CN111826027B

CN111826027B - 一种炭黑色浆及其制备方法和应用

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Publication number: CN111826027B
Application number: CN202010775960.0A
Authority: CN
Inventors: 吕仕铭; 徐利伟; 宋文强; 吕品
Original assignee: Changshu Shiming Chemical Technology Co ltd
Current assignee: Changshu Shiming Chemical Technology Co ltd
Priority date: 2020-08-05
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2022-09-16
Anticipated expiration: 2040-08-05
Also published as: CN111826027A

Abstract

本发明公开了一种炭黑色浆及其制备方法和应用，将占改性炭黑质量3～6wt.％的表面活性剂、占炭黑色浆总质量5～10wt.％的保湿剂、占炭黑色浆总质量0.05～0.5wt.％的防霉杀菌剂和水混合均匀，将pH值调节到8.0～10.0，添加占炭黑色浆总质量20～50wt.％的改性炭黑，经分散、研磨、过滤后得到炭黑色浆。本发明提供的炭黑色浆及其制备方法和应用，首先用液相氧化法利用氧化剂对炭黑氧化，得到氧化炭黑，然后将壳聚糖包覆在炭黑表面上，最后再对壳聚糖进行羧甲基化，制备得到的改性炭黑与具有特殊结构的表面活性剂、保湿剂、防霉杀菌剂、水等经混匀、分散、研磨、过滤后得到炭黑色浆，炭黑色浆具有粒径小、稳定性高、与粘胶原液的相容性好、制备的纤维耐水洗性能好等特点。

Description

一种炭黑色浆及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于精细化工技术领域，具体涉及一种炭黑色浆及其制备方法和应用。

背景技术

粘胶纤维是以木纤维/棉短绒等天然纤维为原料，经碱化、老化、磺化等工序制成可溶性纤维素黄原酸酯，再溶于稀碱液制成粘胶，经湿法纺丝而制成。由于粘胶纤维具有良好的透气性和吸湿性，符合人体皮肤生理要求等特点，被广泛应用于内衣、外套等各类纺织品中。采用染料进行染色是粘胶纤维着色的主要方法，然而该工艺存在耗水、耗能、污水量大等缺点。

原液着色工艺是在粘胶的纺丝原液中，加入着色剂进行纺丝直接制成有色粘胶纤维的技术。由于原液着色工艺减少了传统的染色工艺，与染色相比，水耗、能耗降低显著，且利用原液着色工艺制备的粘胶纤维水洗和日晒色牢度高，具有良好的发展前景。粘胶原液着色领域中，为了避免不同颜色过渡丝造成的浪费，原液着色粘胶生产厂家一般都会选择生产黑色等用量较大的原液着色纤维，并将生产单进行集中生产，连续生产时间较长。为了保证连续生产的质量，对于所用黑色色浆的性能有较为苛刻的要求。

炭黑是一种常见的颜料，通过对炭黑等颜料进行表面改性，以提高其在水中的稳定分散以及与应用体系中的应用效果，是一种常见的提高颜料应用性能的方法。中国专利，专利公开号为CN106634059，公开了一种水性自分散纳米炭黑的制备方法，通过在炭黑表面接枝含有碳碳双键的硅烷偶联剂，利用硅烷偶联剂的可聚合基团与其它水性单体共聚，在炭黑粒子表面包覆一层具有分散和稳定双重作用的聚合物，以达到在水性溶剂中自分散的目的。美国专利，专利公开号为US6221143，公开了一种含有有机基团的阳离子颜料，公开报道该有机基团由两种结构组成：a)至少一个芳族基团，至少一个C_1-20的烷基，或两者；b)至少一个带有阳离子的离子基团，至少一个带有可电离成阳离子的基团，或两者，以及相应的平衡阴离子，该阳离子颜料可用于基于水或溶剂的组合物中，特别是在油墨组合物中，尤其是喷墨油墨组合物中。

壳聚糖是世界第二大天然高分子甲壳素在强碱条件下进行脱乙酰基作用后得到的一种碱性多糖，与纤维素具有相近的化学结构，具有无毒、抑菌等特点。现有技术中有将壳聚糖或改性壳聚糖直接添加到纺丝原液中共混制备粘胶纤维，如中国专利，专利公开号为CN1424441，公开了一种改性甲壳素-壳聚糖和粘胶纤维纺丝原液共混材料的制备工艺及制品，改性甲壳素-壳聚糖与粘胶原液共混材料的制品具有良好的染色性、抗菌性、相容性。现有技术中将壳聚糖或改性壳聚糖与炭黑直接混合，如中国专利，专利公开号为CN107502071，公开了一种炭黑基水性涂料及其制备方法，是将炭黑、抗菌剂改性壳聚糖等组分分散得到炭黑基水性涂料，主要用于育果袋外袋纸的表面涂饰。然而，目前尚未见将壳聚糖包覆在炭黑上并用于粘胶纤维原液着色，以改善粘胶纤维的可纺性和提高有色纤维的耐水洗色牢度的报道。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种炭黑色浆及其制备方法和应用，由该方法制备的炭黑色浆粒径小、稳定性高、与粘胶原液的相容性好、制备的原液着色粘胶纤维耐水洗性能好。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

一种炭黑色浆，通过表面活性剂、保湿剂、防霉杀菌剂和水经混匀和pH值调节后与改性炭黑制备而成。

本发明公开了一种炭黑色浆的制备方法，包括以下步骤：

将占改性炭黑质量3～6wt.％的表面活性剂、占炭黑色浆总质量5～10wt.％的保湿剂、占炭黑色浆总质量0.05～0.5wt.％的防霉杀菌剂和水混合均匀，用pH值调节剂将pH值调节到8.0～10.0，添加占炭黑色浆总质量20～50wt.％的改性炭黑，经混匀、分散、研磨、过滤后得到所需炭黑色浆；表面活性剂在色浆制备中起到重要作用，表面活性剂的用量取决于颜料炭黑的质量；其中，炭黑色浆总质量为表面活性剂、保湿剂、防霉杀菌剂、水、改性炭黑的质量之和。

进一步的，改性炭黑采用以下步骤制备得到：

S1：将质量份数为40份的炭黑与质量份数为400份的氧化剂进行混合，在60～90℃温度下反应2～5h，冷却、过滤、洗涤、干燥得到氧化炭黑；

S2：取步骤S1制得的质量份数为40份的氧化炭黑分散在质量份数为100份的水中，加入质量份数为2～5份的壳聚糖分散30～60min，加入质量份数为20～40份的氢氧化钠分散2～6h，缓慢加入质量份数为5～10份的氯乙酸和质量份数为0.5～1.0份的碘化钾，在温度为40～70℃下反应2～6h，冷却、过滤、洗涤、干燥得到改性炭黑。

进一步的，步骤S1中，所述氧化剂为双氧水、硫酸、过硫酸铵、硝酸中的至少一种。

进一步的，所述表面活性剂为具有通式(I)结构的化合物：

其中，R为含碳数在10～20之间的烷基，且含10和20；Y为Na、K中的一种。

进一步的，具有通式(I)结构的化合物通过多种工艺制备而得，其中一种工艺是以丝光沸石为催化剂，在惰性气体保护下，温度控制在60～90℃，烷醇酰胺RCONHCH₂CH₂OH与马来酸酐反应2～5h，然后再与亚硫酸盐反应得到。

进一步的，所述保湿剂为聚乙二醇、聚丙二醇、三甘醇、丙三醇、1,2,4-丁三醇、二乙二醇二丁醚、四甘醇、四甘醇二甲醚中的至少一种。

进一步的，所述防霉杀菌剂为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、5-氯-2-甲基-1-异噻唑啉-3-酮、3-碘-2-炔丙基丁基氨基甲酸酯中的至少一种。

进一步的，所述pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸氢钠、磷酸氢二钠、三乙醇胺中的一种。

本发明还公开了一种炭黑色浆在粘胶纤维原液着色中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种炭黑色浆及其制备方法和应用，将占改性炭黑质量3～6wt.％的表面活性剂、占炭黑色浆总质量5～10wt.％的保湿剂、占炭黑色浆总质量0.05～0.5wt.％的防霉杀菌剂和水混合均匀，用pH值调节剂将pH值调节到8.0～10.0，添加占炭黑色浆总质量20～50wt.％的改性炭黑，经分散、研磨、过滤后得到炭黑色浆。本发明提供的炭黑色浆及其制备方法和应用，首先用液相氧化法利用氧化剂对炭黑氧化，得到氧化炭黑，然后将壳聚糖包覆在炭黑表面上，最后再对壳聚糖进行羧甲基化，制备得到的改性炭黑与具有特殊结构的表面活性剂、保湿剂、防霉杀菌剂、水等经混匀、分散、研磨、过滤后得到炭黑色浆，炭黑色浆具有粒径小、稳定性高、与粘胶原液的相容性好、制备的纤维可纺性、耐水洗性良好等特点。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

一种炭黑色浆的制备方法，包括以下步骤：

将占改性炭黑质量3～6wt.％的表面活性剂、占炭黑色浆总质量5～10wt.％的保湿剂、占炭黑色浆总质量0.05～0.5wt.％的防霉杀菌剂和水混合均匀，用pH值调节剂将pH值调节到8.0～10.0，添加占炭黑色浆总质量20～50wt.％的改性炭黑，经混匀、分散、研磨、过滤后得到所需炭黑色浆，表面活性剂、保湿剂、防霉杀菌剂、水、改性炭黑的质量之和为炭黑色浆总质量。

改性炭黑采用以下步骤制备得到：

氧化剂为双氧水、硫酸、过硫酸铵、硝酸中的至少一种。

保湿剂为聚乙二醇、聚丙二醇、三甘醇、丙三醇、1,2,4-丁三醇、二乙二醇二丁醚、四甘醇、四甘醇二甲醚中的至少一种。

防霉杀菌剂为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、5-氯-2-甲基-1-异噻唑啉-3-酮、3-碘-2-炔丙基丁基氨基甲酸酯中的至少一种。

pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸氢钠、磷酸氢二钠、三乙醇胺中的一种。

本发明还提供了一种炭黑色浆在粘胶纤维原液着色中的应用。

下述实施例和对比例采用的表面活性剂为具有通式(I)结构的化合物：

表面活性剂A1中，R为C₁₅H₃₁，Y为10，n为Na；

表面活性剂A2中，R为C₁₀H₂₁，m为30，n为K；

表面活性剂A3中，R为C₂₀H₄₁，m为15，n为Na。

实施例1

改性炭黑采用以下步骤制备得到：

S1：将质量为40份的炭黑与质量为400份的双氧水进行混合，在75℃温度下反应4h，冷却、过滤、洗涤、干燥得到氧化炭黑；

S2：取步骤S1制得的质量为40份的氧化炭黑分散在质量为100份的水中，加入质量为3份的壳聚糖分散40min，加入质量为30份的氢氧化钠分散4h，缓慢加入质量为7份的氯乙酸和质量为0.8份的碘化钾，在温度为50℃下反应5h，冷却、过滤、洗涤、干燥得到改性炭黑。

一种炭黑色浆的制备方法，包括以下步骤：

将质量为1.5份的表面活性剂A1、质量为7份的聚乙二醇、质量为0.2份的1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和质量为61.3份的水混合均匀，用氢氧化钠pH值调节剂将pH值调节到9.0，添加质量为30份的改性炭黑，经混匀、分散、研磨、过滤后得到炭黑色浆。

实施例2

改性炭黑采用以下步骤制备得到：

S1：将质量为40份的炭黑与质量为400份的硫酸进行混合，在60℃温度下反应5h，冷却、过滤、洗涤、干燥得到氧化炭黑；

S2：取步骤S1制得的质量为40份的氧化炭黑分散在质量为100份的水中，加入质量为5份的壳聚糖分散50min，加入质量为20份的氢氧化钠分散6h，缓慢加入质量为5份的氯乙酸和质量为1.0份的碘化钾，在温度为40℃下反应4h，冷却、过滤、洗涤、干燥得到改性炭黑。

一种炭黑色浆的制备方法，包括以下步骤：

将质量为0.6份的表面活性剂A2、质量为8份的丙三醇、质量为0.05份的5-氯-2-甲基-1-异噻唑啉-3-酮和质量为71.35份的水混合均匀，用氢氧化钾pH值调节剂将pH值调节到8.0，添加质量为20份的改性炭黑，经分散、研磨、过滤后得到炭黑色浆。

实施例3

改性炭黑采用以下步骤制备得到：

S1：将质量为40份的炭黑与质量为400份的过硫酸铵进行混合，在90℃温度下反应2h，冷却、过滤、洗涤、干燥得到氧化炭黑；

S2：取步骤S1制得的质量为40份的氧化炭黑分散在质量为100份的水中，加入质量为4份的壳聚糖分散60min，加入质量为40份的氢氧化钠分散2h，缓慢加入质量为8份的氯乙酸和质量为0.5份的碘化钾，在温度为60℃下反应6h，冷却、过滤、洗涤、干燥得到改性炭黑。

一种炭黑色浆的制备方法，包括以下步骤：

将质量为3份的表面活性剂A3、质量为5份的二乙二醇二丁醚、质量为0.2份的1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和0.3份的5-氯-2-甲基-1-异噻唑啉-3-酮、质量为41.5份的水混合均匀，用氨水pH值调节剂将pH值调节到10.0，添加质量为50份的改性炭黑，经分散、研磨、过滤后得到炭黑色浆。

实施例4

改性炭黑采用以下步骤制备得到：

S1：将质量为40份的炭黑与质量为400份的硝酸进行混合，在80℃温度下反应3h，冷却、过滤、洗涤、干燥得到氧化炭黑；

S2：取步骤S1制得的质量为40份的氧化炭黑分散在质量为100份的水中，加入质量为2份的壳聚糖分散30min，加入质量为35份的氢氧化钠分散3h，缓慢加入质量为10份的氯乙酸和质量为0.7份的碘化钾，在温度为70℃下反应2h，冷却、过滤、洗涤、干燥得到改性炭黑。

一种炭黑色浆的制备方法，包括以下步骤：

将质量为1.6份的表面活性剂A2、质量为5份的聚乙二醇和5份聚丙二醇、质量为0.3份的3-碘-2-炔丙基丁基氨基甲酸酯和质量为48.1份的水混合均匀，用碳酸氢钠pH值调节剂将pH值调节到8.5，添加质量为40份的改性炭黑，经分散、研磨、过滤后得到炭黑色浆。

对比例1

本对比例1不对炭黑进行改性处理。

一种炭黑色浆的制备方法，包括以下步骤：

将质量为1.5份的表面活性剂A1、质量为7份的聚乙二醇、质量为0.2份的1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和质量为61.3份的水混合均匀，用氢氧化钠pH值调节剂将pH值调节到9.0，添加质量为30份的市购炭黑，经分散、研磨、过滤后得到炭黑色浆。

对比例2

本对比例2不对壳聚糖进行羧甲基化处理。

改性炭黑采用以下步骤制备得到：

S2：取步骤S1制得的质量为40份的氧化炭黑分散在质量为100份的水中，加入质量为3份的壳聚糖分散40min，过滤、洗涤、干燥得到改性炭黑。

一种炭黑色浆的制备方法，包括以下步骤：

将质量为1.5份的表面活性剂A1、质量为7份的聚乙二醇、质量为0.2份的1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和质量为61.3份的水混合均匀，用氢氧化钠pH值调节剂将pH值调节到9.0，添加质量为30份的改性炭黑，经分散、研磨、过滤后得到炭黑色浆。

对比例3

本对比例3只对炭黑进行氧化处理。

改性炭黑采用以下步骤制备得到：

将质量为40份的炭黑与质量为400份的双氧水进行混合，在75℃温度下反应4h，冷却、过滤、洗涤、干燥得到氧化炭黑。

一种炭黑色浆的制备方法，包括以下步骤：

将质量为1.5份的表面活性剂A1、质量为7份的聚乙二醇、质量为0.2份的1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和质量为61.3份的水混合均匀，用氢氧化钠pH值调节剂将pH值调节到9.0，添加质量为30份的氧化炭黑，经分散、研磨、过滤后得到炭黑色浆。

对比例4

本对比例4用常规壬基酚聚氧乙烯醚代替本申请的表面活性剂A1。

改性炭黑采用以下步骤制备得到：

一种炭黑色浆的制备方法，包括以下步骤：

将质量为1.5份的壬基酚聚氧乙烯醚、质量为7份的聚乙二醇、质量为0.2份的1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和质量为61.3份的水混合均匀，用氢氧化钠pH值调节剂将pH值调节到9.0，添加质量为30份的改性炭黑，经分散、研磨、过滤后得到炭黑色浆。

炭黑色浆性能测试

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电位仪测试实施例1-4和对比例1-4制备的炭黑色浆的粒径分布，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。

储存稳定性测试：将实施例1-4和对比例1-4制备的炭黑色浆在25℃下密闭放置180天后，目测观察有无出现明显炭黑沉淀、絮凝等严重影响稳定性的情况。“√”表示未见炭黑沉淀、絮凝等情况；“○”表示可见炭黑沉淀、絮凝，但需要仔细观察才可以发现；“×”表示明显可见炭黑的沉淀、絮凝情况。

可纺性测试：分别取实施例1-4和对比例1-4制备的粘胶原液着色用炭黑色浆和1000克粘胶纺丝原液混合均匀后形成纺丝原液，色浆中炭黑质量占最终原液着色纤维总质量的3％，将其通过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。“√”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。

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

实施例1-4和对比例1-4粒径分布、储存稳定性、可纺性及纤维耐水洗测试结果见表1。

表1

本发明未具体描述的部分采用现有技术，未详细描述的部件采用现有产品即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种炭黑色浆，其特征在于，通过表面活性剂、保湿剂、防霉杀菌剂和水经混匀和pH值调节后与改性炭黑制备而成；

所述表面活性剂为具有通式（I）结构的化合物：

（I）

其中，R为含碳数在10～20之间的烷基，且含10和20；Y为Na、K中的一种；

所述改性炭黑采用以下步骤制备得到：

2.根据权利要求1所述的一种炭黑色浆，其特征在于，所述氧化剂为双氧水、硫酸、过硫酸铵、硝酸中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种炭黑色浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将占改性炭黑质量3～6wt.%的表面活性剂、占炭黑色浆总质量5～10wt.%的保湿剂、占炭黑色浆总质量0.05～0.5wt.%的防霉杀菌剂和水混合均匀，用pH值调节剂将pH值调节到8.0～10.0，添加占炭黑色浆总质量20～50wt.%的改性炭黑，经混匀、分散、研磨、过滤后得到所需炭黑色浆；其中，炭黑色浆总质量为表面活性剂、保湿剂、防霉杀菌剂、水、改性炭黑的质量之和。

4.根据权利要求3所述的一种炭黑色浆的制备方法，其特征在于，所述保湿剂为聚乙二醇、聚丙二醇、三甘醇、丙三醇、1,2,4-丁三醇、二乙二醇二丁醚、四甘醇、四甘醇二甲醚中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的一种炭黑色浆的制备方法，其特征在于，所述防霉杀菌剂为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、5-氯-2-甲基-1-异噻唑啉-3-酮、3-碘-2-炔丙基丁基氨基甲酸酯中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的一种炭黑色浆的制备方法，其特征在于，所述pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸氢钠、磷酸氢二钠、三乙醇胺中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种炭黑色浆在粘胶纤维原液着色中的应用。