水楊酸酯型顯色材料的開發與生產

劉玉明

(安徽五洲集團 ,安徽巢湖 238300)

水楊酸酯型顯色材料的開發與生產

劉玉明

(安徽五洲集團 ,安徽巢湖 238300)

研究了水楊酸酯樹脂的多價金屬鹽顯色材料及分散液的制法,并對生產條件和影響因素進行了分析。

水楊酸酯樹脂;顯色材料;開發;生產

1 前言

目前,無碳復寫顯色材料主要有活性白土類、酚醛樹脂類、芳香族羧酸類等,它們各有不同的特性。活性白土類顯色材料,顯色速度快,顯色密度高,但易發生黃變,耐水耐老化性能差。酚醛樹脂類顯色材料顯色密度高,耐水耐老化性能好,但顯色速度慢。芳香族羧酸類顯色材料顯色速度快,顯色密度高,耐老化性能差[1]。

隨著市場競爭的日益激烈,顯色材料的生產技術日益完善,產品性能也在日益提高,對顯色材料的要求越來越高。我們在第一代“烷基水楊酸改性酚醛樹脂”型顯色材料的基礎上,開發了第二代“水楊酸酯”型顯色材料,綜合各種顯色材料的優點,合理選擇配方,制備的新型顯色材料具有以下優點:①顯色密度高;②顯色速度快,并在低溫下仍有較快的顯色速度;③穩定性好,在儲存過程中顯色能力不會降低;④抗老化能力強。

2 試驗部分

通過對各種顯色材料性能比較,研究開發了水楊酸酯樹脂的多價金屬鹽顯色材料。該顯色材料由水楊酸或其衍生物在酸催化劑及有機溶劑的存在下,與苯乙烯或其衍生物反應[2];然后將得到的反應物經中和、除去溶劑,再與多價金屬化合物反應,并經過濾、水洗、干燥得到水楊酸樹脂的金屬鹽,將水楊酸樹脂的金屬鹽研磨粉碎分散在水性介質中[3],得到穩定的水性分散體。試驗配方如表1。

表1 水楊酸酯型顯色材料

2.1 樹脂合成

在裝有攪拌器的四口燒瓶中加入水楊酸、C2H4Cl2攪拌升溫至 45℃,加入苯乙烯和 H2SO4,加料完后保溫攪拌一定的時間,反應結束后,加入10%NaOH溶液中和,控制反應終點 pH值為 7.2,再減壓蒸餾,脫除溶劑,控制蒸餾溫度不得過高,再加入 15%的ZnSO4溶液,攪拌一定的時間,并控制反應溫度,反應結束后過濾、水洗,并將濾餅干燥,得到顯色材料樹脂[4]。

2.2 分散液的制備

將干燥的顯色材料樹脂加入乳化機中,升溫溶融,在高速攪拌下,加入 PVA溶液,高速分散一定的時間,再加入消泡劑等助劑,制得顯色材料分散液。所制顯色材料分散液經權威部門檢測和客戶試用,各項性能指標達到國際先進產品水平。

3 生產開發

根據試驗配方和條件,確定生產工藝和設備,在2000 L反應釜生產線上放大生產。

3.1 工藝流程

3.2 生產條件的確定

①合成:反應溫度控制在 45℃±1℃,苯乙烯和 H2SO4加完后要保溫反應 8h。②中和:加入10%的NaOH,因為該反應屬于兩相反應,有一定的反應時間,反應終點 pH值控制在 7.2～7.3。③脫溶劑:減壓蒸餾,控制溫度≤85℃,蒸餾壓力 -0.06～0.09MPa。④加鋅反應:加入 15%的ZnSO4溶液,攪拌 1h,控制反應溫度,不得過高。⑤過濾水洗:用板框壓濾機,反復用去離子水洗滌。⑥干燥:將濾餅放在不銹鋼烘箱內真空干燥,控制溫度≤85℃,樹脂固含量控制在 98% ±1%。⑦分散工藝:將干燥的樹脂投入乳化釜內,升溫加熱,使之熔融,加熱溫度≤100℃,在 2500 r/min的高速攪拌下,加入PVA溶液,再加入去離子水,高速分散,加入消泡劑等助劑,攪拌包裝即產品。

3.3 各工序主要影響因素

①合成工序:嚴格控制反應溫度,防止溫度高苯乙烯自聚,防止引起副反應。②中和工序:pH值接近中性時,應緩慢加入堿液,防止 pH值過高。③脫溶劑工序:減壓蒸餾時升溫要緩慢,溶劑要脫凈。④加鋅工序:嚴格控制反應溫度,正常情況下樹脂是膏狀的,如呈粘稠狀,說明溶劑未脫干凈。⑤壓濾水洗工序:水洗要徹底,影響分散穩定性。⑥干燥工序:干燥溫度要控制好,高溫下樹脂發生交鏈,分子量變大,影響到分散和顯色性能。⑦分散工序:樹脂干燥程度要控制好,PVA溶液加入要緩慢;乳化設備的結構選擇要與工藝相適應,采用變頻調速,保證高速分散的剪切力。

3.4 常見問題分析

①生產中有時出現塊狀物質,主要是合成工序加料和反應溫度沒有嚴格控制好,有聚苯乙烯產生。②顯色材料黏度不穩定,通過實驗分析原因如下:一是實驗證明隨著 Zn+2/COO-比例的增加,最終顯色材料的黏度也隨著增加;二是干燥溫度過高,因為得到的樹脂是一個復雜的化合物,在檢測已干燥的樹脂分子量后,發現同批樹脂隨著干燥溫度的增加,分子量也在增加,證明在干燥過程中,尤其是長時間在高溫下樹脂本身仍會發生交鏈;三是加鋅反應時,有硬顆粒產生,對產品分散穩定性有影響,主要是溶劑未脫凈;四是水洗不完全,仍然有鹽存在。

4 結語

本項目跟蹤了國際上最新發展的顯色材料,以水楊酸酯樹脂為體系,該反應產品易得,工藝簡單,條件溫和,易實現工業化大生產,經生產開發的顯色材料產品,各項性能指標均達到國外先進產品水平。

[1]陳 影.無碳復寫紙的涂料及發展 [J].西南造紙,2006,2.

[2]USP5382560

[3]JP54 160335

[4]CN1109075A

TQ323.43

A

1003-3467(2010)16-0056-02

2010-07-21

劉玉明 (1962-),男,工程師,從事技術管理工作,電話:(0565)6312999。