專利名稱：：一種防水型黑色納米水性顏料分散液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種顏料分散液，特別是一種用于噴墨領(lǐng)域的防水型黑色納米水性顏料分散液及其制備方法。(二)背景介紹-目前市場上的噴墨用墨水基本上含有顏料或染料兩種，染料以分子形式分散在墨水中，不防水但一般較穩(wěn)定；顏料是以一些不溶于水的顆粒分散在墨水中，這些顆粒是靠范德華力、氫鍵等結(jié)合成的聚集體或結(jié)晶體，所以一般的水和溶劑無法溶解這些顏料顆粒使其穩(wěn)定均勻的分散在墨水里，通常的做法是采用高能量研磨分散使分散劑充分有效的錨固或包覆顏料粒子，使其穩(wěn)定分散在墨水中。但由于顏料分散液體系為熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，分散劑分散效果差的話，顏料粒子容易慢慢聚集，直至沉淀，導(dǎo)致墨水在噴到紙張上后不易干燥，防水性變差。與一般有機顏料相比，黑色顏料即炭黑的顆粒粒徑較小且表面親油，在水中分散性差，獲得良好的分散液尤為困難。美國專利US6221]42采用含有苯基、萘基的磺酸鹽、亞磺酸鹽、膦酸鹽和羧酸鹽來修飾炭黑顆粒表面，提高了炭黑顆粒在水中的分散穩(wěn)定性和炭黑墨水打印防水性。但該制備方法步驟繁多，操作復(fù)雜，并且由于其步驟中存在黑色顏料的提純步驟，提取效果差也將直接給最終的成品墨水電導(dǎo)率造成不良影響。由此可見想要獲得既穩(wěn)定又防水的噴墨墨水，制備分散效果好的顏料分散液至關(guān)重要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種防水型黑色納米水性顏料分散液及其制備方法，它是一種保存穩(wěn)定、防水型優(yōu)良且制備簡單的新型分散液。本發(fā)明的技術(shù)方案一種防水型黑色納米水性顏料分散液，其特征在于它由黑色顏料C.I.P.B.7、高分子分散劑、殺菌劑和去離子水組成，其中黑色顏料C.I.P.B.7占總重量百分比的330%，高分子分散劑占總重量百分比的550%、殺菌劑占總重量百分比的0.10.3%，余量為去離子水；所說的黑色顏料與高分子分散劑有效成分的比例控制在0.5:1~3:1之間；所說的高分子分散劑包括空氣化工公司(AirProducts)的Zetasperse3400與Zetasperse3100、明凌公司(MunzingChemieGmbh)的EDPLAN482和迪高公司(TegoChemieGmbh)的TEGODi印ers7G0w，所說的分散液取以上分散劑中的至少一種；所說的黑色納米水性顏料分散液的粒徑D5。控制在40.0150.Onm之間。上述所說的黑色顏料占分散液總重量的重量百分比優(yōu)選8~20%。上述所說的高分子分散劑占分散液總重量的重量百分比優(yōu)選8~30%。上述所說的黑色顏料與分散劑有效成分的比例優(yōu)選0.5:12:l之間。上述所說的殺菌劑占分散液總重量百分比優(yōu)選0.2%。上述所說的黑色顏料選用以下其中一種卡博特(Cabot)公司的Mongu1-L、REGAL400R、Monarch1300、Monarch900或REGAL330R，三菱化學(xué)公司(MitsubishiChemicalCorporation)的MA_7、MA100或tt40,德固賽公司(Degussa)的Specialblack4，哥倫比亞化學(xué)公司(ColumbianChemical)的Raven3500、Raven1255或Raven3600ultra。上述所說的殺菌劑選用科萊恩公司(Clariant)的NipacideBIT_20。上述所說的分散劑的有效含量取該市售分散劑產(chǎn)品說明書上的標示數(shù)字，該分散劑的用量根據(jù)黑色顏料的比表面積來定?！N防水型黑色納米水性顏料分散液的制備方法，其特征在于包括分散液的配制與墨水的配制，其中-(一)分散液的配制包括以下步驟①將分散劑和去離子水按照上述比例混合于容器中，并攪拌均勻；②按比例加入黑色顏料，充分潤^:;'③用高速剪切機將步驟②所得的分散液高速剪切0.58小時，轉(zhuǎn)速為100010000rpm，剪切完成后放置10~20分鐘，剪切時間不宜過長；④將步驟③所得的剪切分散液泵入研磨機中進行研磨分散；⑤將步驟④中研磨機出料口所得分散液進入研磨機的儲料槽，再次泵入研磨機進行循環(huán)研磨0.524小時；⑥研磨過程中，每隔15分鐘采用HoribaLB—550.型動態(tài)激光散色粒度儀進行粒度檢測，直到分散液的粒徑達到要求；(二)制得的分散液配制墨水的過程為-按重量百分比取上述步驟⑥所制得的分散液50%，另加2-吡咯酮4%，乙二醇10%，二乙二醇丁醚3%，Surfynol4651.2%，和余量去離子水，制成噴墨墨水；所說的制成的墨水能夠用于對分散液定期定溫下的穩(wěn)定性檢測。上述分散液的配制方法(一)中歩驟①一③為剪切分散步驟，其中步驟③中的高速剪切主要作用是使分散劑分散乳化均勻，打碎部分黑色顏料中的較大粒子，剪切時間優(yōu)選l一2小時。上述步驟④一⑥為研磨分散步驟；其中步驟④中的研磨機為銷棒式研磨機，轉(zhuǎn)速為6004000rpm，研磨介質(zhì)采用直徑為0.05lmm的氧化鋯珠，優(yōu)選直徑0.050.2之間；所說的步驟④中的研磨目的是使黑色納米水性顏料分散液粒徑繼續(xù)降低，但是隨著研磨時間的延長，其粒徑下降速度將遠遠小手初始的1—2小時，效果不顯著，所以研磨時間優(yōu)選1—2小時；所說的步驟⑤中的出料口的溫度控制在2(T4(rC之間；所說的歩驟⑥為顏料粒度檢測。上述所說的步驟⑥中的顏料粒度檢測步驟為a、用滴管取出一滴待測樣品，放入規(guī)格為18mmX180mm的試管中，加入去離子水高至l/2試管高，振蕩搖勻；b、將稀釋過的樣品，放入超聲波儀器'內(nèi)超聲2mins，頻率設(shè)定為40kHzX80%，溫度為25°C;c、在3個比色皿中分別放入超聲過的樣品，液面低于比色皿外沿0.5cm;d、雙擊電腦桌面上LB-550應(yīng)用程序；e、輕輕打開LB-550型動態(tài)光散射納米粒度分析儀的蓋子，在樣品池中放入盛有樣品的比色皿；f、點擊TempPanel,待溫度控制到25。C后，點擊Meas.Panel,屏幕上出現(xiàn)MeasurementPanel后，點擊Measure,開始測試；g、等待機器測試完畢，記錄數(shù)據(jù)。每個樣品的粒徑為三次測量值的加權(quán)平均。本發(fā)明的優(yōu)越性在于本發(fā)明產(chǎn)品具有良好的防水性，保存穩(wěn)定，不易聚集沉淀，且制備過程簡單易行。注D5。一個樣品的累計粒度分布體積百分數(shù)達到50%時所對應(yīng)的粒徑。具體實施例方式為了檢測產(chǎn)品質(zhì)量，有如下對產(chǎn)品性質(zhì)的實驗檢測過程實驗l.常溫一個月穩(wěn)定性實驗把待測樣品(本發(fā)明所制黑色納米水性顏料分散液)放入密閉玻璃容器中，在恒溫(25'C)恒濕(35。/。RH)的環(huán)境中放置一個月，測定一個月前后樣品的粒度變化情況。當(dāng)粒徑變化率<30%時，樣品視為穩(wěn)定。實驗2.加速實驗把待測樣品放入密閉玻璃容器中，在6(TC的恒溫烘箱中保存二個星期，利用時溫等效原理加速測試，測定加速前后樣品的粒徑變化。當(dāng)粒徑變化率〈30%時，樣品視為穩(wěn)定。實驗3.凍融實驗把待測樣品放入密閉玻璃容器中，在-2(TC的冰箱放24小時后取出放入6(TC的烘箱24小時，反復(fù)3次，測定前后樣品的粒徑變化。當(dāng)粒徑變化率〈30%時，樣品視為穩(wěn)定。實驗4.防水測試墨水在普通紙打印后立即放入水中和打印后干燥5分鐘再放入水中兩種情況進行比較，測試其防水性，相關(guān)防水等級標準如下級別l:放入水中顏料無浮起擴散，用手輕擦打印色塊，無明顯掉色，級別2:放入水中顏料無浮起擴散，用手輕擦打印色塊，輕微掉色，級別3:放入水中顏料浮起擴散。'實施例中的"份"以重量計。實施例1將8份三菱化學(xué)(MitsubishiChemicalCorporation)的炭黑MA_7，23份空氣化工(AirProducts)公司的Zetasperse3400，0.2份科萊恩(Clariant)公司的殺菌劑NipacideBIT-20和68.8份去離子水用高速剪切攪拌器混合1小時至均勻后得剪切分散液，再在0.14L容積的研磨機中對300g的剪切分散液研磨1小時，得到水性顏料分散液。將制備的水性顏料分散液在常溫下進行一個月穩(wěn)定性實驗；進行凍融循環(huán)實驗；在6(TC下進行穩(wěn)定性實驗。實施例2將8份三菱化學(xué)(MitsubishiChemicalCorporation)的炭黑MA-7，16.7份空氣化工(AirProducts)公司的Zetasperse3100，0.2份科萊恩(Clariant)公司的殺菌劑NipacideBIT-20和75.1份去離子水用高速剪切攪拌器混合1小時至均勻后得剪切分散液，再在0.14L容積的研磨機中對300g的剪切分散液研磨1小時，得到水性顏料分散液。將制備的水性顏料分散液在常溫下進行一個月穩(wěn)定性實驗；進行凍融循環(huán)實驗；在6(TC下進行穩(wěn)定性實驗。實施例3將8份三菱化學(xué)(MitsubishiChemicalCorporation)的炭黑MA-7，8份明凌(MunzingChemieGmbh)公司的EDPLAN482,0.2份科萊恩(Clariant)公司的殺菌劑NipacideBIT-20和83.8份去離子水用高速剪切攪拌器混合1小時至均勻后得剪切分散液，再在0.14L容積的研磨機中對300g的剪切分散液研磨l小時，得到^^性顏料分散液。將制備的水性顏料分散液在常溫下進行一個月穩(wěn)定性實驗；進行凍融循環(huán)實驗；在60"C下進行穩(wěn)定性實驗o實施例4將8份三菱化學(xué)(MitsubishiChemicalCorporation)的炭黑MA-7，1L43份迪高(TegoChemieGmbh)公司的TEG0Dispers760w，0.2份科萊恩(Clariant)公司的殺菌劑NipacideBIT-20和80.37份去離子水用高速剪切攪拌器混合1小時至均勻后得剪切分散液，再在O.14L容積的研磨機中對300g'的剪切分散液研磨l小時，得到水性顏料分散液。將制備的水性顏料分散液在常溫下進行一個月穩(wěn)定性實驗；進行凍融循環(huán)實驗；在60'C下進行穩(wěn)定性實驗。比較例1將8份三菱化學(xué)(MitsubishiChemicalCorporation)的炭黑MA-7，16.7份空氣化工(AirProducts)公司的Zetasperse3700,0.2份科萊恩(Clariant)公司的殺菌劑NipacideBIT-20和75.1份去離子水用高速剪切攪拌器混合1小時至均勻后得剪切分散液，再在O.14L容積的研磨機中對300g的剪切分散液研磨l小時，得到水性顏料分散液。將制備的水性顏料分散液在常溫下進行一個月穩(wěn)定性實驗；進行凍融循環(huán)實驗；在6(TC下進行穩(wěn)定性實驗。比較例2將8份三菱化學(xué)(MitsubishiChemicalCorporation)的炭黑MA-7，8份空氣化工(AirProducts)公司的Zetasperse2100，0.2份科萊恩(Clariant)公司的殺菌劑NipacideBIT-20和83.8份去離子水用高速剪切攪拌器混合1小時至均勻后得剪切分散液，再在0.14L容積的研磨機中對300g的剪切分散液研磨1小時，得到水性顏料分散液。將制備的水性顏料分散液在常溫下進行一個月穩(wěn)定性實驗；進行凍融循環(huán)實驗；在6(TC'下進行穩(wěn)定性實驗。比較例3將8份三菱化學(xué)(MitsubishiChemicalCorporation)的炭黑MA-7，10份迪高(TegoChemieGmbh)公司的TEGODispers750w，0.2份科萊恩(Clariant)公司的殺菌劑NipacideBIT-加和81.8份去離子水用高速剪切攪拌器混合1小時至均勻后得剪切分散液，再在0.14L容積的研磨機中對300g的剪切分散液研磨1小時，得到水性顏料分散液。將制備的水性顏料分散液在常溫下進行一個月穩(wěn)定性實驗；進行凍融循環(huán)實驗；在6(TC下進行穩(wěn)定性實驗。比較例4將8份三菱化學(xué)(MitsubishiChemicalCorporation)的炭黑MA-7，16.7份空氣化工(AirProducts)公司的Zetasperse2500，0.2份科萊恩(Clariant)公司的殺菌劑NipacideBIT-20和75.1份去離子水用高速剪切攪拌器混合1小時至均勻后得剪切分散液，再在O.14L容積的研磨機中對300g的剪切分散液研磨l小時，得到水性顏料分散液。將制備的水性顏料分散液在常溫下進行一個月穩(wěn)定性實驗；進行凍融循壞實驗；在6(TC下進行穩(wěn)定性實驗。比較例5將8份三菱化學(xué)(MitsubishiChemicalCorporation)的炭黑MA_7，10份迪高(TegoChemieGmbh)公司的TEGODispers755w，0.2份科萊恩(Clariant)公司的殺菌劑NipacideBIT-20和81.8份去離子水用高速剪切攪拌器混合1小時至均勻后得剪切分散液，再在0.l禮容積的研磨機中對300g的剪切分散液研磨1小時，得到水性顏料分散液。將制備的水性顏料分散液在常溫下進行一個月穩(wěn)定性實驗；進行凍融循環(huán)實驗；在6(TC下進行穩(wěn)定性實驗。比較例6將8份三菱化學(xué)(MitsubishiChemicalCorporation)的炭黑MA_7，19.2份歐恩吉(0MG)公司的分散劑BorchiGenSN95，0.2份科萊恩(Clariant)公司的殺菌劑NipacideBIT-20和72.6份去離子水用高速剪切攪拌器混合1小時至均勻后得剪切分散液，再在0.14L容積的研磨機中對300g的剪切分散液研磨1小時，得到水性顏料分散液。將制備的水性顏料分散液在常溫下進行一個月穩(wěn)定性實驗；進行凍融循環(huán)實驗；在6(TC下進行穩(wěn)定性實驗。將所得分散液按如下所示配方配制墨水，按重量百分比取上述所制得的分散液50%，另加2-吡咯酮4%，乙二醇10%，二乙二醇丁醚3%，Surfynol4651.2%,和余量去離子水，制成噴墨墨水。所得墨水經(jīng)孔徑為0.8微米的過濾器過濾后填充到墨盒中，用愛普生STYLUSPHOTOR230打印機在深圳安興紙業(yè)的永圖靜電復(fù)印紙上打印文檔及色塊，測試文件用AdobeReader7.0打開，打印設(shè)置中紙張類型為普通紙、質(zhì)量選項為文本+圖像。表l本發(fā)明所制黑色納米水性顏料分散液.常溫放置一個月、凍融實驗和加速實驗后的粒徑變化情況及顏料防水性能對比表(D50(nm)代表黑色納米水性顏料分散液的粒徑)從表l中可以看出，比較例l，2，3防水性很好，但穩(wěn)定性不是很好。比較例l常溫下粒徑變化率35.1%，凍融和加速試驗粒徑變化率更大。比較例2，3盡管常溫下穩(wěn)定，但是比較例2在凍融試驗后己經(jīng)分層，加速測試粒徑變化率200%;比較例3熔融測試和加速測試穩(wěn)定性較差，常溫下穩(wěn)定。比較例4，5各種穩(wěn)定性測試結(jié)果理想，但是防水性很差。比較例6防水性和穩(wěn)定性均很差。只有實施例l一4各種穩(wěn)定性測試結(jié)果理想，粒徑變化率在30%以內(nèi)，同時防水性較好。表l黑色納米水性顏料分散液研磨后，常溫一月后，凍融試驗后和加速試驗后的粒徑D5o(mn)的變化情況及其防水性能<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1.一種防水型黑色納米水性顏料分散液，其特征在于它由黑色顏料C.I.P.B.7、高分子分散劑、殺菌劑和去離子水組成，其中黑色顏料C.I.P.B.7占總重量百分比的3～30％，高分子分散劑占總重量百分比的5～50％、殺菌劑占總重量百分比的0.1～0.3％，余量為去離子水；所說的黑色顏料與高分子分散劑有效成分的比例控制在0.5∶1～3∶1之間；所說的高分子分散劑包括空氣化工公司(AirProducts)的Zetasperse3400，Zetasperse3100、明凌公司(MunzingChemieGmbh)的EDPLAN482和迪高公司(TegoChemieGmbh)的TEGODispers760w，上述所說的分散液取以上分散劑中的至少一種；所說的黑色納米水性顏料分散液的粒徑D50控制在40.0～150.0nm之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種防水型黑色納米水性顏料分散液，其特征在于所說的黑色顏料占分散液總重量的重量百分比優(yōu)選8~20%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種防水型黑色納米水性顏料分散液，其特征在于所說的高分子分散劑占分散液總重量的重量百分比優(yōu)選8~30%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種防水型黑色納米水性顏料分散液，其特征在于所說的黑色顏料與分散劑有效成分的比例優(yōu)選0.5:12:l之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種防水型黑色納米水性顏料分散液，其特征在于所說的殺菌劑選用科萊恩公司(Clariant)的NipacideBIT-20，其占分散液總重量百分比優(yōu)選優(yōu)選0.2%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種防水型黑色納米水性顏料分散液，其特征在于所說的黑色顏料選用以下其中一種卡博特(Cabot)公司的Mongul-L、REGAL400R、Monarch1300、Monarch900^REGAL330R，三菱化學(xué)公司(MitsubishiChemicalCorporation)的MA-7、MA100或#40，德固賽公司(Degussa)的Specialblack4，和哥倫比亞化學(xué)公司(ColumbianChemical)的Raven3500、Raven1255或Raven3600ultra。7.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種防水型黑色納米水性顏料分散液，其特征在于分散劑的有效含量取該市售分散劑產(chǎn)品說明書上的標示數(shù)字，該分散劑的用量根據(jù)黑色顏料的比表面積來定。8.—種防水型黑色納米水性顏M分散液的制備方法，其特征在于包括分散液的配制與墨水的配制，其中-(一)分散液的配制包括以下歩驟①將分散劑和去離子水按照上述比例混合于容器中，并攪拌均勻；②按比例加入黑色顏料，充分潤濕；③用高速剪切機將步驟②所得的分散液高速剪切0.58小時，轉(zhuǎn)速為100(Tl0000rpm，剪切完成后放置10~20分鐘；④將步驟③所得的剪切分散液泵入研磨機中進行研磨分散；⑤將步驟④中研磨機出料口所得分散液進入研磨機的儲料槽，再次泵入研磨,機進行循環(huán)研磨0.5~24小時；⑥研磨過程中，每隔15分鐘采用HoribaLB—550型動態(tài)激光散色粒度儀進行粒度檢測，直到分散液的粒徑達到要求。(二)制得的分散液配制墨水的^:程為按重量百分比取上述步驟⑥所制得的分散液50V另加2-吡咯酮4%,乙二醇10%，二乙二醇丁醚3%，Surfynol4651.2%，和余量去離子水，制成噴墨墨水；-所說的制成的墨水能夠用于對分散液定期定溫下的穩(wěn)定性檢測。9.根據(jù)權(quán)利要求8所說的一種防水型黑色納米水性顏料分散液的制備方法，其特征在于所說的步驟o^為剪切分散步驟，其'中步驟③中的高速剪切主要作.用是使分散劑分散乳化均勻，打碎部分黑色顏料中的較大粒子，但時間過長效果不再顯著，所以剪切時間優(yōu)選l一2小吋；上述步驟@~<§)為研磨分散步驟；其中步驟中的研磨機為銷棒式研磨機，轉(zhuǎn)速為60(T4000rpm,研磨介質(zhì)釆用直徑為0.05~lmm的氧化鋯珠，優(yōu)選直徑0..050.2mm之間；所說的步驟④中的研磨目的是使黑色納米水性顏料分散液粒徑繼續(xù)降低，但是隨著研磨時間的延長，其粒徑下降速度將遠遠小于初始的l一2小時，效果不顯著，所以研磨時間優(yōu)選l一2小時；所說的歩驟中的出料口的溫度控制在20~40"之間；所說的步驟⑥為顏料粒度檢測。10.根據(jù)權(quán)利要求9所說的一種防水型黑色納米水性顏料分散液的制備方法，其特征在于所說的步驟⑥中的顏料粒度檢測的歩驟為'a、用滴管取出一滴待測樣品，放入規(guī)格為18mmXl80mm的試管中，加入去離子水高至l/2試管高，振蕩搖勻；b、將稀釋過的樣品，放入超聲波儀器內(nèi)超聲2mins，頻率設(shè)定為40kHzX80%，鵬為25°C;c、在3個比色皿中分別放入超聲過的樣品，液面低于比色皿外沿0.5cm;d、雙擊電腦桌面上LB-550應(yīng)用程序；e、輕輕打開LB-550型動態(tài)光散^納米粒度分析儀的蓋子，在樣品池中放入盛有樣品的比色皿；f、點擊TempPanel,待溫度控制到25'C后，點擊Meas.Panel,屏幕上出現(xiàn).MeasurementPanel后，點擊Measure,開始測試；g、等待機器測試完畢，記錄數(shù)據(jù)。每個樣品的粒徑為三次測量值的加權(quán)平均。全文摘要一種防水型黑色納米水性顏料分散液，其特征在于它由黑色顏料C.I.P.B.7、高分子分散劑、殺菌劑和去離子水組成；所說的黑色顏料與高分子分散劑有效成分的比例控制在0.5∶1～3∶1之間；所說的黑色納米水性顏料分散液的粒徑D₅₀控制在40.0～150.0nm之間。制備方法為將分散劑和去離子水混合于容器并攪拌，加入黑色顏料，用高速剪切機剪切0.5～8小時，然后進行循環(huán)研磨分散，每隔15分鐘進行粒度檢測，直到分散液的粒徑達到要求。本發(fā)明的優(yōu)越性在于本發(fā)明產(chǎn)品具有良好的防水性，保存穩(wěn)定，不易聚集沉淀，且制備過程簡單易行。文檔編號C09D17/00GK101597444SQ20081015443公開日2009年12月9日申請日期2008年12月25日優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日發(fā)明者石金永,楊陳申請人:天津兆陽納米科技有限公司