CN104151943A

CN104151943A - 一种接枝自分散炭黑分散液及其制备方法

Info

Publication number: CN104151943A
Application number: CN201410348975.3A
Authority: CN
Inventors: 王首斌; 叶门辉; 邱伟伟
Original assignee: SHENZHENG INKBANK DIGITAL CONSUMABLE Co Ltd
Current assignee: SHENZHENG INKBANK DIGITAL CONSUMABLE Co Ltd
Priority date: 2014-07-21
Filing date: 2014-07-21
Publication date: 2014-11-19

Abstract

本发明公开了一种接枝自分散炭黑分散液及其制备方法。本发明选用表面带有酚羟基、醇羟基、羧基等极性反应基团的炭黑，及一种能与炭黑表面基团反应的苯胺类化合物，在催化剂和一定条件下反应后，通过离心过滤除去不合要求的炭黑粒子，得到高温、常温条件下贮存稳定的分散液；该分散液具有接枝自分散液的特征，由其加工而成的水性喷墨墨水具有很好的打印性能，流畅不堵头，在普通复写纸上打印文字锐利，耐擦，满足热发泡式打印墨水的要求。本发明分散液可作为热泡式喷墨打印机的水性炭黑颜料分散液。

Description

一种接枝自分散炭黑分散液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种接枝自分散炭黑分散液及其制备方法。

背景技术

目前，炭黑色浆的制备主要有分散剂（或者树脂）分散以及对炭黑接枝改性两种方法。

分散剂分散技术就是通过机械外力的作用（通常是分散跟研磨相结合），使絮凝的颜料粉碎和分散成相互隔离的原始颗粒，同时分散剂吸附在颜料表面使其带电，并在颜料粒子周围形成双电子层，产生相互排斥力，从而达到在储存期内稳定分散的作用。

通过接枝对炭黑表面进行改性，从而达到稳定分散是炭黑分散领域新的技术。炭黑颜料表面包含多种不同的官能团，国内外已经开发了若干方法来改性颜料的表面，有些是通过聚合物进行改性，有些是通过重氮化改性聚合物；通过对炭黑表面改性的技术来制备炭黑色浆应用于喷墨打印领域在国内还处于比较空白。

分散剂分散炭黑色浆在喷墨领域通常只适用于压电喷墨工艺类墨水中，在热泡喷墨工艺类型的墨水中通常表现出黑度不高，调制墨水难度高的缺陷，应用受到限制。

发明内容

为了解决上述存在问题，本发明通过接技自分散技术制备出了自分散炭黑分散液，是一种喷墨用纳米水性颜料分散液，可适用于压电类型和热泡类型的墨水中，其应用更为广泛。

本发明的目的在于提供一种接枝自分散炭黑分散液。

本发明的另一目的在于提供一种接枝自分散炭黑分散液的制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种接枝自分散炭黑分散液，由以下质量份数的原料制成：炭黑10～15份，苯胺类化合物1～3份，催化剂0.5～3份，杀菌剂0～0.5份，溶剂79~87份。

进一步的，上述炭黑为表面带有极性反应基团的炭黑。

进一步的，上述极性反应基团为酚羟基、醇羟基、羧基中的至少一种。

进一步的，上述苯胺类化合物为带有酸性基团的苯胺类化合物或其盐。

进一步的，上述酸性基团选自羧酸基、磺酸基、酸酐中至少一种。

进一步的，上述催化剂为亚硝酸钠，或者为亚硝酸钠和酸性助剂的组合物。

进一步的，上述溶剂为水，或者为水与以下至少一种物质的混合物：二乙二醇、三乙二醇、甘油、1，3-丙二醇。

进一步的，上述混合物中水的质量百分比不小于95%。

一种接枝自分散炭黑分散液的制备方法，包括以下步骤：

1）按以下质量配比称取各原料：炭黑10～15份，苯胺类化合物1～3份，催化剂0.5～3份，杀菌剂0～0.5份，溶剂79~87份；

2）将苯胺类化合物和杀菌剂加入溶剂中，搅拌使其充分溶解；

3）在800～1000 rpm的转速下，将上述苯胺类化合物溶液中加入炭黑，获得混匀的颜料混合物，再往其中加入催化剂，在50～90℃的条件继续搅拌反应10～20h；

4）将反应后的产物转入到管式离心机中进行离心处理，离心转速为8000～15000rpm，离心流量为0.5～5kg/min，得到离心处理后的分散液；

5）将上述分散液过滤，取滤液即为接枝自分散炭黑分散液。

进一步的，步骤2）所述搅拌的转速为300～500rpm，搅拌时间为10～30min。

本发明的有益效果是：

1）本发明分散液的粒度D₉₉均小于300nm，30℃时粘度小于2.5cP，表面张力均大于70mN/m，具有接枝自分散液的特征；在高温、常温条件下的性能稳定，可用于热泡式喷墨打印机的水性炭黑颜料分散液。

2）本发明方法所制备得到的喷墨用纳米水性炭黑自分散液，具备自分散色浆高表面张力，低粘度的特征，老化后粘度，粒度变化小，符合稳定性的要求；本发明的方法制备得到的喷墨用纳米水性颜料黑自分散液加工成的喷墨墨水，在喷墨打印机上测试打印流畅不堵头，在普通复写纸上打印文字锐利，耐擦，满足热发泡式打印墨水的要求。本发明分散液可作为热泡式喷墨打印机的水性炭黑颜料分散液。

具体实施方式

一种接枝自分散炭黑分散液的制备方法，包括以下步骤：

1）称取以下质量配比的原料：炭黑10～15份，苯胺类化合物1～3份，催化剂0.5～3份，杀菌剂0～0.5份，溶剂79~87份；

5）将上述分散液过滤，取滤液即为接枝自分散炭黑分散液。

优选的，上述炭黑为表面带有极性反应基团的炭黑。

优选的，上述极性反应基团为酚羟基、醇羟基、羧基中的至少一种。

优选的，上述苯胺类化合物为带有酸性基团的苯胺类化合物或其盐。。

优选的，上述酸性基团选自羧酸基、磺酸基、酸酐中至少一种。

进一步优选的，上述苯胺类化合物为对氨基苯甲酸或对氨基苯磺酸。

优选的，上述催化剂为亚硝酸钠，或者为亚硝酸钠和酸性助剂的组合物。

优选的，上述酸性助剂选自盐酸、硫酸、过氯酸、醋酸中至少一种。

优选的，上述溶剂为水，或者为水与以下至少一种物质的混合物：二乙二醇、三乙二醇、甘油、1，3-丙二醇。

优选的，上述混合物中水的质量百分比不小于95%。

优选的，上述步骤2）所述搅拌的转速为300～500rpm，搅拌时间为10～30min。

进一步优选的，上述步骤2）所述搅拌的转速为500rpm，搅拌时间为20min。

优选的，上述步骤2）所述搅拌的温度为50~100℃。

优选的，上述步骤3）所述反应的温度为80℃ 。

优选的，上述步骤3）所述搅拌的转速为800rpm。

优选的，上述步骤5）中过滤采用孔径精度为0.22～0.5μm的过滤装置。

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。

实施例1

1）称取以下质量百份数的原料：美国卡博特Cabot公司的C.I.PBK7炭黑15份，对氨基苯甲酸1份，催化剂亚硝酸钠1份，83份溶剂去离子水；

2）将77份去离子水加热至80℃并恒温、加入接枝化合物对氨基苯甲酸1份，在容器中搅拌至完全溶解均匀，搅拌转速为500rpm，时间为20min；

3）在1000 rpm的转速条件下，将上述混合液中加入15份Cabot炭黑颜料，得到混均的炭黑颜料混合物，1份催化剂亚硝酸钠用去离子水溶解在6份的去离子水中，溶解好后缓慢加入颜料混合物中，在恒温80℃条件下，以800rpm的搅拌速度反应12h，冷却至室温；

4）将反应后的产物转入到离心机中进行离心处理，离心转速为8000rpm，离心流量为4.5kg/min，得到离心处理后的分散液，离心处理用于将反应产物中部分未反应或者反应完全的，少量粒径较大的颜料颗粒去除掉；

5）将离心处理处理后的分散液用精度为0.22μm的PP滤膜或者0.5μm折叠滤芯过滤，取滤液即为接枝自分散炭黑分散液，是一种喷墨用纳米水性颜料分散液。

实施例2

1）称取以下质量百份数的原料：美国卡博特Cabot公司的C.I.PBK7炭黑15份，对氨基苯甲酸2份，催化剂亚硝酸钠2份，81份溶剂去离子水；

2）将75份去离子水加热至80℃并恒温、加入接枝化合物对氨基苯甲酸2份，在容器中搅拌至完全溶解均匀，搅拌转速为500rpm，时间为20min；

3）在1000 rpm的转速条件下，将上述混合液中加入15份Cabot炭黑颜料，得到混均的炭黑颜料混合物，2份催化剂亚硝酸钠用去离子水溶解在6份的去离子水中，溶解好后缓慢加入颜料混合物中，在恒温80℃条件下，以800rpm的搅拌速度反应12h，冷却至室温；

实施例3

1）称取以下质量百份数的原料：美国卡博特Cabot公司的C.I.PBK7炭黑15份，对氨基苯甲酸3份，催化剂亚硝酸钠3份，79份溶剂去离子水；

2）将69份去离子水加热至80℃并恒温、加入接枝化合物对氨基苯甲酸3份，在容器中搅拌至完全溶解均匀，搅拌转速为500rpm，时间为20min；

3）在1000 rpm的转速条件下，将上述混合液中加入15份Cabot炭黑颜料，得到混均的炭黑颜料混合物，3份催化剂亚硝酸钠用去离子水溶解在10份的去离子水中，溶解好后缓慢加入颜料混合物中，在恒温80℃条件下，以800rpm的搅拌速度反应12h，冷却至室温；

实施例4

1）称取以下质量百份数的原料：德固赛的C.I. PBK7炭黑15份，对氨基苯磺酸2份，催化剂盐酸1份和亚硝酸钠1份，77份去离子水和4份二乙二醇溶剂；

2）将77份去离子水和4份二乙二醇搅拌均匀加热至90℃并恒温、加入接枝化合物对氨基苯磺酸2份，在容器中搅拌至完全溶解均匀，搅拌转速为500rpm，时间为10min；

3）在800 rpm的转速条件下，将上述混合液中加入15份德固赛炭黑颜料，得到混均的炭黑颜料混合物，1份催化剂盐酸和1份亚硝酸钠加入颜料混合物中，在恒温90℃条件下，以1000rpm的搅拌速度反应10h，冷却至室温；

4）将反应后的产物转入到离心机中进行离心处理，离心转速为15000rpm，离心流量为5kg/min，得到离心处理后的分散液，离心处理用于将反应产物中部分未反应或者反应完全的，少量粒径较大的颜料颗粒去除掉；

5）将离心处理处理后的分散液用孔径精度为0.2μm的PP滤膜或者0.5μm折叠滤芯过滤，取滤液即为接枝自分散炭黑分散液，是一种喷墨用纳米水性颜料分散液。

实施例5

1）称取以下质量百份数的原料：德固赛的C.I. PBK7炭黑10份，对氨基苯磺酸2份，催化剂1份催化剂硫酸和1份亚硝酸钠，杀菌剂BIT-20 0.2份，81.8份水和4份1，3-丙二醇；

2）将81.8份水和4份1，3-丙二醇加热至90℃并恒温、加入接枝化合物对氨基苯磺酸2份，杀菌剂BIT-20 0.2份在容器中搅拌至完全溶解均匀，搅拌转速为300rpm，时间为30min；

3）在1000 rpm的转速条件下，将上述混合液中加入10份德固赛炭黑颜料，得到混均的炭黑颜料混合物，1份催化剂硫酸和1份亚硝酸钠加入颜料混合物中，在恒温90℃条件下，以800rpm的搅拌速度反应20h，冷却至室温；

4）将反应后的产物转入到离心机中进行离心处理，离心转速为8000rpm，离心流量为0.5kg/min，得到离心处理后的分散液，离心处理用于将反应产物中部分未反应或者反应完全的，少量粒径较大的颜料颗粒去除掉；

5）将离心处理处理后的分散液用孔径精度为0.22μm的PP滤膜或者0.5μm折叠滤芯过滤，取滤液即为接枝自分散炭黑分散液，是一种喷墨用纳米水性颜料分散液。

实施例6

1）称取以下质量百份数的原料：德固赛的C.I. PBK7炭黑10份，对氨基苯磺酸2份，催化剂0.5份亚硝酸钠，杀菌剂BIT-20 0.5份，87份溶剂水；

2）将87份溶剂水加热至90℃并恒温、加入接枝化合物对氨基苯磺酸2份和杀菌剂BIT-20 0.5份在容器中搅拌至完全溶解均匀，搅拌转速为300rpm，时间为30min；

3）在1000 rpm的转速条件下，将上述混合液中加入10份德固赛炭黑颜料，得到混均的炭黑颜料混合物，将0.5份亚硝酸钠加入颜料混合物中，在恒温90℃条件下，以800rpm的搅拌速度反应20h，冷却至室温；

下面对实施例中制备的接枝自分散炭黑分散液作进一步的效果检测。

将本实施例1~3中制备的炭黑分散液用以下方式测试其稳定性和打印性能。

一、测试分散液的理化特征是否满足自分散色浆的特征及其稳定性测试

根据现有对自分散炭黑分散液的分析，自分散类型的分散液具有低粘度，高表面张力的特征，在30℃时通常粘度<3.0 cP，表面张力>70mN/m等特征。

将实施例1~3中制备得到的喷墨用纳米水性颜料分散液，装在1kg的圆瓶中，直接放置在60℃的恒温烘箱中7天，对比放置前后的D₉₉粒径、粘度（30℃）的变化，进行比较。D₉₉是指样品颗粒的个数累积粒度分布百分数达到99%时所对应的粒径。

表1 实施例1~3稳定性测试结果

对实施例1-3中制得的分散液进行的理化特性进行测试如表1所示，从中可知分散液的粒度D₉₉均小于300nm，30℃时粘度小于2.5cP，表面张力均大于70mN/m，具有接枝自分散液的特征；对制备的分散液进行老化1周测试，跟老化前对比，粒度变化很小，老化后D₉₉仍在300nm以内，粘度变化小于1cP；从表1可以看出得最优的分散液配方为实施例2。

二、配制成墨水进行打印性能测试

将实施例1~3制备得到的喷墨用纳米水性颜料分散液，按照表2给出的配方配制成水性喷墨墨水，具体操作为按照配方的比例依次加去离子水、保湿剂、助剂、杀菌剂，搅拌均匀后再加入本实验制得的分散液，在转速300-500 rpm的条件下搅拌30min，最后用孔径精度为0.22μm的聚丙烯PP滤膜过滤，配成喷墨墨水。

表2 实施例1~3中制备的分散液加工成水性喷墨墨水的配方

将表2中加工成的水性喷墨墨水进行打印测试，在Canon IP 4980打印机上设置为普通纸/灰度打印，打印覆盖率为90%的黑色单色色块以及文档。水性喷墨墨水在Canon IP4980上连续打印覆盖率为90%的单色色块15页以上流畅不堵塞打印头，同时，在普通复写纸上打字清晰锐利，判断为“好”。测试结果如表3所示，从中可以看出本发明分散液加工成的水性喷墨墨水具有很好的打印性能。

表3 本发明分散液加工成水性喷墨墨水的打印性能测试结果

综上所述，本发明方法所制备得到的喷墨用纳米水性炭黑自分散液，具备自分散色浆高表面张力，低粘度的特征，老化后粘度，粒度变化小，符合稳定性的要求；本发明的方法制备得到的喷墨用纳米水性颜料黑自分散液加工成的喷墨墨水，在喷墨打印机上测试打印流畅不堵头，在普通复写纸上打印文字锐利，耐擦，满足热发泡式打印墨水的要求。

Claims

1.一种接枝自分散炭黑分散液，其特征在于：由以下质量份数的原料制成：炭黑10～15份，苯胺类化合物1～3份，催化剂0.5～3份，杀菌剂0～0.5份，溶剂79~87份。

2.根据权利要求1所述的一种接枝自分散炭黑分散液，其特征在于：所述炭黑为表面带有极性反应基团的炭黑。

3.根据权利要求2所述的一种接枝自分散炭黑分散液，其特征在于：所述的极性反应基团为酚羟基、醇羟基、羧基中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种接枝自分散炭黑分散液，其特征在于：所述苯胺类化合物为带有酸性基团的苯胺类化合物或其盐。

5.根据权利要求4所述的一种接枝自分散炭黑分散液，其特征在于：所述酸性基团选自羧酸基、磺酸基、酸酐中至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种接枝自分散炭黑分散液，其特征在于：所述催化剂为亚硝酸钠，或者为亚硝酸钠和酸性助剂的组合物。

7.根据权利要求1所述的一种接枝自分散炭黑分散液，其特征在于：所述溶剂为水，或者为水与以下至少一种物质的混合物：二乙二醇、三乙二醇、甘油、1，3-丙二醇。

8.根据权利要求7所述的一种接枝自分散炭黑分散液，其特征在于：所述混合物中水的质量百分比不小于95%。

9.权利要求1所述一种接枝自分散炭黑分散液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）按权利要求1所述的原料配比称取各原料；

5）将上述分散液过滤，取滤液即为接枝自分散炭黑分散液。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：步骤2）所述搅拌的转速为300～500rpm，搅拌时间为10～30min。