CN104479422A - 光敏变色类玛雅蓝颜料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光敏变色类玛雅蓝颜料的制备方法，首先将光敏变色染料大分子溶于水或有机溶剂中；然后加入预处理过的凹凸棒石室温吸附0.5~24 h；研磨做辅助工序；随后加入硅类化合物和催化剂，在室温至80℃反应2~48h；接着冷却至室温过滤、洗涤；最后90~250℃干燥2~10h得到光敏变色类玛雅蓝颜料。与其它光敏变色染料及变色颜料相比，本发明方法制备的光敏变色类玛雅蓝颜料在具有优异变色性能的同时，还有良好的耐酸碱、耐溶剂和耐光热稳定性等性能，此外还可实现在水中良好的悬浮性，在工业、建筑、服装、军事、印刷等领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种光敏变色颜料的制备方法，更具体地说是涉及由凹凸棒石、光敏变色染料和硅类化合物制备光敏变色类玛雅蓝颜料的方法，属于天然纳米非金属矿深加工及相关新材料制备技术领域。
背景技术
颜色在紫外光/可见光照射下可发生可逆转化的一类变色颜料，称为光敏变色颜料，广泛应用于工业、建筑、服装、军事、印刷等领域。光敏变色的原因是光敏变色的染料分子存在两种不同的形式，这两种形式具有不同的吸收光谱，因此在光辐射下可实现可逆转化，从而展现出不同的颜色。目前，光敏变色染料及光敏变色颜料存在的主要问题是耐光热稳定性不佳、在水溶液中悬浮性差等。
近年来，关于提高光敏变色染料及光敏变色颜料稳定性及悬浮性的技术方法研究较少。专利CN101200605A中，以天然云母薄片为基质，在此基片的表面交替包覆多层金属氧化物制备多层变色颜料，提高其耐候性。专利CN103757938中，将螺噁嗪化合物溶于有机助剂，制备一种螺噁嗪类光致变色印花色浆组合物，以提高光变染料的稳定性。专利CN1482181中，在螺环类光致变色染料中添加增稠剂、生物胶、芒硝等助剂提高其悬浮性。上述专利都存在制备过程复杂，应用范围窄，制得的光敏变色复合物综合稳定性仍不理想等诸多问题。
玛雅蓝具有艳丽的色彩和持久的稳定性。研究表明，玛雅蓝是由凹凸棒石混合了一种来自植物的靛蓝成分形成的。类玛雅蓝颜料指的是稳定性可与玛雅蓝相媲美的一类黏土矿物颜料，如凹凸棒石与甲基红制得的玛雅红、与骨螺紫作用得到的玛雅紫等，都具有良好的稳定性。为此，以凹凸棒石为基质引入光敏变色染料，探索光敏变色类玛雅蓝颜料的制备技术对于提高光敏变色染料的稳定性及在水中的悬浮性具有重要的应用意义。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种光敏变色类玛雅蓝颜料的制备方法，通过该方法制备的光敏变色类玛雅蓝颜料在紫外光/可见光照射下可实现可逆的颜色变化，同时色泽均匀，稳定性强，此外还具有优异的水相悬浮稳定性，拓展了该类复合颜料的应用领域。
本发明的原理是：利用凹凸棒石在水或溶剂中对阳离子光敏变色染料的很强的吸附能力，促进光敏变色染料分子与凹凸棒石的有效结合，再经过凹凸棒石沸石水的置换作用，使光敏变色染料分子有效进入并固定在凹凸棒石内部孔道中或键合在凹凸棒石棒晶的表面，改善纳米复合颜料的色泽稳定性，同时，利用凹凸棒石的屏蔽作用及光敏变色染料分子与凹凸棒石及硅类化合物间的相互作用改善其在水中的悬浮性。
本发明的技术解决方案是：首先将光敏变色染料大分子溶于水或有机溶剂中；然后加入预处理过的凹凸棒石室温吸附0.5~24 h；研磨做辅助工序；随后加入硅类化合物和催化剂，在室温至80℃反应2~48h；接着冷却至室温过滤、洗涤；最后90~250℃干燥2~10h，得到光敏变色类玛雅蓝颜料。
其中，所述的凹凸棒石预处理方法有：1）质量百分浓度为1%-5%的浓硫酸处理2-24h，水洗至离心后上清液呈中性；2）300℃热处理4-24h；3）质量百分比为3%的硫酸铝离子交换2-8h；4）10-90MPa下进行高压均质。
其中，所述的光敏变色染料大分子为碱性红18、螺[1,3,3-三甲基吲哚-(6-硝基苯并二氢吡喃)]、N-羟乙基-3,3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃、5-氯-1,3-二氢-1,3,3-三甲基螺[2H-吲哚-2,3-(3H)萘并[2,1-b](1,4)噁嗪]、1,3-二氢-1,3,3-三甲基螺[2H-吲哚-2,3-(3H)萘并[2,1-b](1,4)噁嗪] 、5-甲氧基-1,3,3-三甲基螺[二氢吲哚-2,3’-[3H]萘并[2,1-b]吡喃]中的一种，光敏变色染料用量为凹凸棒石质量的0.1~12%。
其中，所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、二甲亚砜、氯仿、二氯甲烷、甲苯、水中的一种。
其中，所述的硅类化合物为硅酸钠、硅酸钾、水玻璃、四乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷及它们的甲氧基和氯代硅烷中的一种，其用量为凹凸棒石质量的0.1~5%。
其中，所述的催化剂为氨水、乙二胺、三乙胺、硫酸、硝酸、盐酸、醋酸、草酸、甲酸、苯磺酸、胺、亚硫酸氢钠、硼氢化钠或金属氧化物中的一种，催化剂为凹凸棒石质量的0.1%~2%。
与普通光敏变色染料及其他光敏变色颜料相比，本发明在保持光敏变色染料优异变色性能的同时，还具有以下优点：
1、在制备阶段加入凹凸棒石，利用凹凸棒石孔道结构的屏蔽作用可得到性能更稳定的光敏变色类玛雅蓝颜料；
2、在制备阶段加入凹凸棒石，并且后续进行硅烷改性，利用凹凸棒石、光敏变色染料、硅烷水解缩合产物三者间的相互作用可提高其在水中悬浮性；
3、在制备阶段对凹凸棒石进行预处理，可增大其吸附容量，改善产物的悬浮性和分散性。
4、在制备阶段加入溶剂进行研磨，有利于光敏变色染料分子进入凹凸棒石的孔道，溶剂对粗产物进行洗涤可以去除粗产物中的游离染料和硅类化合物。
5、将光敏变色染料分子溶解在水或有机溶剂中，再用凹凸棒石进行吸附，得到的产物反应均一、充分。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明做进一步详细说明，本发明技术方案不局限于列举的具体实施例。
光敏变色类玛雅蓝颜料的变色性能的评估中：所用光源为氙气灯，辅以滤光片，紫外光波长为365nm，辐射时间为2~30min，可见光波长为570nm，辐射时间为10~60min。
实施例1：将0.2g碱性红18溶解于100mL水溶液中，在搅拌条件下，加入经质量百分比浓度5%硫酸处理的10g凹凸棒石室温吸附24h，再加入0.2g正硅酸乙酯和0.5mL氨水，升温至80℃继续反应6h，冷却至室温后过滤，蒸馏水洗涤，90℃干燥3h得产物。
以氙灯做光源，辅以滤光片，制得的该光敏变色类玛雅蓝颜料具有在紫外光（365nm）照射下颜色从红色到无色，80℃下颜色从无色到红色的可逆转化，产物稳定性见表1。
实施例2：将0.1g 螺[1,3,3-三甲基吲哚-(6-硝基苯并二氢吡喃)]溶解于100mL丙酮中，在搅拌条件下，加入经300℃处理的10g凹凸棒石室温吸附2h，研磨30min，再加入50mL乙醇、0.2g硅酸钾和2mL乙二胺，室温继续反应15h，冷却至室温后过滤，丙酮洗涤，90℃干燥3h得到产物。
以氙灯做光源，辅以滤光片，制得的该光敏变色类玛雅蓝颜料具有在紫外光（365nm）照射下颜色从无色到红色，可见光（570nm）下颜色从红色到无色的可逆转化，产物稳定性见表1。
实施例3：将0.1g N-羟乙基-3,3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃溶解于100mL乙醇中，在搅拌条件下，加入经质量百分比浓度3%硫酸铝交换处理的10g凹凸棒石室温吸附2h，研磨30min后再加入0.2g甲基三乙氧基硅烷和0.5mL醋酸，升温至60℃继续反应10h，冷却至室温后过滤，乙醇洗涤，90℃干燥3h得到产物。
以氙灯做光源，辅以滤光片，制得的该光敏变色类玛雅蓝颜料具有在紫外光（365nm）和可见光照射下颜色发生可逆转化的变色特性，产物稳定性见表1。
实施例4：将0.1g 1,3-二氢-1,3,3-三甲基螺[2H-吲哚-2,3-(3H)萘并[2,1-b](1,4)噁嗪]溶解于100mL二甲亚砜中，在搅拌条件下，加入经90MPa高压均质处理的10g凹凸棒石室温搅拌吸附2h，研磨30min后再加入0.2g四乙氧基硅烷、0.2g十六烷基三乙氧基硅烷和3mL三乙胺，升温至80℃继续反应20h，冷却至室温后过滤，乙醇洗涤，90℃干燥3h后得到产物。产物稳定性见表1。
以氙灯做光源，辅以滤光片，制得的该光敏变色类玛雅蓝颜料具有在紫外光（365nm）和可见光照射下颜色发生可逆转化的变色特性，产物稳定性见表1。
表1 光敏变色类玛雅蓝颜料的稳定性
Claims (6)
1.光敏变色类玛雅蓝颜料的制备方法，其特征是：首先将光敏变色染料大分子溶于水或有机溶剂中，然后加入预处理过的凹凸棒石室温吸附0.5~24 h；研磨做辅助工序；随后加入硅类化合物和催化剂，在室温至80℃反应2~48h；接着冷却至室温过滤、洗涤；最后90~250℃干燥2~10h得光敏变色类玛雅蓝颜料。
2. 根据权利要求1所述的光敏变色类玛雅蓝颜料的制备方法，其特征是：凹凸棒石预处理方法有：1）质量百分浓度为1%-5%的浓硫酸处理2-24h；2）300℃热处理4-24h；3）质量百分比为3%的硫酸铝离子交换2-8h；4）10-90MPa下进行高压均质。
3. 根据权利要求1所述的光敏变色类玛雅蓝颜料的制备方法，其特征是：所述的光敏变色染料分子为碱性红18、螺[1,3,3-三甲基吲哚-(6-硝基苯并二氢吡喃)]、N-羟乙基-3,3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃、5-氯-1,3-二氢-1,3,3-三甲基螺[2H-吲哚-2,3-(3H)萘并[2,1-b](1,4)噁嗪]、1,3-二氢-1,3,3-三甲基螺[2H-吲哚-2,3-(3H)萘并[2,1-b](1,4)噁嗪]、5-甲氧基-1,3,3-三甲基螺[二氢吲哚-2,3’-[3H]萘并[2,1-b]吡喃]中的一种，光敏变色染料用量为凹凸棒石质量的0.1~12%。
4. 根据权利要求1所述的光敏变色类玛雅蓝颜料的制备方法，其特征是：所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、二甲亚砜、氯仿、二氯甲烷、甲苯、水中的一种。
5. 根据权利要求1所述的光敏变色类玛雅蓝颜料的制备方法，其特征是：所述的硅类化合物为硅酸钠、硅酸钾、水玻璃、四乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷及它们的甲氧基和氯代硅烷中的一种，硅类化合物为凹凸棒石质量的0.1%~5%。
6. 据权利要求1所述的光敏变色类玛雅蓝颜料的制备方法，其特征是：所述的催化剂为氨水、乙二胺、三乙胺、硫酸、硝酸、盐酸、醋酸、草酸、甲酸、苯磺酸、胺、亚硫酸氢钠、硼氢化钠或金属氧化物中的一种，催化剂为凹凸棒石质量的0.1%~2%。
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