硅铝氧化物包覆二氧化钛在水性油墨领域中的表面改性研究

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目前,水性油墨广泛应用于食品包装、医药、服装等领域。纳米二氧化钛(TiO2)作为白色水性油墨特别是数码印花领域中的主要颜料,在存储以及生产过程中会出现分散性不好甚至会堵塞喷头,且具有一定的光催化活性。因此本文通过对纳米二氧化钛进行硅铝氧化物表面包覆后,将包覆后的粒径大部分控制在1μm以下,平均粒径控制在500nm以下,制备了一种包覆致密的硅铝氧化物的纳米二氧化钛。论文包括两个部分内容:1、本论文首先使用正硅酸乙酯(TEOS)作为硅源通过溶胶-凝胶方法对TiO2纳米颗粒表面进行包覆,用来提高TiO2在水性油墨中分散性和成膜后的耐候性。重点研究了TiO2浆料浓度、乙醇和水的比例、反应温度、包覆量、催化剂用量以及陈化时间对TiO2包覆效果的影响。使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、激光粒度分布仪以及Zeta电位仪等仪器对包覆后的TiO2进行了表征。实验结果表明最佳包覆条件为TiO2浆料浓度为100g/L、乙醇和水的比例为6.5、反应温度为70°C、包覆量为3wt%(以SiO2计)、催化剂氨水用量为6m L、陈化时间为2h;在此反应条件下,包覆后的平均粒径控制在308.1nm,同时其Zeta电位在p H=9下从-31.2m V变化为-34.5m V,一定程度上提高了其分散性。将包覆后的TiO2配制成水性油墨进行成膜后,形成的墨层其白度值为91.51%、光泽度为54.8%、遮盖力为83.32%,耐剥离性能没有损失。同时TEOS包覆后TiO2的酸溶率为7.94%,比硅酸钠(Na2SiO3)包覆后TiO2的酸溶率低2.38%。2、第二部分主要通过使用氧化铝(Al2O3)对TEOS包覆后的TiO2进行第二层包覆,用来进一步提高TiO2的分散性。在包覆Al2O3过程时重点研究了反应的p H和包覆量对包覆形貌的影响,使用了扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、激光粒度分布仪以及Zeta电位仪等仪器对包覆后的TiO2进行了表征。实验结果表明包覆致密的条件为pH=9和包覆量为2wt%(以Al2O3计);在此条件下,包覆后的平均粒径控制在412.9nm,同时让Zeta电位在p H=9下从-34.5m V变化为-43.4m V,一定程度上提高了其分散性。将包覆后的TiO2配制成水性油墨进行成膜后,形成的墨层其白度值为91.65%、光泽度为53.2%、遮盖力为82.93%,耐剥离性能没有损失。另外使用磷酸铝(AlPO4)对TEOS包覆后的TiO2进行了第二层包覆用来降低TiO2光催化活性,其包覆平均粒径为456.6nm,将其包覆后的TiO2配制后水性油墨,形成的墨层其白度值为90.77%%、光泽度为52.2%、遮盖力为81.92%,耐剥离性能有一定下降。
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