CN1176162C - 水溶性接枝炭黑的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水溶性接枝炭黑的制备方法。该方法采用炉黑、槽黑、乙炔黑或其它任何一种市售炭黑，及主链中含有大量醚键或侧链中含有醇羟基的水溶性聚合物，在超声波和氧化剂的共同作用下进行接枝，其特征在于，采用的聚合物为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧化乙烯，水中加入的炭黑与水溶性聚合物重量之比在5∶1到1∶5之间，超声波的频率采用50kHz-500kHz，采用的氧化剂为过硫酸盐、双氧水或臭氧，用量分别为聚合物重量的20%-200%、30%-500%、5%-100%，反应温度在20℃-80℃之间。本发明制备的接枝炭黑无须过滤、干燥、再分散等工艺，可以直接使用，因而工艺简单、成本低廉、无污染。

Description

水溶性接枝炭黑的制备方法
                              技术领域
本发明涉及水溶性接枝炭黑的制备方法。属于接枝炭黑的制备技术。
                              背景技术
炭黑具有优异的着色性、耐候性及化学稳定性，是一种理想的黑色颜料。但由于炭黑原生粒径小，易团聚，很难在介质中均匀且稳定地分散。而炭黑在介质中的分散状况严重影响其后续产品(如涂料、油墨)的质量。同时，随着世界各国对环保问题的日益关注，不含或只含有少量有机溶剂的水性涂料和油墨越来越受欢迎，市场份额逐渐扩大。因此，提高炭黑在水中的分散性成为业界努力的目标。
为了提高炭黑在介质中的分散性，人们先后采用了氧化法、表面活性剂处理、高分子分散剂处理、表面接枝改性等方法。而在炭黑表面接枝上与分散介质具有亲和力的聚合物链，是其中最有效的一种方法。在炭黑表面接枝水溶性聚合物，可以赋予炭黑亲水性。
目前，在炭黑表面接枝水溶性聚合物的方法有以下三类：
(1)在炭黑存在下选择合适的单体进行聚合。通过炭黑表面捕捉聚合物链而实现接枝。美国专利4530961中介绍了这种方法。
(2)利用炭黑表面的芳香环、羟基、羧基等引入活性官能团，在适当条件下引发单体在炭黑表面进行接枝聚合。
(3)利用炭黑表面官能团与具有活性官能团(如环氧基、叠氮基)的聚合物的反应而实现接枝。在日本专利特公平2-24268、6-27269、美国专利5952429中介绍了这种方法。
由于体系中的单体更趋于均聚，因此第一种方法得到的接枝炭黑的接枝率通常不超过10％，接枝效率低，难以得到满意的分散效果。第二种方法的接枝率较高，但其工艺路线较长，而且大多使用贵金属离子Ce4+，实施条件苛刻，成本较高，因此目前多见于研究论文中。第三种方法实用性较高，但只适用于表面含氧官能团较多的炭黑(如槽黑)，对于表面含氧官能团较少的炭黑(像炉黑)则难以获得满意的分散效果，而目前炉黑是炭黑的主导品种。
                              发明内容
本发明的目的在于提供一种水溶性接枝炭黑的制备方法。该方法工艺简单、无污染、成本低廉，制备的接枝炭黑在水中具有良好的分散性。
本发明是通过下述技术方案实现的。采用炉黑、槽黑、乙炔黑或其它任何一种市售炭黑，及主链中含有大量醚键或侧链中含有醇羟基的水溶性聚合物，在超声波和氧化剂的共同作用下，断裂为大分子自由基，进而被炭黑表面捕获，从而实现接枝。采用的聚合物为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧化乙烯，水中加入的炭黑与水溶性聚合物重量之比在5∶1到1∶5之间，超声波的频率采用50kHz-500kHz，采用氧化剂为过硫酸盐、双氧水或臭氧，用量分别为聚合物重量的20％-200％、30％-500％、5％-100％，反应温度在20℃-80℃之间。
上述采用的聚乙二醇分子量在2000-20000之间，采用的聚乙烯醇聚合度在100-2000之间，醇解度在80％以上，采用的聚氧化乙烯分子量在105-107之间。
上述的过硫酸盐是过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵。反应时间一般应在3小时以上，过长的反应时间本身没有什么坏处，但不经济。搅拌速率应在100转/分以上，过高的搅拌速率对反应本身没有什么坏处，但不经济。
本发明对炭黑表面的官能团种类及数量都无要求，可以采用任何一种炭黑；本发明制备的接枝炭黑无需过滤、干燥、再分散等工艺，可以直接使用，因而工艺简单、成本低廉、无污染。
                            具体实施方式
实施例1
将备有搅拌器、温度计、冷凝管、及滴定漏斗的烧瓶置于超声场(KWS-Q1018，深圳科威信机电设备有限公司)中，加入100份(重量份数，下同)去离子水、20份N834炭黑(天津海豚炭黑厂)、20份聚乙二醇(平均分子量10000，辽阳奥克化学股份有限公司)、80份双氧水(30％的水溶液)，高速搅拌，反应体系在超声波作用下逐渐升温，控制反应体系的温度为60℃，反应5小时，即得炭黑分散液。无需分离体系中未接枝的聚合物，因为它能起表面活性剂和粘结剂的作用。
实施例2
除用20份聚乙烯醇(牌号为1792，安徽维尼纶厂)代替聚乙二醇，10份过硫酸铵代替双氧水外，其他条件与例1同。
实施例3
除用20份聚氧化乙烯(平均分子量为107，上海联胜化工有限公司)代替聚乙二醇外，其他条件与例1同。
对比例1
将备有搅拌器、温度计、冷凝管、及滴定漏斗的烧瓶置于超声场中，加入100份去离子水、20份N834炭黑，恒温60℃，超声5小时。
对比例2
往备有搅拌器、温度计、冷凝管、及滴定漏斗的烧瓶中加入100份去离子水、20份N834炭黑、20份聚乙二醇，恒温60℃，搅拌5小时。
对比例3
将备有搅拌器、温度计、冷凝管、及滴定漏斗的烧瓶置于超声场中，加入100份去离子水、20份N834炭黑、20份聚乙二醇，恒温60℃，超声5小时。
实验结果对比，通过离心沉降实验检验分散效果。取分散液1ml，稀释100倍，取5ml，置于离心机中(3500转/分)，每隔5分钟取出观察沉降情况。
  实施例1   实施例2   实施例3   对比例1   对比例2   对比例3
  4小时未分层   4小时未分层   4小时未分层   5分钟即分层   15分钟即分层   30分钟分层

Claims (3)

1.一种水溶性接枝炭黑的制备方法，该方法采用炉黑、槽黑、乙炔黑或其它任何一种市售炭黑，及主链中含有大量醚键或侧链中含有醇羟基的水溶性聚合物，在超声波和氧化剂的共同作用下进行接枝，其特征在于，采用的聚合物为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧化乙烯，水中加入的炭黑与水溶性聚合物重量之比在5∶1到1∶5之间，超声波的频率采用50kHz-500kHz，采用的氧化剂为过硫酸盐、双氧水或臭氧，用量分别为聚合物重量的20％-200％、30％-500％、5％-100％，反应温度在20℃-80℃之间。
2.根据权利要求1所述的水溶性接枝炭黑的制备方法，其特征在于，采用的聚乙二醇分子量在2000-20000之间，采用的聚乙烯醇聚合度在100-2000之间，醇解度在80％以上，采用的聚氧化乙烯分子量在105-107之间。
3.根据权利要求1所述的水溶性接枝炭黑的制备方法，其特征在于，采用的过硫酸盐是过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。
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