CN108676418B - 一种新型硅酸钙作为填充料的油墨及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型硅酸钙作为填充料的油墨，所述油墨由A组分和B组分制备而成；以A组分的总重量为基准，A组分主要包括树脂油35～45％、连接料25～35％、颜料10～15％、助剂1～5％、调墨油1～10％；B组分为填充料，所述填充料为C‑S‑H水化硅酸钙乳液，所述C‑S‑H水化硅酸钙乳液中的绝干硅酸钙质量为A组分总质量的14％～26％。本发明还公开了上述油墨的制备方法。本发明相比传统油墨的性能更加优化，且原材料广泛易得，具有相较于普通填料更加良好的加填率，大大降低了成本。

Description

一种新型硅酸钙作为填充料的油墨及其制备方法
技术领域
本发明涉及印刷油墨技术领域，具体涉及一种新型硅酸钙作为填充料的油墨及其制备方法。
背景技术
油墨填料又称填充料、惰性颜料、体积颜料、增量剂或伸展剂(Extender)，是指那些不具有着色力与遮盖力的白色或无色颜料。油墨填充料的主要作用是增加漆膜的厚度和体质、改善涂料的流动性及涂膜的物理力学性能和降低生产成本。其种类包括碳酸盐类，硅和硅酸盐类，硫酸盐类以及其它等等，大致上包括碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、氢氧化铝、铝钡白和硅酸铝(高岭土)等几种。油墨填料具有如下特点：来源广，价格低廉，化学稳定性好，折光指数和成膜物接近，在涂料中是透明的，不阻止光线的透过，故称为体质颜料。填料较多地与着色力强的着色颜料配用制造色漆，或在涂饰施工时用于调配填孔剂与腻子。
合成硅酸钙粉体材料属于水化硅酸钙的一种，其化学式为CaO·SiO2·nH2O，物相组成主要为C-S-H(Ⅰ)型凝胶、C-S-H(Ⅱ)型凝胶以及托贝莫来石(Tobermorite)等，该材料无毒无味，不溶于水、酒精和碱溶液中，但极易溶于强酸。由于该粉体材料粒度细，白度高，且堆积密度和真密度均较低，是一种具有较高白度和纯度的多孔性、高吸附性结构性无机功能性材料。其较高的比表面积，较大的孔径、孔隙率和通孔特征，使其呈现出高吸油吸水性和较强的自凝聚倾向，可以在油墨中大量加填，并体现不同的功能特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型硅酸钙作为填充料的油墨，降低油墨成本。
为实现上述目的，本发明的技术方案为
一种新型硅酸钙作为填充料的油墨，所述油墨由A组分和B组分制备而成；
以A组分的总重量为基准，A组分主要包括树脂油35～45％、连接料25～35％、颜料10～15％、助剂1～5％、调墨油1～10％；
B组分为填充料，所述填充料为C-S-H水化硅酸钙乳液，所述C-S-H水化硅酸钙乳液中的绝干硅酸钙质量为A组分总质量的14％～26％。
作为一种优选的方案，所述C-S-H水化硅酸钙乳液的质量分数为15％～22％。
作为一种优选的方案，所述树脂油选自酚醛树脂、聚丙烯树脂、氨基甲酸酯树脂、环化橡胶、纤维素树脂中的任一种。
作为一种优选的方案，所述连接料为丙烯酸型不饱和聚酯。
所述颜料使用有机颜料、无机颜料等。
作为一种优选的方案，所述助剂主要为微结晶蜡、聚乙烯蜡、叔胺类、磷化氢的衍生物以及抗氧化剂等，包括干燥剂0.2％～0.3％、稀释剂0.1％～0.2％；
所述干燥剂选自亚麻仁油酸、环烷酸、2-乙基己酸、硼酸中的任一种。
作为一种优选的方案，所述调墨油为合成树脂。
本发明的第二个目的是提供一种如上所述的新型硅酸钙作为填充料的油墨的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：制备质量分数为15％～22％的C-S-H水化硅酸钙乳液，作为B组分备用；具体为：将含水率≤5％的C-S-H水化硅酸钙粉体按照15％～22％的浓度加水混合后，使用28KHz～42KHz频率范围的超声波利用空化作用使聚集的硅酸钙纳米微粒均匀分散，再使用转速为6500r/min-8000r/min的高速搅拌机进行机械分散，调制成均匀的C-S-H水化硅酸钙乳液备用。
所述C-S-H水化硅酸钙粉体由下述方法制备：将SiO2含量为80-140g/L，Na2O含量为50-80g/L的硅酸钠溶液和CaO浓度为140-220g/L的石灰乳溶液按一定的比例混合于烧杯中，在温度为100℃，搅拌速度为750r/min的条件下密封反应一小时后取出。
洗涤采用三次逆向洗涤工艺，三次洗涤用水的总水量为硅酸钙折干基材料质量的3-10倍，过滤洗涤后经过干燥研磨处理，最终得到上述所需的C-S-H水化硅酸钙粉体材料。
步骤二：称取相应重量分数的A组分的各组成成分，先放液体物质(树脂油、调墨油)，再放粉末物质(连接料、颜料、助剂)，进行混合，制备油墨调配料；
步骤三：将A与B充分混合均匀并使用砂磨机和高速分散机进行快速分散，分散均匀后再使用三辊轧墨机进行研磨。
需要依据油墨配比及C-S-H水化硅酸钙的粒径大小加入适量调墨油，调节油墨的粘度，流动性等具体印刷适性性能。
作为一种优选的方案，所述方法还包括：
步骤四：研磨后的油墨加入料罐中，检测细度、黏度合格后，调整各项指标满足印刷要求后进行使用。
作为一种优选的方案，步骤一具体为：将含水率≤5％的C-S-H水化硅酸钙粉体按照15％～22％的质量百分比加水混合后，使用28KHz～42KHz频率范围的超声波利用空化作用使聚集的硅酸钙纳米微粒均匀分散，再使用转速为6500r/min-8000r/min的高速搅拌机进行机械分散，调制成均匀的C-S-H水化硅酸钙乳液。
本发明的油墨主要应用于纸张、塑料、金属等承印物的印刷。
本发明具有如下优点：
本发明所使用的填充料为C-S-H水化硅酸钙，由于该材料表面存在硅氧基和硅醇基官能团，有很强的补强性能和化学结合性能，同时具有较强的化学吸附性能。C-S-H水化硅酸钙所含有的Si-OH，进而可以和油墨中的连接料及部分有机颜料进行Si-OH偶合，达到了硅烷偶联作用，从而实现C-S-H水化硅酸钙与油墨的键能结合，不仅提高了加填后油墨的整体性，同时通过C-S-H水化硅酸钙与油墨中挥发性有机物的化学结合，抑制其挥发进入大气的量，达到控制油墨VOC减排20％～40％的效果，实现绿色印刷。
C-S-H水化硅酸粉体材料粒度细，白度高，是一种具有较高白度和纯度的多孔性、高吸附性结构性无机功能性材料。其较高的比表面积，较大的孔径、孔隙率和通孔特征，使其呈现出高吸油吸水性和较强的自凝聚倾向，可以在油墨中大量加填并紧密结合油墨中的各种连接料和助剂。该种加填C-S-H水化硅酸的印刷油墨，能够在提高加填比例的同时，改善油墨流变性能、耐磨性、耐久性和吸湿性等特性，此外可有效控制油墨及印制品VOC挥发量。
与传统的油墨相比，本发明的优点是：
1、能够多次重复利用废弃物粉煤灰材料，相较于传统填料易于获取，原料广泛易得，不受地区限制。且其硅酸钙物质中的Si-O-Si在碱条件下(pH＞12时)可以水解成Si-OH，进而和玻纤等材料表面的Si-OH偶合，达到了硅烷偶联剂作用，从而使得与油墨中连接料、调墨油及颜料等物质紧密结合，降低了印制品VOC挥发量，减少污染。
2、本发明采用的C-S-H水化硅酸钙粒子展现的孔隙效应、羟基效应、纳米效应的叠加效果使其油墨与传统油墨比较，具有更为显著的吸附性能和更高加填保留率，避免浪费，提高了油墨印刷性能。
3、该种C-S-H水化硅酸钙填料的合成，相较于传统的填料的合成过程简单，设备要求低，可操作性较高，成本较低，因而本发明易于产业化推广。
综上所述，本发明在传统油墨的性能基础上对油墨性能更加优化，且原材料广泛易得，具有相较于普通填料更加良好的加填率，大大降低了成本。
附图说明
图1是本发明的水化硅酸钙红外谱图。
横坐标为波数，纵坐标为百分透过率，谷底表示吸收峰。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
合成硅酸钙粉体材料属于水化硅酸钙的一种，其化学式为CaO·SiO2·nH2O，物相组成主要为C-S-H(Ⅰ)型凝胶、C-S-H(Ⅱ)型凝胶以及托贝莫来石(Tobermorite)等，该材料无毒无味，不溶于水、酒精和碱溶液中，但极易溶于强酸。由于该粉体材料粒度细，白度高，且堆积密度和真密度均较低，是一种具有较高白度和纯度的多孔性、高吸附性结构性无机功能性材料。其较高的比表面积，较大的孔径、孔隙率和通孔特征，使其呈现出高吸油吸水性和较强的自凝聚倾向，可以在油墨中大量加填，并体现不同的功能特性。
C-S-H水化硅酸钙与油墨填充料如GCC、PCC比较，主要品质优势表现在：比表面积大，沉降体积高、比重小，磨耗值低(1.2mg)，白度稳定性好，烧失量小等。
如图1所示，C-S-H水化硅酸钙在999cm-1附近的特征峰对应于内部四面体Si-O-Si键的不对称伸缩振动；1100cm-1附近为Si-O键伸缩振动；大约就在1600cm-1附近出现的吸收峰对应于Si-O-Si键的对称性伸缩性振动；双环振动所产生的吸收峰在576cm-1附近；455cm-1附近是Si-O弯曲振动所产生的吸收峰。Si-O-Si在碱条件下(pH＞12时)可以水解成Si-OH，进而可以和玻纤等材料表面的Si-OH偶合，达到了硅烷偶联剂作用，从而达到和油墨中连接料、调墨油及颜料等物质的键能结合。
C-S-H水化硅酸钙粒子展现的孔隙效应、羟基效应、纳米效应的叠加效果是其与传统造纸填料比较，具有更为显著的吸附性能和获得更高加填保留率的重要原因。
孔隙效应——多孔硅酸钙的孔状形态与其它天然矿物不同。其蜂窝状聚集态粒子内部为空芯状；表面孔为(无孔道非通孔)“牡丹花”状的开孔结构；孔径较大，择优分布在30.34nm，是纳米尺度材料。因而具有密度小、质软，极强的吸附强度等特性。有利于吸附浆料中的细小固形物和化合物，具有较高的保留率。
羟基效应——由差热-热重曲线可知，硅酸钙中存在一定量的结构水，结构水主要为与CaSiO3分子以化学键相连的羟基，表明硅酸钙有着较强的羟基持有能力。粒子展露出的丰富Si-OH基在油墨体系与颜料、连接料等形成氢键结合，提高与油墨的结合力和填料加填比例，同时抑制油墨中挥发性有机物的挥发和散失。
纳米效应——武汉地质大学陈敬忠教授对粒子结构的初步研究成果表明，C-S-H水化硅酸钙的蜂窝体粒子是由在厚度方向上呈纳米尺度的片状体微粒聚集而成，是一种呈微米尺度粒径，但具有纳米效应的特殊材料。组构成蜂窝状硅酸钙的纳米尺度的片状体边缘具有较高的电化学活性，有很强的亲和力，能够与浆料中的细小固形物亲和交织，形成良好的网络结构，提高其在油墨当中的留着率。
目前的油墨主要是由树脂油、颜料、填充料、助剂等物质经过研磨而成，本发明的目的是提供一种C-S-H水化硅酸钙作为印刷油墨填充料的方法，降低油墨成本。
实施例1
本实施例提供一种新型硅酸钙作为填充料的油墨，所述油墨由A组分和B组分制备而成；
以A组分的总重量为基准，A组分主要包括树脂油41％、连接料30％、颜料15％、助剂4％、调墨油10％；
B组分为填充料，所述填充料为C-S-H水化硅酸钙乳液，所述C-S-H水化硅酸钙乳液中的绝干硅酸钙质量为A组分总质量的20％。
所述C-S-H水化硅酸钙乳液的质量分数为18％。
所述树脂油为酚醛树脂。
所述连接料为丙烯酸型不饱和聚酯。
所述助剂包括干燥剂0.25％、稀释剂0.15％、抗氧化剂3.6％；
所述干燥剂为亚麻仁油酸。
所述调墨油为合成树脂。
上述新型硅酸钙作为填充料的油墨的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备质量分数为18％的C-S-H水化硅酸钙乳液，作为B组分备用；
步骤二：称取相应重量的A组分的各组成成分，先放液体物质，再放粉末物质，进行混合，制备油墨调配料；
步骤三：将A组分与B组分混合均匀，并进行快速分散，分散均匀后再对其进行研磨，即得到新型硅酸钙作为填充料的油墨。
步骤一具体为：将含水率≤5％的C-S-H水化硅酸钙粉体按照18％的质量百分比加水混合后，使用35KHz频率范围的超声波利用空化作用使聚集的硅酸钙纳米微粒均匀分散，再使用转速为7200r/min的高速搅拌机进行机械分散，调制成均匀的C-S-H水化硅酸钙乳液。
所述方法还包括：
步骤四：将研磨后的油墨加入料罐中，检测细度、黏度合格后，调整各项指标满足印刷要求后进行使用。油墨性能数据指标如表1所示。
表1
油墨性能 数据指标
黏度 4000-12000mPas
细度 15um
实施例2
本实施例提供一种新型硅酸钙作为填充料的油墨，所述油墨由A组分和B组分制备而成；
以A组分的总重量为基准，A组分主要包括树脂油45％、连接料35％、颜料15％、助剂4％、调墨油1％；
B组分为填充料，所述填充料为C-S-H水化硅酸钙乳液，所述C-S-H水化硅酸钙乳液中的绝干硅酸钙质量为A组分总质量的26％。
所述C-S-H水化硅酸钙乳液的质量分数为22％。
所述树脂油为聚丙烯树脂。
所述助剂包括干燥剂0.3％、稀释剂0.2％、抗氧化剂3.5％；
所述干燥剂为环烷酸。
上述新型硅酸钙作为填充料的油墨的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备质量分数为22％的C-S-H水化硅酸钙乳液，作为B组分备用；
步骤二：称取相应重量的A组分的各组成成分，先放液体物质，再放粉末物质，进行混合，制备油墨调配料；
步骤三：将A组分与B组分混合均匀，并进行快速分散，分散均匀后再对其进行研磨，即得到新型硅酸钙作为填充料的油墨。
所述方法还包括：
步骤四：研磨后的油墨加入料罐中，检测细度、黏度合格后，调整各项指标满足印刷要求后进行使用。
步骤一具体为：将含水率≤5％的C-S-H水化硅酸钙粉体按照22％的质量百分比加水混合后，使用28KHz～42KHz频率范围的超声波利用空化作用使聚集的硅酸钙纳米微粒均匀分散，再使用转速为6500r/min-8000r/min的高速搅拌机进行机械分散，调制成均匀的C-S-H水化硅酸钙乳液。
其他内容和实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种新型硅酸钙作为填充料的油墨，所述油墨由A组分和B组分制备而成；
以A组分的总重量为基准，A组分主要包括树脂油35％、连接料35％、颜料15％、助剂5％、调墨油10％；
B组分为填充料，所述填充料为C-S-H水化硅酸钙乳液，所述C-S-H水化硅酸钙乳液中的绝干硅酸钙质量为A组分总质量的14％。
所述C-S-H水化硅酸钙乳液的质量分数为15％。
所述树脂油为氨基甲酸酯树脂。
所述助剂包括干燥剂0.2％、稀释剂0.1％、抗氧化剂4.7％；
所述干燥剂为2-乙基己酸。
上述新型硅酸钙作为填充料的油墨的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备质量分数为15％的C-S-H水化硅酸钙乳液，作为B组分备用；
步骤二：称取相应重量的A组分的各组成成分，先放液体物质，再放粉末物质，进行混合，制备油墨调配料；
步骤三：将A组分与B组分混合均匀，并进行快速分散，分散均匀后再对其进行研磨，即得到新型硅酸钙作为填充料的油墨。
所述方法还包括：
步骤四：研磨后的油墨加入料罐中，检测细度、黏度合格后，调整各项指标满足印刷要求后进行使用。
步骤一具体为：将含水率≤5％的C-S-H水化硅酸钙粉体按照15％的质量百分比加水混合后，使用28KHz～42KHz频率范围的超声波利用空化作用使聚集的硅酸钙纳米微粒均匀分散，再使用转速为6500r/min-8000r/min的高速搅拌机进行机械分散，调制成均匀的C-S-H水化硅酸钙乳液。
其他内容和实施例1相同。
实施例4
本实施例提供一种新型硅酸钙作为填充料的油墨，所述油墨由A组分和B组分制备而成；
其中，以A组分的总重量为基准，A组分主要包括树脂油45％、连接料25％、颜料15％、助剂5％、调墨油10％；
所述树脂油为环化橡胶。
所述干燥剂为硼酸。
其他内容和实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种新型硅酸钙作为填充料的油墨，所述油墨由A组分和B组分制备而成；
其中，以A组分的总重量为基准，A组分主要包括树脂油45％、连接料35％、颜料10％、助剂1％、调墨油9％；
所述树脂油为纤维素树脂。
其他内容和实施例1相同。
实施例6
本实施例提供一种新型硅酸钙作为填充料的油墨，所述油墨由A组分和B组分制备而成；
其中，以A组分的总重量为基准，A组分主要包括树脂油45％、连接料35％、颜料10％、助剂5％、调墨油5％；
其他内容和实施例1相同。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种硅酸钙作为填充料的油墨，其特征在于，所述油墨由A组分和B组分制备而成；
以A组分的总重量为基准，A组分主要包括树脂油35～45%、连接料25～35%、颜料10～15%、助剂1～5%、调墨油1～10%；
B组分为填充料，所述填充料为C-S-H水化硅酸钙乳液，所述C-S-H水化硅酸钙乳液中的绝干硅酸钙质量为A组分总质量的14%～26%；
所述树脂油选自酚醛树脂、聚丙烯树脂、氨基甲酸酯树脂、环化橡胶、纤维素树脂中的任一种；
所述连接料为丙烯酸型不饱和聚酯；
所述助剂包括干燥剂0.2%～0.3%、稀释剂0.1%～0.2%，所述干燥剂选自亚麻仁油酸、环烷酸、2-乙基己酸、硼酸中的任一种；
所述调墨油为合成树脂；
所述C-S-H水化硅酸钙乳液的质量分数为15%～22%。
2.一种如权利要求1所述的硅酸钙作为填充料的油墨的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一：制备质量分数为15%～22%的C-S-H水化硅酸钙乳液，作为B组分备用；
步骤二：称取相应重量分数的A组分的各组成成分，进行混合均匀，制备油墨调配料；
步骤三：将A组分与B组分混合均匀，并进行快速分散，分散均匀后再对其进行研磨，即得到硅酸钙作为填充料的油墨。
3.根据权利要求2所述的硅酸钙作为填充料的油墨的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
步骤四：研磨后的油墨加入料罐中，检测细度、黏度合格后，调整各项指标满足印刷要求后进行使用。
4.根据权利要求2所述的硅酸钙作为填充料的油墨的制备方法，其特征在于，步骤一具体为：将含水率≤5%的C-S-H水化硅酸钙粉体按照15%～22%的质量百分比加水混合后，使用28KHz~42KHz频率范围的超声波利用空化作用使聚集的硅酸钙纳米微粒均匀分散，再使用转速为6500r/min-8000r/ min的高速搅拌机进行机械分散，调制成均匀的C-S-H水化硅酸钙乳液。
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