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油墨用纳米碳酸钙的表面改性研究

作　者: 曹文红
导　师: 朱一民；于福家
学　校: 东北大学
专　业: 矿物加工工程
关键词: 油墨用纳米碳酸钙表面改性作用机理指标分析
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

作为油墨中的体质颜料—碳酸钙,如果粒径达到20-60nm,并进行表面改性,使其与油墨连接料很好的相容,将对油墨的生产及提高油墨的质量起到一定的作用,有稳定性好、光泽高、不影响印刷油墨的干燥性能、适应性强等优点,并且能够降低油墨的生产成本。纳米碳酸钙的改性工艺主要有湿法和干法,改性方法主要有机械化学改性法、高能改性法以及表面化学包覆改性法。本文采用的是湿法改性工艺,以表面化学包覆与机械搅拌结合的方法进行试验。首先采用几种表面改性剂对纳米碳酸钙分别进行改性试验,找出一种较好的改性剂硬脂酸,并进行单因素条件改性试验。在改性剂用量为2%,改性时间为30min,改性温度为60℃,初始料浆浓度为8%,搅拌速度为1400r/min,烘干温度为100℃,烘干时间为10h的优化条件下,得到了优化后的产品,活化指数达到了99.9%,接触角达到153.2°。此优化试验过程中,改性后产品仅用活化指数和接触角来表征。通过其它检测,最终优化后的产品吸油值为55.5gDOP/100gCaCO3,光泽度为7.2GS,流动度为15.5mm,流动度差(0.5ml调墨油和1g样品混合并研磨300次,膏状物中有灰色物),未达到本文参考的油墨用纳米碳酸钙指标。因此,在油墨用纳米碳酸钙的表面改性研究中,改性后产品用活化指数和接触角可以来衡量产品的活化效果,但不能作为应用好坏的指标,需要用光泽度,透明度,吸油值,流动度等来综合表征。本文重点是采用各种改性剂分别对纳米碳酸钙进行试验,在试验中使用吸油值、光泽度、流动度、透明度对改性后产品进行表征,选出了效果较好的ZCS-01,并做了两个单因素条件试验,但存在的问题是改性剂用量在9%时才能满足本文参考的油墨用纳米碳酸钙指标。因此,在满足指标的前提下降低成本而进行了探索试验。探索试验分为两种药剂复合,三种药剂复合,以及ZCS-01与其它药剂复合试验。最终确定出ZCS-01与其中的一种药剂NDZ101复合,并对其做了优化试验。当ZCS-01与NDZ101在改性时间为30min,改性温度为90℃,初始料浆浓度为4%,搅拌速度为1000r/min,烘干温度在100℃,烘干时间10h的条件下,得到了药剂最佳比例为3:2,改性剂总用量在4%时,得到的改性后的产品流动度为30.5mm,光泽度为24.9GS,吸油值为41.0gDOP/gCaCO3,而且透明度好,满足本文所参考的油墨用纳米碳酸钙指标,因此得到了可以替代单独使用9%的ZCS-01时的改性产品,降低了用药成本。机理分析中采用了红外光谱分析和扫描电镜分析,分析表明：(1)硬脂酸与纳米碳酸钙之间形成了化学键。改性机理以化学吸附为主,物理吸附为辅。在此基础上建立了硬脂酸与纳米碳酸钙的吸附作用模型；(2)ZCS-01和硬脂酸对纳米碳酸钙的作用机理相似,均与纳米碳酸钙表面的-OH发生化学反应,形成了化学键。表面改性机理是以化学吸附为主,物理吸附为辅,在此基础上建立了吸附作用模型。指标分析并结合试验可以得出,改性后纳米碳酸钙在连接料中的分散程度可以用光泽度、流动度、透明度等来表征,进而可以得知改性后的产品能否很好的应用到油墨中。表面活性剂对透明度和流动度都产生一定的影响,采用与连接料相溶性较好、本身具有一定透明性的有机物或高分子化合物作为表面活性剂,有利于得到高透明度、高分散性的产品。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
第一章绪论  12-20
  1.1 引言  12
  1.2 纳米碳酸钙改性研究及应用现状  12-14
    1.2.1 纳米碳酸钙表面改性研究现状  12-13
    1.2.2 纳米碳酸钙的应用现状  13-14
  1.3 纳米碳酸钙在油墨中的改性研究及应用  14-18
    1.3.1 油墨原料及组成  14-15
    1.3.2 油墨的体系  15-16
    1.3.3 纳米碳酸钙在油墨中的作用与要求  16
      1.3.3.1 在油墨中应用的作用  16
      1.3.3.2 在油墨中应用应具备的条件  16
    1.3.4 影响纳米碳酸钙在油墨中应用的技术关键  16-17
      1.3.4.1 晶型  16
      1.3.4.2 透明度  16-17
      1.3.4.3 细度  17
      1.3.4.4 黏度  17
      1.3.4.5 流动度  17
      1.3.4.6 光泽度  17
      1.3.4.7 白度  17
      1.3.4.8 水分  17
    1.3.5 研究中存在的问题  17-18
  1.4 本试验的研究目的、意义及主要内容  18-20
    1.4.1 研究目的及意义  18
    1.4.2 主要研究内容  18-20
第二章试验材料、方法及性能测试  20-28
  2.1 试验材料  20-23
    2.1.1 原材料  20
    2.1.2 试验药品  20-22
    2.1.3 试验装置与主要设备  22-23
  2.2 试验工艺与方法  23-24
    2.2.1 试验工艺  23-24
    2.2.2 试验方法  24
  2.3 性能测试  24-28
    2.3.1 活化指数  24
    2.3.2 接触角  24-25
    2.3.3 吸油值  25
    2.3.4 光泽度  25
    2.3.5 透明度  25-26
    2.3.6 流动度  26-27
    2.3.7 扫描电镜  27
    2.3.8 红外光谱  27
    2.3.9 油墨用纳米碳酸钙指标  27-28
第三章纳米碳酸钙的表面改性试验研究  28-48
  3.1 纳米碳酸钙表面改性试验  28-36
    3.1.1 改性剂种类选择试验  28-29
    3.1.2 硬脂酸作为改性剂的纳米碳酸钙改性试验规律  29-35
    3.1.3 优化后产品的其他检测  35-36
  3.2 油墨用纳米碳酸钙表面改性试验  36-45
    3.2.1 不同种类药剂试验  36-37
    3.2.2 ZCS-01改性试验  37-39
      3.2.2.1 改性剂用量对纳米碳酸钙表面改性的影响  37-38
      3.2.2.2 改性时间对纳米碳酸钙表面改性的影响  38-39
    3.2.3 其它的药剂试验  39-43
      3.2.3.1 两种改性剂复合试验  39-42
      3.2.3.2 三种改性剂复合试验  42-43
    3.2.4 ZCS-01与其它药剂的复合试验  43-45
      3.2.4.1 3%的ZCS-01与2%的其它改性剂的复合试验  43
      3.2.4.2 ZCS-01改性剂与NDZ101复合后试验  43-45
  3.3 本章小结  45-48
第四章纳米碳酸钙的表面改性机理研究  48-68
  4.1 引言  48-49
  4.2 作用机理研究与分析  49-64
    4.2.1 硬脂酸与纳米碳酸钙的作用机理研究与分析  49-55
      4.2.1.1 红外光谱分析  49-52
      4.2.1.2 扫描电镜分析  52
      4.2.1.3 吸附模型的建立  52-55
    4.2.3 NDZ101与ZCS-01复合与纳米碳酸钙作用机理研究与分析  55-64
      4.2.3.1 红外光谱分析  56-60
      4.2.3.2 扫描电镜分析  60-61
      4.2.3.3 吸附模型的建立  61-64
  4.3 主要指标的分析研究  64-65
    4.3.1 光泽度的分析研究  64
    4.3.2 流动度的分析研究  64-65
    4.3.3 透明度的分析研究  65
  4.4 本章小结  65-68
第五章结论  68-70
参考文献  70-72
致谢  72

油墨用纳米碳酸钙的表面改性研究

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