【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于精细化工，具体涉及一种改性水性自分散炭黑的制备方法及其应用。
技术介绍
1、随着现在人们对环境污染影响的关注越来越多，国际上对涂料、油墨生产、施工等产业链企业的环保要求也越来越高。涂料行业从传统油性涂料转向粉末涂料、高固体份涂料和水性涂料是大势所趋，其中水性涂料是这三种环保性较好的涂料中应用最为广泛的一种。炭黑具有优异的着色性、耐候性和化学稳定性，且来源丰富、价格低廉，是重要的着色剂之一，但由于炭黑粒子粒度小、比表面积大、易团聚等特性，很难稳定分散在水性体系中，这些缺陷限制了炭黑性能的充分发挥，已成为炭黑应用的一大难题。为了提高炭黑在水性涂料体系中的分散性，常见的方法是通过分散剂、润湿剂帮助构建良好的预分散色浆体系。但是炭黑过高的表面能使得随着时间推移，色浆会出现炭黑颗粒返粗絮凝、浮色、沉底等现象。
2、针对炭黑应用中容易出现的此类问题，提出了许多炭黑的改性处理方法，常见的炭黑改性方法：气相氧化法、液相氧化法、等离子体法、表面包覆以及接枝改性法等。其中，氧化法主要是在炭黑表面产生羧基、羟基、羰基等含氧官能团，使得炭黑具有一定的亲水性，但往往这个方法对亲水性的改进十分有限。表面包覆通常是在炭黑粒子表面包覆一层亲水性化合物，其优点是对几乎所有炭黑都可以适用，但这种操作方法十分不便，包覆效果的均匀性难以保证。接枝改性是在炭黑表面定向的接枝上短链聚合物，通过接枝不同的聚合物赋予炭黑特殊功能。例如接枝上亲水性的peg聚合物链段可以有效改善炭黑的亲水性，有利于炭黑在水性体系中的分散性，但仅有空间位阻作用随着时间的推
3、因此，亟需提供一种改性水性自分散炭黑的制备方法，以提高其在水性涂料中的稳定性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种改性水性自分散炭黑的制备方法及其应用，以解决现有技术中，炭黑在水性体系中稳定性较差、分散性较差的问题。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种改性水性自分散炭黑的制备方法，包括如下步骤：
4、s1.炭黑表面氧化处理：将炭黑置于液相氧化剂中进行表面处理，经洗涤、过滤、干燥后得到氧化炭黑。
5、s2.氧化炭黑修饰：先将氧化炭黑分散于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中，再加入二环己基碳二亚胺(dcc)和4-二甲氨基吡啶(dmap)，得到均匀混合的溶液a；再将溴代异丁酰溴溶解于dmf中，得到均匀混合的溶液b；溶液b和溶液a进行酯化反应，反应结束后经洗涤、过滤、干燥和粉碎得到溴改性炭黑。
6、
7、s3.溴改性炭黑接枝：以溴改性炭黑为引发剂，溴化亚铜为催化剂，2,2’-联吡啶(bpy)为配体，与单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和甲基丙烯酸二甲氨乙酯进行共聚反应，反应结束后得到聚合物改性炭黑，经沉淀、过滤、干燥和粉碎得到最终产品改性水性自分散炭黑。
8、
9、进一步地，所述s1中炭黑优选炉法炭黑。
10、进一步地，所述s1中液相氧化剂为硝酸、高锰酸钾、过硫酸铵、双氧水中的任意一种。
11、进一步地，所述s1中氧化炭黑的ph值为1.8-2.8。
12、进一步地，所述s1中氧化炭黑的表面氧含量为8-12％。
13、进一步地，所述s2中溶液a中氧化炭黑、dcc、dmap和dmf的用量比为10g:2.472g：1.466g:30ml。
14、进一步地，所述s2中溶液b中溴代异丁酰溴和dmf的用量比为3.45g:10ml。
15、进一步地，所述s2中溶液b和溶液a进行酯化反应的方式是将溶液b通过恒压滴液漏斗滴入至溶液a中进行酯化反应。
16、进一步地，所述s2中酯化反应温度为40℃，反应时间为4h。
17、进一步地，所述s3中单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和甲基丙烯酸二甲氨乙酯的物质的量之比为30-50：50-70。
18、进一步地，所述s3中聚合物改性炭黑的等电点为4-6。
19、进一步地，所述s3中溴改性炭黑、溴化亚铜和bpy的用量比为10g:0.03g：0.075g。
20、所述一种改性水性自分散炭黑的制备方法制备得到的改性水性自分散炭黑在水性涂料中的应用。
21、本专利技术的有益效果：
22、1.本专利技术提供了一种改性水性自分散炭黑的制备方法及其应用，通过对炭黑进行表面处理，将两性离子聚合物通过接枝引入到炭黑离子表面，可以可控的调整炭黑的等电点；再将其应用到水性涂料体系中，通过调控体系的ph值，即可得到稳定的炭黑分散液，且长期保持不沉淀、颗粒不团聚状态。
23、2.本专利技术中，通过对炉法炭黑进行表面氧化处理，引入更多的活性羟基位点，通过原子转移自由基法(atrp)法得到窄分子量分布的两性离子聚合物，使炭黑表面接枝的聚合物链段更为均匀，获得更好的接枝效果。这种具有两性离子聚合物接枝的炭黑在偏离等电点的条件下可以很容易分散，可以不需经过研磨很容易的添加在水性涂料体系中，并且其稳定储存性好，不易出现沉淀、浮色等现象。即使出现沉淀、浮色等现象，也可以经过很简单的搅拌过程即可以恢复到稳定分散的状态。
24、3.本专利技术所制备的改性水性自分散炭黑在碱性溶液体系下，简单搅拌(以10-20rpm搅拌速度，搅拌5-10s)即可自然分散，得到稳定的炭黑悬浮分散液；而当溶液ph＜7时，炭黑表面的两性离子聚合物会收缩形成沉淀，只需再次调节溶液ph≥7，简单搅拌，便可实现恢复到稳定分散状态。
25、4.本专利技术中采用atrp法共聚得到的两性离子聚合物整体呈电中性，在同一单体侧链上同时含有阴、阳离子基团的聚电解质，具有极强的水化能力，通过结合水分子可在炭黑表面形成一层致密的水水化层，具有独特的“反聚电解质效应”(在两性离子聚合物水溶液中加入小分子盐会使其黏度增大，这一现象区别于阴、阳离子聚电解质所体现出的“聚电解质效应”，因而被称为“反聚电解质效应”)。因此，本专利技术在应用过程中，可以通过添加少量的小分子盐来调控体系的黏度，在一定程度上减少增稠剂的使用。
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1.一种改性水性自分散炭黑的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种改性水性自分散炭黑的制备方法，其特征在于，所述S1中液相氧化剂为硝酸、高锰酸钾、过硫酸铵、双氧水中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种改性水性自分散炭黑的制备方法，其特征在于，所述S1中氧化炭黑的pH值为1.8-2.8。
4.根据权利要求1所述的一种改性水性自分散炭黑的制备方法，其特征在于，所述S1中氧化炭黑的表面氧含量为8-12％。
5.根据权利要求1所述的一种改性水性自分散炭黑的制备方法，其特征在于，所述S2中溶液A中氧化炭黑、DCC、DMAP和DMF的用量比为10g:2.472g：1.466g:30mL；溶液B中溴代异丁酰溴和DMF的用量比为3.45g:10mL。
6.根据权利要求1所述的一种改性水性自分散炭黑的制备方法，其特征在于，所述S2中酯化反应温度为40℃，反应时间为4h。
7.根据权利要求1所述的一种改性水性自分散炭黑的制备方法，其特征在于，所述S3中溴改性炭黑、溴化亚铜和bpy的用量比为10g
8.根据权利要求1所述的一种改性水性自分散炭黑的制备方法，其特征在于，所述S3中聚合物改性炭黑的等电点为4-6。
9.根据权利要求1所述的一种改性水性自分散炭黑的制备方法，其特征在于,所述单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和甲基丙烯酸二甲氨乙酯的物质的量之比为30-50：50-70。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种改性水性自分散炭黑的制备方法制备的改性水性自分散炭黑在水性涂料中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种改性水性自分散炭黑的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种改性水性自分散炭黑的制备方法，其特征在于，所述s1中液相氧化剂为硝酸、高锰酸钾、过硫酸铵、双氧水中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种改性水性自分散炭黑的制备方法，其特征在于，所述s1中氧化炭黑的ph值为1.8-2.8。
4.根据权利要求1所述的一种改性水性自分散炭黑的制备方法，其特征在于，所述s1中氧化炭黑的表面氧含量为8-12％。
5.根据权利要求1所述的一种改性水性自分散炭黑的制备方法，其特征在于，所述s2中溶液a中氧化炭黑、dcc、dmap和dmf的用量比为10g:2.472g：1.466g:30ml；溶液b中溴代异丁酰溴和dmf的用量比为3.45g:10ml。
【专利技术属性】
技术研发人员：项羽，周锋锐，石鸿飞，甘露，钟浪涛，
申请(专利权)人：安徽黑猫新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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