СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОКАПСУЛ ПИГМЕНТА
METHOD FOR PREPARING MICROCAPSULES

Изобретение относится к области получения микрокапсул пигмента голубого фталоцианинового с целью его перевода в форму, способную образовывать устойчивые водные дисперсии. Усовершенствованный способ обеспечивает упрощение и ускорение процесса получения микрокапсул с заданным набором свойств.
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. Недостаток способа - 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 микрокапсул красителя (патент RU 1045906, 1983), в котором для формирования оболочки использовалась карбоксиметилцеллюлоза или сополимер на основе метакриловой кислоты, обработанные 30-47%-ным латексом полистирола или его сополимера с бутадиеном или нитрилом акриловой и метакриловой кислот в присутствии неионогенного поверхностно-активного вещества.
Технической задачей изобретения является разработка способа получения микрокапсул пигмента голубого фталоцианинового в оболочках из водорастворимых полимеров.
Технический результат достигается тем, что в известном способе получения микрокапсул пигментов путем диспергирования капсулируемого вещества в растворе полимера и осаждения полимера на поверхности частиц дисперсии, согласно изобретению, в качестве капсулируемого вещества используют пигмент голубой фталоцианиновый, в качестве раствора полимера - 3,0% раствор поливинилпирролидона в воде или 3,0% раствор поливинилового спирта в воде, а в качестве диспергатора - неионогенное ПАВ - оксиэтилированный спирт, содержащий 20 оксиэтильных звеньев (ОС-20), осаждение осуществляют избытком ацетона, в два раза превышающим объем раствора полимера, диспергирование реакционной смеси осуществляют с использованием магнитной мешалки либо ультразвукового диспергатора.
Выбор полимеров обусловлен широким использованием поливинилового спирта и поливинилпирролидона, например в текстильной, бумажной промышленности, кожгалантерее. Поливиниловый спирт применяется как адгезионный агент и загуститель в клеях, латексах, является компонентом для создания защитного слоя во время производства искусственных волокон, в бумажном покрытии для лайнеров, как волокно для арматуры в бетонах и т.д. Поливинилпирролидон используется в текстильной промышленности для повышения эффективности красящих композиций. С этой целью он вводится либо в состав этих композиций, либо в состав волокна, главным образом синтетического. Оба полимера широко используются как оболочки для микрокапсулирования.
Используемый в качестве инкапсулируемого 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 водорастворимые полимеры придаст ему способность образовывать в воде устойчивые дисперсии, а также защитит контактирующие с ним предметы от нежелательного окрашивания. Это позволит расширить область его применения для крашения текстильных материалов.
Применение в качестве ПАВ оксиэтилированного спирта ОС-20 позволит стабилизировать образующуюся дисперсию, предотвратить слипание микрокапсул и облегчить процесс их выделения.
Используемый в качестве осадителя полимеров ацетон легко удаляется из микрокапсулированного продукта уже на стадии фильтрования и далее в процессе высушивания, так как обладает низкой температурой кипения.
Применение ультразвукового диспергатора ИЛ 100-6/1 с рабочей частотой излучения 23500 Гц, выходной мощностью 630 Вт 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 3% водному раствору полимера 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 ИЛ 100-6/1 с рабочей частотой излучения 23500 Гц, выходной мощностью 630 Вт. Процесс ведут в присутствии поверхностно-активного вещества, взятого в количестве 1-1,5 мас. % от массы инкапсулируемого вещества. Таким образом, методом переосаждения получают тонкую дисперсию инкапсулируемого вещества в водном растворе полимера. Не останавливая диспергирование, в реакционную смесь по каплям приливают осадитель - ацетон. По окончании осаждения полимера сформировавшиеся капсулы отфильтровывают на фильтре Шотта (ВФ-1-40 пор. 16), промывают ацетоном, сушат на воздухе или 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 толщиной 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 КВr (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 поливинилового спирта (Фиг. 1) и поливинилпирролидона (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» (Фиг. 4). Размер микрокапсул пигмента голубого фталоцианинового в поливиниловом спирте колеблется от 5 до 50 мкм, в поливинилпирролидоне - от 5 до 10 мкм.
Способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Получение микрокапсул пигмента голубого фталоцианинового в оболочке из поливинилового спирта. В реактор, снабженный мешалкой, вносят 50 мл 3%-ного раствора поливинилового спирта в воде 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 100 мл ацетона в качестве осадителя полимера. Полученную суспензию микрокапсул отфильтровывают на фильтре Шотта (кл. пор 16), промывают ацетоном, сушат на воздухе или в сушильном шкафу. Выход - 86%.
Структура выделенных продуктов подтверждалась методом инфракрасной спектроскопии с использованием ИК-Фурье спектрометра типа IR-200, оснащенного приставкой нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) (Фиг. 1, 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 поливинилпирролидона. В качестве полимера оболочки используют поливинилпирролидон. Способ осуществляют, как в примере 1.
Выход - 87%.
Пример 3. В качестве диспергатора суспензии используют ультразвуковой диспергатор ИЛ 100-6/1 с рабочей частотой излучения 23500 Гц, выходной мощностью 630 Вт. Способ осуществляют как в примере 1-2.
Заключенный в водорастворимые полимеры краситель, совершенно нерастворимый в воде, способен образовывать устойчивые водные суспензии, визуально практически неотличимые от истинных растворов, Фиг. 5.
Инкапсулированный в поливиниловый спирт и поливинилпирролидон пигмент голубой фталоцианиновый за счет приобретенных им псевдорастворимых свойств может использоваться для крашения текстильных материалов без предварительной подготовки, без добавления смачивателя и при пониженной температуре. 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.