一种阴离子型纳米蜡乳液及其制备方法与应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种稳定的阴离子型纳米蜡乳液及其制备方法与应用，所述纳米蜡乳液的制备过程如下：1)将蜡和表面活性剂加热至蜡的熔点以上后，然后搅拌至蜡和表面活性剂混合均匀；2)再向步骤1)的体系中加入表面活性剂的水溶液并进行乳化反应，乳化反应结束后继续搅拌直至体系冷却至室温，即得所述纳米蜡乳液。制备过程安全、简单和环保，所制备的阴离子型纳米蜡乳液能稳定存放，将其应用于聚集-融合法中可获得高收率且能满足高品质激光打印或静电复印要求(如增亮和脱膜)的彩色墨粉。
【专利说明】一种阴离子型纳米蜡乳液及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于蜡乳液及其制备领域，具体涉及一种阴离子型纳米蜡乳液及其制备方 法与应用。
【背景技术】
[0002] 色粉（也称墨粉或碳粉，Toner)是激光打印或静电复印的主要耗材，其基本成 份包括树脂、颜料、润滑剂（蜡）和电荷控制剂（CCA)等，是以树脂为主体（一般占70-90wt. % )的可带电荷的粉体材料。
[0003] 色粉的制备方法包括物理法和化学法。化学法制备的色粉粒子具有性能优良（粉 粒形状规整呈球形或椭球形、组成均匀和粒度分布范围窄），适合制备高品质色粉，而且具 有生产过程能耗低等优点，所以受到市场的青睐。而化学法中常用的聚集-融合法制粉的 聚集步骤一般在调节pH值条件下完成，使各乳液中的成分均匀聚集，这就要求各成分有足 够小的粒径。
[0004] 蜡乳液是利用乳化剂将蜡和水经乳化过程形成的一种均匀分散体系。由于蜡乳液 是用水代替有机溶剂，可大大地减少环境污染，有利于环境保护，且具有安全、高效、经济和 使用方便等优点，所以，蜡乳液的开发和利用具有广泛的社会和经济价值。
[0005] 另一方面，由于蜡本身有很强的疏水性，不容易均匀分散在水相。这种情况容易产 生一个突出的问题，即蜡的分散不均匀或者分散后在一定时间内不能稳定存放，容易形成 大颗粒的聚集，使色粉粒子在聚集形成时成分不均匀，不能满足增亮和脱膜的要求，影响打 印的品质；另外产生大量废粉，影响收率。因此，聚集_融合法技术所用的蜡乳液这一问题 亟待改进。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种纳米蜡乳液的制备方法。
[0007] 本发明所述纳米蜡乳液的制备方法包括如下步骤：
[0008] 1)将蜡和表面活性剂加热至蜡的熔点以上，然后搅拌至蜡和表面活性剂混合均 匀；所述表面活性剂为阴离子表面活性剂或阴离子表面活性剂和中性表面活性剂按照质量 比为（2:1)?（8:1)组成的混合物；
[0009] 2)再向步骤1)的体系中加入表面活性剂的水溶液并进行乳化反应，乳化反应结 束后继续搅拌直至体系冷却至室温，即得所述纳米蜡乳液。
[0010] 上述制备方法中，步骤1)中，所述蜡选自如下至少一种：聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、天 然蜡、酯蜡和棕榈蜡；所述天然蜡具体为蜂蜡；所述酯蜡具体为科莱恩LicowaxE;所述棕 榈蜡具体为巴西棕榈蜡。
[0011] 所述表面活性剂的亲水疏水平衡值（HLB)为10?30。
[0012] 所述表面活性剂具体选自如下至少一种：脂肪醇聚氧乙烯醚（即平平加）、十二烷 基苯磺酸钠、月桂基硫酸钠、山梨醇酐单油酸酯（即司班80)和油酸钠。
[0013] 所述蜡和表面活性剂的质量比为（3:1)?（10:1)。
[0014] 所述蜡的熔点为50°C?130°C。
[0015] 所述加热至蜡的熔点以上为加热至高于所述蜡熔点10°C?40°C。
[0016] 所述揽祥的转速为lOOrpm?1500rpm，具体为500rpm?600rpm。
[0017] 所述搅拌的时间为lh?2h。
[0018] 上述制备方法中，步骤2)中，所述表面活性剂选自阴离子表面活性剂和/或中性 表面活性剂，具体选自如下至少一种：十二烷基苯磺酸钠、月桂基硫酸钠、油酸钠、脂肪醇聚 氧乙烯醚（即平平加）、山梨醇酐单油酸酯（即司班80)和油酸钾。
[0019] 所述表面活性剂的水溶液中表面活性剂的质量分数为0. 1 %?3%。
[0020] 所述表面活性剂的水溶液质量与步骤1)中所述蜡和表面活性剂的质量之和的比 为（3:1)?（10:1)。
[0021] 所述乳化反应是用乳化机实现的，所述乳化机的转速为lOOOOrpm?20000rpm，具 体为lOOOOrpm。
[0022] 所述乳化反应的温度为50°C?150°C，具体为90°C?100°C。
[0023] 所述乳化反应的时间为5min?20min。
[0024] 所述乳化反应的次数为2次?4次。
[0025] 所述揽拌的转速为lOOOrpm?2000rpm。
[0026] 所述搅拌的时间为0? 5h?3h，具体为lh。
[0027] 本发明的另一个目的在于提供一种由所述制备方法制备得到的纳米蜡乳液。
[0028] 所述纳米蜡乳液为阴离子型。
[0029] 所述纳米錯乳液中纳米錯的粒径为50nm?150nm。
[0030] 本发明再一个目的在于提供一种所述纳米蜡乳液在制备墨粉方面的应用。
[0031] 所述墨粉为彩色墨粉。
[0032] 所述应用为在常规聚集-融合法制备彩色墨粉方面的应用。
[0033] 所述常规聚集_融合法的基本过程为：首先利用乳液聚合法制备树脂球的水基乳 浆，再分别制备水介质的颜料、蜡分散液（即蜡乳液）和电荷调节剂，将上述各原料组分混 合搅拌均匀，通过调节体系pH值或离子强度，诱导粒子相互接近，逐步汇聚成团簇，加热使 团簇长大，达到所需要的尺寸时再加入其它表面活性剂以限制其进一步增长，在树脂玻璃 化温度Tg之上进行加热，促使疏松团簇粘合形成致密结构团粒；收集、干燥和添加其他可 接受的必要成份，得到墨粉。
[0034] 与现有技术相比，本发明具有如下优点，通过采用剂在油中法，将蜡和高HLB值表 面活性剂（便于形成稳定的水包油即0/W结构）均匀混合，使蜡均匀稳定地分散在水相中， 而非有机相溶剂中，避免了环境污染，且具有安全、高效、经济和使用方便等优点；所制备 阴离子型纳米蜡乳液能稳定存放，且通过调节pH值能使其发生聚集形成团簇，进而破乳析 出，便于做墨粉中包裹蜡，将其应用于聚集-融合法中可获得高收率且能满足高品质激光 打印或静电复印要求（如增亮和脱膜）的彩色墨粉。
【具体实施方式】
[0035] 下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此，凡在本 发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范 围之内。
[0036] 下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如 无特殊说明，均可从商业途径获得。
[0037] 实施例一：纳米蜡乳液的制备
[0038] 在500毫升反应釜内，加入20克聚乙烯蜡（型号为中0以\^狀@'400，熔点1^81°〇、 1克平平加0-20和2克十二烷基苯磺酸钠，加热至95°C，搅拌（500rpm) 2小时至完全混合 均匀；
[0039] 再缓慢加入含1克十二烷基苯磺酸钠的去离子水175毫升，在100°C下用乳化机 (lOOOOrpm)处理，乳化两次，每次5min，然后强力搅拌（1000rpm)l小时，快速冷却至室温， 防止蜡液滴在高温下聚集，可得到稳定的纳米蜡乳液，用马尔文激光粒度仪测得其平均粒 径为90nm，固含量为10wt. %，将所制备得到的纳米蜡乳液静置放置15天后，纳米蜡乳液不 会出现分层现象，能稳定存在，且纳米蜡乳液粒径分布均匀，粒径分布较窄。
[0040] 实施例二：纳米蜡乳液的制备
[0041] 在500毫升反应釜内，加入40克蜂蜡（熔点MP63°C)、1.5克平平加0-20、2克月 桂基硫酸钠和0. 5克司班80,加热至90°C，搅拌（600rpm) 1小时至完全混合均勻；
[0042] 再缓慢加入含1克月桂基硫酸钠的去离子水155毫升，在90°C下用乳化机 (20000rpm)处理，乳化两次，每次5min，然后强力搅拌（2000rpm)l小时；使其快速冷却至室 温，防止蜡液滴在高温下聚集，可得稳定的纳米蜡乳液，用马尔文激光粒度仪测得平均粒 径为100nm，固含量为20wt. %。将所制备得到的纳米蜡乳液静置放置15天后，纳米蜡乳液 不会出现分层现象，能稳定存在，且纳米蜡乳液粒径分布均匀，粒径分布较窄。
[0043] 实施例三：黑色墨粉的制备
[0044] 在500毫升的压力反应釜内，加入实施例二所制备的纳米蜡乳液（15克， 20wt. %)，树脂乳液（150克，20wt. %，市购商品）、碳黑水基分散液（40克，15wt. %，市购 商品）以及电荷调节剂水杨酸锌水基分散液（5克，10wt. %，市购商品），再加含1克十二烷 基苯磺酸钠的去离子水1〇〇克，混合搅拌均勻；
[0045] 调节体系的pH值至大约1，并加热到60°C，强力搅拌（5000rpm)2小时，升高温度 至95°C搅拌5小时；冷却、过滤、洗涤、晾干，得到墨粉（粉粒近球形，平均粒径为8ym)，再 加入为墨粉质量2%的流动性增强剂（如：20nm改性二氧化硅，商品型号为德固赛Aerosilu) 202)等外添加剂，得到适用于激光打印或静电复印的黑色墨粉。
[0046] 采用如上实施例三的制备方法，分别用黄色颜料（如：颜料黄-83)、品色颜料 (如：颜料红-122)或青色颜料（如：酞菁酮）分散液替换黑色颜料分散液（如：实施例三 中的碳黑水基分散液），可得到适用于彩色激光打印的黄、品或青色墨粉。
【权利要求】
1. 一种纳米蜡乳液的制备方法，包括如下步骤： 1) 将蜡和表面活性剂加热至蜡的熔点以上后，然后搅拌至蜡和表面活性剂混合均匀； 所述表面活性剂为阴离子表面活性剂或阴离子表面活性剂和中性表面活性剂按照质量比 为（2:1)?（8:1)组成的混合物； 2) 再向步骤1)的体系中加入表面活性剂的水溶液并进行乳化反应，乳化反应结束后 继续搅拌直至体系冷却至室温，即得所述纳米蜡乳液。
2. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述蜡选自如下至少一种：聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、天然蜡、酯蜡和棕榈蜡； 所述天然蜡为蜂蜡； 所述酯錯为科莱恩Li cowax E錯； 所述棕榈蜡为巴西棕榈蜡。
3. 根据权利要求1或2所述制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述表面活性剂的亲 水疏水平衡值为10?30 ; 所述表面活性剂选自如下至少一种：脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、月桂基硫 酸钠、山梨醇酐单油酸酯和油酸钠。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述制备方法，其特征在于：所述蜡和表面活性剂的质 量比为（3:1)?（10:1); 所述蜡的熔点为50°C?130°C ; 所述加热至蜡的熔点以上为加热至高于所述蜡熔点l〇°C?40°C ; 所述搅拌的转速为l〇〇rpm?1500rpm ; 所述搅拌的时间为lh?2h。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述表面活性 剂选自阴离子表面活性剂和/或中性表面活性剂，具体选自如下至少一种：十二烷基苯磺 酸钠、月桂基硫酸钠、油酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、山梨醇酐单油酸酯和油酸钾； 所述表面活性剂的水溶液中表面活性剂的质量分数为〇. 1 %?3 % ; 所述表面活性剂的水溶液质量与步骤1)中所述蜡和表面活性剂的质量之和的比为 (3:1)?（10:1)。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述乳化反应 是用乳化机实现的，所述乳化机的转速为l〇〇〇〇rpm?20000rpm ; 所述乳化反应的温度为50°C?150°C ; 所述乳化反应的时间为5min?20min ; 所述乳化反应的次数为2次?4次； 所述搅拌的转速为l〇〇〇rpm?2000rpm ; 所述搅拌的时间为〇. 5h?3h。
7. -种由权利要求1-6中任一项所述制备方法制备得到的纳米蜡乳液。
8. 根据权利要求7所述纳米蜡乳液，其特征在于：所述纳米蜡乳液为阴离子型； 所述纳米錯乳液中纳米錯的粒径为50nm?150nm。
9. 权利要求7或8所述纳米蜡乳液在制备墨粉方面的应用。
10. 根据权利要求9所述应用，其特征在于：所述墨粉为彩色墨粉； 所述应用为在常规聚集-融合法制备彩色墨粉方面的应用。
【文档编号】G03G9/08GK104330960SQ201410558852
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月20日 优先权日:2014年10月20日
【发明者】樊新衡, 李刚, 续守民, 杨联明 申请人:中国科学院化学研究所