炭黑的氧化工艺以及氧化炭黑制备水性色浆研究

发布时间：2020-02-07 11:08

【摘要】：炭黑作为黑色颜料,具有着色力强、稳定性好、相对廉价等优点,普遍用于色浆、涂料、印染等领域。但是炉法炭黑粒径小、比表面积大,表面的势能高,导致炭黑粒子容易聚合成大颗粒,很难稳定的分散在水性体系中。而从环保角度来看,水性体系是发展的趋势,因此,通过后处理氧化来改善炭黑在水性体系中的分散性是很有必要的。本文主要研究了炭黑的液相氧化和气相氧化两种氧化方法,以及氧化后炭黑在色浆中的分散性能的变化。首先,本文对比研究了炭黑的液相和气相两种氧化方法。液相氧化用硝酸和过氧化氢两种氧化剂做对比实验,实验结果表明:采用硝酸和过氧化氢做为氧化剂进行氧化后,炭黑的pH值下降,挥发分增加,红外光谱结果表明氧化炭黑表面含有含氧官能团,XRD结果表明液相氧化过程没有改变炭黑的微晶结构。就氧化程度而言,硝酸溶液比过氧化氢溶液要高。气相氧化是以臭氧作为氧化剂,设计制备新型间歇式氧化装置和流化床氧化装置,研究了间歇式的混合器氧化和连续式流化床氧化两种氧化工艺,实验结果表明:在间歇式氧化方法中,随着氧化时间的增加,炭黑的pH值下降、挥发份增加、流动度增加、着色强度和黑度基本不变,结合红外光谱图和XRD谱图,可以得出结论:氧化反应会增加炭黑表面含氧官能团的数量,但对炭黑的结构和粒径基本没有影响。间歇式氧化的最佳工艺条件是臭氧浓度为80g/m3,氧化时间为1小时;而在流化床氧化方法中,反应温度的变化对氧化效果没有影响,而臭氧的流速、臭氧浓度、静床层高度、反应时间等工艺条件的变化对氧化效率的影响是很明显的。但是,随着工艺参数的改变,炭黑的氧化程度也会达到饱和。本套流化床氧化工艺中试装置的最佳工艺参数是:反应温度为常温,反应时间60～90min,炭黑的静床层高度为100mm,臭氧的流速为0.03m/s,臭氧浓度为10g/m3。将氧化改进法和直接分散法相结合,以氧化后的炭黑为原料,与分散剂、润湿剂、消泡剂、杀菌剂和去离子水按比例混合后,在立式砂磨机中研磨分散来制取水性色浆,研究炭黑的用量、分散剂的用量、研磨时间等工艺条件对色浆冲淡着色力的影响,得出水性色浆的最佳制备工艺为:分散剂HY2200用量25%,润湿剂HY1600用量2%,氧化炭黑BH-1含量40%,在砂磨机内研磨4小时。
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ621.24

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