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热敏纸用乳化蜡

 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,并确定了其最佳涂料配方。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最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, 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 最佳涂料配方。
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), AESspan 60(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-2CA[2XC 4C]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), 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,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;显色剂、胶粘剂、助剂、填料经分散设备研磨 B料。
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C12~18与蜡(主要为C18~40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(200r/min),待混合均匀时再加快搅拌速度(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(200r/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,最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
2KainzH J. Stable aqueouswax dispersionsP.US 5743949, 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,.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,.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): 24~2

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