CN107012728B - 一种用于装饰纸生产用防晒剂的制备方法 - Google Patents

一种用于装饰纸生产用防晒剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于装饰纸生产用防晒剂的制备方法，属于防晒剂技术领域，该制备方法以高岭石、聚乙二醇以及纳米二氧化钛作为原料，混合于脱盐水后形成浆料，该浆料送入砂磨机中进行研磨，该研磨过程中包括纳米高岭石的制备、纳米二氧化钛的分散以及纳米二氧化钛的负载，通过高岭石的机械力化学插层过程来实现纳米二氧化钛对高岭石的插层改性，随后经过打散、熟化、干燥和粉碎等工序，得到负载纳米二氧化钛的防晒剂，该制备过程无废水，工艺设备简单，操作简便，所用纳米二氧化钛为SCR脱硝催化剂载体用纳米TiO2团聚体，消除了纳米TiO2制备带来的技术和环保问题，简化了生产过程，该防晒剂用于装饰纸生产能够改善装饰纸的防晒抗老化性能。

Description

一种用于装饰纸生产用防晒剂的制备方法
技术领域
本发明属于防晒剂技术领域，具体涉及一种用于装饰纸生产用防晒剂的制备方法。
背景技术
装饰纸防晒剂是一种提高装饰纸光稳定性的专用助剂，产品可以以浆料形式直接在造纸中使用，也可以以固体粉末与装饰纸颜料二氧化钛混合，提高装饰纸颜料二氧化钛的光屏蔽性能。现有的装饰纸中所添加的防晒剂中，LR952和Ti-PureR796+分别为国内以及世界上公认的装饰纸生产用二氧化钛，分别为国内和世界的知名品牌，效果较好，但成本较为昂贵；而未包膜硫酸法金红石TiO2成本较低，但是使用其生产的装饰纸在原值定量、原值灰分、紫外线照射、相对反射率以及白度等指标较差，使用效果不好，因此，需要开发一种成本较低且使用效果较好的防晒剂。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供了一种用于装饰纸生产用防晒剂的制备方法，该方法借助聚乙二醇作为插片剂和分散剂，得以一步实现二维纳米高岭土薄片的制备、纳米二氧化钛分散和负载，进而制备得到能够提高装饰纸抗紫外性能的专用防晒剂。
本发明的具体技术方案是：
一种用于装饰纸生产用防晒剂的制备方法，关键点是，所述方法包括如下步骤：
A、研磨
将质量比例为(90-110):(10-12):(10-12)的高岭石、聚乙二醇、纳米二氧化钛混合于脱盐水中形成浓度为500-800g/L的浆料，随后送入研磨机进行研磨，研磨时间30-45min，得到研磨料；
B、打散
将研磨料送入粉碎机进行打散，得到粒径为0.15-0.35nm的粉碎料；
C、熟化
将粉碎料放入脱盐水中配置浓度为450-550g/L的浆料，浆料送入加热反应釜中并加热至60-70℃，随后加入90-110g/L的硫酸铝溶液，并加入190-210g/L的NaOH溶液中和至pH值为5-5.5，随后调整pH值至7.2-7.5，熟化1.5-2.5H后冷却至40℃以下；
D、干燥和粉碎
将冷却后的物料进行干燥，并使用粉碎机将干燥后的物料进行粉碎，该粉碎物料即为防晒剂成品。
所述的步骤A中，高岭石、聚乙二醇以及纳米二氧化钛的质量比为100:11:11。
所述的步骤A中，高岭石粒径≤2μm，纳米二氧化钛选用SCR脱硝催化剂载体用纳米二氧化钛团聚体，研磨机为磨珠粒径0.6-0.8mm的砂磨机，浆料在砂磨机中进行循环湿磨，砂磨机容量为1L，进料速率为4L/h，浆料在砂磨机中循环研磨三次，每次停留时间为10-15min。
所述的步骤C中，粉碎料放入脱盐水配置的浆料浓度为500g/L，加热反应釜加热至65℃，随后加入的硫酸铝溶液和NaOH溶液的浓度分别为100g/L和200g/L，熟化时间为2H。
所述的步骤D中，干燥所用设备为喷雾干燥器，粉碎机为气流粉碎机。
本发明的有益效果是：本发明通过机械力化学插层法对高岭石进行磨剥，在该过程中借助聚乙二醇将纳米二氧化钛分散，聚乙二醇作为插层剂，机械力打断高岭土原有氢键，聚乙二醇与断裂处结合成更为牢固的新的氢键，高岭土在不断的磨剥下厚度变薄，当量直径变小；聚乙二醇作分散剂，分散好的纳米二氧化钛负载到二维纳米高岭土薄片上，通过二氧化钛对高岭石进行插层改性，负载纳米二氧化钛的防晒剂应用于装饰纸生产中，能够改善装饰纸的防晒抗老化性能，使得装饰纸各项指标能够达到甚至超过现有技术中的最高水平；用聚乙二醇作为插层剂，使得二氧化钛在高岭石磨剥过程分散均匀，高岭石改性过程较为均匀，同时使得造纸过程中颜料二氧化钛具有良好的分散性，所用纳米二氧化钛为SCR脱硝催化剂载体用纳米二氧化钛团聚体，消除了纳米二氧化钛制备带来的技术和环保问题，使防晒剂的整个制备过程简单化，本发明制备方法中插层磨剥高岭土制备纳米高岭土、纳米TiO2分散、纳米TiO2负载在一台砂磨机中完成，产品无需过滤洗涤，无废水，工艺设备简单，操作简便，制备成本得到了较好的控制。
附图说明
图1是本发明中方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于装饰纸生产用防晒剂的制备方法，该方法制备过程基于高岭石的机械力化学插层法来进行，以高岭石、聚乙二醇、纳米二氧化钛作为原料，混合于脱盐水形成浆料后，依次经过研磨、打散、熟化以及干燥和粉碎，最终得到可用于提高装饰纸防晒抗老化性能的防晒剂，该防晒剂的制备方法具体包括如下步骤：
A、研磨
将质量比例为100:11:11的高岭石、聚乙二醇、纳米二氧化钛混合于脱盐水中形成浓度为650g/L的浆料，高岭石粒径≤2μm，聚乙二醇是纳米二氧化钛分散和造纸过程中颜料二氧化钛的优良分散剂，在此作为插层剂使用，纳米二氧化钛选用SCR脱硝催化剂载体用纳米二氧化钛团聚体，消除了纳米TiO2制备带来的技术和环保问题，随后将浆料送入磨珠粒径0.6-0.8mm的砂磨机，磨珠为氧化锆磨珠，浆料在砂磨机中进行循环湿磨，砂磨机容量为1L，进料速率为4L/h，浆料在砂磨机中循环研磨三次，每次停留时间为15min，共45min，得到研磨料；插层磨剥高岭土制备纳米高岭土、纳米TiO2分散、纳米TiO2负载在一台砂磨机中完成，产品无需过滤洗涤，无废水，工艺设备简单，容易操作；插层是不改变层片状主体结构特征的前提下，在高岭土基本单元层之间插入小分子化合物，导致层与层之间剥离，这是机械力化学插层方法，砂磨机机械力磨剥高岭石，层间氢键断裂，插层剂与高岭石氢键断裂处形成新的更为牢固氢键，聚乙二醇作为插层剂和分散剂分别进行高岭土的插层和纳米二氧化钛的分散，在高岭土磨剥过程中，分散的纳米二氧化钛逐渐负载在高岭土薄片上，插层、分散以及负载同时进行，能够避免发生再次团聚的现象；
B、打散
将研磨料送入粉碎机进行打散，得到粒径为0.15-0.35nm的粉碎料，粒径测量使用激光粒度仪来进行；
C、熟化
将粉碎料放入脱盐水中配置浓度为500g/L的浆料，浆料送入加热反应釜中并加热至65℃，随后加入100g/L的硫酸铝溶液，并加入200g/L的NaOH溶液中和至pH值为5-5.5，随后调整pH值至7.2-7.5，熟化2H后冷却至40℃以下；纳米TiO2表面包覆一层纳米Al2O3膜，膜层既起到降低纳米TiO2活性的作用(即遮盖活性位点)，也具备一定的透明性，当pH小于5.0时，Al3+水解产物为可溶性低分子物种，随pH升高，水解产物聚合度升高；当pH大于等于5.5时，随着pH增加，水解产物的不透明性及聚合度降低，所以成膜时的pH定为5-5.5；之后使用pH计测量pH值，滴加碱液调整pH值至7.2-7.5是为了进行熟化，熟化可以使产品表面的铝膜趋于均匀和致密，提高产品耐候性，pH偏高或偏低会降低产品消色力，产生影响。
D、干燥和粉碎
使用喷雾干燥器对冷却后的物料进行干燥，随后使用气流粉碎机进行粉碎，粉碎后的物料即为防晒剂成品。
制备所得的防晒剂成品可以以浆料形式直接在造纸中使用，也可以以固体粉末的形式与装饰纸颜料二氧化钛进行混合，提高装饰纸颜料二氧化钛的光屏蔽性能。
下面通过对比试验来说明本发明所制备防晒剂的效果，对比试验通过在生产装饰纸打浆时加入不同的物质来进行，实验组分别为S2、S1、RAW、LR952以及Ti-PureR796+共五组，这五组分别为加入8％防晒剂、4％防晒剂、未包膜硫酸法金红石TiO2、装饰专用二氧化钛LR952以及Ti-PureR796+，随后进行打浆抄纸，打浆度30°SR，然后得到每个组别的原值定量、原值灰分、紫外线照射、相对反射率以及白度等指标，如表一所示。
(表一)
紫外线照射△E指标体现光稳定性，相对反射率体现遮盖率，纳米二氧化钛和聚乙二醇的加入，能够提高纸张纤维对TiO2的吸附，留着率提高，原纸灰分提高，浸胶层压纸光稳定性提高、遮盖力提高、白度增高。LR952国内装饰纸知名品牌，Ti-PureR796+美国杜邦氯化法专用装饰纸专用二氧化钛，世界知名品牌，从表一可知，当防晒剂用量达到8％时，无论是原纸还是浸胶层压纸质量技术指标接近或达到世界水平，当防晒剂加量达到4％时，质量技术指标处于国内领先水平，使用防晒剂，原纸灰分能够提高8个百分点以上，浸胶层压纸光稳定性提高75％以上，白度提高0.5个百分点以上，遮盖力提高0.3个百分点以上。S2和S1组别各项指标接近或者超过LR952和Ti-PureR796+组别，并优于RAW组别，因此，在生产装饰纸时，添加本发明方法制备的防晒剂能够改善装饰纸的各项参数指标，本发明中纳米TiO2改性纳米高岭土用于装饰纸防晒剂，负载纳米TiO2装饰纸防晒剂改善装饰纸的防晒抗老化性能，对生产优质装饰纸，发展装饰纸产业具有较大意义，开拓了纳米材料应用新的技术途径。

Claims (4)

1.一种用于装饰纸生产用防晒剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
A、研磨
将质量比例为(90-110):(10-12):(10-12)的高岭石、聚乙二醇、纳米二氧化钛混合于脱盐水中形成浓度为500-800g/L的浆料，随后送入研磨机进行研磨，研磨时间30-45min，得到研磨料；
B、打散
将研磨料送入粉碎机进行打散，得到粒径为0.15-0.35nm的粉碎料；
C、熟化
将粉碎料放入脱盐水中配置浓度为450-550g/L的浆料，浆料送入加热反应釜中并加热至60-70℃，随后加入90-110g/L的硫酸铝溶液，并加入190-210g/L的NaOH溶液中和至pH值为5-5.5，随后调整pH值至7.2-7.5，熟化1.5-2.5h后冷却至40℃以下；
D、干燥和粉碎
将冷却后的物料进行干燥，并使用粉碎机将干燥后的物料进行粉碎，该粉碎物料即为防晒剂成品；
所述的步骤A中，高岭石粒径≤2μm，纳米二氧化钛选用SCR脱硝催化剂载体用纳米二氧化钛团聚体，研磨机为磨珠粒径0.6-0.8mm的砂磨机，浆料在砂磨机中进行循环湿磨，砂磨机容量为1L，进料速率为4L/h，浆料在砂磨机中循环研磨三次，每次停留时间为10-15min。
2.根据权利要求1所述的一种用于装饰纸生产用防晒剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤A中，高岭石、聚乙二醇以及纳米二氧化钛的质量比为100:11:11。
3.根据权利要求1所述的一种用于装饰纸生产用防晒剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤C中，粉碎料放入脱盐水配置的浆料浓度为500g/L，加热反应釜加热至65℃，随后加入的硫酸铝溶液和NaOH溶液的浓度分别为100g/L和200g/L，熟化时间为2h。
4.根据权利要求1所述的一种用于装饰纸生产用防晒剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤D中，干燥所用设备为喷雾干燥器，粉碎机为气流粉碎机。
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