有机颜料的相关助剂、添加剂及应用特性

第46卷第1期染料与染色Vol.46 No.12009年2月DYESTUFFS AND COLORATIONFebruary 2009研究论文有机颜料的相关助剂、添加剂及应用特性周春隆(天津大学精细化工系,天津300072)摘要:本文介绍了用于有机颜料的相关助剂添加剂的主要类型、应用性能及其化学结构特性;讨论了不同类型的分散、润湿助剂及添加剂在有机颜料合成、商品化后处理过程中的主要应用特性与实例。关键词:有机颜料;助剂;添加剂;表面活性剂中图分类号:TQ613文献标识码:A文章编号:1672 -1179(2009)01 -019 -3合成的有机颜料粗品(部分低档偶氬颜料除明性;②改进颜料粒子的软质结构,提高易分散性外)，通常不具备颜料的使用性能(如色光不鲜艳.能;③调整颜料表面极性与分散介质的相容性或匹着色强度低、易分散性与流动性差),必须实施颜料配性;④改变产 品的亲水或亲油性,制备专用剂型化处理,以改进或调整颜料的应用特性;不同类别的(如水性涂料、溶剂型印墨及塑料着色用色母粒等);有机颜料商品化加工技术或颜料化技术,诸如:添加⑤增加颜料粒子空位效应或空间障碍,提高颜料分各种类型的助剂与添加剂(例如:采用特定的表面活散体系贮存稳定性;⑥改进颜料耐热稳定性能。性剂、有机颜料衍生物.表面极性改性剂、聚合物超助剂、添加剂的作用原理:依据助剂、添加剂与分散剂、脂肪胺、脂肪酸、松香皂等);对有机颜料实有 机颜料粒子表面的相互作用不同，如:分子间的范施颜料化处理，如球磨及盐磨、酸溶与酸析、有机溶德华引力;分子间氢键作用;分子间偶极作用;溶解、剂处理挤水转相聚合物包膜、混合偶合及固态溶液吸附及沉淀作 用等,使添加剂与有机颜料粒子表面技术等,该处理过程无-不涉及到改变有机颜料颗粒相互结合,最终不仅可以改变颜料粒子表面极性或的物理化学特性,即调整到所需的粒径大小、形状与粒电荷,并可通过助剂分子内含有长碳链或聚合溶剂径分布晶型种类、粒子表面极性的高低,以达到与着化链 ,在颜料粒子之间产生空间障碍或空位效应,从色介质具有良好的匹配性或相容性,最终使有机颜料而促进分散体稳定性的提高。商品具有符合要求的应用性能"。作者认为有机颜料助剂.添加剂、树脂连结料与有机颜料之间的相合成与商品加工过程的核心技术或关键技术为:化学互影 响作用见图1。.结构( Structure),颜料粒状大小与形状( Particle size &[ 颜料表面特性:「连结料特性:助利、泰加所性: 1润湿性:极性:溶解性:|分子量:酸/赋性:shape),颜料粒径分布( Particle distibution) 及颜料粒酸/碱性:分子量:酸/离子性:极性:性基因相容性子表面极性( Particle polarity), 简称为:S & PPP。为使颜料商品具有符合要求的应用性能，各种殿料/连续料柜互作用类型的助剂颜料分散剂、有机颜料衍生物与特定的粒度分布:↓着色剂/树脂添加剂等,在调整有机颜料粒径大小与分布、颜料晶粘性1流动性体系分离，颜型种类改变颜料粒子表面极性过程中，起着十分重粒径形状:色分层分散稳定性要的作用。因此,必须充分了解各种助剂、表面活性光泽度剂及添加剂的分子化学结构与应用特性，依据所选定的有机颜料结构类型,结合应用介质的极性特征,围1助剂、添加剂、树脂连结料与颜料之间的相互影响采用适宜的颜料处理工艺与最佳添加量,以获得预从图中可知依据体系中颜料表面特性、树脂连期的颜料化效果。结料特性,选择不同类型助剂与添加剂，达到调整有机颜料诸多的应用性能。1助剂与添加剂的主要作 用及原理中国煤化工在有机颜料合成、后处理或商品化过程中各种2助HCNMHG(2-5]专用的助剂与添加剂的主要作用可概括如下:①调有机颜料合成、后处理或商品化过程中，可以采整颜料粒径大小与分布,改进着色强度、光泽度及透用不同化学结构的专用助剂与添加剂，而助剂或表.19.Vol.46 No. 1染料与染色DYESTUFFS AND COLORATION第46卷第1期面活性剂，依据其溶解性可分为水溶性活性剂与油吸附后加入 碱或特定的阴离子表面活性剂，使其在溶性活性剂;如果按分子中所带电荷不同又可分阴粒子表面 上沉淀,达到改性目的,应用于制备水性涂离子、阳离子、两性、非离子等四种表面活性剂,有机料着 色的有机颜料产品。胺及有机酸类,按其特性亦可归属于阳离子与阴离2.3 两性表面活性剂子表面活性剂(松香酸与高级脂肪酸;脂肪胺、松香两性表面活性剂分子中存在阴离子/阳离子,阳胺松香腈及磺化聚合松香衍生物)。离子/非离子以及阴离子/非离子组合三种类型:应该指出，近年广泛应用的聚合物高分子分散①阴离子/阳离子组合:属于季铵盐带有正电剂或超分散剂、有机颜料(自身)術生物颜料分散剂、荷 、羧酸盐为负电荷类型,典型品种是烷基甜菜碱,非颜料型表面改性剂以及无机化合物纳米二氧化可溶于碱/酸中 ,使用的pH值范围较广,如月桂基、钛硅酸盐纳米溶胶等,已显示良好应用效果。硬脂基甜菜碱衍生物以及烷基咪唑啉,如月桂基咪2.1阴离子表面活性剂唑啉,卵磷脂:属于磷酸酯盐具有负电荷与季铵盐带可离解具有阴离子的表面活性剂,如:脂肪酸，正电荷类型 ,主要作为亲油性助剂;烷基羧酸盐: R-C0O- Na*如:油脂(大豆油、椰子②阴离子/非离子组合:聚氧乙烯醚磺酸盐,如:油.牛油等)经皂化而得;肥皂类或碱金属脂肪酸盐;C2H2s-0-(CH2CH20-).SO3- Na*;硬脂酸钠CigHs,COONa;油酸钠Cn HsCOONa;烷基③阳离子/非离子组合:聚氧乙烯醚季銨盐,如:磺酸羧酸盐:磺化蓖麻油(土耳其红油或太古油);Cr2Hs -N + (CH,)(CH2CH20-).H Cl-。烷基硫酸酯盐: R-0-SO, - Na*脂肪醇(月桂醇)两性表面活性剂具有良好的溶解性能,主要应用于与硫酸或氯磺酸作用而得;月桂醇硫酸酯钠盐; Cp其水溶液吸附 于颜料粒子表面,酸析或以金属盐沉淀;H2s-0-S03 - Na*月桂醇与环氧乙烷作用,再与硫增加有机颜料的亲水性能, 例如:对联苯胺黄G(C I酸反应而得;月桂醇硫酸酯钠盐:CnHs -0 -颜料黄 12)进行表面处理,已取得较好的结果”。(CH,CH,0-)SO, -Na* ;烷基(苯)磺酸(ABS, AI- 2.4 非离子型表面活性剂kyl Benzene Sulfonic Acid)钠盐: R(Ar) -SO, -Na*。非离子型表面活性剂分子中含有羟基及醚键结阴离子表面活性剂应用于有机颜料合成过程合的亲水基团 ,在水中不离解成离子,按分子中亲水中,吸附于有机颜料悬浮体颜料粒子表面上,通过酸性基团种类 不同，可分为两大类:析或添加金属盐使其沉淀;增加有机颜料亲水性,提①聚乙二醇类,如脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚高表面极性,改性颜料产品剂型主要适用于水性印氧乙烯醚类、脂肪酸聚氧乙烯醚等。国产乳化剂OS .墨与水性涂料着色。系列及OP系列(乳化剂、洗涤剂及柔软剂)。2.2阳离子表面活性剂②多元醇类型:主要为丙三醇.季戊四醇及山梨在阳离子表面活性剂分子结构中,阳离子处于糖醇行生物， 典型品种是由山梨糖醇与脂肪酸作用，疏水性基- -侧, 于水中可离解为阳离子;有时又称为再脱水生 成的单酯物,依据脂肪酸碳链不同,可有不“逆性肥皂”或“阳性肥皂”。主要为高级烷基叔胺同牌 号商品,如商品Span 20(月桂酸)、Span 40(棕榈及季銨盐,如下述示例: .酸)、斯盘(Span)80等。由斯盘20及斯盘80分别与环氧乙烷进行加成反应,则转变为另一类重要商品RVCHs cr R: CrHhsr:月椎基R Cntr:硬脂基助剂吐温(Tween)20及吐温80。H,CHyCOHNH.CH.C-OHQ(CHzCH.OLHCrzHs-N-CH alov)HH(OCH.CH2)O0(CH2CH2O)nHSapamin BCHHyCrH3COOC1H3C00N - tllw alkyl -N,N,N' ,N' - pentamethyl -1,(Tween 80)(Span 80)3 - propanediamine dichloride , Adogen 477斯盘20,斯盘80分子中羟基与环氧乙烷进行加CHgCH3Tllw-如CH.CH2CH2- CH成反应中国煤化工吐温80,分子引入CH, a"多个身lYHCNMHG的增加，HLB值为阳离子表面活性剂具有盐的结构特性,同样适15, 用于增加有机颜料亲水性能。用于有机颜料表面改性,在有机颜料悬浮体中添加，为改进铜酞菁的水介质中分散性能,曾研究将●20.染料与染色Vol.46 No. 1周春隆_有机颜料的相关助剂 添加剂及应用特性2009年2月吐温20进-步与氯乙酸进行缩合应,引人极性羧酸美国太阳化学专利中报道了许多不同的脂肪胺基,用于对铜酞菁实施表面处理的分散剂(RSJ),使商品 与化学结构,如:Duomeen T ,(N-牛脂基-1,3CuPc颜料增加极性,降低接触角，提高铜酞菁在水- 二氨基丙烷)、Duomeen C,(N-可可基-1,3'-中的分散体稳定性能']:二氨基丙烷)、Duomeen 0,(N-油酸基-1,3二氨CnHzCOOCH2、基丙烷)、Triamine T ,(N-牛脂基-3,'3-二氨基氟乙酸Tween 20一NOOCH2(OCH2CH)nO"C.rC.CoN 双丙烷)、 Tiamine C ,(N-可可基-1,3'-二氨基分散剂RS J0(CH2CH2OI-CH2COONa丙烷)(8]。③烷基多苷或烷基聚葡萄糖苷(APG):系由脂上述脂肪胺衍生物极性较低,主要应用于降低肪醇与葡萄糖在催化剂作用下进行醚化反应,制备有机颜料表面极性,用于制备凹版溶剂印墨的挤水具有如下化学结构通式:转相色膏,如:C.L颜料黄12、C.L颜料红49、C. LHPH颜料红57等颜料的改性处理。APGCiba-Geigy部分脂肪胺商品名称与化学结R=Cg~Cig;x=1.4-1.8构:[9]OH表1Ciba-Geigy公司推荐的部分脂肪胺商品名称烷基R的碳链长度一般为Cg -C16,聚合度x约.Ameen T长链脂肪伯胺 Ammeen L-PS芳烷基伯胺为1.4~1.8;通常短碳链烷基和高聚合葡萄糖为浅Ameen 2HT长链脂肪仲胺Armeen L- 2PS芳烷基仲胺黄色水溶液,而长碳链烷基和低聚合葡萄糖为浅黄Ameen DMHTD长链脂肪叔胺Duomeen L15 环氧乙烷化脂肪胺色膏状物。Ameen L.11 十七烷基丙胶 DuomenL-PS 芳烯烃基二胺该类衍生物可用作有机颜料的改性剂，依据分有机酸类:脂肪酸衍生物如:月桂酸Cr2H2s -子中含有多个羟基,调整分子中碳链长度,使其具有COOH 、硬脂酸C1gH;7 - C0OH、松香酸、四氢松香酸较强亲水性,采用烷基聚葡萄糖苷对有机颜料品种及二聚松香酸等。 .实施表面改性,可明显地提高着色强度,尤其适用水H& ,COOHHsG ,cOoHCOOH基印墨体系,增加光泽度与透明度。HarcrosChemicalIne公司投放市场牌号为.HCCHsHSCAPC@ Glycosides产品，如:APC@ 225 (碳链长度8~松香酸四氨化松香酸H二:票松香酸CH。10,聚合度x=1.8),APG@ 600SP (碳链长度12 ~14,聚合度x=1.4)。美国专利(US 5, 176, 750,用法是将其溶于醋酸/碱水溶液中,吸附于颜料1993)介绍了对C.I颜料黄74、C.I颜料红2、C.L粒子表面 ,用碱/酸中和呈游离胺/酸形式沉淀;或与颜料红22及C.1.颜料红147等品种的表面改性处阴/阳离子表面活性剂成盐,可增加有机颜料亲油性理。或亲水性能。如以不同碳链的脂肪酸对联苯胺黄G2.5有机胺及有机酸类(C.I颜料黄12)进行表面处理,己取得较好的结有机胺系指具有不同碳原子数目的脂肪伯胺果5]。(如:硬脂胺或十八胺,C1g H, -NH2)、仲胺、二元胺2.6 聚合物分散剂或超分散剂(如:硬脂基丙二胺,国内商品名称为DDA-18):由英国lCI公司有机部以“超分散剂”(Hyper-CpHJyNHCH2CH2CH,NH2disperdsnts)来描述该类新型分散剂,与经典表面活环烷烃脂肪胺衍生物如:环己基丙二胺:性剂有着根本区别,在有机溶剂中对颜料的分散抗絮凝性及分散体稳定性甚为有效,并以Solsperse 牌号出售。超分散剂在印墨及涂料的制备过程中显示松香胺,脱氢松香胺,松香腈:独特性能:在低粘度下制备高颜料含量的分散体系;HG, ,cnHsG ,CH,NH2HsG ,CH2NH2在有中国煤化工料分散体系;制备适用!YHCNMHG浓缩物;制备出高yCCHs HC光泽度、高透明度的印墨产品。松乔脯.CH松否肢脱氢松香胺(未完待续)●21.