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第 11 期 曹瑞春，等: 溶胶-凝胶法制备二氧化硅包覆水性 C.I.PR31 ·1821·
状在一定程度上能够反映颜料极性的大小，假设颜 2.2 二氧化硅包覆 C.I.PR31*颜料粒子的性能
料晶体是由若干分子平行或垂直排列构成的不同高 2.2.1 TEM 及润湿性分析
度的三维立体，则其取代基的位置能够影响颜料粒 在偶合过程中经过松香酸改性的颜料晶体由长
子的顶面和底面，使之具有更多的极性基团，在水 条状转变为较小粒径的圆片状（图 3），润湿性能得
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性介质中显示更好的亲水性，该部分面积用 P(m ) 到了较大的提高。为了进一步提升有机颜料的亲水
表示；而侧面只是在局部具有一定的极性，总体呈 性，采用溶胶-凝胶法，在 PSS 和 PDADMAC 预吸
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非极性，其面积用 n-P(m )表示。则极性与非极性比 附的 C.I.PR31*乙醇分散体系中加入 TEOS。在氨催
（PNI）可用 P/(n-P)表示。常见的呈棒（针）状的 化下，TEOS 发生水解，以 Si(OH) 4 形式沉淀在颜料
[8]
颜料晶体，极性部分的面积（顶底面积）远远小于 颗粒表面 。随着反应的不断进行，致密的二氧化
非极性部分（侧面面积），PNI 小，因此其在呈极性 硅层包覆在颜料颗粒表面。
的水性介质中分散性往往不佳；对于片状的颜料晶 TEOS 在氨水存在条件下反复发生的水解反应
体，极性部分的面积远大于非极性部分，PNI 大， 是亲核取代反应。水浓度、氨水浓度对 TEOS 的水
在水性介质中分散性较好。经过松香酸改性的颜料 解速度有显著影响。目前常用范围内适用于氨催化
样品呈现圆片状趋势，其极性部分的面积明显增加， 乙醇介质中的 TEOS 水解制备 SiO 2 的水解动力学公
呈现较好的亲水性能，这与接触角的测试结果相符。 式为：
采用激光粒度仪测量样品的粒径及其分布，其 d[TEOS]/dt=
结果见图 4。 14.74exp(–22053.9/RT)[NH 3 ] 1.02 [H 2 O] 1.42 [TEOS]（1）
由图 4 可知，未经松香酸改性的 C.I.PR31 具有 式中：t 为水解反应时间，min；R 是摩尔气体常数，
较大的粒径分布峰值和较宽的粒径分布，分别为 8.314 J/(molK)；T 是热力学温度，K；[NH 3]、[H 2O]、
200 nm和 0.01~8.35 μm。经松香酸改性后，C.I.PR31* [TEOS]分别指 NH 3、H 2O、TEOS 的浓度，mol/L。
的粒径分布峰值和粒径分布宽度分别降至 78 nm 和 C.I.PR31*及 C.I.PR31*-nSiO 2 的透射电镜照片
0.01~0.54 μm。由此可见，在偶合前期加入松香酸不 见图 5。
仅能改变晶体的生长方向使其呈现圆片状，而且能
够抑制颜料晶核的生长速度，使颜料具有较小的粒
径。较小的粒径及窄的粒径分布可使 C.I.PR31*应用
于对颜料粒径要求苛刻的水性喷墨油墨 [19-23] 。
a—C.I.PR31*；b—C.I.PR31*-1SiO 2；c—C.I.PR31*-2SiO 2；
d—C.I.PR31*-3SiO 2
图 5 样品的透射电镜照片
Fig. 5 TEM images of samples
图 5 中，与未经包覆的有机颜料粒子的透射电
镜照片（图 5a）相比，其他有机颜料颗粒粒径增大
显著，表明 SiO 2 已经成功包覆到有机颜料颗粒表面，
图 4 样品的粒径及粒径分布 但包覆层外观不十分均匀。进一步测试各有机颜料
Fig. 4 Particle size and particle size distribution of samples 样品与水的接触角，结果见表 1。
