一种改性茶皂素的制备方法及其作为炭黑色浆润湿剂的应用与流程

本发明属于炭黑色浆润湿剂
技术领域：
，具体地涉及一种改性茶皂素的制备方法及其作为炭黑色浆润湿剂的应用。
背景技术：
：兼具油性圆珠笔良好的润滑性与水性圆珠笔优秀的出墨流畅性于一身的中性墨水笔，以其书写手感舒适、字迹清晰、耐光、耐水性强的特点，倍受消费者青睐，高品质的中性墨水是中性笔具有良好书写性能的关键，颜料型中性墨水制备工艺分两步：色浆的制备与中性墨水的调配，而其中稳定性良好的颜料色浆是制备优质墨水的前提。炭黑色浆的制备包括颜料炭黑的分散研磨与稳定化体系构建，在炭黑色浆的制备过程中发挥润湿效果的润湿剂能够使得炭黑色浆更加稳定，故这些润湿剂也是尤为重要的。根据相关最新发现，当制备出来的新试剂的hlb处于14-15时，该新试剂与炭黑颗粒的结合力较强，从而使得润湿过程容易发生，从而使得该新试剂作为炭黑色浆的润湿剂时，其润湿效果较好。目前常用的炭黑色浆的润湿剂为烷基聚氧乙烯醚磺酸钠盐、烷基聚氧乙烯醚硫酸钠盐、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯盐、聚氧乙烯醚，这些现有的炭黑色浆润湿剂中，有些润湿剂对炭黑颗粒的润湿效果并不好；有些润湿剂在制备过程中容易对环境造成较大的污染。随着目前社会对绿色环保的要求越来越高，从植物当中提取物质并将其改造用于产品中逐渐成为了研究的热点。茶皂素是从茶树种子提取出来的一种化合物，申请号为cn201510896126.6的中国发明专利公开了茶皂素的提取方法。在现有技术中，无论是纯粹的茶皂素还是用醇类改造后的皂苷类化合物都没有提到过将其作为炭黑色浆润湿剂的应用，究其原因主要有两个：一是纯粹的茶皂素本身对炭黑的润湿效果并不好。二是用醇类改造的皂苷类化合物，要考虑根据现有的物质如何设置基团，如何反应等问题，才能让最后得到的物质作为炭黑色浆润湿剂时润湿效果好，而人们对这方面的研究较少。技术实现要素：为了解决上述存在的问题，本发明对茶皂素如何改性才能使其炭黑色浆的润湿效果好展开了研究。本发明的目的在于提供一种改性茶皂素作为炭黑色浆润湿剂的应用。本发明的目的通过下述技术方案实现：一种改性茶皂素作为炭黑色浆润湿剂的应用，所述改性茶皂素作为炭黑色浆的润湿剂，所述改性茶皂素具有如式i所示的结构：进一步地，所述改性茶皂素的hlb值为14.3。本发明的另一目的在于提供一种改性茶皂素的制备方法，其具有工艺简单，方便操作的特点。本发明的另一目的通过以下技术方案得以实现：一种改性茶皂素的制备方法，包括如下步骤：s1、先将茶皂素加入经分子筛干燥过的n，n-二甲基甲酰胺溶剂中，搅拌使其溶解，以重量份数计，加入的所述n，n-二甲基甲酰胺为108份，加入的所述茶皂素为36份；s2、加入羧基活化剂1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，然后在室温下搅拌2-5小时，以重量份数计，加入的所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐为6份；s3、加入催化剂4-二甲胺基吡啶，以重量份数计，加入的所述4-二甲胺基吡啶为2份；s4、在催化剂4-二甲胺基吡啶存在的情况下，又加入十二碳烯醇，然后在室温下搅拌反应7-10小时得到反应液，以重量份数数计，加入的所述十二碳烯醇为7份；s5、将反应液通过饱和食盐水洗涤，然后过滤，弃掉水层，得到有机层，然后将有机层进行减压蒸馏，在0.133kpa和100-120℃温度下，蒸馏蒸去n，n-二甲基甲酰胺和十二碳烯醇，得到的剩余物即为所述改性茶皂素。进一步地，所述十二碳烯醇为反-2-十二碳烯醇。进一步地，所述十二碳烯醇为顺-9-十二碳烯醇。进一步地，所述十二碳烯醇为顺-7-十二碳烯醇。本发明具有以下有益效果：1、将茶皂素在催化剂、羧基活化剂存在的前提下与十二碳烯醇反应，其得到的改性茶皂素用作炭黑色浆的的润湿剂时，具有良好的润湿效果，且相对于现有的炭黑色浆润湿剂而言，更加环保；2、制备改性茶皂素的方法工艺简单且操作方便。附图说明图1为实施例一的h2与t关系图；图2为实施例二的h2与t关系图；图3为实施例三的h2与t关系图；图4为对比例一的h2与t关系图；图5为对比例二的h2与t关系图；图6为对比例三的h2与t关系图。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。实施例一：一种改性茶皂素，按照如下方法制得：先将36g茶皂素加入经分子筛干燥过的108gn，n-二甲基甲酰胺溶剂中，搅拌使其溶解，然后加入6g1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，在室温下搅拌3小时，该1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐用于活化茶皂素上的羧基，之后加入2g催化剂4-二甲胺基吡啶，在催化剂4-二甲胺基吡啶存在的情况下，又加入7g十二碳烯醇(反-2-十二碳烯醇)，然后在室温下搅拌反应8小时得到反应液，在该反应液中加入200g饱和食盐水进行洗涤，该洗涤过程重复三次最佳，洗涤后进行过滤，弃去水层，得到有机层，这里通过洗涤除去水层，是为了除去1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和4-二甲胺基吡啶，得到的有机层中的物质包括产物改性茶皂素i-a、n，n-二甲基甲酰胺以及反应剩下的十二碳烯醇(反-2-十二碳烯醇)，将有机层进行减压蒸馏，在0.133kpa、100℃下蒸馏，依次蒸去n，n-二甲基甲酰胺，反应剩下的十二碳烯醇(反-2-十二碳烯醇)，得到的剩余物即为改性茶皂素i-a，该改性茶皂素i-a的hlb值为14.3。该改性茶皂素i-a的结构如下所示：实施例二：一种改性茶皂素，按照如下方法制得：先将36g茶皂素加入经分子筛干燥过的108gn，n-二甲基甲酰胺溶剂中，搅拌使其溶解,然后加入6g1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐,在室温下搅拌3小时，该1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐用于活化茶皂素上的羧基，之后加入2g催化剂4-二甲胺基吡啶，在催化剂4-二甲胺基吡啶存在的情况下，又加入7g十二碳烯醇(顺-9-十二碳烯醇)，然后在室温下搅拌反应8小时得到反应液，在该反应液中加入200g饱和食盐水进行洗涤，该洗涤过程重复三次最佳，洗涤后进行过滤，弃去水层，得到有机层，这里通过洗涤除去水层，是为了除去1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和4-二甲胺基吡啶，得到的有机层中的物质包括产物改性茶皂素i-b、n，n-二甲基甲酰胺以及反应剩下的十二碳烯醇(顺-9-十二碳烯醇)，将有机层进行减压蒸馏，在0.133kpa、100℃下蒸馏，依次蒸去n，n-二甲基甲酰胺，反应剩下的十二碳烯醇(顺-9-十二碳烯醇)，得到的剩余物即为改性茶皂素i-b，该改性茶皂素i-b的hlb值为14.3。该改性茶皂素i-b的结构如下所示：实施例三：一种改性茶皂素，按照如下方法制得：先将36g茶皂素加入经分子筛干燥过的108gn，n-二甲基甲酰胺溶剂中，搅拌使其溶解,然后加入6g1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐,在室温下搅拌3小时，该1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐用于活化茶皂素上的羧基，之后加入2g催化剂4-二甲胺基吡啶，在催化剂4-二甲胺基吡啶存在的情况下，又加入7g十二碳烯醇(顺-7-十二碳烯醇)，然后在室温下搅拌反应8小时得到反应液，在该反应液中加入200g饱和食盐水进行洗涤，该洗涤过程重复三次最佳，洗涤后进行过滤，弃去水层，得到有机层，这里通过洗涤除去水层，是为了除去1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和4-二甲胺基吡啶，得到的有机层中的物质包括产物改性茶皂素i-c、n，n-二甲基甲酰胺以及反应剩下的(顺-7-十二碳烯醇)，将有机层进行减压蒸馏，在0.133kpa、120℃下蒸馏,依次蒸去n，n-二甲基甲酰胺，反应剩下的(顺-7-十二碳烯醇)，得到的剩余物即为改性茶皂素i-c，该改性茶皂素i-c的hlb值为14.3。该改性茶皂素i-c的结构如下所示：改性茶皂素对炭黑的润湿效果，可以采用现有的毛细玻璃管浸透速度法来等效表征，根据washburn方程:h2＝rcosθγt/(2ηl)，式中h为t时刻液体渗入毛细玻璃管的深度，r为炭黑颗粒间填充空隙的平均几何半径，即炭黑填充柱的有效毛细玻璃管半径，θ为溶剂与粉末的接触角，γ为溶剂的表面张力，ηl为溶剂粘度。h2与t呈直线关系，斜率k＝rcosθ/(2ηl)，作h2与t关系图可求出。令rcosθ＝r，则r＝2ηlk/γ，相同件下r相同，所以可以用r(润湿性等效表征参数)表征炭黑在不同润湿剂中的润湿性，r越大，润湿接触角越大，润湿性越强，对炭黑的润湿效果越好。首先，分别称取1g改性茶皂素a(来自于以上实施例一的制备)，1g改性茶皂素b(来自于以上实施例二的制备)，1g改性茶皂素c(来自于以上实施例三的制备)，1g茶皂素(直接购买，作为对比例一)，1g苄泽30(直接购买，属于现有的炭黑润湿剂聚氧乙烯醚的一种，作为对比例二)，1g平平加o-20(直接购买，属于现有的炭黑润湿剂聚氧乙烯醚的一种，作为对比例三)，将以上物质分别倒入6个250ml的烧杯中，然后在这些烧杯中分别加入199g蒸馏水配成0.5％的水溶液，置于25℃条件下备用。在6支规格相同(内径为0.08cm，长度为10cm)的毛细玻璃管中装填0.3cm-0.4cm高度的炭黑颗粒并均匀振实，在该毛细玻璃管开口端塞上玻璃棉，然后将这6支装有炭黑颗粒和玻璃棉的毛细玻璃管分别同时插入6个烧杯的液体中，插入时，毛细玻璃管塞有玻璃棉的一端朝向烧杯，在实验过程中，该玻璃棉起到了将烧杯中的液体与毛细玻璃管中的炭黑颗粒隔开的作用，避免了毛细玻璃管中的炭黑颗粒落入烧杯的液体中，当装有炭黑颗粒和玻璃棉的毛细玻璃管插入烧杯中的液体后，烧杯中的液体会渗入毛细玻璃管中，并顺着毛细玻璃管向上爬升，每隔一定时间(t)测定每个烧杯的液体渗入毛细玻璃管的高度(h)，分别得到表1、表2、表3、表4、表5、表6，然后根据表1、表2、表3、表4、表5，表6，分别制作出h2与t关系图，得到图1、图2、图3、图4、图5，图6。表1实施例一(加入改性茶皂素a的烧杯)t(s)48121620h2(cm2)1.42.84.55.46.2根据图1通过计算得到的斜率k1为0.305，然后再用旋转黏度计测该烧杯中溶液的粘度ηl1为1.562*10-3pa·s，再用自动张力仪测得该烧杯中溶液的表面张力γ1为3.5*10-2n/m，最后通过公式(r＝2ηlk/γ)计算得到该被烧杯中溶液的r1为0.027。表2实施例二(加入改性茶皂素b的烧杯)t(s)48121620h2(cm2)1.32.84.35.46.0根据图2通过计算得到的斜率k2为0.3，然后再用旋转黏度计测该烧杯中溶液的粘度ηl2为1.587*10-3pa·s，再用自动张力仪测得该烧杯中溶液的表面张力γ2为3.4*10-2n/m，最后通过公式(r＝2ηlk/γ)计算得到该被烧杯中溶液的r2为0.028。表3实施例三(加入改性茶皂素c的烧杯)t(s)48121620h2(cm2)1.53.14.75.56.3根据图3通过计算得到的斜率k3为0.3，然后再用旋转黏度计测该烧杯中溶液的粘度ηl3为1.574*10-3pa·s，再用自动张力仪测得该烧杯中溶液的表面张力γ3为3.4*10-2n/m，最后通过公式(r＝2ηlk/γ)计算得到该被烧杯中溶液的r3为0.028。表4对比例一(加入茶皂素的烧杯)t(s)48121620h2(cm2)0.82.65.27.49.4根据图4通过计算得到的斜率k4为0.55，然后再用旋转黏度计测该烧杯中溶液的粘度ηl4为0.994*10-3pa·s，再用自动张力仪测得该烧杯中溶液的表面张力γ4为4.6*10-2n/m，最后通过公式(r＝2ηlk/γ)计算得到该被烧杯中溶液的r4为0.024。表5对比例二(加入苄泽30的烧杯)t(s)48121620h2(cm2)1.12.44.15.46.5根据图5通过计算得到的斜率k5为0.345，然后再用旋转黏度计测该烧杯中溶液的粘度ηl5为1.306*10-3pa·s，再用自动张力仪测得该烧杯中溶液的表面张力γ5为4.3*10-2n/m，最后通过公式(r＝2ηlk/γ)计算得到该被烧杯中溶液的r5为0.021。表6对比例三(加入平平加o-20的烧杯)t(s)48121620h2(cm2)0.92.54.45.76.5根据图6通过计算得到的斜率k6为0.36，然后再用旋转黏度计测该烧杯中溶液的粘度ηl6为1.356*10-3pa·s，再用自动张力仪测得该烧杯中溶液的表面张力γ6为4.2*10-2n/m，最后通过公式(r＝2ηlk/γ)计算得到该被烧杯中溶液的r6为0.023。通过以上实验得知，加入改性茶皂素的烧杯的溶液r值大于加入茶皂素的烧杯的溶液r值，大于加入苄泽30的烧杯的溶液r值，大于加入平平加o-20的烧杯的溶液r值，故改性茶皂素作为炭黑色浆的润湿剂，其润湿效果良好。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12