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膨潤(rùn)土改性及其對(duì)彩噴紙涂料性能影響為拓寬膨潤(rùn)土的應(yīng)用新領(lǐng)域,降低彩噴紙的成本,本工作對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性并對(duì)改性膨潤(rùn)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(rùn)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(duì)鈉基膨潤(rùn)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(rùn)土和具有一定的親水親油的有機(jī)膨潤(rùn)土。通過(guò)對(duì)酸化膨潤(rùn)土的分散性能研究表明,酸化膨潤(rùn)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(rùn)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(shuō)明有機(jī)膨潤(rùn)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(duì)改性前后的膨潤(rùn)土進(jìn)行了表征。XRD分析表明,酸化膨潤(rùn)土的層間距變大,說(shuō)明層間部分離子被交換出來(lái);經(jīng)二甲基二烯丙基氯化銨有機(jī)化處理后的膨潤(rùn)土層間距也稍微增大,表明有機(jī)基團(tuán)進(jìn)入膨潤(rùn)土的層間。
同時(shí),改性后的酸化膨潤(rùn)土和有機(jī)膨潤(rùn)土保持了鈉基膨潤(rùn)土的完整的體相結(jié)構(gòu)。FTIR分析也確證了酸化膨潤(rùn)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(rùn)土的熱分解和FTIR分析表明,有機(jī)改性劑已覆蓋在膨潤(rùn)土表面或插層進(jìn)入膨潤(rùn)土片層間,說(shuō)明膨潤(rùn)土的有機(jī)改性獲得成功。
   SEM分析表明酸化膨潤(rùn)土的比表面積明顯增大,并通過(guò)測(cè)定化學(xué)組成的變化分析了比表面積增大的原因。通過(guò)測(cè)定接觸角,計(jì)算結(jié)果表明有機(jī)改性后的膨潤(rùn)土表面能下降,極性分量值降低。 顏料分散液的流變行為對(duì)涂料的性質(zhì)具有非常重要的影響。將酸化膨潤(rùn)土分散在水相中,對(duì)分散體系的濃度、分散劑用量、pH和鹽濃度對(duì)酸化膨潤(rùn)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(rùn)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(guò)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(cè)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(rùn)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(rùn)土顏料的紙張涂料的穩(wěn)態(tài)剪切實(shí)驗(yàn)表明,在低剪切速率和高剪切速率下,含改性膨潤(rùn)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(rùn)土,涂料的粘度明顯降低,因此在涂料中添加酸化膨潤(rùn)土可提高涂料的固含量。D改性膨潤(rùn)土在剪切作用下對(duì)涂料的流變有促進(jìn)作用。涂料的動(dòng)態(tài)應(yīng)變掃描結(jié)果表明,不含酸化膨潤(rùn)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(rùn)土顏料的紙張涂料的臨界應(yīng)變值小于0.1%。紙張涂料動(dòng)態(tài)頻率掃描顯示,涂料的粘彈性隨著酸化膨潤(rùn)土用量的增加而降低;含改性膨潤(rùn)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(duì)而言,含D改性膨潤(rùn)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(rùn)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(rùn)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(rùn)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(rùn)土顏料配比,改善彩噴紙的性能。含酸化膨潤(rùn)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(rùn)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(rùn)土的加入有所改善。