自-分散颜料及其生产方法和应用技术

提供一种方法，其中在含水环境里用臭氧氧化颜料，其中臭氧、水和颜料的混合物进行分散混合操作；和／或混合物的ｐＨ保持在６－８，从而颜料是自－分散的，优选地该颜料的酸值小于３微摩尔／米＃＋［２］。还提供了采用这种方法得到的颜料和含有自－分散颜料的喷墨墨水。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的
技术介绍
本专利技术涉及自-分散颜料，具体地涉及生产这样颜料的方法，还涉及这样颜料在喷墨墨水中的应用。颜料的水分散液在该
中是已知的，已有各种各样的应用，例如印刷墨水(特别是喷墨打印的墨水)；水载涂料以及车辆、建筑物、道路、标记等其他涂料配方；化妆品；药物制剂等。因为颜料典型地不溶于含水载体，所以常常需要使用分散剂，例如聚合物分散剂或表面活性剂，才可生产出颜料在载体中的稳定分散液。但是，使用分散剂增加分散液的粘度，它超过了不使用分散剂时应具有的粘度。粘度增加在某些情况下还不构成一个特别的问题时，却在其他方面会存在严重的缺陷。例如，如果加粘结剂可改善最终产品的性质，则粘度对最终分散液应用限制可能变得突出了。因此，分散液本身的粘度会缩小最终产品的配方范围。自-分散颜料，特别是自-分散炭黑颜料，在该
中已知许多年了。例如，US 2 439 442公开了一种方法，其中炭黑颜料与次氯酸钠水溶液进行放热反应，或在氯化钠溶液中进行电解，或悬浮于氢氧化钠中与用氯气处理时都会改变其胶体的性质，以致炭黑容易自发地分散在水中。据说由这些分散液制造的墨水在新印刷物上是耐水的。Donnet等人在《(氧化剂对炭黑化学作用的研究》( tudo del′action chimiquo des oxidants sur le noir de carbone)，牟罗兹化学高级学校，第294期(1962年)，第1727-1735页中，提出一篇有关氧化剂对炭黑的影响，使它们变得更亲水的综述文章。讨论的氧化剂包括高锰酸钾、氯化钠、氯酸钠、高氯酸钠、过硫酸钠、硝酸和次氯酸钠。US 3 023 118说明了一种用稀硝酸氧化炭黑，使其变得更易分散的方法。US 3 279 935讨论了一般气相氧化炭黑的问题，特别是说明了气相氧化方法，其中炭黑用含有氧的与过氧化物气体混合的气体处理。US 3 347 632说明了一种在次氯酸钠水溶液中使炭黑进行反应生产亲水炭黑的方法。近来曾流行使用自-分散颜料配制墨水。例如，US 5 554 739和WO 96 18688说明了生产表面改性的炭黑颜料，其中炭黑与重氮盐进行反应。WO 97 47698说明了用硅氧烷处理炭黑以改善其分散性。在WO 96 18694、US 57 13988、WO 97 49774和WO 98 06788也提出了含有这样表面改性的炭黑颜料的墨水，或在墨水中使用这样的炭黑颜料。在US 5 609 671、US 5 718 746、EP 0 802 247和EP 0 819737中提出使用次卤酸盐(例如次氯酸钠)水溶液处理炭黑颜料及其应用。在现有技术中，所有这些处理方法都有一个缺陷或其他问题。气相氧化反应可以是强放热反应，因此有严重的安全风险。气相法和湿法两者产生大量的副产物，这些副产物需要通过纯化步骤加以除去。为了克服这些缺陷，EP 0 896 986公开了一种在水存在下用臭氧处理炭黑的方法，以及用这种炭黑生产的墨水和涂料。据说采用这样一种方法生产炭黑含有的污染物比现有技术方法的低，可生产更稳定的分散液。但是，即使这些颜料还不具有足够的质量能够在很苛求的应用(例如喷墨打印)市场上存续下去。本专利技术的简要说明本专利技术的第一个具体实施方案提供一种生产自-分散颜料的方法，该方法包括在含水环境下用臭氧氧化颜料的步骤，同时让这种颜料进行至少一次分散混合的操作。本专利技术的另一个具体实施方案提供一种生产自-分散颜料的方法，该方法包括在含水介质下用臭氧氧化颜料的步骤，同时保持pH6-8。本专利技术的另一个具体实施方案提供一种生产自-分散颜料的方法，该方法包括在含水介质下用臭氧氧化颜料的步骤，生产其酸值小于3微摩尔/米2的炭黑颜料。本专利技术还提供上述方法的变通方法，其中把上述方法的特点结合起来。本专利技术还提供采用上述一种或多种方法制备的自-分散颜料。在另外一方面，本专利技术提供含有采用上述一种或多种方法制备的颜料的含水分散液。本专利技术还提供自-分散颜料在喷墨墨水组合物中的应用。附图简要说明图1是流程图，示意性说明本专利技术方法的优选实施方案。本专利技术的详细说明本专利技术提供自-分散颜料的生产方法，采用这些方法生产的自-分散颜料以及它们的应用。如在本
中一般理解的和本文使用的术语“自-分散”，是指具有稳定基团的颜料，这些基团与颜料颗粒表面共价连接，以致在没有任何附加的分散剂情况下，该颜料可形成稳定的含水分散液。参见附图1，示意性附图说明了本专利技术的优选方法。基本上，在图1所示的具体实施方案中，臭氧发生器10由加到储存、蒸发和原料槽15的压缩氧气或空气9产生臭氧，并且把臭氧输送到预混合槽16。水和颜料通过供水12和供颜料14输送到预混合槽16，而颜料需通过固体倾卸台17，该台配备外壳、格栅和旋转阀，还有一个到灰尘收集系统19的出口。颜料、水和臭氧加到预混合槽16的顺序不是特别重要的，只要在加臭氧之前加水。优选的是当反应剂在预混合槽16中时搅拌这些反应剂。可以采用臭氧在水和颜料混合物中强烈鼓泡的方式引入搅拌，采用磁搅拌设备或用其他合适的设备进行搅拌。在特别优选的具体实施方案中，预混合槽16是高速分散器(“HSD”)。HSD实例包括从像Hockeymer公司生产厂获得的用马达25驱动的G型或F型叶轮。在加工实例中，使用Paul Gardner公司生产的高速分散叶轮K型叶片。用臭氧分解设备24使预混合槽往大气23排风。为了有助于搅拌和提高方法的效率，一般可取的是以产生更多的较小气泡而不是采用少而大的气泡方式加入臭氧。在图1所示的具体实施方案中，反应剂通过泵20从预混合槽16泵送到分散混合装置18。曾惊奇地发现，在用臭氧的湿法氧化颜料中，与没有分散混合步骤的同样方法比较，添加分散混合步骤可导致循环时间减少，产率增加，颜料酸值降低。在实施本专利技术时，可以优选地使用附加设备。例如，希望有纯化装置22，用于纯化氧化反应后的反应混合物，以除去含有任何副产物、污染物、游离酸、盐等的渗透物，希望有臭氧分解设备24，以防止臭氧释放到空气中。这样一些设备在使用时对本专利技术的方法不是至关重要的。在所有的具体实施方案中，本专利技术的方法需要在含水环境下用臭氧氧化颜料。同样地，必需将水、臭氧和颜料放在一起开始实施该方法。但是，这三种反应剂放在一起的特别顺序不是特别重要的，只是注意没有水的颜料氧化(即“干”氧化)不在本专利技术的范围内。因此，颜料和水可以混合在一起，然后加入臭氧，或者臭氧与水可以混合在一起，再加入颜料。一般可取的是，水通过供水12加到预混合槽16，以臭氧往预混合槽16鼓泡，并打开泵20开始使预混合槽16的臭氧和水，通过分散混合设备18循环并回到预混合槽16。当臭氧和水通过这个回路循环时，颜料缓慢地加到预混合槽16中。该方法按照这种方式继续进行直到颜料被足够氧化，变成自-分散的。取出得到的自分散颜料，放入储存容器中。通过颜料缓慢地加到水和臭氧循环混合物中，反应混合物的粘度与将颜料全部一次加入或如果颜料和水在加入臭氧前混合的方式相比仍然是较低的。较低粘度是有利的，因为粘度保持低时方法比较有效。此外，低粘度混合物可使泵、预混合装置和分散混合设备的负荷比高粘度混合物的轻。因此，可以使用较小规模的设备(没有损失生产能力)，而且使用时间更长，这样导致方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产自－分散颜料的方法，该方法包括在含水环境里用臭氧氧化颜料的步骤，同时让这种颜料进行至少一次分散混合的操作。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AG叶，MJ艾斯曼，RP赫尔德，JL霍曼，DV帕特尔，芮亚靖，HJ斯皮内利，SL维特曼，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]