CN115403938B - 一种用于化肥染色的有机颜料色浆及其制备方法和应用 - Google Patents
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- C09B67/009—Non common dispersing agents polymeric dispersing agent
Abstract
本发明涉及色浆领域，尤其涉及一种用于化肥染色的有机颜料色浆及其制备方法和应用，所述色浆中包含有机颜料、增稠剂、萘磺酸盐甲醛缩合物、显色助剂以及保湿剂；所述显色助剂结构如下式(一)所示：式(一)；其中：R为氨基酸残基，M为钠离子或钾离子。本发明中的有机颜料色浆具有较高的热稳定性，能够有效提升最终色浆在化肥中的显色效果，同时还具有良好的分散稳定性以及储存稳定性，相较于现有技术中的颜料，能够在更少量的有机颜料色浆添加的条件下实现更加鲜艳的颜色。
Description
技术领域
本发明涉及色浆领域，尤其涉及一种用于化肥染色的有机颜料色浆及其制备方法和应用。
背景技术
化肥企业在化肥的生产过程中往往需要将不同的化肥进行染色，从而制备得到不同颜色的化肥，化肥在染色后具有以下效果：(1)农民可以通过化肥颜色快速地识别化肥的品种，同时合理地对应出每个作物不同生育期应该使用的肥料配方。(2)不加染色的肥料稀释后无法直观地看出肥料的浓度，这样往往会误导农民，而染色的肥料，农民稀释后很容易通过颜色的深浅来判断肥料的浓度。(3)很多肥料制造厂商在肥料中加入了极少的微量元素或者添加剂，他们需要通过肥料的外观来判定肥料的混合效果是否达到理想的状态。因此，在化肥中添加色素是制造高品质肥料的一个指示性手段。
现有技术中对于化肥染色通常采用无机染料(例如氧化铁红)对其进行染色。例如申请号为CN201910338089.5的一种硫酸钾肥料颗粒的生产方法，该生产方法包括硫酸钾与氧化铁红粉碎、硫酸钾与氧化铁红混合、粘结剂制备与造粒等步骤。采用本发明方法生产的硫酸钾颗粒肥料产品粒径均匀，颗粒圆整，表面光滑，颗粒强度达到国家肥料要求标准。在运输和施用过程中，不会出现粉化，可作为复合肥料的原料。
但是经过申请人实际使用后发现，无机染料对于化肥的染色效果较差，通过无机染料染色后的化肥的颜色较为暗淡且染色均匀性较差，同时为了保证染色效果无机染料的添加量也需要相应增大。
相较于无机染料，有机染料能够在更低添加量的前提下取得更加鲜艳的染色效果，同时由于添加量的减少使得其对于环境更加友好。
然而本申请的申请人发现，有机染料在高温条件下会导致其本身结构发生的变化或者分解，从而导致色光的改变甚至不显色。对于化肥领域而言，为了使得化肥均匀上色，通常需要在熔融状态下的化肥中施加有机色浆，从而使得化肥的内外都具有均匀的染色效果。因此，现有技术中的有机颜料色浆在对肥料染色过程中往往会出现染色不均或者不显色的问题。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的无机染料对于化肥的染色效果较差，同时添加量较大的缺陷，而现有技术中的有机颜料色浆不耐高温，在化肥染色过程中会出现染色不均或者不显色的问题，因此提供了一种用于化肥染色的有机颜料色浆及其制备方法和应用以克服上述缺陷。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种用于化肥染色的有机颜料色浆，
所述色浆中包含有机颜料、增稠剂、萘磺酸盐甲醛缩合物、显色助剂以及保湿剂；
所述显色助剂结构如下式(一)所示：
其中：R为氨基酸残基，M为钠离子或钾离子。
现有技术中为了提升有机颜料色浆中的有机颜料的热稳定性通常的一个手段是对有机颜料的分子结构进行修饰(例如提升颜料分子的相对分子质量、在分子中引入卤代原子、在分子中增加稠合结构或者在分子中引入极性取代基团)，然而这种针对颜料分子的修饰技术难度以及成本较高，对于不是专业生产颜料的企业而言难度较高。
本申请发明人针对上述缺陷，提供了一种截然不同的解决方案，本发明并不是从改变有机颜料的分子结构这一角度入手，而是从与有机颜料相配合的助剂中入手。首先，本发明在有机颜料色浆中添加有一定量的萘磺酸盐甲醛缩合物，其能够与有机颜料分子通过静电力吸附的方式与有机颜料相结合，使得有机颜料能够均匀分散至化肥熔体中。
经过测试后本申请人发现，分散剂的种类对于有机颜料色浆在化肥中的显色效果有着明显的影响。首先本发明采用萘磺酸盐甲醛缩合物其本身具有较大的分子量，因此将其与有机颜料分子相结合后，其能够有效提高与有机颜料结合物的分子量，从而在一定程度上提升对于有机颜料的热稳定性。同时，由于萘磺酸盐甲醛缩合物中含有稠环结构，其热稳定性相较于其他的分散剂而言，更加稳定。相较于其他的分散剂，申请人曾尝试使用羧甲基纤维素、烷基苯磺酸盐以及萘磺酸盐，其均无法有效提高有机颜料的热稳定性，进而无法提升有机颜料的在高温条件下的显色效果。
虽然如上所述，萘磺酸盐甲醛缩合物对于有机颜料的热稳定性能够起到一定的提升效果，但是本申请发明人发现，由于萘磺酸盐甲醛缩合物与有机颜料之间的结合稳定性仍然较弱，在高温下萘磺酸盐甲醛缩合物与有机颜料依然会发生一定程度的游离，因此导致游离部分的有机颜料仍然不免被高温破坏，使得最终的显色效果发生明显下降。
因此，为了克服上述问题，本发明还在有机颜料色浆中添加有一定量的显色助剂，其目的在于提升有机颜料与萘磺酸钠盐甲醛缩合物的连接稳定性，从而有效提升最终色浆在化肥中的显色效果。
从结构式中观察可知，本发明中的显色助剂其是在聚丙烯酸的基础上对其进行修饰得到，由于本发明中显色助剂的结构中含有酰胺基团，其能够与有机颜料以及萘磺酸盐甲醛缩合物之间形成稳定的分子间作用力，从而在有机颜料以及萘磺酸盐甲醛缩合物之间形成稳定的侨联作用，进而提升了有机颜料以及萘磺酸盐甲醛缩合物之间的连接稳定性。从而加强了萘磺酸盐甲醛缩合物对于有机颜料的热稳定性的提升。
此外，本发明中的显色助剂为聚合物钠盐或钾盐，因此其具有良好的水溶性，将其与有机颜料以及萘磺酸盐甲醛缩合物连接后，能够有效提升有机颜料以及萘磺酸盐甲醛缩合物在水中的分散稳定性，从而提升了有机颜料色浆的储存稳定性。
同时，由于本发明中的有机颜料色浆的热稳定性较高，因此相较于现有技术中的颜料，能够在更少量的有机颜料色浆添加的条件下实现更加鲜艳的颜色。
作为优选，按照质量百分比计算，包含如下组分：
作为优选，所述显色助剂制备方法如下：
(1)将丙烯酰氯与氨基酸盐反应，得到含有酰胺基的丙烯酸单体；
(2)将含有酰胺基的丙烯酸单体聚合，得到显色助剂。
作为优选，所述有机颜料包括碳黑、酞菁蓝、酞菁绿、颜料红2、颜料黄12中的任意一种。
作为优选，所述氨基酸盐选自甘氨酸钠、丙氨酸钠、亮氨酸钠、缬氨酸钠、脯氨酸钠、苯丙氨酸钠中的任意一种。
作为优选，所述步骤(2)中聚合方式为自由聚合。
作为优选，所述步骤(2)中聚合方式为溶液聚合。
作为优选，所述增稠剂为假塑性增稠剂。
本发明中的增稠剂采用假塑性增稠剂其能够使得本发明中的有机颜料色浆能够在静置时能够保持在粘度较大的状态，从而保证了储存稳定性。同时由于其具有假塑性，因而能够在剪切作用下降低其粘度，从而使得有机颜料色浆更加容易与其他材料均匀混合。
作为优选，所述增稠剂为聚丙烯酸钠。
作为优选，所述保湿剂包括为山梨醇、丙二醇、乙二醇中的一种或多种的组合。
第二方面，本发明还提供了一种用于化肥染色的有机颜料色浆的制备方法，
包括以下步骤：
(1)预分散体制备：将保湿剂以及增稠剂混合得到混合液，然后向混合液中加入萘磺酸钠盐甲醛缩合物直至完全溶解后再加入有机颜料以及显色助剂直至颜料完全润湿得到预分散体；
(2)磨浆：将预分散体进行研磨，得到有机颜料色浆成品。
本发明中的有机颜料色浆制备方法简单，仅需要将各原料按照上述方法混匀磨浆之后即可制备得到。
第三方面，本发明还提供了如上所述有机颜料色浆在化肥染色中的应用。
第四方面，本发明还提供了一种化肥染色方法，其特征在于，包括以下步骤：
(S.1)对化肥加热熔融，得到化肥熔体；
(S.2)在化肥熔融液中加入如上所述有机颜料色浆，混合均匀后，得到染色化肥熔体；
(S.3)将染色化肥熔体造粒，得到染色化肥。
作为优选，所述步骤(S.1)中化肥为硝氨磷类化肥。
作为优选，所述步骤(S.2)中有机颜料色浆的添加量为化肥熔融液质量的0.01％～0.05％。
因此，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明中的有机颜料色浆具有较高的热稳定性，能够有效提升最终色浆在化肥中的显色效果；
(2)本发明中的有机颜料色浆具有良好的分散稳定性，从而提升了储存稳定性；
(3)相较于现有技术中的颜料，能够在更少量的有机颜料色浆添加的条件下实现更加鲜艳的颜色。
附图说明
图1为本发明实施例2与对比例1、2以及4的化肥染色测试结果对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
【显色助剂的制备】
显色助剂A：
(1)氮气保护下，将9.7g(0.1mol)甘氨酸钠以及10.1g(0.1mol)三乙胺分散于100ml二氯甲烷中，-10℃条件下，向其中缓慢滴加由9g(0.1mol)丙烯酰氯与50ml二氯甲烷的混合液，滴加结束后搅拌反应5h，过滤除去生成的盐酸三乙胺盐，除去用水清洗滤液后，除去滤液中的中的二氯甲烷，得到单体A；
(2)取35mL蒸馏水、5g单体A于100mL烧杯中，0.1g过硫酸钾引发剂，不断搅拌直至溶解完全，然后将烧杯放入温度65℃的恒温水浴中，3h后停止反应；将其放入温度为70℃烘箱中进行干燥，待烘烤至成型并且不再粘手时取出，用剪刀将产品剪成小块，并将剪好的小块放在表面皿上继续放入烘箱约3～5h，直至产品完全干燥，得到显色助剂A。
其制备方法如下式(一)所示：
显色助剂B：
(1)氮气保护下，将11.1g(0.1mol)丙氨酸钠以及10.1g(0.1mol)三乙胺分散于100ml二氯甲烷中，-10℃条件下，向其中缓慢滴加由9g(0.1mol)丙烯酰氯与50ml二氯甲烷的混合液，滴加结束后搅拌反应5h，过滤除去生成的盐酸三乙胺盐，除去用水清洗滤液后，除去滤液中的中的二氯甲烷，得到单体B；
(2)取35mL蒸馏水、5g单体B于100mL烧杯中，0.1g过硫酸钾引发剂，不断搅拌直至溶解完全，然后将烧杯放入温度65℃的恒温水浴中，3h后停止反应；将其放入温度为70℃烘箱中进行干燥，待烘烤至成型并且不再粘手时取出，用剪刀将产品剪成小块，并将剪好的小块放在表面皿上继续放入烘箱约3～5h，直至产品完全干燥，得到显色助剂B。
其制备方法如下式(二)所示：
显色助剂C：
(1)氮气保护下，将15.3g(0.1mol)丙氨酸钠以及10.1g(0.1mol)三乙胺分散于100ml二氯甲烷中，-10℃条件下，向其中缓慢滴加由9g(0.1mol)丙烯酰氯与50ml二氯甲烷的混合液，滴加结束后搅拌反应5h，过滤除去生成的盐酸三乙胺盐，除去用水清洗滤液后，除去滤液中的中的二氯甲烷，得到单体C；
(2)取35mL蒸馏水、5g单体B于100mL烧杯中，0.1g过硫酸钾引发剂，不断搅拌直至溶解完全，然后将烧杯放入温度65℃的恒温水浴中，3h后停止反应；将其放入温度为70℃烘箱中进行干燥，待烘烤至成型并且不再粘手时取出，用剪刀将产品剪成小块，并将剪好的小块放在表面皿上继续放入烘箱约3～5h，直至产品完全干燥，得到显色助剂C。
其制备方法如下式(三)所示：
实施例1
一种用于化肥染色的有机颜料色浆，按照质量百分比计算，包含如下组分：酞菁蓝25％、聚丙烯酸钠3％、萘磺酸钠盐甲醛缩合物8％、显色助剂A 1％、山梨醇10％、水余量。
其制备方法如下：
(1)将山梨醇以及聚丙烯酸钠混合得到混合液，然后向混合液中加入萘磺酸钠盐甲醛缩合物直至完全溶解后再加入酞菁蓝以及显色助剂A直至颜料完全润湿得到预分散体；
(2)磨浆：将预分散体泵入卧式砂磨机中，进行循环研磨，得到D90<450nm的有机颜料色浆成品。
实施例2
一种用于化肥染色的有机颜料色浆，按照质量百分比计算，包含如下组分：酞菁蓝25％、聚丙烯酸钠3％、萘磺酸钠盐甲醛缩合物8％、显色助剂A 3％、山梨醇10％、水余量。
其制备方法同实施例1。
实施例3
一种用于化肥染色的有机颜料色浆，按照质量百分比计算，包含如下组分：酞菁蓝25％、聚丙烯酸钠3％、萘磺酸钠盐甲醛缩合物8％、显色助剂A 5％、山梨醇10％、水余量。
其制备方法同实施例1。
实施例4
一种用于化肥染色的有机颜料色浆，按照质量百分比计算，包含如下组分：酞菁蓝25％、聚丙烯酸钠3％、萘磺酸钠盐甲醛缩合物8％、显色助剂B 3％、山梨醇10％、水余量。
其制备方法同实施例1。
实施例5
一种用于化肥染色的有机颜料色浆，按照质量百分比计算，包含如下组分：酞菁蓝25％、聚丙烯酸钠3％、萘磺酸钠盐甲醛缩合物8％、显色助剂C 3％、山梨醇10％、水余量。
其制备方法同实施例1。
实施例6
一种用于化肥染色的有机颜料色浆，按照质量百分比计算，包含如下组分：酞菁蓝20％、聚丙烯酸钠4％、萘磺酸钠盐甲醛缩合物5％、显色助剂A 3％、乙二醇5％、水余量。
其制备方法同实施例1。
实施例7
一种用于化肥染色的有机颜料色浆，按照质量百分比计算，包含如下组分：酞菁蓝30％、聚丙烯酸钠2％、萘磺酸钠盐甲醛缩合物10％、显色助剂A 3％、乙二醇12％、水余量。
其制备方法同实施例1。
实施例8
一种用于化肥染色的有机颜料色浆，按照质量百分比计算，包含如下组分：酞菁蓝25％、聚丙烯酸钠5％、萘磺酸钠盐甲醛缩合物6％、显色助剂A 4％、乙二醇15％、水余量。
其制备方法同实施例1。
对比例1
一种用于化肥染色的有机颜料色浆，按照质量百分比计算，包含如下组分：酞菁蓝25％、聚丙烯酸钠3％、萘磺酸钠盐甲醛缩合物8％、山梨醇10％、水余量。
其制备方法同实施例1。
对比例2
一种用于化肥染色的有机颜料色浆，按照质量百分比计算，包含如下组分：酞菁蓝25％、聚丙烯酸钠3％、羧甲基纤维素8％、显色助剂A 3％、山梨醇10％、水余量。
其制备方法同实施例1。
对比例3
一种用于化肥染色的有机颜料色浆，按照质量百分比计算，包含如下组分：酞菁蓝25％、聚丙烯酸钠3％、木质素磺酸钠8％、显色助剂A 3％、山梨醇10％、水余量。
其制备方法同实施例1。
对比例4
对比例4采用市售的科莱恩Clariant颜料AgrocerTMBlue 153Disp，作为水性颜料分散体。
实施例1～8以及对比例1～3中的有机颜料色浆配方汇总如下表1以及2所示。
表1
应用例
一种化肥染色方法，包括以下步骤：
(S.1)对硝氨磷化肥加热至160-180℃熔融，得到化肥熔体；
(S.2)在化肥熔融液中加入实施例1～8以及对比例1～4所述有机颜料色浆，有机颜料色浆的添加量为化肥熔融液质量的0.01％～0.05％(为方便比较本发明中统一添加量为0.02％)，混合均匀后，得到染色化肥熔体；
(S.3)将染色化肥熔体造粒，得到染色化肥。
对比应用例
【性能测试】
有机颜料色浆储存稳定性测试：
实施例1～8与对比例1～3中制备得到的有机颜料色浆制备之后直接按照GB/T15357-2014测定黏度，并且在50℃下储存28天之后测量黏度。
实施例1～8与对比例1～3中制备得到的有机颜料色浆制备之后通过分光光度计，测量波长460nm处吸光度，并且在50℃下储存28天之后测量波长460nm处吸光度。
评价方法：
当黏度偏差小于100mPa*s和/或颜色强度偏差小于3％，则储存稳定性被评为“非常好”。当黏度偏差100-200mPa*s和/或颜色强度偏差3-5％和/或经储存的样品有轻微沉积迹象但是通过简单的搅拌可以再次完全均匀化，则储存稳定性被评为“良好”。
当黏度偏差>200mPa*s和/或颜色强度偏差>7％和/或经储存的样品严重沉积，则储存稳定性被评为“差”。
染色强度测试：
将造粒得到的染色化肥通过分光光度计，显色助剂测量波长460nm处吸光度，以对比例4制备得到的染色化肥的吸光度为100％，将实施例1～8与对比例1～3中制备得到的染色化肥与之比较，计算得到染色强度。
实施例1～8以及对比例1～4中的有机颜料色浆的测试结果如下表2所示。
表2
从上表数据中可知，本发明制备的到的有机颜料色浆其具有良好的储存稳定性以及良好的染色强度。
如图1所示，将实施例2与对比例1进行比较后可知，在有机色浆添加量相同的前提下，添加有显色助剂的实施例1对于化肥的染色效果更加优异，染色强度更高。由于对比例2中采用的分散剂分别为羧甲基纤维素以及木质素磺酸钠，即使将其与显色助剂相配合也无法显色。因此表明本发明通过萘磺酸钠盐甲醛缩合物与显色助剂之间的配合有效提升了有机颜料的热稳定性，从而能够使得在高温下加入到肥料熔体中，仍然能够对肥料起到良好的染色效果。
将实施例1～8与对比例4相比较，我们发现即使与市售的成熟色浆相比较，本发明在储存稳定性以及染色强度方面仍然具有优势，更高的染色强度说明色浆在大生产中的用量会有效降低，从而节省成本。
Claims (9)
1.一种用于化肥染色的有机颜料色浆，其特征在于，
按照质量百分比计算，包含如下组分：
有机颜料 20-30%；
增稠剂 2-5%；
萘磺酸钠盐甲醛缩合物 5-10%；
显色助剂 1-5%
保湿剂 5-15%；
水 余量；
所述显色助剂结构如下式（一）所示：
式（一）；
其中：R为氨基酸残基，M为钠离子或钾离子；
所述有机颜料为酞菁蓝。
2.根据权利要求1所述的一种用于化肥染色的有机颜料色浆，其特征在于，
所述显色助剂制备方法如下：
（1）将丙烯酰氯与氨基酸盐反应，得到含有酰胺基的丙烯酸单体；
（2）将含有酰胺基的丙烯酸单体聚合，得到显色助剂。
3.根据权利要求2所述的一种用于化肥染色的有机颜料色浆，其特征在于，
所述增稠剂为假塑性增稠剂。
4.根据权利要求1所述的一种用于化肥染色的有机颜料色浆，其特征在于，
所述保湿剂包括为山梨醇、丙二醇、乙二醇中的一种或多种的组合。
5.一种如权利要求1~4中任意一项所述用于化肥染色的有机颜料色浆的制备方法，其特征在于，
包括以下步骤：
（1）预分散体制备：将保湿剂以及增稠剂混合得到混合液，然后向混合液中加入萘磺酸钠盐甲醛缩合物直至完全溶解后再加入有机颜料以及显色助剂直至颜料完全润湿得到预分散体；
（2）磨浆：将预分散体进行研磨，得到有机颜料色浆成品。
6.如权利要求1~4中任意一项所述有机颜料色浆在化肥染色中的应用。
7.一种化肥染色方法，其特征在于，包括以下步骤：
（S.1）对化肥加热熔融，得到化肥熔体；
（S.2）在化肥熔体中加入如权利要求1~4中任意一项所述有机颜料色浆，混合均匀后，得到染色化肥熔体；
（S.3）将染色化肥熔体造粒，得到染色化肥。
8.根据权利要求7所述的一种化肥染色方法，其特征在于，
所述步骤（S.1）中化肥为硝氨磷类化肥。
9.根据权利要求8所述的一种化肥染色方法，其特征在于，
所述步骤（S.2）中有机颜料色浆的添加量为化肥熔体质量的0.01%~0.05% 。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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