СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПИГМЕНТА Российский патент 1998 года по МПК C09B67/20 C09B69/10 

Изобретение относится к технологии синтеза композиционных пигментов, в которых органический краситель химически связан с неорганическим носителем. Композиционные пигменты пригодны для изготовления лакокрасочных материалов, окрашивания пластмасс, пленочных материалов и синтетических нитей.

Известен способ окрашивания стекла путем обработки его поверхности кремнийорганическим соединением - раствором аминопропилтриэтоксисилана с последующей прививкой кислотного органического красителя [1].

Недостатками известного способа являются использование кислотной формы сульфокрасителя, имеющего малую растворимость в воде и низкую концентрацию красителя, прививаемого к поверхности, что обуславливает прозрачность покрытия и невозможность использования окрашенного материала в качестве пигмента.

Из уровня техники известен также способ получения пигмента прививкой кремнийорганического красителя с реакционноспособными группами у атома кремния к неорганическому носителю [2].

Недостатком этого способа является необходимость применения органических растворителей, специальный синтез красителей с реакционноспособными группами.

В качестве наиболее близкого аналога к предложенному изобретению выбран способ получения композиционного органо-неорганического пигмента, включающий взаимодействие кремнийорганического амина с оксидами титана, алюминия, кремния или смесью этих оксидов и последующую прививку органического красителя, содержащего специально введенные реакционноспособные группы - эпоксидную, изоцианатную, хлорсульфоновую и т.д., выделение полученного пигмента из реакционной смеси и его сушку [3].

Недостатком этого способа также является необходимость использования токсичных органических растворителей, специальный синтез красителей с реакционноспособными группами.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является получение композиционных пигментов, обладающих улучшенным комплексом характеристик по укрывистости, гидрофобности и маслоемкости, а также расширение ассортимента дешевых неорганических носителей за счет использования кремнеземистых отходов добычи углей и золы-уноса тепловых электростанций.

Новый способ получения композиционных органо-неорганических пигментов включает стадию активации поверхности неорганического носителя гидроксидом щелочного металла. Активированный неорганический носитель обрабатывают кремнийорганическим амином с последующим добавлением в реакционную смесь соляной кислоты до эквимолярного соотношения с кремнийорганическим амином. Затем осуществляют прививку натриевых солей сульфокрасителей с последующим введением в реакционную смесь хлористого кальция. Исходные компоненты для получения композиционного пигмента берут в следующем соотношении, мас.ч.:
Неорганический носитель - 100
Гидроксид щелочного металла - 0,2-0,5
Кремнийорганический амин - 0,3-3,0
Натриевая соль сульфокрасителя - 5-25
Хлористый кальций - 0,1-0,5
В качестве кремнийорганического амина используют одно или несколько соединений общей формулы
(RO)₃ SiR¹ NR³,
где
R= C₂H₅, R¹= (CH)₂)₃, R²= R³= H (I), R=C₂H₅, R¹=(CH₂)₃, R²=R³=CH₂CH (OH)CH₂OOCC(CH₃)=CH₂ (II), R=C₂H₅, R¹=(CH₂)₃, R²=H, R³= CH₂CH(OH)CH₂OOCC(CH₃)= CH₂ (III), R= C₂H₅, R¹= CH₂, R²= H, R³=(CH₂)₆NH₂ (IV), R= CH₃; R¹=(CH₂)₃, R²=R³=H (V), R=CH₃; R¹=(CH₂)₃, R²=H, R³=(CH₂)₂NH₂ (VI).

Все используемые кремнийорганические амины являются коммерчески доступными продуктами:
I - АГМ-9 - аминопропилтриэтоксисилан, ТУ 6-02-724-77
II - Биконденсат - 3-N,N-[бис(2-гидрокси-3-метакрилоксипропил) амино] пропилтриэтоксисилан, ТУ 6-02-1-036-91.

III - Соконденсат - 3-N-[(2-гидрокси-3-метакрилоксипропил) амино]пропилтриэтоксисилан, ТУ 6-02-1-802-94.

IV - АГМ-3 - [(6-аминогексил)аминометил]триэтоксисилан, ТУ 6-02-586-86.

V - А-1100 - 3-аминопропилтриметоксисилан, продукт компании Union Carbide.

VI - Z-6020 - [3-(2-аминоэтил)аминопропил]триметоксисилан, продукт компании Dow Corning.

В работе использовались азо-, диазо-, трифенилметановые и антрахиноновые сульфокрасители в форме натриевых солей, в частности, кислотный желтый светопрочный ТУ 6-36-0204187-412-90, кислотный ярко-красный 4Ж ГОСТ 16164-79, кислотный алый ОСТ 6-14-37-80, прямой желтый К ГОСТ 14178-78, прямой ярко-оранжевый ГОСТ 26023-83, прямой черный 2С ГОСТ 21810-76, прямой рубиновый светопрочный МУ ГОСТ 23378-78.

В качестве неорганического носителя используются диоксид титана, гидроксид алюминия, карбонат кальция, осажденный или пирогенный диоксид кремния (белая сажа, силикагель, аэросил), различные алюмосиликаты (тальк, каолин, пылевидный кварц). Также возможно использование в качестве неорганического носителя кремнеземистых отходов добычи бурых углей (породы) с содержанием SiO₂ 60-64 мас. %, Al₂O₃ 26-30 мас. %, примеси остальное, ТУ 113-03-0020951070-93, и золы-уноса тепловых электростанций.

Пример 1. Смешивают 5 кг белой сажи с 125 мл 20%-ного раствора NaOH в течение 15 мин, выдерживают 40 мин, добавляют 50 мл аминопропилтриэтоксисилана (АГМ-9), перемешивают 15 мин, выдерживают 40 мин, добавляют 22 мл концентрированной HCl (эквимолярное соотношение с АГМ-9), перемешивают, вносят раствор красителя кислотного желтого светопрочного (750 г в 150 мл воды), перемешивают 1 ч, добавляют 25 г CaCl₂, перемешивают 15 мин, отделяют пигмент фильтрованием, сушат при 110-120^oC в течение 1,5 ч. Выход пигмента 92%. Содержание красителя 15 мас.%. Пигмент не окрашивает воду. Укрывистость пигмента 70 г/м², маслоемкость 25 г/100 г, абразивная способность 4,1 ед. Аналогичным образом проводилось получение пигментов в примерах 2-47, результаты которых приведены в таблице.

Полученные пигменты представляют собой сыпучие неагломерированные порошки, нерастворимые в воде, интенсивно окрашенные, не мигрирующие в окрашенном материале. Характеристики пигментов приведены в таблице.

Испытания пигментов проводили по ГОСТ 11279-83. Красители органические. Методы испытаний пигментов и лаков.

Абразивную способность определяли по потере массы трущихся стальных дисков с суспензией пигмента. В относительных единицах абразивная способность носителей составила:
Зола-унос тепловых электростанций - 100
Пылевидный кварц - 19
Тальк - 15
Мел - 2,3
Абразивная способность полученных пигментов приведена в таблице.

Из приведенных в таблице данных следует, что предлагаемый способ позволяет получить органо-неорганические пигменты с высоким содержанием привитого красителя (от 1 до 25%) и улучшенными характеристиками по укрывистости и гидрофобности. Новый способ делает возможной прививку красителя на инертный носитель (как, например, в случае диоксида титана) и позволяет использовать в качестве дешевых носителей кремнеземистые отходы добычи углей (породу). Обработка носителей уменьшает их абразивную способность до 10 раз (порода), что снижает износ оборудования и засорение пигмента частицами от натира. Также использование хлористого кальция при получении пигментов в 1,5-2 раза улучшает их укрывистость2

Использование: при окрашивании пластмасс, пленочных материалов, синтетических нитей и при изготовлении лакокрасочных материалов. Сущность изобретения: способ получения композиционного пигмента включает обработку неорганического носителя гидроксидом щелочного металла, затем - кремнийорганическим амином с последующим добавлением в реакционную смесь соляной кислоты до эквимолярного соотношения с указанным амином. Далее на обработанный носитель прививают сульфокраситель в виде натриевой соли, в реакционную смесь вводят хлористый кальций, выделяют полученный пигмент и сушат. Компоненты берут в следующем соотношении, мас.ч.: неорганический носитель 100; гидроксид щелочного металла 0,2 - 0,5; кремнийорганический амин 0,3 - 3,0; прямой или кислотный краситель 5 - 25; хлористый кальций 0,1 - 0,5. 1 с. и 8 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения композиционного пигмента взаимодействием неорганического носителя с кремнийорганическим амином, дальнейшей прививкой органического красителя, выделением целевого продукта и сушкой, отличающийся тем, что взаимодействию подвергают неорганический носитель, предварительно обработанный гидроксидом щелочного металла, с одним или несколькими кремнийорганическими аминами формулы
(RO)₃SiR¹NR²R³,
где R = CH₃, C₂H₅;
R¹ = (CH₂)₃, CH₂;
R² = H, CH₂CH(OH)CH₂OOCC(CH₃)=CH₂;
R³ = H, CH₂CH(OH)CH₂OOCC(CH₃) = CH₂, (CH₂)₆NH₂, (CH₂)₂NH₂,
с последующим добавлением соляной кислоты до эквимолярного соотношения с кремнийорганическим амином, прививкой органического красителя, в качестве которого используют прямые или кислотные красители, и введением в реакционную смесь хлористого кальция при последующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Неорганический носитель - 100
Гидроксид щелочного металла - 0,2 - 0,5
Кремнийорганический амин - 0,3 - 3,0
Прямой или кислотный краситель - 5 - 25
Хлористый кальций - 0,1 - 0,5
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганического носителя используют вещество, выбранное из группы, включающей диоксид титана, гидроксид алюминия, карбонат кальция. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганического носителя используют осажденный или пирогенный диоксид кремния, выбранный из группы, включающей белую сажу, аэросил и силикагель. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганического носителя используют алюмосиликат. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве алюмосиликата используют вещество, выбранное из группы, включающей тальк, каолин, пылевидный кварц. 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве алюмосиликата используют породу, являющуюся отходами добычи углей с содержанием SiO₂ 60 - 64 мас.%, Al₂O₃ 26 - 30 мас.%, примеси - остальное. 7. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве алюмосиликата используют золу-унос тепловых электростанций с содержанием SiO₂ 60 - 64 мас.%; Al₂O₃ 26 - 30 мас.%, примеси - остальное. 8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что в качестве кремнийорганического амина используют одно или несколько соединений, выбранных из группы, включающей аминопропилтриэтоксисилан, 3-N,N-[бис(2-гидрокси-3- метакрилоксипропил)амино] пропилтриэтоксисилан, 3-N-[(2-гидрокси-3-метакрилоксипропил) амино] пропилтриэтоксисилан, [(6-аминогексил)аминометил] триэтоксисилан, 3-аминопропилтриметоксисилан, [3-(2-аминоэтил)аминопропил] триметоксисилан. 9. Способ по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что в качестве прямого или кислотного красителя используют азо-, трифенилметановые и антрахиноновые сульфокрасители.