CN108912837B - 一种炭黑分散液及其制备方法、应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及墨水领域，具体涉及炭黑分散液及其制备方法。所述炭黑分散液至少包括碳纳米线修饰的炭黑，碳纳米线与炭黑通过硅烷偶联剂连接。碳纳米线表面含有丰富的酸性含氧基团，很容易分散于水性溶剂中。而且炭黑分散液制备过程条件温和，不会对炭黑的结构造成破坏。本发明的方法制备得到的喷墨用纳米水性炭黑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清晰，满足热发泡式打印墨水的要求。
Description
技术领域
本发明涉及墨水领域，具体涉及到一种炭黑分散液及其制备方法以及包含炭黑分散液的墨水。
背景技术
炭黑具有优异的着色性，耐候性和化学稳定性，且来源丰富，是很重要的黑色着色剂，但是炭黑原生粒子尺寸小（10-500nm），表面能高，极易聚集成较大的颗粒，很难稳定分散于不同体系中，这些缺陷限制了炭黑性能的充分发挥。目前，炭黑亲水性改性技术主要有分散剂分散技术和氧化改性技术。
分散剂分散技术就是通过机械外力的作用，使分散剂吸附在炭黑表面使其带电，并在炭黑周围形成双电子层，产生相互排斥力，从而达到在稳定期内稳定分散的作用。然而，由于分散剂主要靠物理作用吸附在炭黑表面，存在吸附和脱附现象，脱附行为会造成炭黑的分散性降低，重新团聚等后果。另外，分散剂分散炭黑色浆在喷墨领域通常只能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。
氧化改性方法主要通过加入强氧化剂对炭黑表面进行氧化处理，增加炭黑表面酸性含氧基团的含量来增强其在水性溶剂中的分散性能。但是氧化改性引入的羧基，羟基数量不够多，分子链不够长且这些电离程度低的基团在溶剂中不足以提供足够的斥力来达到稳定分散的目的。另外，通入强氧化性物质，对设备要求高，不利于工业化生产。而且氧化改性会对炭黑本身结构造成很大破坏，影响炭黑在油墨中的应用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种炭黑分散液，所述炭黑分散液，其原料至少包括碳纳米线改性的炭黑。
作为一种优选的技术方案，所述碳纳米线改性的炭黑中碳纳米线为炭黑的0.1-2wt%。
作为一种优选的技术方案，所述碳纳米线改性的炭黑中碳纳米线的平均直径为10-20nm，平均长度为40-120nm。
作为一种优选的技术方案，所述碳纳米线改性的炭黑中碳纳米线含有酸性含氧基团。
作为一种优选的技术方案，所述酸性含氧基团为羧基和/或羟基。
作为一种优选的技术方案，所述碳纳米线改性的炭黑中碳纳米线与炭黑通过硅烷偶联剂连接。
作为一种优选的技术方案，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂和/或羟基硅烷偶联剂。
作为一种优选的技术方案，所述炭黑分散液原料还包括添加剂、溶剂。
本发明的第二个方面提供了一种上述炭黑分散液的制备方法，至少包括以下步骤：
S1：称取碳纳米线改性的炭黑、添加剂、溶剂；
S2：将碳纳米线改性的炭黑加入到溶剂中，超声；
S3：在一定的转速下，加入添加剂，待添加剂完全溶解后，即得。
本发明的第三个方面提供了一种墨水，其原料至少包括炭黑分散液。
有益效果：本发明制备的炭黑分散液25℃时粘度小于2.3cP，表面张力均大于70mN/m；60℃放置15天后，粘度和粒径变化小，稳定性高。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。另外，本发明方法具有生产工艺简单、易操作、对环境友好等特点。
本发明的方法制备得到的喷墨用纳米水性炭黑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清晰，耐擦，满足热发泡式打印墨水的要求。
具体实施方式
为了下面的详细描述的目的，应当理解，本发明可采用各种替代的变化和步骤顺序，除非明确规定相反。此外，除了在任何操作实例中，或者以其他方式指出的情况下，表示例如说明书和权利要求中使用的成分的量的所有数字应被理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此，除非相反指出，否则在以下说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是根据本发明所要获得的期望性能而变化的近似值。至少并不是试图将等同原则的适用限制在权利要求的范围内，每个数值参数至少应该根据报告的有效数字的个数并通过应用普通舍入技术来解释。
尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但是具体实例中列出的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地包含由其各自测试测量中发现的标准偏差必然产生的某些误差。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。例如，从“1至10”的指定范围应视为包括最小值1与最大值10之间的任何及所有的子范围。范围1至10的示例性子范围包括但不限于1至6.1、3.5至7.8、5.5至10等。
为了解决上述问题，本发明提供了一种炭黑分散液。所述炭黑分散液，其原料至少包括碳纳米线改性的炭黑。
本申请中，术语“碳纳米线改性的炭黑”中碳纳米线与炭黑通过硅烷偶联剂连接。
所述炭黑是烃类物质不完全燃烧或裂解的产物，其主要成分是碳，主体呈非极性。炭黑中的含氧基团依其结合或解离质子的能力分为酸性基团和碱性基团。酸性基团主要有羧基，酚羟基等，碱性基团主要有醚键，醌构体等。
所述碳纳米线是一种一维碳纳米材料，碳纳米线具有实心结构，通常是无定型结构，其具有优异的光学性能、电学性能和力学性能。
所述硅烷偶联剂是一类分子中含有两种不同化学性质官能团的有机硅化合物。硅烷偶联剂中易水解官能团在溶剂中水解后，与炭黑上的含氧基团反应，从而生成硅烷偶联剂改性的炭黑；碳纳米线上的酸性含氧基团再与硅烷偶联剂上的氨基和/或羟基发生反应，最终生成碳纳米线改性的炭黑。
优选地，所述碳纳米线的制备方法至少包括以下步骤：
1）前驱体碳源的制备
将0.1g对苯二甲酸溶解于100 mL N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，保持超声并滴加30mL浓氨水，溶液出现白色沉淀。将产物抽滤，沉淀，80℃干燥，即得前驱体碳源。
2）碳化
将步骤1）所制得的前驱体碳源放入石英舟，升温速率10℃/min升至1500℃，并在1500℃的恒温惰性气氛进行碳化处理，随管式炉炉温降低至室温，取出产物分散在浓硝酸中，加热至沸腾后，回流5-40 h，抽滤，即得碳纳米线材料。
上述步骤2）中浓硝酸是指质量分数为68%的硝酸。通过浓硝酸氧化，可使碳纳米线上修饰上酸性含氧基团，并改变碳纳米线长度。随着在浓硝酸中回流的时间不同，可制备出不同尺寸的碳纳米线。实验过程中发现回流时间过短，得到的碳纳米线平均长度过大（超过1μm），回流时间过长，得到的碳纳米线尺寸不单一且失重率大。本发明通过调节碳化所得的产物在浓硝酸中的回流时间，制备得到平均直径为10-20nm，平均长度为40-120nm的碳纳米线。
所述碳纳米线的平均直径和平均长度通过透射电镜图片，随机选取500个碳纳米线，分别测量直径和长度后取平均值得到。
在一种优选的实施方式中，所述碳纳米线的平均长度为40-120nm；优选地，所述碳纳米线的平均长度为80nm。
在一种优选的实施方式中，所述碳纳米线含有酸性含氧基团；优选地，所述酸性含氧基团为羧基和/或羟基，所述羧基还包括内酯型羧基，所述羟基还包括酚羟基。碳纳米线表面含有丰富的酸性含氧基团，很容易分散于水性溶剂中。
优选地，所述碳纳米线改性的炭黑的制备方法如下：
(1)将炭黑和硅烷偶联剂分散于溶剂中，经超声波分散后，在60℃，800 rpm的转速下反应3h，离心处理，离心转速10000rpm，得到硅烷偶联剂改性的炭黑分散液。
(2)将碳纳米线加入到上述硅烷偶联剂改性的炭黑溶液中，滴加催化剂DMAP，800rpm的转速下，室温下反应一定时间，抽滤，可得到碳纳米线改性的炭黑。
本申请中，术语“DMAP”指4-二甲氨基吡啶。
在一种优选的实施方式中，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂和/或羟基硅烷偶联剂。
本发明先利用硅烷偶联剂与炭黑连接，对炭黑进行改性。然后通过硅烷偶联剂中的氨基或羟基基团与碳纳米线中的酸性含氧基团进行反应，进一步得碳纳米线改性的炭黑。
所述氨基硅烷偶联剂可以列举的有：3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷等，所述羟基硅烷偶联剂可以列举的有：三甲基羟基硅烷、双（2-羟乙基）-3-氨丙基三乙氧基硅烷、氨羟基硅烷、环氧羟基硅烷等，优选为3-氨丙基三乙氧基硅烷。
在一种优选的实施方式中，所述碳纳米线为炭黑的0.1-2wt%；优选地，所述碳纳米线为炭黑的0.3-1wt%；优选地，所述碳纳米线为炭黑的0.6wt%。
由于加入的碳纳米线与炭黑可完全参与反应，所以碳纳米线与炭黑的质量分数由最初加入的质量确定。根据炭黑与碳纳米线加入的质量不同，可得到不同质量分数的碳纳米线改性的炭黑。碳纳米线与炭黑的质量比小于0.1wt%，炭黑在水溶液中的分散性差，碳纳米线与炭黑的质量比大于2wt%，会影响炭黑在油墨中的应用。
另外，利用碳纳米线的空间结构，碳纳米线可在炭黑表面形成包覆层，阻止炭黑自聚沉降，进一步提高了炭黑的分散性。而且制备过程条件温和，不会对炭黑的结构造成破坏。
作为一种优选的技术方案，所述的炭黑分散液原料还包括添加剂，溶剂。
所述添加剂至少包括杀菌剂、pH调节剂、润湿剂。
所述杀菌剂可以列举的有苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钾盐、桂醛、十二烷基二甲基溴化胺、对羟基苯甲酸乙酯、2,4-二氯苯氧乙酸、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、五氯苯酚钠、2-苯基苯酚钠盐、乙萘酚、联苯醚、噻苯咪唑等。优选地，所述杀菌剂为苯甲酸。
所述pH调节剂不受特别限制，只要可将pH调节为所需的值，并对墨水组合不造成负面影响即可。pH调节剂可以列举的有二乙醇胺、三乙醇胺、氢氧化锂、氢氧化钠、2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇、氢氧化钾、氢氧化铵、氢氧化季铵、碱金属碳酸盐等。
所述润湿剂可以列举的有聚甘醇、聚丙二醇、硫化物、有机亚砜、卡必醇、氨基醇、甘醇、丙二醇、羧酸、醇衍生物、醚衍生物、酮等。
作为一种优选的技术方案，所述溶剂为去离子水，或去离子水与以下至少一种物质的混合物：甲醇、乙醇、二乙二醇、三乙二醇、甘油、丙醇、异丙醇、1，3-丙二醇、丁醇等。优选地，所述溶剂为去离子水。
本发明的第二个方面提供了一种炭黑分散液的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取碳纳米线改性的炭黑、添加剂、溶剂；
S2：将碳纳米线改性的炭黑加入到溶剂中，超声；
S3：在一定的转速下，加入添加剂，待添加剂完全溶解后，即得。
作为一种优选的技术方案，步骤S2中超声时间为10-60min。优选地，超声时间为20-40min。优选地，超声时间为30min。
作为一种优选的技术方案，步骤S3中转速为500-2000rpm。优选地，转速为1000-1500rpm。优选地，转速为1000rpm。
本发明的第三个方面提供了一种墨水，其原料至少包括炭黑分散液。
根据原料组分及配比不同，所述墨水可制成压电喷墨工艺类墨水或热泡喷墨工艺类墨水。其中，压电喷墨工艺类墨水组分至少包括二乙二醇、乙二醇、а-吡咯烷酮、甘油、suryfnol 465、suryfnol 104E、HPD 196、杀菌剂、炭黑分散液和去离子水。热泡喷墨工艺类墨水组分至少包括二乙二醇、а-吡咯烷酮、三乙醇胺、Dynol 604、杀菌剂、炭黑分散液和去离子水。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。其中涉及到碳纳米线具体尺寸的，都是通过透射电镜测量得出。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。
实施例
实施例1
本实施例1提供了一种炭黑分散液，所述炭黑分散液，其原料按重量份计，包括：
碳纳米线改性的炭黑10份；
溶剂去离子水45份；
添加剂苯甲酸 0.5份；
所述碳纳米线为炭黑的0.1wt%。
所述碳纳米线的平均直径为10-20nm，平均长度为120nm。
所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述炭黑分散液的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取10份碳纳米线改性的炭黑、0.5份苯甲酸、45份去离子水；
S2：将10份碳纳米线改性的炭黑加入到去离子水中，超声30min；
S3：在1000rpm的转速下，加入0.5份苯甲酸，待苯甲酸完全溶解后，即得炭黑分散液。
所述碳纳米线改性的炭黑的制备方法如下：
(1)将10份炭黑和2份硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷分散于N,N-二甲基甲酰胺中，经超声波分散30min后，在60℃，800 rpm的转速下反应3h，离心处理，离心转速10000rpm，得到硅烷偶联剂改性的炭黑分散液。
(2)将0.01份碳纳米线加入到上述硅烷偶联剂改性的炭黑溶液中，加入0.01份催化剂DMAP，800rpm的转速下，反应5h，抽滤，可得到碳纳米线改性的炭黑。
本实施例1提供了一种墨水，其制备方法至少包括以下步骤：
A．按质量百分比计，称取15份保湿剂二乙二醇、3份渗透剂а-吡咯烷酮、0.1份pH调节剂三乙醇胺、0.1份助剂Dynol 604、0.1份杀菌剂BIT-20、25份实施例1制备的炭黑分散液、余下的为去离子水。
B．依次将上述称取的去离子水、二乙二醇、Dynol604、BIT-20、三乙醇胺、а-吡咯烷酮，搅拌均匀后，加入到实施例1制备的炭黑分散液中，在转速300-400rpm的条件下搅拌30min，最后用孔径为0.22 μm的聚丙烯PP滤膜过滤，配成喷墨墨水。
实施例2
本实施例2提供了一种炭黑分散液，所述炭黑分散液，其原料按重量份计，包括：
碳纳米线改性的炭黑 10份；
溶剂去离子水75份；
添加剂苯甲酸 0.5份；
所述碳纳米线为炭黑的0.1wt%。
所述碳纳米线的平均直径为10-20 nm，平均长度为120nm。
所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述炭黑分散液的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取10份碳纳米线改性的炭黑、0.5份苯甲酸、75份去离子水；
S2：将10份碳纳米线改性的炭黑加入到去离子水中，超声30min；
S3：在1000rpm的转速下，加入0.5份苯甲酸，待苯甲酸完全溶解后，即得炭黑分散液。
所述碳纳米线改性的炭黑的制备方法同实施例1中的制备方法。
本实施例2提供的墨水同实施例1，不同点在于，所述炭黑分散液更改为实施例2制备的炭黑分散液。
实施例3
本实施例3提供了一种炭黑分散液，所述炭黑分散液，其原料按重量份计，包括：
碳纳米线改性的炭黑10份；
溶剂去离子水60份；
添加剂苯甲酸0.5份；
所述碳纳米线为炭黑的0.1wt%。
所述碳纳米线的平均直径为10-20 nm，平均长度为120nm。
所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述炭黑分散液的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取10份碳纳米线改性的炭黑、0.5份苯甲酸、60份去离子水；
S2：将10份碳纳米线改性的炭黑加入到去离子水中，超声30min；
S3：在1000rpm的转速下，加入0.5份苯甲酸，待苯甲酸完全溶解后，即得炭黑分散液。
所述碳纳米线改性的炭黑的制备方法同实施例1中的制备方法。
本实施例3提供的墨水同实施例1，不同点在于，所述炭黑分散液更改为实施例3制备的炭黑分散液。
实施例4
本实施例4提供了一种炭黑分散液，所述炭黑分散液，其原料按重量份计，包括：
碳纳米线改性的炭黑10份；
溶剂去离子水60份；
添加剂苯甲酸0.5份；
所述碳纳米线为炭黑的2wt%。
所述碳纳米线的平均直径为10-20 nm，平均长度为120nm。
所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述炭黑分散液的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取10份碳纳米线改性的炭黑、0.5份苯甲酸、60份去离子水；
S2：将10份碳纳米线改性的炭黑加入到去离子水中，超声30min；
S3：在1000rpm的转速下，加入0.5份苯甲酸，待苯甲酸完全溶解后，即得炭黑分散液。
所述碳纳米线改性的炭黑的制备方法同实施例1中的制备方法。不同点在于：加入0.2份碳纳米线。
本实施例4提供的墨水同实施例1，不同点在于，所述炭黑分散液更改为实施例4制备的炭黑分散液。
实施例5
本实施例5提供了一种炭黑分散液，所述炭黑分散液，其原料按重量份计，包括：
碳纳米线改性的炭黑10份；
溶剂去离子水60份；
添加剂苯甲酸0.5份；
所述碳纳米线为炭黑的0.3wt%。
所述碳纳米线的平均直径为10-20 nm，平均长度为120nm。
所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述炭黑分散液的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取10份碳纳米线改性的炭黑、0.5份苯甲酸、60份去离子水；
S2：将10份碳纳米线改性的炭黑加入到去离子水中，超声30min；
S3：在1000rpm的转速下，加入0.5份苯甲酸，待苯甲酸完全溶解后，即得炭黑分散液。
所述碳纳米线改性的炭黑的制备方法同实施例1中的制备方法。不同点在于：加入0.03份碳纳米线。
本实施例5提供的墨水同实施例1，不同点在于，所述炭黑分散液更改为实施例5制备的炭黑分散液。
实施例6
本实施例6提供了一种炭黑分散液，所述炭黑分散液，其原料按重量份计，包括：
碳纳米线改性的炭黑10份；
溶剂去离子水60份；
添加剂苯甲酸0.5份；
所述碳纳米线为炭黑的1wt%。
所述碳纳米线的平均直径为10-20 nm，平均长度为120nm。
所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述炭黑分散液的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取10份碳纳米线改性的炭黑、0.5份苯甲酸、60份去离子水；
S2：将10份碳纳米线改性的炭黑加入到去离子水中，超声30min；
S3：在1000rpm的转速下，加入0.5份苯甲酸，待苯甲酸完全溶解后，即得炭黑分散液。
所述碳纳米线改性的炭黑的制备方法同实施例1中的制备方法。不同点在于：加入0.1份碳纳米线。
本实施例6提供的墨水同实施例1，不同点在于，所述炭黑分散液更改为实施例6制备的炭黑分散液。
实施例7
本实施例7提供了一种炭黑分散液，所述炭黑分散液，其原料按重量份计，包括：
碳纳米线改性的炭黑10份；
溶剂去离子水60份；
添加剂苯甲酸0.5份；
所述碳纳米线为炭黑的0.6wt%。
所述碳纳米线的平均直径为10-20 nm，平均长度为120nm。
所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述炭黑分散液的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取10份碳纳米线改性的炭黑、0.5份苯甲酸、60份去离子水；
S2：将10份碳纳米线改性的炭黑加入到去离子水中，超声30min；
S3：在1000rpm的转速下，加入0.5份苯甲酸，待苯甲酸完全溶解后，即得炭黑分散液。
所述碳纳米线改性的炭黑的制备方法同实施例1中的制备方法。不同点在于：加入0.06份碳纳米线。
本实施例7提供的墨水同实施例1，不同点在于，所述炭黑分散液更改为实施例7制备的炭黑分散液。
实施例8
本实施例8提供了一种炭黑分散液，所述炭黑分散液，其原料按重量份计，包括：
碳纳米线改性的炭黑10份；
溶剂去离子水60份；
添加剂苯甲酸0.5份；
所述碳纳米线为炭黑的0.6wt%。
所述碳纳米线的平均直径为10-20 nm，平均长度为40nm。
所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述炭黑分散液的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取10份碳纳米线改性的炭黑、0.5份苯甲酸、60份去离子水；
S2：将10份碳纳米线改性的炭黑加入到去离子水中，超声30min；
S3：在1000rpm的转速下，加入0.5份苯甲酸，待苯甲酸完全溶解后，即得炭黑分散液。
所述碳纳米线改性的炭黑的制备方法同实施例7中的制备方法。
本实施例8提供的墨水同实施例1，不同点在于，所述炭黑分散液更改为实施例8制备的炭黑分散液。
实施例9
本实施例9提供了一种炭黑分散液，所述炭黑分散液，其原料按重量份计，包括：
碳纳米线改性的炭黑10份；
溶剂去离子水60份；
添加剂苯甲酸0.5份；
所述碳纳米线为炭黑的0.6wt%。
所述碳纳米线的平均直径为10-20 nm，平均长度为80nm。
所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述炭黑分散液的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取10份碳纳米线改性的炭黑、0.5份苯甲酸、60份去离子水；
S2：将10份碳纳米线改性的炭黑加入到去离子水中，超声30min；
S3：在1000rpm的转速下，加入0.5份苯甲酸，待苯甲酸完全溶解后，即得炭黑分散液。
所述碳纳米线改性的炭黑的制备方法同实施例7中的制备方法。
本实施例9提供的墨水同实施例1，不同点在于，所述炭黑分散液更改为实施例9制备的炭黑分散液。
对比例1
对比例1提供了一种炭黑分散液，其原料按重量份计，包括：
炭黑10份；
溶剂去离子水60份；
添加剂苯甲酸0.5份；
所述炭黑分散液的制备方法同实施例9，不同点在于，所述碳纳米线改性的炭黑更改为炭黑。
本对比例1提供的墨水同实施例1，不同点在于，所述炭黑分散液更改为对比例1制备的炭黑分散液。
对比例2
对比例2提供了一种硅烷偶联剂改性的炭黑分散液，其原料按重量份计，包括：
硅烷偶联剂改性的炭黑10份；
溶剂去离子水60份；
添加剂苯甲酸0.5份；
所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述硅烷偶联剂改性的炭黑制备方法如下：
将10份炭黑和2份硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷分散于N,N-二甲基甲酰胺中，经超声波分散30min后，在60℃，800 rpm的转速下反应3h，抽滤，得到硅烷偶联剂改性的炭黑。
所述硅烷偶联剂改性的炭黑分散液制备方法同实施例9，不同点在于，所述碳纳米线改性的炭黑更改为硅烷偶联剂改性的炭黑。
本对比例2提供的墨水同实施例1，不同点在于，所述炭黑分散液更改为对比例2制备的硅烷偶联剂改性的炭黑分散液。
对比例3
对比例3提供了一种炭黑分散液，其原料按重量份计，包括：
炭黑10份；
碳纳米线0.06份；
溶剂去离子水60份；
添加剂苯甲酸0.5份；
所述碳纳米线的平均直径为10-20 nm，平均长度为80nm。
所述炭黑分散液的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取10份炭黑、0.06份碳纳米线、0.5份苯甲酸、60份去离子水；
S2：将10份炭黑、0.06份碳纳米线加入到去离子水中，超声30min；
S3：在1000rpm的转速下，加入0.5份苯甲酸，待苯甲酸完全溶解后，即得炭黑分散液。
本对比例3提供的墨水同实施例1，不同点在于，所述炭黑分散液更改为对比例3制备的炭黑分散液。
对比例4
对比例4提供了一种炭黑分散液，其原料按重量份计，包括：
氧化硅纳米线改性的炭黑10份；
溶剂去离子水60份；
添加剂苯甲酸 0.5份；
所述氧化硅纳米线改性的炭黑制备方法如下：
(1)取5份0.1mol/L盐酸溶液加入到0.06份氧化硅纳米线中，回流10h，抽滤，得酸化的氧化硅纳米线。
(2)将10份炭黑和2份硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷分散于N,N-二甲基甲酰胺中，经超声波分散30min后，在60℃，800rpm的转速下反应3h，离心处理，离心转速10000rpm，得到硅烷偶联剂改性的炭黑分散液。
(3)将0.06份酸化的氧化硅纳米线加入到上述硅烷偶联剂改性的炭黑溶液中，滴加0.06份催化剂DMAP，800rpm的转速下，反应5h，抽滤，可得到氧化硅纳米线改性的炭黑。
所述氧化硅纳米线（货号：102103）购于南京先丰纳米材料科技有限公司。
所述炭黑分散液制备方法同实施例9，不同点在于，所述碳纳米线改性的炭黑更改为氧化硅纳米线改性的炭黑。
本对比例4提供的墨水同实施例1，不同点在于，所述炭黑分散液更改为对比例4制备的氧化硅纳米线改性的炭黑分散液。
对比例5
对比例5提供了一种炭黑分散液，其原料按重量份计，包括：
氧化石墨烯改性的炭黑10份；
溶剂去离子水60份；
添加剂苯甲酸0.5份；
所述氧化石墨烯改性的炭黑制备方法如下：
(1)将10份炭黑和2份硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷分散于N,N-二甲基甲酰胺中，经超声波分散30min后，在60℃，800rpm的转速下反应3h，离心处理，离心转速10000rpm，得到硅烷偶联剂改性的炭黑分散液。
(2)将0.12份氧化石墨烯分散液加入到上述硅烷偶联剂改性的炭黑溶液中，滴加0.12份催化剂DMAP，800rpm的转速下，反应5h，抽滤，可得到氧化石墨烯改性的炭黑。
所述氧化石墨烯分散液（货号：102145）购于南京先丰纳米材料科技有限公司。
所述炭黑分散液制备方法同实施例9，不同点在于，所述碳纳米线改性的炭黑更改为氧化石墨烯改性的炭黑。
本对比例5提供的墨水同实施例1，不同点在于，所述炭黑分散液更改为对比例5制备的氧化石墨烯改性的炭黑分散液。
对比例6
对比例6提供了一种炭黑分散液，具体原料及重量份同实施例9，不同点在于，不包括添加剂。
所述炭黑分散液制备方法同实施例9，不同点在于，不加入添加剂。
本对比例6提供的墨水同实施例1，不同点在于，所述炭黑分散液更改为对比例6制备的炭黑分散液。
对比例7
对比例7提供了一种炭黑分散液，具体原料及重量份同实施例9，不同点在于，所述碳纳米线改性的炭黑中碳纳米线为炭黑的0.01wt%。
所述炭黑分散液制备方法同实施例9，不同点在于，加入的0.6wt%碳纳米线改性的炭黑更改为0.01wt%碳纳米线改性的炭黑。
本对比例7提供的墨水同实施例1，不同点在于，所述炭黑分散液更改为对比例7制备的炭黑分散液。
对比例8
对比例8提供了一种炭黑分散液，具体原料及重量份同实施例9，不同点在于，所述碳纳米线改性的炭黑中碳纳米线为炭黑的10wt%。
所述炭黑分散液制备方法同实施例9，不同点在于，加入的0.6wt%碳纳米线改性的炭黑更改为10wt%碳纳米线改性的炭黑。
本对比例8提供的墨水同实施例1，不同点在于，所炭黑分散液更改为对比例8制备的炭黑分散液。
对比例9
对比例9提供了一种炭黑分散液，具体原料及重量份同实施例9，不同点在于，所述碳纳米线改性的炭黑中纳米线平均直径为10-20 nm，平均长度为300nm。
所述炭黑分散液制备方法同实施例9。
本对比例9提供的墨水同实施例1，不同点在于，所述炭黑分散液更改为对比例9制备的炭黑分散液。
对比例10
对比例10提供了一种炭黑分散液，具体原料及重量份同实施例9，不同点在于，所述碳纳米线改性的炭黑中纳米线平均直径为1-10 nm，平均长度为10nm。
所述炭黑分散液制备方法同实施例9。
本对比例10提供的墨水同实施例1，不同点在于，所述炭黑分散液更改为对比例10制备的炭黑分散液。
测试方法
1、测试实施例1-9及对比例1-10炭黑分散液的理化特征
表面张力：按QBT2730.2-2005所述的方法测试实施例和对比例得到的炭黑分散液的表面张力，在25℃下进行测试，每个样品测试5次，取平均值。
稳定性：取实施例1-9和对比例1-10中制备的炭黑分散液，装在1kg的圆瓶中，直接放置在60℃的恒温烘箱中15天，对比放置前后的D99粒径，粘度的变化，进行比较。
粒径D99：用全自动粒径分析仪检测。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。
粘度：采用NDJ-1旋转粘度计测定。测试温度：25℃。每个样品测试5次，取平均值。
表1 性能表征测试
从表1可以看出，炭黑分散液具有低粘度、高表面张力的特性。在25℃时，粘度小于2.3cP，表面张力大于70mN/m。将对比例1与实施例9进行对比，未进行改性的炭黑D99粒径为138nm，60℃放置15天后，D99粒径为500nm，说明未修饰的炭黑极易团聚。将对比例2与实施例9进行对比，硅烷偶联剂改性的炭黑D99粒径为152nm，60℃放置15天后，D99粒径为353nm，硅烷偶联剂在一定程度上限制了炭黑的团聚，但是其稳定性差于碳纳米线改性的炭黑。碳纳米线改性的炭黑分散液在60℃放置15天后粒径和粘度基本不变，说明碳纳米线改性的炭黑分散液稳定性好。
2、配制成墨水进行打印性能测试
将实施例1-9和对比例1-10制成的墨水进行打印测试，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。
流畅性测试：连续打印覆盖率为90%的单色色块200页以上流畅不堵塞打印头，同时，在普通复习纸上打字清晰，判断为“好”；堵塞打印头或打字不清晰，判断为“差”。
黑度测试：连续打印覆盖率为90%的单色色块200页后，采用色密度测试仪测黑度。黑度值1.3以上为合格。
表2 实施例1-9和对比例1-10制成的墨水打印性能测试结果
| 墨水类型 | 黑度 | 流畅性/文字效果 | 性能 |
| 实施例1 | 合格 | 打印200页无断线/打字清晰 | 好 |
| 实施例2 | 合格 | 打印200页无断线/打字清晰 | 好 |
| 实施例3 | 合格 | 打印200页无断线/打字清晰 | 好 |
| 实施例4 | 合格 | 打印200页无断线/打字清晰 | 好 |
| 实施例5 | 合格 | 打印200页无断线/打字清晰 | 好 |
| 实施例6 | 合格 | 打印200页无断线/打字清晰 | 好 |
| 实施例7 | 合格 | 打印200页无断线/打字清晰 | 好 |
| 实施例8 | 合格 | 打印200页无断线/打字清晰 | 好 |
| 实施例9 | 合格 | 打印200页无断线/打字清晰 | 好 |
| 对比例1 | 不合格 | 打印200页后打印头堵塞 | 差 |
| 对比例2 | 合格 | 打印200页断线/打字不清晰 | 差 |
| 对比例3 | 不合格 | 打印200页断线/打字不清晰 | 差 |
| 对比例4 | 不合格 | 打印200页后打印头堵塞 | 差 |
| 对比例5 | 合格 | 打印200页断线/打字不清晰 | 差 |
| 对比例6 | 合格 | 打印200页断线/打字不清晰 | 差 |
| 对比例7 | 合格 | 打印200页断线/打字不清晰 | 差 |
| 对比例8 | 不合格 | 打印200页断线/打字不清晰 | 差 |
| 对比例9 | 不合格 | 打印200页后打印头堵塞 | 差 |
| 对比例10 | 不合格 | 打印200页后打印头堵塞 | 差 |
综上所述，本发明所述的炭黑分散液，具备高表面张力，低粘度的特征，60℃放置15天后，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炭黑分散液加工的喷墨墨水，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清晰，满足热发泡式打印墨水的需求。
Claims (6)
1.一种炭黑分散液，其特征在于：其原料至少包括碳纳米线改性的炭黑、溶剂；
所述碳纳米线改性的炭黑中碳纳米线与炭黑通过硅烷偶联剂连接，硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂和/或羟基硅烷偶联剂；所述碳纳米线改性的炭黑中碳纳米线为炭黑的0.1-2wt％；所述碳纳米线改性的炭黑中碳纳米线的平均直径为10-20nm，平均长度为40-120nm；
所述碳纳米线改性的炭黑的制备方法如下：
(1)将炭黑和硅烷偶联剂分散于溶剂中，经超声波分散后，在60℃，800rpm的转速下反应3h，离心处理，离心转速10000rpm，得到硅烷偶联剂改性的炭黑分散液；
(2)将碳纳米线加入到上述硅烷偶联剂改性的炭黑分散液中，滴加催化剂DMAP，800rpm的转速下，室温下反应一定时间，抽滤，可得到碳纳米线改性的炭黑。
2.根据权利要求1所述的炭黑分散液，其特征在于：所述碳纳米线改性的炭黑中碳纳米线含有酸性含氧基团。
3.根据权利要求2所述的炭黑分散液，其特征在于：所述酸性含氧基团为羧基和/或羟基。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的炭黑分散液，其特征在于：所述炭黑分散液原料还包括添加剂。
5.一种根据权利要求4中所述炭黑分散液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：称取碳纳米线改性的炭黑、添加剂、溶剂；S2：将碳纳米线改性的炭黑加入到溶剂中，超声；S3：在一定的转速下，加入添加剂，待添加剂完全溶解后，即得。
6.一种墨水，其特征在于：其原料至少包括权利要求1-4任意一项所述的炭黑分散液。
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