顏料表面改性，就是通過(guò)物理或化學(xué)的方法，改變顏料的晶粒尺寸、晶相、表面特性，以提高顏料微粒表面與分散介質(zhì)的相容性，提高分散體系的穩(wěn)定性。
用于顏料表面改性的基本方法可分為物理法和化學(xué)法兩類，其中物理方法改變顏料的晶粒尺寸、晶相，并通過(guò)吸附作用引入分散劑。在顏料－分散劑－分散介質(zhì)這個(gè)分散體系中，顏料與分散劑通過(guò)靜電吸附力結(jié)合，這種作用并不牢固，在吸附－解吸的過(guò)程中，粒子碰撞導(dǎo)致絮凝，從而影響體系的分散穩(wěn)定性，為此，須引入化學(xué)方法進(jìn)行處理，通過(guò)鍵合、范德華力、氫鍵等更強(qiáng)的作用力，將分散劑更加牢固的固定在顏料粒子表面。
在墨水顏料的加工中，往往使用上述方法的延伸或是多種方法的組合，如：重氮鹽表面改性（顏料衍生+分散劑）、分子結(jié)構(gòu)修飾（顏料衍生物+固態(tài)溶液）、顏料與分散劑接枝（顏料衍生物+表面活性劑）和微膠囊等。
1、顏料重氮鹽表面改性
卡伯特公司在重氮鹽改造顏料上做了大量的研究工作，最早該研究是針對(duì)炭黑，之后又以該技術(shù)成功進(jìn)入彩色有機(jī)顏料領(lǐng)域，取得了很好的效果。
卡伯特改性方案的主要思路是利用對(duì)氨基苯磺酸或雜環(huán)芳香酸類衍生物的重氮鹽與顏料研磨的同時(shí)進(jìn)行重氮化反應(yīng)，改性基以自由基反應(yīng)的方式鍵合在顏料母體上，使顏料表面的電荷特性、分散性均發(fā)生很大的改變。
經(jīng)重氮鹽處理的顏料，還可以進(jìn)一步反應(yīng)，將表面活性劑基團(tuán)接枝于顏料表面，形成自分散顏料，該顏料在介質(zhì)中只需少量助劑或不須助劑即可穩(wěn)定分散，其分散的粒徑可以達(dá)到100nm級(jí)別。
在上述例子中，裸露的氨基也可以直接和馬來(lái)酸酐反應(yīng)，生成表面帶有大量負(fù)電的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)內(nèi)層帶有正電荷，而外表面甩出很多帶有負(fù)電的基團(tuán)，有利于顏料的分散，并且內(nèi)層的正電荷還可以與聚合物分散劑中的陰離子部分結(jié)合，提高與分散劑的相容性。
2、顏料分子結(jié)構(gòu)修飾
在顏料分子上進(jìn)行修飾，也可以得到很好的分散效果，如在喹吖啶酮母體上引入一個(gè)鄰苯二甲酰亞胺取代基，并以短碳鏈?zhǔn)怪c母體隔離，該化合物的存在可以使喹吖啶酮類顏料更容易研磨。
類似的，在漢莎黃類偶氮顏料中引入一個(gè)磺酸基，可以大幅度改善顏料的分散性并提高儲(chǔ)存穩(wěn)定性。
在C.I.顏料紅155中，通過(guò)氫氧化鈉處理，使其一個(gè)酯基水解，所得產(chǎn)物的分散性能也大幅度改善，同時(shí)基本不影響其色光和色強(qiáng)度。
東洋油墨提出了顏料表面磺化改性技術(shù)，經(jīng)該方法改性的顏料具有通式P－(SO3·X+)n，其中P表示顏料，X表示金屬離子、氫、1～18碳的一二三級(jí)胺。該方法廣泛適用于C.I.顏料藍(lán)15、C.I.顏料紅122等，經(jīng)該方法處理的顏料可以保持極好的貯存穩(wěn)定性，并具有低發(fā)泡、低粘度、高表面張力的特性。
山陽(yáng)色素報(bào)道了一類帶有橋基的顏料改性物，其中A和B可以是碳鏈封端、環(huán)狀結(jié)構(gòu)封端或仲胺封端的有機(jī)胺、羥基等，兩者相互獨(dú)立。經(jīng)該方法處理的顏料，耐光性能提高，光澤度有較大改善，同時(shí)大幅度降低了色漿的粘度值。適用于該方法的顏料有C.I.顏料藍(lán)15、C.I.顏料綠36、C.I.顏料紅122、C.I.顏料紫19、C.I.顏料紅122、C.I.顏料紅254、C.I.顏料紅177、C.I.顏料黃138等。
3、顏料與分散劑接枝
DIC發(fā)表了一類含有有機(jī)鋰封端的顏料改性物，其通式如下：
其中A1是有機(jī)鋰端基，A2為含有芳香環(huán)取代基的聚丙烯酸單體鏈段，A3為含有陰離子取代基的單體鏈段。n取值為1～5，B為芳香族封端的烷基鏈。
將粉碎好的顏料和上述改性劑一起混煉，使之發(fā)生反應(yīng)，之后加入氫氧化鉀水溶液，使上述化合物溶解，直接得到固含量約15%的顏料色漿溶液。經(jīng)分析，絕大部分粒子的粒徑小于90nm。該改性方法的優(yōu)點(diǎn)是污染小，原料利用率較高。
Sunchem將含有環(huán)氧丙烷和環(huán)氧乙烷共聚物的改性劑引入到顏料分子中，使顏料具有自分散性。
在乙酰乙酰苯胺偶氮或雙偶氮顏料中，以聚醚胺鍵合乙?；械腃=O雙鍵，形成席夫堿結(jié)構(gòu)。
在酞菁結(jié)構(gòu)中，通過(guò)表面的磺酸基形成鍵合，得到如下圖所示的結(jié)構(gòu)。
4、微膠囊改性
杜邦公司在微膠囊研發(fā)上投入了大量的精力，借助其自身強(qiáng)大的聚氨酯工業(yè)和白墨中的巨大成功，將微膠囊技術(shù)成功移植到彩色顏料領(lǐng)域。
該方法是將顏料預(yù)分散至100nm級(jí)別，然后加入聚合物單體，在特殊的引發(fā)劑和表面活性劑的作用下，使聚氨酯聚合，在顏料表面形成10～20nm厚度的包覆層，以聚氨酯的表面特性完全取代了顏料粒子的表面特性，從而獲得了易分散、低粘度、高穩(wěn)定性的色漿產(chǎn)品。
實(shí)現(xiàn)顏料表面改性的方式多種多樣，各有優(yōu)點(diǎn)。各家公司都是結(jié)合自身的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的差異化。而我國(guó)的色漿企業(yè)多以采購(gòu)原材料研磨加工為主，對(duì)顏料的研究較少，希望本文能給予同行啟示，引起大家的重視。
來(lái)源：王小林,王曉英,李學(xué)敏,等.水性噴墨打印用顏料表面改性的研究進(jìn)展[J].染料與染色,2019,56(5):47-50.
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關(guān)注中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)官方微信（粉體技術(shù)網(wǎng)）
|
