專利名稱：水溶性接枝炭黑的制備方法
技術領域：
本發明涉及水溶性接枝炭黑的制備方法。屬于接枝炭黑的制備技術。
背景技術：
炭黑具有優異的著色性、耐候性及化學穩定性，是一種理想的黑色顏料。但由于炭黑原生粒徑小，易團聚，很難在介質中均勻且穩定地分散。而炭黑在介質中的分散狀況嚴重影響其后續產品(如涂料、油墨)的質量。同時，隨著世界各國對環保問題的日益關注，不含或只含有少量有機溶劑的水性涂料和油墨越來越受歡迎，市場份額逐漸擴大。因此，提高炭黑在水中的分散性成為業界努力的目標。
為了提高炭黑在介質中的分散性，人們先后采用了氧化法、表面活性劑處理、高分子分散劑處理、表面接枝改性等方法。而在炭黑表面接枝上與分散介質具有親和力的聚合物鏈，是其中最有效的一種方法。在炭黑表面接枝水溶性聚合物，可以賦予炭黑親水性。
目前，在炭黑表面接枝水溶性聚合物的方法有以下三類(1)在炭黑存在下選擇合適的單體進行聚合。通過炭黑表面捕捉聚合物鏈而實現接枝。美國專利4530961中介紹了這種方法。
(2)利用炭黑表面的芳香環、羥基、羧基等引入活性官能團，在適當條件下引發單體在炭黑表面進行接枝聚合。
(3)利用炭黑表面官能團與具有活性官能團(如環氧基、疊氮基)的聚合物的反應而實現接枝。在日本專利特公平2-24268、6-27269、美國專利5952429中介紹了這種方法。
由于體系中的單體更趨于均聚，因此第一種方法得到的接枝炭黑的接枝率通常不超過10％，接枝效率低，難以得到滿意的分散效果。第二種方法的接枝率較高，但其工藝路線較長，而且大多使用貴金屬離子Ce4+，實施條件苛刻，成本較高，因此目前多見于研究論文中。第三種方法實用性較高，但只適用于表面含氧官能團較多的炭黑(如槽黑)，對于表面含氧官能團較少的炭黑(像爐黑)則難以獲得滿意的分散效果，而目前爐黑是炭黑的主導品種。
發明內容
本發明的目的在于提供一種水溶性接枝炭黑的制備方法。該方法工藝簡單、無污染、成本低廉，制備的接枝炭黑在水中具有良好的分散性。
本發明是通過下述技術方案實現的。采用爐黑、槽黑、乙炔黑或其它任何一種市售炭黑，在水中，鏈長適度且鏈較易斷裂的主鏈中含有大量醚鍵或側鏈中含有醇羥基的水溶性聚合物，在超聲波和氧化劑的共同作用下，斷裂為大分子自由基，進而被炭黑表面捕獲，從而實現接枝。其特征在于采用的聚合物為聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧化乙烯；水中加入的炭黑與水溶性聚合物重量之比在5∶1到1∶5之間；超聲波的頻率采用50-500kHz；采用氧化劑為過硫酸鹽，用量為聚合物重量的20％-200％；或雙氧水，H2O2用量為聚合物重量的30％-500％；或臭氧及其水溶液，臭氧用量為聚合物重量的5-100％；反應溫度在20-80℃之間。
上述采用的聚乙二醇分子量在2000-20000的為佳，采用的聚乙烯醇聚合度在100-2000之間，醇解度在80％以上的為佳，采用的聚氧化乙烯分子量在105-107之間的為佳。
上述的過硫酸鹽是過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨。
反應時間一般應在3小時以上，過長的反應時間本身沒有什么壞處，但不經濟。
攪拌速率應在100轉/分以上，過高的攪拌速率對反應本身沒有什么壞處，但不經濟。
本發明對炭黑表面的官能團種類及數量都無要求，可以采用任何一種炭黑；本發明制備的接枝炭黑無需過濾、干燥、再分散等工藝，可以直接使用，因而工藝簡單、成本低廉、無污染。
具體實施例方式
實驗結果對比，通過離心沉降實驗檢驗分散效果。取分散液1ml，稀釋100倍，取5ml，置于離心機中(3500轉/分)，每隔5分鐘取出觀察沉降情況。
權利要求
1一種水溶性接枝炭黑的制備方法，該方法采用爐黑、槽黑、乙炔黑或其它任何一種市售炭黑，在水中，鏈長適度且鏈較易斷裂的主鏈中含有大量醚鍵或側鏈中含有醇羥基的水溶性聚合物，在超聲波和氧化劑的共同作用下，斷裂為大分子自由基，進而被炭黑表面捕獲，從而實現接枝，其特征在于采用的聚合物為聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧化乙烯；水中加入的炭黑與水溶性聚合物重量之比在5∶1到1∶5之間；超聲波的頻率采用50-500kHz；采用氧化劑為過硫酸鹽，用量為聚合物重量的20％-200％；或雙氧水，H2O2用量為聚合物重量的30％-500％；或臭氧及其水溶液，臭氧用量為聚合物重量的5-100％；反應溫度在20-80℃之間。
2按權利要求1所述的水溶性接枝炭黑的制備方法，其特征在于采用的聚乙二醇分子量在2000-20000的為佳；采用的聚乙烯醇聚合度在100-2000之間，醇解度在80％以上的為佳；采用的聚氧化乙烯分子量在105-107之間的為佳。
3按權利要求1所述的水溶性接枝炭黑的制備方法，其特征在于采用的過硫酸鹽是過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨。
全文摘要
本發明公開了一種水溶性接枝炭黑的制備方法。該方法采用任何一種市售炭黑,在水中,鏈長適度且鏈較易斷裂的水溶性聚合物,在超聲波和氧化劑的共同作用下,斷裂為大分子自由基,進而被炭黑表面捕獲實現接枝,主要特征是:采用的聚合物為聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧化乙烯;超聲波的頻率采用50－500kHz;采用氧化劑為過硫酸鹽、雙氧水或臭氧及其水溶液;反應溫度在20－80℃之間。本發明制備的接枝炭黑無需過濾、干燥、再分散等工藝,可以直接使用,因而工藝簡單、成本低廉、無污染。
文檔編號C09C3/10GK1346852SQ0114166
公開日2002年5月1日 申請日期2001年10月8日 優先權日2001年10月8日
發明者姚素微, 白世河, 張衛國, 王宏智 申請人:天津大學