一种粉状亲水炭黑的制备方法

本发明涉及炭黑材料，尤其涉及一种粉状亲水炭黑的制备方法。

背景技术：

1、炭黑是烃类化合物在高温下裂解环化形成的一种纳米粒子团聚体。与其它有机或无机颜料相比，它的生产原料来源丰富，销售价格低，并且具有黑度值高、着色性能好、化学性质稳定等优点。因此，炭黑常作为印刷油墨、涂料、油漆、塑料和喷墨的材料。

2、近年来，绿色环保的理念深入人心，用水代替有机溶剂作为分散介质越来越受到关注。涂料、颜料、油漆等产品在生产过程中都需要使用大量的溶剂作为分散剂，如果用水作为分散介质，则从生产到使用，产品的整个生命周期均有利于环境的健康发展。这些领域都有大量的炭黑衍生品，亲水炭黑对整个行业的绿色发展极为重要。此外，高分散的产品在使用过程也高效便捷。由此可见，水性炭黑具有广阔的应用前景。

3、现阶段，改善炭黑亲水性的主要方法有添加分散剂、氧化改性、水溶性高分子接枝和聚合物包覆法。包覆改性方法是指通过相分离法或表面聚合等方法，将带有亲水基团的聚合物包覆在炭黑表面，从而增加炭黑与水分子的亲和性。本发明采用的是聚合物包覆改性，旨在炭黑表面包覆一层亲水聚合物，使改性炭黑在水中具有良好的分散性和稳定性。

4、中国发明专利cn106497151a利用富含氨基酸的发酵液，在富含微生物的沼气液共同作用下对炭黑表面改性，干燥得到高分散炭黑。然而，该发酵过程漫长、程序繁琐，生产效率低下。

5、中国发明专利cn109206677a通过对超支化聚合物的支链末端进行改性，合成一种支链末端带双键的超支化聚合物，再将其接枝到炭黑表面得到水性炭黑。然而超支化聚合物合成工艺复杂，成本较高，难以应用于工业生产领域。

6、为此，对比类似改性方法，寻找合适的亲水聚合物包覆在炭黑表面已成为研究的焦点之一。

技术实现思路

1、为解决炭黑亲油憎水的问题，满足绿色环保的理念。本发明提供了一种粉状亲水炭黑的制备方法。本发明采用一种及多种表面活性剂对炭黑进行包覆，在炭黑表面形成一层亲水聚合物，提高了炭黑在水中的分散性和稳定性。

2、本发明提供了一种粉状亲水炭黑的制备方法。

3、包括：

4、(1)称取定量的炭黑和表面包覆剂；

5、(2)将炭黑和表面包覆剂按比例混合，混合后的物料加入至高速搅拌器内搅拌；

6、(3)通过高速搅拌器搅拌提供的强剪切力，使得表面包覆剂充分包覆在炭黑颗粒表面，得到亲水炭黑粉体；

7、(4)改变步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)各类参数，得到高品质亲水炭黑粉体。

8、其步骤(1)中，炭黑包括炉法炭黑和商业型非亲水性炭黑的至少一种，炉法炭黑和商业型非亲水性炭黑包括n110、n115、n110原生粉和n115原生粉中的至少一种。

9、其步骤(1)中，表面活性剂包括阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂中的至少一种，阴离子表面活性剂包括akn-2290和akn-255中的至少一种；非离子表面活性剂包括akn-2263、akn-2070、akn-20761和平平加中的至少一种，平平加包括o-5、o-10、o-15、o-20、o-25、o-30和o-35中的至少一种。

10、其步骤(2)，炭黑与表面活性剂的混合质量比为1：(0.05～1)。

11、其步骤(3)中，高速搅拌器转速为4000～32000r/min，高速搅拌的时间为2min～16min。

12、其步骤(4)中，改变各类参数包括：炭黑原材料、炭黑与表面活性剂比例、表面活性剂种类、搅拌速率和搅拌时间。

13、工作原理和有益效果：本发明通过简单的物理剪切作用，成功将包覆剂覆盖在炭黑表面。相比较其他工艺(例如氧化改性、水溶性高分子接枝等等)，本发明工艺简单，操作便捷，符合绿色环保生态理念

技术特征：

1.一种粉状亲水炭黑的制备方法，主要包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述一种粉状亲水炭黑的的制备方法，其特征在于，所述炭黑包括n110、n115、n110原生粉和n115原生粉中的至少一种。

3.根据权利要求1所述一种粉状亲水炭黑的的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂包括阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂中的至少一种。

4.根据权利要求3所述一种粉状亲水炭黑的的制备方法，其特征在于，所述阴离子表面活性剂包括akn-2290和akn-255中的至少一种；所属非离子表面活性剂包括akn-2263、akn-2070、akn-20761和脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种。

5.根据权利要求4所述一种粉状亲水炭黑的的制备方法，其特征在于，所述脂肪醇聚氧乙烯醚包括o-3、o-5、o-8、o-10、o-15、o-20、o-25、o-30和o-35中的至少一种。

6.根据权利要求2或3任意一项所述的一种粉状亲水炭黑的的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中炭黑与表面活性剂的质量比为1：(0.05-1)。

7.根据权利要求1所述一种粉状亲水炭黑的的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中高速搅拌器的转速为4000-32000r/min。

8.根据权利要求1所述一种粉状亲水炭黑的的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中高速搅拌器的搅拌时间为2min-30min。

9.根据权利要求1所述一种粉状亲水炭黑的的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中优化工艺主要包括：炭黑原材料、炭黑与表面活性剂比例、表面活性剂种类、搅拌速率和搅拌时间的调整。

技术总结
本发明公开了一种亲水炭黑粉体的制备方法。所述方法包括：(1)称取定量的炭黑和表面包覆剂；(2)将炭黑和表面包覆剂按比例混合，混合后的物料加入至高速搅拌器内搅拌；(3)通过高速搅拌器搅拌提供的强剪切力，使得表面包覆剂充分包覆在炭黑颗粒表面，得到亲水炭黑粉体。本发明利用表面包覆剂的亲水性，旨在炭黑表面包覆一层亲水聚合物，解决了原生炭黑在水溶剂中难分散问题，使炭黑在水中具有良好的分散性和稳定性。

技术研发人员：冯绍杰,周锋锐,吴葆松,周牛虎,项羽,徐强,刘飞翔
受保护的技术使用者：安徽建筑大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13