阴离子石蜡乳液的制备及其 在热敏涂料中的应用

阴离子石蜡乳液的制备及其在热敏涂料中的应用

张春兰＊ 1苏秀霞1　李仲谨1 　孙英惠 2
(1.陕西科技大学化学与化工学院, 陕西 西安 710021;2.河南江河纸业责任有限公司, 河南 焦作 454950)

摘　要:石蜡乳液是一种重要的压力发色防止剂, 但一直存在难乳化、乳液稳定性差、涂料在中性或弱碱性条

件下才最稳定、涂料中各组分都是阴电性等问题。 为此, 我们制备出一种稳定且和热敏涂料具有良好相容性能的
阴离子石蜡乳液, 并确定了其较佳涂料配方。 在固定无色染料、显色剂、增感剂、胶粘剂和其他添加剂用量不变时,
较佳的涂料配方是填料 22%、硬脂酸锌 8%、石蜡 5%。

关键词:石蜡乳液;表面活性剂;压力发色防止剂

热敏纸的平滑性对发色灵敏度有很大影响 〔1〕 。 为了获得高灵敏度,需要对热敏纸进行压光处理,提 高平滑度,但是压光时往往因为压力作用而使底色 发色。结晶热焓大的物质在压光处理时能有效地吸 收压光时的发热 〔2〕 ,阻止底色发色。蜡类是代表性 的压力发色防止剂, 与无色染料、显色剂等相容性 好 。采用石蜡乳液作为压力发色防止剂时 , 由于石 蜡的表面张力小,还有一定的消泡作用 。 

石蜡乳液虽然是一种重要的压力发色防止剂, 但一直存在难乳化 、乳液稳定性差 、涂料在中性或弱 碱性条件下才最稳定 、涂料中各组分都是阴电性等 问题 〔5〕 。为此, 我们制备出一种稳定且和热敏涂料 具有良好相容性能的阴离子石蜡乳液 ,并确定了其 较佳涂料配方 。

1 实验部分

 1.1 仪器和药品

 OP乳化剂(化学纯, 天津市福晨化学试剂厂), 乙二醇单甲醚 (分析纯, 天津市津宇精细化工厂), AES、span60(实验试剂, 派尼化学试剂厂 ), 全精炼 石蜡(市售)。

 GFJ-0.4高速分散机 (上海涂墨化工机械有限 公司 ), 水浴调温 电热锅, 自制不 锈钢罐 (直径 125mm、高 140mm), XSP-2C A [ 2XC4C]生物显微镜 (上 海 宇 隆 仪器 有 限 公 司 ), 电子 天 平 , 电 炉 (1000W),吹风机 , 吹风机计量棒, 办公用传真机 , 光密度仪,实验室小型压光机。

1.2　乳化实验
采用转相乳化的方法 ,将石蜡和固体乳化剂加 入自制不锈钢罐中, 在水浴锅中加热至 90℃融化 , 加入称量好的液体乳化剂 , 充分搅匀 , 提高转速至 3000r/min, 同时缓慢加入一定量的温度为 92～ 93℃ 的乳化水, 直至成乳白色膏状物质 (相转化点 ), 快 速加完剩余的乳化水, 再高速搅拌 2 ～ 3min后降低 搅速为 1500r/min, 同时停止加热。 10min左右后待 乳液温度降为稍高于石蜡熔点时根据所需固含量要 求缓慢加入冷却水, 至 45℃左右时降低搅速为 200r/min消泡 ,直至乳液无泡 。

1.3 实验室应用小试 

无色染料、胶粘剂 、分散剂经分散设备研磨成 A 料 ;显色剂 、胶粘剂、助剂 、填料经分散设备研磨 成 B料。

 把 A料 、B料 、石蜡乳液及瓷土加入混合槽中充 分搅拌成涂料,将配制好的涂料用计量棒涂在经过 预涂的纸上 。用吹风机把涂好的湿热敏纸吹干 。烘 干后的热敏纸经压光机压光得到具有一定平滑度的 热敏纸 。用传真机打印并观察是否粘打印头 ;最后 用光密度仪检测图像的光密度 。

2 结果与讨论 

2.1 乳化实验的讨论 

2.1.1 乳化结果 

通过以上实验方法, 得到一种均匀稳定的石蜡 乳液, pH值为 6.57;Zeta电位为-1eq/g;在生物显微 镜下观察粒径分布范围 0.5 ～ 1μm;放置半年后未 见分层 。

取样品做粒径分析 ,石蜡乳液的粒径分布见图1。由图 1可知乳液的粒径均匀的分布在 0.158 ～0.724μm。

2.1.2　影响石蜡乳液乳化的因素
(1)乳化剂能否制得高质量的乳化蜡 ,乳化剂的选择是关键因素之一〔6〕 。本配方中选用 AES, 不仅因为 AES的憎水基团 C 12～ 18 与蜡 (主要为 C 18 ～40 的长直链烷 烃)结构相似, 互溶性好, 而且由于 AES是阴离子表 面活性剂 ,乳液粒子带负电荷 ,相互排斥 ,所以制得 的乳液更稳定 ;同时加入助乳化剂 ,使乳液稳定性提 高。助乳化剂具有亲水 、亲油性, 可有效增强非离子 表面活性剂与油相 、水相的亲和力 ,克服温度升高带 来的不利因素 。因此增加了乳化效果 ,有助于形成 微乳液。

(2)温度 

在其他条件不变的情况下对石蜡进行乳化, 发 现 90℃左右制备的乳液最稳定, 没有分层现象 , 高 于或低于 90℃都不能得到稳定均匀的乳液 。因为 石蜡乳液的乳化过程,就是乳化剂的分子吸附在水 - 石蜡界面上形成牢固的保护膜, 并建立稳定双电层 的过程。从热力学观点来讲 ,吸附过程是放热的 ,因 此升高温度不利于吸附过程的进行。但是石蜡熔化 需要一定的热量, 目的是使其熔化 ,降低其内聚能, 以便于搅拌时更好的分散, 因此乳化温度必须高于 石蜡的熔点。

冷却水加入时要控制好乳液温度, 防止稀释时其组分因局部温度过冷, 以致低于其熔点而从乳液中析出,稍微高于石蜡熔点时加入冷却水比较合适。温度在高于 45℃时不能停止搅拌 , 以防乳液增稠固化 。

(3)搅拌方式和搅拌速度 

在乳化过程中, 搅拌器的搅拌方式和搅拌速度 也会影响微小乳化液的液滴均匀分布 。速度太慢 , 不能将油相乳化;太快, 易破乳 。一般而言, 为了避 免油相物料溅到器壁上而造成部分油相得不到有效 的乳化 ,开始采用较慢的搅拌速度 (约 200r/min), 待混合均匀时再加快搅拌速度 (约 3000r/min)激烈 搅拌, 以便使油相物料以细小微粒均匀地分散于水 中 。随之降低搅拌速度以便使乳化剂均匀包覆在油 相周围而和水相溶 。最后降低搅拌速度 (约 200 r/min),得到没有泡沫的乳液 。

(4)转相水的温度及加入量 经实验发现 ,只有转相水的温度高出石蜡温度 2 ～ 3℃而且转相水的量为石蜡质量的 1/3时才能得 到稳定的乳液。原因可能是转相水的温度如果低于 石蜡的温度 ,就不能提供足够的热量使石蜡分散成 细小颗粒。转相水太多 , 乳液不经过油包水而直接 转变成水包油型乳液, 没有经过转相得到的乳液极 不稳定 ;如果转相水太少, 也不利于转相。

2.2 涂布工艺及影响涂布的因素

 一般热敏纸的涂料配方成分主要是无色染料 、 显色剂 、增感剂、填料、润滑剂、压力发色防止剂 、胶 粘剂、其他添加剂 〔4〕 。为了得到光密度高而又不粘 热敏打印头同时不产生底色的热敏纸, 本实验在无 色染料 、显色剂、增感剂的用量不变的条件下 , 主要 对填料 、润滑剂、石蜡用量做了研究。

2.2.1　填料用量

热敏涂料中选用具有空穴的吸油性大的填料是 为了将熔融的无色染料和显色剂及时吸收以免粘附 打印头 ;而吸油性越大 ,粒度越细,比表面积越大,其 相对活性越好,从而底灰越大, 且保存中底灰也易上 升 ,所以宜采用表面活性小的或吸油量小的填料 。 在平衡选择合适的填料之后 ,合适的添加量也尤为 重要。填料用量对热敏纸性能指标的影响见表 1。 本实验中填料用量在 22%时最为合适。

2.2.2 润滑剂用量

 为防止记录时热敏记录纸与加热头的粘着现象 和提高适印性 ,热敏纸的摩擦系数必须降低 ,主要使 用硬脂酸锌和金属皂作润滑剂。本实验采用硬脂酸 锌作为热敏纸的润滑剂, 用量多时可以起到一定的 润滑作用 ,而且锌的含量越大 , 字迹的颜色越鲜艳。 但是并不是越多越好,由于硬脂酸锌的价格较高 ,用 量大时成本升高, 而且超过一定量对粘着现象没有 明显影响 。硬酯酸锌用量对热敏纸性能指标的影响 见表 2。本实验中硬脂酸锌用量为 8%时最为合适。

2.3.3　石蜡用量
用本实验制备的石蜡乳液添加到涂料中, 起到 了明显的润滑作用 ,从而降低底灰的程度,同时防止 粘打印头 ,但是加入量不断增多时会明显影响光密 度, 使光密度降低, 字迹的清晰度下降 ,石蜡用量对 热敏纸性能指标的影响见表 3。本实验得出石蜡用 量在 5%时最为合适。

3　结论

石蜡乳液是一种重要的压力发色防止剂, 其制 造工艺比较简单, 乳液粒径微小 ,易长期贮存, 可用 水任意稀释,使用方便。使用的设备简易,小型企业 也便于自己生产,从而降低成本。

 在固定无色染料、显色剂 、增感剂、胶粘剂、其他 添加剂等用量不变时, 较佳的涂料配方是填料 22%、硬脂酸锌 8%、石蜡 5%, 可以得到无底色、不 粘打印头 、字迹清晰的热敏纸 。

参考文献

〔1〕沈一丁, 王赛.阳离子石蜡乳液的制备及其在中性施胶和表面涂饰中的应用〔J〕.中华纸业, 2003, (2):39～ 40
〔2〕 KainzHJ.Stableaqueouswaxdispersions〔P〕.US5743949, 1998-04-28
〔3〕 戴跃玲.60#石蜡乳状液的研制〔P〕.辽宁化工, 1995, (2):8 ～ 12
〔4〕 钱鹭生, 曹丽云, 凌永龙, 等.涂布加工纸技术手册〔M〕.北京:中国轻工业出版社, 2000.29 ～ 30
〔5〕 王宝峰, 等.乳化石蜡的研制及应用〔P〕.山东化工, 2004, (33):14～ 21
〔6〕 王锦.石蜡稳定乳状液的制备及性能〔J〕.山东轻工业学院院报, 1997, 11(2):24～ 27