技术领域
[0001] 本
发明涉及一种多功能表面活性剂及其制备方法和在喷墨印花墨水中的应用。
背景技术
[0002] 有机颜料用途广泛，可用于印刷、油墨、涂料、塑料、
橡胶、纺织及
化妆品等。它的最大优点在于其优良的耐光牢度、耐热
稳定性及耐水洗性能。但其不溶于水，因而在纺织领域运用颜料
着色剂时，通常须将颜料
研磨成细粉，将其用表面活性剂或
聚合物分散剂分散、悬浮在水中制作成水基型印墨。因为表面张
力等原因，有机颜料着色剂在水中倾向于聚集，所以印花着得色强度低，色彩不艳丽，图案不清晰，且具有易阻塞喷头、成本较高等缺点。因此真正完全商品化的颜料型喷墨印花墨水非常有限。
[0003] 针对有机颜料着色剂的缺点，很多
专利及文献提及改性方法。例如，CN101835850A公开了有机颜料微粒及其制备方法、颜料分散组合物、光
固化性组合物及含有该组合物的喷墨墨水、以及使用了该喷墨墨水的滤色器及其制备方法，据专利描述该有机颜料微粒具有自分散性，使用过程中可以减少分散剂的量，但还是解决不了在水中溶解性差的问题，无法避免需要添加
有机溶剂改善颜料的溶解性，这将对健康和环境造成影响，同时配方中需要添加大量的表面活性剂及
杀菌剂，使原料成本较大。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明提供一种多功能型的表面活性剂及其制备方法，本发明提供的表面活性剂可以作为有机颜料使用，其具有改善的亲水性和流动性，解决了由于疏水及分散性差导致有机颜料在使用中易堵塞的问题，同时该表面活性剂能使产品具有抗菌的性能。
[0005] 本发明为达到其目的，提供一种多功能表面活性剂的制备方法，包括如下步骤：
[0006] 1)在溶剂存在下，将1H,1H-全氟辛基胺和3,6-二(4-氯苯基)-吡咯并吡咯-1,4-二
酮在回流状态下反应生成式I化合物；
[0007]
[0008] 2)在溶剂存在下，将式I化合物与2-氯
乙醇在回流状态下反应生成式II化合物；
[0009]
[0010] 3)以步骤2)得到的式II化合物为起始剂，在催化剂存在下，加入环
氧化物进行反应，制得所述表面活性剂。
[0011] 本发明提供的制备方法中，首先通过芳胺化反应得到含氟元素和
氨基的化合物，以该化合物为起始剂，引入环氧化物，合成多功能表面活性剂。得到的表面活性剂解决了有机颜料254的
水溶性差的问题，同时使产品具有抗菌和抗
真菌的性能，可以应用于纺织、涂料及洗化领域。
[0012] 一些实施方式中，步骤1)中，1H,1H-全氟辛基胺、3,6-二(4-氯苯基)-吡咯并吡咯-1,4-二酮(如下式a)的摩尔比为1:(1.0～2.0)，例如1:1.0、1:1.2、1:1.5、1:2.0等，优选1:
(1.0～1.3)；
[0013] 步骤1)的反应方程式如下所示：
[0014]
[0015] 一些实施方式中，步骤1)中，反应所得的反应产物经过后处理提纯得到所述式I化合物，后处理具体如减压蒸馏、重结晶等；优选地，所述后处理包括减压蒸馏除掉溶剂(即挥发性成分)，然后采用乙酸乙酯和丙酮作为重结晶溶解I进行重结晶，得到经提纯的所述式I化合物；
[0016] 优选的，所述重结晶溶剂I为乙酸乙酯和丙酮的体积比为1：5～10(例如1：5、1：7、1：10)的混合溶剂；重结晶溶剂I的用量并不特别限制，只要能满足溶解要求即可。
[0017] 步骤2)中，式I化合物与2-氯乙醇的摩尔比为1:4.0～6.0，例如1:4.0、1:5.0、1:6.0等，优选1:4.8～5.6；步骤2)的反应方程式如下所示：
[0018]
[0019] 一些实施方式中，步骤2)中，反应所得的反应产物经过后处理得到经提纯的所述式II化合物，后处理具体如减压蒸馏、重结晶等；优选地，所述后处理包括减压蒸馏除掉溶剂(即挥发性成分)，然后采用乙酸乙酯和丙酮作为重结晶溶剂II经重结晶得到经提纯的所述式II化合物。
[0020] 优选的，所述重结晶溶剂II为所述乙酸乙酯和丙酮的体积比为1：5～10(例如1:5、1:7、1:10等)的混合溶剂；重结晶溶剂II的用量并不特别限制，只要能满足溶解要求即可。
[0021] 一些实施方式中，步骤3)中，所述催化剂为
碱金属催化剂、磷腈、
路易斯酸、碱土金属催化剂中的一种或多种；优选碱金属催化剂；所述碱金属催化剂优选NaOH、KOH、甲醇钠、甲醇
钾中的一种或多种；所述碱土金属催化剂例如为氢氧化镁、氢氧化钡、氢
氧化钙的一种或多种。更优选所述催化剂为反应速度快且价格便宜的氢氧化钾或氢氧化钠。
[0022] 优选的，所述催化剂的用量为所述起始剂和所述环氧化物总
质量的0.01-0.5％，例如0.01％、0.05％、0.1％、0.2％等，优选0.05％-0.2％。
[0023] 一些实施方式中，步骤3)中，所述环氧化物为环氧乙烷、环氧丙烷或者两者的混合物；优选地，所述步骤3)中，所述式II化合物与环氧化物的摩尔比为1:10～130，例如1:10、1:20、1:50、1:100、1:120、1:130等，优选1:20～120，更优选1:20～110。
[0024] 一些实施方式中，步骤1)或步骤2)中所述溶剂为异丙醇和/或乙腈；步骤3)中，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和/或二甲基乙酰胺(DMAC)。溶剂的用量并无特别限制，只要能溶解反应原料即可。
[0025] 一些实施方式中，步骤1)中，反应
温度为80-90℃，反应时间例如为20～24h；具体的，待反应完毕，冷却至室温，对反应产物进行减压蒸馏、重结晶等后处理提纯操作，得到式I化合物。
[0026] 一些实施方式中，步骤2)中，反应温度为80-90℃，反应时间例如为30～40h；具体的，待反应完毕，冷却至室温，对反应产物进行减压蒸馏、重结晶等后处理提纯操作，得到式II化合物。
[0027] 一些实施方式中，步骤3)中，所述反应的反应温度为100-180℃(例如100℃、120℃、130℃、140℃、160℃、180℃等)，优选120-140℃；反应压力为0.1-0.6MPa(按表压计)，优选0.2-0.3MPa；步骤3)中反应至压力不再降低为止。
[0028] 本发明所述的步骤3)的反应容器优选为喷射反应器、管式反应器、搅拌釜、环流反应器中的任一种。
[0029] 本发明通过芳胺化反应得到含氟元素和氨基的化合物，以该化合物为起始剂，合成多功能表面活性剂。该表面活性剂在3,6-二(4-氯苯基)-吡咯并吡咯-1,4-二酮颜料上引入环氧基团，提高了亲水性和流动性，解决了由于疏水及分散性差导致使用中易堵塞的问题，同时该表面活性剂引入了氟元素，使产品具有抗菌和抗真菌的性能，可以应用于纺织、涂料及洗化领域。本发明提供的多功能表面活性剂具有抗菌和优异的水溶性。
[0030] 本发明提供的多功能表面活性剂，具有如下结构式III：
[0031]
[0032] x1、x2、p1、p2各自独立地为0～200的整数，y1、y2、q1、q2各自独立地为0～200的整数，且x1和y1中的至少一个不为0，x2和y2中的至少一个不为0，p1和q1至少一个不为0，p2和q2至少一个不为0；
[0033] 优选的，x1、x2、p1、p2之和为0-200，y1、y2、q1、q2之和为0-200，且x1、x2、p1、p2之和、y1、y2、q1、q2之和这二者中至少一个不为0；；
[0034] 更优选的，x1、x2、p1、p2之和为20-104，y1、y2、q1、q2之和为0。
[0035] 上述结构式III的多功能表面活性剂可以采用上文提供的制备方法制得。
[0036] 一些实施方式中，本发明提供的多功能表面活性剂的重均分子量范围是1000g/mol～10000g/mol，优选2000g/mol～6000g/mol。
[0037] 本发明还提供所述多功能表面活性剂的应用，所述多功能表面活性应用于洗化、涂料或纺织领域中，例如所述多功能表面活性用作有机颜料和/或表面活性剂和/或
抗菌剂，优选用于墨水中，更优选用于喷墨印花墨水中。
[0038] 本发明还提供一种有机颜料型喷墨印花墨水，其中所用的有机颜料包括上文所述的多功能表面活性剂；所述喷墨印花墨水中无需添加
有机溶剂，进一步优选不添加额外的表面活性剂；
[0039] 优选的，所述的喷墨印花墨水包括如下重量百分比的各组分：
[0040] 有机颜料 15～30％，
[0043] 固色剂 0.1～8％，
[0044] 分散剂 1～10％，
[0045] 消泡剂 0.01～1％，
[0047] 水，其用量以使喷墨印花墨水的各组分的重量百分比之和为100％为准。
[0048] 一些实施方案中，所述的水溶性树脂例如但不限于聚乙烯醇、水性聚氨酯、水溶性
丙烯酸树脂的一种或多种；
[0049] 所述的粘合剂例如但不限于羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸环氧丙酯一种或两种；
[0050] 所述的固色剂例如但不限于氯化十六烷基吡啶、溴化十六烷基吡啶中的一种或两种；
[0051] 所述的分散剂例如但不限于乙烯基三甲氧基
硅烷、乙烯基二甲氧基甲基硅烷中的一种或两种；
[0052] 所述的保湿剂可以采用本领域常规使用的保湿剂，例如但不限于为甘油等；
[0053] 所述的消泡剂可以采用本领域常规使用的消泡剂，例如但不限于巴斯夫产品FOAMSTAR SI 2280。
[0054] 本发明提供的所述喷墨印花墨水的制备方法可以采用本领域常规工艺进行，对此没有特别限制，例如可采用包括如下步骤的方法制备：
[0055] (1)将水、分散剂、消泡剂(占消泡剂总质量的60％)、有机颜料、水溶性树脂按所需的质量依次加入，用高速
搅拌机搅拌0.5～1h(搅拌速度可以是900～1500rpm)，然后转移到砂磨机里研磨，例如研磨2个小时，得到基墨；
[0056] (2)用剩余的消泡剂(占消泡剂总质量的40％)将上述基墨稀释，加入粘合剂、保湿剂并混合均匀，用机械搅拌器搅拌均匀，最终加入固色剂，轻轻搅拌5min。
[0057] (3)依次使用5μm、3μm、2μm孔径的混合
纤维素材质的滤
膜过滤，然后进行
包装即得喷墨印花墨水。
[0058] 本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
[0059] (1)本发明在有机颜料的
基础上引入聚氧乙烯醚和
碳氟链得到了一种多功能表面活性剂，既可以当作有机颜料使用，又具有表面活性剂的亲水和疏水性能，使用其制备有机颜料型喷墨印花墨水时，不仅解决了墨水的水溶性问题同时具有抗菌性，并且可以减少配方中的表面活性剂成分，而且无需使用有机溶剂。
[0060] (2)本发明制备所述多功能表面活性剂的反应条件温和，反应原料易得，产物易分离提纯，反应过程容易操作。反应过程中使用催化剂选择广泛，价格便宜。
附图说明
[0061] 图1为制备式II化合物
实施例的步骤1)所得产物I的NMR谱图；
[0062] 图2为制备式II化合物实施例的步骤2)所得产物II的NMR谱图；
[0063] 图3为实施例1的所得目标产物的NMR谱图；
[0064] 图4为实施例2的所得目标产物的NMR谱图；
[0065] 图5为实施例3的所得目标产物的NMR谱图。
具体实施方式
[0066] 为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。文中未特别说明的实验方法均为本领域技术人员所熟知的常规技术，对此不作一一赘述。
[0067] 异丙醇：安丘海胜化工厂
[0068] 1H,1H-全氟辛基胺：郑州
艾克姆化工有限公司
[0069] 3,6-二(4-氯苯基)-吡咯并吡咯-1,4-二酮(颜料红254)：郑州艾克姆化工有限公司
[0070] 乙酸乙酯：天津市科密欧化学
试剂有限公司
[0071] 丙酮：天津市科密欧化学试剂有限公司
[0072] 2-氯乙醇：天津市科密欧化学试剂有限公司
[0073] 环氧乙烷：万华化学装置自产
[0074] 氢氧化钾：山东菲尔新材料有限公司
[0075] 甲醇钾：天津市科密欧化学试剂有限公司
[0076] 聚乙烯醇：天津市科密欧化学试剂有限公司
[0077] 乙烯基三甲氧基硅烷：武汉晨矽新材料有限公司
[0078] 羟甲基丙烯酰胺：上海绮禾化工有限公司
[0079] 氯化十六烷基吡啶：南通润丰石油化工有限公司
[0080] 测试方法：
[0081] 利用NMR(Varian INOVA 500MHz)对制备的目标产物进行化学结构测试。制样方法如下：将5-10mg(实施例中具体所用为约8mg)样品加入核磁管中，加入0.3ml氘代氯仿溶解，超声分散均匀后进行测试表征。测试范围：0～16ppm。
[0082] 利用高分辨质谱(Waters Xevo G2 QTof)测试制备的目标产物的分子量。
[0083] 制备式II化合物实施例：
[0084] 包括如下步骤
[0085] 1)以30ml异丙醇为溶剂，85℃，将1.5mol 1H,1H-全氟辛基胺及1.8mol 3,6-二(4-氯苯基)-吡咯并吡咯-1,4-二酮在回流状态下反应24h，反应结束后减压蒸馏除去挥发性成分，再用800ml乙酸乙酯和丙酮的混合溶液(体积比为1:10)重结晶1次,得到1.3mol产物I(式I化合物)。NMR谱图参见图1。
[0086] 2)将1mol上述步骤1)的产物I与5mol 2-氯乙醇混合，以150ml异丙醇为溶剂，85℃下回流反应40h，反应结束后减压蒸馏除去挥发性成分，再用800ml乙酸乙酯和丙酮的混合溶液(体积比为1:6)重结晶1次,即得0.9mol产物II(式II化合物)，Mw：1259g/mol。NMR谱图参见图2。
[0087] 实施例1
[0088] 向盛有100m DMF溶液的反应容器中加入0.15mol步骤2)得到的目标产物(式II化合物)和KOH催化剂(基于反应原料式II化合物和环氧乙烷总量的0.1w.t.％)，升温至100℃，抽
真空脱水；控制反应温度为120℃，压力介于0.2-0.3MPa，往反应容器中连续加入3.6mol环氧乙烷，反应至压力不再降低，得到目标产物(式III化合物)0.13mol，即多功能表面活性剂。Mw：2139g/mol。
[0089] NMR谱图和结构式参见图3。
[0090] 实施例2
[0091] 向盛有100m DMF溶液的反应容器中加入0.15mol步骤2)得到的目标产物(式II化合物)和KOH催化剂(基于反应原料式II化合物和环氧乙烷总量的0.1w.t.％)，升温至100℃，抽真空脱水；控制反应温度为120℃，压力介于0.2-0.3MPa，往反应容器中连续加入11.25mol环氧乙烷，反应至压力不再降低，得到目标产物(式III化合物)0.128mol，即多功能表面活性剂。Mw：4075g/mol。NMR谱图和结构式参见图4。
[0092] 实施例3
[0093] 向盛有100m DMF溶液的反应容器中加入0.15mol步骤2)得到的目标产物(式II化合物)和甲醇钾催化剂(基于反应原料式II化合物和环氧乙烷总量的0.2w.t.％)，升温至100℃，抽真空脱水；控制反应温度为120℃，压力介于0.2-0.3MPa，往反应容器中连续加入
19.5mol环氧乙烷，反应至压力不再降低，得到目标产物0.12mol，即多功能表面活性剂。Mw：
5835g/mol。NMR谱图和结构式参见图5。
[0095] 有机颜料型喷墨印花墨水配制(以下百分比均为质量百分比)：
[0096] 将34.0％的去离子水、3％的分散剂乙烯基三甲氧基硅烷、0.5％的消泡剂(巴斯夫产品FOAMSTAR SI 2280)、25％实施例制得的的有机颜料(即前面实施例制得的多功能表面活性剂)、20％水溶性树脂聚乙烯醇按配比计算出的质量依次加入，用高速搅拌机在1000rpm的转速下搅拌1h，然后转移到砂磨机里研磨2个小时，得到基墨；用0.5％消泡剂(巴斯夫产品FOAMSTAR SI 2280)将上述基墨稀释，加入8％粘合剂羟甲基丙烯酰胺、3％保湿剂甘油并混合均匀，用机械搅拌器搅拌均匀，最终加入6％固色剂氯化十六烷基吡啶，轻轻搅拌5min；油墨分级过滤，依次使用5μm、3μm、2μm孔径的混合
纤维素材质的滤膜过滤后进行包装即得有机颜料型喷墨印花墨水。
[0097] 对比例1
[0098] 本对比例与实施例的区别在于，本对比例在有机颜料型喷墨印花墨水配制中使用有机颜料254替代本发明实施例中的所用的多功能表面活性剂。
[0099] 对比例2
[0100] 本对比例与实施例的区别在于，本对比例在有机颜料型喷墨印花墨水配制中使用15％的有机颜料254替代本发明实施例中的所用的25％的多功能表面活性剂，并添加10％的表面活性剂
硬脂酸钠和10％的乙醇用于溶解颜料和5％的分散剂乙烯基三甲氧基硅烷，则去离子水变为19.5％。
[0101] 对实施例和对比例所制备的有机颜料型喷墨印花墨水进行性能检测，结果如表1所述：
[0102] 分散性测试:
打印机墨盒中加入油墨,喷头经1～2次清洗程序清洗后,连续喷印3张A4纸色
块,观察喷印效果。喷印效果分四个等级:1级,出现断线；2级,出现明显条痕；3级,出现轻微条痕；4级,无条痕。级数越低表示分散性越差，即越易出现堵塞。
[0103]
粘度：采用vibro viscometer(振动
粘度计)于常温下测试粘度，其单位为m Pa·s。
[0104] 墨水表面
张力值：油墨的表面张力通过KRUSS Process Tensimeter k100
软件采用铂金板法测试，每一个样品测10个表面张力值，取其平均值。测试时应先打开仪器预热30min，使天平稳定。
[0105] 表1
[0106]
[0107]
[0108] 对实施例和对比例所制备的有机颜料型喷墨印花墨水进行性能检测，结果如表2所述：
[0109] 采用AATCC-147试验法，测定使用喷墨印花墨水得到的织物的抗菌性能。具体方法为：将织物采用手切，切成25*50mm的方形样品。在培养皿中间画5条6mm，空间间隔10mm的平行线，将15±2ml无菌营养琼脂倒入15*100mm的培养皿中，等到琼脂形成凝胶。采用一根4mm的接种环，装入一环有金黄色葡萄球菌的培养液，在琼脂培养基表面沿着5条平行线做划线，然后将上述实施例及对比例的墨水喷墨得到的织物粘在培养基表面，并轻轻
挤压，使其与琼脂表面紧密
接触，在37℃下培养24h后使用放大镜观察在试样织物周围的抑菌区宽度，以此表征抗菌能力。结果见表2。
[0110] 表2
[0111] 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
宽度/cm 1.5 1.7 1.5 0 0
[0112] 通过表1可以看到，本发明的墨水的分散性及粘度更加优异，尤其是实施例2效果最优。通过表2可以明显观察到，本发明得到的喷墨印花墨水具有明显的抗菌性能。
[0113] 本领域技术人员可以理解，在本
说明书的教导之下，可对本发明做出一些
修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明
权利要求所限定的范围之内。
