CN110241471A

CN110241471A - 粘胶纤维原液着色用聚合物包覆颜料色浆及其制备方法

Info

Publication number: CN110241471A
Application number: CN201910455019.8A
Authority: CN
Inventors: 吕仕铭; 杜长森; 梅成国; 汪理想
Original assignee: SUZHOU SHIMING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU SHIMING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2019-09-17

Abstract

本发明公开了一种粘胶纤维原液着色用聚合物包覆颜料色浆及其制备方法，该制备方法以具有特定化学结构的可聚合分散剂对颜料进行初步包覆分散，然后再添加苯乙烯、马来酸酐和引发剂进行单体聚合对颜料实施聚合物包覆，最后再用烷醇酰胺对聚合物包覆的颜料进行接枝改性，由该方法制备得到的水性色浆可应用在粘胶纤维原液着色中，且在应用时具有不易堵塞喷丝孔、可纺性好、耐水性色牢度高的优点。

Description

粘胶纤维原液着色用聚合物包覆颜料色浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚合物包覆颜料色浆及其制备方法，尤其涉及一种粘胶纤维原液着色用聚合物包覆颜料色浆及其制备方法，属于精细化工技术领域。

背景技术

纤维原液着色是将着色剂直接加入到纺丝原液中纺出有色纤维，与传统的纤维染色相比，其避免了高能耗、废水排放量大的问题，因此原液着色纤维的制造和应用十分有利于缓解纺织品行业的节能减排压力。粘胶纤维原液着色工艺中，粘胶纺丝原液与色浆充分混合后，需要在一定压力下经过孔径50-80微米的喷丝孔才能进行纺丝，一旦颜料颗粒过大，则十分容易堵塞喷丝孔导致出现异型丝甚至无法纺丝，因此纤维原液着色工艺对颜料的粒径要求比较严格。然而颜料粒径越小，表面能越大越不稳定，非常容易发生二次团聚；同时由于粘胶的纺丝原液粘度大、成分复杂、电解质含量高，以及纺丝原液经凝固浴纺丝成型后还要进行牵伸、后处理及烘干等，颜料在粘胶纤维上的牢度不够从而容易发生染色不均、皂洗牢度不达标等现象。

对颜料进行表面处理是改善颜料分散性的重要方法。现有技术中有通过直接添加特殊的分散剂来改善颜料分散性的方法：如CN101736429中公开了一种适用于生产粘胶着色丝的黑色色浆制备方法，其工艺步骤为：配置混合液，在除盐水中加入分散剂、防沉降剂和兰色色浆，并调整混合液的pH值，再加入碳粉，形成乳化的混合液，然后进行研磨过滤；如CN106283244中公开了一种免印染黑色粘胶短纤维的制备方法，其中制备色浆的工艺为将黑色色浆加入到色浆罐中，加入高分子嵌段共聚物分散剂，在砂磨机中研磨。现有技术中还有直接在颜料表面进行单体聚合，通过单体聚合形成的聚合物包覆来提高颜料的分散性：如有技术公开一种聚合物包覆颜料色浆及其制备方法，其先将颜料在表面活性剂中研磨分散，然后再进行单体聚合，最后添加溶剂分散。现有技术中还有先用可聚合的分散剂对颜料进行包覆后再进行单体聚合包覆来提高颜料的分散性：如有技术公开一种包覆型铝粉颜料的制备方法，其利用有机硅氧烷首先在铝粉颜料表面形成第一层包覆层，然后使用聚合物在铝粉颜料表面形成第二层包覆层；还有技术公开一种使用反应型乳化剂制备原液着色用包覆颜料色浆的方法，其选用有机颜料、分散剂、含不饱和双键的二聚酸结构的反应型乳化剂和去离子水通过研磨制备超细有机颜料分散体，然后添加共聚单体和引发剂实现聚合物对颜料的包覆，最后添加功能性助剂得到包覆颜料色浆。

虽然上述现有技术有效的改善了颜料的分散性，但粘胶纤维制备工艺复杂、流程较长，上述现有技术制备的粘胶纤维原液着色用色浆仍然经常带来堵塞喷丝孔、连续纺丝时间短、纤维色牢度差等问题。

发明内容

为了克服现有色浆在粘胶原液纺丝过程中带来的喷丝孔堵塞、可纺性差、纤维耐水洗色牢度差等缺点，本发明提供了一种粘胶原液着色用的聚合物包覆颜料色浆及其制备方法。

本发明的技术方案是：

本发明公开了一种粘胶纤维原液着色用聚合物包覆颜料色浆的制备方法，该制备方法包括下述步骤：

S1：将颜料、可聚合分散剂和去离子水混合并搅拌分散至少30分钟后，置于砂磨机中至少研磨3遍，得到超细颜料水基分散体；

S2：向步骤S1得到的超细颜料水基分散体中添加苯乙烯、马来酸酐和引发剂，混合均匀后，转移至反应容器中，在惰性气体保护且温度控制在60～90℃的条件下，搅拌反应3-6小时，得到聚合物包覆颜料色浆前体；

S3：向步骤S2得到的聚合物包覆颜料色浆前体中添加烷醇酰胺和丝光沸石，在惰性气体保护且温度控制在60～90℃的条件下，搅拌反应2-5小时后过滤除去丝光沸石，然后添加亚硫酸钠溶液，继续反应4-6小时，得到聚合物包覆颜料色浆；

其中步骤S1中所述可聚合分散剂为具有通式(I)结构的化合物：

其中，R₁、R₂为相互独立的H或甲基；R₃为含碳数在1～15之间的亚烷基，且含1和15；R₄为含碳数在1～16之间的烷基，且含1和16；a为1～15之间的整数且包含1和15；b为1～30之间的整数且包含1和30；c为1～30之间的整数且包含1和30。

该具有通式(I)结构的化合物由对含氢硅油进行改性制备得到，具体制备方法为：在配有温度计、搅拌器和回流冷凝管的烧瓶中，加入定量的含氢硅油、烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚、氯铂酸催化剂和醇溶剂，搅拌加热反应后得到。

其中步骤S3中所述烷醇酰胺为具有通式(II)结构的化合物：

R₅CONH(CH₂)_nOH

(II)

其中，R₅为含碳数在10～20之间的烷基或芳香基，且含10和20，n为1～3之间的整数且包含1和3。

其进一步的技术方案是：

以粘胶纤维原液着色用聚合物包覆颜料色浆总质量百分比计，各成分用量如下：颜料10-50wt.％、可聚合分散剂1-3wt.％、苯乙烯1-3wt.％、马来酸酐1-3wt.％、占苯乙烯和马来酸酐总质量0.5-1.5wt.％的引发剂、占马来酸酐质量200-300wt.％的烷醇酰胺、占马来酸酐质量100-150wt.％的亚硫酸钠和余量去离子水。

其进一步的技术方案是：

步骤S2和步骤S3中，反应器内部在惰性气体保护的方法中，优选氮气作为保护气体，可以通过向反应器内部连续通氮气15-30min的方法，排空反应器内的氧气，避免氧气对化学反应的影响。

步骤S3中，所述丝光沸石作为催化剂，在反应结束后可通过过滤将丝光沸石除去。

其进一步的技术方案是：

所述颜料为无机颜料或有机颜料中的至少一种，其中无机颜料为炭黑、钛白等；有机颜料为偶氮类、酞菁类等颜料。

所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的至少一种。

本发明还公开了一种由上述制备方法制备得到的粘胶纤维原液着色用聚合物包覆颜料色浆。

本发明还公开了一种上述色浆在粘胶纤维原液着色中的应用。

本发明的有益技术效果是：本申请所述色浆以具有特定化学结构的可聚合分散剂对颜料进行初步包覆，然后再添加苯乙烯、马来酸酐和引发剂进行单体聚合对颜料实施聚合物包覆，最后再用烷醇酰胺对聚合物包覆的颜料进行接枝改性，由该方法制备得到的色浆应用在粘胶纤维原液着色中时具有不易堵塞喷丝孔、可纺性好、耐水性色牢度高的优点。

具体实施方式

为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

下述具体实施例和对比例中所采用的可聚合分散剂及烷醇酰胺的结构如下所述。

可聚合分散剂为具有通式(I)结构的化合物：

可聚合分散剂A1中：R₁为H，R₂为H，R₃为CH₂，R₄为C₈H₁₇，a为15，b为15，c为30。

可聚合分散剂A2中：R₁为甲基，R₂为H，R₃为C₁₅H₃₀，R₄为CH₃，a为8，b为1，c为15。

可聚合分散剂A3中：R₁为H，R₂为H，R₃为C₈H₁₆，R₄为C₁₆H₃₃，a为1，b为30，c为1。

上述可聚合分散剂均是通过含氢硅油、烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚、氯铂酸催化剂和醇溶剂反应制备得到，其制备方法为本领域技术人员所熟知的技术方案，本申请中不再赘述。

烷醇酰胺为具有通式(II)结构的化合物：

R₅CONH(CH₂)_nOH

(II)

烷醇酰胺B1中，R₅为C₁₀H₂₁，n为2；

烷醇酰胺B2中，R₅为C₂₀H₄₁，n为1；

烷醇酰胺B3中，R₅为C₁₅H₃₁，n为3。

上述烷醇酰胺可选用市面上已有的市售产品，也可根据现有技术公开的制备方法进行制备得到。

具体实施例1

S1：将30质量份酞菁蓝15:3、2质量份可聚合分散剂A1和48.96质量份去离子水混合并搅拌分散30分钟后，置于砂磨机中研磨6遍，得到超细颜料水基分散体；

S2：向步骤S1得到的超细颜料水基分散体中添加2质量份苯乙烯、2质量份马来酸酐和0.04质量份过硫酸铵混合均匀后，转移至反应容器中，在氮气保护且温度控制在75℃的条件下，搅拌反应4小时，得到聚合物包覆颜料色浆前体；

S3：向步骤S2得到的聚合物包覆颜料色浆前体添加5质量份烷醇酰胺B1和0.01质量份丝光沸石，在氮气保护且温度控制在75℃的条件下，搅拌反应3小时后过滤除去丝光沸石，然后向滤液中添加2.6质量份亚硫酸钠和7.4质量份去离子水，继续反应5小时，得到聚合物包覆颜料色浆。

具体实施例2

S1：将10质量份炭黑、3质量份可聚合分散剂A2和66.98质量份去离子水混合并搅拌分散40分钟后，置于砂磨机中研磨3遍，得到超细颜料水基分散体；

S2：向步骤S1得到的超细颜料水基分散体中添加1质量份苯乙烯、3质量份马来酸酐和0.02质量份过硫酸钾混合均匀后，转移至反应容器中，在氮气保护且温度控制在90℃的条件下，搅拌反应3小时，得到聚合物包覆颜料色浆前体；

S3：向步骤S2得到的聚合物包覆颜料色浆前体添加6质量份烷醇酰胺B2和0.01质量份丝光沸石，在氮气保护且温度控制在90℃的条件下，搅拌反应3小时后过滤除去丝光沸石，然后向滤液中添加3质量份亚硫酸钠和7质量份去离子水，继续反应6小时，得到聚合物包覆颜料色浆。

具体实施例3

S1：将50质量份钛白、2质量份可聚合分散剂A3和33.44质量份去离子水混合并搅拌分散45分钟后，置于砂磨机中研磨8遍，得到超细颜料水基分散体；

S2：向步骤S1得到的超细颜料水基分散体中添加3质量份苯乙烯、1质量份马来酸酐和0.03质量份过硫酸钾和0.03质量份过硫酸钠混合均匀后，转移至反应容器中，在氦气保护且温度控制在60℃的条件下，搅拌反应6小时，得到聚合物包覆颜料色浆前体；

S3：向步骤S2得到的聚合物包覆颜料色浆前体添加3质量份烷醇酰胺B3和0.01质量份丝光沸石，在氮气保护且温度控制在60℃的条件下，搅拌反应5小时后过滤除去丝光沸石，然后向滤液中添加1.5质量份亚硫酸钠和6质量份去离子水，继续反应4小时，得到聚合物包覆颜料色浆。

具体实施例4

S1：将25质量份颜料黄74、1质量份可聚合分散剂A1和58.47质量份去离子水混合并搅拌分散60分钟后，置于砂磨机中研磨5遍，得到超细颜料水基分散体；

S2：向步骤S1得到的超细颜料水基分散体中添加1.5质量份苯乙烯、2质量份马来酸酐和0.03质量份过硫酸钠混合均匀后，转移至反应容器中，在氩气保护且温度控制在80℃的条件下，搅拌反应5小时，得到聚合物包覆颜料色浆前体；

S3：向步骤S2得到的聚合物包覆颜料色浆前体添加4.5质量份烷醇酰胺B3和0.01质量份丝光沸石，在氮气保护且温度控制在80℃的条件下，搅拌反应2小时后过滤除去丝光沸石，然后向滤液中添加2.5质量份亚硫酸钠和5质量份去离子水，继续反应4小时，得到聚合物包覆颜料色浆。

对比例1

该对比例1以具体实施例1为参照，用KH570(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)代替可聚合分散剂。

S1：将30质量份酞菁蓝15:3、2质量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和48.96质量份去离子水混合并搅拌分散30分钟后，置于砂磨机中研磨6遍，得到超细颜料水基分散体；

对比例2

该对比例2以具体实施例1为参照，用甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠代替可聚合分散剂。

S1：将30质量份酞菁蓝15:3、2质量份甲基丙烯酸羟丙基磺酸钠和48.96质量份去离子水混合并搅拌分散30分钟后，置于砂磨机中研磨6遍，得到超细颜料水基分散体；

对比例3

该对比例3以具体实施例1为参照，用预先合成的苯乙烯-马来酸酐分散剂代替聚合单体苯乙烯和聚合单体马来酸酐。

S2：向步骤S1得到的超细颜料水基分散体中添加4质量份苯乙烯-马来酸酐分散剂，搅拌分散4小时，得到色浆前体；

S3：向步骤S2得到的色浆前体添加5质量份烷醇酰胺B1和0.01质量份丝光沸石，在氮气保护且温度控制在75℃的条件下，搅拌反应3小时后过滤除去丝光沸石，然后向滤液中添加2.6质量份亚硫酸钠和7.4质量份去离子水，继续反应5小时，得到聚合物包覆颜料色浆。

对比例4

该对比例4以具体实施例1为参照，其未进行第三步骤使用烷醇酰胺进行接枝改性处理的步骤。

S2：向步骤S1得到的超细颜料水基分散体中添加2质量份苯乙烯、2质量份马来酸酐和0.04质量份过硫酸铵混合均匀后，转移至反应容器中，在氮气保护且温度控制在75℃的条件下，搅拌反应4小时，得到聚合物包覆颜料色浆前体。

对上述具体实施例和对比例制备得到的聚合物包覆颜料色浆进行性能测试，性能测试方法如下：

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电位仪测试该组合物粒径分布，测试结果中，以D50表示所测颗粒中50％的粒子都能通过的最小粒径，以D90表示所测颗粒中90％的粒子都能通过的最小粒径，以D50和D90表示粒径分布。

2)可纺性测试：

分别取100克具体实施例1-4和对比例1-4制备的聚合物包覆颜料色浆和1000克粘胶纺丝原液混合均匀后，经真空脱泡形成有色纺丝原液，将该有色纺丝原液通过120孔0.08毫米直径的喷丝孔进行纺丝，纺丝速度为5m/min，在连续纺丝1小时后，观察有无堵塞纺丝孔情况。测试结果中，“√”表示未见纺丝孔堵塞；“○”表示可见部分纺丝孔堵塞；“×”表示纺丝孔全部堵塞。

3)纤维耐水洗测试：

分别取10克上述纤维，与150克去离子水一起放入带冷凝回流管的烧瓶中，于95℃下加热1小时，取出纤维，看溶液是否变色。测试结果中，“√”表示未见变色；“○”表示略有变色，但不明显；“×”表示溶液有明显变色。

具体实施例1-4和对比例1-4粒径分布、可纺性及纤维耐水洗测试结果参见表1中所述。

表1 具体实施例1-4和对比例1-4性能测试结果

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种粘胶纤维原液着色用聚合物包覆颜料色浆的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1：将颜料、可聚合分散剂和去离子水合并搅拌分散至少30分钟后，置于砂磨机中至少研磨3遍，得到超细颜料水基分散体；其中所述可聚合分散剂为具有通式(I)结构的化合物：

其中，R₁、R₂为相互独立的H或甲基；R₃为含碳数在1～15之间的亚烷基，且含1和15；R₄为含碳数在1～16之间的烷基，且含1和16；a为1～15之间的整数且包含1和15；b为1～30之间的整数且包含1和30；c为1～30之间的整数且包含1和30；

S3：向步骤S2得到的聚合物包覆颜料色浆前体中添加烷醇酰胺和丝光沸石，在惰性气体保护且温度控制在60～90℃的条件下，搅拌反应2-5小时后过滤除去丝光沸石，然后向滤液中添加亚硫酸钠溶液，继续反应4-6小时，得到聚合物包覆颜料色浆。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述烷醇酰胺为具有通式(II)结构的化合物：

R₅CONH(CH₂)_nOH

(II)

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以粘胶纤维原液着色用聚合物包覆颜料色浆总质量百分比计，各成分用量如下：颜料10-50wt.％、可聚合分散剂1-3wt.％、苯乙烯1-3wt.％、马来酸酐1-3wt.％、占苯乙烯和马来酸酐总质量0.5-1.5wt.％的引发剂、占马来酸酐质量200-300wt.％的烷醇酰胺、占马来酸酐质量100-150wt.％的亚硫酸钠和余量去离子水。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述颜料为无机颜料或有机颜料中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的至少一种。

6.一种由权利要求1至5中任一权利要求所述制备方法制备得到的粘胶纤维原液着色用聚合物包覆颜料色浆。

7.一种权利要求6所述色浆在粘胶纤维原液着色中的应用。