[发明专利]采用计算模型优化包核颜料核/壳比的确定方法

说明书

技术领域

本发明属于有机颜料包核改性技术中制备条件优化方法，特别是一种采用计算模型优化包核颜料核/壳比的确定方法。

背景技术

在有机颜料改性技术中，无机包核技术是解决有机颜料耐光牢度低、耐候性差、成本高的重要技术之一。这种技术通过物理吸附、静电吸附、化学键合等作用将价格低廉的、稳定性好的白色无机颜料和白色矿物微粒(如锌钡白、SiO₂、TiO₂、高岭土、海泡石、硅藻土等)与有机颜料相结合，形成新的复合颜料，其结构组成为无机核被有机颜料包覆在其内部，二者形成明显的核/壳结构。研究发现，无机核和颜料层厚度之间的比值(即核/壳比)，对包核颜料的热稳定性和光稳定性影响明显。因而，核/壳比的优化，对包核颜料性能改善效果的最大化来说，具有重要意义。而目前，包核颜料核/壳比的优化主要是以包核颜料的性能为评价指标，通过大量的条件实验，如核/壳比对包核颜料颜色性能影响，核/壳比对包核颜料光稳定性的影响，核/壳比对包核颜料热稳定性影响以及核/壳比对包核颜料粒度分布等系列实验来对核/壳比进行优化。

发明内容

本发明目的是提供一种采用计算模型优化包核颜料核/壳比的确定方法，采用这一方法对包核颜料核/壳比进行优化，简化包核颜料核/壳比的优化过程，省去大量条件实验和系列性能测试优化过程。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供采用计算模型优化包核颜料核/壳比的确定方法，该方法通过麦克斯韦方程和拉普拉斯方程，构建得到核/壳结构包核颜料包括吸收波长和吸收强度的吸收光谱与颜料层厚度之间的计算模型，而后结合未包核颜料的紫外漫反射吸收光谱和未包核颜料的色相，对包核颜料的核/壳比进行优化，运用在计算机中的Matlab软件对上述计算模型进行模拟计算，并采用FDTD软件进行辅助验证，该方法包括以下步骤：

(1)包核颜料核/壳计算模型的构建

根据麦克斯韦方程和拉普拉斯方程，以包核颜料中核材料及核材料表面颜料的折射率和介电常数为常量，构建核/壳结构包核颜料的吸收光谱σ_abs与包核颜料的核/壳比关系的计算模型，系列公式如下所示：

φ₁＝-AE₀r cosθ,r<r₁

上述公式中，ε为介电常数；为电势；φ₁为核材料电势；φ₂为颜料层电势；φ₃为周围介质电势；γ和θ为球形包核颜料坐标系；γ₁为核材料半径；γ₂颜料层半径；E₁为核材料介质电场；E₂为颜料层介质电场；E₃为周围介质电场；α为球极化率；A对应γ＝γ₁的边界系数；B和C对应γ₁＝γ₂的边界系数；D对应γ＝γ₂的边界系数；p为偶极子的极化强度；

再固定核材料半径γ₁，以颜料层半径γ₂为变量，以5-10nm为颜料层厚度R的变化步长，在所述计算机中运用Matlab软件对上述计算模型系列公式进行模拟计算，并采用计算机中FDTD软件进行辅助验证，从而通过模拟计算得到包核颜料对光的吸收波长与颜料层厚度R之间的变化图，以及包核颜料对光的吸收强度与颜料层厚度R之间的关系图；

(2)通过未包核颜料的漫反射吸收光谱确定包核颜料核/壳比第一范围

测定未包核颜料的漫反射吸收光谱，以包核颜料光吸收强度低于未包核颜料的光吸收强度为依据，对照步骤(1)中所得包核颜料对光的吸收强度与颜料层厚度R之间的关系图，确定图中包核颜料的颜料厚度值R₁，进而确定包核颜料的核/壳比第一范围；

(3)通过未包核颜料的色相确定核/壳比第二范围

依据未包核颜料的色相，确定核材料表面颜料层对光的吸收波长，而后对照步骤(1)中包核颜料对光的吸收波长与颜料层厚度R之间的变化图，确定图中包核颜料的颜料厚度值R₂，进而确定包核颜料的核/壳比第二范围；

(4)包核颜料最佳核/壳比的确定