一種造紙涂料用高穩(wěn)定性納米碳酸鈣水相分散液制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于造紙涂料用功能顏料領(lǐng)域，具體涉及一種造紙涂料用高穩(wěn)定性納米碳 酸鈣水相分散液的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著國外高檔涂布產(chǎn)品大量涌入中國市場，我國涂布加工工業(yè)受到嚴(yán)重 沖擊。通過對一些進(jìn)口高檔涂布產(chǎn)品進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)部分產(chǎn)品中添加了不同種類的納米材 料。納米材料在高檔涂布體系中，以其獨(dú)特的物理、化學(xué)性能及常規(guī)材料不具備的小尺寸效 應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)及表面效應(yīng)，賦予涂布紙良好的印刷性能和抗老化性能。
[0003] 納米材料是目前材料科學(xué)研宄的一個(gè)熱點(diǎn)，其相應(yīng)發(fā)展起來的納米技術(shù)是21世 紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ目茖W(xué)研宄。納米碳酸鈣是最早開發(fā)的無機(jī)納米材料之一，由于碳酸鈣粒 子的超細(xì)化，其晶體結(jié)構(gòu)和表面電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了普通碳酸鈣所不具有的量子尺 寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，從而使納米碳酸鈣與常規(guī)材料相比具 有一系列異常的物理、化學(xué)及表面與界面性質(zhì)。納米碳酸鈣所具有的特殊性質(zhì)使之在塑料、 橡膠、油漆、油墨、建筑涂料等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。紙張涂料是由高嶺土、碳酸鈣、膠乳及高 分子質(zhì)量流變助劑組成的一種多分散體系。將納米碳酸鈣加入紙張涂料體系中，對于納米 級粒子來說，因其粒徑小，比表面積大、表面層內(nèi)原子所占比例大，故可以與涂料體系中的 聚合物充分地吸附、鍵合，增強(qiáng)粒子與基體的界面粘合，因而可改善涂層力學(xué)性能和印刷性 能。關(guān)于納米碳酸鈣在紙張涂料中的功能性介紹，已有一些報(bào)道；但大多試探性地考察納米 碳酸鈣對涂層性能的影響，沒有從納米碳酸鈣本身的物化性質(zhì)角度進(jìn)行研宄。
[0004] 納米碳酸鈣由于表面能大、表面極性強(qiáng)，單個(gè)顆粒往往處于不穩(wěn)定狀態(tài)。它們之間 常常相互吸引使自身轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定狀態(tài)，因此導(dǎo)致了顆粒之間的團(tuán)聚。由于納米碳酸鈣的團(tuán) 聚，使得其比表面積減小，表面活性降低，其表面與界面特性又趨于大塊材料。為充分利用 納米碳酸鈣的表面與界面特性，必須采取一系列措施，使其處于良好、充分的分散狀態(tài)。在 紙張涂料體系中，納米碳酸鈣的分散及分散穩(wěn)定性直接影響著涂料流變性能和涂布性能。 因此要使納米碳酸鈣在紙張涂料中得到有效利用，發(fā)揮納米顏料效應(yīng)，解決納米碳酸鈣在 紙張涂料中的分散問題至關(guān)重要。
[0005] 目前，在紙張涂料制備過程中，詳細(xì)研宄納米碳酸鈣粒子的水相分散方法，基于靜 電作用、空間位阻效應(yīng)及超聲作用的聯(lián)合機(jī)制制備高穩(wěn)定性納米碳酸鈣水相分散液的研 宄，國內(nèi)外尚未見報(bào)道。本發(fā)明從納米碳酸鈣本身的物化性質(zhì)入手，在了解納米碳酸鈣團(tuán)聚 原因的基礎(chǔ)上，基于納米碳酸鈣的分散穩(wěn)定理論（DLVO理論)，獲得分散性良好的納米碳酸 鈣水相分散液，為納米顏料在紙張涂料中的專門化、功能化應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持， 具有重要的理論意義和實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種造紙涂料用高穩(wěn)定性納米碳酸鈣水相分散液的制備方 法。通過強(qiáng)化靜電作用、空間位阻效應(yīng)及超聲作用提高納米碳酸鈣顆粒間 的排斥勢能，改善其在水相的分散性、穩(wěn)定性，為納米碳酸鈣在造紙涂料中的功能化應(yīng) 用奠定基礎(chǔ)。 本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： (1)基于六偏磷酸鈉形成的靜電作用力提高納米碳酸鈣水相分散穩(wěn)定性：首先，將 0. 2?1. 0% (對絕干納米碳酸鈣）的六偏磷酸鈉溶解于水中，隨后在3300?3500r/min剪 切速度下將納米碳酸鈣加入到六偏磷酸鈉分散液中，調(diào)節(jié)體系PH至8. 2?8. 4、固含量為 30?40%，并持續(xù)分散18?20min。（2)基于羧甲基纖維素鈉形成的空間位阻效應(yīng)提高納 米碳酸鈣水相分散穩(wěn)定性：在4800?5000r/min剪切速度下，將0. 5?1. 5% (對絕干納米 碳酸鈣）的羧甲基甲基纖維素鈉加入步驟（1)獲得的納米碳酸鈣分散液中，調(diào)節(jié)體系PH至 9. 0?9. 2,并持續(xù)分散12?15min。（3)基于超聲作用提高納米碳酸1?水相分散穩(wěn)定性： 將步驟（2)獲得的納米碳酸鈣分散液置于超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中在功率200W下超聲處理5? 8min，樣品超聲環(huán)境為冰水浴。經(jīng)歷以上聯(lián)合步驟，得到高穩(wěn)定性納米碳酸鈣水相分散液。
[0007] 本發(fā)明的有益效果：一、整體技術(shù)以水為分散介質(zhì)，符合綠色設(shè)計(jì)的理念，也符合 環(huán)境友好型造紙涂料的發(fā)展目標(biāo)；（2)發(fā)揮靜電作用、空間位阻效應(yīng)及超聲作用的協(xié)同效 應(yīng)，易于解決納米碳酸鈣水相難以分散的關(guān)鍵問題（3)生產(chǎn)工藝簡單，易操作，成效顯著； (2 )生產(chǎn)過程安全無毒，無污染。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于 實(shí)施例表達(dá)的范圍。除非另有說明。
[0009] 實(shí)施例1 : (1)基于六偏磷酸鈉形成的靜電作用力提高納米碳酸鈣水相分散穩(wěn)定性：首先，將 0. 4% (對絕干納米碳酸鈣)的六偏磷酸鈉溶解于水中，隨后在3300r/min剪切速度下將納米 碳酸鈣加入到六偏磷酸鈉分散液中，調(diào)節(jié)體系pH至8. 2、固含量為30%，并持續(xù)分散18min。 (2)基于羧甲基纖維素鈉形成的空間位阻效應(yīng)提高納米碳酸鈣水相分散穩(wěn)定性：在4800r/ min剪切速度下，將0. 6% (對絕干納米碳酸鈣）的羧甲基纖維素鈉加入步驟（1)獲得的納米 碳酸鈣分散液中，調(diào)節(jié)體系PH至9. 0,并持續(xù)分散12min。（3)基于超聲作用提高納米碳酸 鈣水相分散穩(wěn)定性：將步驟（2)獲得的納米碳酸鈣分散液置于超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中在功率 200W下超聲處理5min，樣品超聲環(huán)境為冰水浴。經(jīng)歷以上聯(lián)合步驟，得到高穩(wěn)定性納米碳 酸鈣水相分散液的平均粒徑為428nm，放置7天時(shí)間無明顯沉降。
[0010] 實(shí)施例2: (1)基于六偏磷酸鈉形成的靜電作用力提高納米碳酸鈣水相分散穩(wěn)定性：首先，將 0. 6% (對絕干納米碳酸鈣)的六偏磷酸鈉溶解于水中，隨后在3400r/min剪切速度下將納米 碳酸鈣加入到六偏磷酸鈉分散液中，調(diào)節(jié)體系pH至8. 3、固含量為30%，并持續(xù)分散19min。 (2)基于羧甲基纖維素鈉形成的空間位阻效應(yīng)提高納米碳酸鈣水相分散穩(wěn)定性：在49