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复合改性剂对油墨用纳米碳酸钙改性研究

张苏  
【摘要】:纳米碳酸钙是目前产量较大,价格较低、已工业化的功能性纳米材料,可广泛应用于橡胶、塑料、涂料、油墨、造纸等行业,但其应用技术的滞后已严重阻碍了我国纳米碳酸钙工业的发展,尤其是我国的纳米碳酸钙在油墨的应用领域研究与日本、美国相比有较大的差距。为了提高现有油墨的性能和档次,本文对油墨用纳米碳酸钙的改性技术进行了试验研究,得到了改性效果较好的复合改性剂KW-1,并进行了改性机理分析。 本文采用湿法改性工艺,采用了常用硬脂酸改性剂和研制的各种复合改性剂分别对纳米碳酸钙进行了改性研究,优化出较好的改性工艺条件。首先,以硬脂酸为改性剂对立方体纳米碳酸钙进行表面改性,得到最佳的改性条件:改性剂用量为6%,改性时间为30min,改性温度为90℃,搅拌速度为1900r/min,料浆浓度固定为4%,烘干温度为80℃,烘干时间为10h,在此条件下得到改性后的纳米碳酸钙产品,测得吸油值为54.9gDOP/100gCaCO3,流动度为16.7mm,光泽度为11.5GS,透明度为二级,改性效果一般;为了提高改性效果,本文又采取了两种、三种改性剂复合对纳米碳酸钙进行表面改性的试验研究,最终得到改性效果较好的复合改性剂KW-1,通过对复合改性剂KW-1的单因素条件试验,得到最佳的改性条件:改性剂用量为4%,改性时间为30min,改性温度为70℃,搅拌速度为1900 r/min,料浆浓度固定为4%,烘干温度为80℃,烘干时间为10h,在此条件下得到改性后的纳米碳酸钙产品,测得吸油值为42.5 gDOP/100gCaCO3,流动度为30.4mm,光泽度为17.8GS,透明度为一级,通过对比,复合改性剂KW-1对立方体纳米碳酸钙的改性效果比单一的硬脂酸改性效果好很多。 本试验还研究了复合改性剂KW-1对链状纳米碳酸钙的表面改性研究,在相同条件下,使用复合改性剂KW-1分别对立方体纳米碳酸钙和链状纳米碳酸钙进行表面改性,对改性后的产品进行性能测试,通过对其吸油值、流动度、光泽度和透明度的测定,发现链状纳米碳酸钙应用到油墨中的效果没有立方体纳米碳酸钙应用到油墨中的效果好,结果表明,立方体纳米碳酸钙更适合作为油墨的填料。 结合SEM、IR、TG-DSC等检测手段,分析改性剂对纳米碳酸钙的改性机理。结果表明,通过SEM可以看出,纳米碳酸钙改性后的粒径比改性前的略大,说明纳米碳酸钙表面被改性剂包裹,从而使粒径略有增大。通过IR、TG-DSC的检测可以看出,改性剂对纳米碳酸钙的改性过程中,发生了物理吸附和化学吸附,其中化学吸附为主,物理吸附为辅,改性剂中的羧基与碳酸钙中的钙离子结合生成羧酸钙,改性剂中的氨基与树脂调墨油发生交联反应,从而使纳米碳酸钙在油墨中的分散性较好,光泽度和透明度较高,由此可以看出,纳米碳酸钙在介质中的分散极为重要,直接影响应用效果的好坏。


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