CN104059435B - 生产线调色用氧化铁颜料水性色浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐候性好、储存稳定性高、流动性强的生产线调色用氧化铁颜料水性色浆及其制备方法，该色浆使用表面改性氧化铁颜料、润湿剂、分散剂、有机溶剂、防霉杀菌剂、聚乙烯醇和去离子水经分散、混合、研磨、过滤、消泡等工艺制备而得，适用于作为生产线调色用氧化铁颜料水性色浆。

Description

生产线调色用氧化铁颜料水性色浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水性色浆及其制备方法，尤其涉及一种生产线调色用氧化铁颜料水性色浆及其制备方法，属于精细化工技术领域。

背景技术

涂料生产线调色一体化系统是一种以调色软件控制调色机以体积计量方式将色浆直接注入桶装涂料中再经封盖、震荡，实现涂料自动调色的一种新型调色系统，该调色系统的发展和应用有利于实现涂料工厂和涂料零售企业的在线调色，有效减轻涂料生产和销售企业对专业调色人员的依赖，避免服务距离的约束，是涂料企业生产和销售降低成本、清洁化生产和提高价格竞争力的重要手段。

随着我国环保要求的提高，劳动力生产成本的急剧增加和涂料行业生产企业集中化、专业化发展趋势的增强，未来几年，采用涂料生产线调色一体化系统进行调色将成为涂料行业最为常用的调色方式之一。

氧化铁颜料是涂料行业用量较大的颜料品种，也是涂料生产线调色一体化系统的主要无机着色材料。近年来，关于制备无机颜料水性色浆的研究较多，如公开号为CN1986660的中国专利公开了以高聚物分散剂对无机颜料分散，制备水性无机颜料色浆的方法，公开号为CN101760085的中国专利公开了采用分散剂直接对无机颜料加工，制备内外墙乳胶漆调色用无机颜料色浆的方法。

然而，采用上述方法制备的水性色浆难以满足涂料生产线调色系统对氧化铁颜料水性色浆的特殊要求。首先，涂料生产线调色系统用氧化铁颜料水性色浆，大部分用于外墙涂料，耐候性要求较高。其次，氧化铁颜料相对于有机颜料具有密度大、颗粒不易研磨、储存过程中颜料颗粒容易沉降等缺陷，且分散剂在氧化铁颜料表面吸附作用力小、解吸附现象严重，长时间储存后，极易因为分散剂解吸附、颜料颗粒团聚等原因造成着色力下降，而生产线调色系统依赖于软件对现有目标色的分析和计算，而计算过程中，默认所用色浆的着色力，应该是固定不变的，一旦色浆的着色力出现较大变化，将会显著影响生产线调色系统所生产涂料的最终着色效果。最后，在调色系统中，为利于色浆的泵送和在基础漆中的分散，需要色浆有较强的流动性。

因此，制备耐候性好、储存稳定性高、流动性强的氧化铁颜料水性色浆是开发满足生产线调色系统要求氧化铁色浆的关键技术难题。

对颜料颗粒进行表面改性，可以改变颜料颗粒表面的物理化学性能，提升其易分散性、耐候性和耐酸耐碱性等性能，使之更加符合其下游应用领域的应用要求，颜料表面改性是提升水性色浆、色母粒等颜料制备物性能的重要方法。例如，公开号为US5865885和US5922121美国专利分别介绍了对颜料进行亲水和疏水表面处理，以得到在多种溶剂中能够具有更小平均粒径、更窄粒径分布并且更稳定的颜料分散体的方法；公开号为US6524705的美国专利公开了一种使用含硅化合物对金属氧化物进行表面改性，以改善其在矿物油、含氟溶液等多种有机溶剂中分散性的方法；申请号为CN201210063948.2的中国专利则公开了一种使用含磷化合物对颜料进行表面处理，进而提升该颜料制备水性色浆稳定性和着色力的方法。但是，上述方法仍不能制备满足高耐候性、高储存稳定性和强流动性的生产线调色用氧化铁颜料水性色浆的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产线调色用氧化铁颜料水性色浆及其制备方法，满足生产线调色系统对氧化铁颜料水性色浆耐候性、储存稳定性和流动性的要求。

为解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：

一种生产线调色用氧化铁颜料水性色浆，由以下按该氧化铁颜料水性色浆总质量百分比计的各组分组成：40～55％的表面改性氧化铁颜料，1.0～3.0％的润湿剂，5.0～8.0％的分散剂，8～15％的有机溶剂，0.05～0.2％的防霉杀菌剂，1.0％～3.0％的数均分子量为10000～25000的聚乙烯醇，余量为去离子水。

其中，所述表面改性氧化铁颜料由包含下述步骤的方法制备而得：

a)在搅拌速度为200～500r/min下，将氧化铁颜料加入占其质量200％～500％的水中，至少分散30分钟,得到氧化铁颜料悬浮液；

b)向步骤a)得到的氧化铁颜料悬浮液中加入一定量的醋酸钠溶液，调节pH值至9.0～9.5，保持200～500r/min的搅拌速度，并加入占氧化铁颜料质量3％～5％的硫酸铝，升温至70～90，℃搅拌至少2小时；

c)在200～500r/min的搅拌速度下，将步骤b)产物降至常温，经过滤、洗涤得到表面改性氧化铁颜料，其中过滤过程一般选择板框式过滤等工业上常用的过滤工艺。

本发明进一步的技术方案是：

所述分散剂具有通式(I)结构：

其中，n为1到10的整数，且包括1和10；a,b,c相互独立，均为3到30的整数，且包括3和30。具有通式(I)结构的分散剂可用苯酚与甲醛反应，再以反应产物对环氧乙烷开环而得，可通过苯酚和甲醛的比例来控制通式(I)中n的数值，可通过控制苯酚和环氧乙烷的比例来控制通式(I)中a,b,c的数值。工业生产上，通式(I)结构物质的合成工艺为有机合成领域技术人员所熟知，且其实际上为具有通式(I)结构、n和a,b,c数值不一的多种物质的混合物。

本发明中所述氧化铁颜料为氧化铁黄、氧化铁红、氧化铁黑和氧化铁棕中的一种。由于氧化铁颜料密度大、易沉降，在氧化铁水性色浆制备过程中一般要加入纤维素醚、膨润土等增稠剂增加其粘度、防止颜料颗粒沉降，但粘度的增加会显著降低色浆的流动性，本发明中添加了占色浆总质量1％～3％的聚乙烯醇，其可以增加色浆的稳定性且满足其流动性要求，本发明优选数均分子量在10000～25000之间的聚乙烯醇。

本发明中所采用的润湿剂为二丁酸二辛酯磺酸钠和松香酸聚氧乙烯琥珀酸单酯磺酸钠中的一种。有机溶剂是乙二醇、丙二醇、丙三醇及一缩二乙二醇中的至少一种。

此外本发明中，只要能够保证色浆在储存和使用过程中不会出现因细菌滋生导致的发霉或者发臭现象、并且符合涂料行业相关法规限制的防霉杀菌剂都可以在本发明中使用，其用量一般占色浆总质量的0.05％～0.2％。可以选择的防霉杀菌剂包括1,2-苯丙异噻唑啉-3-酮、苯丙咪唑氨基甲酸甲酯等常规防霉杀菌剂。

本发明还提供了一种前述生产线调色用氧化铁颜料水性色浆的制备方法，该制备方法的生产工艺包括以下步骤：

a)表面改性氧化铁颜料的制备方法：在搅拌速度为200～500r/min下，将氧化铁颜料加入占其质量200％～500％的水中，至少分散30分钟,得到氧化铁颜料悬浮液；向前述所得的氧化铁颜料悬浮液中加入一定量的醋酸钠溶液，调节pH值至9.0～9.5，保持200～500r/min的搅拌速度，加入占氧化铁颜料质量3％～5％的硫酸铝，升温至70～90，℃搅拌至少2小时；在200～500r/min的搅拌速度下，将前述产物降至常温，经过滤、洗涤得到表面改性氧化铁颜料；

b)将占氧化铁颜料水性色浆总质量1.0～3.0％的润湿剂、5.0～8.0％的分散剂、8～15％的有机溶剂、1.0％～3.0％的聚乙烯醇和去离子水总质量的至少80％在分散机中分散至少30分钟，为了加快混合速度，可以在混合过程中适当将混合液体加热至50℃～80℃，最终得到预混合液；

c)将占氧化铁颜料水性色浆总质量40～55％的表面改性氧化铁颜料加入步骤b)得到的预混合液中进行分散，并在分散过程中加入0.05～0.2％的防霉杀菌剂和剩余的去离子水，得到预混合颜料浆；

d)将步骤c)得到的预混合颜料浆进行研磨，研磨至平均粒径小于1微米，再进行过滤、消泡，得到所述生产线调色用氧化铁颜料水性色浆。

该制备方法中，平均粒径可以采用工业上常用的测试水性色浆粒径分布的激光粒度仪，如英国马尔文仪器有限公司的Mastersizer2000激光粒度分析仪。所用研磨设备，一般选择使用工业上常见的0.1～1.0mm直径陶瓷珠作为研磨介质的卧式砂磨机。

与现有技术相比，本发明所述的生产线调色用氧化铁颜料水性色浆具有耐候性好、储存稳定性高、流动性强的特点。

具体实施方式

通过下列实施例，可进一步阐述本发明的突出优点和显著特点，但本发明不局限于下列实施例。

表面改性氧化铁颜料的制备

实施例1

在搅拌速度为200r/min下，将200g氧化铁红颜料加入600g水中，分散40min,得到氧化铁红颜料的悬浮液，再向该悬浮液中加入醋酸钠溶液调节pH值至9.0，保持200r/min的搅拌速度，加入6g硫酸铝，升温至80，℃搅拌2小时后，在200r/min的搅拌速度下，将产物降至常温，经过滤、洗涤得到表面改性的氧化铁红颜料。

实施例2

在搅拌速度为500r/min下，将200g氧化铁黄颜料加入1000g水中，分散30min,得到氧化铁黄颜料的悬浮液，再向该悬浮液中加入醋酸钠溶液调节pH值至9.5，保持500r/min的搅拌速度，加入10g硫酸铝，升温至90，℃搅拌3小时后，在500r/min的搅拌速度下，将产物降至常温，经过滤、洗涤得到表面改性的氧化铁黄颜料。

实施例3

在搅拌速度为300r/min下，将200g氧化铁棕颜料加入400g水中，分散50min,得到氧化铁棕颜料悬浮液；再向该悬浮液中加入醋酸钠溶液调节pH值至9.3，保持300r/min的搅拌速度，加入8g硫酸铝，升温至70，℃搅拌5小时后，在300r/min的搅拌速度下，将产物降至常温，经过滤、洗涤得到表面改性的氧化铁棕颜料。

实施例4

在搅拌速度为400r/min下，将200g氧化铁黑颜料加入700g水中，分散40min,得到氧化铁黑颜料悬浮液；再向该悬浮液中加入醋酸钠溶液调节pH值至9.2，保持400r/min的搅拌速度，加入7g硫酸铝，升温至80，℃搅拌3小时后，在400r/min的搅拌速度下，将产物降至常温，经过滤、洗涤得到表面改性的氧化铁黑颜料。

水性色浆制备及性能测试

表1中，每个实施例和对比实施例的质量份数均为100份，所述去离子水的补足量，指将由各组分组成的色浆配方补足至质量份数为100份。

表1中，润湿剂A为二丁酸二辛酯磺酸钠，润湿剂B为松香酸聚氧乙烯琥珀酸单酯磺酸钠；防霉杀菌剂为苯丙咪唑氨基甲酸甲酯；分散剂A和B均为具有通式(I)结构的分散剂：

分散剂A和B均为苯酚与甲醛反应，再以反应产物对环氧乙烷开环而得，分散剂A的合成原料中，苯酚、甲醛和环氧乙烷的摩尔比为：4:3:20；分散剂B的合成原料中，苯酚、甲醛和环氧乙烷的摩尔比为：10:9:250；分散剂C为苯乙烯-马来酸分散剂。

其色浆制备工艺为：将配方中80％的去离子水和润湿剂、分散剂、有机溶剂、聚乙烯醇在分散机中分散30分钟，得到预混合液；将表1中的氧化铁颜料加入上述预混合液中进行分散，并在分散过程中加入防霉杀菌剂和剩余的20％去离子水，得到预混合颜料浆；将预混合颜料浆进行研磨，研磨至平均粒径小于1微米，再进行过滤、消泡，得到水性色浆。

耐候性测试：色差测试可参照HG/T3951-2007附录A所描述的颜色测定方法(B法，仪器法)。将表1中实施例和对比实施例制备的色浆，在制备完1天后，分别和标准白乳胶漆按照1:25的冲淡比例制备样卡，以每个色浆测试前的样卡为标准色浆样卡，分别读取每个样卡在氙灯老化试验箱中测试30天前后的色差ΔE。

储存稳定性测试：根据HG/T3951-2007附录B所描述的相对着色力测定方法(B法，仪器法)，以每个实施例和对比例刚制备完毕1天的色浆为标准色浆，其着色力为100％，测试常温储存180天后的对应色浆的相对着色力。

流动性测试：分别取100ml色浆加入涂-4粘度计中，测试色浆流出所需时间。

上述测试结果见表2。

表2.测试结果

Claims (6)

1.一种生产线调色用氧化铁颜料水性色浆，其特征在于：由以下按该氧化铁颜料水性色浆总质量百分比计的各组分组成：40～55％的表面改性氧化铁颜料、1.0～3.0％的润湿剂、5.0～8.0％的分散剂、8～15％的有机溶剂、0.05～0.2％的防霉杀菌剂、1.0％～3.0％的数均分子量为10000～25000的聚乙烯醇和余量去离子水；且该生产线调色用氧化铁颜料水性色浆由上述组分通过下述生产工艺步骤制备所得的：

a)表面改性氧化铁颜料的制备方法：在搅拌速度为200～500r/min下，将氧化铁颜料加入占其质量200％～500％的水中，至少分散30分钟，得到氧化铁颜料悬浮液；向前述所得的氧化铁颜料悬浮液中加入一定量的醋酸钠溶液，调节pH值至9.0～9.5，保持200～500r/min的搅拌速度，加入占氧化铁颜料质量3％～5％的硫酸铝，升温至70～90℃，搅拌至少2小时；在200～500r/min的搅拌速度下，将前述产物降至常温，经过滤、洗涤得到表面改性氧化铁颜料；

b)将占氧化铁颜料水性色浆总质量1.0～3.0％的润湿剂、5.0～8.0％的分散剂、8～15％的有机溶剂、1.0％～3.0％的聚乙烯醇和去离子水总质量的至少80％在分散机中分散至少30分钟，得到预混合液；

c)将占氧化铁颜料水性色浆总质量40～55％的表面改性氧化铁颜料加入步骤b)得到的预混合液中进行分散，并在分散过程中加入0.05～0.2％的防霉杀菌剂和剩余的去离子水，得到预混合颜料浆；

d)将步骤c)得到的预混合颜料浆进行研磨，研磨至平均粒径小于1微米，再进行过滤、消泡，得到所述生产线调色用氧化铁颜料水性色浆。

2.根据权利要求1所述的生产线调色用氧化铁颜料水性色浆，其特征在于：所述分散剂具有通式(I)结构：

其中，n为1到10的整数，且包括1和10；

a,b,c相互独立，均为3到30的整数，且包括3和30。

3.根据权利要求1所述生产线调色用氧化铁颜料水性色浆，其特征在于：所述氧化铁颜料为氧化铁黄、氧化铁红、氧化铁黑和氧化铁棕中的一种。

4.根据权利要求1所述的生产线调色用氧化铁颜料水性色浆，其特征在于：所述润湿剂为二丁酸二辛酯磺酸钠和松香酸聚氧乙烯琥珀酸单酯磺酸钠中的一种。

5.根据权利要求1所述的生产线调色用氧化铁颜料水性色浆，其特征在于：所述有机溶剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇及一缩二乙二醇中的至少一种。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的生产线调色用氧化铁颜料水性色浆的制备方法，其特征在于：其生产工艺包括以下步骤：

a)表面改性氧化铁颜料的制备方法：在搅拌速度为200～500r/min下，将氧化铁颜料加入占其质量200％～500％的水中，至少分散30分钟,得到氧化铁颜料悬浮液；向前述所得的氧化铁颜料悬浮液中加入一定量的醋酸钠溶液，调节pH值至9.0～9.5，保持200～500r/min的搅拌速度，加入占氧化铁颜料质量3％～5％的硫酸铝，升温至70～90℃，搅拌至少2小时；在200～500r/min的搅拌速度下，将前述产物降至常温，经过滤、洗涤得到表面改性氧化铁颜料；

b)将占氧化铁颜料水性色浆总质量1.0～3.0％的润湿剂、5.0～8.0％的分散剂、8～15％的有机溶剂、1.0％～3.0％的聚乙烯醇和去离子水总质量的至少80％在分散机中分散至少30分钟，得到预混合液；

c)将占氧化铁颜料水性色浆总质量40～55％的表面改性氧化铁颜料加入步骤b)得到的预混合液中进行分散，并在分散过程中加入0.05～0.2％的防霉杀菌剂和剩余的去离子水，得到预混合颜料浆；

d)将步骤c)得到的预混合颜料浆进行研磨，研磨至平均粒径小于1微米，再进行过滤、消泡，得到所述生产线调色用氧化铁颜料水性色浆。