CN102010620B

CN102010620B - 高浓度纳米氢氧化铝水性分散液的制备方法及所得产品

Info

Publication number: CN102010620B
Application number: CN201010531861.4A
Authority: CN
Inventors: 李生祥; 潘晓兵; 王芳
Original assignee: HUIGU CHEMCIAL CO Ltd GUANGZHOU
Current assignee: HUIGU CHEMCIAL CO Ltd GUANGZHOU
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2030-11-04
Also published as: CN102010620A

Abstract

本发明公开了一种制备高浓度纳米氢氧化铝水性分散液的方法，其包括如下的步骤：(1)在去离子水中加入一元酸作为分散剂，将其pH值调节为2-6.5之间；(2)在搅拌状态下加入纳米氢氧化铝粉体进行分散；(3)在搅拌状态下加入表面修饰剂对纳米氢氧化铝的表面进行修饰；其中，步骤(2)和步骤(3)同时进行或交替进行，最后制得浓度为30wt.％-66wt.％之间的高浓度纳米氢氧化铝水性分散液。本发明所制得的纳米氢氧化铝水性分散液，具有高浓度、低粘度和非常好的稳定性等特点，特别适合应用于吸墨材料。

Description

高浓度纳米氢氧化铝水性分散液的制备方法及所得产品

技术领域

本发明涉及一种粉体材料水性分散液的制备方法以及所制得的水性分散液，更具体地讲，本发明涉及一种用于喷墨打印介质吸墨材料的高浓度纳米氢氧化铝水性分散液的制备方法以及所制得的高浓度纳米氢氧化铝水性分散液。

背景技术

用于彩色喷墨打印相纸喷墨介质的铝系产品主要有纳米氧化铝和纳米氢氧化铝。目前用的较多的是纳米氧化铝产品，其中以德固赛(Degussa)、卡博特(Cabot)等公司为主，而用于吸墨介质的纳米氢氧化铝是起步较晚的一种新型吸墨介质材料，目前国内外只有极少数的公司能够生产用作吸墨介质的纳米氢氧化铝。

中国专利申请01134059.2公开了一种纳米氢氧化铝的制备方法，该方法首先采用可溶性无机强酸铝盐与碱性物质在常温下反应，提取反应后生成的沉淀物，将沉淀物加入到碱性溶液中反应，反应后再加入适量的专用酸性分散剂，最后将制成的氢氧化铝的胶状沉淀物，在100-300℃范围内的条件下烘干，烘干后再进行超细粉碎，得到纳米氢氧化铝。

中国专利200410067540.8也公开了一种纳米氢氧化铝的制备方法，该专利的方法主要包括有均相沉淀法合成法和非均相沉淀共沸蒸馏法，其特点是采用铝盐溶液和碱性溶液为原料，添加少量高分子保护剂如聚乙二醇或聚乙烯醇，在均质乳化反应器中发生均相沉淀反应，根据所需产物粒径调节搅拌速度，得到的氢氧化铝悬浊液经冷却、陈化、抽滤，洗涤，将所得滤饼加入正丁醇共沸溶剂的溶液，进行共沸蒸馏，烘干所得氢氧化铝胶体，最后制得纳米氢氧化铝粉体。

中国专利申请200610109370.4也公开了一种纳米氢氧化铝的制备方法，其制备过程包括：a.首先制备浓度为0.5-1.5mol/L的硫酸铝水溶液；b.制备浓度为0.5-1.0mol/L的氢氧化钠水溶液；c.将煤油、乳化剂、磷酸三丁酯按45∶2∶3的比例与同体积氢氧化钠溶液在搅拌制成的乳状液，将制得的乳状液与硫酸铝水溶液按3∶7的乳水比混合搅拌，停止搅拌待分层后，将乳液取出，静置破乳后烘干处理后得到纳米氢氧化铝粉末。

在中国专利申请200810219741.3所公开的制备纳米氢氧化铝的方法中，其采用有机铝水解生成纳米氢氧化铝，再用此纳米氢氧化铝作为晶种，用无机铝盐大批量工业化生产纳米氢氧化铝，从而有效地保证了合成产品晶型的稳定性。有机铝可选择价格低、易合成的甲醇铝，而无机盐作为基本合成原料，可大大降低了原料成本；所得纳米氢氧化铝经硅烷偶联剂修饰后，有非常好的分散性。

然而，以上专利或专利申请都是关于纳米氧化铝粉体的制备方法。而高浓度状态下的分散性一直是困扰纳米氢氧化铝使用的一个主要问题。虽然纳米氢氧化铝用于吸墨介质时有很好的分散性能，但是目前所能制备的纳米氢氧化铝分散液的浓度一般都在15wt.％～25wt.％之间，此范围的浓度使纳米氢氧化铝在作为吸墨材料使用时效率不高，同时也限制了纳米氢氧化铝在其它一些场合的应用。

因此，在纳米氢氧化铝用作吸墨介质时，有必要提供一种高浓度纳米氢氧化铝水性分散液的制备方法，该浓度下的分散液要有较低的粘度以适合涂布，同时也要有非常好的稳定性以适合存放。按照这种方法制备的纳米氢氧化铝水性分散液可以提高纳米氢氧化铝在使用时的生产效率，而且也可以扩大纳米氢氧化铝作为吸墨介质的使用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种高浓度纳米氢氧化铝水性分散液的制备方法以及所制得的高浓度纳米氢氧化铝水性分散液。

一方面，为实现上述本发明的目的，本发明提供了一种高浓度纳米氢氧化铝水性分散液的制备方法，其包括如下的步骤：

(1)在去离子水中加入一元酸作为分散剂，将其pH值调节为2-6.5、优选为4-6之间；

(2)在搅拌状态下加入纳米氢氧化铝粉体进行分散；

(3)在搅拌状态下加入表面修饰剂对纳米氢氧化铝的表面进行修饰；

其中，步骤(2)和步骤(3)同时进行或交替进行，最后制得浓度为30wt.％-66wt.％、优选为35wt.％-60wt.％之间的高浓度纳米氢氧化铝水性分散液。

本发明通过使用一元酸分散籍和加入表面修饰剂等，制得了高浓度的纳米氢氧化铝水性分散液，该分散液具有较高的浓度、较低的粘度和非常好的稳定性，特别适合应用于吸墨材料。

本发明步骤(1)中所使用的去离子水的电导率要小于1μS/cm；所使用的一元酸包括一元无机酸和一元有机酸，具体说包括硝酸、盐酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、丙酸和/或乳酸等，优选为硝酸和/或甲酸。

本发明步骤(2)中所使用的纳米氢氧化铝粉体优选使用具有如下物化特征的氢氧化铝粉体：

外观：白色流动性粉沫

白度：＞90

孔容：＞0.5ml/g

比表面：＞150m2/g

粒径：＜300nm

例如，本发明使用的纳米氢氧化铝可以为慧谷化学制造的系列产品。

在本发明步骤(3)中，为了提高纳米氢氧化铝的分散性和体系粘度的稳定性，所使用的表面修饰剂可以为能改变氢氧化铝表面状态的硅烷偶联剂，例如，可以使用含有甲氧基团、乙氧基团或者环氧丙氧基的硅烷偶联剂作为表面修饰剂。此类硅烷偶联剂基团的结构如下：

优选地，本发明所使用的硅烷偶联剂为三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、和/或环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷等。

本发明制备方法中所使用的分散机器包括乳化机、搅拌机、定转子分散机、球磨机等，分散用的桨片可以是双片形、四片形、定转子以及齿盘形等，在功能上可以有剪切，也可以没有剪切。分散速度采用阶梯形的增加，随时间和加入料的变化，搅拌速度由200rpm逐渐增至3000rpm。

上述发明制备纳米氢氧化铝水性分散液的全部时间要大于1小时，优选为3小时左右。

另一方面，为实现上述本发明的目的，本发明还提供了一种按上述制备方法所制得的高浓度纳米氢氧化铝水性分散液。该高浓度纳米氢氧化铝水性分散液可用作在喷墨打印介质中的吸墨材料。本发明提供了纳米氢氧化铝水性分散液在涂料中的使用方法和在此方法下的使用效果。

本发明配制的作为喷墨打印介质吸墨材料的纳米氢氧化铝涂料需要经过如下的步骤：

(1)配制分散液：

按上述发明提供的分散液制备方法配制分散液，备用；

(2)配制涂料：

配方：纳米氢氧化铝 100

聚乙烯醇(5wt.％) 10

固化剂 1

将上述涂料成分按比例均匀混合；

(3)涂布：

在A4纸基上用线棒进行涂布；

(4)干燥：

在50～100℃之间干燥5～15min。

与现有技术相比，本发明所具有的特点是：

(1)本发明能提供一种用于喷墨打印介质的高浓度的纳米氢氧化铝水性分散液；

(2)本发明的工艺可以制得浓度为30wt.％～66wt.％的纳米氢氧化铝水性分散液；

(3)本发明制得的纳米氢氧化铝水性分散液体系有较低的、适合涂布用的粘度，而且该体系有比较好的稳定性(粘度小于2000mPa.s)；

(4)本发明制得的纳米氢氧化铝分散液颗粒表面有较高的正电荷，在作为吸墨材料使用时有非常好的吸墨性能；

(5)本发明中使用硅烷偶联剂能够有效地保证纳米氢氧化铝水性分散液的分散性、稳定性；

(6)采用本发明制备的纳米氢氧化铝水性分散液用于喷墨打印介质可以使相片纸有优异的性能，包括使相纸具有防水、吸墨速度快、光泽度高、色彩鲜艳等特点。

下面，结合具体实施方式，来进一步说明本发明的内容和特点，但本发明不局限于这些具体实施方式，任何在本发明基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求书中所要求保护范围。

附图说明

图1为本发明一实施例所制备的纳米氢氧化铝水性分散液不同浓度与粘度的关系图。

图2为本发明一实施例所制备的纳米氢氧化铝水性分散液的粘度随存放时间的变化图。

具体实施方式

实施例1

将装200g去离子水的烧杯(500mL)置于直径为5cm的齿形搅拌桨下，搅拌机速度为200rpm。在搅拌过程中，加入硝酸(30wt.％)3.3g，分散5min。

将搅拌速度升为1000rpm，用勺子逐渐将111g纳米氢氧化铝加入到该含有酸的水中。在1000rpm的速度下分散20min后，再将速度逐渐升至2000rpm，并在此速度下分散30min。

加入2.2g环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷，将速度调为3000rpm，再分散120min。

此纳米氢氧化铝水性分散液的浓度为35wt.％。

测试该浓度纳米氢氧化铝水性分散液的粘度，与实施例2～6中其它浓度分散液的粘度一起得到了分散液浓度与粘度的关系图，如图1。

将该浓度的纳米氢氧化铝水性分散液放置120h，观察在此期间体系粘度的变化情况，并由此得到了该浓度分散液粘度随时间变化的曲线图，如图2。

此外，按照上面提供的应用配方配制涂料，并将此涂料应用在喷墨打印纸中，考察应用效果。

实施例2

基本按实施例1所述相同的方法制备纳米氢氧化铝水性分散液，但与实施例1不同的是：加入硝酸(30wt.％)的量为4.1g，纳米氢氧化铝的量为138g，环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷的量为2.8g。

此纳米氢氧化铝水性分散液的浓度为40wt.％。

同样测试该纳米氢氧化铝水性分散液的粘度，并考察应用效果。

实施例3

基本按实施例1所述相同的方法制备纳米氢氧化铝水性分散液，但与实施例1不同的是：加入硝酸(30wt.％)的量为5.1g，纳米氢氧化铝的量为171g，环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷的量为3.4g。

此纳米氢氧化铝水性分散液的浓度为45wt.％。

实施例4

基本按实施例1所述相同的方法制备纳米氢氧化铝水性分散液，但与实施例1不同的是：加入硝酸(30wt.％)的量为6.3g，纳米氢氧化铝的量为210g，环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷的量为4.2g。

此纳米氢氧化铝水性分散液的浓度为50wt.％。

实施例5

基本按实施例1所述相同的方法制备纳米氢氧化铝水性分散液，但与实施例1不同的是：加入硝酸(30wt.％)的量为7.8g，纳米氢氧化铝的量为260g，环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷的量为5.2g。

此纳米氢氧化铝水性分散液的浓度为55wt.％。

实施例6

基本按实施例1所述相同的方法制备纳米氢氧化铝水性分散液，但与实施例1不同的是：加入硝酸(30wt.％)的量为9.7g，纳米氢氧化铝的量为324g，环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷的量为6.5g。

此纳米氢氧化铝水性分散液的浓度为60wt.％。

按照实施例1～6制备的纳米氢氧化铝水性分散液的浓度、粘度及稳定性如表1所示：

表1

性能	浓度(wt.％)	粘度(mPa.s)	稳定性
				实施例1	35	187	好
实施例2	40	304	好
				实施例3	45	511	好
实施例4	50	685	好
				实施例5	55	841	好
实施例6	60	933	好

按照实施例1～6制备的纳米氢氧化铝水性分散液的应用效果如表2所示：

表2

性能	吸墨性	光泽度	防水性
				实施例1	无堆墨	55	无溢墨
实施例2	无堆墨	54	无溢墨
				实施例3	无堆墨	54	无溢墨
实施例4	无堆墨	52	无溢墨
				实施例5	无堆墨	53	无溢墨
实施例6	无堆墨	55	无溢墨

Claims

1.一种制备高浓度纳米氢氧化铝水性分散液的方法，其包括如下的步骤：

(1)在去离子水中加入一元酸作为分散剂，将其pH值调节为2-6.5之间；

(2)在搅拌状态下加入纳米氢氧化铝粉体进行分散；

其中，步骤（2）所使用的纳米氢氧化铝粉体的外观为白色流动性粉末，白度大于90，孔容大于0.5ml/g，比表面大于150m²/g，粒径小于300nm；

步骤（2）和步骤（3）同时进行或交替进行，最后制得浓度为30wt.%-66wt.%之间的高浓度纳米氢氧化铝水性分散液。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述的表面修饰剂为能改变氢氧化铝表面状态的硅烷偶联剂。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述的表面修饰剂为含有甲氧基团、乙氧基团或者环氧丙氧基的硅烷偶联剂。

4.如权利要求2所述的方法，其中，所述的硅烷偶联剂为三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、和/或环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述的一元酸为硝酸、盐酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、丙酸和/或乳酸。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述的一元酸为硝酸和/或甲酸。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述的pH值范围在4-6之间。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述的浓度在35wt.%-60wt.%之间。

9.如权利要求1所述的方法，其中，分散速度阶梯形增加，随时间和加入料的变化，搅拌速度由200rpm逐渐增至3000rpm。

10.采用权利要求1-9之一所述方法制备的高浓度纳米氢氧化铝水性分散液。