【集萃網(wǎng)觀察】4.3   水可分散超細(xì)顏料著色劑

    為降低顏料著色劑的粒徑，使印制圖案情晰，且有染料著色劑的透明感，可制成水可分散超細(xì)顏料著色劑。通常顏料粒子的分散包括潤濕、粉碎和分散穩(wěn)定三個過程。在粉碎過程中，機(jī)械力將顏料粒子破碎，然后分散劑迅速吸附到粒子表面，使其穩(wěn)定分散到水介質(zhì)中去。如果粒子表面潤濕性能不好，破碎的粒子不能及時被分散劑吸附并分散，粒子將重新聚集。也就是說，顏料著色劑需要進(jìn)行表面改性，諸如添加非離子和陽離子表面活性劑或其復(fù)配物，或添加親水性高分子化合物進(jìn)行處理；或?qū)⒂袡C(jī)顏料溶入水溶性溶劑如二甲醚、二丁醚、二甘醇單甲醚、三乙醇胺的混合物進(jìn)行研磨，得到平均粒徑為 10-15  μrn的超細(xì)顏料著色劑。把這種顏料加入含有聚丙烯酸酯、聚酯、聚酰胺或聚脲等水溶性樹脂中，制成水分散體[21]。

    使用表面活性劑對顏料進(jìn)行表面改性處理是一種最簡便的方法。表面活性劑既是潤濕劑，又是分散劑，但受到分子量的約束，不可能制成超細(xì)顏料分散體。選用表面活性劑的主要依據(jù)必須根據(jù)顏料的 H LB值，選用和復(fù)配 H LB值相近的表面活性劑進(jìn)行表面改性，才能獲得理想的效果。部分經(jīng)常生產(chǎn)的有機(jī)顏料H LB值如表1所示。

    表1  部分有機(jī)顏料的HBL值

    C.I索引號     HBL值     C.I索引號     HBL值    C.I索引號      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      鈦白         17-20

    在經(jīng)典的表面活性劑化學(xué)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，近年來開發(fā)應(yīng)用一些高分子分散劑。其分子中含有可調(diào)節(jié)的親油性聚合鏈，井有錨基（如苯基、酯基），可以與顏料粒子表面通過多點(diǎn)吸附，并以共價鍵、范德華力牢固地結(jié)合在顏料粒子表面，明顯降低解吸附。而其親水性基依靠電荷排斥和位

阻排斥，可明顯改進(jìn)分散穩(wěn)定性，提高研磨效率，在水介質(zhì)中可降低粘度。

    這些親水性高分子分散劑如特定分于量范圍的聚丙烯酸鹽、丙烯酸-苯乙烯、苯乙烯-順丁烯二酸酐（馬來酸酐）、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)。

    其中苯乙烯與丙烯酸（包括馬來酸酐）的嵌段共聚物是一種典型的親水性聚合物分散劑，其疏水端以聚苯乙烯為主，與顏料分于之間以范德華力和強(qiáng)的平面π-π鍵穩(wěn)定地錨接在顏料表面上。其親水端以聚丙烯酸為主，而且以銨鹽形式出現(xiàn)，增加竣酸鹽的電離性，使其羧酸陰離子伸展在水中提供靜電斥力。例如苯乙烯（S）-馬未酸酥（M）共聚物處理過的顏料，在水中的表面電荷〔電位分別為：M︰S（︰l）為-62.34 mV；M︰S（2︰I）為-76.72mV；M︰S（3︰l）為-87.50mV[22]。而且，對干極性很低的有機(jī)顏料而言，其在水中的表面電荷在-15 m V至－35 m V之間，排除了親水基一端對顏料的吸附。

    Solsperse-27000為非離于表面活性劑，其疏水端為平面較大的萘環(huán)，可與顏料以穩(wěn)定的分子間范德華力和π-π鍵作用力結(jié)合，但其親水端為聚氧乙烯醚伸展在水中，只提供位阻斥力，不如靜電斥力強(qiáng)烈阻止顏料粒子的凝聚。

    共聚物的分于量對其應(yīng)用性能有重要影響。分子量太低與顏料結(jié)合力較弱，易解吸附，在顏料表面形成的空間障礙較小，不能有效地阻止顏料粒子的再凝聚。分子量太大可使空間障礙增大，雖對穩(wěn)定分散有利，但易發(fā)生被吸附的共聚物和顏料顆粒之間架橋和吸附層分子間不是定向排列，而有相互纏連現(xiàn)象，使顏料顆粒重新聚集，不利干顏料穩(wěn)定分散。需通過調(diào)節(jié)聚合溫度和引發(fā)劑用量，由于是溶劑聚合，分于量實(shí)際上通過不同溶劑有不同沸點(diǎn)來控制回流溫度來達(dá)到的。

    共聚物分散劑由疏水性單體與親水性單體組成。與表面活性劑一樣，是一個兩親分子結(jié)構(gòu)，因此也有H LB值，而且隨兩種不同單體在共聚物中所占的比例不同，共聚物的 H LB值也隨之變化。例如馬來酸酐（M）與苯乙烯（S）的比例變化后的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

    共聚物分散劑對顏料的表面改性是通過在顏料表面的吸附，致使親水性基團(tuán)和疏水性基團(tuán)作定向排列，達(dá)到潤濕和分散作用。因此應(yīng)根據(jù)顏料的 H LB值（見表1）對聚合物分散劑的兩種不同單體的比例作適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，以期達(dá)到最佳穩(wěn)定分散效果。

    用聚合物分散劑處理的有機(jī)顏料，表現(xiàn)出良好的分散效果。例如表2所示用J-68處理各種有機(jī)顏料后，數(shù)均粒徑（Dn），重均粒徑（Dw）很小[23]，達(dá)到噴墨印花用有機(jī)顏料印墨的粒徑標(biāo)準(zhǔn)。

    表2  J-68對有機(jī)顏料球磨分散粒徑

    顏料索引號      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