CN108864752A - 一种水分散型颜料红57:1改性颜料及其制备方法 - Google Patents

一种水分散型颜料红57:1改性颜料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水分散型颜料红57:1改性颜料及其制备方法，将无机内核修饰和表面修饰作用进行了复合，通过无机内核修饰控制了颜料的粒径大小和分布，从而提高其在水介质的分散均匀性；通过第二偶合组分的表面修饰作用接枝上亲水基团，以提高改性颜料在水介质中的分散能力。最后，通过分散剂用量和种类的选择，制备得到一种水分散型C.I.颜料红57:1改性颜料。本发明与市售同类产品相比，本发明中C.I.颜料红57:1改性颜料具有较好的亲水性和水分散性，样品压片的接触大小为37.07°～67.38°，改性颜料制成的丙烯酸水性涂料的粘度为73.26～102.47厘泊。

Description

一种水分散型颜料红57:1改性颜料及其制备方法
技术领域
本发明属于化工产品中水分散型改性有机颜料的制备方法，特别是一种水分散型颜料红57:1改性颜料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着人们对环保的日渐重视，对环境污染严重的溶剂型涂料和油墨已被越来越多的国家和地区所限制，国家也开始制定相关法律、法规，限制VOC(挥发性有机化合物)的排放，且相关制度也趋于完善。溶剂型涂料和油墨由于污染、成本等众多因素的限制，发展已经遇到了瓶颈。在这一背景下，环保、资源节约型的水性涂料和油墨应运而生，并受到越来越多的关注，成为了涂料和油墨行业的一个发展重要方向。
有机颜料在水介质体系中的分散稳定是水性涂料和水性油墨研制的关键所在。然而，有机颜料由于其表面极性比较低，在水介质中分散性差，限制了其在水性涂料和水性油墨中的应用。因此，目前有机颜料的改性技术中的一部分重要内容就是对有机颜料进行亲水性改性，进而提高其在水介质中的分散性。
有机颜料水性化改性的方法有很多种，主要包括有直接分散法、表面包覆法、微囊化法、包核法以及颜料衍生物改性法。其中，直接分散法、表面包覆法、微囊化法是在颜料合成后进行，属于颜料后处理工艺，且表面包覆法和微胶囊化法在一定程度上会对有机颜料的着色力等性能产生影响。包核法和衍生物改性法是颜料合成阶段对颜料表面进行改性，可将有机颜料的合成和改性同步化，具有能耗低、工艺简便的优势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种水分散型颜料红57:1改性颜料及其制备方法，该方法将无机物的内核修饰作用和偶合组分衍生物的表面修饰作用进行了复合，通过无机内核修饰控制了颜料合成过程中的粒径大小和分布，提高了改性颜料在水介质的分散均匀性；通过第二偶合组分的表面修饰作用在改性颜料接枝上亲水基团，从而提高改性颜料在水介质中的分散能力。最后，通过分散剂用量和种类的选择，制备得到一种水分散型C.I.颜料红57:1改性颜料。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种水分散型颜料红57:1改性颜料的制备方法，通过无机内核的修饰和第二偶合组分的表面修饰作用间的协同作用和分散剂的选择，制备得到了一种水分散型颜料红57:1改性颜料，包括以下步骤：
(1)重氮盐溶液的制备：以2-氨基-5-甲基苯磺酸为芳胺组分，经碱溶、酸析处理后与亚硝酸钠NaNO2进行重氮化反应，反应完毕后，加入CaCl2溶液并继续反应并静置后得到重氮盐溶液；
(2)偶合组分的制备：向溶解罐内加入NaOH碱溶液和3-羟基-2-萘甲酸(2,3-酸)，搅拌反应15min后，将溶液转移反应器中后，在机械搅拌条件下，向反应溶液中加入无机内核、第二偶合组分以及歧化松香，35℃下继续搅拌反应30min后，得到偶合组分溶液，待用；其中，2,3-酸与NaOH的摩尔比为1:1.90，第二偶合组分与2,3-酸总用量与步骤(1)中2-氨基-5-甲基苯磺酸的摩尔用量比为1.10:1；歧化松香用量为改性颜料理论产量的8％；
(3)偶合反应：采用恒压滴定漏斗将步骤(1)中制备得到的重氮盐溶液滴加至步骤(2)中制备得到的偶合组分溶液中，滴加时间为15-30min，调节反应液pH值＝10～11，加入分散剂，继续反应30min；
(4)颜料化：将反应液升温至90℃，保温反应30min后，将反应液进行抽滤、洗涤得滤饼，滤饼置于鼓风干燥箱内，于85℃下进行干燥后，研磨得到C.I.颜料红57:1改性颜料。
所述无机内核为800目硅微粉、1250目硅微粉和白炭黑中的一种或多种，其添加量为改性颜料理论产量的3％-7％。
所述第二偶合组分为2-萘酚-6-磺酸钠和2-萘酚-6,8-二磺酸二钾中的一种或两种，其添加量为3-羟基-2-萘甲酸用量的1％-5％。
所述分散剂为土耳其红油、十二烷基苯磺酸钠和亚甲基双萘磺酸钠阴离子表面活性剂中的一种或多种，其添加量为改性颜料理论产量的5％-10％。
所述步骤(3)采用质量百分比浓度为30％的NaOH溶液调节反应液pH值，pH值控制在pH＝10～11。
所述步骤(1)为：在重氮罐内加入质量百分比浓度30％的NaOH溶液配制成碱液，而后向其中加入2-氨基-5-甲基苯磺酸，搅拌至溶解得到透明溶液后，加入盐酸，进行酸析，而后向反应液中加入碎冰降温至0℃～5℃；称取亚硝酸钠NaNO2，并将其配制成浓度为30％的NaNO2水溶液，而后将配制好的NaNO2水溶液均匀滴加至反应液，滴加时间10-15min，滴加完毕后继续反应30min，而后向其中加入质量百分比浓度30％的CaCl2溶液，继续反应15min后，静置得到重氮盐溶液；其中，按照摩尔比，2-氨基-5-甲基苯磺酸：NaOH：盐酸：NaNO2：CaCl2为1:1.45:2.50:1.02:1.26。
上述的制备方法制得的水分散型颜料红57:1改性颜料。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的C.I.颜料红57:1改性颜料具有较好的亲水性。市售同类产品和本发明改性颜料压片后测定其水接触角，市售同类产品接触角为68.82°，改性颜料接触角为37.07°～67.38°，改性颜料亲水性得到明显改善。
(2)本发明的C.I.颜料红57:1改性颜料在水性涂料中具有较好的分散性。市售同类产品和本发明改性颜料所制成的丙烯酸水性涂料的粘度测试结果表面，市售同类产品水性涂料的粘度为103.5厘泊，本发明的改性颜料水性涂料的粘度为73.26～102.47厘泊，改性颜料水分散性得到明显提高。
具体实施方式
结合实施例对本发明的一种水分散型C.I.颜料红57:1改性颜料的制备方法加以说明。
本发明的水分散型颜料红57:1改性颜料的制备方法，是在C.I.颜料红57:1的制备过程中，通过无机物的内核修饰和偶合组分衍生物的表面修饰作用间的协同作用，以及分散剂种类的选择和用量的控制，制备得到了一种水分散型C.I.颜料红57:1改性颜料，具体包括以下步骤：
(1)重氮盐溶液的制备
在重氮罐内加入30％的NaOH溶液配制成碱液，而后向其中加入2-氨基-5-甲基苯磺酸(4B酸，4B酸与NaOH的摩尔比为1:1.45)，搅拌至溶解得到透明溶液后，加入盐酸(4B酸与盐酸摩尔用量比为1:2.50)进行酸析，而后向反应液中加入碎冰降温至0℃～5℃；称取亚硝酸钠NaNO2(4B酸与NaNO2的摩尔比为1:1.02)，并将其配制成浓度为30％的NaNO2水溶液，而后将配制好的NaNO2水溶液均匀滴加至反应液，滴加时间10-15min，滴加完毕后继续反应30min，而后向其中加入30％的CaCl2溶液(4B酸与CaCl2的用量摩尔比为1:1.26)，继续反应15min后，静置得到重氮盐溶液；
(2)偶合组分的制备
向溶解罐内加入NaOH碱溶液和3-羟基-2-萘甲酸(2,3-酸，其中，2,3-酸与NaOH的摩尔比为1:1.90)，搅拌反应15min后，将溶液转移反应器中后，在机械搅拌条件下，向反应溶液中加入无机内核及第二偶合组分(第二偶合组分与2,3-酸的总用量与4B酸用量的摩尔比为1.10:1)，以及歧化松香(歧化松香用量为改性颜料理论产量的8％)，35℃下继续搅拌反应30min后，得到偶合组分溶液，待用；
(3)偶合反应
采用恒压滴定漏斗将步骤(1)中制备得到的重氮盐溶液滴加至步骤(2)中制备得到的偶合组分溶液中，滴加时间为15-30min，而后采用30％的NaOH溶液调节反应液pH值，反应体系pH值控制在pH＝10～11，而后加入分散剂，继续反应30min；
(4)颜料化
将反应液升温至90℃，保温反应30min后，将反应液进行抽滤、洗涤得滤饼，滤饼置于鼓风干燥箱内，于85℃下进行干燥后，研磨得到C.I.颜料红57:1改性颜料。
本发明是在C.I.颜料红57:1的制备过程中，通过在偶合组分制备过程中同时添加第二偶合组分以及无机内核，并在偶合反应完毕、调节体系pH值后，向反应体系中添加分散剂，进而制备得到水分散型C.I.颜料红57:1改性颜料。
实施例1
以无机内核为800目微硅粉、添加量为5％，第二偶合组分为2-萘酚-6-磺酸钠，用量为2,3-酸用量的1％，分散剂为土耳其红油，用量为8％为例
在重氮罐内加入30％的NaOH溶液(4mL)配制成碱液，而后向其中加入2-氨基-5-甲基苯磺酸(4B酸，4g)，搅拌至溶解至得到透明溶液后，加入盐酸5.5mL进行酸析，而后向反应液中加入碎冰降温至0℃～5℃；称取亚硝酸钠NaNO2 1.51g，并将其配制成30％的水溶液，而后将配制好的NaNO2水溶液均匀滴加至反应液，滴加时间10-15min，滴加完毕后继续反应30min，而后向其中加入30％的CaCl2溶液10mL，继续反应15min后，静置得到重氮盐溶液；
向溶解罐内加入浓度为30％的NaOH碱溶液6mL，而后加入3-羟基-2-萘甲酸(2,3-酸，4.40g)，搅拌反应15min后，将溶液转移反应器中，然后在机械搅拌条件下，向反应溶液中加入800目微硅粉0.46g及2-萘酚-6-磺酸钠0.06g，以及浓度为1％的歧化松香碱液73mL，在35℃下继续搅拌反应30min后，得到偶合组分，待用；
采用恒压滴定漏斗将制备得到的重氮盐溶液滴加至偶合组分溶液中，滴加时间为15-30min，而后采用30％氢氧化钠溶液对反应液pH值进行调节，将反应体系pH值控制在pH＝10～11，加入土耳其红油0.73g，而后继续反应30min后，将反应液升温至90℃，保温反应30min，而后将反应液进行抽滤、洗涤得滤饼，滤饼置于鼓风干燥箱内，于85℃下进行干燥后，研磨得到C.I.颜料红57:1改性颜料。将改性颜料和市售同类产品进行压片后，测定其接触角，通过接触角大小来判定颜料亲水性。测试结果表明，市售同类产品接触角为68.82°，改性颜料接触角为65.37°。同时，在同样条件下，将市售同类产品和改性颜料制成丙烯酸水性涂料，测试其粘度以评价颜料在水介质的分散性，测试结果表明，市售同类产品水性涂料的粘度为103.5厘泊，本发明改性颜料水性涂料的粘度为100.56厘泊，说明改性颜料水分散性较好。
实施例2
以无机内核为800目微硅粉、添加量为7％，第二偶合组分为2-萘酚-6-磺酸钠，用量为2,3-酸用量的1％，分散剂为亚甲基双萘磺酸钠，用量为8％为例
将实施实例1中的800目微硅粉用量调整为0.64g，分散剂更换为亚甲基双萘磺酸钠，用量调整为0.46g，其它反应条件不变，制备得到改性颜料。改性颜料的接触角测试结果表明，其接触角为37.07°。同时，改性颜料制成丙烯酸水性涂料的粘度测试结果表明，改性颜料水性涂料的粘度为73.26厘泊，说明改性颜料水分散性较好。
实施例3
以无机内核为1250目微硅粉、添加量为3％，第二偶合组分为2-萘酚-6-磺酸钠，用量为2,3-酸用量的3％，分散剂为亚甲基双萘磺酸钠，用量为8％为例
将实施实例2中的1250目微硅粉用量调整为0.28g，2-萘酚-6-磺酸钠和2,3-酸用量分别调整为0.17g和4.31g，其它反应条件不变以制备得到改性颜料。改性颜料的接触角测试结果表明，其接触角为67.38°。同时，改性颜料制成丙烯酸水性涂料的粘度测试结果表明，改性颜料水性涂料的粘度为102.47厘泊，说明改性颜料水分散性较好。
实施例4
以无机内核为1250目微硅粉、添加量为5％，第二偶合组分为2-萘酚-6-磺酸钠，用量为2,3-酸用量的5％，分散剂为十二烷基苯磺酸钠，用量为10％为例
将实施实例2中的1250目微硅粉用量调整为0.46g，2-萘酚-6-磺酸钠和2,3-酸用量分别调整为0.29g和4.22g，其它反应条件不变以制备得到改性颜料。改性颜料的接触角测试结果表明，其接触角为57.48°。同时，改性颜料制成丙烯酸水性涂料的粘度测试结果表明，改性颜料水性涂料的粘度为98.56厘泊，说明改性颜料水分散性较好。
实施例5
以无机内核为白炭黑、添加量为5％，第二偶合组分为2-萘酚-6-磺酸钠，用量为2,3-酸用量的3％，分散剂为土耳其红油，用量为5％
将实施实例3中的1250目微硅粉更换为白炭黑，用量调整为0.46g，分散剂调整为土耳其红油，用量调整为0.46g，其它反应条件不变以制备得到改性颜料。改性颜料的接触角测试结果表明，其接触角为62.17°。同时，改性颜料制成丙烯酸水性涂料的粘度测试结果表明，改性颜料水性涂料的粘度为97.47厘泊，说明改性颜料水分散性较好。
实施例6
以无机内核为800目微硅粉、添加量为5％，第二偶合组分为2-萘酚-6,8-二磺酸二钾，用量为2,3-酸用量的3％，分散剂为土耳其红油，用量为8％为例
将实施实例1中第二偶合组分更换为2-萘酚-6,8-二磺酸二钾，用量为0.27g，2,3-酸用量为4.31g，其它反应条件不变以制备得到改性颜料。改性颜料的接触角测试结果表明，其接触角为48.67°。同时，改性颜料制成丙烯酸水性涂料的粘度测试结果表明，改性颜料水性涂料的粘度为73.48厘泊，说明改性颜料水分散性较好。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种水分散型颜料红57:1改性颜料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)重氮盐溶液的制备：以2-氨基-5-甲基苯磺酸为芳胺组分，经碱溶、酸析处理后与亚硝酸钠NaNO2进行重氮化反应，反应完毕后，加入CaCl2溶液并继续反应，静置后得到重氮盐溶液；
(2)偶合组分的制备：向溶解罐内加入NaOH碱溶液和3-羟基-2-萘甲酸，搅拌反应15min后，将溶液转移反应器中后，在机械搅拌条件下，向反应溶液中加入无机内核、第二偶合组分以及歧化松香，35℃下继续搅拌反应30min后，得到偶合组分溶液，待用；其中，3-羟基-2-萘甲酸与NaOH的摩尔比为1:1.90，第二偶合组分与3-羟基-2-萘甲酸总用量与步骤(1)中2-氨基-5-甲基苯磺酸的摩尔用量比为1.10:1；歧化松香用量为改性颜料理论产量的8％；
(3)偶合反应：采用恒压滴定漏斗将步骤(1)中制备得到的重氮盐溶液滴加至步骤(2)中制备得到的偶合组分溶液中，滴加时间为15-30min，调节反应液pH值＝10～11，加入分散剂，继续反应30min；
(4)颜料化：将反应液升温至90℃，保温反应30min后，将反应液进行抽滤、洗涤得滤饼，滤饼置于鼓风干燥箱内，于85℃下进行干燥后，研磨得到C.I.颜料红57:1改性颜料。
2.根据权利要求1所述水分散型颜料红57:1改性颜料的制备方法，其特征在于，所述无机内核为800目硅微粉、1250目硅微粉和白炭黑中的一种或多种，其添加量为改性颜料理论产量的3％-7％。
3.根据权利要求1所述水分散型颜料红57:1改性颜料的制备方法，其特征在于，所述第二偶合组分为2-萘酚-6-磺酸钠和2-萘酚-6,8-二磺酸二钾中的一种或两种，其添加量为3-羟基-2-萘甲酸用量的1％-5％。
4.根据权利要求1所述水分散型颜料红57:1改性颜料的制备方法，其特征在于，所述分散剂为土耳其红油、十二烷基苯磺酸钠和亚甲基双萘磺酸钠阴离子表面活性剂中的一种或多种，其添加量为改性颜料理论产量的5％-10％。
5.根据权利要求1所述水分散型颜料红57:1改性颜料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)采用质量百分比浓度为30％的NaOH溶液调节反应液pH值，pH值控制在pH＝10～11。
6.根据权利要求1所述水分散型颜料红57:1改性颜料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)为：在重氮罐内加入质量百分比浓度30％的NaOH溶液配制成碱液，而后向其中加入2-氨基-5-甲基苯磺酸，搅拌至溶解得到透明溶液后，加入盐酸，进行酸析，而后向反应液中加入碎冰降温至0℃～5℃；称取亚硝酸钠NaNO2，并将其配制成浓度为30％的NaNO2水溶液，而后将配制好的NaNO2水溶液均匀滴加至反应液，滴加时间10-15min，滴加完毕后继续反应30min，而后向其中加入质量百分比浓度30％的CaCl2溶液，继续反应15min后，静置得到重氮盐溶液；其中，按照摩尔比，2-氨基-5-甲基苯磺酸：NaOH：盐酸：NaNO2：CaCl2为1:1.45:2.50:1.02:1.26。
7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法制得的水分散型颜料红57:1改性颜料。
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