[发明专利]一种水性墨的制备方法

说明书

所属领域：

本发明属于一种制备水性墨的方法，具体地说涉及一种用氧化沥青的溶胶法制备水性墨的方法。

背景技术：

传统的涂料和着色剂大多含有对人体和环境有害的物质，随着人们环保意识的增强，水性涂料及印墨这种即节省能源又保护环境的绿色产品越来越受到人们的重视。其中水性墨的研究就是其中之一。炭黑是一种广泛应用于印墨的着色剂，用炭黑制备水性墨要解决的问题是改善炭黑在水中的分散性能。颜料的分散性及分散程度影响其着色性能如强度、流变性、耐晒牢度及着色均匀性。因此，制备均匀、稳定的炭黑水溶液是制备水溶性墨的关键。近年来，研究者通过给炭黑中添加具有两亲性质的表面活性剂作为分散剂来增加其水溶性或通过表面接枝改性方法如氧化法、等离子溅射法等对炭黑表面改性，从而获取水性墨。

炭黑由一系列处于不同氧化阶段的稠环芳烃组成(M.L.Studebaker在Rubber Chem.Technol.期刊1975年30卷1400页)。据文献报道(参见《精细化学品词典》禹茂章等译，化学工业出版社，1991年，第6页)这些稠环化合物相互重叠形成微晶，微晶进一步交错聚集，形成3～500nm左右的炭黑粒子，粒子表面和稠环芳烃衍生物类似。由于炭黑粒子分子量较大，表面极性官能团相对较少，水溶性较差，故传统印墨是靠有机溶剂来分散炭黑制得的，称为油墨。水性墨要解决炭黑在水中的溶解问题，要么添加分散剂；要么对表面改性。单纯添加具有表面活性的分散剂似乎效果欠佳，而对炭黑粒子进行表面改性处理成本相对较高。

发明内容：

本发明的目的是提供一种工艺简单，使用效果好，成本低的制备水性墨的方法。

本发明的目的是这样实现的，以沥青或中间相沥青为原料，浓硫酸和浓硝酸的混合物(或双氧水与浓硫酸的混合物)为氧化剂经过氧化，碱溶，酸凝胶化，加入少量分散剂溶胶化，最后得到分散性很好的水性墨。

本发明的制备方法包括如下步骤：

(1)将粒度小于0.18mm的沥青或中间相沥青与氧化剂按沥青或中间相沥青∶氧化剂＝1Kg∶15～40L的比例混合，在氧化温度为30～90℃条件下，氧化0.1～12小时，反应后用冷水稀释终止反应，待冷却后过滤，对滤出物用去离子水进行洗涤至洗液的pH＝4～7；

(2)按沥青或中间相沥青比水为1Kg∶20～40L的比例将洗涤后的滤出物加入到去离子水中，然后用0.2～2mol/L的NaOH或KOH溶液调节其pH≥12，在65～85℃的恒温条件下搅拌0.5～3小时，冷却后过滤去除不溶物，收集氧化沥青的滤液；

(3)给含氧化沥青的滤液中加入0.5～2mol/L的盐酸或硝酸，控制溶液的pH≤1.8，得炭基凝胶；

(4)将浓度为0.2～2mol/L的NaOH或KOH溶液加入到上述炭基凝胶中，控制其pH值为5～9，搅拌后即可得炭基溶胶；

(5)控制沥青与表面活性剂的比例为1Kg∶0.001～0.1mol，给炭基溶胶中加入表面活性剂，补加去离子水使氧化沥青的浓度达到0.007～0.07Kg/L，搅拌均匀可得到水性墨。

如上所述的氧化剂是65～68％浓硝酸和95～99％浓硫酸按体积比为1∶1.5～3组成的混合物，或者30～35％浓双氧水和95～99％浓硫酸按体积比为1∶1.5～3组成的混合物。

如上所述的表面活性剂是十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠或烷基糖苷等。

如上所述的氧化温度最好为50～80℃。

如上所述的氧化沥青的浓度最好为0.02～0.05Kg/L。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)以沥青、中间相沥青为炭源，原料价廉，易得。

(2)制备周期短。

(3)生产成本低。

(4)该法制备的水性墨中炭颗粒的粒度分布窄，为5～20nm(用透射电镜观察)，稳定性好。

(5)可以在较大的pH值范围内制备水性墨。

(6)本发明制得的水性墨无毒，对环境友好，着色力强。

具体实施方式：

实施例1：

将10.0g粒度小于0.18mm石油中间相沥青加入到1∶2.3的68％浓硝酸和98％浓硫酸的混合溶液200ml中，在30℃水浴中搅拌1h后，将搅拌液加入到1000ml冷水中，摇均，过滤，滤出物洗涤至pH＝7。

将滤出物加入到400ml去离子水中，用1mol/L的NaOH溶液调节其pH＝12.6，并在85℃恒温条件下搅拌1h，冷却后过滤收集滤液。用1mol/L盐酸调节滤液的酸度，使其pH＝1.8，得炭基凝胶。