CN108276806B - 含有金红石和锐钛矿型TiO2层的珠光颜料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料，其包括如下层组成的层结构：(A)基材；(B)包覆在基材表面的第一SiO₂涂层；(C)包覆在第一SiO₂涂层表面的第二SnO₂涂层；(D)包覆在第二SnO₂涂层表面的第三TiO₂涂层；(E)包覆在第三TiO₂涂层表面的第四SiO₂涂层；(F)包覆在第四SiO₂涂层表面的第五TiO₂涂层。相对于现有技术，本发明珠光颜料具有色彩饱和度高、亮度好和金属感强的特点，提升了珠光颜料的使用价值，能够满足汽车、涂料、皮革、纺织、塑料、电子、油墨和化妆品等领域的使用要求。此外，本发明还公开了一种珠光颜料的制备方法，本方法工艺简单、易于操作、所得产品纯度高，可通过调整氧化物的包覆层厚度来控制最终色相。

Description

含有金红石和锐钛矿型TiO2层的珠光颜料及其制备方法

技术领域

本发明属于珠光颜料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料及其制备方法。

背景技术

珠光颜料是以天然云母或人工合成云母或氧化铝薄片或玻璃薄片作为基材，并使用特殊的化学工艺方法在基材表面包覆一层或多层金属氧化物形成的粉体颜料，这样的颜料是一种平面夹心体的结构，它能使复合光分解成各种单色光，经过光的干涉作用形成各种不同颜色的干涉色，显示出璀璨的珍珠光泽和金属光泽。作为一种具有高附加值的颜料，因其耐候性好、耐酸碱、高光泽、无毒无害以及生产制造成本低等特点，因而被广泛应用于汽车、涂料、皮革、纺织、塑料、电子、橡胶、食品包装、油墨、化妆品和特种纸等各个领域中。

目前，大部分的珠光颜料是以一种或数种金属氧化物包覆在云母基材表面，形成层状的结构，通过光的干涉而形成的一种具有珠光效果的颜料。可以改变包覆在基材表面的金属氧化物厚度，使其产生不同的光的干涉作用，从而得到不同的颜色和珠光效果的珠光颜料。但其色彩的饱和度和亮度由于受到基材质量、金属氧化物的包覆效果、包覆条件等因素的影响，很难达到所需求的色彩饱和度和亮度，从而影响其在涂料、油墨、化妆品等很多重要领域中的使用效果。

有鉴于此，确有必要提供一种具有高色彩饱和度和高亮度的同时含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种具有高色彩饱和度和高亮度的同时含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料，其中，包括如下层组成的层结构：

(A)基材；

(B)包覆在基材表面的第一SiO₂涂层；

(C)包覆在第一SiO₂涂层表面的第二SnO₂涂层；

(D)包覆在第二SnO₂涂层表面的第三TiO₂涂层；

(E)包覆在第三TiO₂涂层表面的第四SiO₂涂层；以及

(F)包覆在第四SiO₂涂层表面的第五TiO₂涂层。

本申请的申请人经过深入研究发现，绝大多数珠光颜料只包覆了1～4层金属氧化物，这些珠光颜料对于光线的折射最多为两次。然而在金属氧化物包覆层之间包覆上一层SiO₂包覆层，通过调节这层SiO₂包覆层的厚度，使光线在不同介质的氧化物包覆层间发生多次折射，并使它们的折射光线恰好重叠，从而使某一折射光得到大大增强，使珠光颜料的色彩饱和度和亮度得到极大提升，可得到一种高纯度干涉色系列的珠光颜料。

作为本发明含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料的一种改进，所述第一SiO₂涂层的包覆率为1％～10％，第二SnO₂涂层的包覆率为0.1％～3％，第三 TiO₂涂层的包覆率为10％～45％，第四SiO₂涂层的包覆率为1％～20％，第五TiO₂涂层的包覆率为10％～40％。

作为本发明含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料的一种改进，所述第三TiO₂涂层中的TiO₂以金红石型存在且所述第五TiO₂涂层中的TiO₂以锐钛矿型存在。

作为本发明含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料的一种改进，所述基材为天然云母、合成云母、二氧化硅、三氧化二铝中的一种或几种。

作为本发明含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料的一种改进，还包括包覆在第五TiO₂涂层表面的保护层，所述保护层包括一层或多层氧化物涂层，和/或一层或多层亲水、亲油表面活性剂。

作为本发明含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料的一种改进，所述氧化物涂层选自氧化铝、氧化锌、氧化钙、氧化镁中的一种或几种，所述表面活性剂选自硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯中的一种或几种。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种上述所述的含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料的制备方法，包括以下步骤：

1)将基材加入与去离子水中，搅拌形成第一悬浮液；

2)将第一悬浮液加热至一定温度继续进行搅拌，调节悬浮液的pH值至 7.0～10，得到第二悬浮液；

3)在搅拌条件下，以一定速率向第二悬浮液中滴加Na₂SiO₃溶液进行水解包覆，同时滴入稀酸来维持悬浮液pH值的稳定，得到第三悬浮液；

4)调节第三悬浮液的pH值至1.0～1.8，并向悬浮液中以一定速率滴加SnCl₄溶液进行水解包覆，得到第四悬浮液；

5)调节第四悬浮液的pH值至1.7～2.2，并向悬浮液中以一定速率滴加TiCl₄溶液进行水解包覆，同时滴入碱液维持悬浮液pH值的稳定，直到达到所需色相后，停止加料，得到第五悬浮液；

6)调节第五悬浮液的pH值至7.0～10，搅拌一段时间后，向第五悬浮液中以一定速率滴加Na₂SiO₃溶液进行水解包覆，同时滴入稀酸来维持所述悬浮液 pH值的稳定，直到达到所需色相后，停止加料，得到第六悬浮液；

7)调节第六悬浮液的pH值至1.7～2.2，并向悬浮液中以一定速率滴加TiCl₄溶液进行水解包覆，同时滴入碱液来维持所述悬浮液pH值的稳定，直到达到所需色相后，停止加料，得到第七悬浮液；

8)将第七悬浮液进行抽滤，用纯水洗涤，烘干，并煅烧，得到所需的珠光颜料。

作为本发明含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料的制备方法的一种改进，步骤1)中，基材粒径为1～700μm，第一悬浮液的固液比为1:12～1:25；

步骤2)中，将第一悬浮液加热至65～80℃；

步骤3)中，用10％～30％稀盐酸来维持悬浮液pH值的稳定，其中，Na₂SiO₃水解形成的SiO₂包覆在基材表面形成第一包覆层，包覆率为1％～10％；

步骤4)中，SnCl₄水解形成的SnO₂包覆在第一包覆层上，形成第二包覆层，包覆率为0.1％～3％；

步骤5)中，用10％～50％NaOH溶液维持悬浮液pH值的稳定，其中，TiCl₄水解形成的TiO₂包覆在第二包覆层上，形成第三包覆层，包覆率为10％～45％；

步骤6)中，用10％～30％稀盐酸来维持所述悬浮液pH值的稳定，其中， Na₂SiO₃水解形成的SiO₂包覆在第三包覆层上，形成第四包覆层，包覆率为 1％～20％；

步骤7)中，用10％～50％NaOH溶液来维持悬浮液pH值的稳定，其中，TiCl₄水解形成的TiO₂包覆在第四包覆层上，形成第五包覆层，包覆率为10％～40％。

作为本发明含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料的制备方法的一种改进，步骤8)中，所述烘干温度为100℃～140℃，所述煅烧温度为600℃～800℃。

作为本发明含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料的制备方法的一种改进，步骤2)中，所述搅拌速度为350～450r/min，步骤3)中，所述Na₂SiO₃溶液浓度为1.5～2.5mol/L；步骤5)中，所述搅拌速度为380～480r/min。

作为本发明含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料的制备方法的一种改进，所述去离子水的导电率小于20μS/cm。

本发明还提供了一种含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料在如下方面中的应用，用于汽车、涂料、皮革、纺织、塑料、电子、橡胶、食品包装、油墨和化妆品中。

相对于现有技术，本发明含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料及其制备方法具有以下技术效果：

1)本发明珠光颜料既有金红石型又有锐钛矿型，因而同时具有金红石型和锐钛矿型的优点，金红石型珠光颜料由于金属离子的诱导作用，形成金红石型钛层包膜致密、平整度好，具有色彩绚丽、斑斓夺目的珠光效果，而且具有优良的耐候性能和化学稳定性；锐钛矿型珠光颜料包膜工艺简单，制备条件要求低，操作简单易行，成本低，同样具有色彩绚丽、斑斓夺目的珠光效果；本发明通过金红石型和锐钛矿型协同结合，拓宽了珠光颜料的使用范围；

2)本发明珠光颜料具有色彩饱和度高、亮度好和金属感强的特点，提升了珠光颜料的使用价值，能够满足汽车、涂料、皮革、纺织、塑料、电子、橡胶、食品包装、油墨和化妆品等领域的使用要求；

3)本发明珠光颜料制备方法工艺简单、易于操作、所得产品纯度高，可通过调整氧化物的包覆层厚度来控制最终色相，得到色彩多样的产品。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

实施例1

1)称取50g粒径为1～12μm的天然云母于2L反应釜中，加入1000mL导电率小于20μS/cm的去离子水中，搅拌15min，形成固液比为1:20的第一悬浮液；

2)在450r/min搅拌速度下，将第一悬浮液加热至80℃，继续搅拌40min 后，调节悬浮液的pH值至9.5，得到第二悬浮液；

3)搅拌15min后，以25mL/h速率向第二悬浮液中滴加35mL的2mol/L Na₂SiO₃溶液进行水解包覆，同时滴入10％稀盐酸来维持悬浮液pH值的稳定，得到第三悬浮液；

4)在Na₂SiO₃溶液滴加完后，恒温继续搅拌40min，调节第三悬浮液的pH 值至1.0，在搅拌速度350r/min下搅拌40min后，向悬浮液中以30mL/h速率滴加16mL的0.5mol/LSnCl₄溶液进行水解包覆，滴加完成后，继续搅拌45min，得到第四悬浮液；

5)调节第四悬浮液的pH值至1.7，在搅拌速度420r/min下搅拌30min后，向悬浮液中以30mL/h速率滴加4mol/L的TiCl₄溶液进行水解包覆，同时滴入 30％NaOH溶液维持悬浮液pH值的稳定，直到达到所需干涉金色相后，停止加料，继续搅拌40min，得到第五悬浮液；

6)调节第五悬浮液的pH值至9.5，在搅拌速度为450r/min下搅拌15min后，向第五悬浮液中以25mL/h速率滴加2mol/L Na₂SiO₃溶液进行水解包覆，同时滴入10％稀盐酸来维持所述悬浮液pH值的稳定，直到达到干涉红紫色相后，停止加料，继续搅拌40min，得到第六悬浮液；

7)调节第六悬浮液的pH值至1.7，在420r/min搅拌速度下搅拌30min后，向悬浮液中以30mL/h速率滴加4mol/L的TiCl₄溶液进行水解包覆，同时滴入 30％NaOH溶液来维持悬浮液pH值的稳定，直到达到所需干涉金色相后，停止加料，继续搅拌40min，得到第七悬浮液；

8)将第七悬浮液进行抽滤，用纯水洗涤，在100℃下烘干，并在800℃下煅烧，得到所需干涉金色珠光颜料。

9)色差检测：

(1)颜料样板制备：将颜料与树脂按1:10(质量比)的比例调匀，并用25μm 厚的制膜器刮涂于黑白板色板上，在105℃下烘干10min。

(2)色差检测仪器：X-rite MA98(15°、25°、45°、75°、110°多角度)，生产商：美国爱色丽有限公司。

(3)色差的检测：将上述色差检测仪器经过黑白标准校验后，平放已制好的色板，分别测试黑白底的色差。

10)表面后处理：

通过在所得珠光颜料表面再包覆一层或多层氧化物层，如包覆氧化铝、氧化锌、氧化钙、氧化镁等，能使耐候性能达到Q-SUN测试大于3000小时，显著提高了珠光颜料的耐候性和抗黄变性能；继续包覆一层或多层表面活性剂(如硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯等)进行亲水亲油处理，能使珠光颜料在水性和油性介质中得到充分的分散。

通过在所得珠光颜料表面再包覆一层或多层亲水、亲油表面活性剂，如包覆硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠等，显著提高了珠光颜料的亲水性和亲油性。

实施例2～9与实施例1方法基本相同，不同之处在于各物质的量和反应条件有所不同，具体参数和测试结果如表1～5所示。

表1为实施例1～9中步骤1)、步骤2)和步骤3)工艺参数

表2为实施例1～9步骤4)和步骤5)中工艺参数

表3为实施例1～9步骤6)中工艺参数

表4为实施例1～9步骤7)和步骤8)中工艺参数

表5为实施例1～9中各产品测试结果

结论：

1)通过对本发明珠光颜料进行纯度和色差测试，从表5可知，本发明珠光颜料的纯度能够达到58～89，而现有技术已知的珠光颜料的纯度只有20～30，说明本发明珠光颜料具有更高的纯度和色饱和度；

2)通过耐候后处理再包覆氧化层，能使耐候性能达到Q-SUN测试大于3000 小时，通过亲水亲油处理，能使珠光颜料在水性和油性介质中得到充分的分散。

相对于现有技术，本发明含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料及其制备方法具有以下技术效果：

(1)本发明珠光颜料同时既有金红石型又有锐钛矿型，因而同时具有金红石型和锐钛矿型的优点，金红石型珠光颜料由于金属离子的诱导作用，形成金红石型钛层包膜致密、平整度好，具有色彩绚丽、斑斓夺目的珠光效果，而且具有优良的耐候性能和化学稳定性；锐钛矿型珠光颜料包膜工艺简单，制备条件要求低，操作简单易行，成本低，同样具有色彩绚丽、斑斓夺目的珠光效果；本发明通过金红石型和锐钛矿型协同结合，拓宽了珠光颜料的使用范围和领域；

(2)本发明珠光颜料具有色彩饱和度高、亮度好和金属感强的特点，提升了珠光颜料的使用价值，能够满足汽车、涂料、皮革、纺织、塑料、电子、橡胶、食品包装、油墨和化妆品等领域的使用要求；

(3)本发明珠光颜料制备方法工艺简单、易于操作、所得产品纯度高，可通过调整氧化物的包覆层厚度来控制最终色相，得到色彩多样的产品。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.一种含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料，其特征在于，包括如下层组成的层结构：

(A)基材；

(B)包覆在基材表面的第一SiO₂涂层；

(C)包覆在第一SiO₂涂层表面的第二SnO₂涂层；

(D)包覆在第二SnO₂涂层表面的第三TiO₂涂层；

(E)包覆在第三TiO₂涂层表面的第四SiO₂涂层；以及

(F)包覆在第四SiO₂涂层表面的第五TiO₂涂层；

所述第一SiO₂涂层的包覆率为1％～10％，第二SnO₂涂层的包覆率为0.1％～3％，第三TiO₂涂层的包覆率为10％～45％，第四SiO₂涂层的包覆率为1％～20％，第五TiO₂涂层的包覆率为10％～40％；

所述第三TiO₂涂层中的TiO₂以金红石型存在且所述第五TiO₂涂层中的TiO₂以锐钛矿型存在。

2.根据权利要求1所述的含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料，其特征在于，所述基材为天然云母、合成云母、二氧化硅、三氧化二铝中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料，其特征在于，还包括包覆在第五TiO₂涂层表面的保护层，所述保护层包括一层或多层氧化物涂层，和/或一层或多层亲水、亲油表面活性剂。

4.根据权利要求3所述的含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料，其特征在于，所述氧化物涂层选自氧化铝、氧化锌、氧化钙、氧化镁中的一种或几种，所述表面活性剂选自硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将基材加入与去离子水中，搅拌形成第一悬浮液；

2)将第一悬浮液加热至一定温度继续进行搅拌，调节悬浮液的pH值至7.0～10，得到第二悬浮液；

3)在搅拌条件下，以一定速率向第二悬浮液中滴加Na₂SiO₃溶液进行水解包覆，同时滴入稀酸来维持悬浮液pH值的稳定，得到第三悬浮液；

4)调节第三悬浮液的pH值至1.0～1.8，并向悬浮液中以一定速率滴加SnCl₄溶液进行水解包覆，得到第四悬浮液；

5)调节第四悬浮液的pH值至1.7～2.2，并向悬浮液中以一定速率滴加TiCl₄溶液进行水解包覆，同时滴入碱液维持悬浮液pH值的稳定，直到达到所需色相后，停止加料，得到第五悬浮液；

6)调节第五悬浮液的pH值至7.0～10，搅拌一段时间后，向第五悬浮液中以一定速率滴加Na₂SiO₃溶液进行水解包覆，同时滴入稀酸来维持所述悬浮液pH值的稳定，直到达到所需色相后，停止加料，得到第六悬浮液；

7)调节第六悬浮液的pH值至1.7～2.2，并向悬浮液中以一定速率滴加TiCl₄溶液进行水解包覆，同时滴入碱液来维持所述悬浮液pH值的稳定，直到达到所需色相后，停止加料，得到第七悬浮液；

8)将第七悬浮液进行抽滤，用纯水洗涤，烘干，并煅烧，得到所需的珠光颜料。

6.根据权利要求5所述的含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料的制备方法，其特征在于，

步骤1)中，基材粒径为1～700μm，第一悬浮液的固液比为1:12～1:25；

步骤2)中，将第一悬浮液加热至65～80℃；

步骤3)中，用10％～30％稀盐酸来维持悬浮液pH值的稳定，其中，Na₂SiO₃水解形成的SiO₂包覆在基材表面形成第一包覆层，包覆率为1％～10％；

步骤4)中，SnCl₄水解形成的SnO₂包覆在第一包覆层上，形成第二包覆层，包覆率为0.1％～3％；

步骤5)中，用10％～50％NaOH溶液维持悬浮液pH值的稳定，其中，TiCl₄水解形成的TiO₂包覆在第二包覆层上，形成第三包覆层，依据所需颜色，确定加入量，包覆率为10％～45％；

步骤6)中，用10％～30％稀盐酸来维持所述悬浮液pH值的稳定，其中，Na₂SiO₃水解形成的SiO₂包覆在第三包覆层上，形成第四包覆层，包覆率为1％～20％；

步骤7)中，用10％～50％NaOH溶液来维持悬浮液pH值的稳定，其中，TiCl₄水解形成的TiO₂包覆在第四包覆层上，形成第五包覆层，依据所需颜色，确定加入量，包覆率为10％～40％。

7.根据权利要求5所述的含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料的制备方法，其特征在于，步骤8)中，所述烘干温度为100℃～140℃，所述煅烧温度为600℃～800℃。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料或根据权利要求5～7中任一项所述的含有金红石和锐钛矿型TiO₂层的珠光颜料的制备方法所制备的珠光颜料的用途，其特征在于，用于汽车、涂料、皮革、纺织、塑料、电子、橡胶、食品包装、油墨和化妆品中。