[發明專利]一種水性自分散納米炭黑的制備方法

有效

• 申請號: 201611166095.X
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106634059B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 付少海;張麗平;李敏;王良安;田安麗
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C09C1/56
• 分類號: C09C1/56;C09C3/06;C09C3/12;C09C3/04;C09C3/10
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 彭素琴

本發明公開了一種水性自分散納米炭黑的制備方法，屬精細化工領域。本發明通過在炭黑表面接枝含有碳碳雙鍵的硅烷偶聯劑，利用硅烷偶聯劑的可聚合基團與其它水性單體共聚，在炭黑粒子表面包覆一層具有分散和穩定雙重作用的聚合物，以達到在水性溶劑中自分散的目的。

技術領域

本發明涉及一種水性自分散納米炭黑的制備方法，屬精細化工領域。

背景技術

隨著世界各國環保意識的增強，水性體系的涂料和油墨這種既節省能源又保護環境的產品越來越收到歡迎。炭黑具有優異的著色性、耐候性和化學穩定性，且來源豐富、價格低廉，是重要的著色劑之一，但由于炭黑粒子粒度小、比表面積大、易團聚等特性，很難穩定分散在水性體系中，這些缺陷限制了炭黑性能的充分發揮，已成為炭黑應用的一大難題。因此，增強炭黑的親水性，提高炭黑在水性溶劑中的分散穩定性已經成為研究的熱點。

水性自分散炭黑是近年來發展的一種新型著色材料，具有運輸方便，使用簡單等特點，得到了人們的廣泛關注。目前，制備自分散炭黑方法主要有：(1)在分散劑協助下研磨分散，該法工藝簡單，便于產業化。如：王世榮等通過合成苯乙烯和丙烯酸共聚物顏料分散劑，使得顏料在水性體系中可以穩定的分散，然而，由于添加的分散劑是靠物理作用吸附在炭黑表面，存在吸附和脫吸附的現象，而脫吸附行為的存在會導致炭黑粒子重新聚集。(2)氧化改性，通過化學或物理方法對炭黑表面進行氧化處理，增加炭黑表面酸性含氧基團(如羧基，羥基)的含量來增強其在水性溶劑中的分散性能。如：楊昕宇等人利用液相氧化劑硝酸對炭黑表面進行氧化處理，制備了具有自分散功能的納米炭黑。但是由于引入的羧基、羥基的數量不足夠多，分子鏈不夠長且這些電離程度較低的基團在溶劑中不足以提供足夠的斥力來達到穩定分散的目的。(3)包覆改性，這種方法一般以炭黑作為囊心，水溶性聚合物為壁材，通過相分離、表面聚合、噴霧干燥的方法將聚合物沉積在炭黑表面，形成微膠囊。如：專利CN102532939A公開了一種采用親水共聚物，通過噴霧干燥法對有機顏料進行包覆改性，包覆后的有機顏料在水相中具有良好的自分散性能。但是這種方法制備的顏料微膠囊粒徑較大，大多不在納米范圍內。(4)接枝改性，炭黑表面的接枝改性是在炭黑表面接枝上聚合物鏈，并將其牢固地結合在炭黑表面，伸展在水中提供足夠的斥力阻止粒子間重新聚集以達到容易分散的目的。如平川紀夫等通過在炭黑表面接枝偶氮基或過氧酯基，在加熱的情況下引發水溶性乙烯基單體進行聚合，得到具有核殼結構的改性炭黑，在水性溶劑中具有良好的分散性能。然而這種方法由于接枝條件苛刻，引發溫度高，引發效率低導致包覆不完全，粒徑較大(大多在微米級別)。另外這些改性過程大多在一些有毒有害的溶劑中進行，對環境具有一定的危害作用。

發明內容

本發明的目的是：開發在水相體系、NMMO溶劑體系、高電解質體系中具有良好自分散功能的納米炭黑，使其滿足粘膠纖維、Lyocell纖維和腈綸NaSCN體系原液著色對炭黑的要求，從而克服分散體中因添加其它物質，如分散劑、潤濕劑等而造成纖維結構、力學性能和表觀形貌受損的現象，克服運輸環境對著色劑使用性能的影響。

本發明的技術方案：先用液相氧化劑對炭黑表面進行處理，得到氧化改性炭黑，再加入硅烷偶聯劑醇溶液，經分散設備將氧化改性炭黑分散成納米顆粒，然后加入一定量的去離子水，并調節體系的pH值；然后將反應體系轉移到反應釜中，一定溫度下反應一段時間，加入水性共聚單體，升溫至一定溫度，開始滴加引發劑并控制反應時間，經高速離心、洗滌、烘干，將干燥后的炭黑粉體用粉碎機研磨粉碎，并用200目濾網過濾，即可得到水性自分散納米炭黑顏料。

在本發明的一種實施方式中，炭黑對液相氧化劑質量分數為0.1～20％，氧化溫度20～100℃，時間0.5～10h。

在本發明的一種實施方式中，炭黑對液相氧化劑質量分數為0.1～10％，氧化溫度20～60℃，時間0.5～2h。