CN116426098A - 一种着色母粒及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种着色母粒及其制备方法与应用，包括质量份数如下的组分：45‑99份聚合物载体、1‑45份解聚颜料预制剂、0.1‑10份抗氧剂，解聚颜料预制剂为复合分散剂、有机颜料、偶联剂与去离子水通过熔融混合及研磨处理后，经过滤、干燥而得的组合物，对有机颜料的分散性好，着色力强。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料着色技术领域，尤其涉及一种着色母粒及其制备方法与应用。
背景技术
目前行业中工程化纤材料着色技术主要包含两大技术类型，一种是通过生产化纤原色丝在后续工序中进行染色达到所需颜色效果，其对于制作小批量色丝产品具有较高灵活性，但在大批量生产过程中弊端也十分明显，一方面是染色工艺对能源消耗大，染后污水处理难，污染环境，而且应用分散型性能染料染色牢度都存在某些牢度性能不良现象；而另一种着色方式是通过在熔融纺前添加着色剂进行挤出着色纺丝，其可以应用除染料之外的有机颜料，无机颜料，所以可以获得更高色牢度产品，而且在成纤过程中就完成着色，明显节约成本和能源损耗，但这种方法也存在挑战，必须保证颜料良好的分散性能。
相关技术中，专利CN 107189223 A，一种聚丙烯熔喷布专用超分散色母粒及其制备方法中所提供的技术为先制作一种超细分散剂，然后将载体，颜料及分散剂和其它功能助剂一起在低速混合机中进行搅拌均匀然后再通过高速搅拌装置进行高速搅拌制作预混合料后，进一步通过双螺杆挤出造粒制作色母粒，其分散技术除了对分散剂做一些处理外，常规色母生产技术几乎相同；专利CN 103275487A一种锦纶不定岛超细纤维用母粒及其制备方法：混料-落料-熔融混料-冷却-切粒-风干-包装，完全是常规色母粒的生产技术。
以上两种母粒制备技术都没有在颜料上进行有效预分散处理，而有机颜料在生产包装后由于其粒径非常细，通常为几十到两百纳米左右，具有非常大的表面能极易相互之间产生团聚生成二次粒子或团聚体，其粒径往往超过微米以上，通过传统的高速搅拌混合和双螺杆根本无法将其有效破碎并稳定解聚，而熔喷纤维直径在3μm以下，超纤产品其纤维直径甚至小于0.5μm，所以传统分散工艺很难实现连续稳定的超细纤维原液纺丝着色生产，也很难做到颜色鲜艳和高饱和度的纤维产品。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种着色母粒及其制备方法与应用，对有机颜料的分散性好，着色力强。
为达到上述技术目的，本申请采用以下技术方案：
第一方面，本申请提供一种着色母粒，包括质量份数如下的组分：45-99份聚合物载体、1-45份解聚颜料预制剂、0.1-10份抗氧剂，所述解聚颜料预制剂为复合分散剂、有机颜料、偶联剂与去水通过熔融混合及研磨处理后，经过滤、干燥而得的组合物。
优选的，制备所述解聚颜料预制剂的原料组分包括19.5-29.5份复合分散剂、30-35份有机颜料、0.5-0.6份偶联剂、40-50份水，且所述复合分散剂与所述偶联剂的用量之和与所述有机颜料的质量比为2-3:3。
优选的，所述复合分散剂包括4-6份氧化乙烯、4-15份脂肪酸酯、9-11份乙烯丙烯酸共聚物金属盐。
优选的，所述复合分散剂的体系皂化值≥25。
优选的，所述解聚颜料预制剂的粒径≤200nm。
优选的，所述解聚颜料预制剂的水分含量≤0.2％。
优选的，所述偶联剂为硅烷类偶联剂。
优选的，所述解聚颜料预制剂的制备步骤包括：
S1.将去离子水、偶联剂、氧化乙烯、脂肪酸酯混合熔融后加入至有机颜料中，搅拌均匀，得混合料；
S2.将混合料研磨后加热，再投入乙烯丙烯酸共聚物金属盐，搅拌、过滤，得滤饼；
S3.将滤饼进行干燥、破碎，即得所述解聚颜料预制剂。
第二方面，本申请提供一种着色母粒的制备方法，包括以下步骤：将聚合物载体、解聚颜料预制剂、抗氧剂混合后，于180-270℃下进行挤出造粒，即得所述着色母粒。
第三方面，本申请提供一种着色母粒在纤维原液着色加工和/或晶点等级管控中的应用。
本申请的有益效果如下：本方案的解聚颜料预制剂通过对颜料进行高分散稳定预处理，将粗颗粒颜料团聚体进行有效解聚并控制颜料粒子在200nm以内，保证了颜料的分散性能；本方案的着色母粒通过对有机颜料的有效分散，能有效提升有机颜料的展色强度，从而提高了着色力，解决了原液着色超细纤维无法达到颜色深度和饱和度问题；本方案的着色母粒可实现连续稳定的超细纤维原液纺丝着色生产，且颜色饱和度高。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本申请提供一种着色母粒，包括质量份数如下的组分：45-99份聚合物载体、1-45份解聚颜料预制剂、0.1-10份抗氧剂，合适但非限制性的，聚合物载体包括PET、PBT、PA、LDPE、LLDPE、HDPE、PP、PBAT、PLA中的一种或几种；合适但非限制性的，抗氧剂包括(环状季戊烷四基二(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基亚磷酸酯)、双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二磷酸酯、十八烷基-3,5-双(1,1-二甲基乙基)-4-羟基苯丙酸酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、二[3-(1,1-二甲基乙基)-4-羟基-5-甲基苯丙酸]三聚乙二醇、3,9-二(2,4-二枯基苯氧基)-2,4,8,10-四氧杂-3,9-二磷杂螺[5.5]十一烷、N,N-六亚甲基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺]、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯)中的一种或几种；所述解聚颜料预制剂为复合分散剂、有机颜料、偶联剂与去离子水通过熔融混合及研磨处理后，经过滤、干燥而得的组合物，解聚颜料预制剂的粒径≤200nm，通过熔融结合研磨工艺而控制实现，优选的，解聚颜料预制剂的粒径为150-200nm，单独的研磨工艺并不能达到该粒径范围的要求，解聚颜料预制剂的水分含量≤0.2％，由干燥工艺而控制实现，优选的，解聚颜料预制剂的水分含量为0.1％-0.2％，解聚颜料预制剂通过对颜料进行高分散稳定预处理，将粗颗粒颜料团聚体进行有效解聚并控制颜料粒子在200nm以内，保证了颜料的分散性能。
制备所述解聚颜料预制剂的原料组分包括19.5-29.5份复合分散剂、30-35份有机颜料、0.5-0.6份偶联剂、40-50份去离子水，且所述复合分散剂与所述偶联剂的用量之和与所述有机颜料的质量比为2-3:3，其中，所述复合分散剂包括4-6份氧化乙烯、4-15份脂肪酸酯、9-11份乙烯丙烯酸共聚物金属盐的混合，合适但非限制性的，脂肪酸酯可以为丁酸单甘脂和/或已酸单甘脂，合适但非限制性的，乙烯丙烯酸共聚物金属盐可以为EAA共聚物聚乙烯蜡，复合分散剂的皂化值≥25或者酸值>10，合适但非限制性的，复合分散剂的皂化值为25-50，复合分散剂的皂化值具体可以为25、28、30、33、35、38、40、43、45、48、50等，本发明不限于此。为达到该要求，本方案中，氧化乙烯、脂肪酸酯、乙烯丙烯酸共聚物金属盐的含量调配有所限定，优选的，所述复合分散剂包括4-6份氧化乙烯、4.5-14.5份脂肪酸酯、10份乙烯丙烯酸共聚物金属盐；偶联剂为硅烷类偶联剂，例如乙烯基硅氧烷。
具体的，本方案中解聚颜料预制剂的制备方法包括如下步骤：S1.将去离子水、偶联剂、氧化乙烯，脂肪酸酯混合熔融后加入至有机颜料中，搅拌均匀，得混合料；S2.将混合料连接到高速砂磨机中进行循环研磨并加热，再投入乙烯丙烯酸共聚物金属盐，搅拌、过滤，得滤饼；S3.将滤饼投入到低温真空干燥设备进行充分干燥和破碎，然后经过干燥和粉碎得到水分含量低于0.2％的粒径为200nm物料即得解聚颜料预制剂，解聚颜料预制剂成品实则为有机颜料、复合分散剂、偶联剂三种成分的组合物。
本申请提供一种着色母粒的制备方法，包括以下步骤：将聚合物载体、解聚颜料预制剂、抗氧剂按照比例投入双螺杆挤出分散造粒机，于180-270℃下挤出拉条，冷却造粒，分筛后得到着色母粒。
同时，本申请提供一种着色母粒在纤维原液着色加工和/或晶点等级管控中的应用，优选的，提供一种着色母粒在色塑料制品中的应用，如有色薄膜、有色电子零件。
本方案所用的设备仪器如下：
砂磨机，PHN 60广东派勒智能纳米科技有限公司；
双螺杆挤出机，科倍隆(南京)机械有限公司，长径比44:1；
计台式螺旋秤，梅特勒——托利多有限公司；
分光光谱仪，爱色丽CI-7000A；
真空带式干燥粉碎机，上海敏杰制药机械有限公司；
粒度检测仪，KWT-N9厦门休辰仪器有限公司；
过滤干燥机，DXG-1000常州百得干燥工程有限公司。
本方案所用的试剂均为商用试剂，试剂详情如下：
原料准备
方案中涉及到解聚颜料预制剂-1#、解聚颜料预制剂-2#、解聚颜料预制剂-3#、解聚颜料预制剂-4#，其中，解聚颜料预制剂-1#、解聚颜料预制剂-2#、解聚颜料预制剂-3#的制备方法如下：
按照质量比例将去离子水，氧化乙烯、脂肪酸酯倒入循环砂磨机低速搅拌釜，设定加热温度到70度，搅拌转速80转/分钟，边加热边搅拌，温度达到70度后投入有机颜料M717持续搅拌25分钟直到物料分布均匀，选用0.1mm直径氧化锆微珠30kg装入砂磨设备中，然后导入低速搅拌釜中的颜料预制剂混合物进行循环研磨，设定研磨转速2000转/分钟持续研磨90分钟停止研磨，并取样测试控制颜料最大颗粒粒径为200nm，物料全部排放到低速搅拌釜中，低速搅拌釜温度调整到100度，投入乙烯丙烯酸共聚物金属盐继续搅拌15分钟直到全部物料混合均匀停止搅拌；将经过研磨混合均匀的浆料转移到过滤干燥设备中进行过滤去水干燥，设定温度为50度过滤干燥时间2小时，出料后将预干燥滤饼转到真空干燥粉碎机进行真空干燥粉碎，设定温度低于50度，水分含量为0.2％，所得成品即为颜料预制剂，颜料预制剂中包含的成分为有机颜料、偶联剂、复合分散剂。
解聚颜料预制剂-4#的制备方法如下：
按照质量比例将去离子水，聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酸酰胺倒入循环砂磨机低速搅拌釜，设定加热温度到70度，搅拌转速80转/分钟，边加热边搅拌，温度达到70度后投入有机颜料M717持续搅拌25分钟直到物料分布均匀，选用0.1mm直径氧化锆微珠30kg装入砂磨设备中，然后导入低速搅拌釜中的颜料预制剂混合物进行循环研磨，设定研磨转速2000转/分钟持续研磨90分钟停止研磨，并取样测试控制颜料最大颗粒粒径为200nm，物料全部排放到低速搅拌釜中，低速搅拌釜温度调整到100度，投入乙烯丙烯酸共聚物金属盐继续搅拌15分钟直到全部物料混合均匀停止搅拌；将经过研磨混合均匀的浆料转移到过滤干燥设备中进行过滤去水干燥，设定温度为50度过滤干燥时间2小时，出料后将预干燥滤饼转到真空干燥粉碎机进行真空干燥粉碎，设定温度低于50度，水分含量为0.2％，所得成品即为颜料预制剂，颜料预制剂中包含的成分为有机颜料、偶联剂、复合分散剂。
解聚颜料预制剂-1#、解聚颜料预制剂-2#、解聚颜料预制剂-3#、解聚颜料预制剂-4#的组分配方如表1所示：
表1各颜料预制剂的配方组分
按照上述方法制备的解聚颜料预制剂-1#、解聚颜料预制剂-2#、解聚颜料预制剂-3#、解聚颜料预制剂-4#，其中，解聚颜料预制剂-1#中复合分散剂体系的皂化值为25；解聚颜料预制剂-2#中复合分散剂体系的皂化值为53；解聚颜料预制剂-3#中复合分散剂的皂化值为25；解聚颜料预制剂-4#中复合分散剂体系的皂化值为<5；解聚颜料预制剂-1#中有机颜料：复合分散剂与所述偶联剂的用量之和的比例为3:2，解聚颜料预制剂-2#中有机颜料：复合分散剂与所述偶联剂的用量之和的比例为3:3，解聚颜料预制剂-3#中有机颜料：复合分散剂与所述偶联剂的用量之和的比例为5:2，解聚颜料预制剂-4#中有机颜料：复合分散剂与所述偶联剂的用量之和的比例为3:2(但不包括偶联剂)；值得注意的是，后续换算过程中，水的含量占比不记在内，其原因在于，在制备过程中，水分含量控制为0.2％以下，基本可以忽略不计。
以下通过具体实施例对本方案进行说明。
实施例1-8
一种着色母粒，包括聚合物载体、解聚颜料预制剂、抗氧剂，解聚颜料预制剂为复合分散剂、有机颜料、偶联剂与去离子水通过熔融混合及研磨处理后，经过滤、干燥而得的组合物，解聚颜料预制剂的粒径为200nm，解聚颜料预制剂的水分含量为0.2％。
实施例1-8的着色母粒的组分与含量按表2配制：
表2实施例1-8着色母粒的组分配制方案
以实施例1为例，其使用的是解聚颜料预制剂-1，其有机颜料的占比应为解聚颜料预制剂中除去水分后有机颜料的占比(根据表1，30/(30+5+4.5+10+0.5)＝60％)乘以实施例1中着色母粒的组分中颜料预制剂的占比(根据表2，5/(5+94+0.5+0.5)＝5％)，即实施例1中有机颜料的含量为60％*5％＝3％；同理可知实施例2、3、4中有机颜料的含量分别为9％、18％、27％。
一种着色母粒的制备方法，解聚颜料预制剂与抗氧剂进行预混合搅拌均匀进入独立计量喂料装置，聚合物载体单独进入喂料计量装置，按照200kg/小时喂料进入双螺杆挤出机造粒系统，设定温度为180-270℃；螺杆转速500转/分钟，挤出过滤网300目，挤出拉条冷却后切粒，过筛控颗粒粒径在2-5mm之间，成品经干燥处理控制水分小于0.2％后即制得着色母粒组合物。
对比例1-8
一种着色母粒，包括聚合物载体、有机颜料、偶联剂、分散剂、抗氧剂，其中，分散剂包括氧化乙烯，脂肪酸酯，乙烯丙烯酸共聚物金属盐的混合物；对比例1-8中的着色母粒的配制方案如表3所示：
表3对比例1-8中着色母粒的组分配制
按照上述配方，着色母粒的制备方法为：将原料全部投入到20L高速混合研磨设备中，设定转速900转，连续研磨混合600秒出料；此混合料单独进入双螺杆计量喂料系统；另外PET切片投入另外一个单独计量装置，按照200kg/小时喂料进入双螺杆挤出机造粒系统，设定温度为180-270℃；螺杆转速500转/分钟，挤出过滤网300目，挤出拉条冷却后切粒，过筛控颗粒粒径在2-5mm之间，成品经干燥处理控制水分小于0.1％后即制得对比例着色母粒组合物。
应用例
将实施例1-8及对比例1-11所得的着色母粒按照折合颜料含量为2％，纺超细纤维定岛36PET/COPET海岛丝，以实施例1为例，其着色母料中的有机颜料含量为3％，若稀释为2％，需稀释1.5倍，实施例1中的着色母料添加比例为66％，同理，实施例2-8、对比例1-11的母粒添加比例如表4-1及表4-2所示。
评价测试
将实施例1-8及对比例1-11的着色母粒组合物，按照折合颜料含量为2％，纺超细纤维定岛36PET/COPET海岛丝，并经过长时间过程观察纺丝组件压力变化及换网周期跟踪，产品纤维经过后续编织成基布，聚氨酯浸渍，碱减量开纤后得到的超纤步样品进行评价颜色深度CIE L值评价，(采用分光光度计爱色丽7000A，测量基布不同5点位置计算平均值)，测试结果如表4所示，其中，表4-1为实施例1-8的测试结果，表4-2为对比例1-11的测试结果。
表4-1实施例1-8的着色母粒的测试结果
表4-2对比例1-8的着色母粒的测试结果
实施例1-4与实施例5-8对着色母粒中的组分进行了调整，且实施例1-4应用颜料预制剂-1，实施例5-8应用颜料预制剂-2，颜料预制剂-1与颜料预制剂-2的成品为脱水产品，分别包含不同重量份的有机颜料、PEG-6000、LOXIOL G32、LOXIOL G32、Z-6300、抗氧剂；分别保持实施例1-4中着色母粒的各组分重量份及颜料预制剂-1的各组分重量份不变，对应换算得到对比例1-4的组分，保持组分不变，但改变工艺，分别保持实施例1-4中着色母粒的有机颜料的占比不变，对应的对比例5-8增加了分散剂的含量；从表4可知，实施例1-8纺丝周期都可以达到10天以上，颜色深度L在20左右，黑度值可以达到添加常规黑色母纺制传统规格单丝纤度的深度，颜料预制剂-1、颜料预制剂-2的应用效果较好；而对比例1-8采用传统混配加工的母粒组合物，应用在超细纤维加工，由于其分散性能无达到控制颜料粒径小于200nm以内，所以母粒过滤网性能也明显不如实施例，另外纺丝周期短，颜色深度明显低，主要原因是颜料没有得到100％的有效分散，存在大颗粒颜料团聚体堵纺丝组件，颜色也得不到更高的饱和值，说明本方案将颜料进行预制后进行高分散稳定预处理，将粗颗粒颜料团聚体进行有效解聚并控制颜料粒子在200nm以内，保证了颜料的分散性能，且通过对颜料的有效分散，能有效提升颜料的展色强度，从而提高了着色力，解决了原液着色超细纤维无法达到颜色深度和饱和度问题。
另外，除实施例1-8，在实际生产过程中除了对比例1、对比例5采用300目过滤网能正常生产外，其他对比例2-4，及对比例6-8，用300目过滤网都出现严重堵网现象，无法正常生产，说明本方案的着色母粒可实现连续稳定的超细纤维原液纺丝着色生产，分散剂也并非越多越好。
对比例9与实施例3的相同之处是都是应用解聚颜料预制剂-1#制作着色母粒组合物，但解聚颜料预制剂含量比例由实施例3的30份调整为60份，对比例10与实施例3的不同之处是实施例采用解聚颜料预制剂3#制作着色母粒组合物，而解聚颜料预制剂3#与解聚颜料预制剂1#的不同之处是颜料含量由1#的30份调整为3#的50份，由于颜料含量过高，预制剂混合物粘度高，研磨效果变差，研磨后颜料颗粒大小无法控制粒径<200nm；所以影响到后续分散性能。对比例11与实施例3不同之处是对比例11采用了解聚颜料预制剂4#，其与解聚颜料预制剂1#区别在所用的复合分散剂类型不同，用聚乙烯蜡A-C6A(酸值0,皂化值0)替换了氧化乙烯，用乙撑双硬脂酸酰胺HI-LUBE 300P(酸值6，皂化值<100)替换了脂肪酸酯LOXIOL G32，由于其与水没有良好相容性同时对颜料的润湿性能也不太好，颜料研磨后存在再次发生团聚现象，因此制作的着色母粒组合物分散性能不理想。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种着色母粒，其特征在于，包括质量份数如下的组分：45-99份聚合物载体、1-45份解聚颜料预制剂、0.1-10份抗氧剂，所述解聚颜料预制剂为复合分散剂、有机颜料、偶联剂与水通过熔融混合及研磨处理后，经过滤、干燥而得的组合物。
2.根据权利要求1所述的着色母粒，其特征在于，制备所述解聚颜料预制剂的原料组分包括19.5-29.5份复合分散剂、30-35份有机颜料、0.5-0.6份偶联剂、40-50份水，且所述复合分散剂与所述偶联剂的用量之和与所述有机颜料的质量比为2-3:3。
3.根据权利要求2所述的着色母粒，其特征在于，所述复合分散剂包括4-6份氧化乙烯、4-15份脂肪酸酯、9-11份乙烯丙烯酸共聚物金属盐。
4.根据权利要求2所述的着色母粒，其特征在于，所述复合分散剂体系的皂化值≥25。
5.根据权利要求1所述的着色母粒，其特征在于，所述解聚颜料预制剂的粒径≤200nm。
6.根据权利要求1所述的着色母粒，其特征在于，所述解聚颜料预制剂的水分含量≤0.2％。
7.根据权利要求1所述的着色母粒，其特征在于，所述偶联剂为硅烷类偶联剂。
8.根据权利要求3所述的着色母粒，其特征在于，所述解聚颜料预制剂的制备步骤包括：
S1.将去离子水、偶联剂、氧化乙烯、脂肪酸酯混合熔融后加入至有机颜料中，搅拌均匀，得混合料；
S2.将混合料研磨后加热，再投入乙烯丙烯酸共聚物金属盐，搅拌、过滤，得滤饼；
S3.将滤饼进行干燥、破碎，即得所述解聚颜料预制剂。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的着色母粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚合物载体、解聚颜料预制剂、抗氧剂混合后，于180-270℃下进行挤出造粒，即得所述着色母粒。
10.一种如权利要求1-8任一项所述的着色母粒在纤维原液着色加工和/或晶点等级管控中的应用。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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