专利名称：纳米彩色着色剂的制造技术
技术领域：
本发明属于填料粉体材料的表面处理技术领域，特别涉及颜料化和纳米化填料的表面处理，以便制造涂料、油墨、塑料、橡胶、玻璃、陶瓷、纸张等直接使用的纳米彩色着色剂。
背景技术：
传统的填料种类繁多。按照它们的作用分为增量性填料(惰性填料)和增强性填料以及增量增强填料，例如，片状云母、滑石等属于增量惰性填料；碳酸钙、高岭土、硅辉石、白碳黑、水合氧化铝、立德粉、蒙脱石、膨润土、冰晶石等属于增强性填料。它们被应用在涂料、塑料、油墨和纸张生产中起着填充剂和增强剂的作用。惰性填料一般只起增量作用，主要在于降低制品的成本。增强性填料在增量的同时还使制品的力学性能，如抗拉强度、压缩强度、剪切强度、弹性模量、热变形温度、抗冲击强度等获得改善。因此，传统的填料功能仅仅是增量增强作用，并不具有颜料的着色功能，更不具有纳米材料的抗紫外、抗菌、杀菌等功能。
传统的纳米彩色涂料的着色和纳米材料功能是通过诸如色浆、纳米浆等中间体来实现的；传统的纳米彩色塑料也是通过诸如纳米色母粒等中间体来实现的。色浆或色母粒已经形成成为独立生产的精细化工商品。近几年来，纳米浆也已经形成为专门的精细化工商品应用于纳米涂料的生产。毫无疑问，纳米涂料和塑料等材料的着色成本都因此而水涨船高起来。
专利技术(200410048064.5)提出的复合纳米胶对颜料的表面处理技术涉及的是颜料粒子的表面处理，属于复合纳米化颜料粒子的表面处理。应用复合纳米化颜料粒子来着色，使传统的颜料具有了纳米膜材料的功能，但它仅仅可以省掉纳米浆的生产，而不能够省掉色浆和色母粒的生产。
专利技术(200410048065.X)提出的一步法制备复合纳米胶技术涉及的是复合纳米胶的制备。复合纳米胶具有广泛的应用领域，例如，既可以对颜料粒子进行表面处理(200410048064.5)，也可以是对颜料膜进行表面处理，在填料粒子表面形成单层、双层或多层复合薄膜，制成多功能复合粒子。
本发明提出首先采用分散颜料或溶解染料对填料粒子表面进行颜料化处理，然后采用复合纳米胶对颜料化填料粒子的表面进行纳米化处理，这样不但使填料粒子具有颜料表面的着色功能并具有纳米表面的特殊功能，而且，使颜料粒子去充分利用填料粒子的发达表面；纳米材料充分利用了颜料膜的发达表面；颜料和纳米材料充分利用了填料的天然结构和性能。
本发明提出充分利用粉体填料的天然结构和性能，达到提升传统颜料、染料的耐热、耐磨、耐酸碱、抗冲击性、光泽性等性能；提升传统纳米薄膜的稳定性。例如，利用片状白色云母的光泽性、鳞片状滑石的润滑性、六方鳞片状高岭土(瓷土)的耐磨性等来改善传统着色剂和纳米薄膜的性能。
本发明的目的本发明的目的是推荐采用纳米彩色着色剂直接应用于纳米彩色涂料和纳米彩色塑料的生产，并赋予传统着色剂具有填料、颜料和纳米材料“三合一”的新功能；以省掉传统彩色色浆、纳米浆和彩色塑料母粒等商品生产的成本，并最终降低彩色涂料、纳米彩色塑料等的纳米化和颜料化的成本，取得社会和经济效益。
发明原理发明复合纳米颜料的理论依据是(1)填料和软团聚颜料在分散介质和机械球磨搅拌下具有可分散性；(2)填料粒子表面与颜料粒子之间存在化学吸附活性；(3)复合纳米胶与颜料膜表面之间具有较强的结合力，并具有溶胶向凝胶转化的特性。
发明内容
一种无机填料的表面处理方法，其特征在于填料粒子表面的颜料化和纳米化处理，以制造纳米彩色着色剂，使之同时具备填料、颜料和纳米材料“三合一”的功能，使传统着色工艺获得简化、显著地降低材料的着色成本。该处理方法是由以下各步骤组成。
一、填料尤其是颜料的分散以及碱性染料的溶解分散作用是在含有分散剂、乙醇的水溶液中以及搅拌陶瓷微球的协同作用下进行的。分散剂的种类可以是阴离子、阳离子、或非离子、或两性化合物。搅拌陶瓷微球的种类可以是氧化铝、氧化锆等耐磨材料；它们在分散液中的浓度范围是10-30％。分散过程的温度范围为20-40℃；时间范围是40-60分钟。
二、碱性染料、颜料膜的沉积碱性染料、无机和有机颜料化合物在填料粒子表面上沉积是在碱性沉淀剂作用下完成的。沉淀剂的种类可以是Ca(OH)2、Al(OH)3、硬脂酸钠、钨酸钠、钼酸钠等。它们的加入量范围是1-6％；碱度的控制范围是pH＝8-9。颜料的加入量范围分别是无机颜料为填料量的10-50％；有机颜料为填料量的5-25％；碱性染料为填料量的2-6％。
三、复合纳米膜的沉积复合纳米膜的沉积是由复合纳米胶在颜料沉积膜表面，通过复合纳米胶的凝胶化作用实现的。复合纳米胶是根据专利技术(200410048065.X)制备的；其凝胶化的碱度范围是pH＝7-9。复合纳米胶的加入量范围是填料量的1-10％。
四、颜料膜和纳米膜的陈化颜料膜和纳米膜的完全沉积所需要的时间是由上清夜形成的时间决定的，实现陈化过程是在保温条件下静态放置。陈化温度的范围是60-80℃；陈化时间的范围是40-60分钟。
五、纳米彩色着色剂的过滤和干燥陈化后的纳米彩色着色剂，经过液-固分离操作，不但获得供干燥用的滤饼，而且得到重复使用的母液。滤饼的干燥，可以是盘式间歇干燥，其干燥温度的范围是80-150℃；时间范围是2-4小时。但最好是采用回转真空干燥方式；或者直接采用喷雾干燥方式制得干粉。
六、纳米彩色着色剂干粉的热处理纳米彩色着色剂干粉进行热处理的目的在于使纳米膜获得晶型化和功能化效果。热处理的方式可以是间歇式电阻炉，炉温范围是350-550℃；时间范围是10-40分钟。
七、粉碎和筛分经过热处理的纳米彩色着色剂还需要经过粉碎和筛分过程才能制成它们的最终商品。粉碎设备可以采用切削式搅拌粉碎机或者立式搅拌磨。筛孔网目的尺寸范围是200-300目。
图1是复合纳米彩色着色剂的制造流程。结合附图进一步说明一种无机填料的表面处理方法，其特征在于填料表面的颜料化和纳米化处理，以制造纳米彩色着色剂，使之同时具备填料、颜料和纳米材料“三合一”的功能，使传统着色工艺获得简化、显著地降低材料的着色成本。该处理方法是由以下各步骤组成。
一、料尤其是颜料的分散以及碱性染料的溶解分散作用是在含有分散剂、乙醇的水溶液中以及搅拌陶瓷微球的协同作用下进行的。分散剂的种类可以是阴离子、阳离子、或非离子、或两性化合物。搅拌陶瓷微球的种类可以是氧化铝、氧化锆等耐磨材料；它们在分散液中的浓度范围是10-30％。分散过程的温度范围为20-40℃；时间范围是40-60分钟。
二、碱性染料、颜料膜的沉积碱性染料、无机和有机颜料化合物在填料颗粒表面上沉积是在碱性沉淀剂作用下完成的。沉淀剂的种类可以是Ca(OH)2、Al(OH)3、硬脂酸钠、钨酸钠、钼酸钠等。它们的加入量范围是1-6％；碱度的控制范围是pH＝8-9。颜料的加入量范围分别是无机颜料为填料量的10-50％；有机颜料为填料量的5-25％；碱性染料为填料量的2-6％。
三、米膜的沉积复合纳米膜的沉积是由复合纳米胶在颜料沉积膜表面，通过复合纳米胶的凝胶化作用实现的。复合纳米胶是根据专利技术(200410048065.X)制备的；其凝胶化的碱度范围是pH＝7-9。复合纳米胶的加入量范围是填料量的1-10％。
四、颜料膜和纳米膜的陈化颜料膜和纳米膜的完全沉积所需要的时间是由上清夜形成的时间决定的，实现陈化过程是在保温条件下静态放置。
陈化温度的范围是60-80℃；陈化时间的范围是40-60分钟。
五、纳米彩色着色剂的过滤和干燥陈化后的纳米彩色着色剂，经过液-固分离操作，不但获得供干燥用的滤饼，而且得到重复使用的母液。滤饼的干燥，可以是盘式间歇干燥，其干燥温度的范围是80-150℃；时间范围是2-4小时。但最好是采用回转真空干燥方式；或者直接采用喷雾干燥方式制得干粉。
六、纳米彩色着色剂干粉的热处理纳米彩色着色剂干粉进行热处理的目的在于使纳米膜获得晶型化和功能化效果。热处理的方式可以是间歇式电阻炉，炉温范围是350-550℃；时间范围是10-40分钟。
七、粉碎和筛分经过热处理的纳米彩色着色剂还需要经过粉碎和筛分过程才能制成它们的最终商品。粉碎设备可以采用切削式搅拌粉碎机或者立式搅拌磨。筛孔网目的尺寸范围是200-300目。
本发明提出的纳米彩色着色剂与传统颜料结构以及它们在涂料中应用性能的比较图2是本发明提出的纳米彩色着色剂(a)与传统彩色颜料(b)的结构比较示意图。由图可见纳米彩色着色剂(a)兼备了填料、颜料和纳米材料“三合一”的结构。并兼备了填料的增量性、增强性、化学稳定性、颜料的着色性、纳米材料的光学性、抗菌、净化环境性。而传统的颜料仅仅具有着色的功能，必须通过色浆这样的中间品、间接地用于涂料或油墨的着色。
附图3是本发明提出的纳米彩色着色剂涂料与传统纳米彩色涂料的生产工艺对照流程。由图可见纳米彩色着色剂涂料的生产工艺要比传统纳米彩色涂料的生产工艺简单得多。它不仅可以省掉制造中间品、生产昂贵的彩色色浆和纳米浆的过程，可以节省大约一半的生产工序和成本，而且使传统的纳米彩色涂料的生产流程大为缩短，具有显著的社会和经济效益。
表1是纳米彩色着色剂(a)与传统彩色颜料(b)的性能对比。比较结果证明纳米彩色着色剂在耐热性、增量性、化学稳定性、光学性、抗菌、净化环境性等诸多方面全面地优于有机和无机颜料的性能。纳米彩色着色剂不但全面地克服了传统无机和有机颜料的缺点，而且，兼备了填料和纳米材料的综合功能。同时，简化了传统颜料的着色工艺，降低了材料的着色成本。
实施例1称取100克轻质CaCO3，置于200毫升含有分散剂和乙醇的水溶液中，在搅拌下加入20克陶瓷氧化铝微球，半小时后，逐步将20克酞菁绿分散在10毫升乙醇溶液中，再缓慢加入到轻质CaCO3悬浮液中。用Ca(OH)2调节悬浮液的pH＝9。最后逐步将15mlZnO-TiO2复合纳米胶加入悬浮液中，陈化40分钟后真空过滤，滤饼干燥后在550℃进行热处理，最后制得121.8克金红型纳米彩色着色剂。
实施例2称取100克轻质CaCO3，置于200毫升含有分散剂和乙醇的水溶液中，在搅拌下加入20克陶瓷氧化铝微球，半小时后，逐步将20克酞菁绿分散在10毫升乙醇溶液中，再缓慢加入到轻质CaCO3悬浮液中。用Ca(OH)2调节悬浮液的pH＝9。然后逐步将5ml硬脂酸钠以及15mlZnO-TiO2复合纳米胶加入悬浮液中，陈化40分钟后真空过滤，滤饼干燥后在350℃进行热处理，10分钟，最后制得132.4克锐钛型纳米彩色着色剂。
实施例3称取10克白色云母粉体，置于40毫升含有分散剂和乙醇的水溶液中，在搅拌下加入10克陶瓷氧化铝微球，半小时后，逐步将5克群青分散在5毫升乙醇溶液中，再缓慢加入到白色云母组成的悬浮液中。用Ca(OH)2调节悬浮液的pH＝9。然后将4ml复合纳米胶逐步加入悬浮液中，60℃，陈化40分钟后过滤；过滤所得滤饼在80℃下干燥2小时，粉碎成15.5克兰色着色剂粉体，最后，将干粉于500℃下热处理10分钟。
实施例4称取15克轻质CaCO3粉体，置于40毫升含有分散剂和乙醇的水溶液中，在搅拌下加入10克陶瓷氧化铝微球，半小时后，逐步将10克镉红分散在5毫升乙醇溶液中，再缓慢加入到轻质CaCO3组成的悬浮液中。用Ca(OH)2调节悬浮液的pH＝9。然后将4ml复合纳米胶逐步加入悬浮液中，60℃，陈化40分钟后过滤；过滤所得滤饼在80℃下干燥2小时，粉碎成25.4克红色着色剂粉体。
实施例5称取300克重质CaCO3粉体，置于500毫升含有分散剂和乙醇的水溶液中，在搅拌下加入150克陶瓷氧化铝微球，半小时后，逐步将62.6克酞菁绿分散在35毫升乙醇溶液中，再缓慢加入到重质CaCO3组成的悬浮液中。用Ca(OH)2调节悬浮液的pH＝9。然后将40ml复合纳米胶逐步加入悬浮液中，60℃，陈化40分钟后过滤；过滤所得滤饼在80℃下干燥2小时，粉碎成374.4克绿色着色剂粉体，最后，将干粉于350℃下热处理10分钟。
实施例6
称取300克重质CaCO3粉体，置于500毫升含有分散剂和乙醇的水溶液中，在搅拌下加入100克陶瓷氧化铝微球，半小时后，逐步将70克铬黄分散在25毫升乙醇溶液中，再缓慢加入到重质CaCO3组成的悬浮液中。用Ca(OH)2调节悬浮液的pH＝9。然后将40ml复合纳米胶逐步加入悬浮液中，60℃，陈化40分钟后过滤；过滤所得滤饼在80℃下干燥2小时，粉碎成381.7克黄色着色剂粉体，最后，将干粉于350℃下热处理10分钟。
权利要求
一种无机填料的表面处理方法，其特征在于填料表面的颜料化和纳米化处理，以制造纳米彩色着色剂，使之同时具备填料、颜料和纳米材料“三合一”的功能，使传统着色工艺获得简化、显著地降低材料的着色成本。该处理方法是由以下各步骤组成。一、填料尤其是颜料的分散以及碱性染料的溶解分散作用是在含有分散剂、乙醇的水溶液中以及搅拌陶瓷微球的协同作用下进行的。分散剂的种类可以是阴离子、阳离子、或非离子、或两性化合物。搅拌陶瓷微球的种类可以是氧化铝、氧化锆等耐磨材料；它们在分散液中的浓度范围是10-30％。分散过程的温度范围为20-40℃；时间范围是40-60分钟；二、碱性染料、颜料膜的沉积碱性染料、无机和有机颜料化合物在填料颗粒表面上沉积是在碱性沉淀剂作用下完成的。沉淀剂的种类可以是Ca(OH)2、Al(OH)3、硬脂酸钠、钨酸钠、钼酸钠等。它们的加入量范围是1-6％；碱度的控制范围是pH＝8-9。颜料的加入量范围分别是无机颜料为填料量的10-50％；有机颜料为填料量的5-25％；碱性染料为填料量的2-6％；三、复合纳米膜的沉积复合纳米膜的沉积是由复合纳米胶在颜料沉积膜表面，通过复合纳米胶的凝胶化作用实现的。复合纳米胶是根据专利技术(200410048065.X)制备的；其凝胶化的碱度范围是pH＝7-9。复合纳米胶的加入量范围是填料量的1-10％；四、颜料膜和纳米膜的陈化颜料膜和纳米膜的完全沉积所需要的时间是由上清夜形成的时间决定的，实现陈化过程是在保温条件下静态放置。陈化温度的范围是60-80℃；陈化时间的范围是40-60分钟；五、纳米彩色着色剂的过滤和干燥陈化后的纳米彩色着色剂，经过液-固分离操作，不但获得供干燥用的滤饼，而且得到重复使用的母液。滤饼的干燥，可以是盘式间歇干燥，其干燥温度的范围是80-150℃；时间范围是2-4小时。但最好是采用回转真空干燥方式；或者直接采用喷雾干燥方式制得干粉；六、纳米彩色着色剂干粉的热处理纳米彩色着色剂干粉进行热处理的目的在于使纳米膜获得晶型化和功能化效果。热处理的方式可以是间歇式电阻炉，炉温范围是350-550℃；时间范围是10-40分钟；七、粉碎和筛分经过热处理的纳米彩色着色剂还需要经过粉碎和筛分过程才能制成它们的最终商品。粉碎设备可以采用切削式搅拌粉碎机或者立式搅拌磨。筛孔网目的尺寸范围是200-300目。
全文摘要
本发明涉及无机填料的表面处理，尤其涉及填料的颜料化和纳米化表面处理，以制备纳米彩色着色剂。填料的表面处理过程首先要将有机和无机颜料以及填料进行分散或染料进行溶解；然后是颜料或者染料薄膜在填料颗粒表面的沉积，以及复合纳米薄膜在颜料膜表面的再沉积和陈化过程，形成单层、双层或多层纳米彩色填料；最后是复合纳米颜料的过滤、干燥、热处理和粉碎过程；或者是直接将纳米彩色填料浆状物通过喷雾干燥、热处理和粉碎而制得粉体纳米彩色着色剂。利用本发明生产的纳米彩色着色剂不但可以直接应用于纳米彩色涂料和油墨的生产，而且可以应用于纳米彩色塑料、纳米彩色橡胶、纳米彩色陶瓷和纳米彩色玻璃的生产，可以省掉诸如彩色色浆、纳米浆或者色母粒塑料或者其他中间着色商品的生产、节省大量的着色成本。
文档编号C09C3/00GK1724593SQ20041007072
公开日2006年1月25日 申请日期2004年7月22日 优先权日2004年7月22日
发明者徐志昌, 张萍 申请人:徐志昌