СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОКАПСУЛ ПИГМЕНТА
METHOD FOR PRODUCING PIGMENT MICROCAPSULES

Изобретение относится к области получения микрокапсул пигмента голубого фталоцианинового с целью снижения его степени дисперсности и упрощения его использования для крашения полимеров в массе. Усовершенствованный способ обеспечивает упрощение и ускорение процесса получения микрокапсул с заданным набором свойств.
Известен способ получения пигментной композиции (патент RU 2418829, 2011), в котором в шаровой мельнице проводят смешение пигмента и полимера-диспергатора в водной среде, полученную дисперсию сушат в распылительной сушке с получением свободнотекучего сухого порошка. Недостатками способа являются использование дорогостоящего оборудования и получение продукта, в котором поверхность микрочастиц пигмента не полностью покрыта полимером.
Известен способ получения концентрата краски (патент RU 2198904, 2003), включающий измельчение или кислотное пастирование неочищенного фталоцианина металла для уменьшения размера его частиц с последующим его перемешиванием с носителем краски. Получаемый концентрат краски, содержит фталоцианин металла в виде пигмента, диспергированного в носителе краски. Недостатком является невозможность получения по данному способу сухой композиции.
Известен способ получения микрокапсул с гидрофобным органическим растворителем (патент RU 2109559, 1998), где в качестве оболочки используются меламиноформальдегидная смола, структурированная аммонийной солью сополимера бутилакрилата с метакриловой кислотой, и гидрогель из поливинилового спирта, сшитого ортоборной кислотой образующие взаимопроникающие сетки. Недостатком является сложность формирования многокомпонентной оболочки.
Известен способ микрокапсулирования твердых материалов и гидрофобных жидкостей, (патент RU 2132224, 1999) применяемый для получения микрокапсул пигментов и красителей, основанный на ультразвуковом диспергировании капсулируемого вещества в водном растворе пленкообразователя и синтезе оболочки на поверхности образовавшихся частиц. При этом ядро капсулы состоит из микрочастиц хлористого серебра с адсорбированным на них золем красителя - прямого диазочерного 2К, а оболочка из структурированной полиэтиленимином меламиноформальдегидной смолы. Недостатком является необходимость использования хлорида серебра в качестве сорбента красителя.
Известен способ получения тонера, покрытого тонкой пленкой (патент США 20050271964 А1, 2005), в котором покрытие из термореактивной смолы формируется на поверхности пигмента в процессе эмульсионной полимеризации. Недостатком является техническая сложность выполнения способа.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому методу является способ получения пигмента для крашения полиамида в массе (патент RU 1828866, 1993) при котором пигмент органический или неорганический диспегируют совместно с полиамидом в концентрированной серной кислоте в присутствии поверхностно-активного вещества (ПАВ) при соотношении - пигмент: полиамид: серная кислота 1: (0,1-1,0) : (1.4-10) с последующим разбавлением массы водой или водным раствором аммиака, выделением, сушкой в присутствии вспомогательных веществ из ряда антистатиков и антипылителей.
Цель изобретения - разработка способа получения микрокапсул пигмента голубого фталоцианинового в оболочках из водонерастворимых полимеров.
Технический результат достигается тем, что в известном способе получения микрокапсул пигмента голубого фталоцианинового путем диспергирования капсулируемого вещества в растворе полимера и осаждения полимера на поверхности частиц дисперсии, согласно изобретению, в качестве раствора полимера используют - 2,5 масс. % раствор ацетилцеллюлозы в ацетоне или 2,5 масс. % раствор нитроцеллюлозы в смеси этанола и диэтилового эфира, а в качестве диспергатора - неионогенное поверхностно-активное вещество (ПАВ), представляющее собой оксиэтилированный спирт (ОС-20), при этом пигмент, затертый в пасту с ПАВ, диспергируют в растворе указанного полимера, осаждение осуществляют избытком дистиллированной воды, в два раза превышающем объем раствора полимера, диспергирование реакционной смеси осуществляют с использованием магнитной мешалки, либо ультразвукового диспергатора.
Выбор полимеров обусловлен широким использованием нитроцеллюлозы и ацетилцеллюлозы, например в лакокрасочной промышленности. Ацетил целлюлоза также используется в текстильной промышленности при изготовлении искусственного шелка, как сырье для изготовления пластиков и пластмасс. Оба полимера широко используются как оболочки для микрокапсулирования.
Используемый в качестве капсулируемого пигмента - пигмент голубой фталоцианиновый применяется для окраски широкого ассортимента пластмасс в массе: полиэтилена высокого и низкого давления, полипропилена, полистирола, акрилонитрилбутадиенстирола, полиамида, поликарбоната, поливинилхлорида, ацетата и нитрата целлюлозы; пластиков на основе фенолформальдегидных, эпоксидных и других смол. Исключительная стойкость окраски и относительно низкая стоимость пигмента обеспечили ему широкое применение в лакокрасочной, текстильной промышленности. Указанный пигмент не растворяется в воде и большинстве органических растворителей, не удобен в эксплуатации из-за способности окрашивать контактирующие с ним предметы. Поэтому капсулирование пигмента голубого фталоцианинового в водонерастворимые полимеры снизит степень его дисперсности и защитит контактирующие с ним предметы от нежелательного окрашивания. Это позволит расширить область его применения для крашения полимеров в массе.
Применение в качестве ПАВ оксиэтилированного спирта ОС-20 позволит стабилизировать образующуюся дисперсию, предотвратить слипание микрокапсул и облегчить процесс их выделения.
Используемые в качестве растворителей полимеров ацетон, либо смесь этанола и диэтилового эфира легко удаляются из микрокапсулированного продукта уже на стадии фильтрования и далее в процессе высушивания, так как обладают низкими температурами кипения.
Применение ультразвукового диспергатора «ULTRASONIK GENERATOR IL10 - 0,63» вместо магнитной мешалки для диспергирования реакционной системы позволяет значительно сократить время проведения процесса (в 2-3 раза) и уменьшить размеры образующихся микрокапсул.
Способ осуществляется следующим образом.
К 2,5 мас.% раствору полимера в органическом растворителе при непрерывном перемешивании добавляют предварительно затертый в пасту с ОС-20 пигмент. Количество полимера и капсулируемого вещества варьируется в соответствии с поставленной задачей. Диспергирование системы осуществляют либо перемешиванием на магнитной мешалке, либо с помощью ультразвукового диспергатора «ULTRASONIK GENERATOR IL10 - 0,63». Процесс ведут в присутствии поверхностно-активного вещества, взятого в количестве 1-1,5% масс, от массы капсулируемого вещества. После получения тонкой дисперсии капсулируемого вещества в растворе полимера и не останавливая диспергирование, в реакционную смесь по каплям приливают осадитель - дистиллированную воду. По окончании осаждения полимера, сформировавшиеся капсулы отфильтровывают на фильтре Шота (ВФ-1-40 пор. 16), промывают водой, сушат в сушильном шкафу.
Количественный анализ микрокапсул осуществлялся методом градуировочного графика на спектрометре УФ/видимой области спектра UV - 1800 (фирмы «Shimadzu») в интервале длин волн 800-200 нм в кювете с длинной светопоглощающего слоя 1 см, в интервале оптической плотности 0,0÷3,5.
Структура выделенных продуктов подтверждалась методом инфракрасной спектроскопии с использованием ИК-Фурье спектрометра типа IR-200, оснащенного приставкой нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО). ИК НПВО использовали для регистрации спектров поверхности полученных микрокапсул (Фиг. 1-2). ИК-спектры пигмента голубого фталоцианинового снимали в таблетке KBr (Фиг. 3).
Анализ полученных данных показал, что конфигурация и расположение основных полос поглощения в спектрах, приведенных на фиг.1 -2, совпадают с аналогичными параметрами библиотечных спектров нитроцеллюлозы (Фиг. 1) и ацетилцеллюлозы (Фиг. 2). При этом в спектрах поверхности микрокапсул отсутствуют полосы поглощения, характерные для пигмента голубого фталоцианинового, (Фиг. 3). Указанный факт свидетельствует о том, что вещество преимущественно сосредоточено внутри капсулы и отсутствует в поверхностном слое.
Размер полученных капсул подтверждался методом электронной микроскопии при помощи сканирующего электронного микроскопа «QUANTA FEG 650». Размер микрокапсул пигмента голубого фталоцианинового в ацетилцеллюлозе составляет от 5 до 15 мкм, в нитроцеллюлозе - от 5 до 10 мкм (Фиг. 4).
Способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Получение микрокапсул пигмента голубого фталоцианинового в оболочке из ацетилцеллюлозы. В реактор, снабженный мешалкой, вносят 60 мл 2,5 мас.%-ного раствора ацетилцеллюлозы в ацетоне и 0,5 мл 0,5%-ного раствора поверхностно-активного вещества (ОС-20). Включают перемешивание. Не останавливая перемешивание, в реактор медленно вносят 0,5 г пигмента голубого фталоцианинового диспергированного в 1 мл 0,5%-ного раствора поверхностно-активного вещества (ОС-20). К полученной суспензии при непрерывном перемешивании по каплям приливают 120 мл дистиллированной воды в качестве осадителя полимера. Полученную суспензию микрокапсул отфильтровывают на фильтре Шотта (кл. пор 16), промывают водой, сушат на воздухе или в сушильном шкафу. Выход - 94%.
Структура выделенных продуктов подтверждалась методом инфракрасной спектроскопии с использованием ИК-Фурье спектрометра типа IR-200, оснащенного приставкой нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) (Фиг. 2).
Размер полученных капсул подтверждался методом электронной микроскопии при помощи сканирующего электронного микроскопа «QUANTA FEG 650» (Фиг. 4).
Пример 2. Получение микрокапсул пигмента голубого фталоцианинового в оболочке из нитроцеллюлозы. В качестве полимера оболочки используют нитроцеллюлозу, а в качестве растворителя полимера - ацетон или смесь этанола и диэтилового эфира. Способ осуществляют как в примере 1. Выход - 91%.
Пример 3. В качестве диспергатора суспензии используют ультразвуковой диспергатор «ULTRASONIK GENERATOR IL10 - 0,63».. Способ осуществляют как в примере 1-2.
Инкапсулированный в ацетилцеллюлозу и нитроцеллюлозу пигмент голубой фталоцианиновый может непосредственно использоваться для крашения полимеров в массе, а также для приготовления концентратов и суперконцентратов пигмента. Кроме того, закапсулированный пигмент становится более удобным при использовании и транспортировке. Он не окрашивает поверхности без предварительной термообработки, не «пылит», не слеживается, обладает лучшей сыпучестью.