[发明专利]一种中性墨水用色素炭黑的制备方法

说明书

本发明属于炭黑加工领域，具体涉及一种中性墨水用色素炭黑的制备方法。本发明方法包括S1、称取去离子水、炭黑、氧化胺型表面活性剂、阴离子型表面活性剂；S2、将锆珠加入到砂磨机机罐中，同时将去离子水加入到装料罐中，调节其pH值为4～6，设定砂磨机的转速，砂磨20～40min，开机，加入炭黑和氧化胺型表面活性剂，进行第一次砂磨；S3、第一次砂磨结束后，加入阴离子型表面活性剂，设定砂磨机的转速，砂磨50～60min，进行第二次砂磨，第二次砂磨结束，制得中性墨水用色素炭黑。本发明工艺过程简单、步骤少，生产周期短，制得的炭黑粒度细，分散性好，能长期保持稳定不聚沉，非常适合工业化生产。

技术领域

本发明属于炭黑加工领域，具体涉及一种中性墨水用色素炭黑的制备方法。

背景技术

炭黑是烃类在严格控制的工艺条件下经气相不完全燃烧或热解而成的黑色粉末状物质，主要成分是碳元素，并含有少量氧、氢和硫等。炭黑按照生产方式可分为槽黑、炉黑、灯黑和热裂黑四种。炭黑的用途广泛，按照用途不同通常分为两大类，即色素炭黑和橡胶用炭黑。色素炭黑根据应用体系不同而各有不同的应用，但是作为颜料，色素炭黑广泛用于色浆、塑料色母粒、油墨、涂料和油漆。

多年来，国内中性笔厂所需的中性墨水几乎依赖进口，导致其价格昂贵；同时很多国家不断发表大量的专利来垄断该领域的技术，给制笔行业带来很大的压力。虽然我国已是中性笔的生产和销售大国，但中性墨水仍然是制约我国成为中性笔生产强国的关键技术之一。国内很多单位对中性墨水国产化进行深入研究，认为未来中性墨水的研究要在颜料粒度的细化、中性墨水的稳定性等方面进行突破。中性墨水的核心内容是颜料色素，高品质的颜料色浆是生产中性笔墨水的基础。目前，国产中性笔墨水质量不过关的主要原因在于所用颜料色浆未能保持纳米级粒径分散均匀稳定。而国外炭黑分散液的储藏稳定性(大于1.5年)大大优于国内炭黑分散液。一般来说，炭黑的粒径越细，则其着色力越强，遮盖力越好，黑度也越高。因此，如何制备粒度细小、储藏性能优良的纳米级炭黑分散液成为近年来行业研究的热点。

由于炭黑在生产过程中烃类物质的不完全裂解，使得产品中仍然含有少量烃类，尤其是多环芳烃类物质。这些物质包裹在炭黑颗粒的表面，使得炭黑颗粒表面呈现非极性，所以炭黑颗粒非常容易聚集，增加了炭黑作为颜料的分散性难度。炭黑通常是以近似球体的胶体原生粒子及聚集体形式存在，在剪切力的作用下，聚集体可以重新分散，又可重新附聚。

同时，炭黑表面性质的差异与炭黑的生产方法有很大关系，目前大部分炭黑都是由油炉法生产。油炉法炭黑的常规生产工艺可分为原料处理和输送装置、燃烧及反应装置、冷却和热换装置以及收集输送装置四大部分。燃料油、添加剂和预热空气进入反应炉燃烧段燃烧，产生高温燃烧气体。燃烧气体进入反应炉混合段，利用高温高速将经过预热的原料油剪切，并与之混合后进入反应炉的反应段生产炭黑。在反应段设置有可调节距离的急冷水喷嘴，利用急冷水来急速降温使炭黑反应终止并且生产炭黑烟气。经过预热的炭黑烟气进入回收装置主袋滤器，袋滤器捕集下的炭黑通过风送系统送经微米粉碎机后再送到炭黑分离收集设备(主要是旋风分离器)。回收的炭黑进入造粒机造粒，然后送入筛分机构进行筛分，从而生产出合同的炭黑产品。常规油炉法生产的炭黑的吸附表面积(CTAB)为130～160m²/g、吸碘值为130～210mg/g、吸收值(DBP)为0.80～1.10mL/g、流动性(35℃)为16～20mm和pH值为4.0～6.0。

油炉法炭黑的表面含氧量较低，且含氧量随着粒径增大而降低，这造成了炭黑的亲水性不强，在水溶液中的分散稳定性很差，且在研磨过程中极易发胀，产生凝胶，是颜料中最难分散的品种之一。

目前炭黑的处理工艺主要有以下方法：

(1)液相法氧化改性：是硝酸、过氧化氢、高氯酸等氧化剂和炭黑反应，在炭黑表面生成羰基、羟基和羧基等的改进方法，该方法是工业常用的改性方法，但是液相法反应会产生大量的废液，污染环境。