CN105037837B - 适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆及其制备方法,该水性色浆包括表面改性的钛白粉45~60%,润湿剂0.5~2.0%,分散剂3.0~5.0%;其中表面改性的钛白粉是采用含有氯元素的硅烷偶联剂水解后与钛白粉表面羟基反应所形成的,该经表面改性的钛白粉与含胺的分散剂通过氯元素和氮元素之间的正负电性作用,将分散剂牢固的锚固在钛白粉表面,从而将钛白颗粒稳定的分散在乳胶中,通过本发明所述制备方法制备的钛白水性色浆,具有储存稳定性好、用于天然乳胶制品着色遮盖力高、耐迁移性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种水性色浆及其制备方法,尤其涉及一种适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆及其制备方法,属于精细化工技术领域。
背景技术
天然乳胶是从橡胶树等天然植物中采集而得的一种重要工业原料,以天然乳胶为主要原料经浸渍、翻转、漂洗和烘干等工艺制备的乳胶手套、避孕套、气球、橡皮筋等天然乳胶制品,具有防螨抗菌、超高弹性、可自然降解等一系列优点,在医疗卫生、玩具等诸多领域得到了广泛应用。
钛白是一种常用的白色颜料,它不仅能够通过散射光线提供较好的白度,还兼具极佳的遮盖性,是涂料、造纸、化学纤维和天然乳胶等行业常用的着色剂。利用分散剂将钛白稳定分散在水性体系中形成的钛白水性色浆,具有钛白含量高、价格低、使用方便、无粉尘污染、粒径小、能够得到较高的白度和遮盖力等一系列优势,有利于提升天然乳胶制品的品质、减少环境污染、降低生产成本,有很好的发展应用前景。
与酞菁蓝、炭黑等常用颜料相比,钛白颜料具有表面羟基含量高、亲水性强、密度大、在水性体系中易沉降等缺陷,钛白水性色浆长期储存,极易出现钛白颜料沉淀的现象。为改善上述缺陷,国内外报道了大量钛白水性色浆的制备方法,如授权公告号为CN100384953C的中国专利揭示了一种使用多种分散剂复配制备疏水性钛白水性色浆的方法,该水性色浆可以避免在疏水性较强的外墙乳胶漆中应用时发生的浮色、发花等问题;公开号为US4448609的美国专利揭示了一种使用含铝化合物对钛白进行表面改性,并将改性后的钛白与分散剂、水等组分经混合、分散、研磨等工艺,制备高钛白含量水性色浆的方法,该钛白水性色浆主要用于乳胶漆。
然而,由于表面富含羟基,分散剂在钛白颜料颗粒表面的锚固定效果较差,导致钛白水性色浆在储存过程中易分水,在天然乳胶的浸渍和烘干过程中,色浆中的钛白颜料颗粒极易出现分散剂解脱附、颜料颗粒团聚等问题,导致出现天然乳胶制品遮盖力下降,现有钛白水性色浆制造技术的相关报道和方案中,未见可以很好应用于天然乳胶制品且具有储存稳定性好、遮盖力高、耐迁移性好的钛白水性色浆的报道。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的不足,本发明提供了一种适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆及其制备方法,由该方法制备所得的钛白水性色浆具有储存稳定性好、用于天然乳胶制品着色遮盖力高、耐迁移性好等优点。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆,包括下述按所述钛白水性色浆总质量百分比计的各组分:表面改性的钛白粉45~60%,润湿剂0.5~2.0%,分散剂3.0~5.0%;
所述表面改性的钛白粉是通过下述步骤制备所得的:将钛白粉、占该钛白粉用量0.5~3wt.%的硅烷偶联剂和占该硅烷偶联剂用量至少10wt.%的去离子水置于捏合机混合分散至少5min,得到表面改性的钛白粉。为增加硅烷偶联剂的分散效率,上述物质放置在捏合机中的方式和在捏合机中混合分散的方式如下所述:将占硅烷偶联剂用量80~150wt.%的有机溶剂(本发明中优选异丙醇)与所述硅烷偶联剂混合均匀后再与所述去离子水混合均匀得到混合液体,将所述钛白粉加入捏合机中,然后将所述混合有液体以迅速喷淋的方式加入到钛白粉中进行混合分散。
所述硅烷偶联剂具有通式(I)的结构:
其中m为0或1,n为1~5的整数且包含1和5,考虑到可以采购到的商品化硅烷偶联剂的实际情况,在本发明中具有通式(I)结构的硅烷偶联剂,优选为氯丙基三甲氧基硅烷和氯丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
所述分散剂具有通式(II)的结构:
其中R为C1~C4的烷基,x为20~40的整数且包含20和40,y为5~20的整数且包含5和20;具有通式(II)结构的分散剂可以由多种方式进行合成,例如,可以由烷基醇先后对环氧乙烷、环氧丙烷开环的产物,在高温下氨化而得。
所述润湿剂具有通式(III)的结构:
其中R1和R2分别为C5~C17的饱和烷烃基团或不饱和烷烃基团,在本发明中,具有通式(III)结构的化合物优选为磷脂酰胆碱。在工业上使用的磷脂酰胆碱几乎都是从天然产物中分离而来,一般都是具有通式(III)结构的多种磷脂酰胆碱的混合物。
该适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆还包括适量pH调节剂,本发明中优选为三乙胺。且为防止长时间储存后因细菌滋生导致的钛白水性色浆发臭、霉变,其中还添加有适量的防霉杀菌剂,考虑到气球、手套等天然乳胶制品与人体接触密切,本发明优选化妆品等终端产品与人体密切接触的行业中常用的苯甲酸钠、氯己定等对人体危害性较小甚至基本无危害的防霉杀菌剂。此外还包括适量消泡剂和余量去离子水。
本发明还公开了一种适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆的制备方法,该方法包括下述步骤:
(1)将钛白粉、占该钛白粉用量0.5~3wt.%的硅烷偶联剂和占该硅烷偶联剂用量至少10wt.%的去离子水置于捏合机混合分散至少5min,得到表面改性的钛白粉;
(2)将配方用量的润湿剂和分散剂加入到配方用量的去离子水中充分分散混合后,在高速搅拌的状态下加入配方用量的(1)中所得表面改性的钛白粉,然后加入适量pH值调节剂调节pH值为9~10后高速分散至少15min,得到预混合钛白粉浆料;
(3)将(2)中所得预混合钛白粉浆料经研磨机至少研磨3遍,然后经过滤、消泡后得到适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆。
其进一步的技术方案是:
步骤(1)为:将占硅烷偶联剂用量80~150wt.%的有机溶剂与所述硅烷偶联剂混合均匀后再与所述去离子水混合均匀得到混合液体,将所述钛白粉加入捏合机中,然后将所述混合有液体以迅速喷淋的方式加入到钛白粉中进行混合分散。
步骤(2)中将适量防霉杀菌剂与所述润湿剂和所述分散剂一起加入到配方用量的去离子水中进行充分分散混合。
本发明中所述具有通式(I)结构的硅烷偶联剂(如氯丙基三甲氧基硅烷或者氯丙基三乙氧基硅烷)先水解,再与钛白粉表面的羟基进行反应,完成对钛白粉的表面改性,含氯化合物负电性较强,有利于钛白颜料颗粒间的相互排斥,同时,含胺的分散剂正电性较强,有利于分散剂在改性后的钛白表面的锚固定作用。
本发明的有益技术效果是:以本发明揭示的制备方法制备的钛白水性色浆,具有储存稳定性好、用于天然乳胶制品着色遮盖力高、耐迁移性好等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例和对比实施例进一步阐述本发明的优点和显著特点,但并非对本发明的限定。
下列具体实施例和对比实施例中,所用分散剂具有通式(II)的结构:
其中,分散剂A中,R为甲基,x为20,y为5;分散剂B中,R为丁基,x为40,y为10;分散剂C中,R为乙基,x为30,y为20。
具体实施例1
将500克钛白加入捏合机中,再将10克氯丙基三乙氧基硅烷和8克异丙醇在烧杯中混合均匀后,加入1克去离子水再次搅拌混合2分钟,随后将混合后的液体喷淋在捏合机内的钛白中,再在捏合机中混合分散5分钟,得到表面改性的钛白;将10克磷脂酰胆碱、30克分散剂A、0.5克杀菌剂加入去离子水中充分分散混合后,在高速搅拌下,加入表面改性的钛白,加入三乙胺调节pH值为9,高速分散30分钟,得到预混合钛白浆料;将预混合钛白浆料经研磨机研磨3遍,过滤、消泡得到总质量为1000克钛白水性色浆。
具体实施例2
将600克钛白加入捏合机中,再将3克氯丙基三甲氧基硅烷和4.5克异丙醇在烧杯中混合均匀后,加入0.6克去离子水再次搅拌混合30秒,随后将混合后的液体喷淋在捏合机内的钛白中,再在捏合机中混合分散10分钟,得到表面改性的钛白;将20克磷脂酰胆碱、40克分散剂B、0.2克杀菌剂加入去离子水中充分分散混合后,在高速搅拌下,加入表面改性的钛白,加入三乙胺调节pH值为9.5,高速分散15分钟,得到预混合钛白浆料;将预混合钛白浆料经研磨机研磨5遍,过滤、消泡得到总质量为1000克钛白水性色浆。
具体实施例3
将450克钛白加入捏合机中,再将1.5克氯丙基三甲氧基硅烷、3克氯丙基三乙氧基硅烷和6克异丙醇在烧杯中混合均匀后,加入0.8克去离子水再次搅拌混合1分钟,随后将混合后的液体喷淋在捏合机内的钛白中,再在捏合机中混合分散10分钟,得到表面改性的钛白;将5克磷脂酰胆碱、50克分散剂C加入去离子水中充分分散混合后,在高速搅拌下,加入表面改性的钛白,加入三乙胺调节pH值为10,高速分散20分钟,得到预混合钛白浆料;将预混合钛白浆料经研磨机研磨4遍,过滤、消泡得到总质量为1000克钛白水性色浆。
对比实施例4
将500克钛白加入捏合机中,再将10克γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和8克异丙醇在烧杯中混合均匀后,加入1克去离子水再次搅拌混合2分钟,随后将混合后的液体喷淋在捏合机内的钛白中,再在捏合机中混合分散5分钟,得到表面改性的钛白;将10克磷脂酰胆碱、30克分散剂A、0.5克杀菌剂加入去离子水中充分分散混合后,在高速搅拌下,加入表面改性的钛白,加入三乙胺调节pH值为9,高速分散30分钟,得到预混合钛白浆料;将预混合钛白浆料经研磨机研磨3遍,过滤、消泡得到总质量为1000克钛白水性色浆。
对比实施例5
将10克磷脂酰胆碱、30克分散剂A、0.5克杀菌剂加入去离子水中充分分散混合后,在高速搅拌下,加入500克钛白,加入三乙胺调节pH值为9,高速分散30分钟,得到预混合钛白浆料,将预混合钛白浆料经研磨机研磨3遍,过滤、消泡得到总质量为1000克钛白水性色浆。
对比实施例6
将500克钛白加入捏合机中,再将10克氯丙基三乙氧基硅烷和8克异丙醇在烧杯中混合均匀后,加入1克去离子水再次搅拌混合2分钟,随后将混合后的液体喷淋在捏合机内的钛白中,再在捏合机中混合分散5分钟,得到表面改性的钛白;将10克壬基酚聚氧乙烯醚、30克苯乙烯-马来酸酐分散剂、0.5克杀菌剂加入去离子水中充分分散混合后,加入三乙胺调节pH值为9,在高速搅拌下,加入表面改性的钛白,高速分散30分钟,得到预混合钛白浆料;将预混合钛白浆料经研磨机研磨3遍,过滤、消泡得到总质量为1000克钛白水性色浆。
水性色浆性能测试
储存稳定性测试:通过目测,观察上述实施例和对比实施例制备的钛白水性色浆在25℃下密闭放置90天后的状态,有无出现明显颜料颗粒沉淀、絮凝等储存稳定性差的情况,将结果记录在表1中,其中,“√”表示无异常,“×”表示出现了明显颜料颗粒沉淀、絮凝等表明储存稳定性差的情况。
相对着色强度测试:以化工行业标准《HG/T 4786-2014胶乳色浆》附录B中规定的方法进行测试,以实施例1制备的钛白水性色浆作为标准色浆,测试对比实施例4~6制备钛白水性色浆的相对着色强度,相对着色强度能够清楚的表明钛白浆的遮盖力高低。
耐迁移性测试:分别将实施例和对比实施例制备的钛白水性色浆和硫磺、促进剂、氢氧化钾、防老剂、天然乳胶,按照3:3:0.4:0.2:0.5:100的质量比混合均匀,用200μm涂膜制备器将上述混合浆料分别涂覆在黑白卡上,将其放在105±2℃的恒温箱中烘干至完全干燥,剥离胶皮,目测观察黑白卡黑色部分有无迁移的白色颜料,将结果记录在表1中,其中,“√”表示无白色颜料,“×”表示黑白卡黑色部分出现了白色颜料。
表1.测试结果
通过具体实施例1-3可以看出,色浆稳定性、着色力和耐迁移性均符合要求;对比实施例4使用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷即KH-570(其对氨基分散剂锚固定效果差),对比实施例5不使用偶联剂,对比实施例6使用非氨基分散剂,导致各项性能均下降。
对于本领域的普通技术人员而言,具体实施例只是对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进,或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆,其特征在于:包括下述按所述钛白水性色浆总质量百分比计的各组分:表面改性的钛白粉45~60%,润湿剂0.5~2.0%,分散剂3.0~5.0%;
所述表面改性的钛白粉是通过下述步骤制备所得的:将钛白粉、占该钛白粉用量0.5~3wt.%的硅烷偶联剂和占该硅烷偶联剂用量至少10wt.%的去离子水置于捏合机混合分散至少5min,得到表面改性的钛白粉,所述硅烷偶联剂具有通式(I)的结构:
其中m为0或1,n为1~5的整数且包含1和5;
所述分散剂具有通式(II)的结构:
其中R为C1~C4的烷基,x为20~40的整数且包含20和40,y为5~20的整数且包含5和20;
所述润湿剂具有通式(III)的结构:
其中R1和R2分别为C5~C17的饱和烷烃基团或不饱和烷烃基团。
2.根据权利要求1所述的适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆,其特征在于:所述硅烷偶联剂为氯丙基三甲氧基硅烷和氯丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆,其特征在于:所述润湿剂为磷脂酰胆碱。
4.根据权利要求1所述的适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆,其特征在于:还包括适量pH调节剂、适量防霉杀菌剂、适量消泡剂和余量去离子水。
5.根据权利要求4所述的适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆,其特征在于:所述pH调节剂为三乙胺。
6.根据权利要求1所述的适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆,其特征在于:所述表面改性的钛白粉是通过下述步骤制备所得的:将占硅烷偶联剂用量80~150wt.%的有机溶剂与所述硅烷偶联剂混合均匀后再与所述去离子水混合均匀得到混合液体,将所述钛白粉加入捏合机中,然后将所述混合有液体以迅速喷淋的方式加入到钛白粉中进行混合分散。
7.根据权利要求6所述的适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆,其特征在于:所述有机溶剂为异丙醇。
8.一种权利要求1-7中任一权利要求所述的适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆的制备方法,其特征在于:包括下述步骤:
(1)将钛白粉、占该钛白粉用量0.5~3wt.%的硅烷偶联剂和占该硅烷偶联剂用量至少10wt.%的去离子水置于捏合机混合分散至少5min,得到表面改性的钛白粉;
(2)将配方用量的润湿剂和分散剂加入到配方用量的去离子水中充分分散混合后,在高速搅拌的状态下加入配方用量的(1)中所得表面改性的钛白粉,然后加入适量pH值调节剂调节pH值为9~10后高速分散至少15min,得到预混合钛白粉浆料;
(3)将(2)中所得预混合钛白粉浆料经研磨机至少研磨3遍,然后经过滤、消泡后得到适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆。
9.根据权利要求8所述的适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆的制备方法,其特征在于:步骤(1)为:将占硅烷偶联剂用量80~150wt.%的有机溶剂与所述硅烷偶联剂混合均匀后再与所述去离子水混合均匀得到混合液体,将所述钛白粉加入捏合机中,然后将所述混合有液体以迅速喷淋的方式加入到钛白粉中进行混合分散。
10.根据权利要求8所述的适用于天然乳胶制品着色的钛白水性色浆的制备方法,其特征在于:步骤(2)中将适量防霉杀菌剂与所述润湿剂和所述分散剂一起加入到配方用量的去离子水中进行充分分散混合。
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