專利名稱：一種穩(wěn)定的黑色納米水性顏料分散液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顏料分散劑，特別是一種用于噴墨領(lǐng)域的穩(wěn)定的黑色納米水性顏料 分散液及其制備方法。
(二)
背景技術(shù)：
目前用黑色顏料制備的黑色水性顏料墨水占噴墨打印墨水的市場份額很大， 一般文 本打印多使用黑色水性顏料墨水，因為黑色水性顏料墨水打印文本文件即使其印刷面有 水，墨水也幾乎不會洇染紙張；同時黑色顏料墨水打印的文本文件耐光性強，不易退色， 所以可以長期保存；又因為墨水中黑色顏料粒子停留在紙張表面，不會滲過紙張，可以 實現(xiàn)雙面打印，節(jié)約打印成本。而以前黑色染料墨水在這三面一直表現(xiàn)不佳，所以黑色 水性顏料墨水正在逐步替代黑色染料墨水。
黑色納米水性顏料分散液是制備黑色水性顏料墨水的關(guān)鍵，但是要想得到分散性、 保存穩(wěn)定性優(yōu)良的黑色納米水性顏料分散液卻絕非易事。與一般有機顏料相比，黑色顏 料的顆粒非常細(xì)小而且表面親油，在水中分散性差，獲得良好的分散體較為困難，所以 在保存和使用過程中黑色納米水性顏料分散液極易出現(xiàn)問題。 一般來說，微觀粒子分散 穩(wěn)定的機理可分為兩種 一是電荷效應(yīng)，電荷效應(yīng)是利用黑色顏料表面存在的電荷，使 黑色顏料粒子間產(chǎn)生電荷排斥，可使黑色顏料粒子間的團聚減輕；二是空間位阻效應(yīng)。 空間位阻效應(yīng)是利用化學(xué)或物理的方法使黑色顏料表面錨固空間位阻大的鏈段，利用鏈 段的空間位阻效應(yīng)，可使黑色顏料粒子間的團聚減輕。如果用足夠的機械能把黑色顏料 團聚物打碎打小，讓分散劑錨固在顏料顆粒的表面，防止顏料顆粒彼此之間團聚，那么 所制得的顏料分散液穩(wěn)定性增加。
中國專利CN 1803945A報道采用分散劑Solsperse 20000對黑色顏料進(jìn)行砂磨分散 而制備黑色納米水性顏料分散液，所得分散液經(jīng)過三級過濾后，分散液的平均粒徑在 110 125rim之間，但是沒有相關(guān)該黑色納米水性顏料分散液穩(wěn)定性評價。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種穩(wěn)定的黑色水性納米顏料分散液及其制備方法，它是一 種分散性、保存穩(wěn)定性優(yōu)良的新型分散液的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案 一種穩(wěn)定的黑色納米水性顏料分散液，其特征在于它由黑色顏
料、聚氨酯類分散劑、殺菌劑及去離子水組成，其中黑色顏料的重量百分比為3 30%， 聚氨酯類分散劑的重量百分比為5 50%，殺菌劑的重量百分比為0.2%，余量為去離子
4水；所說的黑色顏料與分散劑的比例控制在0.5 3之間；所說的聚氨酯類分散劑為含有 聚環(huán)氧乙烷的分散劑，選用路博潤(Lubrizol)公司的Solsperse 44000和朗盛(Lanxess) 公司的Borchi Gen SN-95的其中一種；所說的黑色納米水性顏料分散液的粒徑Ds?？刂?在40. 0 150. 0nm之間。
上述所說的黑色顏料和分散劑有效成分的比例優(yōu)選1.廣l. 8之間。 上述所說的黑色顏料選用卡博特(Cabot)公司的Mongu1-L、 R400R和R330R;三菱 化學(xué)(Mitsubishi Chemical Corporation)公司的MA-7、 MA100或#40;德固賽(Degussa) 公司的Special black 4和哥倫比亞化學(xué)(Columbian Chemical)公司的Raven 3500。 上述所說的殺菌劑為苯并異噻唑酮類物質(zhì)，選用科萊恩(Clariant)公司的Nipacide BIT-20。
上述所說的分散劑的有效含量為該市售分散劑產(chǎn)品說明書上的標(biāo)示數(shù)字，該分散劑 的用量根據(jù)黑色顏料的比表面積來定。
一種穩(wěn)定的黑色納米水性顏料分散液的制備方法，其特征在于包括分散液的配制與 墨水的配制，其中-
(一) 分散液的配制包括以下步驟-
① 將分散液和去離子水按上述比例混合于容器中，并攪拌均勻；
② 按比例加入黑色顏料，充分潤濕；
③ 用高速剪切機將步驟②所得的分散液高速剪切0.5 8小時，轉(zhuǎn)速為 1000 10000rpm，剪切完成后放置10~20分鐘；
將步驟③所得的剪切液泵入研磨機中進(jìn)行研磨分散；
⑤ 將步驟④中研磨機出料口所得的分散液進(jìn)入研磨機的儲料槽，再次泵入研磨機 進(jìn)行循環(huán)研磨0. 5 24. 0小時；
⑥ 研磨過程中，每隔15分鐘采用LB-550型動態(tài)激光散色粒度儀進(jìn)行粒度檢測， 直到分散液的粒徑達(dá)到要求。
(二) 制得的分散液配制墨水的過程為 按重量取上述步驟⑥所制得的分散液、潤濕劑、表面活性劑、殺菌劑及去離子水，
制成噴墨墨水；
所說的制成的墨水能夠用于對分散液定期定溫下的穩(wěn)定性檢測。 上述步驟①一③為剪切分散步驟，其中步驟③中的高速剪切主要作用是使分散劑分
散乳化均勻，打碎部分黑色顏料中的較大粒子，但時間過長效果不再顯著，所以剪切時
間優(yōu)選l一2小時。
上述步驟④一⑥為研磨分散步驟；其中步驟④中的研磨機為銷棒式研磨機，轉(zhuǎn)速為60(T4000rpm,研磨介質(zhì)采用直徑為0. 05"Imm的氧化鋯珠，優(yōu)選直徑0. 05 0. 2mm之間； 所說的步驟④中的研磨目的是使黑色納米水性顏料分散液粒徑繼續(xù)降低，但是隨著研磨 時間的延長，其粒徑下降速度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于初始的l一2小時，效果不顯著，所以研磨時 間優(yōu)選l一2小時；所說的步驟⑤中的出料口的溫度控制在20 4(TC之間；所說的步驟⑥ 為顏料粒度檢測。
上述所說的步驟⑥中的顏料粒度檢測步驟為
a、 用滴管取出一滴待測樣品，放入規(guī)格為18咖X180ram的試管中，加入去離子水 高至l/2試管高，振蕩搖勻；
b、 將稀釋過的樣品，放入超聲波儀器內(nèi)超聲2mins，頻率設(shè)定為40kHzX80%， 溫度為25°C; c、在3個比色皿中分別放入超聲過的樣品，液面低于比色皿外沿
0. 5cm;
d、 雙擊電腦桌面上LB-550應(yīng)用程序；
e、 輕輕打開LB-550型動態(tài)光散射納米粒度分析儀的蓋子，在樣品池中放入盛有樣 品的比色皿；
f、 點擊Te卿Panel,待溫度控制到25。C后，點擊Meas. Panel,屏幕上出現(xiàn) Measurement Panel后,點擊Measure,開始測試；
g、 等待機器測試完畢，記錄數(shù)據(jù)。每個樣品的粒徑為三次測量值的加權(quán)平均。 本發(fā)明的優(yōu)越性在于本發(fā)明具有優(yōu)良分散性、保存穩(wěn)定性，通過機械能把黑色顏
料團聚物打碎打小，讓分散劑錨固在顏料顆粒的表面，防止顏料顆粒彼此之間團聚，所 制得的顏料分散液穩(wěn)定性增加。
注DM: —個樣品的累計粒度分布體積百分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時所對應(yīng)的粒徑。
具體實施例方式
本案中關(guān)于分散劑的有效含量的解釋分散劑的有效含量取取該市售分散劑產(chǎn)品說
明書上的標(biāo)示數(shù)字，以Solsperse 44000水性高分子分散劑為例，其有效含量為50%。 該分散劑的用量根據(jù)黑色顏料的比表面積來定， 一般比表面積每lm2/g的黑色顏料需加 入含2. 5mg有效含量的Sol印erse 44000，隨著納米顆粒粒徑的減少，也可視情況酌情 多加分散劑以提高分散效果。黑色顏料采用三菱化學(xué)(Mitsubishi Chemical Corporation)的MA-7，其初始粒徑為24nm，比表面積115m2/g。
為了檢測產(chǎn)品質(zhì)量，有如下對產(chǎn)品性質(zhì)的實驗檢測過程
常溫一個月穩(wěn)定性實驗
把待測樣品(本發(fā)明所涉黑色納米水性顏料分散液)放入玻璃容器中，在恒溫(25'C) 恒濕(35。/。RH)的環(huán)境中放置一個月，測定一個月前后樣品的粒度變化情況。 實施例和比較例中的"份"以重量計。實施例1
將8份三菱化學(xué)(Mitsubishi Chemical Corporation)的黑色顏料MA-7, 9, 2份 路博潤(Lubrizol)公司的分散劑Solsperse 44000，其有效成分含量50%， 0. 2份科萊 恩(Clariant)公司的殺菌劑Nipacide BIT-20和82. 6份去離子水用高速剪切攪拌器 混合1小時至均勻后得剪切分散液，再在0. 14L容積的研磨機中對300g的剪切分散液 研磨1小時，得到水性顏料分散液。顏料和分散劑的比例為1.74: 1。將制備的水性顏 料分散液在常溫下進(jìn)行一個月穩(wěn)定性實驗。
實施例2
將8份三菱化學(xué)(Mitsubishi Chemical Corporation)的炭黑MA-7， 19.2份朗盛 (L緒XESS Corporation)公司的分散劑Borchi Gen SN 95， 0.2份科萊恩(Clariant) 公司的殺菌劑Nipacide BIT-20和72. 6份去離子水用高速剪切攪拌器混合1小時至均 勻后得剪切分散液，再在0. 14L容積的研磨機中對300g的剪切分散液研磨1小時，得 到水性顏料分散液。顏料和分散劑的比例為1.67: 1。將制備的水性顏料分散液在常溫 下進(jìn)行一個月穩(wěn)定性實驗。
比較例1
將8份三菱化學(xué)(Mitsubishi Chemical Corporation)的黑色顏料MA-7, 0. 2份 科萊恩(Clariant)公司的殺菌劑Nipacide BIT-20和91. 8份去離子水用高速剪切攪 拌器混合1小時至均勻后得剪切分散液，再在0. 14L容積的研磨機中對300g的剪切分 散液研磨1小時，得到水性顏料分散液。將制備的水性顏料分散液在常溫下進(jìn)行一個月 穩(wěn)定性實驗。
比較例2
將8份三菱化學(xué)(Mitsubishi Chemical Corporation)的黑色顏料MA-7， 6. 9份 路博潤(Lubrizol)公司的分散劑Solsperse 20000，其有效成分含量100%， 0. 2份科 萊恩(Clariant)公司的殺菌劑Nipacide BIT-20和84. 9份去離子水用高速剪切攪拌 器混合1小時至均勻后得剪切分散液，再在0. 14L容積的研磨機中對300g的剪切分散 液研磨1小時，得到水性顏料分散液。顏料和分散劑的比例為1.16: 1。將制備的水性 顏料分散液在常溫下進(jìn)行一個月穩(wěn)定性實驗。表1實施例1 2和比較例1 2的黑色納米水性顏料分散液配方及顏料和分散劑的比例
分散劑黑色顏料量 /w%分散劑量 M顏料分散劑
比較例1無80NA
比較例2Solsperse 2000086.91.16: 1
實施例1Solsperse 4400089.21.74: 1
實施例2Borchi Gen SN-95819.21.67: 1
表2常溫下黑色納米水性顏料分散液的粒徑D50(nm)研磨后及一月后的變化情況
分散劑研磨后粒徑常溫下l月后粒 徑粒徑變化率
比較例1無NANANA
比較例2Solsperse 20000NANANA
實施例1Solsperse 4400091.289.3-2.1%
實施例2Borchi Gen SN-9593.890.8-3. 2%
比較例1剪切后所得剪切分散液不能循環(huán)進(jìn)入研磨機進(jìn)行研磨，比較例2研磨后不 能形成穩(wěn)定的分散液,所得分散液分層。實施例1和實施例2所得分散液D50均在lOOnm 以下，且在常溫下一個月內(nèi)保存穩(wěn)定性優(yōu)良。
8
權(quán)利要求
1.一種穩(wěn)定的黑色納米水性顏料分散液，其特征在于它由黑色顏料、聚氨酯類分散劑、殺菌劑及去離子水組成，其中黑色顏料的重量百分比為3～30％，聚氨酯類分散劑的重量百分比為5～50％，殺菌劑的重量百分比為0.2％，余量為去離子水；所說的黑色顏料與分散劑的比例控制在0.5~3之間；所說的聚氨酯類分散劑為含有聚環(huán)氧乙烷的分散劑，選用路博潤(Lubrizol)公司的Solsperse 44000和朗盛(Lanxess)公司的Borchi Gen SN-95的其中一種；所說的黑色納米水性顏料分散液的粒徑D50控制在40.0～150.0nm之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種穩(wěn)定的黑色納米水性顏料分散液，其特征在于所 說的黑色顏料和分散劑有效成分的比例優(yōu)選1. n. 8之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種穩(wěn)定的黑色納米水性顏料分散液，其特征在于所 說的黑色顏料選用卡博特(Cabot)公司的Mongul-L、 R400R和R330R;三菱化學(xué)(Mitsubishi Chemical Corporation)公司的MA-7、 MA100或糾0;德固賽(Degussa) 公司的Special black 4和哥倫比亞化學(xué)(Columbian Chemical )公司的Raven 3500。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種穩(wěn)定的黑色納米水性顏料分散液，其特征在于所 說的殺菌劑為苯并異噻唑酮類物質(zhì)，選用科萊恩(Clariant)公司的Nipacide BIT-20。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種穩(wěn)定的黑色納米水性顏料分散液，其特征在于所 說的分散劑的有效含量為該市售分散劑產(chǎn)品說明書上的標(biāo)示數(shù)字，該分散劑的用量 根據(jù)黑色顏料的比表面積來定。
6. —種穩(wěn)定的黑色納米水性顏料分散液的制備方法，其特征在于包括分散液的 配制與墨水的配制，其中(一)分散液的配制包括以下步驟① 將分散液和去離子水按上述比例混合于容器中，并攪拌均勻；② 按比例加入黑色顏料，充分潤濕；③ 用高速剪切機將步驟②所得的分散液高速剪切0.5~8小時，轉(zhuǎn)速為 100(Tl0000rpm，剪切完成后放置10 20分鐘； 將步驟③所得的剪切液泵入研磨機中進(jìn)行研磨分散； 將步驟④中研磨機出料口所得的分散液進(jìn)入研磨機的儲料槽，再次泵入研磨機進(jìn)行循環(huán)研磨0. 5 24. 0小時；⑥研磨過程中，每隔15分鐘采用LB-550型動態(tài)激光散色粒度儀進(jìn)行粒度檢測， 直到分散液的粒徑達(dá)到要求。(二)制得的分散液配制墨水的過程為按重量取上述步驟⑥所制得的分散液、潤濕劑、表面活性劑、殺菌劑及去離子 水，制成噴墨墨水；所說的制成的墨水能夠用于對分散液定期定溫下的穩(wěn)定性檢測。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所說的一種穩(wěn)定的黑色納米水性顏料分散液的制備方法，其特征在于所說的步驟①一③為剪切分散步驟，其中步驟③中的高速剪切主要作用是 使分散劑分散乳化均勻，打碎部分黑色顏料中的較大粒子，但時間過長效果不再顯著，所以剪切時間優(yōu)選1一2小時；所說的步驟④一⑥為研磨分散步驟；其中步驟④ 中的研磨機為銷棒式研磨機，轉(zhuǎn)速為60(T4000rpm，研磨介質(zhì)采用直徑為0. 05~1鵬 的氧化鋯珠，優(yōu)選直徑O. 05 0.2mm之間；所說的步驟④中的研磨目的是使黑色納米 水性顏料分散液粒徑繼續(xù)降低，但是隨著研磨時間的延長，其粒徑下降速度將遠(yuǎn)遠(yuǎn) 小于初始的1一2小時，效果不顯著，所以研磨時間優(yōu)選1一2小時；所說的步驟⑤ 中的出料口的溫度控制在2(T40'C之間；所說的步驟⑥為顏料粒度檢測。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所說的一種穩(wěn)定的黑色納米水性顏料分散液的制備方法，其 特征在于所說的步驟⑥中的顏料粒度檢測的步驟為a、 用滴管取出一滴待測樣品，放入規(guī)格為18mmX180mm的試管中，加入去離子 水高至l/2試管高，振蕩搖勻；b、 將稀釋過的樣品，^A超聲波儀器內(nèi)超聲2mins，頻率設(shè)定為40kHzX80%， 溫度為25°C;c、 在3個比色皿中分別放入超聲過的樣品，液面低于比色皿外沿0.5cm;d、 雙擊電腦桌面上LB-550應(yīng)用程序；e、 輕輕打開LB-550型動態(tài)光散射納米粒度分析儀的蓋子，在樣品池中放入盛 有樣品的比色皿；f、 點擊Temp Panel,待溫度控制到25。C后，點擊Meas. Panel,屏幕上出現(xiàn) Measurement Panel后，點擊Measure,開始測試；g、 等待機器測試完畢，記錄數(shù)據(jù)。每個樣品的粒徑為三次測量值的加權(quán)平均。
全文摘要
一種穩(wěn)定的黑色納米水性顏料分散液及其制備方法，其特征在于它是由黑色顏料C.I.P.B.7、聚氨酯類分散劑、殺菌劑及去離子水組成，所說的黑色顏料和分散劑有效成分的比例優(yōu)選1.1~1.8之間。制備方法為將分散劑和去離子水混合于容器并攪拌，加入黑色顏料，用高速剪切機剪切0.5~8小時，然后進(jìn)行循環(huán)研磨分散，每隔15分鐘進(jìn)行粒度檢測，直到分散液的粒徑達(dá)到要求。本發(fā)明的優(yōu)越性在于本發(fā)明具有優(yōu)良分散性、保存穩(wěn)定性，通過機械能把黑色顏料團聚物打碎打小，讓分散劑錨固在顏料顆粒的表面，防止顏料顆粒彼此之間團聚，所制得的顏料分散液穩(wěn)定性增加。
文檔編號C09D17/00GK101492585SQ20081018757
公開日2009年7月29日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者石金永 申請人:天津兆陽納米科技有限公司