[發(fā)明專利]一種適用于中性墨水的納米炭黑色漿制備方法及其制備裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710070333.1
• 申請日: 2007-07-25
• 公開（公告）號: CN101104761A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向衛(wèi)東;潘明初;王兆倫;楊昕宇;梁曉娟;王華伍
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江省麗水傳人筆業(yè)有限公司;溫州大學(xué)
• 主分類號: C09D17/00
• 分類號: C09D17/00;C09D11/16
• 代理公司: 溫州高翔專利事務(wù)所
• 代理人: 陳慶吼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于中性墨水的納米炭黑色漿制備方法及其制備裝置。

背景技術(shù)

炭黑是以含碳原料(主要為石油)經(jīng)不完全燃燒而產(chǎn)生的微細(xì)粉末。外觀為純黑色的細(xì)粒或粉狀物。

炭黑作為著色劑用于中性筆用墨水的制造時具有以下特點(diǎn)：

1.炭黑是最好的黑色顏料。

2.炭黑幾乎是最廉價的顏料。

3.炭黑是著色力及遮蓋力最強(qiáng)的顏料。

4.炭黑的色度在視覺感官上呈中性。

5.炭黑具有耐久性優(yōu)良的特點(diǎn)，是最穩(wěn)定的顏料、耐熱、耐化學(xué)品、耐光。

6.炭黑顏色的深淺，粒子的細(xì)度，比重的大小，均隨所用原料和制造方法的不同而有差異。

作為一種顏料，炭黑被廣泛應(yīng)用于墨水及色漿制造領(lǐng)域。隨著社會科技水平的不斷發(fā)展，特別是隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高，在色漿中使用很多溶劑在使用過程中受到了限制，因此在墨水及色漿制造領(lǐng)域中，制造水性色漿已逐步取代溶劑型色漿成為人們的主要選擇。將炭黑穩(wěn)定地分散在水中，需要提高炭黑的親水性能，因此對炭黑進(jìn)行改性以適應(yīng)水體系穩(wěn)定性的需要成為人們研究的一個熱點(diǎn)課題。

液相氧化法是色素炭黑最早使用的表面氧化改性的方法，可用硝酸、高錳酸鉀、氯酸鈉、次氯酸鈉水溶液和溴水溶液等對炭黑進(jìn)行表面氧化改性。以硝酸為代表的液相氧化法，雖然能使羧基官能團(tuán)增加，顯著提高炭黑在水中的分散性，但在實(shí)際的工業(yè)化生產(chǎn)中，由于氧化效率低、成木高、工藝過程復(fù)雜，尤其是氧化后的炭黑需用水二次洗凈處理，造成嚴(yán)重環(huán)境污染，因而此法在發(fā)達(dá)國家己被淘汰，我國也正在逐步淘汰此法。

催化氧化法是利用催化劑對炭黑進(jìn)行催化氧化的方法。國外報道了使用TiCl₄、VOCl₃、CrOCl₄等金屬催化劑對炭黑進(jìn)行氣相催化氧化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，利用催化劑氧化炭黑可以提高炭黑表面含氧官能團(tuán)含量，尤以Cr為佳，其最佳反應(yīng)溫度為250℃左右，當(dāng)氧化溫度再高時，炭黑表面的含氧官能團(tuán)就會分解，生成CO和CO₂，導(dǎo)致含氧官能團(tuán)含量下降。目前催化劑氧化炭黑的研究還處于實(shí)驗(yàn)室水平，關(guān)鍵因素是未研究出價格便宜、反應(yīng)溫度低(室溫下)、氧化效率高，便于工業(yè)開發(fā)的高效能、低消耗的催化劑。

等離子體表面氧化改性技術(shù)是80年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，目前在材料表面改性中已得到較為廣泛的應(yīng)用，如改進(jìn)材料的粘接性能、親水性能和親油性能等。而對炭黑粉體表面氧化改性最常見的是對炭黑進(jìn)行低溫等離子體氧化，其主要過程是將極性基團(tuán)引入炭黑表面，使其表面極性化，如以高頻電暈放電，制造以O(shè)₂為主的等離子體處理炭黑。經(jīng)此處理后的炭黑顯酸性，并且在水中的分散性優(yōu)良，而未經(jīng)改性的炭黑在水中的分散性不佳，易產(chǎn)生沉降。常用的等離子體有空氣、氧氣等離子體、NO低溫等離子體等。炭黑等離子體氧化法目前也處于實(shí)驗(yàn)研究階段，其工業(yè)化的主要技術(shù)難點(diǎn)在于如何降低能耗，使炭黑在反應(yīng)器內(nèi)均勻氧化以及實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)等問題。

氣相氧化法是當(dāng)今世界色素炭黑表面氧化改性工業(yè)化生產(chǎn)普遍采用的方法。氣相氧化往往使用氧化性氣體如空氣、氧氣、氮氧化合物及臭氧等對炭黑進(jìn)行表面氧化改性處理。用空氣、氧氣等氣體為氧化劑進(jìn)行氣相氧化炭黑得到的產(chǎn)品，其表面含氧官能團(tuán)含量相對較低，主要原因是氧化反應(yīng)一般要在400℃以上進(jìn)行，而處于該溫度下的部分含氧官能團(tuán)己不穩(wěn)定，分解生成CO和CO₂。因此，以空氣、氧氣等氣體為氧化劑來氧化炭黑的方法己基木停止使用。同樣，以氮氧化合物為氧化劑，由于氣源限制、成本高及環(huán)境污染等缺陷，也很少采用。