CN107674457B - 一种用于相纸吸墨层涂料的改性二氧化硅填料的制备方法 - Google Patents

一种用于相纸吸墨层涂料的改性二氧化硅填料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于相纸吸墨层涂料的改性二氧化硅填料的制备方法，包括如下步骤：（1）纳米二氧化硅分散液制备、（2）改性处理、（3）成品制备。本发明对纳米二氧化硅填料进行了特殊的改性处理，改善了其表面特性，增强了其填充使用效果，能有效的增强吸墨层涂料与相纸表面的吸附固定效果，可省去底层涂料的使用，同时又能提升涂层整体的吸墨量、光泽度等，具有很好的使用价值。

Description

一种用于相纸吸墨层涂料的改性二氧化硅填料的制备方法
技术领域
本发明属于打印纸制造技术领域，具体涉及一种用于相纸吸墨层涂料的改性二氧化硅填料的制备方法。
背景技术
喷墨打印有易于彩色化和数字化控制的优势，受到追求个人色彩的用户的青睐，随着国内喷墨打印机保有量的增加，导致了对高质量的涂布喷墨打印纸需求量的增加，现在我国市场上的彩色喷墨打印纸多以国外进口为主，现有的国内的生产及理论研究相对贫乏。喷墨打印需要在涂布有油墨接受层（也即吸墨层）的记录材料上，才能表现很好的图样分辨率和色彩还原能力。众所周知，彩色喷墨打印纸的质量（如色彩的鲜艳度、清晰度、饱和度、细部层次和色彩还原度等）主要决定于吸墨涂层的性能，而吸墨涂层是由吸墨层涂料涂覆固化后形成，而影响吸墨层涂料品质的重要因素是涂料内的吸收填料，目前多以纳米氧化铝、纳米二氧化硅作为吸收填料，但现有的纳米填料多存在易聚集、分散不均匀等问题，进而影响了油墨的分散均匀性和吸收稳固性等问题，且现有对于纳米填料的研究多是为了提升其吸墨量，而吸墨量与光泽度性能在传统意义上是一个此消彼长的关系，鲜少见到有能有效增强上述综合品质的方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种用于相纸吸墨层涂料的改性二氧化硅填料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于相纸吸墨层涂料的改性二氧化硅填料的制备方法，包括如下步骤：
（1）纳米二氧化硅分散液制备：
先将纳米二氧化硅和无水乙醇按重量比1：15~20称取备用，然后将纳米二氧化硅缓慢的加入到无水乙醇中，加入时不断进行搅拌处理，完成后用超声波进行分散处理，25~30min后得纳米二氧化硅分散液备用；
（2）改性处理：
a.将步骤（1）所得的纳米二氧化硅分散液放入到磁力搅拌机中，磁力搅拌的同时向纳米二氧化硅分散液中加入改性液A，搅拌处理35~40min后备用；所述的改性液A中的各成分及其对应重量份为：8~11份聚二甲基硅氧烷、2~4份氯化钙、1~3份氯化锌、6~10份丙三醇、150~200份水；
b.向操作a处理后的纳米二氧化硅分散液中继续加入改性液B，再次搅拌处理50~60min后取出备用；所述的改性液B中的各成分及其对应重量份为：3~5份大豆低聚糖、40~50份水；
（3）成品制备：
将步骤（2）处理后的纳米二氧化硅分散液放入到高速离心机内进行离心分离，然后对离心分离后的固体粉末进行干燥处理至恒重，完成后即得成品改性二氧化硅。
进一步的，步骤（1）中所述的纳米二氧化硅的颗粒大小为70~90nm。
进一步的，步骤（1）中所述的超声波分散时的频率为65~68kHz。
进一步的，步骤（2）操作a中所述的改性液A的加入量是纳米二氧化硅分散液总质量的25~30%。
进一步的，步骤（2）操作b中所述的改性液B的加入量是纳米二氧化硅分散液总质量的15~20%。
进一步的，步骤（3）中所述的高速离心机的离心转速为5000~6000转/分钟。
进一步的，步骤（3）中所述的干燥处理的温度控制为65~70℃。
现有的吸墨层涂料在相片纸张上涂覆前，一般还需要对相片纸张涂覆一层底层涂料处理，旨在提升相片纸表面的特性，便于提升吸墨层涂料的涂覆效果，而此方法会提升相片纸加工工艺的复杂程度，不利于整体加工生产成本的降低；吸墨层涂料中的填料用量较高，多为40%重量百分比左右，但其在涂料中的分散效果差，现多通过超声波匀化分散等方式来改善此问题，提升了填料的分散均匀性也即增强了其吸墨能力，从而改善了吸墨层的品质，但对于相片整体光泽度的提升效果甚微；对于上述问题，本发明对吸墨层涂料中的常见二氧化硅填料成分进行了工艺改进处理，其中先将纳米二氧化硅和无水乙醇配制成纳米二氧化硅分散液，为后续的步骤处理奠定了很好的环境基础，接着就对纳米二氧化硅进行了改性处理，先用改性液A进行改性，改性液A中含有聚二甲基硅氧烷、氯化钙、氯化锌等成分，在此添加的聚二甲基硅氧烷能有效的改善纳米二氧化硅的表面活性，增强其在涂料中的分散均匀性，同时其内的硅氧烷链能与纳米二氧化硅表面的硅烷醇基团发生键合，形成了一层裹覆，增强了涂料的粘性，添加的氯化钙、氯化锌中的二价金属阳离子同聚二甲基硅氧烷固定在纳米二氧化硅表面上，增强了纳米二氧化硅的空间位阻效应，进一步提升了其在涂料中的均匀性和稳定性，同时染料墨水多为阴离子型，添加固定的二价金属阳离子又增强了纳米二氧化硅对染料的固定，提升了其吸墨性能；然后又用改性液B进行改性，改性液B中主要含有大豆低聚糖成分，利用大豆低聚糖对纳米二氧化硅表面产生二次裹覆，其又占据了纳米二氧化硅表面的部分吸附位，提升了其静电斥力和空间位阻作用，进一步增强了其填充效果，此外又能增强纳米二氧化硅与相纸基材表面纤维的相容填充结合能力，提升了吸墨层涂料与相纸基材的吸附固定效果，可省去底层涂料的使用，同时因改性纳米二氧化硅与表层纤维的相容固定能力提升，表层的致密性、光滑性提升，透光度下降，整体的光泽度又得到提升。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明对纳米二氧化硅填料进行了特殊的改性处理，改善了其表面特性，增强了其填充使用效果，能有效的增强吸墨层涂料与相纸表面的吸附固定效果，可省去底层涂料的使用，同时又能提升涂层整体的吸墨量、光泽度等，具有很好的使用价值。
具体实施方式
实施例1
一种用于相纸吸墨层涂料的改性二氧化硅填料的制备方法，包括如下步骤：
（1）纳米二氧化硅分散液制备：
先将纳米二氧化硅和无水乙醇按重量比1：15称取备用，然后将纳米二氧化硅缓慢的加入到无水乙醇中，加入时不断进行搅拌处理，完成后用超声波进行分散处理，25min后得纳米二氧化硅分散液备用；
（2）改性处理：
a.将步骤（1）所得的纳米二氧化硅分散液放入到磁力搅拌机中，磁力搅拌的同时向纳米二氧化硅分散液中加入改性液A，搅拌处理35min后备用；所述的改性液A中的各成分及其对应重量份为：8份聚二甲基硅氧烷、2份氯化钙、1份氯化锌、6份丙三醇、150份水；
b.向操作a处理后的纳米二氧化硅分散液中继续加入改性液B，再次搅拌处理50min后取出备用；所述的改性液B中的各成分及其对应重量份为：3份大豆低聚糖、40份水；
（3）成品制备：
将步骤（2）处理后的纳米二氧化硅分散液放入到高速离心机内进行离心分离，然后对离心分离后的固体粉末进行干燥处理至恒重，完成后即得成品改性二氧化硅。
进一步的，步骤（1）中所述的纳米二氧化硅的颗粒大小为70~90nm。
进一步的，步骤（1）中所述的超声波分散时的频率为65kHz。
进一步的，步骤（2）操作a中所述的改性液A的加入量是纳米二氧化硅分散液总质量的25%。
进一步的，步骤（2）操作b中所述的改性液B的加入量是纳米二氧化硅分散液总质量的15%。
进一步的，步骤（3）中所述的高速离心机的离心转速为5000转/分钟。
进一步的，步骤（3）中所述的干燥处理的温度控制为65℃。
实施例2
一种用于相纸吸墨层涂料的改性二氧化硅填料的制备方法，包括如下步骤：
（1）纳米二氧化硅分散液制备：
先将纳米二氧化硅和无水乙醇按重量比1：18称取备用，然后将纳米二氧化硅缓慢的加入到无水乙醇中，加入时不断进行搅拌处理，完成后用超声波进行分散处理，27min后得纳米二氧化硅分散液备用；
（2）改性处理：
a.将步骤（1）所得的纳米二氧化硅分散液放入到磁力搅拌机中，磁力搅拌的同时向纳米二氧化硅分散液中加入改性液A，搅拌处理38min后备用；所述的改性液A中的各成分及其对应重量份为：10份聚二甲基硅氧烷、3份氯化钙、2份氯化锌、8份丙三醇、180份水；
b.向操作a处理后的纳米二氧化硅分散液中继续加入改性液B，再次搅拌处理55min后取出备用；所述的改性液B中的各成分及其对应重量份为：4份大豆低聚糖、45份水；
（3）成品制备：
将步骤（2）处理后的纳米二氧化硅分散液放入到高速离心机内进行离心分离，然后对离心分离后的固体粉末进行干燥处理至恒重，完成后即得成品改性二氧化硅。
进一步的，步骤（1）中所述的纳米二氧化硅的颗粒大小为70~90nm。
进一步的，步骤（1）中所述的超声波分散时的频率为67kHz。
进一步的，步骤（2）操作a中所述的改性液A的加入量是纳米二氧化硅分散液总质量的27%。
进一步的，步骤（2）操作b中所述的改性液B的加入量是纳米二氧化硅分散液总质量的17%。
进一步的，步骤（3）中所述的高速离心机的离心转速为5500转/分钟。
进一步的，步骤（3）中所述的干燥处理的温度控制为68℃。
实施例3
一种用于相纸吸墨层涂料的改性二氧化硅填料的制备方法，包括如下步骤：
（1）纳米二氧化硅分散液制备：
先将纳米二氧化硅和无水乙醇按重量比1：20称取备用，然后将纳米二氧化硅缓慢的加入到无水乙醇中，加入时不断进行搅拌处理，完成后用超声波进行分散处理，30min后得纳米二氧化硅分散液备用；
（2）改性处理：
a.将步骤（1）所得的纳米二氧化硅分散液放入到磁力搅拌机中，磁力搅拌的同时向纳米二氧化硅分散液中加入改性液A，搅拌处理40min后备用；所述的改性液A中的各成分及其对应重量份为：11份聚二甲基硅氧烷、4份氯化钙、3份氯化锌、10份丙三醇、200份水；
b.向操作a处理后的纳米二氧化硅分散液中继续加入改性液B，再次搅拌处理60min后取出备用；所述的改性液B中的各成分及其对应重量份为：5份大豆低聚糖、50份水；
（3）成品制备：
将步骤（2）处理后的纳米二氧化硅分散液放入到高速离心机内进行离心分离，然后对离心分离后的固体粉末进行干燥处理至恒重，完成后即得成品改性二氧化硅。
进一步的，步骤（1）中所述的纳米二氧化硅的颗粒大小为70~90nm。
进一步的，步骤（1）中所述的超声波分散时的频率为68kHz。
进一步的，步骤（2）操作a中所述的改性液A的加入量是纳米二氧化硅分散液总质量的30%。
进一步的，步骤（2）操作b中所述的改性液B的加入量是纳米二氧化硅分散液总质量的20%。
进一步的，步骤（3）中所述的高速离心机的离心转速为6000转/分钟。
进一步的，步骤（3）中所述的干燥处理的温度控制为70℃。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例2相比，省去步骤（2）改性处理中的操作a处理，也即不用改性液A进行改性处理，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，省去步骤（2）改性处理中的操作b处理，也即不用改性液B进行改性处理，除此外的方法步骤均相同。
对照组1
现有市售的改性纳米二氧化硅。
空白对照组
现有市售的普通纳米二氧化硅。
为了对比本发明效果，将上述实施例2、对比实施例1、对比实施例2、对照组1、空白对照组对应的填料成分对应配制成吸墨层涂料，其中涂料的胶黏剂成分均为PVA，填料与胶黏剂的重量比均为1：3，其余各助剂的添加量及成分均相同，此外，还设一个对照组2，其对应的填料也为现有市售的普通纳米二氧化硅，但在吸墨层涂料的制备中，还加入了等量的实施例2中改性使用的聚二甲基硅氧烷、氯化钙、氯化锌和大豆低聚糖成分，也即不用上述原料成分进行特殊的改性处理，而是直接将其与纳米普通二氧化硅共混填充于涂料中使用；然后将上述各组对应制得的吸墨层涂料采用相同的工艺步骤直接涂覆于相纸基材上，完成后对处理后的相纸进行性能测试，具体对比数据如下表1所示：
表1
油墨吸收性（%） 20°光泽（%）
实施例2 57.46 20.66
对比实施例1 43.68 15.17
对比实施例2 48.21 13.88
对照组1 45.22 9.38
空白对照组 32.71 11.35
对照组2 47.30 14.63
注：上表1中所述的油墨吸收性采用油墨脏污试验法进行测试，具体是控制室温为23±1℃，用标准K＆N油墨在纸样上涂0.1mm厚的墨膜（用玻璃棒刮过样板），2min后，用纯棉卫生纸擦干，在白度仪上测定纸样上墨前后对绿光的反射值，计算的公式为：油墨吸收性（%）=（白纸反射值-上墨反射值）/白纸反射值×100+油墨系数；所述的20°光泽指标是采用光泽度仪，根据GB/T 941.3-1998进行测定，测定角度为20°。
由上表1可以看出，本发明方法对应处理后的改性纳米二氧化硅填料能很好的提升吸墨层涂料的综合品质，不仅大幅提升了油墨的吸收性，同时又能提升整体的光泽度，突破了现有提升油墨吸收性会降低光泽度的矛盾问题，具有很好的使用价值。
为了进一步对比本发明的使用效果，选取上述实验中实施例2和对照组1对应配制的吸墨层涂料，然后选择同一批相纸基材，分为两份，一份不做任何处理直接涂覆实施例2对应的吸墨层涂料，另一份按传统方法先对相纸基材涂覆一层底层涂料（所用的底层涂料是由轻质碳酸钙与PVA胶黏剂按照质量比3：1混合均匀后制得成），然后再涂覆对照组1对应的吸墨层涂料，完成后对两组相纸进行性能测试，具体对比数据如下表2所示：
表2
油墨吸收性（%） 20°光泽（%）
实施例2 58.02 20.93
对照组1 59.61 21.47
注：上表2中所述的油墨吸收性、20°光泽两项性能的测试方法与上表1中的完全相同。
由上表2可以看出，本发明改性纳米二氧化硅填料对应制得的吸墨层涂料涂覆的相纸的性能与现有吸墨层涂料+底层涂料复合工艺涂覆的相纸的性能相差无几，也即其可以省去底层涂料的涂覆工艺，不仅简化了工艺的复杂度，又节省了加工成分，推广使用价值高。

Claims (1)

1.一种用于相纸吸墨层涂料的改性二氧化硅填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）纳米二氧化硅分散液制备：
先将纳米二氧化硅和无水乙醇按重量比1：15~20称取备用，然后将纳米二氧化硅缓慢的加入到无水乙醇中，加入时不断进行搅拌处理，完成后用超声波进行分散处理，25~30min后得纳米二氧化硅分散液备用；所述的纳米二氧化硅的颗粒大小为70~90nm；所述的超声波分散时的频率为65~68kHz；
（2）改性处理：
a.将步骤（1）所得的纳米二氧化硅分散液放入到磁力搅拌机中，磁力搅拌的同时向纳米二氧化硅分散液中加入改性液A，搅拌处理35~40min后备用；所述的改性液A中的各成分及其对应重量份为：8~11份聚二甲基硅氧烷、2~4份氯化钙、1~3份氯化锌、6~10份丙三醇、150~200份水；改性液A的加入量是纳米二氧化硅分散液总质量的25~30%；
b.向操作a处理后的纳米二氧化硅分散液中继续加入改性液B，再次搅拌处理50~60min后取出备用；所述的改性液B中的各成分及其对应重量份为：3~5份大豆低聚糖、40~50份水；所述的改性液B的加入量是纳米二氧化硅分散液总质量的15~20%；
（3）成品制备：
将步骤（2）处理后的纳米二氧化硅分散液放入到高速离心机内进行离心分离，然后对离心分离后的固体粉末进行干燥处理至恒重，完成后即得成品改性二氧化硅；所述的高速离心机的离心转速为5000~6000转/分钟；所述的干燥处理的温度控制为65~70℃。
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