CN109972425A - 一种炭黑色浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及炭黑色浆及其制备方法，尤其涉及一种炭黑色浆及其制备方法。炭黑色浆按重量百分比计，炭黑15～30％、润湿剂0.1～1.0％、分散剂1.5～15％、pH调节剂0.6～3％，余量为分散介质。本发明炭黑色浆中分散剂与润湿剂结构相似，提高了炭黑使用浓度，同时制备工艺简便得到浓度较高的状态稳定的炭黑色浆产品。

Description

一种炭黑色浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及炭黑色浆及其制备方法，尤其涉及一种炭黑色浆及其制备方法。

背景技术

聚酯纤维是由二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯，在经熔融纺丝所得的合成纤维，聚酯纤维广泛应用于服装、军工、等诸多领域，是合成纤维中产量最大的品种。

涤纶原液着色主要有切片纺和聚合纺。由于切片纺丝具有灵活、品种更换方便及适合于母粒共混纺丝的特点，加之新型高速纺丝技术的广泛应用，目前国内免染聚酯长丝绝大多数采用小单元切片纺工艺进行生产。

聚合纺主要酯交换反应和缩聚反应时，加入粒径小于1μm的着色剂，均匀的分散的聚酯树脂中，聚合完毕直接进行拉丝，该法生产成本低，适合用于大批量的品种。但要求着色剂能够耐280摄氏度高温，色牢度优良，不分解不升华，能与聚酯熔体相溶成一体。

由于长时间高温，一般染颜料很难保证色差在允许范围内，目前只有炭黑及钛白能够适应温度的影响，而黑色占聚酯纤维着色60％以上，故使用炭黑作为着色剂的研究最多，日本专利JP63308033提供色炭黑色浆方法，认为加入脂肪酸的金属盐，能够增加炭黑在聚酯中的分散，其提供的方法能够增加着色剂在聚酯中的润滑性，但是由于其炭黑颗粒较大，只能用于短的粗纤维制备。

专利CN102728438A介绍了一种规模化制备炭黑-乙二醇浆料的方法，采用乙二醇为溶剂、荷兰盛沃FA-196为分散剂分散炭黑，通过多级研磨方式制备最高浓度10％的炭黑色浆。此方法制备的炭黑色浆D₅₀＝0.25μm，D₉₀＝2.5μm，粒径相对较粗、粒径范围跨度较大，用于聚酯纤维着色容易分散不均匀，直接影响纺丝生产，造成断头多，同时造成聚合过滤器堵塞，另浓度较低，易导致纤维着色力降低，多级研磨虽可增加研磨效果，但是工序较多，增加了设备暂用率，浪费资源。

专利CN103031755B介绍了一种涤纶原液着色的乙二醇基颜料分散体及其制备方法，聚氧乙烯醚类化合物做润湿剂，有机硅为分散剂，经预分散后进行砂磨，过滤得到需要的产品，经纺丝实验认为具有可纺性。其在砂磨后进行过滤目的除去粗粒径产品及杂质，说明其分散效果未达最佳，制备的色浆均匀度不够，另有机硅类分散剂在聚酯原液纺丝过程中由于长时间高温会发生聚集，影响纺丝质量，无法得到高品质细旦长丝产品。

因此急需一种色浆均匀、稳定性高的适用于高品质细旦长丝的炭黑色浆。

发明内容

为克服上述产品制备的炭黑色浆不能进行长纤维及超细旦长纤维的问题，本发明目的在于提供一种炭黑色浆及其制备方法。

为实现上目的，本发明采用的技术方案为：

一种炭黑色浆，炭黑色浆按重量百分比计，炭黑15～30％、润湿剂0.1～1.0％、分散剂1.5～15％、pH调节剂0.6～3％、余量为分散介质。

优选：所述炭黑色浆按重量百分比计，炭黑15～30％、润湿剂0.5-1.0％、分散剂5～15％、pH调节剂0.6～2％、余量为分散介质。

所述润湿剂为5≤k≤30；目的利用更小的分子结构进入炭黑空洞，与炭黑紧密结合，改变炭黑聚集体聚集状态，使炭黑更容易被分散。

所述分散剂结构为其中,5≤x≤20，5≤y≤20；其与润湿剂结构相似，增加了聚氧乙烯键，使其跟乙二醇相容性更好，经分散加工得到均匀分散的炭黑色浆。

其中，分散剂的获得可以按照现有的低聚合反应获得，即，丁二酰亚胺与丙炔加成，经偶氮二异丁腈催化聚合，加入低聚的聚环氧乙烷，形成共聚物。

所述pH调节剂乙醇胺、二乙醇胺或丁基乙醇胺；分散介质为乙二醇。

所述炭黑色浆为色素炭黑，酸性、中性及弱碱性炭黑均适用，酸性炭黑需加入乙醇胺、二乙醇胺等进行中和，使PH保持在6～9，碱性炭黑最高PH小于10。

一种炭黑色浆的制备方法：

1)将部分分散介质与分散润湿剂混合，搅拌使其完全分散，而后加入炭黑，待用；

2)将剩余分散介质与分散剂混合得分散液，待用；

3)将上述所得分散液，加入步骤1)初步分散的炭黑浓浆中，继续搅拌，待用；

4)将步骤3)炭黑浓浆进行砂磨，进而获得稳定的炭黑色浆。

所述步骤1)搅拌转速在300～500转/分之间；所述步骤3)中搅拌转速调至800-1200转/分之间。

所述步骤4)中砂磨中的研磨介质选用0.2～0.8mm锆珠，添加量为料液质量比锆珠体积1:1～5:1。

所述砂磨采用小试立桶式砂磨时，其砂磨时间为2-5小时；采用卧式砂磨时，循环0.5-3小时；采用单循环研磨时，研磨5-10次。

研磨介质选用0.2～0.8mm锆珠，优选0.4～0.6mm，添加量为原料质量比锆珠体积1:1～5:1，优选2:1。

卧式砂磨进料速度在20～100ml/s，较佳速度为40～60ml/s。

一种炭黑色浆的应用，所述着色剂在细旦、超细旦聚酯纤维原液聚合纺长纤维中的应用。

本发明具有以下优点：

本发明炭黑色浆中分散剂与润湿剂结构相似，提高了炭黑使用浓度，同时制备工艺简便得到浓度较高的状态稳定的炭黑色浆产品；进一步的说：

本发明制备的炭黑色浆，选用聚酯原料之一的乙二醇为分散介质，选择耐温性好，含有较多锚固基团的非离子型分散剂对炭黑进行润湿，利用炭黑的空洞效应，与炭黑结合，润湿炭黑，由于炭黑表面基团较少，非离子表面活性剂在极性溶剂系体系中不带有电荷，因此它被吸附于炭黑粒子的表面后炭黑表面极性只有轻微改变，但润湿剂的尾端较大，可利用尾端与近似结构分散剂相结合，辅助超分散技术，将炭黑附集体打开，得到纳米化的炭黑聚集体，同时分散剂与润湿剂结构性近似，使炭黑能够更好的分散在介质中，利用分散剂端基基团位阻效应，阻止炭黑分子间的二次聚集，使炭黑以纳米化的颗粒均匀稳定的分散在乙二醇中。乙二醇作为原料在聚酯制备过程中直接参与反应，炭黑直接同乙二醇一起均匀分散在聚酯中，只加入少量的耐温型分散剂，减少了杂质的引入。

本发明所制备的炭黑色浆，较其它方法，粒度更小，粘度更低，稳定性更好，经Brookhaven纳米粒度仪测试，粒径D₉₅＝95nm，Zeta电位大于30，初次粘度在245cP以下，储存一个月粘度350cP，粒径及电位基本不变，粒径3个月能够保持D₉₅＝110nm以下，粘度350cP，一年常温储存稳定性测试粒径保持D₉₅＝150nm以下，粘度660cP，具有储存稳定性高、着色效果好等优点，同时利用聚乙烯吡咯烷酮的成膜性，更好的防止了液体着色剂吸水性。经纺丝过滤实验，优于其它色浆产品。

本发明制备的炭黑色浆结合聚酯纤维在线添加技术可实现全流程连续生产，减少了切片纺产生的诸多工序，减少了多步生产工序，降低了生产成本。直接加入进行原液纺丝，与白丝成本相差100元/吨，黑度高(含炭量可达3％以上)，炭黑分散均匀。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1:

乙二醇48g加入润湿剂(k-12)0.2g，搅拌均匀后加入20g弱碱性炭黑，用乳化机搅拌，分散剂(x＝10，y＝15)2g用29.8g乙二醇分散得分散剂溶液，炭黑搅拌0.5小时后，加入分散剂溶液，继续搅拌0.5小时，测pH＝8，将物料转移至立式砂磨桶中，加入0.4～0.6mm锆珠50ml，开始砂磨，转速1000转/分，2小时结束，过滤锆珠后得炭黑色浆，测所得炭黑着色剂物料的粒度D₉₅＝88nm，Zeta电位大于30，粘度245CP，将其放置于70℃下储存1个月后测试D₉₅＝110nm，Zeta电位大于30，粘度305CP，可见物料稳定，同时测定3个月常温储存稳定性测试D₉₅＝110nm，Zeta电位大于30，粘度245CP，储存一年粘度660cP，粒径D₉₅＝130nm。

实施例2:

在32.95g乙二醇中加入1.5g润湿剂k-8溶解，在50g乙二醇中加入0.1乙醇胺0.45g搅拌后均匀后加入15g酸性炭黑，用乳化机搅拌，2g分散剂(x＝10，y＝20)用剩余量乙二醇溶解，润湿后加入分散液，共搅拌1小时，测pH＝8，将物料转移至立式砂磨桶中，加入0.4～0.6mm锆珠50ml，开始砂磨，转速1000转/分，2小时结束，过滤锆珠后得炭黑色浆，测得粒度D₉₅＝98nm，Zeta电位大于30，粘度300CP，放置于70℃下储存1个月后测试D₉₅＝105nm，Zeta电位大于30，粘度470CP，可见物料稳定，同时测定3个月常温储存稳定性测试，D₉₅＝110nm，Zeta电位大于30，粘度380CP，储存一年粘度880cP，粒径D₉₅＝130nm。

实施例3:

在52.2g乙二醇中加入0.2g润湿剂k-10，乙醇胺0.6g，搅拌后均匀后加入20g酸性炭黑，低速搅拌润湿，25g乙二醇中加入2.0g分散剂(x＝10，y＝10)溶解，得分散剂溶液，物料全部润湿后，加入分散剂溶液，搅拌，共1小时，测pH＝10，将物料转移至立式砂磨桶中，加入0.4～0.6mm锆珠50ml，开始砂磨，转速1000转/分，2小时结束，过滤锆珠后得炭黑色浆，测得炭黑色浆粒度，D₉₅＝＝90nm，Zeta电位大于30，粘度280CP，放置于70℃下储存1个月后测试D₉₅＝＝110nm，Zeta电位大于30，粘度500CP，可见物料稳定，同时测定3个月常温储存稳定性测试，D₉₅＝＝110nm，Zeta电位大于30，粘度380CP储存一年粘度860cP，粒径D₉₅＝130nm。

实施例4:

在50.0g乙二醇中加入，0.1g润湿剂k-8，搅拌后均匀后加入15g弱碱性性炭黑，低速搅拌润湿，33.7g乙二醇加入1.2g分散剂(x＝10，y＝5)溶解，得分散剂溶液，物料全部润湿后，加入分散剂溶液，加速搅拌，共1小时，测pH＝8，将物料转移至立式砂磨桶中，加入0.4～0.6mm锆珠50ml，开始砂磨，转速1000转/分，2小时结束，过滤锆珠后得炭黑色浆，测得炭黑色浆粒度，D₉₅＝＝95nm，Zeta电位大于30，粘度280CP，放置于70℃下储存1个月后测试D₉₅＝100nm，Zeta电位大于30，粘度320CP，可见物料稳定，同时测定3个月常温储存稳定性测试，D₉₅＝110nm，Zeta电位大于30，粘度300CP，储存一年粘度630cP，粒径D₉₅＝135nm。

实施例5:

在45.0g乙二醇中加入0.3g润湿剂k-20，搅拌后均匀后加入30g弱碱性炭黑，低速搅拌润湿，将21.7g乙二醇加入3.0g分散剂(x＝10，y＝20)溶解得分散剂溶液，物料全部润湿后，分散剂溶液加速搅拌，共1小时，测pH＝8，将物料转移至立式砂磨桶中，加入0.4～0.6mm锆珠50ml，开始砂磨，转速1000转/分，2小时结束，过滤锆珠后得炭黑色浆，测炭黑色浆粒度，D₉₅＝100nm，Zeta电位大于30，粘度330CP，放置于100℃下储存1个月后测试D₉₅＝120nm，Zeta电位大于30，粘度350CP，可见物料稳定，同时测定3个月常温储存稳定性测试，D₉₅＝130nm，Zeta电位大于30，粘度380CP储存一年粘度1000cP，粒径D₉₅＝130nm。

实施例6:

在45.0g乙二醇中加入0.3g润湿剂k-25，0.9g乙醇胺搅拌后均匀后加入30g酸性炭黑，低速搅拌润湿，将20.8g乙二醇加入3.0g分散剂溶解(x＝20，y＝10)得分散剂溶液，物料全部润湿后，分散剂溶液加速搅拌，共1小时，测pH＝9，将物料转移至立式砂磨桶中，加入0.4～0.6mm锆珠50ml，开始砂磨，转速1000转/分，2小时结束，过滤锆珠后得炭黑色浆，测炭黑色浆粒度，D₉₅＝95nm，Zeta电位大于30，粘度300CP，放置于100℃下储存1个月后测试D₉₅＝105nm，Zeta电位大于30，粘度350CP，可见物料稳定，同时测定3个月常温储存稳定性测试，D₉₅＝125nm，Zeta电位大于30，粘度400CP，粘度380CP，储存一年粘度980cP，粒径D₉₅＝130nm。

实施例7:

在1200g乙二醇中加入3g润湿剂k-8，搅拌后均匀后加入300g弱碱性炭黑，低速搅拌润湿，467g乙二醇加入30g分散剂(x＝5，y＝20)溶解，物料全部润湿后，加速搅拌，共1小时，测pH＝9，将物料转移至物料桶中，卧式砂磨机加入0.4～0.6mm锆珠，填充60％，开始砂磨，1小时结束，测炭黑色浆粒度，D₉₅＝95nm，Zeta电位大于30，粘度280CP，放置于70℃下储存1个月后测试D₉₅＝105nm，Zeta电位大于30，粘度285CP，物料稳定，储存一年粘度900cP，粒径D₉₅＝128nm。

实施例8:

在1000g乙二醇中加入3g润湿剂k-25，搅拌后均匀后加入600g弱碱性炭黑，低速搅拌润湿，337g乙二醇加入60g分散剂(x＝5，y＝10)溶解，物料全部润湿后，加速搅拌，共1小时，测pH＝9，将物料转移至物料桶中，卧式砂磨机加入0.4～0.6mm锆珠，填充60％，开始砂磨，1小时结束，测炭黑色浆粒度，D₉₅＝95nm，Zeta电位大于30，粘度280CP，放置于70℃下储存1个月后测试D₉₅＝105nm，Zeta电位大于30，粘度385CP，物料稳定，储存一年粘度1100cP，粒径D₉₅＝130nm。

实施例9:

在1000g乙二醇中加入3g润湿剂k-20，搅拌后均匀后加入600g弱碱性炭黑，低速搅拌润湿，337g乙二醇加入60g分散剂(x＝15，y＝15)溶解，物料全部润湿后，加速搅拌，共1小时，测pH＝9，将物料转移至物料桶中，卧式砂磨机加入0.4～0.6mm锆珠，填充60％，开始砂磨，单循环8次结束，测炭黑色浆粒度，D₉₅＝95nm，Zeta电位大于30，粘度380CP，放置于70℃下储存1个月后测试D₉₅＝100nm，Zeta电位大于30，粘度485CP，物料稳定，储存一年粘度990cP，粒径D₉₅＝130nm。

实施例10:

在1000g乙二醇中加入5g润湿剂k-10，12g乙醇胺，搅拌后均匀后加入600g酸性炭黑，低速搅拌润湿，317g乙二醇加入60g分散剂(x＝10，y＝10)溶解，物料全部润湿后，加速搅拌，共1小时，测pH＝10，将物料转移至物料桶中，卧式砂磨机加入0.4～0.6mm锆珠，填充60％，开始砂磨，单循环6次结束，测炭黑色浆粒度，D₉₅＝98nm，Zeta电位大于30，粘度380CP，放置于70℃下储存1个月后测试D₉₅＝115nm，Zeta电位大于30，粘度485CP，物料稳定，储存一年粘度998cP，粒径D₉₅＝128nm。

实施例11:

在1000g乙二醇中加入5g润湿剂k-5，18g乙醇胺，搅拌后均匀后加入600g酸性炭黑，低速搅拌润湿，317g乙二醇加入60g分散剂(x＝20，y＝20)溶解，物料全部润湿后，加速搅拌，共1小时，测pH＝10，将物料转移至物料桶中，卧式砂磨机加入0.4～0.6mm锆珠，填充60％，开始砂磨，单循环7次结束，测炭黑色浆粒度，D₉₅＝100nm，Zeta电位大于30，粘度350CP，放置于70℃下储存1个月后测试D₉₅＝115nm，Zeta电位大于30，粘度500CP，物料稳定，储存一年粘度1100cP，粒径D₉₅＝130nm。

实施例12:

在1000g乙二醇中加入3g润湿剂k-30，9g乙醇胺，搅拌后均匀后加入300g酸性炭黑，低速搅拌润湿，658g乙二醇加入30g分散剂(x＝10，y＝5)溶解，物料全部润湿后，加速搅拌，共1小时，测pH＝10，将物料转移至物料桶中，卧式砂磨机加入0.4～0.6mm锆珠，填充60％，开始砂磨，循环1小时结束，测炭黑色浆粒度，D₉₅＝95nm，Zeta电位大于30，粘度385CP，放置于70℃下储存1个月后测试D₉₅＝115nm，Zeta电位大于30，粘度496CP，物料稳定，储存一年粘度890cP，粒径D₉₅＝130nm。

采用上述实施例获得色浆，与文献3方法制备的色浆进行纺丝过滤性检测：

由上述表中记载，文献3方法制备的色浆能够通过初次筛网压滤值测试，增加精度进行双网检测时，压滤值过高，认为不可用，再提高丝网目数，未完成全部压滤实验即堵塞丝网，采用本发明制备的产品均通过精度测试。

Claims (10)

1.一种炭黑色浆，其特征在于：炭黑色浆按重量百分比计，炭黑15～30％、润湿剂0.1～1.0％、分散剂1.5～15％、pH调节剂0.6～3％，余量为分散介质。

2.按权利要求1所述的炭黑色浆，其特征在于：所述炭黑色浆按重量百分比计，炭黑15～30％、润湿剂0.5-1.0％、分散剂5～15％、pH调节剂0.6～3％，余量为分散介质。

3.按权利要求1或2所述的炭黑色浆，其特征在于：所述润湿剂为5≤k≤30。

4.按权利要求1或2所述的炭黑色浆，其特征在于：所述分散剂结构为其中,5≤x≤20，5≤y≤20。

5.按权利要求1或2所述的炭黑色浆，其特征在于：所述pH调节剂乙醇胺、二乙醇胺或丁基乙醇胺；分散介质为乙二醇。

6.一种权利要求1所述的炭黑色浆的制备方法，其特征在于：

1)将部分分散介质与分散润湿剂混合，搅拌使其完全分散，而后加入炭黑，待用；

2)将剩余分散介质与分散剂混合得分散液，待用；

3)将上述所得分散液，加入步骤1)初步分散的炭黑浓浆中，继续搅拌，待用；

4)将步骤3)炭黑浓浆进行砂磨，进而获得稳定的炭黑色浆。

7.按权利要求6所述的炭黑色浆的制备方法，其特征在于：所述步骤1)搅拌转速在300～500转/分之间；所述步骤3)中搅拌转速调至800-1200转/分之间。

8.按权利要求7所述的炭黑色浆的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中砂磨中的研磨介质选用0.2～0.8mm锆珠，添加量为料液质量比锆珠体积1:1～5:1。

9.按权利要求7或8所述的炭黑色浆的制备方法，其特征在于：所述砂磨采用小试立桶式砂磨时，其砂磨时间为2-5小时；采用卧式砂磨时，循环0.5-3小时；采用单循环研磨时，研磨5-10次。

10.一种权利要求1所述的炭黑色浆的应用，其特征在于：所述着色剂在细旦、超细旦聚酯纤维原液聚合纺长纤维中的应用。