本发明涉及炭黑技术领域，特别是涉及了一种免研磨炭黑的制备方法及其应用。
背景技术：
现有的炭黑是以粒子形态分散于所用的基料并对其着色的。为充分发挥颜料的着色力、鲜艳度、光泽等使用性能，必须尽可能使炭黑粒子呈微细、均匀、稳定的状态分散于基料中。市售炭黑常呈粉状聚集体的形态，粒子的粒度达上百微米，这就必然要求在使用前采用物理或化学的方法，使颜料粒子微细化，控制在所需的粒度范围内，并达到分散的目的。在生产中通常采用机械研磨分散的方法，使炭黑粒子微细化应用的时候，需借助于外力（经过三辊机或者砂磨机研磨），对炭黑进行颗粒的粉碎，使颗粒细度达到最终产品应用要求的颗粒粒径程度。但是，采用机械研磨分散的方法对现有的炭黑进行处理存在下述缺陷：（一）研磨工艺复杂：由于在研磨中需要对研磨设备、研磨介质、介质填充率、研磨设备冷却系统温度进行选择，导致研磨工艺复杂；（二）研磨设备昂贵：涂料进行研磨的设备因产品要求不同，价格从几万到几十万不等；（三）要经过培训的熟练人员才能操作：研磨岗位是从业人员需经过专业培训，专人专职从事的岗位；（四）生产效率低：研磨生产周期至少需要一天以上生产时间，随研磨量的增加，生产周期更长，人工，电费不断增加；（五）贮存性差：研磨工艺控制不当，过度研磨或者研磨细不合格导致乳胶漆在贮存过程中，由于颜料的絮凝、团聚現象不利于产品储存；（六）环境污染大：研磨过程中需要持续不断的冷却水进行冷却，对水环境有污染；研磨过程有分散介质挥发，对大气污染；（七）配方设计不灵活：研磨对生产量有一定要求，一次生产量需100公斤以上，对于应用较少的产品，不能做到适量生产。
技术实现要素：
为了弥补已有技术的缺陷，本发明提供一种免研磨炭黑的制备方法及其应用。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种免研磨炭黑的制备方法，其是将炭黑原材料经过负压方式吸入粉碎仓，由高压空气进行气流粉碎至炭黑的细度达到纳米级。
采用上述制备方法得到的炭黑达到纳米级别，不会聚合、吸潮，与空气不会发生化学反应，具有粘度适中，高黑色度，光泽度高、流动性好、易分散、无需研磨等诸多优点。与现有传统炭黑相比，免研磨炭黑在一般的分散状态下即能迅速的达到均匀分散，省略了研磨工艺过程，在保证产品性能的前提下，节约生产时间，节约生产所需的人工，降低生产制作成本。
发明人在实践中发现，当把该免研磨炭黑作为颜料应用到乳胶漆等涂料中时，对炭黑微粒分散要作的功（研磨等工序）减少，可迅速把炭黑微粒分散均匀，最终达到理想的均匀分散状态，具有极佳的黑度和着色力。
一种乳胶漆，其包括由上述制备方法制备得到的免研磨炭黑。
进一步地，所述乳胶漆主要由如下重量份的原料制成：免研磨炭黑25-35份、基料200-220份、水300-400份、分散剂5-20份、润湿剂2-10份、填料300-500份、消泡剂1-5份、增稠剂2-8份、流平剂1-3份、抗菌剂1-8份。
进一步地，所述消泡剂为聚硅氧烷混合物类消泡剂或有机硅类消泡剂。使得制备乳胶漆过程中，乳液分散速度快，消泡快，抑泡时间长。
进一步地，所述分散剂为聚丙烯酸铵盐类分散剂和聚羧酸钠盐类分散剂的至少一种。具有极佳的分子量及相当窄的分子量分布，与整个乳胶漆体系的相容性很好，在物料表面均匀形成吸附双电层，减小颜料粒子二次絮凝的趋势，从而提高了乳胶漆的储存稳定性。
进一步地，所述流平剂为聚二甲基硅氧烷、聚醚改性有机硅氧烷、聚酯改性有机硅氧烷中的一种或者多种。流平剂能够有效降低面漆的表面张力，提高流平性和均匀性，进而使得漆料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。
进一步地，所述填料为轻质碳酸钙、重质碳酸钙、滑石粉中的一种或多种。
进一步地，所述润湿剂为二异丁基萘磺酸钠。
进一步地，所述增稠剂选自羧甲基纤维素、硝基纤维素。
进一步地，所述基料为硅改性丙烯酸酯乳液、水性丙烯酸改性环氧树脂和改性大豆油以质量比3:2:1的混合物。
乳胶漆是水分散性涂料，它是以合成树脂乳液为基料，填料经过研磨分散后加入各种助剂精制而成的涂料。乳胶漆具备了与传统墙面涂料不同的众多优点，如易于涂刷、干燥迅速、漆膜耐水、耐擦洗性好等。在我国，人们习惯上把合成树脂乳液为基料，以水为分散介质，加入颜料、填料和助剂，经一定工艺过程制成的涂料，叫做乳胶漆，也叫乳胶涂料。
现有技术中，乳胶漆大多采用多种配方消除有害有机物，发明人在实践中发现，将免研磨炭黑作为乳胶漆的颜料时，采用现有乳胶漆的配方在提高环保性能的同时，相应的降低了乳胶漆的其他使用性能，如稳定性、耐候性性能等等。因此，为了进一步改善以免研磨炭黑作为颜料的乳胶漆的性能，本发明还对乳胶漆的配方进行改进。目前，乳胶漆的基料主要是采用丙烯酸乳液，其稳定性好、耐候性好、流变性能佳，但是其成膜温度高，抗回粘性能、耐水性和附着力都不理想。因而，本发明参照cn107556425a公开的方法对丙烯酸树脂进行改性，获得的硅改性丙烯酸酯乳液具备良好的耐水性能、耐热性能和耐候性能。但是本发明人在实践中发现，仅以硅改性丙烯酸酯乳液作为乳胶漆的基料，涂膜硬度不高，抗冲击不强、光泽等性能指标上还达不到要求，基于此，本发明人经过大量研究发现，在硅改性丙烯酸树脂的基础上增加水性丙烯酸改性环氧树脂和改性大豆油，改善了材料固化后的组织结构和交联方式，提高涂膜的硬度、抗冲击力，涂膜表面具有较好的光泽，还具有优良的耐水性能、耐热性能和耐候性能。
本发明中，硅改性丙烯酸酯乳液、水性丙烯酸改性环氧树脂和改性大豆油三者混合后分子链之间相互缠结，协同作用，与单一原料相比，更有助于形成连整性好的涂膜，涂装性、成膜性好，不需要添加任何成膜助剂即能较好成膜，涂膜光亮，具有优异的机械性能、耐水以及耐候等特性。
进一步地，所述水性丙烯酸改性环氧树脂的制备方法为：将环氧树脂溶解于丙二醇中，加热升温后将过氧化苯甲酰和丙烯酸单体一同缓慢滴加至环氧树脂溶液中，进行接枝反应；反应2-5h后，降温并加入ph调节剂，将ph值调节至7-9，得水性丙烯酸改性环氧树脂。
进一步地，所述改性大豆油的制备方法为：将大豆油、苯酐和顺丁烯二酸酐混合均匀，升温至160-170℃，保温25-35min，然后继续升温至182-188℃，保温15-25min，接着继续升温至190-200℃，保温1-3h，然后降至室温得到改性大豆油。
本发明中硅改性丙烯酸酯乳液的制备方法具体参见cn107556425a，即：硅改性丙烯酸酯乳液包括以下按重量份计的组分：甲基丙烯酸甲酯25-30份、丙烯酸丁酯20-25份、丙烯酸0.5-1.5份、硅改性剂1-2.5份、引发剂0.1-0.4份、乳化剂1-2.5份、ph缓冲剂0.1-0.3份、ph调节剂0.1-0.3份、水34-51.2份；制备方法包括以下步骤：（1）将乳化剂、ph缓冲剂与13.7-20.5份水加入反应容器中，搅拌升温至60-65℃；（2）加入1/10体积的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的混合单体和3/10体积由0.1-0.4份引发剂与20.6-30.8份水制得的引发剂水溶液，待体系出现蓝相后，继续保温25-35min；（3）将剩余的混合单体与硅改性剂混合均匀形成a组分，将a组分与剩余的引发剂水溶液同时均匀的滴加到反应容器中；（4）待步骤（3）完成后，将反应物的温度升高至68-70℃，熟化反应；（5）将步骤（4）处理的反应物降至室温，然后加入正硅酸乙酯，继续反应10-14h；（6）加入ph调节剂调节ph为7-8，用200目的滤网过滤后，即得硅改性丙烯酸酯乳液。
进一步地，所述抗菌剂由柠檬精油、香樟精油、茶树精油、改性膨胀珍珠岩以质量比10-15:20-25:8-12:40-45混合制成。
进一步地，还包括香豆粉2-4份、魔芋淀粉4-6份。
本发明人从众多的植物精油中进行筛选，将柠檬精油、香樟精油和茶树精油进行复配后，相较于单一的柠檬精油、香樟精油和茶树精油，不仅可显著提高除菌抗菌的能力，还会产生一种无毒副作用的清香味道，可舒缓神经、修身养性，对人体的中枢神经系统、消化系统、呼吸系统、循环系统有一定的功效。
本发明在原料中添加植物精油组分，原料天然环保，无毒无害。但是，直接添加植物精油，其抗菌效果不持久，本发明中，配合改性膨胀珍珠岩，利用植物精油亲油性疏水性的性质，在搅拌下使植物精油迁移至改性膨胀珍珠岩内部，形成包埋结构，实现了植物精油的缓释，降低了挥发性，使得乳胶漆的香气宜人，抗菌效果良好且持久。而且改性膨胀珍珠岩承载力好，颜料的展色性好，还能够增加涂膜的机械强度。
但是，由于包埋有植物精油的改性膨胀珍珠岩的疏水性，导致其在水中分散性较差，与乳胶漆的相容性不好。发明人经过大量研究发现，添加香豆粉和魔芋淀粉，在高温下溶于水后具有较强的包覆能力，能够对包埋有植物精油的改性膨胀珍珠岩进行包裹并辅助其进行分散，而且添加的香豆粉和魔芋淀粉能够提升乳胶漆的平滑性和成膜性。
所述改性膨胀珍珠岩的制备方法为：将膨化珍珠岩粉碎过筛，得细化膨化珍珠岩，将细化膨胀珍珠岩于温度为120-160℃的条件下保温3-3.5小时，冷却至室温后与硬脂酸锌的无水乙醇溶液混合，加热至65-70℃，反应0.5-1小时，再升温至90-95℃除去无水乙醇，得到改性膨胀珍珠岩。
进一步地，还包括复合纳米负离子粉1-3份，所述复合纳米负离子粉由麦饭石粉和改性竹炭粉以质量比2:1混合而成。
现有技术中，已有关于麦饭石粉运用在建筑涂料的报道，但是实际应用中，需要产生负离子的麦饭石粉添加量大才能发挥负离子作用，室内环境改善并不明显。本发明中以麦饭石粉和改性竹炭粉复配，具有极好的吸附能力，能在原料添加量少的基础上持续高效释放负离子，净化空气中有毒有害气体。
进一步地，所述改性竹炭粉的制备方法为：将竹炭粉碎且过300-400目筛，放入冰醋酸溶液中浸泡3-5h后，取出，过滤，去离子水洗涤，然后再加入季戊四醇，在室温下搅拌混合2个小时，然后干燥、研磨，得改性竹炭粉，其中，所述季戊四醇与竹炭的质量比为1：2。
进一步地，所述乳胶漆的制备方法为：
（1）按照配方称取各组分；（2）在搅拌环境中，转速300-500转/分钟，依次加入水、基料、润湿剂、抗菌剂，并搅拌均匀；（3）升温至80-100℃，在搅拌条件下将过100目筛的香豆粉、过100目筛的魔芋淀粉在5-15min内匀速添加到步骤（2）中的物料中，降温至30-40℃；（4）加入剩余组分，真空状态下分散到50微米以下。
本发明具有如下有益效果：
本发明中，采用上述制备方法得到的炭黑达到纳米级别，不会聚合、吸潮，与空气不会发生化学反应，具有粘度适中，高黑色度，光泽度高、流动性好、易分散、无需研磨等诸多优点。与现有传统炭黑相比，免研磨炭黑在一般的分散状态下即能迅速的达到均匀分散，省略了研磨工艺过程，在保证产品性能的前提下，节约生产时间，节约生产所需的人工，降低生产制作成本。
本发明将免研磨炭黑作为颜料应用于乳胶漆中，通过对乳胶漆中各原料组份的改进，使得涂膜表面光滑致密、耐水性好、不易脱落；并且，该乳胶漆抗菌、防霉变，使用寿命长；耐候性好、硬度高、抗冲击，使用方便。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
下述实施例中硅改性丙烯酸酯乳液均参照cn107556425a公开的方法制备得到。
实施例1
一种乳胶漆，主要由如下重量份的原料制成：免研磨炭黑28份、基料205份、水360份、分散剂15份、润湿剂8份、填料350份、消泡剂2份、增稠剂6份、流平剂3份、抗菌剂3份。
其中，所述免研磨炭黑的制备方法为：将炭黑原材料经过负压方式吸入粉碎仓，由高压空气进行气流粉碎至炭黑的细度达到5-6nm。
所述消泡剂为聚硅氧烷混合物类消泡剂；所述分散剂为聚丙烯酸铵盐类分散剂；所述流平剂为聚二甲基硅氧烷；所述填料为轻质碳酸钙；所述润湿剂为二异丁基萘磺酸钠；所述增稠剂选自羧甲基纤维素。
所述基料为硅改性丙烯酸酯乳液、水性丙烯酸改性环氧树脂和改性大豆油以质量比3:2:1的混合物。
其中，所述水性丙烯酸改性环氧树脂的制备方法为：将环氧树脂溶解于丙二醇中，加热升温后将过氧化苯甲酰和丙烯酸单体一同缓慢滴加至环氧树脂溶液中，进行接枝反应；反应3h后，降温并加入ph调节剂，将ph值调节至8，得水性丙烯酸改性环氧树脂；所述改性大豆油的制备方法为：将大豆油、苯酐和顺丁烯二酸酐混合均匀，升温至165℃，保温30min，然后继续升温至185℃，保温20min，接着继续升温至195℃，保温2h，然后降至室温得到改性大豆油。
所述抗菌剂由柠檬精油、香樟精油、茶树精油、改性膨胀珍珠岩以质量比12:23:10:42混合制成。
所述改性膨胀珍珠岩的制备方法为：将膨化珍珠岩粉碎过筛，得细化膨化珍珠岩，将细化膨胀珍珠岩于温度为140℃的条件下保温3小时，冷却至室温后与硬脂酸锌的无水乙醇溶液混合，加热至68℃，反应0.8小时，再升温至92℃除去无水乙醇，得到改性膨胀珍珠岩。
所述乳胶漆的制备方法为：
（1）按照配方称取各组分；（2）在搅拌环境中，转速300-500转/分钟，依次加入水、基料、润湿剂、抗菌剂，并搅拌均匀；（3）加入剩余组分，真空状态下分散到50微米以下。
实施例2
一种乳胶漆，主要由如下重量份的原料制成：免研磨炭黑25份、基料200份、水300份、分散剂5份、润湿剂2份、填料300份、消泡剂1份、增稠剂2份、流平剂1份、抗菌剂1份、香豆粉2份、魔芋淀粉4份、复合纳米负离子粉1份。
其中，所述免研磨炭黑的制备方法为：将炭黑原材料经过负压方式吸入粉碎仓，由高压空气进行气流粉碎至炭黑的细度达到5-6nm。
所述消泡剂为有机硅类消泡剂；所述分散剂为聚羧酸钠盐类分散剂；所述流平剂为聚醚改性有机硅氧烷；所述填料为重质碳酸钙；所述润湿剂为二异丁基萘磺酸钠；所述增稠剂选自硝基纤维素。
所述基料为硅改性丙烯酸酯乳液、水性丙烯酸改性环氧树脂和改性大豆油以质量比3:2:1的混合物。
其中，所述水性丙烯酸改性环氧树脂的制备方法为：将环氧树脂溶解于丙二醇中，加热升温后将过氧化苯甲酰和丙烯酸单体一同缓慢滴加至环氧树脂溶液中，进行接枝反应；反应2h后，降温并加入ph调节剂，将ph值调节至7，得水性丙烯酸改性环氧树脂；所述改性大豆油的制备方法为：将大豆油、苯酐和顺丁烯二酸酐混合均匀，升温至160℃，保温25min，然后继续升温至182℃，保温15min，接着继续升温至190℃，保温1h，然后降至室温得到改性大豆油。
所述抗菌剂由柠檬精油、香樟精油、茶树精油、改性膨胀珍珠岩以质量比10:25:8:40混合制成。
所述改性膨胀珍珠岩的制备方法为：将膨化珍珠岩粉碎过筛，得细化膨化珍珠岩，将细化膨胀珍珠岩于温度为120℃的条件下保温3小时，冷却至室温后与硬脂酸锌的无水乙醇溶液混合，加热至65℃，反应0.5小时，再升温至90℃除去无水乙醇，得到改性膨胀珍珠岩。
所述复合纳米负离子粉由麦饭石粉和改性竹炭粉以质量比2:1混合而成，所述改性竹炭粉的制备方法为：将竹炭粉碎且过300目筛，放入冰醋酸溶液中浸泡3h后，取出，过滤，去离子水洗涤，然后再加入季戊四醇，在室温下搅拌混合2个小时，然后干燥、研磨，得改性竹炭粉，其中，所述季戊四醇与竹炭的质量比为1：2。
所述乳胶漆的制备方法为：
（1）按照配方称取各组分；（2）在搅拌环境中，转速300-500转/分钟，依次加入水、基料、润湿剂、抗菌剂，并搅拌均匀；（3）升温至80-100℃，在搅拌条件下将过100目筛的香豆粉、过100目筛的魔芋淀粉在5-15min内匀速添加到步骤（2）中的物料中，降温至30-40℃；（4）加入剩余组分，真空状态下分散到50微米以下。
实施例3
一种乳胶漆，主要由如下重量份的原料制成：免研磨炭黑35份、基料220份、水400份、分散剂20份、润湿剂10份、填料500份、消泡剂5份、增稠剂8份、流平剂3份、抗菌剂8份、香豆粉4份、魔芋淀粉6份、复合纳米负离子粉3份。
其中，所述免研磨炭黑的制备方法为：将炭黑原材料经过负压方式吸入粉碎仓，由高压空气进行气流粉碎至炭黑的细度达到5-6nm。
所述消泡剂为聚硅氧烷混合物类消泡剂；所述分散剂为聚丙烯酸铵盐类分散剂；所述流平剂为聚酯改性有机硅氧烷；所述填料为滑石粉；所述润湿剂为二异丁基萘磺酸钠；所述增稠剂选自羧甲基纤维素。
所述基料为硅改性丙烯酸酯乳液、水性丙烯酸改性环氧树脂和改性大豆油以质量比3:2:1的混合物。
其中，所述水性丙烯酸改性环氧树脂的制备方法为：将环氧树脂溶解于丙二醇中，加热升温后将过氧化苯甲酰和丙烯酸单体一同缓慢滴加至环氧树脂溶液中，进行接枝反应；反应5h后，降温并加入ph调节剂，将ph值调节至9，得水性丙烯酸改性环氧树脂；所述改性大豆油的制备方法为：将大豆油、苯酐和顺丁烯二酸酐混合均匀，升温至170℃，保温35min，然后继续升温至188℃，保温25min，接着继续升温至200℃，保温3h，然后降至室温得到改性大豆油。
所述抗菌剂由柠檬精油、香樟精油、茶树精油、改性膨胀珍珠岩以质量比15:25:12:45混合制成。
所述改性膨胀珍珠岩的制备方法为：将膨化珍珠岩粉碎过筛，得细化膨化珍珠岩，将细化膨胀珍珠岩于温度为160℃的条件下保温3.5小时，冷却至室温后与硬脂酸锌的无水乙醇溶液混合，加热至70℃，反应1小时，再升温至95℃除去无水乙醇，得到改性膨胀珍珠岩。
所述复合纳米负离子粉由麦饭石粉和改性竹炭粉以质量比2:1混合而成，所述改性竹炭粉的制备方法为：将竹炭粉碎且过400目筛，放入冰醋酸溶液中浸泡5h后，取出，过滤，去离子水洗涤，然后再加入季戊四醇，在室温下搅拌混合2个小时，然后干燥、研磨，得改性竹炭粉，其中，所述季戊四醇与竹炭的质量比为1：2。
所述乳胶漆的制备方法为：
（1）按照配方称取各组分；（2）在搅拌环境中，转速300-500转/分钟，依次加入水、基料、润湿剂、抗菌剂，并搅拌均匀；（3）升温至80-100℃，在搅拌条件下将过100目筛的香豆粉、过100目筛的魔芋淀粉在5-15min内匀速添加到步骤（2）中的物料中，降温至30-40℃；（4）加入剩余组分，真空状态下分散到50微米以下。
实施例4
一种乳胶漆，主要由如下重量份的原料制成：免研磨炭黑30份、基料210份、水350份、分散剂12份、润湿剂6份、填料400份、消泡剂3份、增稠剂4份、流平剂23份、抗菌剂5份、香豆粉3份、魔芋淀粉5份、复合纳米负离子粉2份。
其中，所述免研磨炭黑的制备方法为：将炭黑原材料经过负压方式吸入粉碎仓，由高压空气进行气流粉碎至炭黑的细度达到5-6nm。
所述消泡剂为聚硅氧烷混合物类消泡剂；所述分散剂为聚丙烯酸铵盐类分散剂；所述流平剂为聚酯改性有机硅氧烷；所述填料为滑石粉；所述润湿剂为二异丁基萘磺酸钠；所述增稠剂选自羧甲基纤维素。
所述基料为硅改性丙烯酸酯乳液、水性丙烯酸改性环氧树脂和改性大豆油以质量比3:2:1的混合物。
所述水性丙烯酸改性环氧树脂的制备方法为：将环氧树脂溶解于丙二醇中，加热升温后将过氧化苯甲酰和丙烯酸单体一同缓慢滴加至环氧树脂溶液中，进行接枝反应；反应4h后，降温并加入ph调节剂，将ph值调节至8，得水性丙烯酸改性环氧树脂。
所述改性大豆油的制备方法为：将大豆油、苯酐和顺丁烯二酸酐混合均匀，升温至164℃，保温28min，然后继续升温至184℃，保温18min，接着继续升温至194℃，保温2h，然后降至室温得到改性大豆油。
所述抗菌剂由柠檬精油、香樟精油、茶树精油、改性膨胀珍珠岩以质量比13:23:9:42混合制成。
所述改性膨胀珍珠岩的制备方法为：将膨化珍珠岩粉碎过筛，得细化膨化珍珠岩，将细化膨胀珍珠岩于温度为130℃的条件下保温3.3小时，冷却至室温后与硬脂酸锌的无水乙醇溶液混合，加热至66℃，反应0.6小时，再升温至92℃除去无水乙醇，得到改性膨胀珍珠岩。
所述复合纳米负离子粉由麦饭石粉和改性竹炭粉以质量比2:1混合而成，所述改性竹炭粉的制备方法为：将竹炭粉碎且过300-400目筛，放入冰醋酸溶液中浸泡4h后，取出，过滤，去离子水洗涤，然后再加入季戊四醇，在室温下搅拌混合2个小时，然后干燥、研磨，得改性竹炭粉，其中，所述季戊四醇与竹炭的质量比为1：2。
所述乳胶漆的制备方法为：
（1）按照配方称取各组分；（2）在搅拌环境中，转速300-500转/分钟，依次加入水、基料、润湿剂、抗菌剂，并搅拌均匀；（3）升温至80-100℃，在搅拌条件下将过100目筛的香豆粉、过100目筛的魔芋淀粉在5-15min内匀速添加到步骤（2）中的物料中，降温至30-40℃；（4）加入剩余组分，真空状态下分散到50微米以下。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。