一种抗老化阻燃黑色分散染料及其制备方法与流程

本发明涉及纳米炭黑领域，具体为一种抗老化阻燃黑色分散染料及其制备方法。

背景技术：

1、黑色是活性染料颜色体系中的关键色调之一。高品质的黑色染料浓度高且要求颜色深、黑度高、牢度好，因此制备难度较大。制备高浓度稳定的黑色活性染料，一般选用多支不同颜色的活性染料进行拼色获得颜色较深、色光稳定的黑色染料。但是，多支染料拼色获得的黑色活性染料体系更加复杂，染料-染料、染料-溶剂、染料-水分子之间的相互作用都会对稳定性、颜色纯度产生影响。

2、传统联苯胺型偶氮染料具有黑度好、上染率和固色率高等优点，但在使用过程中会释放致癌物质，使用受到了限制。纳米炭黑以其优异的黑度、耐候性、化学稳定性以及价格低廉、来源广泛等优点，被广泛应用于黑色油墨和涂料，是涂料染色中黑色的主要着色剂。炭黑具有较大比表面积和表面能，内聚力较强，使得炭黑颗粒极易聚集，因炭黑表面亲水性基团较少，具备一定的疏水性，在无机或其他有机溶剂中难以与其他组分形成有效结合，限制了炭黑优异性能的应用。因此，本发明制备了一种具有优良的结合效果的抗老化阻燃黑色分散染料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种抗老化阻燃黑色分散染料及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种抗老化阻燃黑色分散染料，所述抗老化阻燃黑色分散染料是由改性透明硅包裹炭黑、3,4-环氧-1-丁烯和5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯反应得到。

4、作为优化，所述改性透明硅包裹炭黑是由透明硅包裹炭黑和次磷酸乙酯反应得到。

5、作为优化，所述透明硅包裹炭黑是由正硅酸乙酯和3-氯丙基三甲氧基硅烷在载银纳米炭黑表面聚合得到。

6、作为优化，所述载银纳米炭黑是由纳米炭黑经硝酸氧化后和硝酸银反应得到。

7、作为优化，所述纳米炭黑型号为n330，来自东莞市鼎信塑胶原料有限公司。

8、一种抗老化阻燃黑色分散染料的制备方法，包括以下制备步骤：

9、（1）将纳米炭黑和质量分数为67%~69%的硝酸溶液按质量比1:(9~11)混匀，超声分散25~35min，在75~85℃、100~200rpm搅拌回流2~4h，自然冷却至室温后倒掉上层酸液，用去离子水洗涤3~5次，在105~115℃干燥3~5h，得到氧化炭黑；将氧化炭黑和去离子水按质量比1:(199~201)混匀，在20~30℃超声分散10~20min，加入氧化炭黑质量150~250倍的0.1~0.3mol/l的硝酸银溶液，调节溶液ph为6~7，在60~70℃、200~300rpm搅拌5~6h，自然冷却至室温后过滤，用去离子水洗涤3~5次，在115~125℃干燥3~5h，得到载银纳米炭黑；

10、（2）将正硅酸乙酯、3-氯丙基三甲氧基硅烷和无水乙醇按质量比1:(0.9~1.1):(7~9)混匀，得到硅源混合液；将载银纳米炭黑、聚乙烯基吡咯烷酮和去离子水按质量比1:(0.5~1.5):(35~45)混匀，在20~30℃、200~300rpm搅拌23~25h，加入载银纳米炭黑质量130~140倍的体积分数为3%~5%的氨水醇溶液，在3~5h内匀速加入载银纳米炭黑质量45~55倍的硅源混合液，继续搅拌2~4h后过滤，用去离子水和无水乙醇分别洗涤3~5次，在100~110℃干燥23~25h，得到透明硅包裹炭黑；

11、（3）将透明硅包裹炭黑、次磷酸乙酯和去离子水按质量比1:(1.2~1.4):(20~30)混匀，在60~70℃、100~200rpm搅拌12~14h，自然冷却至室温后过滤，用去离子水洗涤3~5次，在75~85℃干燥8~10h，得到改性透明硅包裹炭黑；将改性透明硅包裹炭黑、3,4-环氧-1-丁烯、5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯、偶氮二异丁腈和甲苯按质量比1:(0.7~0.9):(2.2~2.4):(0.01~0.03):(5~7)混匀，在氮气氛围中、80~90℃、270~290r/min搅拌9~11h，自然冷却至室温后过滤，用无水乙醇洗涤3~5次，在60~70℃干燥23~25h，得到抗老化阻燃黑色分散染料。

12、作为优化，步骤（1）所述载银纳米炭黑的反应方程式为：

13、。

14、作为优化，步骤（2）所述透明硅包裹炭黑的反应方程式为：

15、；

16、其中为。

17、作为优化，步骤（3）所述改性透明硅包裹炭黑的反应方程式为：

18、；

19、其中为。

20、作为优化，步骤（3）所述抗老化阻燃黑色分散染料的反应方程式为：

21、；

22、其中为。

23、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

24、本发明在制备抗老化阻燃黑色分散染料时，将纳米炭黑经硝酸氧化后和硝酸银反应得到载银纳米炭黑；将正硅酸乙酯和3-氯丙基三甲氧基硅烷在载银纳米炭黑表面聚合得到透明硅包裹炭黑；将透明硅包裹炭黑和次磷酸乙酯反应得到改性透明硅包裹炭黑；再将改性透明硅包裹炭黑、3,4-环氧-1-丁烯和5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯反应得到抗老化阻燃黑色分散染料。

25、首先，将纳米炭黑经硝酸氧化后和硝酸银反应得到载银纳米炭黑；将正硅酸乙酯和3-氯丙基三甲氧基硅烷在载银纳米炭黑表面聚合得到透明硅包裹炭黑；利用硝酸氧化纳米炭黑，增加纳米炭黑表面羧基、羟基等活性基团的含量，提高银离子的负载量，提高抗老化阻燃黑色分散染料的抗菌性；通过在载银纳米炭黑表面聚合一层透明硅层，有效降低炭黑在基体中的聚集，同时还能够保护炭黑免受外力损伤，提高抗老化阻燃黑色分散染料的耐磨性。

26、其次，将透明硅包裹炭黑和次磷酸乙酯反应得到改性透明硅包裹炭黑；再将改性透明硅包裹炭黑、3,4-环氧-1-丁烯和5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯反应得到抗老化阻燃黑色分散染料；通过在透明硅层中引入氯原子，接枝次磷酸乙酯，在高温下可以分解生成磷酸、偏磷酸等，促进聚合物的脱水炭化，形成不易燃的炭层，隔离热量和氧气，阻止火焰蔓延，提高抗老化阻燃黑色分散染料的阻燃性；利用磷氢加成碳碳双键，在外层接枝3,4-环氧-1-丁烯和5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯，环氧基能够与羧基反应，增强与丙烯酸树脂类粘接剂的化学结合，提高抗老化阻燃黑色分散染料的耐磨性；接枝5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯，能够清除自由基、抑制自由基的生成、吸收紫外线，进一步提高抗老化阻燃黑色分散染料的抗老化性能。

技术特征：

1.一种抗老化阻燃黑色分散染料，其特征在于，所述抗老化阻燃黑色分散染料是由改性透明硅包裹炭黑、3,4-环氧-1-丁烯和5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯反应得到；

2.一种抗老化阻燃黑色分散染料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

3.根据权利要求2所述的一种抗老化阻燃黑色分散染料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述氧化步骤为：将纳米炭黑和质量分数为67%~69%的硝酸溶液按质量比1:(9~11)混匀，超声分散25~35min，在75~85℃、100~200rpm搅拌回流2~4h，自然冷却至室温后倒掉上层酸液，用去离子水洗涤3~5次，在105~115℃干燥3~5h。

4.根据权利要求2所述的一种抗老化阻燃黑色分散染料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述硝酸银溶液浓度为0.1~0.3mol/l。

5.根据权利要求2所述的一种抗老化阻燃黑色分散染料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述载银纳米炭黑、聚乙烯基吡咯烷酮和去离子水混匀是按质量比1:(0.5~1.5):(35~45)混匀。

6.根据权利要求2所述的一种抗老化阻燃黑色分散染料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述氨水醇溶液体积分数为3%~5%。

7.根据权利要求2所述的一种抗老化阻燃黑色分散染料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述硅源混合液是由正硅酸乙酯、3-氯丙基三甲氧基硅烷和无水乙醇按质量比1:(0.9~1.1):(7~9)混匀得到。

8.根据权利要求2所述的一种抗老化阻燃黑色分散染料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述透明硅包裹炭黑、次磷酸乙酯和去离子水混匀是按质量比1:(1.2~1.4):(20~30)混匀。

9.根据权利要求2所述的一种抗老化阻燃黑色分散染料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述改性透明硅包裹炭黑、3,4-环氧-1-丁烯、5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯、偶氮二异丁腈和甲苯混匀是按质量比1:0.8:2.3:0.02:6混匀。

10.根据权利要求2所述的一种抗老化阻燃黑色分散染料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述搅拌反应的转速为270~290r/min。

技术总结
本发明公开了一种抗老化阻燃黑色分散染料及其制备方法，涉及纳米炭黑领域。本发明在制备抗老化阻燃黑色分散染料时，将纳米炭黑经硝酸氧化后和硝酸银反应得到载银纳米炭黑；将正硅酸乙酯和3‑氯丙基三甲氧基硅烷在载银纳米炭黑表面聚合得到透明硅包裹炭黑；将透明硅包裹炭黑和次磷酸乙酯反应得到改性透明硅包裹炭黑；再将改性透明硅包裹炭黑、3,4‑环氧‑1‑丁烯和5‑烯丙基‑3‑甲氧基水杨酸甲酯反应得到抗老化阻燃黑色分散染料。本发明制备的抗老化阻燃黑色分散染料具有优良的抗菌性、抗老化性、阻燃性和耐磨性能。

技术研发人员：沈建明,阮永庆,徐建国,温卫东
受保护的技术使用者：浙江博澳新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/18