囊。
具体实施例方式
下面通过实施例子，进一步阐述本发明的突出优点和显著特点，但本发明决不局限于实施例子。
实施例1在三口烧瓶中加入2克聚苯乙烯-马来酸酐共聚物(GPC测定其数均分子量19000)和100克丙酮，用搅拌器搅拌15分钟，待共聚物完全溶解后，加入10克偶氮类颜料C.I.颜料黄14，置于珠磨机上分散研磨2小时。采用喷雾干燥器将分散后的悬浮液喷雾干燥，随着溶剂的蒸发，共聚物逐渐包覆在颜料表面，得到颜料粉体。
取上述颜料粉10克，分散于50克甲醇-水混合溶液中，加入环氧丙基三甲基氯化铵10克，于60℃下搅拌反应5小时，将甲醇蒸馏出，即得阳离子水性颜料。在95克水中加入5克阳离子水性颜料，超声分散10分钟，即可得到阳离子性C.I.颜料黄14颜料分散液A。
实施例2在三口烧瓶中加入50克酞菁类颜料C.I.颜料蓝15∶2和250克水，在搅拌下加入30％的聚丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物(GPC测定其数均分子量12000)的水溶液10克，将其在高速乳化剂上分散30分钟，再加入30％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液10克，继续分散2小时。然后，在搅拌下慢慢加入丙酮500克，继续搅拌30分钟。将混合液离心分离，除去离心后的上层溶剂，将改性颜料在40℃的条件下，真空干燥24小时，得到颜料粉体。
取制得的颜料粉10克，分散于50克异丙醇中，加入环氧丙基三乙基氯化铵2克，于80℃搅拌反应4小时，将异丙醇蒸出，即得阳离子水性颜料。在95克水中加入5克阳离子水性颜料，超声分散10分钟，即可得到阳离子性C.I.颜料蓝15∶2颜料分散液B。
实施例3在三口烧瓶中加入927.5克四氢呋喃和22.5克聚乙烯醇(GPC测定其数均分子量8000)，在搅拌器上搅拌30分钟，待聚合物完全溶解后，再加入50克喹吖丁酮类颜料C.I.颜料红122，置于微射流粉碎机上分散2小时。在充分搅拌的条件下，缓慢加入500克环己烷和石油醚的混合物，使聚合物沉积在颜料表面。将混合液过滤分离，除去溶剂，将其在-15℃的条件下，冷冻干燥24小时，可以得到颜料粉体。
取制得的颜料粉10克，分散于50克乙醇中，加入3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵5克，于80℃搅拌反应3小时，将乙醇蒸出，即得阳离子水性颜料。在95克水中加入5克阳离子水性颜料，超声分散10分钟，即可得到阳离子性C.I.颜料红122颜料分散液C。
表1颜料分散液颜料的粒径和zeta电位
权利要求
1.一种阳离子型水性颜料色浆的制备方法，其特征是先将颜料用含有活性基团的聚合物进行表面改性，再用阳离子化合物进行接枝，使颜料颗粒表面带正电荷，并分散在水中得到阳离子型水性颜料色浆，工艺为(1)颜料表面改性颜料∶含有活性基团的聚合物∶溶剂的质量比例范围为10∶1～6∶100～300，分散研磨时间为1～5h；(2)阳离子接枝颜料与阳离子化合物的质量比例范围为5∶1～1∶1，反应温度60～100℃，反应时间3～5h。
2.根据权利要求1所述的阳离子型水性颜料色浆的制备方法，其特征是颜料是无机颜料碳黑、钛白、镉黄、铁红或铁蓝，有机颜料偶氮类颜料、酞菁类颜料、喹吖丁酮类颜料、二噁嗪类颜料、1，4-二酮吡咯并吡咯类颜料、稠环酮类颜料、硝基及亚硝基类颜料、氮次甲基类颜料、吡唑并喹啉酮类颜料、喹酞酮类颜料、氯代异吲哚啉酮类或异吲哚啉酮类颜料。
3.根据权利要求1所述的阳离子型水性颜料色浆的制备方法，其特征是颜料表面改性使用的含有活性基团的聚合物是分子链中含有羟基、氨基、亚氨基、羧基或酸酐基团中的一种或几种的聚合物。
4.根据权利要求1所述的阳离子型水性颜料色浆的制备方法，其特征是颜料改性后接枝使用的阳离子化合物是环氧丙基三甲基氯化铵、环氧丙基三乙基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2-羟乙基-双三甲基氯化铵或二羟乙基三甲基氯化铵。
全文摘要
一种阳离子型水性颜料色浆的制备方法，属于精细化工和纺织印染技术领域。本发明采用含有活性基团的聚合物对颜料进行表面改性，然后再进行阳离子接枝，得到颜料颗粒表面带正电荷的阳离子型水性颜料色浆。本发明方法适用于各种类型的阳离子型水性颜料色浆的制备，所制备的阳离子型水性颜料色浆具有分散稳定性好、质量稳定等特点，在喷墨打印、广告、纺织品染色、木材着色等领域具有广泛应用前景。
文档编号D06P1/54GK1935910SQ20061009692
公开日2007年3月28日 申请日期2006年10月18日 优先权日2006年10月18日
发明者房宽峻, 付少海, 田安丽, 张霞, 周家达 申请人:江南大学