【集萃网观察】4.3   水可分散超细颜料着色剂

    为降低颜料着色剂的粒径，使印制图案情晰，且有染料着色剂的透明感，可制成水可分散超细颜料着色剂。通常颜料粒子的分散包括润湿、粉碎和分散稳定三个过程。在粉碎过程中，机械力将颜料粒子破碎，然后分散剂迅速吸附到粒子表面，使其稳定分散到水介质中去。如果粒子表面润湿性能不好，破碎的粒子不能及时被分散剂吸附并分散，粒子将重新聚集。也就是说，颜料着色剂需要进行表面改性，诸如添加非离子和阳离子表面活性剂或其复配物，或添加亲水性高分子化合物进行处理；或将有机颜料溶入水溶性溶剂如二甲醚、二丁醚、二甘醇单甲醚、三乙醇胺的混合物进行研磨，得到平均粒径为 10-15  μrn的超细颜料着色剂。把这种颜料加入含有聚丙烯酸酯、聚酯、聚酰胺或聚脲等水溶性树脂中，制成水分散体[21]。

    使用表面活性剂对颜料进行表面改性处理是一种最简便的方法。表面活性剂既是润湿剂，又是分散剂，但受到分子量的约束，不可能制成超细颜料分散体。选用表面活性剂的主要依据必须根据颜料的 H LB值，选用和复配 H LB值相近的表面活性剂进行表面改性，才能获得理想的效果。部分经常生产的有机颜料H LB值如表1所示。

    表1  部分有机颜料的HBL值

    C.I索引号     HBL值     C.I索引号     HBL值    C.I索引号      HBL值

    P.Y.1          9.1       P.O.1        9.20      P.R.112        12.6

    P.Y.3          8.5       P.O.5        7.5       P.R.122        12.6

    P.Y.5          9.36      P.O.13       8.7       P.R.144         8.17

    P.Y.6          8.82      P.O.16      10.26      P.R.146        11.8

    P.Y.7         11.49      P.O.24       8.57      P.R.148         8.23

    P.Y.10         8.69      P.O.34       8.2       P.R.163         8.09

    P.Y.12         8.8       P.O.36      10.9       P.R.166         8.34

    P.Y.13         8.0       P.O.43       8.4       P.R.171        12.15

    P.Y.14         8.4       P.R.1        7.05      P.R.170        11.56

    P.Y.15         8.7       P.R.2        8.4       P.R.175        12.0

    P.Y.16         7.8       P.R.3        6.7       P.R.176        12.12

    P.Y.17        10.0       P.R.4        6.6       P.R.180        8.65

    P.Y.65        11.7       P.R.5       12.35      P.R.188        8.86

    P.Y.72        10.0       P.R.7        7.66      P.R.191        8.4

    P.Y.74        11.7       P.R.8        8.7       P.R.245       11.94

    P.Y.75         9.6       P.R.9        8.22      P.R.214        7.5

    P.Y.81         7.6       P.R.10       8.5       P.R.242        7.4

    P.Y.83        10.5       P.R.12       8.09      P.V.19        13.6

    P.Y.93         9.8       P.R.13       8.09      P.V.23         9.4

    P.Y.94         9.6       P.R.21       8.93      P.V.34        14.78

    P.Y.95         9.81      P.R.23       9.26      P.V.35        11.2

    P.Y.97        11.17      P.R.31      11.8       P.Br.25       10.47

    P.Y.120       13.65      P.R.32      10.2       P.B.15:2      11-13

    P.Y.139       18.9       P.R.37       9.6       P.B.15:3      14-16

    P.Y.154       11.25      P.R.38       9.88      P.G.7         10-12

    P.Y.180       13.91      P.R.40       6.25      P.G.36        12-14

    P.Y.192       12.5       P.R.52:1      8-9       炭黑         14-15

    P.Y.212        8.96      P.R.57:1     10-12      钛白         17-20

    在经典的表面活性剂化学结构基础上，近年来开发应用一些高分子分散剂。其分子中含有可调节的亲油性聚合链，井有锚基（如苯基、酯基），可以与颜料粒子表面通过多点吸附，并以共价键、范德华力牢固地结合在颜料粒子表面，明显降低解吸附。而其亲水性基依靠电荷排斥和位

阻排斥，可明显改进分散稳定性，提高研磨效率，在水介质中可降低粘度。

    这些亲水性高分子分散剂如特定分于量范围的聚丙烯酸盐、丙烯酸-苯乙烯、苯乙烯-顺丁烯二酸酐（马来酸酐）、丙烯酸-丙烯酸酯、苯乙烯-丙烯酸-α-甲基丙烯酸乙酯（Joncryl 68）和乙烯-丙烯酸等聚合物，以及β-萘酚聚氧乙烯醚(Solsperse-27000)。

    其中苯乙烯与丙烯酸（包括马来酸酐）的嵌段共聚物是一种典型的亲水性聚合物分散剂，其疏水端以聚苯乙烯为主，与颜料分于之间以范德华力和强的平面π-π键稳定地锚接在颜料表面上。其亲水端以聚丙烯酸为主，而且以铵盐形式出现，增加竣酸盐的电离性，使其羧酸阴离子伸展在水中提供静电斥力。例如苯乙烯（S）-马未酸酥（M）共聚物处理过的颜料，在水中的表面电荷〔电位分别为：M︰S（︰l）为-62.34 mV；M︰S（2︰I）为-76.72mV；M︰S（3︰l）为-87.50mV[22]。而且，对干极性很低的有机颜料而言，其在水中的表面电荷在-15 m V至－35 m V之间，排除了亲水基一端对颜料的吸附。

    Solsperse-27000为非离于表面活性剂，其疏水端为平面较大的萘环，可与颜料以稳定的分子间范德华力和π-π键作用力结合，但其亲水端为聚氧乙烯醚伸展在水中，只提供位阻斥力，不如静电斥力强烈阻止颜料粒子的凝聚。

    共聚物的分于量对其应用性能有重要影响。分子量太低与颜料结合力较弱，易解吸附，在颜料表面形成的空间障碍较小，不能有效地阻止颜料粒子的再凝聚。分子量太大可使空间障碍增大，虽对稳定分散有利，但易发生被吸附的共聚物和颜料颗粒之间架桥和吸附层分子间不是定向排列，而有相互缠连现象，使颜料颗粒重新聚集，不利干颜料稳定分散。需通过调节聚合温度和引发剂用量，由于是溶剂聚合，分于量实际上通过不同溶剂有不同沸点来控制回流温度来达到的。

    共聚物分散剂由疏水性单体与亲水性单体组成。与表面活性剂一样，是一个两亲分子结构，因此也有H LB值，而且随两种不同单体在共聚物中所占的比例不同，共聚物的 H LB值也随之变化。例如马来酸酐（M）与苯乙烯（S）的比例变化后的HLB值如下：

    M︰S=0.3︰1    H LB值=5.75

    M︰S= 0.5︰1   H LB值=7.50

    M︰S= l︰I     H LB值=11.25

    M︰S=2︰I      H LB值=15.38

    M︰S=3︰1      H LB值=17.60

    共聚物分散剂对颜料的表面改性是通过在颜料表面的吸附，致使亲水性基团和疏水性基团作定向排列，达到润湿和分散作用。因此应根据颜料的 H LB值（见表1）对聚合物分散剂的两种不同单体的比例作适当的调节，以期达到最佳稳定分散效果。

    用聚合物分散剂处理的有机颜料，表现出良好的分散效果。例如表2所示用J-68处理各种有机颜料后，数均粒径（Dn），重均粒径（Dw）很小[23]，达到喷墨印花用有机颜料印墨的粒径标准。

    表2  J-68对有机颜料球磨分散粒径

    颜料索引号      50%粒子低于(nm)      Dn(nm)      Dw(nm)

    P.Y.3              280                180         300

    P.Y.12             140                 80         170

    P.Y.14             120                 70         140

    P.R.48:1           110                 70         130

    P.B.15:3            50                 40          50

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