专利名称：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，在水中，链长适度且链较易断裂的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。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50-500kHz；采用氧化剂为过硫酸盐，用量为聚合物重量的20％-200％；或双氧水，H2O2用量为聚合物重量的30％-500％；或臭氧及其水溶液，臭氧用量为聚合物重量的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的为佳，采用的聚乙烯醇聚合度在100-2000之间，醇解度在80％以上的为佳，采用的聚氧化乙烯分子量在105-107之间的为佳。
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。
具体实施例方式
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。
权利要求
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，在水中，链长适度且链较易断裂的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，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50-500kHz；采用氧化剂为过硫酸盐，用量为聚合物重量的20％-200％；或双氧水，H2O2用量为聚合物重量的30％-500％；或臭氧及其水溶液，臭氧用量为聚合物重量的5-100％；反应温度在20-80℃之间。
2按权利要求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的为佳；采用的聚乙烯醇聚合度在100-2000之间，醇解度在80％以上的为佳；采用的聚氧化乙烯分子量在105-107之间的为佳。
3按权利要求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、过硫酸铵。
全文摘要
本发明公开了一种水溶性接枝炭黑的制备方法。该方法采用任何一种市售炭黑,在水中,链长适度且链较易断裂的水溶性聚合物,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实现接枝,主要特征是:采用的聚合物为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧化乙烯;超声波的频率采用50－500kHz;采用氧化剂为过硫酸盐、双氧水或臭氧及其水溶液;反应温度在20－80℃之间。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。
文档编号C09C3/10GK1346852SQ0114166
公开日2002年5月1日 申请日期2001年10月8日 优先权日2001年10月8日
发明者姚素微, 白世河, 张卫国, 王宏智 申请人:天津大学