阳离子型超细颜料的制备与颜色性能研究

阳离子型超细颜料的制备与颜色性能研究张涛，房宽峻，付少海江南大学生态纺织教育部重点实验室，江苏无锡(214122）E-mail：sytu.zhangtao@摘要：使用颜料红146和实验室自制的阳离子分散剂，采用超声分散法制备阳离子型超细涂料。

当分散剂用量为颜料质量的12%，超声30分钟时可以制备出粒径205nm左右且具有较好分散稳定性的阳离子型超细涂料。

利用该超细涂料对棉机织物进行轧染，具有良好的表观得色量和颜色提深力，经过粘合剂的处理也能得到较好的摩擦牢度。

关键词：超细阳离子涂料；轧染；染色性能；表观得色量中图分类号：TS1. 引言有机颜料是用于物体着色的一类重要的有色物质，具有品种繁多、色谱齐全、着色力高等优点。

有机颜料的粒径及分散状况是影响其应用性能的关键因素[1-2]。

超细涂料改变了颜料粒子的大小、粒径的分布和表面能，使得颜料的应用性能发生重大变化。

有机颜料的超细化和分散稳定是制备超细涂料的关键[3]。

颜料的分散包括润湿、机械粉碎和分散稳定三个过程。

颜料的润湿过程是一个颜料/空气、颜料/颜料界面被颜料/分散剂界面替换的过程。

在水性体系中，介质的表面张力远高于粒子的表面张力，故有机颜料被润湿的能力较在有机溶剂中低很多，需要加入少量的润湿剂来改善。

粉碎过程是颜料粒子的凝聚体通过剪切力或冲击力破碎为细小粒子的过程，常用的分散设备有微射流、超声粉碎机、砂磨机、球磨机等等。

颜料粒子细化后，表面吸附了足量的分散剂，依靠分散剂产生的静电斥力或空间位阻效应实现了分散体系的稳定[4]。

经过阳离子分散剂分散的颜料带有正电荷，在表面电位为负值的物质表面上有更好的着色效果。

利用阳离子颜料体系对纤维素纤维织物轧染，移染现象明显减少，染色牢度也有所提高[5]。

随着对质量要求的日益提高,阳离子型颜料涂料将具有更大的优势。

本试验采用自制的阳离子型分散剂和颜料永固桃红FBB，通过适当的加工工艺，制备超细颜料分散体系，并对其稳定性以及在棉织物上的染色性能进行探讨。

2. 试验2.1 材料及仪器材料纯棉漂白机织布(14.5 tex)；颜料永固桃红FBB（国际索引号: Pigment Red 146）（常州北美化学集团有限公司)；阳离子分散剂(自制，含固量30％)；粘合剂WB2(青岛海怡精细化工有限公司)；平平加O25(工业品)。

仪器 EHP 350MM型微调水平轧车(英国ROACHES)；MINI THERMO 350型烘箱(英国ROACHES)；X-Rite 8400测色配色仪(美国爱色丽公司)；Y571L摩擦牢度试验仪(莱州市电子仪器有限公司)；Nano-Zs90纳米粒径及Zeta电位分析仪(英国Malvern公司)；JY98-3D超声波细胞粉碎机（宁波新芝科器研究所）。

2.2 实验方法2.2.1 超细涂料制备工艺研究取定量颜料、润湿剂、分散剂、去离子水，充分混合、搅拌得到预分散液，将预分散液在超声粉碎仪上进行超声分散。

固定超声粉碎仪的功率及超声时间，改变分散剂的用量，研究分散剂用量与颜料粒径的关系。

使用定量的分散剂配置预分散液，固定超声功率，改变超声时问，研究颜料粒径与超声时间的关系。

2.2.2 阳离子型超细颜料的染色性能研究按2.2.1中得出的最佳分散剂用量与超声时间制备浓度分别为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、4%、6%、8%、10%的阳离子型超细颜料，对棉机织物轧染。

轧染工艺：二浸二轧（轧余率70%）—烘干（90℃，5min）—焙烘（150℃，3min）—测试K/S值。

2.2.3 粘合剂对染色织物摩擦牢度的改善制备0.5%的阳离子型超细颜料对棉机织物轧染；取两块染色织物，称量每块织物的重量，根据浴比配置粘合剂溶液，将染色织物浸渍粘合剂溶液，浸渍工艺：浸渍粘合剂溶液（浴比50：1）→烘干（90℃，5min）→焙烘（150℃，3min）。

浸渍过程中不搅拌织物，浸渍10min；取两块染色织物浸轧粘合剂溶液，浸轧工艺：浸轧粘合剂溶液（两浸两轧，轧余率70%）→烘干（90℃，5min）→焙烘（150℃，3min）2.2.4 普通颜料的染色性能取颜料永固桃红FBB和分散剂配置浓度分别为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、4%、6%、8%、10%的涂料并用高速乳化机使涂料搅拌均匀，对棉机织物轧染。

轧染工艺：二浸二轧（轧余率70%）—烘干（90℃，5min）—焙烘（150℃，3min）—测试K/S值。

2.3 性能测定2.3.1 分散体系粒径及粒径分布测试将颜料分散体系稀释1000倍，采用ZS-90型纳米粒度及Zeta电位分析仪，25℃条件下测定分散体系中颜料粒径和粒度分布指数。

2.3.2 分散稳定性的测试取适量超细分散体系置于离心机中，设定离心转速3000r／min，离心时间30min，将移液管插入离心液面下，取1ml超细涂料，多次稀释至10000倍，采用722光栅分光光度计测定离心前后分散体系的吸光度，计算比值。

离心后吸光度（公式1）离心率=%×100离心前吸光度按照公式1计算比吸光度，离心率越接近于100％，体系的离心稳定性越好。

2.3.3 K/S值的测定采用用X—Rite 8400测色配色仪，测定染色织物的K／S值。

2.3.4 摩擦牢度的测定按照GB／T 3920-1997《纺织品色牢度试验耐摩擦牢度》，采用摩擦牢度仪YB571测定染色织物的干摩擦牢度、湿摩擦牢度。

3. 结果与讨论3.1 阳离子型超细涂料的制备3.1.1 分散剂用量与颜料粒径的关系预分散液中加入不同量的分散剂，超声功率600W，超声时间40min时，测量分散液的粒径，得到分散剂用量与颜料粒径的关系，结果见表1。

表1. 分散剂用量与分散体系粒径间的关系分散剂与颜料质量比（%） 6 8 10 12 14 16 18 20278.8粒径（nm） 301.2279.3233.6205.5226.8245.3255.00.152PDI 0.1820.1980.1690.0260.1770.1710.155表1说明颜料粒径的变化与分散剂的用量密切相关，分散剂用量为颜料质量的12%时，粒径降低最明显。

颜料的分散程度与分散剂的用量密切相关。

分散剂用量不足时，新增加的颜料表面不能及时吸附足量的分散剂分子，裸露的颜料表面容易发生相互吸附，导致机械力粉碎无效。

过量分散剂的存在，导致颜料表面的吸附层不牢固，容易脱吸，颜料颗粒重新聚集，致使颜料粒径变大[6-7]。

因此，要获得稳定的均匀分散体系，分散剂的用量至关重要，过量与不足都会导致颜料粒径的增加。

3.1.2 超声时间的确定预分散液中加入对颜料质量为12%的分散剂，超声功率定为600W，改变超声时间，制备超细涂料，得到超声时问与超细涂料粒径关系如下：表2. 超声分散时间与颜料粒径的关系超声时间（min） 5 10 15 20 25 30 35 40206.1303.9258.4239.7220.3205.5205.3 粒径(nm) 348.10.1030.1990.1680.1870.1620.0260.081PDI 0.213表2数据说明随着超声粉碎仪工作时间的增加颜料粒径减小，30min后颜料粒径变化趋于平稳。

颜料粒径的减小，实质上是颜料颗粒的分散与聚集的动态平衡过程，当颜料粒径较大时，分散速度高于颗粒聚集的速度，因而颜料粒径随超声时间的增加而减小；颜料粒径越小，颜料颗粒的比表面能越大，聚集的倾向越明显，当颜料粒径减小到205.5nm左右时，颜料颗粒分散与凝聚的速率基本达到平衡，颜料粒径不再随超声时间而变化。

超声时间对颜料粒径的分布也有一定影响，其结果见图1、图2。

超声5分钟时，颜料粒径分布较宽，且有大颗粒存在，超声30分钟时，颜料粒径分布较窄，没有大颗粒存在。

这是由于随着超声时间的延长，大颗粒的颜料粒不断被分散的结果。

颜料粒径分布变窄，有利于提高颜色的鲜艳度。

图1. 超声5分钟后的粒径分布图 图2. 超声30分钟后的粒径分布图3.1.3 超细颜料体系的分散稳定性离心率=%100×离心前吸光度离心后吸光度=48.7% 当改性剂用量为颜料质量12%，得到涂料的zeta 电位为40mv ，较强的静电斥力使得涂料具有较好的离心稳定性能。

3.2 阳离子型超细涂料的染色性能3.2.1染色织物K/S 值与颜料浓度的关系制备不同颜料浓度的阳离子型超细涂料和普通涂料对棉机织物进行轧染，测试K/S 值，得到染色织物K/S 值与颜料浓度的关系如下：表3. 染色织物K/S 值与颜料浓度的关系 颜料浓度(%)0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 6.0 8.0 10.0超细涂料K/S2.83 4.73 5.977.028.419.7811.6513.57 15.30 15.83普通涂料K/S 2.09 3.94 5.01 6.247.598.6510.8612.77 12.94 13.02(注：普通涂料的粒径为780nm 左右)从表3数据可以得出，在相同的颜料浓度下，超细涂料轧染的棉织物比普通涂料轧染的棉织物的颜色要深，这说明在相同的条件下，颜料颗粒减小，其着色力和颜色遮盖力提高了，这是因为一方面颜料粒径越小，颜料扩散能力越强，单位面积的织物表面上吸附的颜料粒子数目增多，另一方面颜料粒径减小，颜料的表面积增大，从而增加了颜料的遮盖力[8]； 而且普通涂料染色在颜料浓度为6.0%时达到吸附平衡，超细涂料染色在颜料浓度为10.0%时颜色深度还具有提升能力，这主要因为颜料粒径减小，表面能增大，在织物上聚集和被织物吸附的倾向增大。

3.3 阳离子型超细涂料染色织物色牢度的改善3.3.1 粘合剂浓度及整理方法对染色织物牢度的影响由于染色时涂料中没有添加粘合剂和交联剂等用来改善牢度，所以涂料轧染织物的干湿摩擦牢度较差，实验中用浓度为0.1%与1.0%的粘合剂溶液分别用浸轧法和浸渍法对0.5%超细涂料染得的织物整理，比较整理后织物摩擦牢度和手感的差别。

表4. 粘合剂浓度及处理方式对染色织物摩擦牢度的影响 处理方式干摩擦牢度（级） 湿摩擦牢度（级） 手感 未处理1 0 柔软 浸渍0.1%粘合剂1-2 1 柔软 浸轧0.1%粘合剂1-2 1 柔软 浸渍1.0%粘合剂2-3 1-2 柔软 浸轧1.0%粘合剂2-3 1-2柔软 由表4综合牢度及手感考虑，选择1.0%的粘合剂对染色织物进行处理可以得到比较好的效果；对0.5%的阳离子超细涂料染色棉机织物进行整理，浸渍法和浸轧法对织物摩擦牢度的改善效果相近。

3.3.2 涂料浓度与染色织物摩擦牢度的关系采用1.0%的粘合剂溶液分别用浸渍法和浸轧法对不同浓度的超细涂料染得的棉织物进行处理，测试织物处理后的摩擦牢度和手感。