[发明专利]用于制备表面氧化的炭黑纳米颗粒的方法及包含表面氧化的炭黑纳米颗粒的分散体

说明书

一种用于炭黑的表面氧化的方法包括在逆流混合反应器中将有机溶剂或其他溶剂中的炭黑的溶液或浆液与包含用于炭黑的表面氧化的试剂的液体载体连续地混合，由此获得炭黑与试剂的反应以及表面氧化的炭黑作为纳米颗粒在液体载体和溶剂混合物中的分散体的形成。

本发明涉及一种用于制备表面氧化的炭黑的方法以及通过该方法获得的纳米颗粒分散体。

纳米颗粒分散体可以用作用于数字喷墨印刷的油墨浓缩物。因此，本发明还涉及用于数字喷墨印刷的包含表面氧化的炭黑的油墨组合物。

适合于数字喷墨印刷的油墨浓缩物的生产目前需要将固体颜料或染料碾磨至合适的纳米颗粒尺寸，并且随后将纳米颗粒分散在包含稳定剂诸如润湿剂或分散剂的合适的载体液体中。

生产是间歇工艺，其通常费时且昂贵，不仅因为所需的碾磨通常是漫长的，而且还消耗大量的能量以及大量的水和有机溶剂。

炭黑是一种无定形的高表面积有机材料，其通过碳氢化合物的不完全燃烧产生。炭黑因为其低反射率(反射多少光的量度)而被用作颜料。给定炭黑的确切组成可以变化，但是用于喷墨印刷的所有炭黑具有被称为挥发性内容物(因为该内容物可以在高温，例如950℃以上被驱除)的化学吸附的氧物质的外层。

高水平的挥发性内容物对于涂料和颜料应用是合意的，因为表面的疏水性高并且允许炭黑颗粒更容易分散在水或水基溶剂中。

因此，适合于油墨浓缩物的炭黑通常通过将炭黑碾磨成纳米颗粒，然后对炭黑的纳米颗粒进行表面氧化来制备。

炭黑的表面氧化，提供了炭黑在水基溶剂中的更稳定的分散体，以间歇工艺进行并且通常涉及将炭黑与碱性次氯酸盐溶液混合(在48小时内)。

化学反应是高度放热的，并且在间歇加工中很难控制，以至于存在严重的健康和安全问题，为此必须采取昂贵的预防措施。

此外，间歇工艺倾向于逐批生产稍微不同的炭黑，并且分离合适尺寸的炭黑纳米颗粒通常需要昂贵的过滤技术，例如超滤。

另外，通过间歇工艺生产的炭黑不一定很好地适用于喷墨印刷，并且可能需要进一步加工以改进它们的分散和储存或减少诸如喷墨喷嘴堵塞的问题。

例如，JPH1036727 A1公开了改进的表面氧化的炭黑的分散体可以通过与基于某些三烷基铵盐的水溶性阳离子型表面活性剂的分散来获得。US 6468342 B1公开了改进的表面氧化的炭黑的分散体可以通过洗涤掉碱金属内容物来获得。US 2005/0120914 A1公开了一种不易于堵塞的炭黑油墨可以通过表面氧化所选择尺寸的炭黑纳米颗粒并伴随控制纳米颗粒尺寸增长的碾磨来获得。US 2011/0316947 A1公开了一种包括树脂的炭黑油墨，提供了改进的在记录介质上的固定，而不结合至喷墨喷嘴板。通过将聚合物接枝到表面氧化的炭黑，然后进行碾磨来获得该油墨。JP 2002129065 A1 公开了具有优异的水分散性的炭黑可以通过高温(在120℃和550℃之间) 和高压(在4MPa和500000MPa之间)氧化来获得。

本发明人出乎意料地发现了一种用于制备表面氧化的炭黑的连续工艺，该工艺直接提供了非常适合于喷墨印刷的表面改性的炭黑的稳定分散体。

连续工艺不仅避免了上述间歇加工的问题，而且直接进行。该工艺不需要将起始炭黑碾磨成纳米颗粒，并且也不需要高温和高压或复杂的过滤技术或离子交换操作。

因此，在第一方面中，本发明提供了一种用于炭黑的表面氧化的方法，该方法包括在逆流混合反应器中将有机或其他溶剂中的炭黑的溶液或浆液与含有用于炭黑的表面氧化的试剂的液体载体连续地混合，由此获得炭黑与试剂的氧化以及表面氧化的炭黑作为纳米颗粒在液体载体和溶剂混合物中的分散体的形成。

合适的逆流混合反应器包括用于金属或金属氧化物的水热合成的逆流混合反应器。逆流混合反应器通常包括用于第一溶液的入口、用于第二溶液的入口以及用于第一溶液和第二溶液二者的出口。