CN101935474B - 一种吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法 - Google Patents
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Abstract
一种吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法，它涉及一种纳米二氧化硅的改性方法。本发明解决了现有吸墨涂层用纳米二氧化硅亲水性差，吸墨效率低的问题。方法步骤为：一、称取稀土或稀土混合物，溶解，过滤，定容，制得稀土溶液；二、将稀土溶液与纳米二氧化硅混合，在恒温水浴条件下改性，搅拌；三、达到改性时间后，停止，离心，倒出上层清液，得到改性后的纳米二氧化硅。本发明制得的改性后的纳米二氧化硅亲水性增强，吸墨效率高。可应用于喷墨打印、汽车轻量化用改性塑料的增强剂、汽车表面抗划伤涂层材料等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米二氧化硅的改性方法。
背景技术
纳米二氧化硅作为纳米家族的一员，由于其生产成本低，是目前世界上大规模工业化生产产量最高的一种纳米材料。纳米二氧化硅属精细化工品，它在建筑业、化妆品、化工、医药、特种材料、航天航空业的特种制品等方面都有重要作用。
纳米二氧化硅在彩喷打印方面也有很大地应用。喷墨打印用涂布纸，是在喷墨打印原纸表面上涂布一层具有吸墨性的多孔性结构的材料或颜料。纳米二氧化硅的低成本、比表面积大、多微孔等优点促使其在吸墨层制备上得到了广泛的应用。然而，高性能吸墨涂层需要纳米二氧化硅填料与胶黏剂具有良好的结合性和优越的吸墨性能。现有的纳米二氧化硅表面多接有烷基链，降低了其亲水性，即使通过灼烧等方法，纳米二氧化硅对油墨的吸收性能仍不理想。这就要求对现有纳米二氧化硅表面进行改性。现有二氧化硅的改性方法中多采用硅烷偶联剂等有机改性剂，改性后虽然其分散性得到提高，但是表面亲水性大大降低。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有吸墨涂层用纳米二氧化硅亲水性差，吸墨效率低的问题，提供一种吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法。本发明一种吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法按以下步骤进行：一、称取稀土或稀土混合物，使其充分溶解于水中，过滤，定容，制得质量浓度为1％～50％的稀土溶液；二、将稀土溶液与纳米二氧化硅混合，每毫升稀土溶液加入0.02g的纳米二氧化硅，将混合物在25～120℃恒温水浴条件下进行改性，并不断搅拌；三、达到改性时间后，停止改性，离心，倒出上层清液，得到的沉淀即为改性后的纳米二氧化硅。
本发明制得的纳米二氧化硅表面含氧极性官能团增加，亲水性增强。应用其制备的吸墨涂层吸墨效率有所提高，油墨干燥时间低于1min，物理拉伸性能好，打印图像光泽度、色彩饱和度、层次度均有很大提高，能够更真实的显示所打印的图像。本发明的改性方法步骤简单，成本低，易操作，对环境无污染。
附图说明
图1是具体实施方式十二制备的改性后的纳米二氧化硅X射线光电子能谱图；图2是改性前的纳米二氧化硅X射线光电子能谱图；图3是具体实施方式十二至十五制备的纳米二氧化硅吸墨涂层拉伸性能测试图；图4是具体实施方式十二至十五制备的纳米二氧化硅吸墨涂层与水接触角的测试图；图5是未改性的纳米二氧化硅吸墨涂层喷绘性能测试图；图6是具体实施方式十二制备的纳米二氧化硅吸墨涂层喷绘性能测试图；图7是具体实施方式十三制备的纳米二氧化硅吸墨涂层喷绘性能测试图；图8是具体实施方式十四制备的纳米二氧化硅吸墨涂层喷绘性能测试图；图9是具体实施方式十五制备的纳米二氧化硅吸墨涂层喷绘性能测试图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法按以下步骤进行：一、称取稀土或稀土混合物，使其充分溶解于水中，过滤，定容，制得质量浓度为1％～50％的稀土溶液；二、将稀土溶液与纳米二氧化硅混合，每毫升稀土溶液加入0.02g的纳米二氧化硅，将混合物在25～120℃恒温水浴条件下进行改性，并不断搅拌；三、达到改性时间后，停止改性，离心，倒出上层清液，得到的沉淀即为改性后的纳米二氧化硅。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中制得质量浓度为15％～35％的稀土溶液。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中制得质量浓度为25％的稀土溶液。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中的纳米二氧化硅的粒径为5～500nm。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中将混合物在40～100℃恒温水浴条件下进行改性。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中将混合物在50～90℃恒温水浴条件下进行改性。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中将混合物在80℃恒温水浴条件下进行改性。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中改性时间为1～100h。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中改性时间为5～80h。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三中改性时间为10～60h。其它与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤三中改性时间为24h。其它与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式一种吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法按以下步骤进行：一、称取37.5g混合氯化稀土，在蒸馏水中充分溶解，过滤，在250ml容量瓶中定容，制得15％的稀土溶液；二、将50ml稀土溶液与1g纳米二氧化硅混合，将混合物在80℃恒温水浴条件下进行改性，并不断搅拌；三、改性时间达到2h后，停止改性，离心，倒出上层清液，得到的沉淀即为改性后的纳米二氧化硅。
将改性后的纳米二氧化硅进行制膜并评估。改性后的纳米二氧化硅不进行干燥处理。计算纳米二氧化硅膏体的固含量为14.75％。量取1.8ml水，将少量分散剂溶于水中，待分散均匀后，加入2.04g纳米二氧化硅膏体，搅拌10h使其分散均匀，得到10％二氧化硅分散液。加入10ml质量浓度为10％的聚乙烯醇溶液，继续搅拌10h，过滤。刮刀调至100μm，在涤纶树脂(PET)上刮膜，制得纳米二氧化硅吸墨涂层。
本实施方式制备的改性后的纳米二氧化硅X射线光电子能谱图如图1所示，图2为改性前的纳米二氧化硅X射线光电子能谱图。将图1与图2对比得出的数据如表1所示。
表1改性前后纳米二氧化硅的表面元素含量
由表1可以看出，改性后的纳米二氧化硅表面含氧量升高，C/O的值降低，说明改性后的纳米二氧化硅表面含氧极性官能团有所增加。
具体实施方式十三：本实施方式一种吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法按以下步骤进行：一、称取37.5g混合氯化稀土，在蒸馏水中充分溶解，过滤，在250ml容量瓶中定容，制得15％的稀土溶液；二、将50ml稀土溶液与1g纳米二氧化硅混合，将混合物在80℃恒温水浴条件下进行改性，并不断搅拌；三、改性时间达到5h后，停止改性，离心，倒出上层清液，得到的沉淀即为改性后的纳米二氧化硅。
将改性后的纳米二氧化硅进行制膜并评估。改性后的纳米二氧化硅不进行干燥处理。计算纳米二氧化硅膏体的固含量为14.75％。量取1.8ml水，将少量分散剂溶于水中，待分散均匀后，加入2.04g纳米二氧化硅膏体，搅拌10h使其分散均匀，得到10％二氧化硅分散液。加入10ml质量浓度为10％的聚乙烯醇溶液，继续搅拌10h，过滤。刮刀调至100μm，在涤纶树脂(PET)上刮膜，制得纳米二氧化硅吸墨涂层。
具体实施方式十四：本实施方式一种吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法按以下步骤进行：一、称取37.5g混合氯化稀土，在蒸馏水中充分溶解，过滤，在250ml容量瓶中定容，制得15％的稀土溶液；二、将50ml稀土溶液与1g纳米二氧化硅混合，将混合物在80℃恒温水浴条件下进行改性，并不断搅拌；三、改性时间达到10h后，停止改性，离心，倒出上层清液，得到的沉淀即为改性后的纳米二氧化硅。
将改性后的纳米二氧化硅进行制膜并评估。改性后的纳米二氧化硅不进行干燥处理。计算纳米二氧化硅膏体的固含量为14.75％。量取1.8ml水，将少量分散剂溶于水中，待分散均匀后，加入2.04g纳米二氧化硅膏体，搅拌10h使其分散均匀，得到10％二氧化硅分散液。加入10ml质量浓度为10％的聚乙烯醇溶液，继续搅拌10h，过滤。刮刀调至100μm，在涤纶树脂(PET)上刮膜，制得纳米二氧化硅吸墨涂层。
具体实施方式十五：本实施方式一种吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法按以下步骤进行：一、称取37.5g混合氯化稀土，在蒸馏水中充分溶解，过滤，在250ml容量瓶中定容，制得15％的稀土溶液；二、将50ml稀土溶液与1g纳米二氧化硅混合，将混合物在80℃恒温水浴条件下进行改性，并不断搅拌；三、改性时间达到24h后，停止改性，离心，倒出上层清液，得到的沉淀即为改性后的纳米二氧化硅。
将改性后的纳米二氧化硅进行制膜并评估。改性后的纳米二氧化硅不进行干燥处理。计算纳米二氧化硅膏体的固含量为14.75％。量取1.8ml水，将少量分散剂溶于水中，待分散均匀后，加入2.04g纳米二氧化硅膏体，搅拌10h使其分散均匀，得到10％二氧化硅分散液。加入10ml质量浓度为10％的聚乙烯醇溶液，继续搅拌10h，过滤。刮刀调至100μm，在涤纶树脂(PET)上刮膜，制得纳米二氧化硅吸墨涂层。
具体实施方式十二至十五制备的纳米二氧化硅吸墨涂层拉伸性能测试图如图3所示，从图3中可以看出，改性时间在5h以下，随着改性时间的增加，断裂力值急剧增加；5h之后，拉伸性能增加趋势变缓；改性24h与10h的拉伸性能相比提高不大。说明改性时间10h即可达到有益效果。
具体实施方式十二至十五制备的纳米二氧化硅吸墨涂层与水接触角的测试图如图4所示，从图4中可以看出，改性时间在5h以下，接触角急剧下降；而改性24h与10h相比，接触角减小不到1度。说明随着改性时间增加，吸墨涂层亲水性增加，改性时间10h即可达到有益效果。
具体实施方式十二制备的纳米二氧化硅吸墨涂层喷绘性能测试图如图6所示。具体实施方式十三制备的纳米二氧化硅吸墨涂层喷绘性能测试图如图7所示。具体实施方式十四制备的纳米二氧化硅吸墨涂层喷绘性能测试图如图8所示。具体实施方式十五制备的纳米二氧化硅吸墨涂层喷绘性能测试图如图9所示。图5是未改性的纳米二氧化硅吸墨涂层喷绘性能测试图。从图5、6和7中可以看出，改性时间在10h以下，图像的光泽度、色彩饱和度、层次度均随改性时间增加而增加；从图8和9中可以看出，改性24h与10h相比，图像效果基本没有差别。说明改性时间10h即可达到有益效果。
具体实施方式十二至十五制备的纳米二氧化硅吸墨涂层的油墨干燥时间如表2所示。
表2纳米二氧化硅吸墨涂层的油墨干燥时间
| 改性时间/h | 0 | 2 | 5 | 10 | 24 |
| 油墨干燥时间/min | 20 | 4 | 2 | ＜1 | ＜1 |
由表2可以看出，改性时间在10h以下，油墨干燥时间随改性时间增加而减少；改性24h与10h相比，油墨干燥时间变化不大。说明改性时间10h即可达到有益效果。
Claims (8)
1.一种吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法，其特征在于吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法按以下步骤进行：一、称取稀土或稀土混合物，使其充分溶解于水中，过滤，定容，制得质量浓度为1％～50％的稀上溶液；二、将稀上溶液与纳米二氧化硅混合，每毫升稀土溶液加入0.02g的纳米二氧化硅，将混合物在25～120℃恒温水浴条件下进行改性，并不断搅拌；三、达到改性时间后，停止改性，离心，倒出上层清液，得到的沉淀即为改性后的纳米二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的一种吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法，其特征在于步骤一中制得质量浓度为15％～35％的稀上溶液。
3.根据权利要求1或2所述的一种吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法，其特征在于步骤二中的纳米二氧化硅的粒径为5nm。
4.根据权利要求3所述的一种吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法，其特征在于步骤二中将混合物在40～100℃恒温水浴条件下进行改性。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法，其特征在于步骤二中将混合物在80℃恒温水浴条件下进行改性。
6.根据权利要求5所述的一种吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法，其特征在于步骤三中改性时间为1～100h。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的一种吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法，其特征在于步骤三中改性时间为10～60h。
8.根据权利要求7所述的一种吸墨涂层用纳米二氧化硅的改性方法，其特征在于步骤三中改性时间为24h。
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