高结构炭黑的制作方法
【技术领域】
[0001] 本文中公开高结构炭黑、制备方法、及其表面处理。还公开包含这样的炭黑的分散 体和喷墨油墨组合物。
【背景技术】
[0002] 存在对于新型炭黑材料的持续不断的需要以提升在许多应用中的性能。例如，在 喷墨印刷中，制造商寻求印刷产品的改善的光学密度，特别是当新的纸张类型和印刷机被 开发时。
【发明内容】
[0003] -个实施方式提供具有下列性质的炭黑：
[0004] OAN 彡 170mL/100g ;和
[0005] 范围为 160-220m2/g 的 STSA。
[0006] 另一实施方式提供具有下列性质的炭黑：
[0007] OAN 彡 170mL/100g ;和
[0008] 范围为 0· 7-1 的 STSA/BET 之比。
[0009] 另一实施方式提供具有下列性质的炭黑：
[0010] OAN ^ 170mL/100g ；
[0011] 范围为 160-220m2/g 的 STSA ;和
[0012] 范围为190-275m2/g的BET表面积。
[0013] 另一实施方式提供具有下列性质的炭黑：
[0014] OAN ^ 170mL/100g ；
[0015] BET 表面积多 150m2/g ;和
[0016] 至少 130m2/g 的 COAN。
[0017] 另一实施方式提供将颜料氧化的方法，包括在将包含所述颜料的含水分散体保持 在至少8. 5的pH的同时向所述含水分散体添加臭氧。
[0018] 另一实施方式提供具有循环通路的用于将颜料氧化的臭氧反应器组件，包括：
[0019] 用于容纳和搅动包含颜料的分散体的储存器，含水分散体与pH探针和用于将碱 递送到所述分散体的第一泵是流体连通的；
[0020] 用于抽出所述含水分散体并将其通过第一软管（hosing)递送到文丘里管的与所 述储存器呈流体连通的第二泵，其中所述含水分散体通过所述文丘里管的收缩区域；
[0021] 经由在所述收缩区域处或其上游的入口与所述文丘里管呈气体连通的臭氧源，其 中所述臭氧在通过所述收缩区域的同时接触所述颜料；和
[0022] 用于将包括臭氧和所述含水分散体的混合物运送到所述储存器的第二软管。
【附图说明】
[0023] 图1为二级炭黑反应器的前端的横截面示意图；和
[0024] 图2为臭氧反应器组件的示意图。
【具体实施方式】
[0025] 本文中公开高结构炭黑。
[0026] 在一个实施方式中，所述炭黑为槽黑、炉黑和灯黑。在一个实施方式中，本文中公 开的炭黑为炉黑。在一个实施方式中，用于制备炉黑炭黑的反应器为多级反应器，例如在美 国专利No. 7, 829, 057或美国公布No. 2007/0104636中描述的那些，将其公开内容通过参考 引入本文中。如本文中使用的，"多级反应器"装备有两个或更多个原料注射位置，其中随后 的注射位置位于第一注射位置的下游。
[0027] 图1为炭黑反应器2的前端的横截面示意图。反应器2包括燃烧腔室10,在燃烧 腔室10中，燃烧气体（液体或气体燃料）与氧化剂（包括，例如，氧气、空气）混合并通过 本领域中已知的任何方法引燃。引燃的气体流动通过截头圆锥体形过渡区段11以使直径 收敛至包括许多管状部分的大体上为隧道状的区段12。原料注射端口位于区段12的前部 和末端管状部分14A和14B内，其中末端部分14B位于部分14A的下游。典型地，按每个部 分14A和14B，超过一个注射入口端口沿圆周布置。在前部和末端部分14A和14B之间是一 个或多个间隔过渡管道-图1说明两个间隔管道部分16A和16B，尽管可使用一个间隔管 道、或者三个或更多个间隔管道，这取决于所期望的炭黑性质。
[0028] 在图1的构造中，在燃烧腔室10处引燃燃料并将所得流动物引导至隧道状区段 12,在隧道状区段12处，所述燃料接触在前部管道部分14A处的第一注射的原料注射。随 后的通过间隔管道16A和16B的流动物容许晶种炭黑粒子的形成，所述晶种炭黑粒子然后 接触在管道部分14B处引入的第二原料装料。气体/炭黑粒子混合物然后在耐火材料18 处骤冷。所述骤冷典型地通过在骤冷位置20处喷水进行，骤冷位置20与区段12的距离可 改变。该构造，例如尺寸和间隔管道的数量，容许经由较小的晶种或前体炭黑粒子制造高结 构、高度支化的炭黑粒子。
[0029] 一个实施方式提供具有下列性质的炭黑：
[0030] OAN 彡 170mL/100g ;和
[0031] 范围为 160-220m2/g 的 STSA。
[0032] 另一实施方式提供具有下列性质的炭黑：
[0033] OAN 彡 170mL/100g ;和
[0034] 范围为 0· 7-1 的 STSA/BET 之比。
[0035] 在一个实施方式中，所述炭黑可用作颜料，例如喷墨油墨组合物中的颜料。在印刷 应用中，存在开发当沉积在基底例如纸张上时产生具有高的光学密度（O.D.)的印刷产品 的颜料和油墨配制物的持续不断的需要。经常地，高的O.D.与较大尺寸的粒子相关联，因 为这些具有较小的渗透纸张的孔的倾向。然而，较大尺寸的粒子通常趋向于较差的沉降性 能，这对于喷墨油墨配制物的长期储存（例如在墨盒中）是不利的性质。已发现较大的吸 油值（OAN)和STSA值（例如，在BET表面积值的范围内）的组合可实现在0. D.和沉降之 间的平衡。
[0036] 在一个实施方式中，所述 OAN 范围为 170-220m2/g，例如，170-210m2/g，180-220m2/ g，180-210m2/g，190-220m2/g，或 190-210m2/g。OAN 可根据 ASTM-D2414 测定。不希望受任 何理论束缚，认为所公开的OAN值在实现高的光学密度值方面可为重要的因素。
[0037] 在一个实施方式中，所述STSA范围为160-220m2/g，例如，160-210m 2/g，且在一些 应用中，所述 STSA 范围为 170-220m2/g，170-210m2/g，180-220m2/g，或 180-220m2/g。
[0038] 另一实施方式提供具有下列性质的炭黑：
[0039] OAN 彡 170mL/100g ;和
[0040] 范围为 160-220m2/g 的 STSA ;和
[0041] 范围为190-275m2/g的BET表面积。
[0042] 不希望受任何理论束缚，认为高的STSA值和一定范围的BET表面积实现良好的沉 降性能，如由较低的沉降速率（％，如通过实施例6的方法所测定的）所指示的。在一个实 施方式中，所述BET表面积范围为200-270m 2/g，例如表面积范围为200-260m2/g。所述BET 表面积可根据ASTM-D6556测定。
[0043] 另一实施方式涉及如下发现：良好的印刷和沉降性能可利用具有如由范围为 0. 7-1的STSA/BET之比决定的低的内部体积的炭黑实现。1的STSA/BET之比代表当所述 炭黑基本上不具有内部孔隙率时的极限。在另一实施方式中，该STSA/BET比率范围对于引 入导电炭黑的应用可为有用的。
[0044] 在一个实施方式中，STSA/BET之比范围为0. 7-0. 9，或STSA/BET之比范围为 0.7-0. 8。在另一实施方式中，STSA/BET之比范围为0.8-1或0.9-1。在一个实施方式中， 范围为〇. 7-1的STSA/BET之比通过使在炭黑形成期间的蚀刻最小化而实现。在一个实施 方式中，所述炭黑可具有本文中公开的STSA和/或BET值。
[0045] 在一个实施方式中，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 的压缩 OAN(COAN)，或范围为 120-145m2/g 的 C0AN。
[0046] 在一个实施方式中，所述炭黑具有范围为1. 30-1. 50例如1. 30-1. 45的0AN/C0AN 之比。
[0047] 本文中公开的炭黑在例如喷墨商业印刷（大或宽版式印刷、工业印刷）的应用中 可为有用的。与办公室印刷机形成对照，商业印刷机具有在多英尺或多米范围内的整体尺 寸。这些印刷机中的一些可采用具有用于使分散体稳定的搅拌器组件的油墨墨盒。在这样 的墨盒中，固体物的沉降速率不是如在办公室印刷机中那样的重要因素。因此，另一实施方 式提供具有高的OAN和COAN值的高结构炭黑。在一个实施方式中，炭黑具有下列性质：
[0048] OAN 彡 170mL/100g ;
[0049] BET 表面积彡 150m2/g ;和
[0050] 至少 130m2/g 的 C0AN。
[0051] 在另一实施方式中，炭黑具有下列性质：
[0052] OAN 彡 170mL/100g ;
[0053] BET 表面积多 150m2/g ;和
[0054] 范围为 130-145m2/g 的 COAN。
[0055] 在一个实施方式中，所述 OAN 范围为 180-220m2/g，180-210m2/g，190-220m2/g，或 190-210m 2/g。在一个实施方式中，所述 BET 表面积范围为 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。在一个实施方式中，所述OAN/COAN比率范围为I. 30-1. 50,例如， L 30-1. 45。在一个实施方式中，所述 STSA 范围为 130m2/g-220m2/g，例如，130m2/g-200m 2/ g°
[0056] 另一实施方式涉及包括本文中公开的炭黑的分散体。所述分散体可为含水的或非 水的。在一个实施方式中，处理