CN111574889A - 一种高性能纳米黑色色浆及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高性能纳米黑色色浆及其制备方法和应用。该高性能纳米黑色色浆由炭黑、润湿分散剂、防沉剂、保湿剂等组成。本发明通过特定的炭黑、润湿分散剂、防沉剂等的协同配合，提供的高性能纳米黑色色浆具有优异的蓝相、黑度和稳定性，可广泛推广应用于汽车漆、工业漆和喷墨印刷行业。

Description

一种高性能纳米黑色色浆及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于水性纳米色浆领域，更具体地，涉及一种高性能纳米黑色色浆及其制备方法和应用。

背景技术

随着人们生活水平的提高，环保型水性涂料在汽车漆、工业漆和喷墨印刷行业得到大面积的推广，从而不仅对水性涂料的性能要求的更高，进而对水性涂料的颜色效果和视觉感受有了更高的要求，最终要求水性色浆有着很高的性能，如稳定性、相容性、展色性、耐候性、耐老化、耐高温、零VOC、不含APEO、重金属不超标、卤素不超标。现阶段有很多高端的汽车漆还是用的高端溶剂型的汽车漆，在性能和颜色方面都比水性的好，特别是黑色，纯水性的难以达到高蓝相、高黑度和绝佳稳定性的色浆，高蓝相、高黑度和绝佳稳定性的色浆在工业漆和喷墨印刷领域也是大受欢迎。当水性纳米色浆达到纳米级别的时候，能提供绝佳的蓝相和黑度。

在目前市场上已有一些纳米色浆，但大多数纳米色浆，绝非真正的纳米色浆，纳米色浆中颜料粒子达到纳米级别，会导致表面积增大，导致需要的润湿分散剂就会越多，如果没有选择好的颜料和润湿分散剂，很难做出达到纳米级别的，且储稳定性好的的水性色浆，有的纳米色浆，做出来能达到纳米级别，但储存一定时间，粒径就会增大，从而影响产品的蓝相、黑度和粒径。

CN105507077A公开了一种果袋纸专用水性黑色色浆，通过助溶保湿剂、润湿分散剂等和炭黑复配，得到的色浆具有较高的留着率和黑度，不易起泡；但该专利并未提及其粒度是多少，也未对蓝相进行表征，且用的是聚丙烯酸铵盐、脂肪族酰胺类和酯类的分散剂，该类分散剂无法使高色素炭黑粒子充分展色，不能让炭黑色浆展现出高黑度高蓝相，无法满足高端市场的黑度和蓝相需求，且该类分散剂热稳定性差，无法满足高稳定性的需求；另外，其选用粘土类、纤维素类、聚丙烯酸酯改性类的流变助剂，将可能导致炭黑色浆使用过程中耐水性差，热储过程中不稳定，容易后增稠。

因此，开发一种高蓝相，高黑度，高稳定性的黑色色浆，可用于高端市场的

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中水性色浆的蓝相、黑度和稳定性无法满足高端行业需求的缺陷或不足，提供一种高性能纳米黑色色浆。本发明通过特定的炭黑、润湿分散剂、防沉剂等的协同配合，提供的高性能纳米黑色色浆具有优异的蓝相、黑度和稳定性，可广泛推广应用于汽车漆、工业漆和喷墨印刷行业。

本发明的另一目的在于提供上述高性能纳米黑色色浆的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述高性能纳米黑色色浆在汽车漆、工业漆和喷墨印刷行业中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种高性能纳米黑色色浆，由如下质量分数的组分组成：

所述炭黑为CABOT的

1800，

所述润湿分散剂为挪威太尔的

D-962，

所述防沉剂为德国毕克化学的

所述润湿剂为醇类保湿剂，

所述高性能纳米黑色色浆的粒径D90不高于500nm。

黑色色浆一般通过如下过程制备得到：炭黑与各类助剂混合分散后，进行研磨，然后得到一定粒径的色浆。黑色色浆的蓝相、黑度和稳定性主要与这几个因素有关：(1)炭黑原始粒径将影响其可研磨得到的最小粒径及所呈现出来的蓝相和黑度效果；(2)各类助剂对研磨后的炭黑的稳定分散作用；(3)在高温条件或长时间储存过程中，各类助剂对研磨后的炭黑的稳定分散作用的变化。

因此，如果要得到蓝相、黑度和稳定性均优异的黑色色浆，需要炭黑和各类助剂的协同配合。

本申请的发明人对炭黑、润湿分散剂、防沉剂等进行长期研究发现，当选用CABOT的

1800的炭黑，挪威太尔的

D-962作为湿润分散剂，德国毕克化学的

作为防沉剂，并配合特定的保湿剂的条件下，可得到蓝相、黑度和稳定性均优异的黑色色浆。其作用机理可能如下：

炭黑

1800是高色素炭黑，具有优异的蓝相，其含有的碳黑粒子在研磨过程中可迅速达到100nm以下的极限粒径；润湿分散剂

D-962是超高分子聚合物，带有多个亲油基团和亲水基团；防沉剂

具有高效的水相增稠作用；在碳黑粒子经研磨达到极限粒径后，润湿分散剂中的亲油基团吸附锚定碳黑粒子，与碳黑粒子结合在一起，能为色浆提供优异的展色性能，达到高黑度高蓝相；亲水基团能与水和保湿剂结合，从而形成三维立体网状结构，具有很强的稳定性，同时防沉剂

能使色浆三维立体网状结构更稳定；在热储的过程中，高温也不能破坏色浆中的三维立体网状结构，从而保证色浆的稳定性。

本发明提供的高性能纳米黑色色浆具有优异的蓝相、黑度和稳定性，可广泛推广应用于汽车漆、工业漆和喷墨印刷行业。

优选地，所述高性能纳米黑色色浆由如下质量分数的组分组成：

优选地，所述保湿剂为丙三醇、丙二醇、聚乙二醇300或聚丙二醇1000中的一种或几种。

优选地，所述高性能纳米黑色色浆的粒径D90为50～110nm。

上述高性能纳米黑色色浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将炭黑、润湿分散剂、防沉剂、保湿剂和水混合均匀得混合液；

S2：对混合液进行研磨处理后，过滤，即得所述高性能纳米黑色色浆。

S1中为了使得各组分分散得更充分，更高效，优选地，S1中利用高速分散机进行分散。

研磨介质一般选用高硬度，高密度和高耐磨性的物质，本领域常规的研磨介质均可用于本发明中。

优选地，S2中利用震荡机进行研磨，研磨所选用的研磨介质是TZP锆珠，莫氏硬度为9级，锆珠密度6.0g/cm³，锆珠的直径为0.8～1.2mm。

研磨介质和混合液的配比可根据现有的研磨工艺进行选取。

更为优选地，所述研磨介质和混合液的质量比为3:1。

过滤袋具有良好的热稳定性、绝缘性、润滑性和抗水性，优选地，S2中利用PTFE过滤袋进行过滤。

更为优选地，S2中利用0.5μm的PTFE过滤袋进行过滤。

更为优选地，所述震荡机为高速震荡机(例如德国Lau的DAS 200高速震荡机)。

高速震荡机连续运行时间长，运行轨迹为长椭圆形，分散效率高。

优选地，研磨的时间不低于2h。

述高性能纳米黑色色浆在汽车漆、工业漆和喷墨印刷行业中的应用也在本发明的保护范围内。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过特定的炭黑、润湿分散剂、防沉剂等的协同配合，提供的高性能纳米黑色色浆具有优异的蓝相、黑度和稳定性，可广泛推广应用于汽车漆、工业漆和喷墨印刷行业。

具体实施方式

下面结合实施例和对照例对本发明做进一步的描述。这些实施例仅是对本发明的典型描述，但本发明不限于此。下述实施例和对照例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法，所使用的原料，试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市购等商业途径得到的原料和试剂。

实施例1～7

本实施例提供一系列的高性能纳米黑色色浆，其选用的组分及用量如表1所示。

实施例1～7的高性能纳米黑色色浆的配方(质量分数％)

对比例1

本对比例提供一种黑色色浆，其组分及配比除选用的润湿分散剂为德国TEGO755W外，其余均与实施例4一致。

对比例2

本对比例提供一种黑色色浆，其组分及配比除选用的润湿分散剂为美国路博润W200外，其余均与实施例4一致。

对比例3

本对比例提供一种黑色色浆，其组分及配比除选用的防沉剂为德国TEGO3060外，其余均与实施例4一致。

对比例4

本对比例提供一种黑色色浆，其组分及配比除选用的炭黑为欧励隆FW310外，其余均与实施例4一致。

对比例5

本对比例提供一种黑色色浆，其组分及配比除选用的炭黑为美国哥伦比亚RAVEN5000外，其余均与实施例4一致。

为了评价实施例1～7和对比例1～5的黑色色浆的性能，进行如下处理及测试。

(1)测定新制备得到的黑色色浆的粒径D90(linkptikLT3600 Plus粒径仪)、粘度和pH。

(2)将黑色色浆应用于汽车漆刮板、工业漆刮板和油墨刮板，用Datacolor400测色仪测出ΔL值和Δb值。△L值越小黑度越黑，△b值越小色相越蓝相，且△L值小于23.5称之为高黑度，△b值小于-0.6称之为高蓝相。

汽车漆刮板的制备：黑色色浆与汽车漆1:9比例混合均匀，用80μm丝棒在黑白卡纸上刮卡，用Datacolor400测色仪测出ΔL和Δb值。

工业漆刮板的制备：黑色色浆与工业漆1:9比例混合均匀，用80μm丝棒在黑白卡纸上刮卡，用Datacolor400测色仪测出ΔL和Δb值。

油墨刮板的制备：黑色色浆与油墨1:9比例混合均匀，用80μm丝棒在黑白卡纸上刮卡，用Datacolor400测色仪测出ΔL和Δb值。

(3)将新制备得到的黑色色浆在55℃的高温条件下储存30天后，测定粒径D90(linkptikLT3600 Plus粒径仪)、粘度和pH。

(4)将新制备得到的黑色色浆在55℃的高温条件下储存30天后，应用于汽车漆刮板、工业漆刮板和喷墨刮板，用Datacolor400测色仪测出△L值和△b值。

汽车漆刮板、工业漆刮板和油墨刮板的制备与(2)中的相同。

△L值越小黑度越黑，△b值越小色相越蓝相，且△L值小于23.5称之为高黑度，△b值小于-0.6称之为高蓝相。

(5)将新制备得到的黑色色浆在55℃的高温条件下储存30天后，观察其外观状态，如出现软沉，则表明储存稳定性差。

测试结果如表2和表3，其中表2为新制备的黑色色浆的性能测试结果，表3为经高温处理后的黑色色浆的性能测试结果。

表2各实施例和对比例的测定结果(新制备)

表3各实施例和对比例的测定结果(经高温处理后)

从表2和表3的结果可知，本发明各实施例提供的黑色色浆具有优异的蓝相、黑度和稳定性，可在55℃的高温下处理30天仍保持高蓝相，高黑度和纳米粒径。

本发明各实施例和对比例的黑色色浆pH在储存前后无太大变化，对比例1和2由于选用的润湿分散剂不当，导致新制备的黑色色浆达不到高蓝相，高黑度和纳米粒径，储存后粘度增大，粒径增大，出现软沉的现象，储存稳定性不佳；对比例3选用的防沉剂不当，虽然新制备得到的色浆的粒径、黑度和蓝相较好，但在储存过后，黏度上升，出现软沉的现象，储存稳定性不佳，影响在黑色色浆在汽车漆、工业漆和油墨中的应用；对比例4和5选用的炭黑不当，会导致黑色色浆达不到高蓝相，高黑度和纳米粒径，且储存后粒径增大，粘度增大，出现软沉。

最后应当指出的是，以上实施例仅是本发明的具有代表性的例子。显然，本发明的技术方案并不限于上述实施例，还可有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明内容直接导出或联想到所有变形，均应认为是本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高性能纳米黑色色浆，其特征在于，由如下质量分数的组分组成：

所述炭黑为CABOT的

1800，

所述润湿分散剂为挪威太尔的

D-962，

所述防沉剂为德国毕克化学的

-420，

所述润湿剂为醇类保湿剂，

所述高性能纳米黑色色浆的粒径D90不高于500nm。

2.根据权利要求1所述高性能纳米黑色色浆，其特征在于，由如下质量分数的组分组成：

3.根据权利要求1所述高性能纳米黑色色浆，其特征在于，所述保湿剂为丙三醇、丙二醇、聚乙二醇300或聚丙二醇1000中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述高性能纳米黑色色浆，其特征在于，所述高性能纳米黑色色浆的粒径D90为50～110nm。

5.权利要求1～4任一所述高性能纳米黑色色浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将炭黑、润湿分散剂、防沉剂、保湿剂和水混合均匀得混合液；

S2：对混合液进行研磨处理后，过滤，即得所述高性能纳米黑色色浆。

6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，S1中利用高速分散机进行分散。

7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，S2中利用震荡机进行研磨，研磨所选用的研磨介质是TZP锆珠，莫氏硬度为9级，锆珠密度6.0g/cm³，锆珠的直径为0.8～1.2mm。

8.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述研磨介质和混合液的质量比为3:1。

9.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，S2中利用PTFE过滤袋进行过滤。

10.权利要求1～4任一所述高性能纳米黑色色浆在汽车漆、工业漆和喷墨印刷行业中的应用。