一种棉织物染色用反应性自分散纳米炭黑的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种棉织物染色用反应性自分散纳米炭黑的制备方法，属于精细化工技术领域。本发明专利技术首先在氧化炭黑表面接枝功能型偶联剂以引入具有引发乙烯基单体聚合功能的基团，然后分别选择含有亲水性基团和可与纤维素反应的活性基团的乙烯基单体为反应单体，采用原位聚合的方法与偶联剂改性炭黑共聚。由此，可以成功制备具有反应性自分散功能的纳米炭黑，其表面的亲水性基团可以保证其在水相中具有良好的自分散性能；另外，反应性基团可以与棉纤维表面的羟基反应，从而实现炭黑与棉纤维发生化学键合从而达到炭黑固色的要求。

A preparation method of reactive self-dispersing nano-carbon black for cotton fabric dyeing

The invention discloses a preparation method of reactive self-dispersing nano-carbon black for cotton fabric dyeing, belonging to the technical field of fine chemical industry. In the present invention, functional coupling agent is grafted on the surface of carbon black oxide to introduce a group with the function of initiating the polymerization of vinyl monomers, and then vinyl monomers containing hydrophilic groups and active groups which can react with cellulose are selected as reaction monomers respectively, and carbon black modified by coupling agent is copolymerized by in situ polymerization method. As a result, nano-carbon black with reactive self-dispersing function can be successfully prepared, and its hydrophilic groups on the surface can ensure its good self-dispersing performance in aqueous phase. In addition, the reactive groups can react with hydroxyl groups on the surface of cotton fibers, thus realizing chemical bonding between carbon black and cotton fibers to achieve carbon black solidification. Color requirement.

【技术实现步骤摘要】
一种棉织物染色用反应性自分散纳米炭黑的制备方法
本专利技术涉及一种棉织物染色用反应性自分散纳米炭黑的制备方法，属于精细化工

技术介绍
目前，一般采用黑色活性染料对棉进行染色以期获得性能良好的黑色棉织物。但是活性染料中黑色染料大多是复配而来，由于用于拼色的染料对纤维的直接性和水溶性有着较大的差异，导致染色过程中易出现色斑和造成色花。而且染色过程中还需消耗大量的盐类和碱类，对环境有一定的影响。涂料染色技术早从上个世纪中叶开始已经在美欧等发达国家中开始应用，该技术通过在颜料分散体中添加粘合剂、交联剂和渗透剂等物质，经过浸轧使其均匀涂覆在织物表面，然后经过预烘、焙烘处理后，颜料固着在织物表面从而实现着色。与传统染料染色相比，涂料染色具有工艺简单、色谱齐全、能耗低、污染少且纤维适用性广等特点，因此越来越受到人们的重视。炭黑作为一种重要的着色剂具有优异的颜色性能，是涂料染色中黑色的主要着色剂。但是由于在传统涂料染色中炭黑粒子与纤维间仅依靠聚合物膜的包嵌作用而固着在纤维表面，导致着色织物往往悬垂性差、手感硬，且如果成膜物质选择不当，容易引起织物在摩擦或水洗过程中，聚合物膜溶胀或破损，使得织物的耐摩擦色牢度和耐水洗色牢度较差，在染深色织物上犹为显著。近年来，利用炭黑分散体对织物浸染也得到了人们的广泛关注，Li利用硝酸对炭黑进行氧化处理后，得到具有高度自分散的炭黑，并利用该材料分别对棉、腈纶、羊毛等织物进行染色。阎克路等利用超细炭黑分散体采用高温高压法对涤纶织物进行染色。研究表明，由于炭黑对棉纤维没有亲和力，因此很难直接上染纤维，染色过程中主要存在于纤维表面，使得染色性能很差。在之前公开的专利CN106634059A、CN106634060A中已经成功制备了具有自分散功能的纳米炭黑，但由于炭黑与纤维间缺乏结合力，导致染色织物的牢度始终不理想，如何提升炭黑与织物的结合牢度，成为炭黑改性的主要研究方向。目前，提高炭黑对棉织物固色牢度主要有以下几种方法：(1)棉织物阳离子改性。炭黑分散体中含有较多的阴离子型分散剂，造成炭黑表面带负电荷，染色时由于与纤维带有相同电荷导致上染率较低。为提高炭黑对纤维的上染率，可以对纤维表面进行阳离子处理，这样阴离子炭黑粒子就可以依靠静电引力作用吸附在纤维表面，从而实现上染。但是上述对织物先改性再染色的方法，工艺流程较长、资源消耗大且在染色时会发生“染花”现象。(2)粘合剂固色。添加适量的粘合剂的可以获得牢度较佳的染色织物，但是着色织物往往手感较硬，悬垂性较差。(3)功能性分散剂。有研究者开发了一种具有反应性的聚合物分散剂，其中聚合物的锚基基团可以牢牢吸附在炭黑表面，减弱了脱吸附行为造成的不利影响，且其反应性的一端可以与棉纤维上的羟基发生化学键合，从而实现炭黑对棉织物的着色。此法可以避免因使用大量粘合剂造成的织物手感硬等弊端，但是由于分散剂仅依靠范德华力、氢键等吸附在炭黑表面，在染色过程中会从炭黑表面剥离，使得体系中炭黑粒子粒径变大，从而对着色棉织物的颜色性能和匀染性产生较大影响。针对现有提高炭黑对棉织物固色牢度技术的不足，本专利技术尝试在炭黑表面接枝含有亲水性和反应性官能团的共聚物。如此即可以避免常规炭黑分散体因脱吸附造成的稳定性不足，又可以依靠化学键合的方式与棉纤维反应来实现炭黑对棉织物的着色。由于此过程中不添加任何粘合剂，所获棉织物悬垂性好，手感软，且依靠化学键合的方式，可以获得较佳的染色牢度。
技术实现思路
本专利技术首先在氧化炭黑表面接枝功能型偶联剂以引入具有引发乙烯基单体聚合功能的基团，然后选择含有亲水性基团的聚合单体和含有与纤维素反应基团的聚合性单体为反应单体，采用原位聚合的方法与偶联剂改性炭黑共聚。由此，可以成功制备具有反应性自分散功能的纳米炭黑，其表面的亲水性基团可以保证其在水相中具有良好的自分散性能；另外，反应性基团可以与棉纤维表面的羟基反应，从而实现炭黑与棉纤维发生化学键合从而达到炭黑固色的要求。本专利技术的目的在于开发在水相中具有良好分散稳定性的纳米炭黑，且可以通过与棉织物上的羟基反应，实现炭黑与棉织物发生共价键键接而着色。此法可以有效克服传统炭黑分散体染棉时色牢度差的缺陷；同时，减少了粘合剂的使用，可以获得悬垂性好、手感软以及颜色深的黑色棉织物。本专利技术的第一个目的是提供一种棉织物染色用反应性自分散纳米炭黑。所述的反应性自分散纳米炭黑的制备包括：对炭黑表面进行氧化改性，得到氧化炭黑；然后在氧化炭黑表面接枝功能型偶联剂以引入具有引发乙烯基单体聚合功能的基团，再选择含有亲水性基团的聚合单体和含有与纤维素反应基团的聚合单体为反应单体，与偶联剂改性炭黑共聚来得到的。在本专利技术的一种实施方式中，所述炭黑是炉黑、槽黑、裂解黑中的一种。在本专利技术的一种实施方式中，所述氧化改性是采用液相氧化剂对炭黑表面进行氧化改性。在本专利技术的一种实施方式中，所述液相氧化剂是硝酸溶液、过氧化氢溶液、饱和过硫酸铵溶液、高氯酸、次氯酸钠水溶液、异氰酸盐溶液或高锰酸钾溶液。在本专利技术的一种实施方式中，所述的功能型偶联剂是含有碳碳双键或巯基的硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、有机络合类偶联剂或铝酸化合物。在本专利技术的一种实施方式中，所述含有亲水性基团的聚合单体包括乙烯基醇类、乙烯基酸类、乙烯基胺类、乙烯基吡咯烷酮类、乙烯基磺酸盐类、乙烯基氯化铵类。所述含有反应性基团的聚合单体是分子链中含有环氧基、一氯二羟基、异氰酸基、巯基、三聚氯氰、乙烯砜、三聚氟氰等的乙烯基单体。在本专利技术的一种实施方式中，所述共聚是采用原位聚合的方法。本专利技术的第二个目的是提供一种制备上述反应性自分散纳米炭黑的方法。所述方法具体是：对炭黑进行氧化改性，得到氧化炭黑；将氧化炭黑加入到偶联剂的醇溶剂中，经分散手段分散至纳米级，然后加入一定量的水并添加碱剂调节体系的pH值至8.5～9，将整个反应体系转移到反应釜中，在20～80℃下反应0.5～30h后得到偶联剂改性炭黑；向反应釜中加入水溶性单体和反应性单体，升温至50～90℃，开始滴加引发剂并保温反应0.5～20h后，将整个反应液离心、洗涤、烘干，将干燥后的炭黑粉体粉碎，过滤得到反应性自分散纳米炭黑粉体。在本专利技术的一种实施方式中，所述氧化炭黑在醇溶剂中的质量分数为0.1％～40％。在本专利技术的一种实施方式中，所述的醇溶剂是甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、异丙醇、乙二醇、乙二醇单甲醚。在本专利技术的一种实施方式中，所述分散手段是高速分散机分散、乳化剂分散、砂磨机分散或超声波细胞粉碎机分散。在本专利技术的一种实施方式中，所述碱剂是氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水、三乙胺或三乙醇胺。在本专利技术的一种实施方式中，所述碱剂的添加量为醇溶剂体积分数的0.1～10％。在本专利技术的一种实施方式中，所述偶联剂对氧化炭黑的质量分数为10～150％在本专利技术的一种实施方式中，水的用量为对醇溶剂质量分数的10～100％。在本专利技术的一种实施方式中，所述水溶性单体对氧化炭黑的用量为50～200％。在本专利技术的一种实施方式中，所述反应性单体对水溶性单体的摩尔比为10：1～1：10.在本专利技术的一种实施方式中，所述的引发剂是过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁基眯盐酸盐、偶氮二异丙基咪哩琳盐酸盐或过氧化苯甲酰。在本专利技术的一种实施方式中，所述的引发剂的添加量为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种棉织物染色用反应性自分散纳米炭黑，其特征在于，所述的反应性自分散纳米炭黑的制备包括：对炭黑表面进行氧化改性，得到氧化炭黑；然后在氧化炭黑表面接枝功能型偶联剂以引入具有引发乙烯基单体聚合功能的基团，再选择含有亲水性基团的聚合单体和含有与纤维素反应基团的聚合单体为反应单体，与偶联剂改性炭黑共聚来得到的。

【技术特征摘要】
1.一种棉织物染色用反应性自分散纳米炭黑，其特征在于，所述的反应性自分散纳米炭黑的制备包括：对炭黑表面进行氧化改性，得到氧化炭黑；然后在氧化炭黑表面接枝功能型偶联剂以引入具有引发乙烯基单体聚合功能的基团，再选择含有亲水性基团的聚合单体和含有与纤维素反应基团的聚合单体为反应单体，与偶联剂改性炭黑共聚来得到的。2.根据权利要求1所述的自分散纳米炭黑，其特征在于，所述氧化改性是采用液相氧化剂对炭黑表面进行氧化改性。3.根据权利要求1所述的自分散纳米炭黑，其特征在于，所述水溶性单体包括乙烯基醇类、乙烯基酸类、乙烯基胺类、乙烯基吡咯烷酮类、乙烯基磺酸盐类、乙烯基氯化铵类；所述反应性单体是分子链中含有环氧基、一氯二羟基、异氰酸基、巯基、三聚氯氰、乙烯砜、三聚氟氰等的乙烯基单体。4.一种制备权利要求1-3任一所述的反应性自分散纳米炭黑的方法，其特征在于，所述方法具体是：对炭黑进行氧化改性，得到氧化炭黑；将氧化炭黑加入到偶联剂的醇溶剂中，经分散手段分散至纳米级，然后加入一定量的水并添加碱剂调节体系的pH值至8.5～9，将整个反应体系转移到反应釜中，在20～80℃下反应0.5～30h后得到偶...

【专利技术属性】
技术研发人员：付少海，张丽平，王良安，李敏，王冬，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32