CN104962136A

CN104962136A - 一种用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆

Info

Publication number: CN104962136A
Application number: CN201510387138.6A
Authority: CN
Inventors: 吕仕铭; 伍金平; 黄丽蓉; 胡正青; 宋立新; 夏恒飞
Original assignee: SUZHOU SHIMING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU SHIMING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2035-07-03
Also published as: CN104962136B

Abstract

本发明公开了一种用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆，具体的说，是一种以表面改性后的炭黑颜料制备合成革着色用水性炭黑颜料色浆的方法。该方法通过先后使用强氧化性酸、氯化亚砜、多元醇对炭黑进行表面改性，再将表面改性后的炭黑与分散剂、润湿剂等原料经混合、研磨、脱泡、过滤等工艺，得到用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆。以本发明所揭示方法制备的水性炭黑颜料色浆，用于合成革着色，具有色浆粒径分布小、着色力强、合成革湿摩擦牢度高等一系列优点。

Description

一种用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆

技术领域

本发明属于精细化工技术领域，更具体的说，本发明涉及一种用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆的组成及制备方法。

背景技术

合成革是指模仿天然皮革的物理结构和使用性能，并作为其代用材料的塑料制品。合成革具有耐磨、耐寒、手感好、耐老化、透湿透气性能好等优点，已经被广泛应用于服装、制鞋、箱包、家具等领域，是替代天然皮革、解决天然皮革供应量与消费者对皮革制品需求之间矛盾的重要途径。

合成革通常以浸渍的无纺布为底基，选择以聚氨酯树脂和着色剂、木质素、加工助剂等原料制成的混合浆料对无纺布进行浸涂，再经湿法凝固、凹板印刷、压花等一系列工艺，制成的一种类似天然皮革结构的材料。为了获得不同色彩的合成革，需要在上述混合浆料中加入着色剂，传统的合成革着色剂是以有机溶剂为分散介质制备的溶剂型色浆或色膏，这些溶剂型着色剂不仅会在生产和应用过程中释放大量有机溶剂，对环境和生产操作人员造成一定的伤害，而且在生产、运输和储存环节也存在巨大的安全隐患。以水为主要分散介质的水性色浆用于合成革着色，具有颜料含量高、粘度低、无易燃易爆危险等优点，在着色力、鲜艳度、着色成本及安全性等方面均显示出明显的优势。合成革用水性色浆的推广和应用，已经成为解决合成革用溶剂型色浆或色膏的污染问题、防止安全风险的重要途径。

以炭黑为着色剂的黑色合成革是国内外合成革产品中最为常见的品种，传统的合成革用水性炭黑颜料色浆都是以分散剂直接分散炭黑颜料制备而得的，如申请号为CN200910097392.7的中国专利，公开了一种以分散剂直接分散炭黑颜料制备皮革和涂层用环保型水性色浆的配方及制备方法。

然而，由于炭黑原生粒子尺寸小、比表面积大、表面能高、易团聚，且其主要成分是碳元素，与水、颜料分散剂和合成革中其它组份的亲和力小，不易被水润湿，普通商品化炭黑颜料制备的水性炭黑颜料色浆在聚氨酯树脂、木质素等原料制成的合成革用混合浆料中难以稳定分散，经常会因炭黑颜料颗粒的团聚而导致色浆粒径大、着色力低，且由于炭黑颜料与合成革中其它组份的亲和力小，导致制备的合成革湿摩擦牢度较低。

降低合成革用水性炭黑颜料色浆的粒径分布、提高炭黑颜料色浆与合成革其它组份的相容性，是开发高性能合成革用水性炭黑颜料色浆的关键技术。较低的粒径分布有利于提升合成革用水性炭黑颜料色浆的着色力和光泽，较好的相容性则不仅有利于提升色浆的着色力，更有利于提升合成革的湿摩擦牢度。

通过对炭黑颜料进行表面改性，以改善水性炭黑颜料色浆的性能已有广泛报道。如公开号为US4530961的美国专利，揭示了一种在炭黑表面接枝亲水性聚合物单体，以制备低粘度、高稳定性炭黑色浆的方法，但至今未见通过对炭黑颜料进行表面改性进而制备低粒径分布、高着色力和湿摩擦牢度的合成革着色用水性炭黑颜料色浆的报道。

发明内容

本发明公开了一种对炭黑颜料进行表面改性，并以表面改性后的炭黑颜料制备合成革着色用水性炭黑颜料色浆的方法。以本发明所揭示方法制备的水性炭黑颜料色浆，用于合成革着色，具有色浆粒径分布小、着色力强、合成革湿摩擦牢度高等一系列优点。

本发明所揭示的用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆，包括经表面改性的炭黑颜料、润湿剂、分散剂、去离子水、pH值调节剂和水溶性有机溶剂等组份，其中，经表面改性的炭黑颜料占所述水性炭黑颜料色浆总质量的25％～45％，润湿剂占所述经表面改性的炭黑颜料质量的6％～15％，分散剂占所述经表面改性的炭黑颜料质量的8％～20％。

该色浆的制备过程，包含如下步骤：

a)将部分去离子水和润湿剂、分散剂、水溶性有机溶剂通过分散机分散混合均匀，随后加入pH值调节剂调节混合溶液的pH值在7～9之间，得到预混合液；

b)将经表面改性的炭黑颜料加入步骤a)得到的预混合液中进行分散，并在分散过程中加入剩余的去离子水，得到预混合炭黑颜料浆；

c)将所述预混合炭黑颜料浆进行研磨，再进行脱泡、过滤，得到所述用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆。

上述步骤中，比较优选的方案是，在步骤a)中，加入的去离子水占整个去离子水的质量的80％～90％，在步骤c)中，使用卧式研磨机进行研磨，研磨介质优选直径为0.2mm～1.0mm的氧化锆珠。

由于炭黑制备工艺、表面处理工艺等因素的影响，导致步骤a)中混合均匀后的浆料pH值过高或过低，影响色浆的稳定性和应用效果，因此本发明选择使用氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、三乙醇胺和醋酸中的至少一种作为pH值调节剂，调节步骤a)中预混合液的pH值在7～9之间。

本发明所揭示的用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆中，所用分散剂具有通式(I)的结构：

通式(I)中，m₁、m₂和n均为整数，并且5≤m₁≤20，5≤m₂≤20，10≤n≤40。

具有通式(I)结构的分散剂，可以由聚乙二醇在高温和催化剂存在下与ε-己内酯进行反应而得。通过控制原料中的聚乙二醇聚合度、聚乙二醇与ε-己内酯的摩尔比等方式，可以控制通式(I)中m₁、m₂和n的数值。

本发明所揭示的用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆中，所用润湿剂具有通式(II)的结构：

通式(II)中，m和n均为整数，并且10≤m≤30，9≤n≤18。

具有通式(II)结构的分散剂可由脂肪醇对环氧乙烷开环制备而得，通过选择脂肪醇的种类以及控制脂肪醇与环氧乙烷的摩尔比，可以控制通式(II)中m和n的数值。

本发明所揭示的用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆中，所用水溶性有机溶剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、一缩二乙二醇和二缩三乙二醇中的至少一种，且水溶性有机溶剂占色浆总质量的5％～20％。

在本发明中，所用经表面改性的炭黑颜料，其制备过程包含如下步骤：

a-1)将强氧化性酸溶解在水中形成强氧化性酸的水溶液，在35℃～75℃温度及搅拌状态下加入炭黑颜料，搅拌反应至少2小时后，经过滤、洗涤、烘干，得到初步表面改性的炭黑颜料；

a-2)取步骤a-1)中初步表面改性的炭黑颜料与占其质量5％～15％的氯化亚砜在四氯化碳溶液中搅拌混合，然后加入占氯化亚砜质量0.2％～2.0％的N,N―二甲基甲酰胺，40℃～85℃下搅拌反应至少3小时，过滤、减压抽除溶剂，得到再次表面改性的炭黑颜料；

a-3)将步骤a-2)得到的再次表面改性的炭黑颜料，加入到占其质量3倍以上的多元醇中，并加入占炭黑质量0.1％至0.5％的有机胺，在50℃～80℃下搅拌反应至少1小时，经过滤、烘干，得到本发明所述合成革着色的水性炭黑颜料色浆所用的表面改性的炭黑颜料。

其中，步骤a-1)中所述强氧化性酸的水溶液，强氧化性酸至少占该强氧化性酸水溶液总质量的45％，且该强氧化性酸由硝酸与高氯酸复配而得，硝酸与高氯酸的质量比为20：1～10∶1，步骤a-3)中的多元醇为丙三醇，所用有机胺为三乙胺。

在本发明所揭示方法制备的水性炭黑颜料色浆中，为避免发生因细菌、酵母等微生物的生长而导致的色浆变质、霉菌生长等现象，在使用过程中可以加入一定量的防霉杀菌剂。在本发明中，只要能够保证色浆在储存和使用过程中不会出现因细菌滋生导致的发霉或者发臭现象、并且符合合成革行业相关法规限制的防霉杀菌剂都可以使用，其用量占色浆总质量的0.05％～0.3％，可以选择的防霉杀菌剂有酰基苯胺类、咪唑类、噻唑类、异噻唑酮衍生物、季铵盐类、双胍类和酚类等防霉杀菌剂。

本发明的有益效果是，以本发明所揭示方法制备的水性炭黑颜料色浆，用于合成革着色，具有色浆粒径分布小、着色力强、合成革湿摩擦牢度高等一系列优点，有利于解决目前合成革用水性炭黑颜料色浆着色力低、制备的合成革湿摩擦牢度差等问题。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步阐述本发明的优点和显著特点，但并不是对本发明的限定。

(一)表面改性的炭黑颜料的制备

实施例1

将150克硝酸及7.5克高氯酸溶解在192.5克水中，升温至75℃，搅拌状态下加入100克炭黑颜料，搅拌反应4小时，再过滤、洗涤、烘干得到初步表面改性的炭黑颜料A-1；将100克初步表面改性的炭黑颜料A-1与5克氯化亚砜在300克四氯化碳溶液中搅拌混合，然后加入0.01克N,N―二甲基甲酰胺，60℃下搅拌反应5小时，过滤、减压抽除溶剂，得到再次表面改性的炭黑颜料A-2；将100克再次表面改性的炭黑颜料A-2，加入到400克丙三醇中，并加入0.1克三乙胺，在65℃下搅拌反应4小时，经过滤、烘干，得到表面改性的炭黑颜料A-3。

实施例2

将100克硝酸及10克高氯酸溶解在100克水中，升温至35℃，搅拌状态下加入100克炭黑颜料，搅拌反应2小时，再过滤、洗涤、烘干得到初步表面改性的炭黑颜料B-1；将100克初步表面改性的炭黑颜料B-1与15克氯化亚砜在500克四氯化碳溶液中搅拌混合，然后加入0.3克N,N―二甲基甲酰胺，40℃下搅拌反应3小时，过滤、减压抽除溶剂，得到再次表面改性的炭黑颜料B-2；将100克再次表面改性的炭黑颜料B-2，加入到300克丙三醇中，并加入0.5克三乙胺，在50℃下搅拌反应2小时，经过滤、烘干，得到表面改性的炭黑颜料B-3。

实施例3

将150克硝酸及10克高氯酸溶解在100克水中，升温至50℃，搅拌状态下加入100克炭黑颜料，搅拌反应3小时，再过滤、洗涤、烘干得到初步表面改性的炭黑颜料C-1；将100克初步表面改性的炭黑颜料C-1与10克氯化亚砜在800克四氯化碳溶液中搅拌混合，然后加入0.1克N,N―二甲基甲酰胺，85℃下搅拌反应3小时，过滤、减压抽除溶剂，得到再次表面改性的炭黑颜料C-2；将100克再次表面改性的炭黑颜料C-2，加入到600克丙三醇中，并加入0.3克三乙胺，在80℃下搅拌反应1小时，经过滤、烘干，得到表面改性的炭黑颜料C-3。

(二)水性炭黑颜料色浆的制备

上表中，每个实施例和对比实施例的质量份数均为100份，所述去离子水的补足量，是指将由各组分组成的配方补足至总质量份数为100份。

上表中，分散剂A、分散剂B和分散剂C均为具有通式(I)结构的化合物，均由聚乙二醇在高温和催化剂存在下与ε-己内酯进行反应而得。

其中，分散剂A为聚合度为10的聚乙二醇与摩尔数是聚乙二醇10倍的ε-己内酯的反应产物，分散剂B为聚合度为25的聚乙二醇与摩尔数是聚乙二醇20倍的ε-己内酯的反应产物，分散剂C为聚合度为40的聚乙二醇与摩尔数是聚乙二醇40倍的ε-己内酯的反应产物。

上表中，润湿剂A、润湿剂B和润湿剂C均为具有通式(II)结构的化合物：

其中，润湿剂A的结构中，n为9，m为20，润湿剂B的结构中，n为18，m为30，润湿剂C的结构中，n为12，m为10。

上表中，所列实施例4-6和对比实施例7-10的色浆，其制备过程为：预留去离子水总质量的10％，将其余去离子水和润湿剂、分散剂和水溶性有机溶剂在分散机中均匀混合，随后加入pH值调节剂调节混合液的pH值在7～9之间，得到预混合液；将炭黑加入上述预混合液中进行分散，使用分散机以500转/分钟的速度分散30分钟，并在分散过程中加入预留的去离子水，得到预混合炭黑颜料浆；将上述预混合炭黑颜料浆在卧式研磨机中进行研磨，在使用卧式研磨机对预混合炭黑颜料浆研磨10遍后，根据色浆的保存时间长短、储存条件等要求，可以添加适量防霉杀菌剂，再经脱泡、过滤，得到所述合成革着色用水性炭黑颜料色浆。制备过程中，实施例4和对比实施例7～10是在pH值为8、使用0.2mm氧化锆珠为研磨介质的条件下制备而得；实施例5是在pH值为7、使用0.6mm氧化锆珠为研磨介质的条件下制备而得；实施例6是在pH值为9、使用1.0mm氧化锆珠为研磨介质的条件下制备而得。

(三)水性炭黑颜料色浆的性能测试

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电位仪测试上述水性炭黑颜料色浆的粒径分布，测试结果中，以D50表示50％的粒子都能通过的最小粒径，以D90表示90％的粒子都能通过的最小粒径，以D50和D90描述实施例4-6和对比实施例7-10制备的水性炭黑颜料色浆的粒径分布大小。

相对着色强度(着色力)测试：根据轻工行业标准QB/T 4343-2012《合成革用水性色浆》附录B规定的B法测试实施例4和对比实施例7～10制备的水性炭黑颜料色浆的相对着色强度，以实施例4制备的水性炭黑颜料色浆作为参照色浆。

合成革湿摩擦牢度测试：各取30克实施例4-6和对比实施例7～10制备的水性炭黑颜料色浆，分散在1千克已经配制好的、无着色材料的合成革成膜基料中，再将该基料刮涂在基布上，刮涂厚度为0.5毫米，取长宽各10厘米的上述基布在含10％DMF的凝固液中凝固3分钟后，经轧机挤干、高温烘干后得到合成革，以轻工行业标准QB/T 1327-1991《皮革表面颜色摩擦牢度测试方法》规定的方法测试合成革的湿摩擦牢度。

测试结果如下表所示：

Claims

1.一种用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆，其特征在于，所述水性炭黑颜料色浆包括经表面改性的炭黑颜料、润湿剂、分散剂、去离子水、pH值调节剂和水溶性有机溶剂，其中，经表面改性的炭黑颜料占所述水性炭黑颜料色浆总质量的25％～45％，润湿剂占所述经表面改性的炭黑颜料质量的6％～15％，分散剂占所述经表面改性的炭黑颜料质量的8％～20％。

2.根据权利要求1所述的一种用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆，其特征在于，该色浆的制备过程，包含如下步骤：

a)将部分去离子水和润湿剂、分散剂、水溶性有机溶剂分散混合均匀，随后加入pH值调节剂调节混合溶液的pH值在7～9之间，得到预混合液；

c)将步骤b)得到的预混合炭黑颜料浆进行研磨，再进行脱泡、过滤，得到所述用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆，其特征在于，所述经表面改性的炭黑颜料，其制备过程包含如下步骤：

a-1)将强氧化性酸溶解在水中形成强氧化性酸的水溶液，在35℃～75℃温度及搅拌状态下加入炭黑颜料，搅拌反应至少2小时，经过滤、洗涤、烘干，得到初步表面改性的炭黑颜料；

a-2)将步骤a-1)中初步表面改性的炭黑颜料与占其质量5％-15％的氯化亚砜在四氯化碳溶液中搅拌混合，然后加入占氯化亚砜质量0.2％至2.0％的N,N―二甲基甲酰胺，40℃-85℃下搅拌反应至少3小时，过滤、减压抽除溶剂，得到再次表面改性的炭黑颜料；

a-3)将步骤a-2)得到的再次表面改性的炭黑颜料，加入到占其质量3倍以上的多元醇中，并加入占炭黑质量0.1％～0.5％的有机胺，在50℃～80℃下搅拌反应至少1小时，经过滤、烘干，得到表面改性的炭黑颜料。

4.根据权利要求3所述的经表面改性的炭黑颜料的制备过程，其特征在于，步骤a-1)中所述强氧化性酸的水溶液，强氧化性酸至少占该强氧化性酸的水溶液总质量的45％，且该强氧化性酸由硝酸与高氯酸复配而得，硝酸与高氯酸的质量比为10:1～20:1。

5.根据权利要求3所述的经表面改性的炭黑颜料的制备过程，其特征在于步骤a-3)中的多元醇为丙三醇，所述有机胺为三乙胺。

6.根据权利要求1所述的一种用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆，其特征在于，所述分散剂的结构通式为：

其中，m₁、m₂和n均为整数，并且5≤m₁≤20，5≤m₂≤20，10≤n≤40。

7.根据权利要求1所述的一种用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆，其特征在于，所述润湿剂的结构通式为：

其中，m和n均为整数，并且10≤m≤30，9≤n≤18。

8.根据权利要求1所述的一种用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆，其特征在于，所述水溶性有机溶剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、一缩二乙二醇和二缩三乙二醇中的至少一种，且水溶性有机溶剂占水性炭黑颜料色浆总质量的5％～20％，所述pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、三乙醇胺和醋酸中的至少一种。

9.根据权利要求2所述的一种用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆的制备过程，其特征在于，在步骤a)中，加入的去离子水占全部去离子水质量的80％～90％，在步骤c)中，使用卧式研磨机进行研磨，选择直径为0.2mm～1.0mm的氧化锆珠作研磨介质。

10.根据权利要求1所述的一种用于合成革着色的水性炭黑颜料色浆的制备方法，其特征在于，该色浆中含有防霉杀菌剂，其质量占色浆总质量的0.05％～0.3％。