專(zhuān)利名稱(chēng)：一種水性墨的制備方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明屬于一種制備水性墨的方法，具體地說(shuō)涉及一種用氧化瀝青的溶膠法制備水性墨的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的涂料和著色劑大多含有對(duì)人體和環(huán)境有害的物質(zhì)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，水性涂料及印墨這種即節(jié)省能源又保護(hù)環(huán)境的綠色產(chǎn)品越來(lái)越受到人們的重視。其中水性墨的研究就是其中之一。炭黑是一種廣泛應(yīng)用于印墨的著色劑，用炭黑制備水性墨要解決的問(wèn)題是改善炭黑在水中的分散性能。顏料的分散性及分散程度影響其著色性能如強(qiáng)度、流變性、耐曬牢度及著色均勻性。因此，制備均勻、穩(wěn)定的炭黑水溶液是制備水溶性墨的關(guān)鍵。近年來(lái)，研究者通過(guò)給炭黑中添加具有兩親性質(zhì)的表面活性劑作為分散劑來(lái)增加其水溶性或通過(guò)表面接枝改性方法如氧化法、等離子濺射法等對(duì)炭黑表面改性，從而獲取水性墨。
炭黑由一系列處于不同氧化階段的稠環(huán)芳烴組成(M.L.Studebaker在Rubber Chem.Technol.期刊1975年30卷1400頁(yè))。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道(參見(jiàn)《精細(xì)化學(xué)品詞典》禹茂章等譯，化學(xué)工業(yè)出版社，1991年，第6頁(yè))這些稠環(huán)化合物相互重疊形成微晶，微晶進(jìn)一步交錯(cuò)聚集，形成3～500nm左右的炭黑粒子，粒子表面和稠環(huán)芳烴衍生物類(lèi)似。由于炭黑粒子分子量較大，表面極性官能團(tuán)相對(duì)較少，水溶性較差，故傳統(tǒng)印墨是靠有機(jī)溶劑來(lái)分散炭黑制得的，稱(chēng)為油墨。水性墨要解決炭黑在水中的溶解問(wèn)題，要么添加分散劑；要么對(duì)表面改性。單純添加具有表面活性的分散劑似乎效果欠佳，而對(duì)炭黑粒子進(jìn)行表面改性處理成本相對(duì)較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單，使用效果好，成本低的制備水性墨的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，以瀝青或中間相瀝青為原料，濃硫酸和濃硝酸的混合物(或雙氧水與濃硫酸的混合物)為氧化劑經(jīng)過(guò)氧化，堿溶，酸凝膠化，加入少量分散劑溶膠化，最后得到分散性很好的水性墨。
本發(fā)明的制備方法包括如下步驟(1)將粒度小于0.18mm的瀝青或中間相瀝青與氧化劑按瀝青或中間相瀝青∶氧化劑＝1Kg∶15～40L的比例混合，在氧化溫度為30～90℃條件下，氧化0.1～12小時(shí)，反應(yīng)后用冷水稀釋終止反應(yīng)，待冷卻后過(guò)濾，對(duì)濾出物用去離子水進(jìn)行洗滌至洗液的pH＝4～7；(2)按瀝青或中間相瀝青比水為1Kg∶20～40L的比例將洗滌后的濾出物加入到去離子水中，然后用0.2～2mol/L的NaOH或KOH溶液調(diào)節(jié)其pH≥12，在65～85℃的恒溫條件下攪拌0.5～3小時(shí)，冷卻后過(guò)濾去除不溶物，收集氧化瀝青的濾液；(3)給含氧化瀝青的濾液中加入0.5～2mol/L的鹽酸或硝酸，控制溶液的pH≤1.8，得炭基凝膠；(4)將濃度為0.2～2mol/L的NaOH或KOH溶液加入到上述炭基凝膠中，控制其pH值為5～9，攪拌后即可得炭基溶膠；(5)控制瀝青與表面活性劑的比例為1Kg∶0.001～0.1mol，給炭基溶膠中加入表面活性劑，補(bǔ)加去離子水使氧化瀝青的濃度達(dá)到0.007～0.07Kg/L，攪拌均勻可得到水性墨。
如上所述的氧化劑是65～68％濃硝酸和95～99％濃硫酸按體積比為1∶1.5～3組成的混合物，或者30～35％濃雙氧水和95～99％濃硫酸按體積比為1∶1.5～3組成的混合物。
如上所述的表面活性劑是十二烷基苯磺酸鈉、聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉或烷基糖苷等。
如上所述的氧化溫度最好為50～80℃。
如上所述的氧化瀝青的濃度最好為0.02～0.05Kg/L。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)以瀝青、中間相瀝青為炭源，原料價(jià)廉，易得。
(2)制備周期短。
(3)生產(chǎn)成本低。
(4)該法制備的水性墨中炭顆粒的粒度分布窄，為5～20nm(用透射電鏡觀察)，穩(wěn)定性好。
(5)可以在較大的pH值范圍內(nèi)制備水性墨。
(6)本發(fā)明制得的水性墨無(wú)毒，對(duì)環(huán)境友好，著色力強(qiáng)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將10.0g粒度小于0.18mm石油中間相瀝青加入到1∶2.3的68％濃硝酸和98％濃硫酸的混合溶液200ml中，在30℃水浴中攪拌1h后，將攪拌液加入到1000ml冷水中，搖均，過(guò)濾，濾出物洗滌至pH＝7。
將濾出物加入到400ml去離子水中，用1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)其pH＝12.6，并在85℃恒溫條件下攪拌1h，冷卻后過(guò)濾收集濾液。用1mol/L鹽酸調(diào)節(jié)濾液的酸度，使其pH＝1.8，得炭基凝膠。
給上述炭基凝膠中加入1mol/L的NaOH溶液，并調(diào)節(jié)其pH＝9，然后加入0.01mmol的十二烷基苯磺酸鈉，并用去離子水調(diào)節(jié)到500ml，攪拌均勻即得氧化瀝青含量為0.03kg/L的弱堿性水性墨。
實(shí)施例2將5.0g粒度小于0.16mm煤焦油瀝青加入到1∶3的65％濃硝酸和99％濃硫酸的混合液200ml中，并在90℃水浴中攪拌0.1h，將攪拌液加入到1000ml冷水中，搖均，過(guò)濾，濾出物洗滌至pH＝4。
將濾出物加入到100ml去離子水中，用0.2mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)其pH＝12.5，在80℃攪拌1h，過(guò)濾，收集濾液。用0.5mol/L硝酸調(diào)節(jié)濾液的酸度，使其pH＝1.5，得炭基凝膠。
給上述炭基凝膠中加入1mol/L的NaOH溶液，攪拌后炭基凝膠轉(zhuǎn)化為炭基溶膠，并調(diào)節(jié)炭基溶膠的pH值，使其為7，然后加入0.1mmol的分子量為800的聚乙二醇，并用去離子水調(diào)節(jié)到300ml，攪拌均勻即得氧化瀝青含量為0.021kg/L的中性水性墨。
實(shí)施例3將5.0g粒度小于0.16mm煤焦油瀝青加入到l∶2.3的67％濃硝酸和98％濃硫酸的混合液75ml中，并在80℃水浴中攪拌3h，將攪拌液加入到500ml冷水中，搖均，過(guò)濾，濾出物洗滌至pH＝4.3。
將濾出物加入到150ml去離子水中，用1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)其pH＝12.5，在75℃攪拌1.5h，過(guò)濾，收集濾液。然后用2mol/L鹽酸調(diào)節(jié)濾液的酸度，使其pH＝1.5，得炭基凝膠。
給上述炭基凝膠中加入2mol/L的NaOH溶液，調(diào)節(jié)其pH值，使pH值為7，攪拌后炭基凝膠轉(zhuǎn)化為炭基溶膠，然后加入0.1mmol的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，并用去離子水調(diào)節(jié)到300ml，攪拌均勻即得氧化瀝青含量為0.024kg/L的中性水性墨。
實(shí)施例4將5.0g粒度小于0.18mm煤焦油瀝青加入到1∶1.5的68％濃硝酸和95％濃硫酸的混合液100ml中，并在70℃攪拌1h，將攪拌液加入到500ml冷水中，過(guò)濾，濾出物洗滌至pH＝5.0。
將濾出物加入到200ml去離子水中，用2mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)其pH＝12.8，在65℃攪拌3h，過(guò)濾，收集濾液。用1mol/L鹽酸調(diào)節(jié)濾液的酸度，使其pH＝1.5，得炭基凝膠。
給上述炭基凝膠中加入1mol/L的NaOH溶液，調(diào)節(jié)其pH值，使其為7，攪拌后炭基凝膠轉(zhuǎn)化為炭基溶膠，然后加入0.12mmol的烷基糖苷，并用去離子水調(diào)節(jié)到180ml，攪拌均勻即得氧化瀝青含量為0.04kg/L的中性水性墨。
實(shí)施例5將5.0g粒度小于0.18mm煤焦油瀝青加入到1∶2.4的68％濃硝酸和98％濃硫酸的混合液120ml中，并在80℃水浴中攪拌1h，將攪拌液加入到700ml冷水中，搖均，過(guò)濾，濾出物洗滌至pH＝4.0。
將濾出物加入到100ml去離子水中，用1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)其pH＝12，在85℃攪拌0.5h，過(guò)濾，收集濾液。用1mol/L鹽酸調(diào)節(jié)濾液的酸度，使其pH＝1.4，得炭基凝膠。
給上述炭基凝膠中加入0.2mol/L的NaOH溶液，調(diào)節(jié)其pH值為5左右，炭基凝膠轉(zhuǎn)化為炭基溶膠，然后加入0.5mmol的烷基糖苷，并用去離子水調(diào)節(jié)到1000ml，攪拌均勻即得氧化瀝青含量為0.007kg/L的弱酸性水性墨。
實(shí)施例6炭基凝膠的制備方法同實(shí)施例5。
給上述炭基凝膠中加入1mol/L的NaOH溶液，調(diào)節(jié)其pH值，使其為9，炭基凝膠轉(zhuǎn)化為炭基溶膠，然后加入0.1mmol的分子量為800的聚乙二醇，并用去離子水調(diào)節(jié)到100ml，攪拌均勻即得氧化瀝青含量為0.07kg/L的弱堿性水性墨。
實(shí)施例7將5.0g粒度小于0.18mm煤焦油瀝青加入到1∶2.3的68％濃硝酸和98％濃硫酸的混合液100ml中，并在50℃水浴中攪拌2h，將攪拌液加入到500ml冷水中，搖均，過(guò)濾，濾出物洗滌至pH＝6.0。
將濾出物加入到180ml去離子水中，用1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)其pH＝12.8，在70℃恒溫條件下攪拌2h，過(guò)濾，收集濾液。用1mol/L鹽酸調(diào)節(jié)濾液的酸度，使其pH＝1.6，得炭基凝膠。
給上述炭基凝膠中加入1mol/L的KOH溶液，調(diào)節(jié)其pH值為8左右，炭基凝膠轉(zhuǎn)化為炭基溶膠，然后加入0.1mmol的烷基糖苷，并用去離子水調(diào)節(jié)到400ml，攪拌均勻即得氧化瀝青含量為0.018 kg/L的弱堿性水性墨。
實(shí)施例8將5.0g粒度小于0.16mm煤焦油瀝青加入到1∶3的35％雙氧水和99％濃硫酸的混合液200ml中，并在80℃水浴中攪拌12h，將攪拌液加入到1000ml冷水中，搖均過(guò)濾，濾出物洗滌至pH＝5。
將濾出物加入到160ml去離子水中，用1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)其pH＝13，在75℃攪拌1h，過(guò)濾，收集濾液。用1mol/L鹽酸調(diào)節(jié)濾液的酸度，使其pH＝1.6，得炭基凝膠。
給上述炭基凝膠中加入2mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)其pH＝8，炭基凝膠轉(zhuǎn)化為炭基溶膠，然后加入0.1mmol的十二烷基苯磺酸鈉，并用去離子水調(diào)節(jié)到300ml，攪拌均勻即得氧化瀝青含量為0.02kg/L的弱堿性水性墨。
權(quán)利要求
1.一種水性墨的制備方法，其特征在于制備方法包括如下步驟(1)將粒度小于0.18mm的瀝青或中間相瀝青與氧化劑按瀝青或中間相瀝青∶氧化劑＝1Kg∶15～40L的比例混合，在氧化溫度為30～90℃條件下，氧化0.1～12小時(shí)，反應(yīng)后用冷水稀釋終止反應(yīng)，待冷卻后過(guò)濾，對(duì)濾出物用去離子水進(jìn)行洗滌至洗液的pH＝4～7；(2)按瀝青或中間相瀝青比水為1Kg∶20～40L的比例將洗滌后的濾出物加入到去離子水中，然后用0.2～2mol/L的NaOH或KOH溶液調(diào)節(jié)其pH≥12，在65～85℃的恒溫條件下攪拌0.5～3小時(shí)，冷卻后過(guò)濾去除不溶物，收集氧化瀝青的濾液；(3)給含氧化瀝青的濾液中加入0.5～2mol/L的鹽酸或硝酸，控制溶液的pH≤1.8，得炭基凝膠；(4)將濃度為0.2～2mol/L的NaOH或KOH溶液加入到上述炭基凝膠中，控制其pH值為5～9，攪拌后即可得炭基溶膠；(5)控制瀝青與表面活性劑的比例1Kg0.001～0.1mol，給炭基溶膠中加入表面活性劑，補(bǔ)加去離子水使氧化瀝青的濃度達(dá)到0.007～0.07Kg/L，攪拌均勻可得到水性墨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水性墨的制備方法，其特征在于所述的氧化劑是65～68％濃硝酸和95～99％濃硫酸按體積比為1∶1.5～3組成的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水性墨的制備方法，其特征在于所述的氧化劑是30～35％濃雙氧水和95～99％濃硫酸按體積比為1∶1.5～3組成的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水性墨的制備方法，其特征在于所述的表面活性劑是十二烷基苯磺酸鈉、聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉或烷基糖苷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水性墨的制備方法，其特征在于所述的氧化溫度為50～80℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水性墨的制備方法，其特征在于所述的氧化瀝青的濃度為0.02～0.05Kg/L。
全文摘要
一種水性墨的制備方法,以瀝青和中間相瀝青為原料,經(jīng)過(guò)濃硫酸和濃硝酸的混合物為氧化劑進(jìn)行氧化,再經(jīng)堿溶除去不溶物,加入強(qiáng)酸使氧化瀝青凝膠化,然后給氧化瀝青凝膠中加入酸堿調(diào)節(jié)劑和去離子水?dāng)嚢枋蛊淙苣z化,再加入少量分散劑攪拌混合均勻后,即得分散性很好的水性墨。本發(fā)明具有原料價(jià)廉,易得,制備周期短,生產(chǎn)成本低,穩(wěn)定性好,環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C09D11/00GK1334300SQ01125308
公開(kāi)日2002年2月6日 申請(qǐng)日期2001年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月9日
發(fā)明者侯玉翠, 劉克文 申請(qǐng)人:侯玉翠, 劉克文