CN109679411B

CN109679411B - 一种包覆钛白颜料水性分散体的制备方法

Info

Publication number: CN109679411B
Application number: CN201811609602.1A
Authority: CN
Inventors: 吕仕铭; 周华; 伍金平; 吴鹏
Original assignee: Changshu Shiming Chemical Technology Co ltd
Current assignee: Changshu Shiming Chemical Technology Co ltd
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2021-07-09
Anticipated expiration: 2038-12-27
Also published as: CN109679411A

Abstract

本发明公开了一种包覆钛白颜料水性分散体的制备方法。首先将钛白颜料、表面活性剂和去离子水通过分散、研磨制备得到超细钛白颜料水性分散体，继续搅拌超细钛白颜料水性分散体并滴加铝盐和硅盐，对分散后的钛白颜料进行无机物混合包覆，然后再添加两种分散剂，二氧化钛颜料表面包覆的氧化物中的铝、硅与分散剂形成稳定的共价键，能够长期稳定的存在水溶液中。通过本方法制备的钛白颜料水性分散体具有颜料含量高、颜料颗粒粒径小散射力高、在水性溶液中能够稳定存在、不易返粗等优点。

Description

一种包覆钛白颜料水性分散体的制备方法

技术领域

本发明涉及精细化工技术领域，具体地是涉及一种钛白颜料水性分散体的制备方法，尤其涉及一种包覆钛白颜料水性分散体的制备方法。

背景技术

钛白颜料具有折射率高、遮盖力大、光泽度与白度好、对人体无害等优点,是电子、化工、冶金等工业不可缺少的原料，在涂料、油墨、造纸、塑料橡胶、化纤、陶瓷等工业中有重要用途。2017年，我国钛白粉总产量达287万吨，其中金红石型、锐钛型占比分别为79.33％、15.45％。由于直接使用钛白颜料着色存在粉尘污染严重、颜料颗粒大不易分散、散射力低等缺陷。在涂料、造纸等工业领域中，一般将钛白颜料稳定分散在水性体系中制备成钛白颜料分散体进行使用。

然而由于色浆中钛白颜料的粒度小、表面积大、表面能高，非常容易产生自发的凝聚，表现出强烈的团聚特性，容易团聚生成粒径较大的二次颗粒，并且未经表面处理的钛白颜料在体系中不能很好的分散，致使散射力、遮盖力差，制成品耐候性和抗老化性能差，为此需要对钛白颜料进行表面改性。表面改性是指用化学、物理、机械等方法对粉体颗粒进行处理，有目的改变粉体颗粒表面的物理化学性质的方法，通过表面改性来增加粉体颗粒在水中的易分散性和储存稳定性，是一种常用的粉体改性方法。

申请号为CN200710195099.5的中国专利公开了一种超声波制备稳定的纳米级水性颜料分散液的方法，是将含有颜料、分散剂和去离子水的混合液用高速剪切机进行高速剪切，再经过研磨处理，最后通过控制超声波功率和温度进行超声波处理，主要是通过机械方法进行分散制备稳定分散液，避免在长时间储存后，钛白颜料颗粒发生二次聚集和出现返粗的现象。

公开号为US4448609的美国专利公开了一种二氧化钛颜料水性分散体的制备方法，是首先用铝化合物对钛白颜料进行表面包覆，然后与胺基分散剂和阴离子分散剂经过研磨等制备钛白颜料含量高的水性分散体，是先进行无机物包覆然后再研磨分散，导致研磨后钛白颜料表面大部分无铝化合物包覆，失去了铝化物包覆钛白颜料使钛白颜料稳定分散的作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种包覆钛白颜料水性分散体的制备方法。该包覆钛白颜料水性分散体具有颜料含量高、颜料颗粒粒径小散射力高、在水性溶液中能够稳定存在、储存时间长不易返粗、耐候性高等优点。

本发明的技术方案是：

一种包覆钛白颜料水性分散体的制备方法，包括以下步骤：

1)将钛白颜料、表面活性剂和去离子水混合后，通过搅拌分散、研磨制备得到超细钛白颜料水性分散体；

2)对超细钛白颜料水性分散体进行搅拌升温，温度控制在50-90℃，搅拌状态下分别滴加铝盐和硅盐，滴加时间0.5h以上，滴加完毕后，调节pH值至8.0-11.0，继续反应至少1h，降至室温得到无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体；

3)向无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体中添加分散剂A和分散剂B，继续搅拌至少0.5h，得到包覆钛白颜料水性分散体；

分散剂A的结构通式为：

其中，R₁、R₂为相互独立的甲基或乙基；a为1～10的整数；b为1～10的整数；c为1～20的整数；

分散剂B的结构通式为：

其中，R₃为含有1～20个碳原子的烷基；m为2～10的整数。

进一步，按包覆钛白颜料水性分散体总质量百分比计：钛白颜料30-70％、表面活性剂0.5-3％；按钛白颜料总质量百分比计：铝盐1-3％、硅盐1-3％、分散剂A 1-3％、分散剂B 1-3％。

进一步，所述表面活性剂为六偏磷酸钠，三乙醇胺、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷中的至少一种。

进一步，步骤1)中的搅拌分散时间为0.5-1h，搅拌速度为500～1500r/min；研磨采用砂磨机进行，至少研磨2遍。

进一步，步骤2)中的铝盐为氯化铝、硫酸铝、硝酸铝中的至少一种；硅盐为硅酸钠、硅酸钾中的至少一种。

进一步，步骤2)中采用氢氧化钠、碳酸钠或氨水调节pH值，优选采用氢氧化钠。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过本方法制备的包覆钛白颜料水性分散体具有颜料含量高、颜料颗粒粒径小、散射力高、在水性溶液中能够稳定存在、储存时间长不易返粗、耐候性高等优点。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面具体实施例和对比实施例中，所用铝盐、硅盐水溶液中铝盐、硅盐的质量浓度为1％，pH值调节剂的浓度为1mol/L。

所用分散剂A为聚醚改性硅烷偶联剂，具有通式(I)的结构：

分散剂A₁中，R₁为甲基，R₂为甲基，a为5，b为5，c为10；

分散剂A₂中，R₁为甲基，R₂为乙基，a为1，b为10，c为20；

分散剂A₃中，R₁为乙基，R₂为甲基，a为10，b为1，c为1。

所述分散剂B为氨基酸型表面活性剂，具有通式(II)的结构：

分散剂B₁中，R₃为十二烷基，m为4；

分散剂B₂中，R₃为甲基，m为10；

分散剂B₃中，R₃为二十烷基，m为2。

下列实施例及对比实施例中，各组成均是按照质量份数计算的。

实施例1

步骤1)：将50份钛白颜料、2份六偏磷酸钠和44份去离子水通过搅拌分散、研磨制备得到超细钛白颜料水性分散体。其中，搅拌分散时间为45min，搅拌速度为1000r/min；通过砂磨机研磨2遍。

步骤2)：把步骤1)得到的超细钛白颜料水性分散体转移至搅拌机中继续搅拌升温并将温度控制在70℃，并在搅拌状态下，分别滴加氯化铝水溶液(其中氯化铝质量为1份)和硅酸钠水溶液(其中硅酸钠质量为1份)，滴加时间40min，用氢氧化钠pH值调节剂使溶液的pH值在10.0。滴加完毕继续反应3h，降至室温得到无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体；

步骤3)：向步骤2)得到的无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体中添加1份分散剂A₁和1份分散剂B₁，继续搅拌40min，得到包覆钛白颜料水性分散体。

实施例2

步骤1)：将30份钛白颜料、0.5份三乙醇胺和67.1份去离子水通过搅拌分散、研磨制备得到超细钛白颜料水性分散体。其中，搅拌分散时间为30min，搅拌速度为1500r/min；通过砂磨机研磨3遍。

步骤2)：把步骤1)得到的超细钛白颜料水性分散体转移至搅拌机中继续搅拌升温并将温度控制在50℃，并在搅拌状态下，分别滴加硫酸铝水溶液(其中硫酸铝质量为0.3份)和硅酸钾水溶液(其中硅酸钾质量为0.9份)，滴加时间30min，用碳酸钠pH值调节剂使溶液的pH值在11.0。滴加完毕继续反应1h，降至室温得到无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体；

步骤3)：向步骤2)得到的无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体中添加0.3份分散剂A₂和0.9份分散剂B₂，继续搅拌30min，得到包覆钛白颜料水性分散体。

实施例3

步骤1)：将70份钛白颜料、3份三羟甲基乙烷和21.4份去离子水通过搅拌分散、研磨制备得到超细钛白颜料水性分散体。其中，搅拌分散时间为1H，搅拌速度为500r/min；通过砂磨机研磨2遍。

步骤2)：把步骤1)得到的超细钛白颜料水性分散体转移至搅拌机中继续搅拌升温并将温度控制在90℃，并在搅拌状态下，分别滴加硝酸铝水溶液(其中硝酸铝质量为2.1份)和硅酸钠水溶液(其中硅酸钠质量为0.7份)，滴加30min，用氨水pH值调节剂使溶液的pH值在8.0。滴加完毕继续反应5h，降至室温得到无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体；

步骤3)：向步骤2)得到的无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体中添加2.1份分散剂A₃和0.7份分散剂B₃，继续搅拌1H，得到包覆钛白颜料水性分散体。

实施例4

步骤1)：将60份钛白颜料、1份三羟甲基丙烷和34.8份去离子水通过搅拌分散、研磨制备得到超细钛白颜料水性分散体。其中，搅拌分散时间为50min，搅拌速度为1200r/min；通过砂磨机研磨2遍。

步骤2)：把步骤1)得到的超细钛白颜料水性分散体转移至搅拌机中继续搅拌升温并将温度控制在80℃，并在搅拌状态下，分别滴加氯化铝水溶液(其中氯化铝质量为1.2份)和硅酸钾水溶液(其中硅酸钾质量为1.2份)，滴加时间50min，用氢氧化钠pH值调节剂使溶液的pH值在9.0。滴加完毕继续反应4h，降至室温得到无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体；

步骤3)：向步骤2)得到的无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体中添加0.6份分散剂A₁和1.2份分散剂B₂，继续搅拌40min，得到包覆钛白颜料水性分散体。

对比实施例5

步骤3)：向步骤2)得到的无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体中添加1份六偏磷酸钠，继续搅拌40min，得到包覆钛白颜料水性分散体。

对比实施例6

步骤3)：向步骤2)得到的无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体中添加1份分散剂A₁，继续搅拌40min，得到包覆钛白颜料水性分散体。

对比实施例7

步骤3)：向步骤2)得到的无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体中添加1份分散剂B₁，继续搅拌40min，得到包覆钛白颜料水性分散体。

对比实施例8

步骤3)：向步骤2)得到的无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体中添加1份分散剂A₁和1份六偏磷酸钠，继续搅拌40min，得到包覆钛白颜料水性分散体。

对比实施例9

步骤2)：把步骤1)得到的超细钛白颜料水性分散体转移至搅拌机中继续搅拌升温并将温度控制在70℃，并在搅拌状态下，分别滴加质氯化铝水溶液(其中氯化铝质量为1份)和硅酸钠水溶液(其中硅酸钠质量为1份)，滴加时间40min，用氢氧化钠pH值调节剂使溶液的pH值在10.0。滴加完毕继续反应3h，降至室温得到无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体；

步骤3)：向步骤2)得到的无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体中添加1份六偏磷酸钠和1份分散剂B₁，继续搅拌40min，得到包覆钛白颜料水性分散体。

性能测试

对实施例1～4以及对比实施例5～9制备的钛白颜料水性分散体进行性能测试。

细度测试：采用100μm细度板，根据国家标准《GB/T 6753.1-2007色漆、清漆和印刷油墨研磨细度的测定》测试钛白颜料水性分散体的细度。“×”表示因研磨细度太大，无法读出测试结果。

散射力测试：根据化工行业标准《HG/T 3951-2007建筑涂料用水性色浆》附录B中的B法测试钛白颜料水性分散体的相对散射力，以实施例1制备的分散体为标准分散体。

稳定性测试：将实施例1～4以及对比实施例5～9制备的钛白颜料水性分散体在25℃下分别密闭放置30天和90天后，通过目测观察有无出现明显颜料颗粒沉淀、絮凝等严重影响稳定性的情况以判断钛白颜料水性分散体的储存稳定性。

表1为实施例1～4以及对比实施例5～9制备的钛白颜料水性分散体根据上述方法测试的结果。其中储存稳定性测试中，“√”表示目测无异常，“×”表示目测出现明显颜料颗粒沉淀、絮凝等情况。

表1.钛白颜料水性分散体的性能测试结果

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种包覆钛白颜料水性分散体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将钛白颜料、表面活性剂和去离子水混合后，通过搅拌分散、研磨制备得到超细钛白颜料水性分散体；

2）对超细钛白颜料水性分散体进行搅拌升温，温度控制在50-90℃，搅拌状态下分别滴加铝盐和硅盐，滴加时间0.5h以上，滴加完毕后，调节pH值至8.0-11.0，继续反应至少1h，降至室温得到无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体；

3）向无机物混合包覆钛白颜料水性预分散体中添加分散剂A和分散剂B，继续搅拌至少0.5h，得到包覆钛白颜料水性分散体；

分散剂A的结构通式为：

其中，R₁ 、R₂为相互独立的甲基或乙基；a为1～10的整数；b为1～10的整数；c为1～20的整数；

分散剂B的结构通式为：

其中，R₃为含有1～20个碳原子的烷基；m为2～10的整数；

按包覆钛白颜料水性分散体总质量百分比计：钛白颜料30-70%、表面活性剂0.5-3%；按钛白颜料总质量百分比计：铝盐1-3%、硅盐1-3%、分散剂A 1-3%、分散剂B 1-3%。

2.根据权利要求1所述的一种包覆钛白颜料水性分散体的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为六偏磷酸钠，三乙醇胺、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种包覆钛白颜料水性分散体的制备方法，其特征在于，步骤1）中的搅拌分散时间为0.5-1h，搅拌速度为500～1500r/min；研磨采用砂磨机进行，至少研磨2遍。

4.根据权利要求1所述的一种包覆钛白颜料水性分散体的制备方法，其特征在于，步骤2）中的铝盐为氯化铝、硫酸铝、硝酸铝中的至少一种；硅盐为硅酸钠、硅酸钾中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种包覆钛白颜料水性分散体的制备方法，其特征在于，步骤2）中采用氢氧化钠、碳酸钠或氨水调节pH值。