【原创】油墨用纳米碳酸钙的碳化工艺与质量控制研究


来源:中国粉体网   昧光

[导读]  作为油墨专用纳米碳酸钙,产品性能和质量要求十分严苛。

中国粉体网讯  油墨是一种颜料微粒均匀分散在连接料中并具有一定黏性的流体物质,是印刷中不可或缺的重要材料。而纳米碳酸钙则是一种被广泛用于印刷油墨的填充物料,其目的是降低成本、调节油墨的流动性和油墨的色浓度。

 

作为油墨专用纳米碳酸钙,产品性能和质量要求十分严苛。例如,原则上纳米碳酸钙光泽越高越好,填充后不能对油墨产品的颜色产生影响;吸油值和流动性必须达标,这关乎纳米碳酸钙与树脂和基料相溶性;纳米碳酸钙粒径要在30~40nm之间等。

 

因此,要达到上述一系列油墨专用纳米碳酸钙的指标,必须对碳酸钙的生产工艺进行严格把控,以此来保障产品质量的可控性。

 

1油墨用纳米碳酸钙碳化工艺

 

(1)间歇碳化法

 

石灰石经燃烧生成CaO和窑气,CaO加入到回转消化机中加水消化得到Ca(OH)2乳液,经精制得到Ca(OH)2,精乳液送碳化反应器,通入净化的窑气进行碳化。通过对Ca(OH)2的温度、窑气的流量等控制,有效地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,得到均匀分散的立方形纳米碳酸钙颗粒。


 


纳米碳酸钙生产流程示意图

 

(2)连续喷雾法

 

采用喷雾式碳化工艺,通过调整反应过程中氢氧化钙悬浮液的浓度、喷雾液滴径及CO2混合气的浓度、空气速率、气液比和浆液的每塔碳化率、即可得到平均粒径小于100纳米的碳酸钙,同样可以调节反应参数,可以得到立方形、链锁形、类球形等单一超细碳酸钙产品。

 

例如选用三段碳化法,控制碳化过程中氢氧化钙悬浮液浓度为0.1~10%(重量)、温度1~30℃、一定液滴直径及二氧化碳气体为10~40℃(体积)、一定的空气速度,可制得小于0.1μm的立方形碳酸钙。

 

2油墨用纳米碳酸钙质量控制方法

 

(1)改性剂的选择

 

作为油墨钙的表面处理剂,必须采用与树脂基料相溶性好的表面处理剂,具有一定的光泽与透明性。

 

(2)比表面积的控制

 

随着比表面积的越大,原生粒子越小,粒子之间的相互作用力不断增大,透明性好;为保证产品的透明度就必须控制比表面积大于40m2/g,比表面积也不宜太大,否则粒子的表面能增大,对产品的吸油值和流动性能会产生负面影响,容易团聚难以分散,容易出现粗粒子。

 

(3)平均粒径和透明度指标

 

在配制油墨时,一个重要的指标是细度。当油墨中有粗粒子时,成膜不平整,影响美观和透明性。

 

半透明油墨钙平均粒径在60nm左右,是树脂型油墨中最普遍使用的产品,它易分散,具有良好的耐磨性,可以改善油墨流动性和流平性等。

 

透明油墨钙的平均粒径在30nm左右。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。

 

(4)分散剂的使用

 

在碳化到pH=7时,加入分散剂,分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠等,再加入表面处理剂,可以改善油墨钙的分散性和流动度。

 

随着分散剂的用量增大,纳米碳酸钙的细度不断减小,流动度增大,通过加入无机分散剂,可以调整油墨钙的分散性和流动度。

 

(5)pH值有效控制

 

在油墨应用时,由于碳酸钙的pH太高,会引起油墨料的不稳定性,容易发生絮凝,通过陈放后进行二次碳化和加入酸,降低碳酸钙的pH值。

 

结语

 

中国是世界上碳酸钙生产和消费大国,随着国民经济的不断发展,对碳酸钙需求不仅数量增加,而且产品质量需求专用化、功能化,尤其是粒径小于100nm的纳米碳酸钙,由于其具有普通碳酸钙所不能具有的量子尺寸效应、表面效应和宏观量子效应,产品需求量越来越大。

 

中国目前有30多家纳米碳酸钙生产厂家,产量达每年100多万吨,广泛应用于橡胶、塑料、涂料、造纸、油墨等各个行业。但整体水平参差不齐,为了满足这些行业的迅速发展需要,必须要求不断提高这些行业生产用纳米碳酸钙的质量和档次。

 

参考资料

姚理修,等:油墨专用纳米碳酸钙的研制,青州宇信钙业股份有限公司

杨永和,等:高档胶印油墨用透明级纳米碳酸钙的生产及应用技术,超细粉末国家工程研究中心

百度百科,纳米碳酸钙

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作者:昧光

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