CN112724607B - 一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒及其制备方法 - Google Patents

一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高含量高色素炭黑‑热塑性聚酯母粒及其制备方法，选用原生粒径小的高色素炭黑，通过对高色素炭黑的臭氧或硝酸氧化改性提高炭黑表面的亲水性，配合分子内含有环氧基或氨基的硅烷偶联剂进行修饰，以及特定结构分散剂和碳纳米纤维的使用，提高高色素炭黑在热塑性聚酯载体树脂中的分散性，结合密炼机和双螺杆挤出造粒工艺实现高黑度和高光泽的高色素炭黑‑热塑性聚酯母粒，所述高色素炭黑‑热塑性聚酯母粒制备得到的聚酯纤维具有良好的力学性能。

Description

一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒及其制备方法
背景技术
母粒又称为色母粒、塑料母粒，是由高比例的颜料或添加剂与热塑性树脂，经过良好分散而成的塑料着色剂；在塑料制品加工的过程中，相较于直接加入颜料来说，采用色母粒的方式可以提高颜料的分散性和着色力，使加热熔融后的颜料颗粒可以更好的分散于塑料制品中，提高制品颜色的稳定性；采用不同颜色的颜料可以制得不同的色母粒，其中黑色母粒是由炭黑、载体和助剂制备而成的。
众所周知，炭黑是一种纳米材料，原生粒径一般在15-120nm之间，具有粒径小、比表面积高、吸油量高等特点，难以在载体树脂中分散。其中，炭黑原生粒径越小、炭黑的含量越高、炭黑的分散性越好，炭黑母粒的着色力和黑度越高；且炭黑的含量越高，添加比例越小，成本越低，对工程塑料的影响也越小。但是炭黑的粒径越小，炭黑含量越高，其比表面积就越大，炭黑聚集体之间的分子间作用力越强，越不容易分散。为了改善炭黑在载体树脂中分散程度，目前的通用技术是在色母粒中添加较高含量的聚乙烯蜡、EBS等低分子润滑剂，然而，以聚乙烯为基体树脂的炭黑色母粒在对聚酯材料进行着色时，由于基体树脂的相容性原因，使得炭黑在最终制品中的分散效果下降，产品的光泽度和着色牢度均受到影响。
另外，聚酯树脂，尤其是热塑性聚酯树脂通常用于纺丝制备聚酯纤维，聚酯纤维不仅具有较高的强度，而且还具备优良的耐磨性、抗蠕变性能，因此广泛用于服用、家纺等纺织领域，是当前合成纤维的第一大品种，与锦纶、腈纶并称为“三大合成纤维”。然而，聚酯纤维的染色性能差，色牢度较低，耐光照以及耐热性能差，容易导致色差、色斑、色花等缺陷。对于黑色色母粒来说，炭黑原生粒径较小，难以良好的分散，采用常规剂量添加时难以得到预期的光泽度和黑度，而增加色母粒添加比例时则熔体流动性变差，注头、断丝现象频发，纤维的物理性能下降。
因此，如何平衡热塑性聚酯色母粒在纺丝制备纤维时具有良好的光泽度和黑度以及良好的物理性能是本领域研究人员的重点工作。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒及其制备方法，利用着色力强的高色素炭黑制备高含量热塑性聚酯炭黑母粒，实现降低色母粒添加比例仍能达到预期光泽度和黑度，以及物理性能的效果，在制备热塑性聚酯炭黑母粒时通过对炭黑进行氧化改性，以及特定偶联剂的修饰，和高分子分散剂的使用，实现高色素炭黑粒子在热塑性聚酯载体树脂中的良好分散。
为了实现上述目的，本发明提供一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒，包括以下重量份的原料：
高色素炭黑20-60份，热塑性聚酯20-100份，碳纳米纤维0.5-4份，分散剂4-15份，硅烷偶联剂3-8份，抗氧剂0.5-3份。
所述高色素炭黑预先经过臭氧或硝酸氧化改性，粒径为10-25nm，比表面积为400-700m2/g，吸油值＜1.5ml/g，挥发分含量达到4.5-6.5wt％。
所述热塑性聚酯的酸值为20-50mgKOH/g，熔融指数(230℃/2.16Kg)为20-30g/10min；特性粘度0.6-0.9dL/g。
所述碳纳米纤维的直径为10-20nm，长度10-50μm；
所述分散剂的重均分子量为3500-6000，由以下步骤制备而成：
(1)按照如下重量份配制反应原料：硬脂酸10-20份，己内酯20-40份，偏苯三酸酐5-10份，琥珀酸10-20份，二羟甲基丙酸5-8份，新戊二醇8-15份，乙二醇6-10份，三羟乙基异氰尿酸酯3-4份，二苯甲烷二异氰酸酯10-20份，N,N-二甲氨基丙胺6-10份，钛酸四丁酯0.02-0.05份，二甲苯40-80份；
(2)将硬脂酸、琥珀酸、新戊二醇、乙二醇、三羟乙基异氰尿酸酯、1/2重量的二甲苯和钛酸四丁酯加入反应釜中，通入氮气升温至170-180℃，保温反应8-12h，反应过程中通过分水器持续排除水分；随后加入己内酯、二羟甲基丙酸，通入氮气升温至200-220℃，保温反应6-8h，反应过程中通过分水器持续排除水分；随后加入偏苯三酸酐，通入氮气降温至170-180℃，保温反应4-6h，反应至酸值为60-80mgKOH/g后，减压蒸馏除去二甲苯以及未反应的小分子获得聚酯；
(3)将步骤(2)制备的聚酯、二苯甲烷二异氰酸酯和剩余的二甲苯混合均匀，与40-50℃下保温反应2-4h，最后加入N,N-二甲氨基丙胺继续保温反应2-4h，减压蒸馏除去二甲苯以及未反应的小分子获得分散剂。
所述硅烷偶联剂为分子内含有环氧基或伯氨基的硅烷偶联剂，选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(DL602)，环氧丁基三甲氧基硅烷的一种；
所述抗氧剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯类抗氧剂的一种或两种以上；
进一步，本发明提供一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒，包括以下重量份的原料：
高色素炭黑30-50份，热塑性聚酯40-80份，碳纳米纤维0.5-2份，分散剂4-10份，硅烷偶联剂3-6份，抗氧剂0.5-1.5份。
优选地，所述一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒包含本领域常用的助剂，例如，抗静电剂、抗菌剂、阻燃剂、耐老化剂、以及热稳定剂等。
本发明的另一个目的在于提供一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)备料
按照以下重量份称取各原料，高色素炭黑20-60份，热塑性聚酯20-100份，碳纳米纤维0.5-4份，分散剂4-15份，硅烷偶联剂3-8份，抗氧剂0.5-3份
(2)高色素炭黑和碳纳米纤维改性
将高色素炭黑与硅烷偶联剂混合均匀，在0-10℃下球磨20-40min，制备得到硅烷偶联剂改性的高色素炭黑，然后加入碳纳米纤维后继续在0-10℃下球磨20-40mi；
(3)混炼处理
将步骤(2)制备得到的产品分散在溶剂中，超声分散20-40min；继续加入分散剂、抗氧剂超声分散10-20min后，加入热塑性聚酯混合搅拌均匀，转至密炼机中混炼30-60min，密炼温度控制在140-160℃；
(4)挤出造粒
将步骤(3)得到的密炼产物转至双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒的过程中喂料温度控制在180-200℃，熔融温度控制在220-240℃，挤出温度控制在210-230℃。
进一步，所述溶剂选自丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇丁醚、正丁醇的一种；
所述高色素炭黑预先经过臭氧或硝酸氧化改性，粒径为10-25nm，比表面积为400-700m2/g，吸油值＜1.5ml/g，挥发分含量达到4.5-6.5wt％。
所述热塑性聚酯的酸值为20-50mgKOH/g，熔融指数(230℃/2.16Kg)为20-30g/10min；特性粘度0.6-0.9dL/g。
所述碳纳米纤维的直径为10-20nm，长度10-50μm；
所述分散剂的重均分子量为3500-6000，由以下步骤制备而成：
(1)按照如下重量份配制反应原料：硬脂酸10-20份，己内酯20-40份，偏苯三酸酐5-10份，琥珀酸10-20份，二羟甲基丙酸5-8份，新戊二醇8-15份，乙二醇6-10份，三羟乙基异氰尿酸酯3-4份，二苯甲烷二异氰酸酯10-20份，N,N-二甲氨基丙胺6-10份，钛酸四丁酯0.02-0.05份，二甲苯40-80份；
(2)将硬脂酸、琥珀酸、新戊二醇、乙二醇、三羟乙基异氰尿酸酯、1/2重量的二甲苯和钛酸四丁酯加入反应釜中，通入氮气升温至170-180℃，保温反应8-12h，反应过程中通过分水器持续排除水分；随后加入己内酯、二羟甲基丙酸，通入氮气升温至200-220℃，保温反应6-8h，反应过程中通过分水器持续排除水分；随后加入偏苯三酸酐，通入氮气降温至170-180℃，保温反应4-6h，反应至酸值为60-80mgKOH/g后，减压蒸馏除去二甲苯以及未反应的小分子获得聚酯；
(3)将步骤(2)制备的聚酯、二苯甲烷二异氰酸酯和剩余的二甲苯混合均匀，与40-50℃下保温反应2-4h，最后加入N,N-二甲氨基丙胺继续保温反应2-4h，减压蒸馏除去二甲苯以及未反应的小分子获得分散剂。
所述硅烷偶联剂为分子内含有环氧基或伯氨基的硅烷偶联剂，选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(DL602)，环氧丁基三甲氧基硅烷的一种；
所述抗氧剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯类抗氧剂的一种或两种以上；
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供了一种高色素高含量热塑性聚酯炭黑母粒，提高了高色素炭黑在聚酯载体树脂中的分散效果，达到了炭黑-聚酯色母粒高黑度和高光泽的技术效果。众所周知，高色素炭黑粒径小，容易团聚，难以在聚酯载体树脂中实现良好的分散，本发明通过对高色素炭黑进行臭氧等氧化改性，使得炭黑表面羟基、羧基等亲水性基团含量提高，降低炭黑的碱性；同时利用分子内含有环氧基或伯氨基的硅烷偶联剂对改性后的高色素炭黑进一步修饰，使得硅烷偶联剂与高色素炭黑表面发生化学键合，并在炭黑表面赋予更多的反应基团和亲水基团，使得其能够与聚酯载体树脂良好的相容；
另一方面，针对现有技术中常用的聚乙烯蜡、EBS等疏水、低分子润滑剂，与聚酯载体树脂的相容性较差的问题，本发明创新性的提供了一种分散剂能够在聚酯载体树脂中良好的分散高色素炭黑，且所述分散剂含有胺基、酯键、羟基等亲水性基团与聚酯载体树脂的相容性高，以及分子内含量大量苯环等刚性结构，能够提供较大的剪切力实现高色素炭黑的分散。
(2)本发明通过硅烷偶联剂以及分散剂的联合使用，发现二者能够协同提高高色素炭黑在聚酯树脂中的分散效果，能够增强色母粒的黑度和光泽度，且克服高色素炭黑色母粒的红相缺陷，制备得到的高色素炭黑-热塑性聚酯色母粒的色相偏蓝。
同时，通过加入碳纳米纤维，其能够促进高色素炭黑在聚酯载体树脂中的分散，也促进了高色素高含量热塑性聚酯炭黑母粒在纺丝纤维时的力学性能，
(3)本发明通过湿法造粒技术，选用对高色素炭黑具有良好分散性的溶剂实现炭黑在聚酯载体树脂中的高度分散，且控制密炼机和双螺杆挤出机的工艺，制备得到高黑度、高含量、高光泽的高色素炭黑-聚酯色母粒，工艺简单，成本较低，适合大规模工业生产，具有良好的经济效益和广阔的市场前景。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。下面实施例中涉及的物料均可从商业渠道获得。
1.原料准备
1.1高色素炭黑的改性
预先经过臭氧或硝酸氧化改性，粒径为10-25nm，比表面积为400-700m2/g，吸油值＜1.5ml/g，挥发分含量达到4.5-6.5wt％。
1.2分散剂的制备
1.2.1分散剂I的制备，包括以下步骤：
(1)按照如下重量份配制反应原料：硬脂酸20份，己内酯40份，偏苯三酸酐8份，琥珀酸20份，二羟甲基丙酸8份，新戊二醇10份，乙二醇8份，三羟乙基异氰尿酸酯3份，二苯甲烷二异氰酸酯15份，N,N-二甲氨基丙胺8份，钛酸四丁酯0.04份，二甲苯80份；
(2)将硬脂酸、琥珀酸、新戊二醇、乙二醇、三羟乙基异氰尿酸酯、1/2重量的二甲苯和钛酸四丁酯加入反应釜中，通入氮气升温至180℃，保温反应10h，反应过程中通过分水器持续排除水分；随后加入己内酯、二羟甲基丙酸，通入氮气升温至220℃，保温反应6h，反应过程中通过分水器持续排除水分；随后加入偏苯三酸酐，通入氮气降温至170℃，保温反应5h，反应至酸值为60-80mgKOH/g后，减压蒸馏除去二甲苯以及未反应的小分子获得聚酯；
(3)将步骤(2)制备的聚酯、二苯甲烷二异氰酸酯和剩余的二甲苯混合均匀，与50℃下保温反应2h，最后加入N,N-二甲氨基丙胺继续保温反应4h，减压蒸馏除去二甲苯以及未反应的小分子获得分散剂，重均分子量4680。
1.2.2分散剂II的制备，包括以下步骤：
(1)按照如下重量份配制反应原料：硬脂酸15份，己内酯30份，偏苯三酸酐10份，琥珀酸15份，二羟甲基丙酸5份，新戊二醇15份，乙二醇6份，三羟乙基异氰尿酸酯4份，二苯甲烷二异氰酸酯20份，N,N-二甲氨基丙胺10份，钛酸四丁酯0.05份，二甲苯70份；
(2)将硬脂酸、琥珀酸、新戊二醇、乙二醇、三羟乙基异氰尿酸酯、1/2重量的二甲苯和钛酸四丁酯加入反应釜中，通入氮气升温至170℃，保温反应12h，反应过程中通过分水器持续排除水分；随后加入己内酯、二羟甲基丙酸，通入氮气升温至210℃，保温反应8h，反应过程中通过分水器持续排除水分；随后加入偏苯三酸酐，通入氮气降温至180℃，保温反应6h，反应至酸值为60-80mgKOH/g后，减压蒸馏除去二甲苯以及未反应的小分子获得聚酯；
(3)将步骤(2)制备的聚酯、二苯甲烷二异氰酸酯和剩余的二甲苯混合均匀，与40℃下保温反应3h，最后加入N,N-二甲氨基丙胺继续保温反应3h，减压蒸馏除去二甲苯以及未反应的小分子获得分散剂，重均分子量为5240。
1.2.3分散剂III的制备，包括以下步骤制备而成：
(1)按照如下重量份配制反应原料：己内酯40份，偏苯三酸酐10份，琥珀酸20份，二羟甲基丙酸8份，新戊二醇8份，乙二醇9份，三羟乙基异氰尿酸酯3份，二苯甲烷二异氰酸酯12份，N,N-二甲氨基丙胺8份，钛酸四丁酯0.03份，二甲苯60份；
(2)将硬脂酸、琥珀酸、新戊二醇、乙二醇、三羟乙基异氰尿酸酯、1/2重量的二甲苯和钛酸四丁酯加入反应釜中，通入氮气升温至180℃，保温反应8h，反应过程中通过分水器持续排除水分；随后加入己内酯、二羟甲基丙酸，通入氮气升温至220℃，保温反应8h，反应过程中通过分水器持续排除水分；随后加入偏苯三酸酐，通入氮气降温至1180℃，保温反应5h，反应至酸值为60-80mgKOH/g后，减压蒸馏除去二甲苯以及未反应的小分子获得聚酯；
(3)将步骤(2)制备的聚酯、二苯甲烷二异氰酸酯和剩余的二甲苯混合均匀，与45℃下保温反应4h，最后加入N,N-二甲氨基丙胺继续保温反应2h，减压蒸馏除去二甲苯以及未反应的小分子获得分散剂，重均分子量4250。
实施例1
本实施例制备一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒，包括以下重量份的原料：高色素炭黑60份，热塑性聚酯80份，碳纳米纤维3份，分散剂10份，硅烷偶联剂5份，抗氧剂0.9份。
所述高色素炭黑预先经过臭氧氧化改性，粒径为10-25nm，比表面积为400-700m2/g，吸油值＜1.5ml/g，挥发分含量达到4.5-6.5wt％。
所述热塑性聚酯的酸值为40mgKOH/g，熔融指数(230℃/2.16Kg)为30g/10min；特性粘度0.8dL/g。
所述碳纳米纤维的直径为10-20nm，长度10-50μm；
所述分散剂为分散剂I，硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010，
上述高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)备料
按照以下重量份称取各原料，高色素炭黑60份，热塑性聚酯80份，碳纳米纤维3份，分散剂10份，硅烷偶联剂5份，抗氧剂0.9份；
(2)高色素炭黑和碳纳米纤维改性
将高色素炭黑与硅烷偶联剂混合均匀，在0-10℃下球磨40min，制备得到硅烷偶联剂改性的高色素炭黑，然后加入碳纳米纤维后继续在0-10℃下球磨30mi；
(3)混炼处理
将步骤(2)制备得到的产品分散在溶剂丙二醇甲醚中，超声分散40min；继续加入分散剂、抗氧剂超声分散20min后，加入热塑性聚酯混合搅拌均匀，转至密炼机中混炼60min，密炼温度控制在140-160℃；
(4)挤出造粒
将步骤(3)得到的密炼产物转至双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒的过程中喂料温度控制在180-200℃，熔融温度控制在220-240℃，挤出温度控制在210-230℃。
实施例2
本实施例制备一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒，包括以下重量份的原料：高色素炭黑50份，热塑性聚酯40，碳纳米纤维2份，分散剂12份，硅烷偶联剂8份，抗氧剂1份；
所述高色素炭黑预先经过硝酸氧化改性，粒径为10-25nm，比表面积为400-700m2/g，吸油值＜1.5ml/g，挥发分含量达到4.5-6.5wt％；
所述热塑性聚酯的酸值为50mgKOH/g，熔融指数(230℃/2.16Kg)为25g/10min；特性粘度0.6dL/g。
所述碳纳米纤维的直径为10-20nm，长度10-50μm；
所述分散剂为分散剂II，硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)，抗氧剂为受阻胺类抗氧剂5057，
上述高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)备料
按照以下重量份称取各原料，高色素炭黑50份，热塑性聚酯40，碳纳米纤维2份，分散剂12份，硅烷偶联剂8份，抗氧剂1份。
(2)高色素炭黑和碳纳米纤维改性
将高色素炭黑与硅烷偶联剂混合均匀，在0-10℃下球磨30min，制备得到硅烷偶联剂改性的高色素炭黑，然后加入碳纳米纤维后继续在0-10℃下球磨20mi；
(3)混炼处理
将步骤(2)制备得到的产品分散在溶剂丙二醇甲醚醋酸酯中，超声分散240min；继续加入分散剂、抗氧剂超声分散10min后，加入热塑性聚酯混合搅拌均匀，转至密炼机中混炼50min，密炼温度控制在140-160℃；
(4)挤出造粒
将步骤(3)得到的密炼产物转至双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒的过程中喂料温度控制在180-200℃，熔融温度控制在220-240℃，挤出温度控制在210-230℃。
实施例3
本实施例制备一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒，包括以下重量份的原料：高色素炭黑30份，热塑性聚酯50份，碳纳米纤维2份，分散剂5份，硅烷偶联剂4份，抗氧剂1.9份。
所述高色素炭黑预先经过臭氧氧化改性，粒径为10-25nm，比表面积为400-700m2/g，吸油值＜1.5ml/g，挥发分含量达到4.5-6.5wt％。
所述热塑性聚酯的酸值为30mgKOH/g，熔融指数(230℃/2.16Kg)为20g/10min；特性粘度0.7dL/g。
所述碳纳米纤维的直径为10-20nm，长度10-50μm；
所述分散剂为分散剂I，硅烷偶联剂为N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(DL602)，抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂JP308E，
上述高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)备料
按照以下重量份称取各原料，高色素炭黑30份，热塑性聚酯5份，碳纳米纤维2份，分散剂5份，硅烷偶联剂4份，抗氧剂1.9份；
(2)高色素炭黑和碳纳米纤维改性
将高色素炭黑与硅烷偶联剂混合均匀，在0-10℃下球磨30min，制备得到硅烷偶联剂改性的高色素炭黑，然后加入碳纳米纤维后继续在0-10℃下球磨20mi；
(3)混炼处理
将步骤(2)制备得到的产品分散在溶剂丙二醇甲醚中，超声分散40min；继续加入分散剂、抗氧剂超声分散10min后，加入热塑性聚酯混合搅拌均匀，转至密炼机中混炼40min，密炼温度控制在140-160℃；
(4)挤出造粒
将步骤(3)得到的密炼产物转至双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒的过程中喂料温度控制在180-200℃，熔融温度控制在220-240℃，挤出温度控制在210-230℃。
对比例1
使用分散剂III替换分散剂II，其余组成、配比和制备方法与实施例2完全一致。
对比例2
选用不同熔融指数的热塑性聚酯树脂替换实施例2中热塑性聚酯树脂，其余组成、配比和制备方法与实施例2完全一致，选用的热塑性聚酯树脂的酸值为50mgKOH/g，熔融指数(230℃/2.16Kg)为10g/10min；特性粘度0.6dL/g。
对比例3
选用不同熔融指数的热塑性聚酯树脂替换实施例2中热塑性聚酯树脂，其余组成、配比和制备方法与实施例2完全一致，选用的热塑性聚酯树脂的酸值为50mgKOH/g，熔融指数(230℃/2.16Kg)为40g/10min；特性粘度0.6dL/g。
对比例4
不添加碳纳米纤维，其余组成、配比和制备方法与实施例2完全一致。
对比例5
不添加硅烷偶联剂，其余组成、配比和制备方法与实施例2完全一致。
对比例6
不添加分散剂，其余组成、配比和制备方法与实施例2完全一致。
2.性能测试：
2.1表面光泽度测试
称取实施例1-3和对比例1-6制备得到的高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒，加入PET树脂(酸值35mgKOH/g，熔融指数(230℃/2.16Kg)为25g/10min；特性粘度0.7dL/g)中，加入量为1％，在200℃下注塑制备尺寸长*宽*厚为100mm*100mm*2mm的方板，方板表面光亮，采用表面光泽度计测试组合物表面光泽度，读取60°的数值结果。
2.2色相测试
称取实施例1-3和对比例1-6制备得到的高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒，加入PET树脂(酸值35mgKOH/g，熔融指数(230℃/2.16Kg)为25g/10min；特性粘度0.7dL/g)中，加入量为1％，在200℃下注塑制备尺寸长*宽*厚为100mm*100mm*2mm的方板，方板表面光亮，采用CR400色差仪测试方板表面的L，a，b值。
2.3聚酯纤维性能测试
称取实施例1-3和对比例1-6制备得到的高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒，加入PET树脂(酸值35mgKOH/g，熔融指数(230℃/2.16Kg)为25g/10min；特性粘度0.7dL/g)中，加入量为1％，通过单螺杆纺丝机挤出，纺丝温度270℃，冷却后经过上油、卷绕形成初生丝；初生纤维先经预热，再经3倍牵伸，得到牵伸丝；再将牵伸丝于145℃进行热定型，从而得到聚酯纤维。
测试聚酯纤维的拉伸强度和断裂伸长率，测试条件：电子单纱强力仪，牵伸丝500mm，拉伸速度250mm/min。
经测试，相关实验数据见表1：
表1
Figure BDA0002862384910000101
Figure BDA0002862384910000111
从表1的测试数据可以得到，本发明制备得到的高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒具有良好的炭黑分散性，能够对PET树脂进行良好的着色，具有高的黑度和光泽度，以及良好的拉伸强度和断裂伸长率。
从对比例1-6的实验数据也可以看出，本发明通过对硅烷偶联剂和分散剂的协同作用，以及聚酯熔融指数的选择，和碳纳米纤维的加入等多因素筛选获得了一个高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒，其特征在于：包括以下重量份的原料：高色素炭黑20-60份，热塑性聚酯20-100份，碳纳米纤维0.5-4份，分散剂4-15份，硅烷偶联剂3-8份，抗氧剂0.5-3份；
所述热塑性聚酯的酸值为20-50mgKOH/g，熔融指数(230℃/2.16Kg)为20-30g/10min；特性粘度0.6-0.9dL/g；
所述分散剂的重均分子量为3500-6000，由以下步骤制备而成：
(1)按照如下重量份配制反应原料：硬脂酸10-20份，己内酯20-40份，偏苯三酸酐5-10份，琥珀酸10-20份，二羟甲基丙酸5-8份，新戊二醇8-15份，乙二醇6-10份，三羟乙基异氰尿酸酯3-4份，二苯甲烷二异氰酸酯10-20份，N,N-二甲氨基丙胺6-10份，钛酸四丁酯0.02-0.05份，二甲苯40-80份；
(2)将硬脂酸、琥珀酸、新戊二醇、乙二醇、三羟乙基异氰尿酸酯、1/2重量的二甲苯和钛酸四丁酯加入反应釜中，通入氮气升温至170-180℃，保温反应8-12h，反应过程中通过分水器持续排除水分；随后加入己内酯、二羟甲基丙酸，通入氮气升温至200-220℃，保温反应6-8h，反应过程中通过分水器持续排除水分；随后加入偏苯三酸酐，通入氮气降温至170-180℃，保温反应4-6h，反应至酸值为60-80mgKOH/g后，减压蒸馏除去二甲苯以及未反应的小分子获得聚酯；
(3)将步骤(2)制备的聚酯、二苯甲烷二异氰酸酯和剩余的二甲苯混合均匀，与40-50℃下保温反应2-4h，最后加入N,N-二甲氨基丙胺继续保温反应2-4h，减压蒸馏除去二甲苯以及未反应的小分子获得分散剂。
2.根据权利要求1所述的一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒，其特征在于：所述高色素炭黑预先经过臭氧或硝酸氧化改性，粒径为10-25nm，比表面积为400-700m2/g，吸油值＜1.5ml/g，挥发分含量达到4.5-6.5wt％。
3.根据权利要求1所述的一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒，其特征在于：所述碳纳米纤维的直径为10-20nm，长度10-50μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒，其特征在于：所述硅烷偶联剂为分子内含有环氧基或伯氨基的硅烷偶联剂。
5.根据权利要求4所述的一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒，其特征在于：所述硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(DL602)，环氧丁基三甲氧基硅烷的一种。
6.根据权利要求5所述的一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒，其特征在于：高色素炭黑30-50份，热塑性聚酯40-80份，碳纳米纤维0.5-2份，分散剂4-10份，硅烷偶联剂3-6份，抗氧剂0.5-1.5份。
7.一种权利要求1-6所述高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)备料
按照配方量称取各原料；
(2)高色素炭黑和碳纳米纤维改性
将高色素炭黑与硅烷偶联剂混合均匀，在0-10℃下球磨20-40min，制备得到硅烷偶联剂改性的高色素炭黑，然后加入碳纳米纤维后继续在0-10℃下球磨20-40mi；
(3)混炼处理
将步骤(2)制备得到的产品分散在溶剂中，超声分散20-40min；继续加入分散剂、抗氧剂超声分散10-20min后，加入热塑性聚酯混合搅拌均匀，转至密炼机中混炼30-60min，密炼温度控制在140-160℃；
(4)挤出造粒
将步骤(3)得到的密炼产物转至双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒的过程中喂料温度控制在180-200℃，熔融温度控制在220-240℃，挤出温度控制在210-230℃。
8.根据权利要求7所述的一种高含量高色素炭黑-热塑性聚酯母粒的制备方法，其特征在于：所述溶剂选自丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇丁醚、正丁醇的一种。
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