CN103031757A - 腈纶原液着色用黑色水性色浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腈纶原液着色用黑色水性色浆及其制备方法，该方法制备所得的黑色水性色浆采用经氧化处理后的炭黑为颜料，改善了普通炭黑表面亲水性差的缺点，并配合使用丁基萘磺酸钠盐和2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐复合分散剂体系，同时使用颜料表面处理剂、助溶剂、硫氰酸钠、杀菌剂和去离子水作为共同组分，其中分散剂由丁基萘磺酸钠盐和2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐按质量比为1:2~5混合而成，所得该腈纶原液着色用黑色水性色浆具有粒径小、在腈纶纺丝原液中稳定性高的特点，纺丝时不会出现堵塞喷丝孔及色差较大的现象。

Description

腈纶原液着色用黑色水性色浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种原液着色用水性色浆及其制备方法，尤其涉及一种腈纶原液着色用黑色水性色浆及其制备方法，属于色浆制备领域。

背景技术

原液着色即在化学纤维的纺丝原液中，加入着色剂进行纺丝直接制成有色化学纤维的方法。该技术制备的有色纤维颜色色差小、日晒牢度高，更重要的是省略了下游的化学纤维染色环节，对减少化学纤维染色成本和促进节能减排的作用十分明显，具有良好的发展前景。

采用硫氰酸钠湿法纺丝工艺制造有色腈纶时，对于原液着色用的水性色浆要求极高，因为一旦颜料颗粒在纺丝溶液中分散不充分而导致颜料团聚现象的发生，就会出现堵塞喷丝孔、颜色不一的情况。同时为了避免换色带来的设备清洗及过度颜色纤维浪费等问题，有色腈纶的单批次产量往往以数百吨记，而黑色腈纶的产量更高。因此如何降低腈纶原液着色用色浆的粒径、提高其稳定性、增强其与原液的良好相容性，同时减少其在腈纶纺丝原液中团聚、避免堵塞喷丝孔、减少纤维颜色不一等问题就成了制备腈纶原液着色用水性色浆的关键性问题。

由于炭黑表面亲油性较强，其在水中分散性差，导致炭黑色浆在腈纶纺丝原液中的稳定性较差，而目前常用的通过对炭黑进行表面改性，增加其易分散性、降低其团聚倾向成为一个较为可靠地制备腈纶原液着色用黑色水性色浆的方案。

炭黑的表面氧化和通过表面氧化增加炭黑易分散性的技术已为本领域技术人员所熟知，但如何利用氧化后的炭黑制备腈纶原液着色用黑色水性色浆仍未见报道。

发明内容

为克服上述技术缺陷，本发明提供了一种腈纶原液着色用黑色水性色浆及其制备方法，该方法制备所得的黑色水性色浆具有粒径小，在腈纶纺丝原液中稳定性高的特点，且纺丝时不会出现堵塞喷丝孔及色差大的现象。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种腈纶原液着色用黑色水性色浆，由经氧化处理后的炭黑、颜料表面处理剂、分散剂、助溶剂、硫氰酸钠、杀菌剂和去离子水组成，

其中所述经氧化处理后的炭黑占该黑色水性色浆总质量的20.0~40.0%，

所述颜料表面处理剂与经氧化处理后炭黑的质量比为0.02~0.04:1，

所述分散剂与经氧化处理后炭黑的质量比为0.1~0.3:1，

所述硫氰酸钠占该黑色水性色浆总质量的3.0~5.0%，

所述助溶剂占该黑色水性色浆总质量的3.0~10.0%，

所述杀菌剂占该黑色水性色浆总质量的0.05~0.2%，

余量为去离子水；

其中所述分散剂由丁基萘磺酸钠盐和2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐按质量比为1:2~5混合而成，该分散剂体系与传统的仅使用2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐作为分散剂相比具有更好的稳定性。

其进一步的技术方案为：

所述经氧化处理后的炭黑为采用臭氧气体在水、氧化剂存在下进行氧化，并经氢氧化物中和后，经过滤及干燥所得的炭黑，所述氧化剂为过硫酸钠、次氯酸钠和双氧水中的一种，所述氢氧化物为氢氧化钾和氢氧化钠中的一种。本发明所用经氧化处理后的炭黑，在具体氧化工艺上，将炭黑在水溶液中充分分散后，在使用臭氧氧化炭黑的同时，添加少量过硫酸钠、次氯酸钠和双氧水中的一种作为氧化剂可显著提高炭黑表面氧化效果，再利用氢氧化钾和氢氧化钠中的一种调节氧化后的炭黑溶液pH值至7~8左右，然后经过滤及干燥，即可得到氧化处理后的炭黑，该炭黑拥有更好的易分散性和抗团聚性能。

所述颜料表面处理剂为γ―氨丙基三甲氧基硅烷和3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种。

所述助溶剂为乙二醇、丙二醇和甘油中的至少一种。

所述杀菌剂为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮中的至少一种，可避免该黑色水性色浆在储存和运输过程中发生降解和霉变。

其中硫氰酸钠的使用有利于增加黑色水性色浆与纺丝原液的相容性。

本发明还提供了一种腈纶原液着色用黑色水性色浆的制备方法，包括以下步骤：

（1）将颜料表面处理剂和所述20.0~40.0wt.%的经氧化处理后的炭黑在捏合机中捏合0.5～1小时；

（2）将分散剂和所述3.0~5.0 wt.%的硫氰酸钠溶解在3.0~10.0wt.%的助溶剂和余量去离子水中，并在分散机中以500~800r/min转速分散15~20min，得到预混合液；

（3）将分散机转速降至300~400r/min，将（1）中所得经捏合后的炭黑加入（2）中所得的预混合液中，在1500~2000r /min的转速下分散0.5~1小时，得炭黑颜料预分散液；

（4）将（3）所得炭黑颜料预分散液在卧式研磨机中进行连续研磨1~5小时，在研磨结束前半小时添加0.05~0.2wt.%的杀菌剂，经脱泡、过滤，得到用于腈纶原液着色的黑色水性色浆；

其中所述颜料表面处理剂与经氧化处理后炭黑的质量比为0.02~0.04:1，所述分散剂与经氧化处理后炭黑的质量比为0.1~0.3:1，所述经氧化处理后的炭黑、硫氰酸钠、杀菌剂和助溶剂的百分含量均为占该黑色水性色浆总质量的百分含量。

本发明的有益技术效果是：该腈纶原液着色用黑色水性色浆采用经氧化处理后的炭黑为颜料，改善了普通炭黑表面亲水性差的缺点，并配合使用丁基萘磺酸钠盐和2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐复合分散剂体系，所得该腈纶原液着色用黑色水性色浆具有粒径小、在腈纶纺丝原液中稳定性高的特点，纺丝时不会出现堵塞喷丝孔及色差较大的现象。

具体实施方式

下面结合具体实施例和对比实施例对本发明的突出优点和显著特点做进一步的说明，但本发明并不限于下述实施例。下述实施例和对比实施例中未提及的操作方法及测试方法均为本领域技术人员公知技术。

实施例1

本实施例为炭黑氧化实施例。将1000g炭黑和5000g去离子水、50g双氧水在反应釜内以5r/min的速度搅拌分散30min，以臭氧发生器提供3%臭氧质量浓度、5L/min速度从底部进入反应釜，处理5h后，以10%浓度的氢氧化钠溶液调节pH值到7.5，过滤、烘干。

实施例2

本实施例为炭黑氧化实施例。将800g炭黑和5000g去离子水、20g过硫酸钠在反应釜内以5r/min的速度搅拌分散1h，以臭氧发生器提供3%臭氧质量浓度、5L/min速度从底部进入反应釜，处理3h后，以15%浓度的氢氧化钾溶液调节pH值到7.2，过滤、烘干。

实施例3

本实施例为炭黑氧化实施例。将500g炭黑和5000g去离子水、25g次氯酸钠在反应釜内以5r/min的速度搅拌分散45min，以臭氧发生器提供3%臭氧质量浓度、5L/min速度从底部进入反应釜，处理2h后，以20%浓度的氢氧化钾溶液调节pH值到8.0，过滤、烘干。

实施例4～6和对比实施例7～10均按照以下工艺步骤进行生产：

（1）将经氧化后的炭黑和颜料表面处理剂在捏合机中捏合0.5~1小时；

（2）将分散剂和硫氰酸钠溶解在助溶剂和去离子水中，并在分散机中以500~800r/min转速分散15~20min，得到预混合液；

（3）将分散机转速降至300~400r/min，将（1）中捏合后的炭黑加入（2）中所得的预混合液中，在1500~2000r/min的转速下分散0.5~1小时，得炭黑颜料预分散液；

（4）将（3）所得炭黑颜料预分散液在卧式研磨机中进行连续研磨1~5小时，在研磨结束前半小时添加杀菌剂，经脱泡、过滤，得到用于腈纶原液着色的黑色水性色浆。

实施例4～6和对比实施例7～10的配方如表1所示，其中，MIT代表2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、BIT代表1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、CIT代表5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮，所述去离子水的补足量指将由各组分组成的配方补足至质量份数为100%，本发明中指将各组分组成的配方补足至100份。

表1. 实施例4～6和对比实施例7～10配方

色浆性能和应用测试

实施例4～6和对比实施例7～10均按照以下方法对色浆性能和应用效果进行测试，测试结果见表2.

（1）粒径分布测试

以英国马尔文仪器有限公司的Zetasizer Nano Zs90型纳米粒度和Zeta电位仪测试上述黑色水性色浆的粒径分布，测试结果中，D50表示50%通过粒径，即所测颗粒中50%的粒子都能通过的最小粒径，同理，D99表示99%的粒子都能通过的最小粒径，以D50、D99可以测试黑色水性色浆的粒径大小。

（2）可纺性测试

分别取5kg实施例4～6和对比实施例7～10制备的腈纶原液着色用黑色水性色浆和腈纶纺丝原液组成100kg的原料混合均匀后，将其通过30孔0.08毫米的喷丝孔进行纺丝，纺丝速度为30m/min，连续纺丝24小时，观察有无堵塞纺丝孔的情况。

（3）色差测试

根据标准GB/T 8424.1纺织品色牢度试验表面颜色的测定通则、GB/T8424.2-2001纺织品色牢度试验相对白度的仪器评定方法和GB/T 8424.3-2001 纺织品色牢度试验色差计算，对可纺性测试过程中，分别取纺丝开始0.5小时、4小时和24小时制备的腈纶纤维，对比后两个腈纶样品对纺丝0.5小时腈纶样品的色差。

表2 实施例4～6和对比实施例7～10测试结果

Claims (7)

1.一种腈纶原液着色用黑色水性色浆，其特征在于：由经氧化处理后的炭黑、颜料表面处理剂、分散剂、助溶剂、硫氰酸钠、杀菌剂和去离子水组成，其中

所述经氧化处理后的炭黑占该黑色水性色浆总质量的20.0~40.0%，

所述颜料表面处理剂与经氧化处理后炭黑的质量比为0.02~0.04:1，

所述分散剂与经氧化处理后炭黑的质量比为0.1~0.3:1，

所述硫氰酸钠占该黑色水性色浆总质量的3.0~5.0%，

所述助溶剂占该黑色水性色浆总质量的3.0~10.0%，

所述杀菌剂占该黑色水性色浆总质量的0.05~0.2%，

余量为去离子水；

其中所述分散剂由丁基萘磺酸钠盐和2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐按质量比为1:2~5混合而成。

2.根据权利要求1所述的腈纶原液着色用黑色水性色浆，其特征在于：所述经氧化处理后的炭黑为采用臭氧气体在水、氧化剂存在下进行氧化，并经氢氧化物中和后，经过滤及干燥所得的炭黑。

3.根据权利要求2所述的腈纶原液着色用黑色水性色浆，其特征在于：所述氧化剂为过硫酸钠、次氯酸钠和双氧水中的一种，所述氢氧化物为氢氧化钾和氢氧化钠中的一种。

4.根据权利要求1所述的腈纶原液着色用黑色水性色浆，其特征在于：所述颜料表面处理剂为γ―氨丙基三甲氧基硅烷和3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种。

5.根据权利要求1所述的腈纶原液着色用黑色水性色浆，其特征在于：所述助溶剂为乙二醇、丙二醇和甘油中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的腈纶原液着色用黑色水性色浆，其特征在于：所述杀菌剂为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮中的至少一种。

7.根据以上任一权利要求所述的腈纶原液着色用黑色水性色浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将颜料表面处理剂和所述20.0~40.0wt.%的经氧化处理后的炭黑在捏合机中捏合0.5～1小时；

（2）将分散剂和所述3.0~5.0 wt.%的硫氰酸钠溶解在3.0~10.0wt.%的助溶剂和余量去离子水中，并在分散机中以500~800r/min转速分散15~20min，得到预混合液；

（3）将分散机转速降至300~400r/min，将（1）中所得经捏合后的炭黑加入（2）中所得的预混合液中，在1500~2000r /min的转速下分散0.5~1小时，得炭黑颜料预分散液；

（4）将（3）所得炭黑颜料预分散液在卧式研磨机中进行连续研磨1~5小时，在研磨结束前半小时添加0.05~0.2wt.%的杀菌剂，经脱泡、过滤，得到用于腈纶原液着色的黑色水性色浆；

其中所述颜料表面处理剂与经氧化处理后炭黑的质量比为0.02~0.04:1，所述分散剂与经氧化处理后炭黑的质量比为0.1~0.3:1，所述经氧化处理后的炭黑、硫氰酸钠、杀菌剂和助溶剂的百分含量均为占该黑色水性色浆总质量的百分含量。