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膨潤土改性及其對彩噴紙涂料性能影響為拓寬膨潤土的應(yīng)用新領(lǐng)域,降低彩噴紙的成本,本工作對膨潤土進(jìn)行改性并對改性膨潤土在彩噴紙涂料中的應(yīng)用適性進(jìn)行了研究。
   根據(jù)彩噴紙涂料用顏料的特性,結(jié)合膨潤土的結(jié)構(gòu)、特性,分別采用硫酸和二甲基二烯丙基氯化銨對鈉基膨潤土進(jìn)行了酸化和有機(jī)化改性,獲得了比表面積顯著提高的酸化膨潤土和具有一定的親水親油的有機(jī)膨潤土。通過對酸化膨潤土的分散性能研究表明,酸化膨潤土具有較好的分散穩(wěn)定性,分散后的顆粒粒徑分布在0.43μm和2.09μm之間。經(jīng)二甲基二烯丙基氯化銨改性的膨潤土在水相中分散后的顆粒粒徑分布在0.43-2.5μm;在有機(jī)相分散獲得凝膠膠體率為7.8%。說明有機(jī)膨潤土具有一定的親水和親油性。
   采用SEM、XRD、化學(xué)組成分析、FTIR和TAG-SDTA對改性前后的膨潤土進(jìn)行了表征。XRD分析表明,酸化膨潤土的層間距變大,說明層間部分離子被交換出來;經(jīng)二甲基二烯丙基氯化銨有機(jī)化處理后的膨潤土層間距也稍微增大,表明有機(jī)基團(tuán)進(jìn)入膨潤土的層間。
同時,改性后的酸化膨潤土和有機(jī)膨潤土保持了鈉基膨潤土的完整的體相結(jié)構(gòu)。FTIR分析也確證了酸化膨潤土的體相結(jié)構(gòu)未發(fā)生改變。而二甲基二烯丙基氯化銨改性膨潤土的熱分解和FTIR分析表明,有機(jī)改性劑已覆蓋在膨潤土表面或插層進(jìn)入膨潤土片層間,說明膨潤土的有機(jī)改性獲得成功。
   SEM分析表明酸化膨潤土的比表面積明顯增大,并通過測定化學(xué)組成的變化分析了比表面積增大的原因。通過測定接觸角,計算結(jié)果表明有機(jī)改性后的膨潤土表面能下降,極性分量值降低。 顏料分散液的流變行為對涂料的性質(zhì)具有非常重要的影響。將酸化膨潤土分散在水相中,對分散體系的濃度、分散劑用量、pH和鹽濃度對酸化膨潤土分散液流變行為的影響進(jìn)行了探討。
在低剪切速率下,除了添加0.4%聚丙烯酸鈉的分散液,各酸化膨潤土分散體系流變行為均表現(xiàn)為剪切變稀到剪切增稠的過程,體系呈現(xiàn)假塑型流體到脹流型流體的變化特征。而添加0.4%聚丙烯酸鈉的體系在所測的剪切速率范圍內(nèi)始終呈現(xiàn)出剪切增稠現(xiàn)象,表現(xiàn)為脹流型流體。在相同剪切速率下含0.4%分散劑體系的表觀粘度最低,屈服應(yīng)力最低,這表明該分散體系內(nèi)的顆粒間的聯(lián)接松散,分散效果好。在高剪切速率的條件下,大部分分散體系的流變特征均表現(xiàn)出與低剪切速率下相同的流變特性。但添加0.4%分散劑的酸化膨潤土分散體系表現(xiàn)出的是由假塑型流體到脹流型的流體變化特征,而非低剪切速率下始終表現(xiàn)為脹流型的流體特征。所有分散體系與Herschel–Bulkle模型得到很好的擬合。
   含改性膨潤土顏料的紙張涂料的穩(wěn)態(tài)剪切實驗表明,在低剪切速率和高剪切速率下,含改性膨潤土顏料的紙張涂料均表現(xiàn)出剪切稀化的特性,屬假塑性流體。添加酸化膨潤土,涂料的粘度明顯降低,因此在涂料中添加酸化膨潤土可提高涂料的固含量。D改性膨潤土在剪切作用下對涂料的流變有促進(jìn)作用。涂料的動態(tài)應(yīng)變掃描結(jié)果表明,不含酸化膨潤土顏料的紙張涂料的線性粘彈性臨界應(yīng)變值為1.2%左右;而含酸化膨潤土顏料的紙張涂料的臨界應(yīng)變值小于0.1%。紙張涂料動態(tài)頻率掃描顯示,涂料的粘彈性隨著酸化膨潤土用量的增加而降低;含改性膨潤土涂料的相位角δ均小于45°,相位角正切值也都在小于1的范圍內(nèi),涂料表現(xiàn)出了彈性大于粘性的特征。
   相對而言,含D改性膨潤土的涂料相位角正切值都小于0.6的范圍內(nèi),表現(xiàn)出較強(qiáng)的固體彈性特。 以酸化膨潤土替代部分二氧化硅加入到彩噴紙涂料中,能夠提高紙張的光澤度和平滑度,降低了紙張的白度、不透明度、油墨吸收性和表面強(qiáng)度。含20%酸化膨潤土的紙樣色密度和色彩還原性能稍高于純二氧化硅的紙樣,但酸化膨潤土顏料高于20%配比,色密度和色彩還原性降低。因此在涂料配方中應(yīng)適當(dāng)調(diào)整酸化膨潤土顏料配比,改善彩噴紙的性能。含酸化膨潤土的彩噴紙均表現(xiàn)出良好的防洇滲的性能。將DADMAC改性膨潤土添加到涂料中,彩噴紙的白度、不透明度和油墨吸收性下降。光澤度、平滑度和表面強(qiáng)度升高。印刷色密度和色彩還原性能都隨DADMAC改性膨潤土的加入有所改善。