超細(xì)水性碳黑色漿
本發(fā)明涉及一種用于水性墨水或涂料的超細(xì)水性碳黑色漿，特別適用于顏料型黑色中性墨水等水性筆用墨水的著色、配制，屬于精細(xì)化工中顏料的加工應(yīng)用領(lǐng)域。該色漿含有色素碳黑15％～35％，去離子水30％～78％，pH調(diào)節(jié)劑0.5％～1.5％，具有特殊結(jié)構(gòu)的分散劑或分散劑組合物2％～ 20％，并添加特別復(fù)配的，賦予色漿良好的后續(xù)使用性能的深加工助劑2％～20％，以及其他助劑0.5％～1％，制備出與水性墨水或涂料，特別是與中性筆用墨水相容性好的超細(xì)水性碳黑色漿。色漿應(yīng)用性能優(yōu)良，制備工藝簡(jiǎn)單，便于推廣應(yīng)用。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種水性墨水或涂料用的超細(xì)水性碳黑色漿，特別適用于顏料型黑色中性墨水等水性筆用墨水的著色、配制，屬于精細(xì)化工中顏料的加工應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)
一般來(lái)說(shuō)，色漿在涂料、油墨等制造過(guò)程中主要起著色作用，或是纖維染色作用。墨水屬于涂料科學(xué)的范疇，它的一般制造工藝與涂料制造相仿，首先將基色顏料配制成均勻、穩(wěn)定、濃度較高的色漿，再加溶劑和其它輔劑配制成墨水。
選用合適的、穩(wěn)定的色漿，是提高成品墨水穩(wěn)定性，提升產(chǎn)品品質(zhì)的重要條件。而色素碳黑由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，原生粒徑小，比表面積大，顆粒之間有著極強(qiáng)的作用力，在水中沒(méi)有自分散性，且研磨過(guò)程極易發(fā)脹，產(chǎn)生凝膠，是顏料中最難分散的品種之一，必須通過(guò)表面處理、表面接枝或使用分散劑等方法才能使其穩(wěn)定地分散于水中。表面處理、接枝等方法，多見于學(xué)術(shù)研究論文中，實(shí)際應(yīng)用性局限性較大，工業(yè)上仍然普遍采用最簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的使用分散劑的方法來(lái)分散碳黑，生產(chǎn)色漿。
目前，國(guó)內(nèi)外許多公司開發(fā)了眾多的水性碳黑色漿，但未見有適用于水性筆墨水，特別適用于中性筆墨水的專門色漿的專利技術(shù)。即便是通用型碳黑色漿，實(shí)際應(yīng)用上也有一定的局限性：其一，穩(wěn)定性好的色漿，通常體系粘度高，以高粘度換取高穩(wěn)定性，但此類色漿碳黑顆粒粒度較大，達(dá)不到中性筆墨水等所要求的顆粒細(xì)度的要求；其二，顆粒粒度較小的色漿，通常顏料固含量不高(一般在10％左右)，較低的固含量避免了研磨過(guò)程中的發(fā)脹凝膠，使得碳黑顆粒能盡可能地被打開、分散、穩(wěn)定，但是由于固含量低，不但增加了加工成本，而且還使隨后的墨水配制工藝上的可操作性大大降低；其三，即便使用顏料固含量高的、粒度較小的色漿，在后續(xù)的墨水配制過(guò)程中，容易產(chǎn)生顏料與新的體系不相容的情況，導(dǎo)致顆粒穩(wěn)定體系被破壞，最終絮凝沉降。因而使用此類色漿配制墨水，常常會(huì)出現(xiàn)成品墨水穩(wěn)定性不高、容易沉降、引起筆頭堵塞等問(wèn)題，影響墨水的質(zhì)量。只有既使色漿具有穩(wěn)定的、較小的顆粒粒度，又具有與墨水配方相容性好的特點(diǎn)，才能保證成品墨水具有較高的穩(wěn)定性和較好的使用性能。
同樣，在水性涂料領(lǐng)域，隨著人們生活水平的提高，對(duì)建筑、裝飾等用水性涂料的品質(zhì)的要求也日益提高。涂料產(chǎn)品不但要求環(huán)保，而且還追求著在著色性、附著性、耐候性等全方面更高的性能。而這些對(duì)于調(diào)色用的顏料色漿的粒度及其分布以及涂料的相容性方面也提出了更高的要求。
本發(fā)明在充分考慮水性墨水、涂料等基本配方的基礎(chǔ)上，在不改變其現(xiàn)有的、成熟的配制工藝的前提下，開發(fā)出一種適用于水性墨水或涂料用的超細(xì)水性碳黑色漿，特別適用于顏料型黑色中性墨水等水性筆用墨水的著色、配制。制備過(guò)程簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決目前大多數(shù)水性碳黑色漿在水性墨水配制中相容性不好的問(wèn)題，本發(fā)明公開了一種適用于水性墨水用的超細(xì)水性碳黑色漿。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種超細(xì)水性碳黑色漿，其特征在于，所述的色漿配方的重量百分比如下：
色素碳黑顏料 15％～35％
分散劑 2％～20％
去離子水 30％～78％
pH調(diào)節(jié)劑 0.5％～1.5％
深加工助劑 2％～20％
其他助劑 0.5％～1％；
其中：所述的色素碳黑顏料為比表面積為50～500m2/g、吸油值≤120cm3/100g的市售色素碳黑顏料中的一種；
所述的分散劑是平均分子量為2000～10000的A與B的聚合物，其中A為苯乙烯，B為選自丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來(lái)酸酐中的一種或幾種的混合物；
所述的pH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、磷酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氨水、乙醇胺、三乙醇胺、乙胺、二乙胺、2-氨基丙醇、氨基甲基丙醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-氨基-2-甲基-1，3-丙二醇、N，N-二甲基甲酰胺的無(wú)機(jī)或有機(jī)堿性化合物中的一種或幾種；
所述的深加工助劑為乙二醇、一縮二乙二醇、二縮三乙二醇、異丙醇、1，3-丙二醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-氨基-2-甲基-1，3-丙二醇、一縮二丙二醇、平均分子量為400～8000的聚乙二醇、丙三醇、乙二醇單甲醚、磷酸酯、油酸、亞油酸、油酸三乙醇胺、硬脂酸三乙醇胺、棕櫚酸三乙醇胺的化合物中的一種幾種。
為了使本發(fā)明所涉及的碳黑水性色漿既加工簡(jiǎn)單、設(shè)備易得，又能在顏料顆粒粒度上達(dá)到較高的要求，本發(fā)明還提供一種超細(xì)水性碳黑色漿的制備方法，其特征在于，按上述配比，先將除碳黑以外的組分，加入容器混合得到一均勻溶液，然后緩慢地將碳黑加入溶液中混合和浸潤(rùn)，制備時(shí)采用高速分散、球磨、膠體磨及砂磨一種或幾種相結(jié)合的方式，再采用循環(huán)流出式臥式砂磨法，在轉(zhuǎn)速2000～3000r/min下，持續(xù)循環(huán)研磨1～2小時(shí)，得到成品色漿。
有益效果
本發(fā)明的特點(diǎn)在于，根據(jù)碳黑顏料特有的結(jié)構(gòu)及其表面特征，以及色漿與后續(xù)墨水、涂料的基本配方的相容性，所選用的分散劑，不但具有普通分散劑所具有的親碳黑顏料的疏水大分子官能團(tuán)，同時(shí)還具有一定比例的改善色漿與水性墨水或涂料中基本配方相容性的官能團(tuán)。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)在于，為了有效地提高色漿與水性墨水或涂料等應(yīng)用體系的相容性，改善產(chǎn)品性能，在制備色漿的過(guò)程中添加了一定量的深加工助劑，同時(shí)它還要求與分散劑有很好的相容性，兼具助磨或助溶。
本發(fā)明所制備的碳黑水性色漿，具有比較高的顏料固含量約15％～35％，降低加工成本；色漿顆粒粒度小，平均粒徑范圍約70～180nm，且顆粒粒度分度窄，呈單分散性；與水性墨水或涂料等配制體系相容性好；粘度低，著色力高，抗水性強(qiáng)，穩(wěn)定性好；制備過(guò)程簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一：
選用6#色素碳黑(南京梅山億騰化工有限公司)20％，分散劑3％(為美國(guó)Sartomer公司的SMA1440)，1，3-丙二醇10％，聚乙二醇(平均分子量400)5％，濃氨水1％，其他助劑磷酸三丁酯1％，去離子水60％。按一定順序投料后，高速分散或立式砂磨30分鐘，然后轉(zhuǎn)入循環(huán)流出式臥式砂磨，轉(zhuǎn)速2500r/min，持續(xù)循環(huán)研磨1.5h，直接出料即為成品色漿。
實(shí)施例二：
選用6#色素碳黑(南京梅山億騰化工有限公司)20％，分散劑8％(為日本Johnson Polymer株式會(huì)社的Joncryl-60)，乙二醇12.5％，丙三醇3％，濃氨水1％，其他助劑磷酸三丁酯1％，去離子水54.5％。按一定順序投料后，高速分散或立式砂磨30分鐘，然后轉(zhuǎn)入循環(huán)流出式臥式砂磨，轉(zhuǎn)速2500r/min，持續(xù)循環(huán)研磨1.5h，直接出料即為成品色漿。
比較例一：
選用6#色素碳黑(南京梅山億騰化工有限公司)20％，分散劑9％(為日本Johnson Polymer株式會(huì)社的Joncryl-60)，濃氨水1％，其他助劑磷酸三丁酯1.5％，去離子水68.5％。按一定順序投料后，高速分散或立式砂磨30分鐘，然后轉(zhuǎn)入循環(huán)流出式臥式砂磨，轉(zhuǎn)速2500r/min，持續(xù)循環(huán)研磨1h，直接出料即為成品色漿。
比較例二：
選用6#色素碳黑(南京梅山億騰化工有限公司)20％，分散劑NNO(亞甲基雙萘磺酸鈉)5％，一縮二乙二醇10％，聚乙二醇(平均分子量400)5％，氫氧化鈉1％，其他助劑磷酸三丁酯0.8％，去離子水58.2％。按一定順序投料后，高速分散或立式砂磨30分鐘，然后轉(zhuǎn)入循環(huán)流出式臥式砂磨，轉(zhuǎn)速2500r/min，持續(xù)循環(huán)研磨1.5h，直接出料即為成品色漿。
比較例三：
選用6#色素碳黑(南京梅山億騰化工有限公司)20％，分散劑萘酚聚氧乙烯醚(Solsperse-27000)5％，三乙醇胺1.5％，其他助劑磷酸三丁酯1.3％，去離子水72.2％。按一定順序投料后，高速分散或立式砂磨30分鐘，然后轉(zhuǎn)入循環(huán)流出式臥式砂磨，轉(zhuǎn)速2500r/min，持續(xù)循環(huán)研磨2h，直接出料即為成品色漿。
比較例四：
選用6#色素碳黑(南京梅山億騰化工有限公司)20％，丙烯酸鈉共聚物(平均分子量2000)15％，氫氧化鈉1.5％，其他助劑磷酸三丁酯1.3％，去離子水62.2％。按一定順序投料后，高速分散或立式砂磨30分鐘。此例在預(yù)分散過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重的沉降，研磨后體系急劇發(fā)脹，導(dǎo)致實(shí)施過(guò)程無(wú)法繼續(xù)而終止。
將上述例子中所得到的碳黑水性色漿，測(cè)定其粒度分布，進(jìn)行穩(wěn)定性和抗水性試驗(yàn)，并分別配制成中性墨水，同樣測(cè)定其粒度分布，進(jìn)行穩(wěn)定性和抗水性試驗(yàn)。其中粒度分布采用Malvern Zetasizer 3000HS Analyzer進(jìn)行測(cè)定；穩(wěn)定性試驗(yàn)以常溫靜置三個(gè)月為標(biāo)準(zhǔn)，其中A表示無(wú)明顯變化，B表示粘度稍有增大且略有沉降，C表示粘度增大沉降明顯；抗水性試驗(yàn)為徒手在A4中性復(fù)印紙上劃出5個(gè)連貫的直徑為20～30mm的圓圈，經(jīng)過(guò)劃圓2小時(shí)后，將劃過(guò)圓圈的書寫紙?jiān)谑⒂腥ルx子水的燒杯中浸放，經(jīng)一段時(shí)間，觀察其是否有洇水?dāng)U散現(xiàn)象，其中A表示抗水性較強(qiáng)，B表示抗水性一般，C表示抗水性較差。從所得結(jié)果來(lái)看，本發(fā)明所制備的碳黑水性色漿，不論在粒度分度、穩(wěn)定性上，還是在后續(xù)加工的相容性、抗水性上的表現(xiàn)都比其他類型的色漿的性能表現(xiàn)要好。具體測(cè)試結(jié)果如表1所示：
表1色漿及其相應(yīng)中性墨水的測(cè)試結(jié)果
1、一種超細(xì)水性碳黑色漿，其特征在于，所述的色漿配方包括如下組分，其質(zhì)量百分比為：
| 平均粒度(nm) | 粒度分布 | 穩(wěn)定性 | 抗水性 | |
| 實(shí)施例一其相應(yīng)墨水 | 133154 | 單峰單峰 | AA | AA |
| 實(shí)施例二其相應(yīng)墨水 | 120165 | 單峰單峰 | AA | AA |
| 比較例一其相應(yīng)墨水 | 128200 | 單峰多峰 | AB | AA |
| 比較例二其相應(yīng)墨水 | 347420 | 多峰多峰 | CC | CC |
| 比較例三其相應(yīng)墨水 | 130212 | 單峰多峰 | BA | BB |
色素碳黑顏料 15％～35％
分散劑 2％～20％
去離子水 30％～78％
pH調(diào)節(jié)劑 0.5％～1.5％
深加工助劑 2％～20％
其中：所述的色素碳黑顏料為比表面積為50～500m2/g、吸油值≤120cm3/100g的色素碳黑顏料中的一種；
所述的分散劑是平均分子量為2000～10000的A與B的聚合物，其中A為苯乙烯，B為選自丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來(lái)酸酐中的一種或幾種的混合物；
所述的pH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、磷酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氨水、乙醇胺、三乙醇胺、乙胺、二乙胺、2-氨基丙醇、氨基甲基丙醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-氨基-2-甲基-1，3-丙二醇、N，N-二甲基甲酰胺的無(wú)機(jī)或有機(jī)堿性化合物中的一種或幾種；
所述的深加工助劑為乙二醇、一縮二乙二醇、二縮三乙二醇、異丙醇、1，3-丙二醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-氨基-2-甲基-1，3-丙二醇、一縮二丙二醇、平均分子量為400～8000的聚乙二醇、丙三醇、乙二醇單甲醚、磷酸酯、油酸、亞油酸、油酸三乙醇胺、硬脂酸三乙醇胺、棕櫚酸三乙醇胺的化合物中的一種幾種。
2、一種如權(quán)利要求1所述的超細(xì)水性碳黑色漿的制備方法，其特征在于，按所述的配比，先將除碳黑以外的組分，加入容器混合得到一均勻溶液，然后緩慢地將碳黑加入溶液中混合和浸潤(rùn)，制備時(shí)采用高速分散、球磨、膠體磨及砂磨一種或幾種相結(jié)合的方式，再采用循環(huán)流出式臥式砂磨法，在轉(zhuǎn)速2000～3000r/min下，持續(xù)循環(huán)研磨1～2小時(shí)，得到成品色漿。
下一篇：已經(jīng)是最后一篇了上一篇： 紋繡色料的三種基本成分和區(qū)別
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