CN1118523C - 高档胶印油墨用纳米透明碳酸钙的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高档胶印油墨用纳米透明碳酸钙的制备方法。该方法在Ca(OH)2的悬浮液中通入含有CO2的窑气进行碳化。通过Ca(OH)2悬浮液的温度、CO2气体的流量控制碳酸钙晶核的成核速率，并加入晶形调节剂控制各晶面的生长速率，从而达到形貌可控；继续碳化至终点加入分散剂调节粒子表面电荷，然后将均分散的立方形纳米碳酸钙颗粒进行液相表面包覆处理，所获得的纳米透明油墨钙粒径在15～40nm之间，粒径分布GSD为1.57，比表面大于35m2/g，吸油值40g/100gCaCO3，且无团聚现象。用3号调墨油配制成油墨试样，油墨的光泽好，透明度高，流动度32±2mm，适用于高档胶印透明油墨用填料。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米透明碳酸钙的制备方法，尤其涉及一种高档胶印油墨用纳米透明碳酸钙的制备方法。
背景技术
随着印刷行业向高速、多彩色方向发展，油墨中传统使用的氢氧化铝、硫酸钡、铝钡白等已经不能适应新的印刷要求。目前油墨用的高档填料主要是高质量的纳米级沉淀碳酸钙。它主要用来调节油墨颜色、浓度和稠度等物理性能指标，也调节墨性，使印刷性能适宜，同时也起到调节和降低油墨成本的作用。这种碳酸钙具有粒径小(0.02～0.04μm)，颗粒分布均匀，表面经树脂酸处理，与油墨树脂相容性好等特点。它所配制的油墨具有印品光滑、网点完整、透明度好、光泽高、适应性强、不影响油墨干燥性能等优点。
目前，油墨用超细碳酸钙有半透明超细碳酸钙和透明超细碳酸钙两大类，均为立方形。半透明油墨钙平均粒径在60nm左右，而透明油墨钙的平均粒径30nm左右。其中半透明超细碳酸钙是树脂型油墨中最普遍使用的产品，它易分散，具有良好的适用性，可以改善油墨流动性和流平性等；透明超细碳酸钙用于树脂型亮光胶印油墨中，具有高透明、高光泽、卓越的弹性和极好的印刷适用性。因此，对高档印刷油墨用的透明碳酸钙制备方法的研究成为该领域中的热点，随着印刷行业对油墨质量的要求的提高，该类产品的用量将以年10％的速率增长，因此提供一种制备透明油墨钙，对提高印刷品的质量，将具有十分重要和广泛的社会效益和经济效益。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种纳米级透明油墨钙的制备方法。本发明在制备过程中根据结晶学的基本原理，控制晶体的成核及各晶面的生长速率，以达到粒径和形貌可控，尤其是在碳化终点时，通过添加一定量的分散剂，控制纳米碳酸钙的表面电荷及空间位阻，从而保证纳米碳酸钙粒子在无团聚现象的情况下均匀包覆处理，在工业化装置上生产出品质优良的纳米透明油墨钙。
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二氧化碳的窑气进行碳化。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，由晶核形成控制转化为晶体生长控制，此时加入晶形调节剂控制各晶面的生长速率，从而达到形貌可控；继续碳化至终点加入分散剂调节粒子表面电荷得均分散的立方形碳酸钙纳米颗粒。
(2)将均分散的立方形纳米碳酸钙颗粒进行液相表面包覆处理，使碳酸钙粒子在胶印油墨中有良好的润湿分散性和适宜的流变性。
按照上述构思，本发明可以依次按照以下步骤来实现：
(1)将Ca(OH)2浆料配制成重量浓度为4.0～13.0％的悬浮液，在5.0～35℃下通入含有二氧化碳的气体，如窑气进行碳化，气体中CO2的含量保持在14～30％之间，当碳化率达5～45％，加入晶型调节剂，调节各晶面的生长速率，继续碳化至pH为8.0～9.0，然后加入表面电荷及空间位阻调节剂，继续碳化至pH为6.5～7.0，生成纳米级类球形碳酸钙。
所说的晶型调节剂为磷酸盐、醋酸盐、柠檬酸盐、二糖或多糖中的一种及其混合物，优选的为磷酸钠、柠檬酸钠或乳糖，加入量以CaCO3重量计为0.5％～3.0％；
所说的表面电荷及空间位阻调节剂为铝盐、锌盐、镁盐、三乙醇胺、十二烷基苯磺酸钠或聚丙烯酸钠中的一种或数种，优选的为硫酸铝、硫酸镁或聚丙烯酸钠，加入量以CaCO3重量计为0.1～2.0％；
(2)将包覆剂配制成浓度为5～15％的水溶液，升温至40～90℃，得包覆液待用。
所说的包覆剂为树脂酸及其盐，优选的为氢化松香或歧化松香等；
(3)将纳米碳酸钙浆料加热至60～90℃之间，按纳米碳酸钙的重量计加入包覆剂的量为1.0～5.0％进行包覆处理，包覆处理时间在0.5～3.5小时间。
将包覆后的浆料过滤至含水量小于60％后直接使用或将滤饼在80～110℃下烘干，即获得本发明的纳米透明油墨钙。
按上述方法合成的纳米透明油墨钙粒径在15～40nm之间，类球型，粒径分布GSD为1.57，比表面大于35m2/g，吸油值40g/100gCaCO3，且无团聚现象。用3号调墨油1.5克，本发明的样品1克配制成油墨试样，油墨的光泽好，透明度高，流动度32±2mm，适用于高档胶印透明油墨用填料。可作为高档胶印油墨用的透明填料。
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4.0％(重量浓度)的氢氧化钙浆料，反应起始温度控制在8℃，通入含CO2量为17～25％(体积浓度)的窑气进行碳化，窑气流量为7.5m3/h，碳化0.5小时后加入0.1公斤酒石酸和0.2公斤乳糖的混合物，再继续碳化至碳酸钙浆料的pH值达7，然后加入0.3公斤硫酸铝和0.2公斤硫酸镁，得匀分散的纳米碳酸钙浆料待用。
将0.3公斤松香和0.3公斤氢化松香皂溶解于85℃的温水中制成包覆液，然后将包覆剂加入到已升温至90℃的纳米碳酸钙浆料中，恒温包覆处理1小时，将浆料趁热过滤、100℃干燥，得纳米透明油墨钙。
该产品平均粒径为25纳米，粒径分布GSD为1.55，比表面大于35m2/g，吸油值43g/100gCaCO3，且无团聚现象。用3号调墨油按标准制样方法配制成油墨试样，油墨的光泽好，透明度高，流动度34，由此可见，本发明所获得的产品性能十分优异，适用于高档胶印透明油墨用填料。
实施例2
在1立方米的反应釜中加入0.75立方米浓度为13.0％(重量浓度)的氢氧化钙浆料，反应起始温度控制在30℃，通入含CO2量为17～25％(体积浓度)的窑气进行碳化，当碳化率达到35％时加入0.8公斤麦芽糖再继续碳化至碳酸钙浆料的pH达7，然后加入0.5公斤六偏磷酸钠和2公斤氯化镁，得匀分散的纳米碳酸钙浆料待用。
将1.5公斤二聚松香溶解于95℃的温水中制成包覆液，然后将包覆剂加入到已升温至90℃的纳米碳酸钙浆料中，恒温包覆处理0.5小时，将浆料过滤、110℃干燥，得纳米透明油墨钙。该产品平均粒径为35纳米，粒径分布GSD为1.62，比表面大于32m2/g，吸油值35g/100gCaCO3，且无团聚现象。用3号调墨油配制成油墨试样，油墨的光泽好，透明度高，流动度31，适用于高档胶印透明油墨用填料。
实施例3
在1立方米的反应釜中加入0.8立方米浓度为8.0％(重量浓度)的氢氧化钙浆料，反应起始温度控制在20℃，通入含CO2量为17～25％(体积浓度)的窑气进行碳化，窑气流量为6.0m3/h，碳化2小时后加入1公斤六偏磷酸钠和0.2公斤乳糖。再继续碳化至碳酸钙浆料的pH达7，然后加入0.25公斤十二烷基苯磺酸钠和3公斤硫酸铝，得匀分散的纳米碳酸钙浆料待用。
将1.2公斤歧化松香和0.3公斤硬脂酸溶解于85℃的温水中制成包覆液，然后将包覆剂加入到已升温至90℃的纳米碳酸钙浆料中，恒温包覆处理1.5小时，将浆料趁热过滤、100℃干燥，得纳米透明油墨钙。
该产品平均粒径为30纳米，粒径分布GSD为1.60，比表面大于38m2/g，吸油值42g/100gCaCO3，且无团聚现象。用3号调墨油配制成油墨试样，油墨的光泽好，透明度高，流动度34，适用于高档胶印透明油墨用填料。
Claims (7)
1.高档胶印油墨用纳米透明碳酸钙的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)在Ca(OH)2的悬浮液中通入含有二氧化碳的气体碳化至碳化率5～45％，加入晶型调节剂，继续碳化至pH为8.0～9.0，然后加入表面电荷及空间位阻调节剂，碳化至pH为6.5～7.0，生成纳米级类球形碳酸钙；
所说的晶型调节剂为磷酸盐、醋酸盐、柠檬酸盐、二糖或多糖中的一种及其混合物，加入量以CaCO3重量计为0.5％～3.0％；
所说的表面电荷及空间位阻调节剂为铝盐、锌盐、镁盐、三乙醇胺、十二烷基苯磺酸钠或聚丙烯酸钠中的一种或一种以上，加入量以CaCO3重量计为0.1～2.0％；
(2)将包覆剂配制成水溶液，所说的包覆剂为树脂酸及其盐；
(3)将纳米碳酸钙浆料加热至60～90℃之间，按纳米碳酸钙的重量计加入包覆剂的量为1.0～5.0％，包覆处理时间为0.5～3.5小时；
将包覆后的浆料过滤直接使用或将滤饼烘干，即获得纳米透明油墨钙。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的晶型调节剂为磷酸钠、柠檬酸钠或乳糖，所说的表面电荷及空间位阻调节剂为硫酸铝、硫酸镁或聚丙烯酸钠，所说的包覆剂为松香、氢化松香或歧化松香。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，气体中CO2的含量为14～30％。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，Ca(OH)2浆料配制成重量浓度为4.0～13.0％的悬浮液。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将包覆剂配制成浓度为5～15％的水溶液。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，Ca(OH)2浆料配制成重量浓度为4.0～13.0％的悬浮液，气体中CO2的含量为14～30％，将包覆剂配制成浓度为5～15％的水溶液，滤饼在80～110℃下烘干。
7.如权利要求3～6任一所述的方法，其特征在于，晶型调节剂为磷酸钠、柠檬酸钠或乳糖，表面电荷及空间位阻调节剂为硫酸铝、硫酸镁或聚丙烯酸钠，包覆剂为松香、氢化松香或歧化松香。
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