劉玉明

(安徽五洲集團(tuán) ,安徽巢湖 238300)

水楊酸酯型顯色材料的開發(fā)與生產(chǎn)

劉玉明

(安徽五洲集團(tuán) ,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(chǎn)條件和影響因素進(jìn)行了分析。

水楊酸酯樹脂;顯色材料;開發(fā);生產(chǎn)

1 前言

目前,無碳復(fù)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?；钚园淄令愶@色材料,顯色速度快,顯色密度高,但易發(fā)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(chǎn)技術(shù)日益完善,產(chǎn)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(chǔ)上,開發(fā)了第二代“水楊酸酯”型顯色材料,綜合各種顯色材料的優(yōu)點(diǎn),合理選擇配方,制備的新型顯色材料具有以下優(yōu)點(diǎn):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(wěn)定性好,在儲存過程中顯色能力不會降低;④抗老化能力強(qiáng)。

2 試驗(yàn)部分

通過對各種顯色材料性能比較,研究開發(fā)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(jī)溶劑的存在下,與苯乙烯或其衍生物反應(yīng)[2];然后將得到的反應(yīng)物經(jīng)中和、除去溶劑,再與多價金屬化合物反應(yīng),并經(jīng)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(zhì)中[3],得到穩(wěn)定的水性分散體。試驗(yàn)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(yīng)結(jié)束后,加入10%NaOH溶液中和,控制反應(yīng)終點(diǎn) 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(yīng)溫度,反應(yīng)結(jié)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(jī)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(jīng)權(quán)威部門檢測和客戶試用,各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)產(chǎn)品水平。

3 生產(chǎn)開發(fā)

根據(jù)試驗(yàn)配方和條件,確定生產(chǎn)工藝和設(shè)備,在2000 L反應(yīng)釜生產(chǎn)線上放大生產(chǎn)。

3.1 工藝流程

3.2 生產(chǎn)條件的確定

①合成:反應(yīng)溫度控制在 45℃±1℃,苯乙烯和 H2SO4加完后要保溫反應(yīng) 8h。②中和:加入10%的NaOH,因?yàn)樵摲磻?yīng)屬于兩相反應(yīng),有一定的反應(yīng)時間,反應(yīng)終點(diǎn) 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(yīng):加入 15%的ZnSO4溶液,攪拌 1h,控制反應(yīng)溫度,不得過高。⑤過濾水洗:用板框壓濾機(jī),反復(fù)用去離子水洗滌。⑥干燥:將濾餅放在不銹鋼烘箱內(nèi)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(nèi),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(chǎn)品。

3.3 各工序主要影響因素

①合成工序:嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度,防止溫度高苯乙烯自聚,防止引起副反應(yīng)。②中和工序:pH值接近中性時,應(yīng)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(yán)格控制反應(yīng)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(wěn)定性。⑥干燥工序:干燥溫度要控制好,高溫下樹脂發(fā)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(shè)備的結(jié)構(gòu)選擇要與工藝相適應(yīng),采用變頻調(diào)速,保證高速分散的剪切力。

3.4 常見問題分析

①生產(chǎn)中有時出現(xiàn)塊狀物質(zhì),主要是合成工序加料和反應(yīng)溫度沒有嚴(yán)格控制好,有聚苯乙烯產(chǎn)生。②顯色材料黏度不穩(wěn)定,通過實(shí)驗(yàn)分析原因如下:一是實(shí)驗(yàn)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?yàn)榈玫降臉渲且粋€復(fù)雜的化合物,在檢測已干燥的樹脂分子量后,發(fā)現(xiàn)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(fā)生交鏈;三是加鋅反應(yīng)時,有硬顆粒產(chǎn)生,對產(chǎn)品分散穩(wěn)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(jié)語

本項(xiàng)目跟蹤了國際上最新發(fā)展的顯色材料,以水楊酸酯樹脂為體系,該反應(yīng)產(chǎn)品易得,工藝簡單,條件溫和,易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大生產(chǎn),經(jīng)生產(chǎn)開發(fā)的顯色材料產(chǎn)品,各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到國外先進(jìn)產(chǎn)品水平。

[1]陳 影.無碳復(fù)寫紙的涂料及發(fā)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(shù)管理工作,電話:(0565)6312999。