高結構炭黑的制作方法
【技術領域】
[0001] 本文中公開高結構炭黑、制備方法、及其表面處理。還公開包含這樣的炭黑的分散 體和噴墨油墨組合物。
【背景技術】
[0002] 存在對于新型炭黑材料的持續不斷的需要以提升在許多應用中的性能。例如，在 噴墨印刷中，制造商尋求印刷產品的改善的光學密度，特別是當新的紙張類型和印刷機被 開發時。
【發明內容】
[0003] -個實施方式提供具有下列性質的炭黑：
[0004] OAN 彡 170mL/100g ;和
[0005] 范圍為 160-220m2/g 的 STSA。
[0006] 另一實施方式提供具有下列性質的炭黑：
[0007] OAN 彡 170mL/100g ;和
[0008] 范圍為 0· 7-1 的 STSA/BET 之比。
[0009] 另一實施方式提供具有下列性質的炭黑：
[0010] OAN ^ 170mL/100g ；
[0011] 范圍為 160-220m2/g 的 STSA ;和
[0012] 范圍為190-275m2/g的BET表面積。
[0013] 另一實施方式提供具有下列性質的炭黑：
[0014] OAN ^ 170mL/100g ；
[0015] BET 表面積多 150m2/g ;和
[0016] 至少 130m2/g 的 COAN。
[0017] 另一實施方式提供將顏料氧化的方法，包括在將包含所述顏料的含水分散體保持 在至少8. 5的pH的同時向所述含水分散體添加臭氧。
[0018] 另一實施方式提供具有循環通路的用于將顏料氧化的臭氧反應器組件，包括：
[0019] 用于容納和攪動包含顏料的分散體的儲存器，含水分散體與pH探針和用于將堿 遞送到所述分散體的第一泵是流體連通的；
[0020] 用于抽出所述含水分散體并將其通過第一軟管（hosing)遞送到文丘里管的與所 述儲存器呈流體連通的第二泵，其中所述含水分散體通過所述文丘里管的收縮區域；
[0021] 經由在所述收縮區域處或其上游的入口與所述文丘里管呈氣體連通的臭氧源，其 中所述臭氧在通過所述收縮區域的同時接觸所述顏料；和
[0022] 用于將包括臭氧和所述含水分散體的混合物運送到所述儲存器的第二軟管。
【附圖說明】
[0023] 圖1為二級炭黑反應器的前端的橫截面示意圖；和
[0024] 圖2為臭氧反應器組件的示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 本文中公開高結構炭黑。
[0026] 在一個實施方式中，所述炭黑為槽黑、爐黑和燈黑。在一個實施方式中，本文中公 開的炭黑為爐黑。在一個實施方式中，用于制備爐黑炭黑的反應器為多級反應器，例如在美 國專利No. 7, 829, 057或美國公布No. 2007/0104636中描述的那些，將其公開內容通過參考 引入本文中。如本文中使用的，"多級反應器"裝備有兩個或更多個原料注射位置，其中隨后 的注射位置位于第一注射位置的下游。
[0027] 圖1為炭黑反應器2的前端的橫截面示意圖。反應器2包括燃燒腔室10,在燃燒 腔室10中，燃燒氣體（液體或氣體燃料）與氧化劑（包括，例如，氧氣、空氣）混合并通過 本領域中已知的任何方法引燃。引燃的氣體流動通過截頭圓錐體形過渡區段11以使直徑 收斂至包括許多管狀部分的大體上為隧道狀的區段12。原料注射端口位于區段12的前部 和末端管狀部分14A和14B內，其中末端部分14B位于部分14A的下游。典型地，按每個部 分14A和14B，超過一個注射入口端口沿圓周布置。在前部和末端部分14A和14B之間是一 個或多個間隔過渡管道-圖1說明兩個間隔管道部分16A和16B，盡管可使用一個間隔管 道、或者三個或更多個間隔管道，這取決于所期望的炭黑性質。
[0028] 在圖1的構造中，在燃燒腔室10處引燃燃料并將所得流動物引導至隧道狀區段 12,在隧道狀區段12處，所述燃料接觸在前部管道部分14A處的第一注射的原料注射。隨 后的通過間隔管道16A和16B的流動物容許晶種炭黑粒子的形成，所述晶種炭黑粒子然后 接觸在管道部分14B處引入的第二原料裝料。氣體/炭黑粒子混合物然后在耐火材料18 處驟冷。所述驟冷典型地通過在驟冷位置20處噴水進行，驟冷位置20與區段12的距離可 改變。該構造，例如尺寸和間隔管道的數量，容許經由較小的晶種或前體炭黑粒子制造高結 構、高度支化的炭黑粒子。
[0029] 一個實施方式提供具有下列性質的炭黑：
[0030] OAN 彡 170mL/100g ;和
[0031] 范圍為 160-220m2/g 的 STSA。
[0032] 另一實施方式提供具有下列性質的炭黑：
[0033] OAN 彡 170mL/100g ;和
[0034] 范圍為 0· 7-1 的 STSA/BET 之比。
[0035] 在一個實施方式中，所述炭黑可用作顏料，例如噴墨油墨組合物中的顏料。在印刷 應用中，存在開發當沉積在基底例如紙張上時產生具有高的光學密度（O.D.)的印刷產品 的顏料和油墨配制物的持續不斷的需要。經常地，高的O.D.與較大尺寸的粒子相關聯，因 為這些具有較小的滲透紙張的孔的傾向。然而，較大尺寸的粒子通常趨向于較差的沉降性 能，這對于噴墨油墨配制物的長期儲存（例如在墨盒中）是不利的性質。已發現較大的吸 油值（OAN)和STSA值（例如，在BET表面積值的范圍內）的組合可實現在0. D.和沉降之 間的平衡。
[0036] 在一個實施方式中，所述 OAN 范圍為 170-220m2/g，例如，170-210m2/g，180-220m2/ g，180-210m2/g，190-220m2/g，或 190-210m2/g。OAN 可根據 ASTM-D2414 測定。不希望受任 何理論束縛，認為所公開的OAN值在實現高的光學密度值方面可為重要的因素。
[0037] 在一個實施方式中，所述STSA范圍為160-220m2/g，例如，160-210m 2/g，且在一些 應用中，所述 STSA 范圍為 170-220m2/g，170-210m2/g，180-220m2/g，或 180-220m2/g。
[0038] 另一實施方式提供具有下列性質的炭黑：
[0039] OAN 彡 170mL/100g ;和
[0040] 范圍為 160-220m2/g 的 STSA ;和
[0041] 范圍為190-275m2/g的BET表面積。
[0042] 不希望受任何理論束縛，認為高的STSA值和一定范圍的BET表面積實現良好的沉 降性能，如由較低的沉降速率（％，如通過實施例6的方法所測定的）所指示的。在一個實 施方式中，所述BET表面積范圍為200-270m 2/g，例如表面積范圍為200-260m2/g。所述BET 表面積可根據ASTM-D6556測定。
[0043] 另一實施方式涉及如下發現：良好的印刷和沉降性能可利用具有如由范圍為 0. 7-1的STSA/BET之比決定的低的內部體積的炭黑實現。1的STSA/BET之比代表當所述 炭黑基本上不具有內部孔隙率時的極限。在另一實施方式中，該STSA/BET比率范圍對于引 入導電炭黑的應用可為有用的。
[0044] 在一個實施方式中，STSA/BET之比范圍為0. 7-0. 9，或STSA/BET之比范圍為 0.7-0. 8。在另一實施方式中，STSA/BET之比范圍為0.8-1或0.9-1。在一個實施方式中， 范圍為〇. 7-1的STSA/BET之比通過使在炭黑形成期間的蝕刻最小化而實現。在一個實施 方式中，所述炭黑可具有本文中公開的STSA和/或BET值。
[0045] 在一個實施方式中，所述炭黑具有至少120m2/g例如至少125m2/g、至少130m 2/g、 至少 135m2/g 的壓縮 OAN(COAN)，或范圍為 120-145m2/g 的 C0AN。
[0046] 在一個實施方式中，所述炭黑具有范圍為1. 30-1. 50例如1. 30-1. 45的0AN/C0AN 之比。
[0047] 本文中公開的炭黑在例如噴墨商業印刷（大或寬版式印刷、工業印刷）的應用中 可為有用的。與辦公室印刷機形成對照，商業印刷機具有在多英尺或多米范圍內的整體尺 寸。這些印刷機中的一些可采用具有用于使分散體穩定的攪拌器組件的油墨墨盒。在這樣 的墨盒中，固體物的沉降速率不是如在辦公室印刷機中那樣的重要因素。因此，另一實施方 式提供具有高的OAN和COAN值的高結構炭黑。在一個實施方式中，炭黑具有下列性質：
[0048] OAN 彡 170mL/100g ;
[0049] BET 表面積彡 150m2/g ;和
[0050] 至少 130m2/g 的 C0AN。
[0051] 在另一實施方式中，炭黑具有下列性質：
[0052] OAN 彡 170mL/100g ;
[0053] BET 表面積多 150m2/g ;和
[0054] 范圍為 130-145m2/g 的 COAN。
[0055] 在一個實施方式中，所述 OAN 范圍為 180-220m2/g，180-210m2/g，190-220m2/g，或 190-210m 2/g。在一個實施方式中，所述 BET 表面積范圍為 150m2/g-260m2/g，150m2/g-220m2/ g，160m2/g-260m2/g，160m2/g-220m 2/g，170m2/g-260m2/g，170m2/g-220m 2/g，180m2/g-260m2/ g，或180m2/g-220m2/g。在一個實施方式中，所述OAN/COAN比率范圍為I. 30-1. 50,例如， L 30-1. 45。在一個實施方式中，所述 STSA 范圍為 130m2/g-220m2/g，例如，130m2/g-200m 2/ g°
[0056] 另一實施方式涉及包括本文中公開的炭黑的分散體。所述分散體可為含水的或非 水的。在一個實施方式中，處理