一种阳离子炭黑的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种阳离子炭黑的制备方法。以纳米炭黑为原料，正硅酸四乙酯为前驱体，浓氨水作催化剂，乙醇水溶液作溶剂，环氧氯丙烷和叔胺为改性剂，一定条件季铵化反应，离心洗涤，再分散于水溶液获得阳离子炭黑分散液，干燥获得阳离子炭黑粉体。本发明专利技术通过在炭黑表面共价接枝阳离子季铵官能团制备阳离子炭黑，其粒度小，表面带有正电荷，具有很好的分散性，可用作织物、毛发着色，喷墨涂料，橡胶塑料填充等生产领域。 1

A preparation method of cationic carbon black

The invention relates to a preparation method of cationic carbon black. With nano carbon black as raw material, four ethyl orthosilicate was used as precursor, concentrated ammonia water as catalyst, ethanol aqueous solution as solvent, epoxy chloropropane and tertiary amine as modifier, certain conditions for quaternized reaction, centrifugal washing, and then dispersed in aqueous solution to obtain cationic carbon black dispersions and dry to obtain cationic carbon black powder. The cationic carbon black is prepared by covalently grafting cationic quaternary ammonium functional group on carbon black surface, with small size, positive charge on the surface and good dispersibility, which can be used as a fabric, hair coloring, ink-jet coating, rubber plastic filling and so on. One

【技术实现步骤摘要】
一种阳离子炭黑的制备方法
本专利技术涉及一种表面共价接枝阳离子基团的纳米炭黑的制备方法。
技术介绍
黑色染料和颜料被广泛应用于纺织、化妆品、涂料等领域。目前在印染领域中广泛使用的黑色染料多为偶氮类染料，具有良好的化学稳定性，较好的色牢度，但还原裂解会产生致癌物质危害人类健康。炭黑是一种无定形碳，轻、松而极细的黑色粉末，粒径从几十个纳米到几百个纳米不等，具有优异的补强性、着色性、耐光性等，被广泛应用于油墨，油漆，塑料和涂料等领域。同时炭黑具有天然的黑色，可替代偶氮染料作为理想的黑色颜料。目前多选用粒径足够小的炭黑颗粒，采用分散剂处理或表面氧化改性制备分散的炭黑颜料，这些改性处理的炭黑分散液具有良好的分散性，依附分子间作用力达到着色效果，但炭黑自身表面特殊官能团则较少，分子间作用力较弱，一定程度上限制了其着色性能。四级铵盐又称季铵盐，为铵离子中的四个氢原子都被烃基取代而生成的化合物，中心氮原子上带有一个正电荷。在纺织印染行业，可用作柔软剂、抗静电剂，具有优异的柔软、抗静电、杀菌、抗黄变性能，用量少，效果好，配制方便，配伍性好，具有极高的性价比；在水处理行业，用作絮凝剂、破乳剂，作为一种无机絮凝剂增效剂用的季铵盐；在石油行业，可作为钻井液、VES压裂液、减阻剂、增稠剂；以及抗菌剂、阴离子增效剂等。结合阳离子季铵盐优异性能，本专利技术通过在炭黑表面共价接枝阳离子的季铵官能团，阳离子基团可以提高炭黑的化学活性和水溶性，可通过静电作用吸附于带负电的物质表面，如腈纶、混纺织物等。而其季铵组分中疏水长链脂肪烃可增加炭黑表面位阻，减小炭黑的自团聚作用，提高炭黑的性能。此外，共价接枝具有弱的阳离子性的氨基酸于炭黑的表面，可以提高炭黑的生物兼容性，可作为日用化妆品的着色剂。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种阳离子炭黑的制备方法，在炭黑表面共价接枝季铵官能团提高炭黑的表面性能。本专利技术所采用的技术方案为：一种阳离子纳米炭黑的制备方法，其具体步骤如下：A)将一定量的纳米炭黑、催化剂、溶剂混合搅拌均匀，升温滴加正硅酸四乙酯乙醇溶液，反应一定时间；B)向A)混合液中，加入环氧氯丙烷，保持温度反应后，再加入叔胺或氨基酸及其衍生物，控温进行季铵化反应；C)取步骤B)制备得到的阳离子炭黑混合液离心洗涤至pH呈中性，再分散于水，获得改性阳离子炭黑分散液，干燥后得阳离子炭黑。优选步骤A)中纳米炭黑的粒径为15～50nm。优选步骤A)中溶剂为体积浓度为80～100％的乙醇水溶液。优选步骤A)中所述的正硅酸四乙酯乙醇溶液中正硅酸四乙酯和乙醇的体积比为1：(2.5～5)。优选步骤A)中所述的催化剂为浓氨水，浓度的质量浓度为25～28％；纳米炭黑粉体和催化剂的质量体积比为1：(1～4)g/mL。优选步骤A)中所述的纳米炭黑粉体和正硅酸四乙酯的质量体积比为1：(2～4)g/mL。优选步骤A)中升温滴加正硅酸四乙酯乙醇溶液的温度为40℃～60℃；反应一定时间为1～3h。优选步骤B)中所述的叔胺是十二叔胺、十二十四叔胺、十六叔胺或3-二甲氨基丙胺中的一种；叔胺同环氧氯丙烷的摩尔比为1：(1～1.1)。优选步骤B)中所述的氨基酸及其衍生物为精氨酸、精氨酸盐酸盐或精氨酸乙酯盐酸盐的一种，氨基酸及其衍生物与环氧氯丙烷的摩尔比为1：(1～1.1)。优选步骤B)中保持温度反应的温度40℃～60℃，反应时间为1～3h；季铵化反应温度为50～70℃；反应时间为1～3h。优选步骤A)中正硅酸四乙酯和步骤B)中环氧氯丙烷的摩尔比为1：(0.5～3)。有益效果：1、本专利技术制备的阳离子炭黑颗粒平均粒径小(30～70nm)，表面共价接枝阳离子官能团，能具有季铵盐的一定特性和良好的分散性，zeta电位显示表面带有正电荷。2、阳离子炭黑可作为色素炭黑用于织物着色，可以省去对织物的预处理，且其着色性能优于纯炭黑的着色性能。3、氨基酸改性的阳离子炭黑提高炭黑的生物兼容性，可作为日用化妆品的黑色着色剂。4、阳离子炭黑颜料的着色过程安全，不会像有机染料分解产生有害物质。附图说明图1为实施例1所制备的CB@SiO2核壳结构复合材料、环氧氯丙烷共价改性CB@SiO2复合材料、阳离子炭黑的红外光谱图。图2为实施例18所制备的阳离子炭黑的TEM图。图3为实施例1、例17、例18、例19所制备的阳离子炭黑的热重分析图。图4为实施例18与纯炭黑对羊毛织物着色的对比图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例做详细的说明，本实施例在以专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但是本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例中未注明具体条件的实验方案，通常按照常规条件或者制造商所建议的条件实施。实施例1一种阳离子炭黑，其具体制备过程如下：第一步：取1g纳米炭黑(平均粒径24nm)、3ml浓氨水(质量浓度为28％)于40ml95％乙醇水溶液中，充分搅拌1h，混合均匀后升温至50℃。取3ml正硅酸四乙酯溶于8ml95％乙醇溶液，振荡混合均匀，再逐滴加入上述炭黑悬浮液，反应2h。第二步：向上述反应液中加入一定量的环氧氯丙烷，50℃搅拌反应2h，再加入十二叔胺，50℃季铵化反应2h后停止加热，得到阳离子炭黑悬浮液。正硅酸四乙酯、环氧氯丙烷和十二叔胺的摩尔比为1:2:2。第三步：将上述悬浮液，离心洗涤至pH呈中性，再分散于水得到阳离子炭黑分散液，干燥得到阳离子炭黑粉体。阳离子炭黑分散液的zeta电位为+40.0mv。图1为该实例1制备的中间产物CB@SiO2复合物，环氧氯丙烷共价改性的CB@SiO2复合物以及最终产物阳离子炭黑的红外谱图，对比可以看出，环氧氯丙烷改性后的复合物的红外中未出现三元环的特征峰但出现了-CH2-的特征峰，同时羟基峰加强，说明环氧氯丙烷发生开环反化应共价接枝于复合物表面。阳离子炭黑的-CH2-峰加强，同时出现C-N峰，说明叔胺参与季铵化反应。图3b为实施例1的阳离子炭黑的热重曲线，120-530℃之间为阳离子炭黑表面阳离子组分的失重，可以看出阳离子组分的占比比较大。实施例2一种阳离子炭黑，其具体制备过程如下：第一步：取1g纳米炭黑(平均粒径24nm)、3ml浓氨水(质量浓度为28％)于40ml95％乙醇水溶液中，充分搅拌1h，混合均匀后升温至50℃。取3ml正硅酸四乙酯溶于8ml95％乙醇溶液，振荡混合均匀，再逐滴加入上述炭黑悬浮液，反应2h。第二步：向上述反应液中加入环氧氯丙烷，50℃搅拌反应2h，再加入3-二甲氨基丙胺，50℃季铵化反应2h后停止加热，得到阳离子炭黑悬浮液。正硅酸四乙酯、环氧氯丙烷、3-二甲氨基丙胺的摩尔比为1:2:2。第三步：将上述悬浮液，离心洗涤至pH呈中性，再分散于水得到阳离子炭黑分散液，干燥得到阳离子炭黑粉体。阳离子炭黑分散液的zeta电位为+52.0mv。实施例3一种阳离子炭黑，其具体制备过程如下：第一步：取1g纳米炭黑(平均粒径24nm)、3ml浓氨水(质量浓度为25％)于40ml95％乙醇水溶液中，充分搅拌1h，混合均匀后升温至50℃。取3ml正硅酸四乙酯溶于8ml95％乙醇溶液，振荡混合均匀，再逐滴加入上述炭黑悬浮液，反应2h。第二步：向上述反应液中加入环氧氯丙烷，50o搅拌反应2h，再加入十二十四叔胺，50℃季本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阳离子纳米炭黑的制备方法，其具体步骤如下：

【技术特征摘要】
1.一种阳离子纳米炭黑的制备方法，其具体步骤如下：A)将一定量的纳米炭黑、催化剂、溶剂混合搅拌均匀，升温滴加正硅酸四乙酯乙醇溶液，反应一定时间；B)向A)混合液中，加入环氧氯丙烷，保持温度反应后，再加入叔胺或氨基酸及其衍生物，控温进行季铵化反应；C)取步骤B)制备得到的阳离子炭黑混合液离心洗涤至pH呈中性，再分散于水，获得改性阳离子炭黑分散液，干燥后得阳离子炭黑。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤A)中纳米炭黑的粒径为15～50nm；步骤A)中溶剂为体积浓度为80～100％的乙醇水溶液。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤A)中所述的正硅酸四乙酯乙醇溶液中正硅酸四乙酯和乙醇的体积比为1：(2.5～5)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤A)中所述的催化剂为浓氨水，浓氨水的质量浓度为25～28％；纳米炭黑粉体和催化剂的质量体积比为1：(1～4)g/mL。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洪龄，马婷婷，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32