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提高硫酸钡应用光泽度的经验

涂料工业:

涂层的光泽度是指涂层表面对投射光的光线的反射能力,反射能力越强,光泽度越大。影响硫酸钡粉体材料成膜后光泽度的主要诱因是它的粒径尺寸和分散性能,如果硫酸钡粉体本身的粒径很纤细,并能均匀的分散到涂层当中,则涂膜平整,密实如镜,光泽度就会非常明显;相反硫酸钡的粒径过粗且均一性差,涂层表面粗糙,光泽度就会降低且色调发暗。

光泽度是油墨的一项重要性能指标,它对印刷部件的外观质量有很大影响。传统的沉淀硫酸钡(芒硝法),不但分散性差,而且光泽度低,无法应用到油墨方面的配方体系。更好的硫酸钡材料其实是以浓缩料浆的形式加入到油墨配方中,硫酸钡成分的添加量为料浆总量的20wt%70wt%,纳米级硫酸钡粉体材料的平均粒径为10nm1μm。在油墨生产中,不同类型的油墨产品对硫酸钡材料的质量要求也各不相同。此外在油墨配制过程中还要依据各类油墨的具体特点和要求选择具有不同性能的硫酸钡。

1.光泽度的评价方法

一种方法是将干基硫酸钡与标准样品分别制成涂膜对比光泽度分析:硫酸钡样品经砂磨均匀的分散在醇酸树脂中,在自动喷涂设备受控条件下,于铝板上形成均匀膜厚和表面特性的湿膜涂层,然后烘烤成型。最后用Hunterlab D-48-7光泽度计测20°反射率,计算与标准样品的光泽度比值。另一种体系是与Synocyl 9122X树脂混合制成40%硫酸钡体积浓度水性丙烯酸涂料,用100微米线棒自动涂布制膜,放入无尘柜中干燥至少5h后用GlossgardⅡ光泽度计测20°光泽度。

国内通常是将硫酸钡粉体材料与精制亚麻仁油混合在平磨仪上研磨制成膏浆,然后用自动湿膜制备器涂膜于玻璃板上进行测量。评价涂料的光泽虽然不完全客观,但不同观测人员作出的视觉分级通常有合理的相互关联性。

2.国外提高硫酸钡粉体材料应用光泽的技术现状

高光泽硫酸钡粉体材料通常表面包覆一层或多层金属氧化物,譬如二氧化硅、氧化铝或者其他成分,通过中和助氧化或共沉淀的方式掺入包裹在硫酸钡粒子表面,加入量为硫酸钡总量的0.5wt%3wt%。有机表面涂层包覆羧酸、硅烷、硅氧烷、烃蜡以及与硫酸钡晶体颗粒表面反应的产物,加入量为硫酸钡总量的0.5 wt%1.5wt%。市场上商业产品如Gemme Micron,单铝包膜产品B-35,硅铝包膜的B-30B-34和有机硅表面包膜的其他型号硫酸钡产品。其中基础型B-30长期占据我国高端油墨市场。

2.1提高硫酸钡光泽度技术

Gemme Corp公开了一种高光泽、高耐候表面处理硫酸钡的制备方法,该产品表面包覆有多孔氧化铝和致密氧化铝,其中氧化铝的总质量浓度为BaSO4(26)%,致密氧化铝和薄水铝石氧化铝的质量比为8:11:2,致密氧化铝与硫酸根离子的质量比为10:11.3:1。致密氧化铝是一种含有硫酸根离子的氧化铝,其中硫酸根离子是被吸附在氧化铝中的形式存在,氧化铝与硫酸根离子的质量比为10:11.3:1。在(3065)℃时,pH值为(5.26.5)的条件下,将氧化铝与硫酸根离子接触反应一段时间,从而使得氧化铝致密化。薄水铝石是氧化铝的一种晶态形式,含有吸附水。水分以随机性和规律性两种方式插入Al(OH)6八面体层中。BaSO4晶体表面涂敷致密氧化铝使其耐久性譬如耐光性、粉化阻力提高。而在BaSO4晶体表面涂敷薄水铝石氧化铝层则改善了其光泽度和分散性。

Gemme Corp另外一种具有改善光泽、耐候性表面处理硫酸钡的制备方法:硫酸钡与多种金属盐处理,譬如1.0%3.0% Al2O3铝、锆、磷化合物,至少一种金属盐可以提供一价阴离子。根据湿处理情况,一般铝化合物的加量为1.0%3.0% Al2O3;依据二氧化钛表面沉积情况,锆化合物的加量为0.1%0.4% ZrO2;磷化合物的加量为0.1%0.5% P2O5;有机包覆0.2%0.4%TMP,TME或季戊四醇。已发现可溶性金属盐中的多价阴离子譬如SO42-在包膜时离子交换过程中会依附在硫酸钡晶体表面,常规的水洗除不尽这些多价阴离子造成絮凝,降低分散性和最终产品的白度、光泽度和耐候性。而含一价阴离子的金属盐则会有效降低这种趋势和可能。

Gemme Corp通过严格控制硫酸钡料浆的pH、温度、硅、铝加入时间制备具有改善光泽度和耐候性表面处理硫酸钡粉体材料:75℃条件下,pH=10.0pH=9.4pH=4.9分别加入硅化合物,每一步至少停留1020minpH=5.57.575℃条件下加入铝化合物。氧化硅的加量为BaSO4重量的2.5%3.5%,氧化铝的加量为BaSO4重量的1.6%1.9%。最后有机包覆0.2%0.8%TMP。硅、铝沉积时间1045min,整个连续工艺包括停留时间不超过120min。该表面处理硫酸钡有着优异的光泽度优势,同时在油漆、油墨和涂料中有着很好的兼容性。着色力和黑格曼数据显示该方法制备出的硫酸钡分散性很好,用于油漆和油墨时不会出现凝聚。

2.2提高硫酸钡光泽度和分散性技术

Gemme Corp经过处理的硫酸钡表面沉积至少一种一元胺盐处理,最后制备出的硫酸钡材料应用光泽度和分散性明显改善。胺盐可以是二羟甲基丙酸DMPA+三异丙醇胺TIPADMPA+TIPA+TMEDMPA+TIPA+TMP,二羟甲基丁酸DMBA+TIPADMBA+TIPA+TMEDMPA+TIPA+TMP组合中的一种。DMPADMBATIPA的摩尔比为1:11:1.1,这样产生的中性盐没有过量的链烷醇胺。胺盐与TMETMP的比为95:51:1。胺盐的加量为二氧化钛质量的0.2wt%0.5wt%。与未处理的硫酸钡和单纯经TME处理或其它胺盐处理的硫酸钡相比,该方法制备出的表面处理硫酸钡在分散性和光泽度上的提高是显著的,尤其是当其用于水性涂料时能明显降低分散剂的用量,这也是其最大的优点。

3.其他提高硫酸钡应用光泽度的技术现状

Gemme Corp用铝氧化物对硫酸钡粉体进行包膜处理,以提高其油性体系应用光泽度和分散性。依次加入碱性铝化合物和酸性铝化合物水溶液,总量为悬浮液中硫酸钡体积重量的1wt%4wt%,其中碱性铝化合物水溶液中的铝元素加入量与酸性铝化合物水溶液中的铝元素加入量之比为1:11:3。该方法可以用来处理以任何形式制得的硫酸钡料浆,且各步骤可以间歇进行也可以连续进行。

 

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