[实用新型]一种适用于中性墨水的纳米炭黑色浆制备装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种适用于中性墨水的纳米炭黑色浆制备装置。

背景技术

炭黑是以含碳原料(主要为石油)经不完全燃烧而产生的微细粉末。外观为纯黑色的细粒或粉状物。

炭黑作为着色剂用于中性笔用墨水的制造时具有以下特点：

1.炭黑是最好的黑色颜料。

2.炭黑几乎是最廉价的颜料。

3.炭黑是着色力及遮盖力最强的颜料。

4.炭黑的色度在视觉感官上呈中性。

5.炭黑具有耐久性优良的特点，是最稳定的颜料、耐热、耐化学品、耐光。

6.炭黑颜色的深浅，粒子的细度，比重的大小，均随所用原料和制造方法的不同而有差异。

作为一种颜料，炭黑被广泛应用于墨水及色浆制造领域。随着社会科技水平的不断发展，特别是随着环境保护要求的提高，在色浆中使用很多溶剂在使用过程中受到了限制，因此在墨水及色浆制造领域中，制造水性色浆已逐步取代溶剂型色浆成为人们的主要选择。将炭黑稳定地分散在水中，需要提高炭黑的亲水性能，因此对炭黑进行改性以适应水体系稳定性的需要成为人们研究的一个热点课题。

气相氧化法是当今世界色素炭黑表面氧化改性工业化生产普遍采用的方法。气相氧化往往使用氧化性气体如空气、氧气、氮氧化合物及臭氧等对炭黑进行表面氧化改性处理。用空气、氧气等气体为氧化剂进行气相氧化炭黑得到的产品，其表面含氧官能团含量相对较低，主要原因是氧化反应一般要在400℃以上进行，而处于该温度下的部分含氧官能团已不稳定，分解生成CO和CO₂。因此，以空气、氧气等气体为氧化剂来氧化炭黑的方法已基木停止使用。同样，以氮氧化合物为氧化剂，由于气源限制、成本高及环境污染等缺陷，也很少采用。

臭氧为已知最强的氧化剂之一，仅次于氟，可以氧化大多有机物、无机物。臭氧与其它氧化性物质氧化性强弱对比如下：氟＞氢氧根＞臭氧＞过氧化氢＞高锰酸根＞二氧化氯＞次氯酸＞氯气＞氧气，臭氧稳定性极差，在常温下可自行分解为氧气，1％浓度以下臭氧在空气(常温常压)中的半衰期为半个小时左右，随温度的升高，分解速度加快，当温度达到270℃高温时可立即转为氧气。以臭氧为氧化剂，因具有气体来源方便、氧化效率高、反应条件温和(室温下)、成本低等优点，为当今世界普遍使用，由于其分解快而没有残留物质存在，因此臭氧氧化工艺有利于环境保护。2001年，中科院化工冶金研究所吕雪松、王兆霖、李洪钟等人进行臭氧在超细炭黑表面改性中的应用研究，进行了在流化床中利用臭氧在不同条件下对炭黑进行了表面改性的实验，经臭氧处理的氧化炭黑的性质在许多方面都优于非氧化炭黑。但臭氧氧化炭黑的流化床技术也存在一定的缺陷，臭氧氧化炭黑流化床技术为气固两相反应，臭氧利用率较低，炭黑的氧化效率低。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种炭黑氧化效率高、炭黑颗粒自分散性能好的适用于中性墨水的纳米炭黑色浆制备装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种适用于中性墨水的纳米炭黑色浆制备装置，包括反应器、臭氧发生器、超微气泡陶瓷扩散器、物料搅拌循环机构，超微气泡陶瓷扩散器设置在反应器的底部，臭氧发生器的臭氧出口通过管道与超微气泡陶瓷扩散器的进气口相连通，反应器中设有物料搅拌循环机构。

上述技术方案的改进，还可以包括尾气吸收机构，反应器的顶部设有尾气排放口，尾气排放口通过管道与尾气吸收机构相连接。

本实用新型的有益效果是：由于反应器的底部设有超微气泡陶瓷扩散器，臭氧发生器产生的臭氧经过超微气泡陶瓷扩散器，可产生直径为100微米左右的气泡，微气泡的产生极大地增加了反应的表面积，提高了臭氧的传递速率，在较小的空间内具有较高的效率，从而大大提高了炭黑的氧化效率；本实用新型炭黑色浆制备装置中的臭氧氧化反应可以在气液固三相中进行的，臭氧的利用率较高，同时利用超微气泡法，可明显提高臭氧在液体中的传质效率，可以制备出能在水体系中自分散的氧化炭黑产物，从而形成粒径尺度范围为150纳米以内的炭黑颗粒，因此大大提高了炭黑颗粒的自分散性能。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。

附图说明

图1是本实用新型适用于中性墨水的纳米炭黑色浆制备装置的总体结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型适用于中性墨水的纳米炭黑色浆制备装置的一种实施例，包括反应器2、臭氧发生器5、超微气泡陶瓷扩散器3、物料搅拌循环机构1，超微气泡陶瓷扩散器3设置在反应器2的底部，臭氧发生器5的臭氧出口通过管道4与超微气泡陶瓷扩散器3的进气口相连通，反应器2中设有物料搅拌循环机构2。为了更有利于环境保护，本实用新型适用于中性墨水的纳米炭黑色浆制备装置还可以包括尾气吸收机构6，反应器2的顶部设有尾气排放口8，尾气排放口8通过管道7与尾气吸收机构6相连接。空气中臭氧浓度达0.01～0.02ppm即可嗅到，浓度达1ppm以上时对人体健康有一定的影响，因此利用化学物质对排出的臭氧进行吸收，吸收后排空，更加有利于人体健康和环境保护。