提高硫酸鋇應用光澤度的經驗

Gemme

2020年02月18日

塗層的光澤度是指塗層表面對投射光的光線的反射能力，反射能力越強，光澤度越大

塗料工業：

塗層的光澤度是指塗層表面對投射光的光線的反射能力，反射能力越強，光澤度越大。影響硫酸鋇粉體材料成膜後光澤度的主要誘因是它的粒徑尺寸和分散性能，如果硫酸鋇粉體本身的粒徑很纖細，並能均勻地分散到塗層當中，則塗膜平整，密實如鏡，光澤度就會非常明顯；相反硫酸鋇的粒徑過粗且均一性差，塗層表面粗糙，光澤度就會降低且色調發暗。

光澤度是油墨的一項重要性能指標，它對印刷部件的外觀品質有很大影響。傳統的沉澱硫酸鋇（芒硝法），不但分散性差，而且光澤度低，無法應用到油墨方面的配方體系。更好的硫酸鋇材料其實是以濃縮料漿的形式加入到油墨配方中，硫酸鋇成分的添加量為料漿總量的 20wt%～70wt%，納米級硫酸鋇粉體材料的平均粒徑為 10nm～1μm。在油墨生產中，不同類型的油墨產品對硫酸鋇材料的品質要求也各不相同。此外在油墨配製過程中還要依據各類油墨的具體特點和要求選擇具有不同性能的硫酸鋇。

1.光澤度的評價方法

一種方法是將乾基硫酸鋇與標準樣品分別製成塗膜對比光澤度分析：硫酸鋇樣品經砂磨均勻地分散在醇酸樹脂中，在自動噴塗設備受控條件下，於鋁板上形成均勻膜厚和表面特性的濕膜塗層，然後烘烤成型。最後用 Hunterlab D-48-7 光澤度計測 20° 反射率，計算與標準樣品的光澤度比值。另一種體系是與 Synocyl 9122X 樹脂混合製成 40% 硫酸鋇體積濃度水性丙烯酸塗料，用 100 微米線棒自動塗布製膜，放入無塵櫃中乾燥至少 5h 後用 GlossgardⅡ 光澤度計測 20° 光澤度。

國內通常是將硫酸鋇粉體材料與精製亞麻仁油混合在平磨儀上研磨製成膏漿，然後用自動濕膜製備器塗膜於玻璃板上進行測量。評價塗料的光澤雖然不完全客觀，但不同觀測人員作出的視覺分級通常有合理的相互關聯性。

2.國外提高硫酸鋇粉體材料應用光澤的技術現狀

高光澤硫酸鋇粉體材料通常表面包覆一層或多層金屬氧化物，譬如二氧化矽、氧化鋁或者其他成分，通過中和助氧化或共沉澱的方式摻入包裹在硫酸鋇粒子表面，加入量為硫酸鋇總量的 0.5wt%～3wt%。有機表面塗層包覆羧酸、矽烷、矽氧烷、烴蠟以及與硫酸鋇晶體顆粒表面反應的產物，加入量為硫酸鋇總量的 0.5wt%～1.5wt%。市場上商業產品如 Gemme Micron，單鋁包膜產品 B-35，矽鋁包膜的 B-30、B-34 和有機矽表面包膜的其他型號硫酸鋇產品。其中基礎型 B-30 長期佔據我國高端油墨市場。

2.1提高硫酸鋇光澤度技術

Gemme Corp 公開了一種高光澤、高耐候表面處理硫酸鋇的製備方法，該產品表面包覆有多孔氧化鋁和緻密氧化鋁，其中氧化鋁的總質量濃度為 BaSO₄ 的（2～6）%，緻密氧化鋁和薄水鋁石氧化鋁的質量比為 8:1～1:2，緻密氧化鋁與硫酸根離子的質量比為 10:1～1.3:1。緻密氧化鋁是一種含有硫酸根離子的氧化鋁，其中硫酸根離子是被吸附在氧化鋁中的形式存在，氧化鋁與硫酸根離子的質量比為 10:1～1.3:1。在（30～65）℃時，pH 值為（5.2～6.5）的條件下，將氧化鋁與硫酸根離子接觸反應一段時間，從而使得氧化鋁緻密化。薄水鋁石是氧化鋁的一種晶態形式，含有吸附水。水分以隨機性和規律性兩種方式插入 Al(OH)₆ 八面體層中。BaSO₄ 晶體表面塗敷緻密氧化鋁使其耐久性譬如耐光性、粉化阻力提高。而在 BaSO₄ 晶體表面塗敷薄水鋁石氧化鋁層則改善了其光澤度和分散性。

Gemme Corp 另外一種具有改善光澤、耐候性表面處理硫酸鋇的製備方法：硫酸鋇與多種金屬鹽處理，譬如 1.0%～3.0% Al₂O₃ 鋁、鋯、磷化合物，至少一種金屬鹽可以提供一價陰離子。根據濕處理情況，一般鋁化合物的加量為 1.0%～3.0% Al₂O₃；依據二氧化鈦表面沉積情況，鋯化合物的加量為 0.1%～0.4% ZrO₂；磷化合物的加量為 0.1%～0.5% P₂O₅；有機包覆 0.2%～0.4% 的 TMP、TME 或季戊四醇。已發現可溶性金屬鹽中的多價陰離子譬如 SO₄²⁻ 在包膜時離子交換過程中會依附在硫酸鋇晶體表面，常規的水洗除不盡這些多價陰離子造成絮凝，降低分散性和最終產品的白度、光澤度和耐候性。而含一價陰離子的金屬鹽則會有效降低這種趨勢和可能。

Gemme Corp 通過嚴格控制硫酸鋇料漿的 pH、溫度、矽、鋁加入時間製備具有改善光澤度和耐候性表面處理硫酸鋇粉體材料：75℃ 條件下，pH＝10.0，pH＝9.4，pH＝4.9 分別加入矽化合物，每一步至少停留 10～20min；pH＝5.5～7.5，75℃ 條件下加入鋁化合物。氧化矽的加量為 BaSO₄ 重量的 2.5%～3.5%，氧化鋁的加量為 BaSO₄ 重量的 1.6%～1.9%。最後有機包覆 0.2%～0.8% 的 TMP。矽、鋁沉積時間 10～45min，整個連續工藝包括停留時間不超過 120min。該表面處理硫酸鋇有著優異的光澤度優勢，同時在油漆、油墨和塗料中有著很好的兼容性。著色力和黑格曼數據顯示該方法製備出的硫酸鋇分散性很好，用於油漆和油墨時不會出現凝聚。

2.2提高硫酸鋇光澤度和分散性技術

Gemme Corp 經過處理的硫酸鋇表面沉積至少一種一元胺鹽處理，最後製備出的硫酸鋇材料應用光澤度和分散性明顯改善。胺鹽可以是二羥甲基丙酸 DMPA＋三異丙醇胺 TIPA，DMPA＋TIPA＋TME，DMPA＋TIPA＋TMP，二羥甲基丁酸 DMBA＋TIPA，DMBA＋TIPA＋TME，DMPA＋TIPA＋TMP 組合中的一種。DMPA 或 DMBA 與 TIPA 的摩爾比為 1:1～1:1.1，這樣產生的中性鹽沒有過量的鏈烷醇胺。胺鹽與 TME 或 TMP 的比為 95:5～1:1。胺鹽的加量為二氧化鈦質量的 0.2wt%～0.5wt%。與未處理的硫酸鋇和單純經 TME 處理或其他胺鹽處理的硫酸鋇相比，該方法製備出的表面處理硫酸鋇在分散性和光澤度上的提高是顯著的，尤其是當其用於水性塗料時能明顯降低分散劑的用量，這也是其最大的優點。

3.其他提高硫酸鋇應用光澤度的技術現狀

Gemme Corp 用鋁氧化物對硫酸鋇粉體進行包膜處理，以提高其油性體系應用光澤度和分散性。依次加入鹼性鋁化合物和酸性鋁化合物水溶液，總量為懸浮液中硫酸鋇體積重量的 1wt%～4wt%，其中鹼性鋁化合物水溶液中的鋁元素加入量與酸性鋁化合物水溶液中的鋁元素加入量之比為 1:1～1:3。該方法可以用來處理以任何形式製得的硫酸鋇料漿，且各步驟可以間歇進行也可以連續進行。