一种液体色母料及其应用的制作方法

1.本发明属于精细化工技术领域，具体涉及一种液体色母料及其在聚酯制品着色上的应用。


背景技术：

2.采用色母粒对聚酯、聚酰胺塑料、纤维等制品进行着色是一种成熟的技术；该技术将色母粒和聚酯、聚酰胺等切片混合后，将混合材料送入挤出机或成型机中，使得树脂和着色剂被塑化，着色剂被掺入熔融塑料或者纤维中，获得着色制品。
3.色母粒是由高比例的颜料或添加剂与热塑性树脂，经混合和分散而成的固体着色剂，其所选用的树脂对着色剂具有良好润湿和分散作用，并且与被着色材料具有良好的相容性。色母粒用于塑料或者纤维着色，除了库存成本高外，其树脂也要经历两次加热过程，这种方式对于树脂本身可能具有不利的影响，也增加了塑料或纤维加工过程的能耗，并导致换色过程中的螺杆挤出机清洁较为繁琐。
4.液体色母料能够避免上述树脂经历两次加热的过程，且可以在螺杆挤出机加工的后端直接加入，减少螺杆清洁的难度，是一种具有很好发展前景的塑料及纤维着色剂。
5.液体色母料是一种用于热塑性聚合物的含有颜料和/或功能添加剂、液体介质(非水)的分散体。这里的液体介质主要的作用是作为液体载体，如液体聚合物载体、生物油及其衍生物载体等。如，中国专利cn101421348b中公开了一种液体色母料，该液体色母料包含丙烯酸类液体聚合物载体、至少一种着色剂和任选的其他功能添加剂；中国专利cn101522840b中公开了一种使用生物衍生油的液体色母料或添加剂母料，其包含葡萄籽油液体载体(生物衍生油)、至少一种着色剂或功能添加剂、任选的表面活性剂、粘度调节剂和其它功能添加剂或特性着色剂；中国专利cn111040458a公开了一种通用型改性松香液体色母组合物及其制备方法，通用型改性松香液体色母组合物包含改性松香增稠液体载体和塑料添加剂。
6.目前，国内外已经公开了一些用于制备适用于聚合物、塑料、薄膜和纤维的液体着色剂的液体载体。如，美国专利us4167503中公开的包含烷基化苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇液体载体，并给出了利用该类载体形成的液体色母料用于聚酯纤维的着色。这些着色剂中基于表面活性剂的载体提供了优异的颜料分散介质，并允许相对较高的颜料负载量。然而，这些着色剂中使用的表面活性剂本质上是极性的，与许多塑料不相容。
7.液体色母料与其他着色剂相比较，具有许多优点，特别是在颜料分散性方面。一般情况下，液体色母料的颜料分散性优于色母粒。但现阶段的液体色母料也存在一些不良现象，如液体色母料中的颜料颗粒可能会随着时间的推移发生颜料沉淀、颗粒团聚等现象。这种颜料沉淀、颗粒团聚等现象会导致容器底部形成难再分散的固形物，导致在塑料、纤维着色过程中出现因颜料未能很好分散而出现的色点问题。
8.此外，机械混合不均、表面活性剂的类型选择和使用不当等原因，也会导致色油着色过程中出现色点问题。再有，有些液体载体润滑性较高，导致加工过程中双螺杆挤出机中
的螺杆滑移现象非常严重，并导致出现着色条纹现象。为了克服液体色母料着色的色点、条纹等问题，国外也报道了多种技术方案，如美国专利us4624983中公开了一种聚烯烃相容的液体着色剂/添加剂浓缩物，包含低分子量加成聚合物及其相容性好且基本不挥发溶剂(稀释剂)的混合载体、着色剂和/或添加剂、分散助剂。利用该液体色母料制备的产品，不仅不会产生条纹或色点，还消除了螺杆滑移的现象。再如，美国专利us5308395中公开了一种用于掺入聚合物树脂中的存储稳定的液体色母料，其包含载体和至少一种着色剂或添加剂，载体是由至少一种有机松香树脂和至少一种表面活性剂构成。该液体色母料还与多种塑料相容，克服了上述螺杆打滑的问题外，还减少了其他的加工缺陷，如泵入口的不均匀流动等。但是，上述液体色母料主要用于塑料着色，如何以较低成本制备在纤维中具有较高着色效果和具有良好稳定性的液体色母料，仍是一个极具挑战性的课题。


技术实现要素：

9.为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种液体色母料及其应用；该液体色母料具有优良的储存稳定性，与聚酯的相容性好，特别适合用于聚酯纤维的着色，可避免颜料在聚酯纤维成型过程中分散不均匀的现象，同时，还解决了挤出过程中产生的螺杆滑移、色点等问题。
10.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
11.一种液体色母料，其包含：
12.液体载体，该液体载体为改性脂肪酸酯，所述改性脂肪酸酯是由一元羧酸脂肪酸与多元醇酯化反应制成；
13.颜料；
14.表面活性剂，该表面活性剂为非离子型表面活性剂。
15.进一步的，该色母料包含：25～85份液体载体，15～50份颜料，0.5～2份表面活性剂。
16.更进一步的，该色母料还包含功能性添加剂，例如紫外线吸收剂、抗氧化剂等。
17.进一步的，用于制备改性脂肪酸酯的一元羧酸脂肪酸的结构通式如式(ⅰ)所示：
18.r1ch2cooh(i)19.其中，r1表示c
10-c
20
长碳链，长碳链中含有不饱和双键，或含有磺酸基取代基的饱和烷基；优选的，r1表示c
14-c
20
长碳链，所述长碳链中含有不饱和双键，或含有磺酸基取代基的饱和烷基；更优选的，r1表示c
14-c
20
长碳链，长碳链中含有不饱和双键；一元羧酸脂肪酸中的含有不饱和双键的c
14-c
20
长碳链的代表性物质结构，包含以下的一种或多种：ch3(ch2)5ch＝ch(ch2)6、ch3(ch2)7ch＝ch(ch2)6、ch3(ch2)4ch＝chch2ch＝ch(ch2)6。
20.进一步的，用于制备改性脂肪酸酯的多元醇为二元醇，该二元醇为乙二醇、丙二醇、聚乙二醇中的至少一种。进一步优选的，所述二元醇为聚乙二醇，如聚乙二醇200、聚乙二醇264、聚乙二醇400、聚乙二醇600。
21.进一步的，所述改性脂肪酸酯具有500～2000g/mol的摩尔质量；基于此，改性脂肪酸酯液体载体优选为聚乙二醇油酸酯。如聚乙二醇400油酸酯、聚乙二醇600油酸酯；改性脂肪酸酯液体载体也可以是不同分子量的聚乙二醇油酸酯的混合物，如聚乙二醇400油酸酯和聚乙二醇600油酸酯的混合物。
22.进一步的，所述颜料为有机颜料或无机颜料；其中无机颜料的类型包括：二氧化钛、炭黑、氧化铁等；有机颜料的类型包括：偶氮颜料(单偶氮、双偶氮)、酞菁、喹吖啶酮颜料、苝颜料、异吲哚酮、蒽醌等；液体色母料中颜料的选择，可以参考色母粒行业常用的颜料选择方法，综合考虑颜料的耐温性、耐候性等性能；聚酯制品不同颜色的需求，则可依据本领域熟知的方法通过调色获得。
23.进一步的，所述表面活性剂为含羟基官能团的酯类物质；更优选的，该含羟基官能团的酯类物质具有800～1000g/mol的摩尔质量，且其结构通式如式(ⅱ)所示，如巴斯夫公司的hs 15；
24.ch3(ch2)4ch2ch(oh)ch2(ch2)8ch2co(och2ch2)noh
ꢀꢀ
(ⅱ)。
25.液体色母料的制备过程通常是在环境温度下，具体为：将表面活性剂溶解在液体载体中，然后再加入颜料，通过混合分散设备混合分散得到液体色母料。该混合分散设备可以是普通的以搅拌桨进行分散的分散机、三辊机、砂磨机、球磨机等中的一种，一般优选三辊机作为混合分散设备。
26.本发明进一步提供了液体色母料的应用，即将该液体色母料与树脂一起混合或将液体色母料泵入经过螺杆挤出机等设备制备的聚合物熔体流中，最终形成有色聚酯制品；优选的，该液体色母料用于制备有色聚酯纤维。
27.本发明的有益效果是：
28.本发明的液体色母料中，带有羟基基团的非离子型表面活性剂和改性脂肪酸酯液体载体结合，并相互作用，一方面可以使得颜料稳定分散在该液体载体中，提高液体色母料的储存稳定性，另一方面促使颜料在聚酯制品成型过程中的均匀分散，同时消除成型过程中产生的螺杆滑移、色点等问题，且减少了聚酯纤维着色的换色等工序的繁琐程度。本发明的液体色母料与与聚酯的相容性好，特别适合用于聚酯纤维的着色。
具体实施方式
29.下面将结合具体实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.实施例1
31.将81份聚乙二醇400单油酸酯(由油酸和聚乙二醇400酯化反应制成)、17.5份c.i.颜料黑7、1.5份hs 15使用带有普通搅拌桨的分散机分散后，再使用实验规模的三辊机碾磨制造，得到液体色母料1。
32.实施例2
33.将69.5份聚乙二醇400单油酸酯、29.3份c.i.颜料红254、1.2份hs 15使用带有普通搅拌桨的分散机分散后，再使用实验规模的三辊机碾磨制造，得到液体色母料2。
34.实施例3
35.将66份聚乙二醇600单油酸酯(由油酸和聚乙二醇600酯化反应制成)、33份c.i.颜
料蓝15:3、1份hs 15使用带有普通搅拌桨的分散机分散后，再使用实验规模的三辊机碾磨制造，得到液体色母料3。
36.实施例4
37.将54份聚乙二醇600双油酸酯、45份c.i.颜料红101、1份hs15使用带有普通搅拌桨的分散机分散后，再使用实验规模的三辊机碾磨制造，得到液体色母料4。
38.实施例5
39.将29.5份聚乙二醇400单油酸酯、39.2份聚乙二醇600双油酸酯、30份c.i.颜料黄150、1.3份hs 15使用带有普通搅拌桨的分散机分散后，再使用实验规模的三辊机碾磨制造，得到液体色母料5。
40.对比例
41.将实施例1中的聚乙二醇400单油酸酯用山梨聚糖单油酸酯替代，其他原料保持不变，将原料加入带有普通搅拌桨的分散机中进行分散后，再使用实验规模的三辊机碾磨制造，得到液体色母料6。
42.储存稳定性测试
43.将上述实施例和对比例的液体色母料，在50℃下以500ml密封瓶储存30天，目测其储存稳定性，未出现颜料沉底或液体色母料分层的以“√”表示，出现颜料沉底或液体色母料分层的以
“×”
表示。储存稳定性测试结果如下表1所示。
44.表1储存稳定性测试结果
[0045][0046]
着色聚酯纤维的制备
[0047]
将液体色母料转移到压力容器中，并送入计量泵的入口，控制计量泵转速与挤出机螺杆的进料速度，以保持稳定的聚酯熔体与液体色母料的质量比。本实验中选择纤维中的颜料含量占总量的比例为0.1wt.％。含有颜料的液体色母料与纤维级聚合物一起进入双螺杆挤出机中，通过双螺杆挤出机挤出、切粒制备有色聚酯母粒。然后，以有色聚酯母粒为原料，采用多功能纺丝机纺丝，聚酯纤维从多功能纺丝机的喷丝板向下挤出并缠绕在以300m/min的圆周速度旋转的线轴上。
[0048]
着色效果测试：目测有色聚酯母粒和聚酯纤维的着色效果，有色聚酯母粒和聚酯纤维均未出现色点或条纹的，以“√”表示；有色聚酯母粒和聚酯纤维任意一个出现色点或条纹的，以
“×”
表示。着色效果测试结果如下表2所示。
[0049]
表2着色效果测试结果
[0050][0051]
由表1和表2可知，本发明实施例的液体色母料具有优良的储存稳定性，且利用该
液体色母料制得的有色聚酯母粒和聚酯纤维的着色效果较好，消除了色点或条纹的问题。
[0052]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。