CN101531391B - 一种溶剂型油墨助剂用纳米碳酸钙的工业化制备方法 - Google Patents

一种溶剂型油墨助剂用纳米碳酸钙的工业化制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种溶剂型油墨助剂用纳米碳酸钙的工业化制备方法。本方法采用分步碳化、强剪切乳化分散与复合包覆同步进行的合成工艺,得到纳米碳酸钙在70~90nm的立方形粒子,粒子表面具有亲水亲油特性,在溶剂型油墨中具有良好分散,不易沉降,且显著提高溶剂型油墨的透明度和光泽度。

Description

一种溶剂型油墨助剂用纳米碳酸钙的工业化制备方法
技术领域
本发明涉及一种溶剂型油墨助剂用纳米碳酸钙的工业化制备方法。具体地说,涉及一种分步碳化、强剪切乳化分散与复合包覆同步进行的溶剂型油墨助剂用纳米碳酸钙的工业化制备方法。
背景技术
优质的产品与精美的包装不仅给人们带来强烈的视觉舒适感,而且也带来强烈的购买欲,所以各生产商在产品的推广促销过程中,对产品包装的创意设计十分重视。目前用于产品包装主要是PVC、PP和PE等塑料薄膜。而对该类塑料薄膜的印刷所用的油墨为溶剂型油墨。为了提高溶剂型油墨的印刷性能,必须添加功能性助剂纳米碳酸钙。该产品在溶剂型油墨中具有较好的防沉降储存稳定性,并有优异的分散润湿性、高光泽度和高透明度。
纳米碳酸钙粒径小、表面经树脂酸处理后显著提高胶印油墨的综合印刷性能。
中国发明专利(专利号ZL01126404.7)介绍了一种高档胶印油墨用透明碳酸钙的制备方法,该产品粒径40nm左右,在胶印油墨中有较好的透明度和光泽性,但由于溶剂型油墨用树脂和溶剂与胶印油墨用树脂的不同,特别是两种介质理化性能的差异性,使该纳米碳酸钙在胶印油中具有优异的透明性和光泽性,而在溶剂墨中不具有透明性和光泽性,造成溶剂型油墨质量的下降。
中国发明专利(申请号200510025878.1)介绍了用于塑料薄膜印刷的溶剂型油墨纳米碳酸钙的制备方法,由该法制得的粒径为50-120nm的立方形纳米碳酸钙,粒径分布宽,吸油值较低,表面为纯亲油疏水性。该产品在苯类溶剂型油墨中分散性好,但在大量使用的以醇、酯、酮等为溶剂的溶剂型油墨中,由于分散性差而产生颗粒团聚的沉淀现象,不但影响到产品的存放稳定性,而且也影响到溶剂墨的印刷质量。特别是在目前对溶剂墨印刷的环保质量要求更高的情况下,尽量避免采用以苯类为溶剂的溶剂型油墨。所以开发具有粒径分布窄,表面具有亲水亲油特性,既适用于苯类溶剂,也适用于醇、酯、酮类溶剂的溶剂墨助剂用纳米碳酸钙产品具有十分重要的意义。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种溶剂型油墨助剂用纳米碳酸钙的制备方法。
本发明的构思是这样的:
(1)在一定浓度的Ca(OH)2的悬浮液中通入含有CO2的窑气进行碳化。通过通过Ca(OH)2悬浮液的温度、窑气的流量有效控制碳酸钙晶核的成核速率;在碳化至形成一定的晶核数后,降低碳化速率,使碳酸钙晶核由亚稳态区进入稳态区,停止碳化进行陈化。最后加入晶形调节剂控制各晶面的生长速率,继续碳化使晶体均匀生长,形成粒径在70-90nm分布较窄的立方形均分散的纳米碳酸钙浆料。
(2)将均分散的立方形纳米碳酸钙颗粒在高剪切乳化分散的情况下进行液相表面包覆处理,使碳酸钙浆料的分散与包覆同步进行,生成碳酸钙粒径分布窄,表面具有亲水亲油特性,在溶剂型油墨中具有良好分散,不易沉降,且显著提高溶剂型油墨的透明度和光泽度等综合印刷性能的本发明产品。
按照上述构思,本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现:
溶剂型油墨助剂用纳米碳酸钙的制备方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
(1)将Ca(OH)2浆料配制成重量浓度为5.0~13.0%的悬浮液,在15.0~28℃下通入含有CO2气体的窑气进行碳化,气体中CO2的含量保持在体积浓度为15~30%之间,检测悬浮液的碳化率;当悬浮液碳化率达5~20%时,减慢碳化速率,降低溶液的过饱和度,使形成的碳酸钙晶核由亚稳态区逐渐过渡到稳态区,缓慢碳化0.5~2小时后停止碳化,陈化0.5~2小时,使碳酸钙晶核稳定;然后再加入晶型调节剂,所述的晶型调节剂为麦芽糖或蔗糖中的一种及其混合物,在强搅拌情况下继续碳化至pH 6.5~7.0为终点,生成粒径分布窄的纳米级立方形碳酸钙浆料;
(2)将复合包覆剂配制成浓度为5~15%的包覆液,调节包覆液的PH值并升温至70~90℃,采用乳化泵使复合包覆剂溶解至包覆剂乳液待用;
(3)将步骤(1)的纳米级立方形碳酸钙浆料加热至60~80℃之间,按纳米碳酸钙的重量计加入重量为1.0~5.0%的步骤(2)得到的包覆剂乳液,在高剪切乳化分散的情况下进行包覆处理得到包覆后的浆料,包覆处理时间在0.5~3.5小时;将包覆后的浆料过滤至含水量小于60%的滤饼,在80-110℃下烘干,即获得溶剂型油墨助剂用纳米碳酸钙。
本发明所述的减慢碳化速率,是指通入窑气的流量是正常碳化时窑气流量的5~20%。
所述的晶型调节剂加入量以CaCO3重量计为0.5%-3.0%,加入时间为陈化后继续碳化前加入。
所述的复合包覆剂为歧化松香和十二羟基硬脂酸,歧化松香和十二羟基硬脂酸重量混合比为2∶8~8∶2。
所述的加入复合包覆剂的重量是以CaCO3重量计为0.5%-3.0%。
所述的步骤(3)中包覆液的温度在60~80℃之间,
所述的步骤(3)中包覆处理时间为0.5~2.5小时。
所述的乳化泵为通用的设备,如江苏启汇龙混合设备有限公司生产的HDX1/240乳化泵,功率为2KW,转速为2900转/分。
本发明在制备过程中,根据晶体成核生长的原理,在形成一定的核数后降低碳化速率,使形成的晶核由亚稳态区渐慢进入稳态区,并控制一定的晶核数,然后继续碳化使晶体均匀生长,合成粒径分布较窄的均分散粒子。在纳米碳酸钙的表面包覆处理过程中,采用强剪切乳化分散与复合包覆同步进行的工艺,特别是选用含有亲水基团的有机包覆剂进行复合包覆处理,不但提高碳酸钙的分散性及均匀包覆,而且使包覆后的产品具有亲水亲油特性。由本发明的纳米碳酸钙产品粒径在70~90nm,表面具有亲水亲油特性,在溶剂型油墨中具有良好分散,不易沉降,且显著提高溶剂型油墨的透明度和光泽度等综合印刷性能。
按上述方法合成的溶剂型油墨助剂用纳米碳酸钙粒径在70~90nm之间,吸油值35g/100gCaCO3,且无团聚现象。用PG290调墨油(杭华生产)50克,本发明产品30克,甲苯与异丙醇以1∶1配成的溶剂20克,再加入玻璃砂30克,用容器装好,夹入快手(涂料快速分散实验机,上海环境工程技术有限公司),震动1小时。取少量样品在塑料薄膜上刮平用目测法评价其光泽度、透明度,将其余样品倒入沉降瓶中,静止48小时观察其样品的沉降稳定性。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明具体的实施方式进行叙述,但实施例并不限制本发明的保护范围。
实施例1
在1立方米的反应釜中加入0.8立方米浓度为6.0%(重量浓度)的氢氧化钙浆料,反应起始温度控制在18℃,通入含CO2量为20~28%(体积浓度)的窑气进行碳化,窑气流量为7.5m3/h,碳化1小时后减慢碳化速率,减少窑气的通入量,此时窑气的流量为1m3/h,碳化0.5小时后,停止碳化即陈化1小时,再加入已溶解好的蔗糖晶形调节剂0.8公斤,在强搅拌速率下继续碳化,窑气流量仍为7.5m3/h,直至浆料的PH值降至7以下即为碳化终点,停止碳化,得匀分散的纳米碳酸钙浆料待用。
将0.6公斤歧化松香和1.2公斤十二羟基硬脂酸溶解于15升的85℃的温水中,加入液碱调节包覆液的PH值为12,制成包覆乳液,然后将包覆乳液加入到已升温至70℃的纳米碳酸钙浆料中,开启高剪切乳化机分散浆料并恒温包覆处理1.5小时,将浆料趁热过滤、100℃干燥,得本发明产品。
该产品平均粒径为80纳米,吸油值33g/100gCaCO3,且无团聚现象。采用溶剂型助剂用碳酸钙评价方法,测得该产品在PP塑料薄膜上具有较高的透明度与光泽度,样品静止48小时后沉降现象。该产品适用于高档溶剂型油墨用填料。
实施例2
在1立方米的反应釜中加入0.7立方米浓度为12.0%(重量浓度)的氢氧化钙浆料,反应起始温度控制在22℃,通入含CO2量为20~28%(体积浓度)的窑气进行碳化,窑气流量为10m3/h,当碳化1小时后减慢碳化速率,减少窑气的通入量,此时窑气的流量为1m3/h,碳化1.0小时后,停止碳化即陈化1.5小时,再加入已溶解好的麦芽糖0.5公斤和蔗糖0.5公斤的混合液,在强搅拌速率下继续碳化,窑气流量仍为10m3/h,直至浆料的PH值降至7以下即为碳化终点,停止碳化,得匀分散的纳米碳酸钙浆料待用。
将2.0公斤歧化松香和1.0公斤十二羟基硬脂酸溶解于30升85℃的温水中,加入液碱调节包覆液的PH值为12,制成包覆乳液,然后将包覆乳液加入到已升温至70℃的纳米碳酸钙浆料中,开启高剪切乳化机分散并恒温包覆处理2.5小时,将浆料趁热过滤、100℃干燥,得本发明产品。
该产品平均粒径为75纳米,吸油值32g/100gCaCO3,且无团聚现象。采用溶剂型助剂用碳酸钙评价方法,测得该产品在PP塑料薄膜上具有较高的透明度与光泽度,样品静止48小时后沉降现象。该产品适用于高档溶剂型油墨用填料。
实施例3
在1立方米的反应釜中加入0.7立方米浓度为9.0%(重量浓度)的氢氧化钙浆料,反应起始温度控制在25℃,通入含CO2量为20~28%(体积浓度)的窑气进行碳化,窑气流量为12m3/h,当碳化0.5小时后减慢碳化速率,减少窑气的通入量,此时窑气的流量为0.8m3/h,碳化1.5小时后,停止碳化即陈化0.5小时,再加入已溶解好的麦芽糖0.2公斤和蔗糖1.5公斤的混合液,在强搅拌速率下继续碳化,窑气流量仍为12m3/h,直至浆料的PH值降至7以下即为碳化终点,停止碳化,得匀分散的纳米碳酸钙浆料待用。
将2.0公斤歧化松香和0.5公斤十二羟基硬脂酸溶解于30升85℃的温水中,加入液碱调节包覆液的PH值为12,制成包覆乳液,然后将包覆乳液加入到已升温至75℃的纳米碳酸钙浆料中,开启高剪切乳化机分散并恒温包覆处理1.5小时,将浆料趁热过滤、100℃干燥,得本发明产品。
该产品平均粒径为90纳米,吸油值30g/100gCaCO3,且无团聚现象。采用溶剂型助剂用碳酸钙评价方法,测得该产品在PP塑料薄膜上具有较高的透明度与光泽度,样品静止48小时后沉降现象。该产品适用于高档溶剂型油墨用填料。
以上显示和描述了本发明的基本原理,主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神范围的前提下,本发明还会有各种变化的改进,这些变化和改进都落在要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.溶剂型油墨助剂用纳米碳酸钙的制备方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
(1)将Ca(OH)2浆料配制成重量浓度为5.0~13.0%的悬浮液,在15.0~28℃下通入含有CO2气体的窑气进行碳化,气体中CO2的含量保持在体积浓度为15~30%之间,检测悬浮液的碳化率;当悬浮液碳化率达5~20%时,减慢碳化速率,降低溶液的过饱和度,使形成的碳酸钙晶核由亚稳态区逐渐过渡到稳态区,缓慢碳化0.5~2小时后停止碳化,陈化0.5~2小时,使碳酸钙晶核稳定;然后再加入晶型调节剂,所述的晶型调节剂为麦芽糖或蔗糖中的一种及其混合物,在强搅拌情况下继续碳化至pH 6.5~7.0为终点,生成粒径分布窄的纳米级立方形碳酸钙浆料;
(2)将复合包覆剂配制成浓度为5~15%的包覆液,调节包覆液的PH值并升温至70~90℃,采用乳化泵使复合包覆剂溶解至包覆剂乳液待用;
(3)将步骤(1)的纳米级立方形碳酸钙浆料加热至60~80℃之间,按纳米碳酸钙的重量计加入重量为1.0~5.0%的步骤(2)得到的包覆剂乳液,在高剪切乳化分散的情况下进行包覆处理得到包覆后的浆料,包覆处理时间在0.5~3.5小时;将包覆后的浆料过滤至含水量小于60%的滤饼,在80-110℃下烘干,即获得溶剂型油墨助剂用纳米碳酸钙。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的减慢碳化速率,是指通入窑气的流量是正常碳化时窑气流量的5~20%。
3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的晶型调节剂加入量以CaCO3重量计为0.5%-3.0%,加入时间为陈化后继续碳化前加入。
4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的复合包覆剂为歧化松香和十二羟基硬脂酸,歧化松香和十二羟基硬脂酸重量混合比为2∶8~8∶2。
5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的加入复合包覆剂的重量是以CaCO3重量计为0.5%-3.0%。
6.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的步骤(3)中包覆剂乳液的温度在60~80℃之间。
7.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的步骤(3)中包覆处理时间为0.5~2.5小时。
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Patentee before: WUHU ZHUOYUE NANO NEW MATERIAL CO., LTD.

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