專利名稱：一種碳酸鋯鉀抗水劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳酸鋯鉀抗水劑的制備方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于某些特殊用途的紙張，如浸水標(biāo)簽紙、戶外廣告紙，對(duì)紙張的防水能力具有很高的要求。為了提高這些特殊用途紙張的抗水性能，除了在原紙中添加抗水性物質(zhì)或強(qiáng)化漿內(nèi)施膠外，最直接的辦法就是在涂料中加入抗水劑。目前最常用的抗水劑有改性三聚氰胺甲醛樹(shù)脂，乙二醛樹(shù)脂，聚酰胺聚脲甲醛樹(shù)脂等，但因會(huì)殘留甲醛等有機(jī)物，對(duì)人體造成傷害并污染環(huán)境，因而在日常用品、衛(wèi)生藥具、食品飲料、出口貨物的外包裝材料中的使用受到了嚴(yán)格的限制。碳酸鋯鉀可與含羧基、羥基的的變性淀粉、干酪素、大豆蛋白、羧基丁苯膠乳等膠·粘劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成網(wǎng)狀的固化膜，該膜不溶于水，或?qū)λ幻舾?，因而表現(xiàn)出良好的耐水性，被應(yīng)用到涂料及油墨中。碳酸鋯鉀與早期的抗水劑相比，具有以下一些優(yōu)勢(shì)(I)適用pH范圍廣適用PH值廣(5. 5-10. 5)，最高可在ρΗΙΟ. 5條件下適用，在高PH值下不失效，可用于高堿性顏料如段白或碳酸鈣涂料中；(2)下機(jī)后能迅速、完全跟膠粘劑發(fā)生反應(yīng)，迅速取得耐水性。這種機(jī)上成熟的特性，可使到達(dá)客戶手中的紙張品質(zhì)與在廠內(nèi)下機(jī)的紙張品質(zhì)相同，有助于紙張品質(zhì)的控制；(3)下機(jī)后能迅速完全跟膠粘劑發(fā)生反應(yīng)，形成不溶于水或?qū)λ幻舾械奈镔|(zhì)，能降低膠乳向紙內(nèi)的滲透，明顯地減少膠乳用量，而涂層的強(qiáng)度和印刷性能未受到損害；并能避免因膠粘劑遷移而影響紙張的光澤度；(4)不含甲醛，沒(méi)有刺激性氨味，不危害生產(chǎn)工人以及消費(fèi)者身體健康，并能用于食品包裝紙、食品藥具等制備。美國(guó)專利4，061，7201977公開(kāi)了一種用堿式碳酸鋯制備碳酸鋯銨以及碳酸鋯鉀的方法，得到的碳酸鋯鉀使聚合物或共聚物乳液產(chǎn)生很好的觸變性能。堿式碳酸鋯的價(jià)格昂貴，因此用堿式碳酸鋯制備的碳酸鋯鉀成本很高，不利于碳酸鋯鉀的廣泛使用；并且生產(chǎn)方法一般是將碳酸鋯鈉用酸滴定產(chǎn)生堿式碳酸鋯，然后用大量的水洗滌以除去過(guò)量的碳酸鈉以及其他雜質(zhì)，這種生產(chǎn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的廢水污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公布一種成本低、不產(chǎn)生環(huán)境污染的制備碳酸鋯鉀抗水劑的制備方法。本發(fā)明提供的制備碳酸鋯鉀抗水劑的方法，其特征在于由氧氯化鋯做為鋯源而反應(yīng)得到，并包括以下實(shí)驗(yàn)方法在一定溫度下將工業(yè)氧氯化鋯水溶液與碳酸鈉水溶液反應(yīng)，得到含白色沉淀的溶液；反應(yīng)一定時(shí)間后，在此含白色沉淀的溶液中緩慢加入碳酸鉀以及弱陽(yáng)性穩(wěn)定劑，最終得到無(wú)色透明的液體。
以上實(shí)驗(yàn)方法中氧氯化鋯跟碳酸鈉投料摩爾比為I : 1-1 3。氧氯化鋯溶液與碳酸鈉溶液的反應(yīng)溫度為30°C _60°C，攪拌時(shí)間為2-6小時(shí)。碳酸鉀在30°C-60°C下投加，氧氯化鋯跟碳酸鉀的摩爾比為I : 1-1 2，加料完成后反應(yīng)1-4小時(shí)。加入弱陽(yáng)性穩(wěn)定劑酒石酸或者丙三醇以提高鋯氧根離子穩(wěn)定性，使鋯離子大分子化合物不易在低溫或者放置一段時(shí)間后凝結(jié)，弱陽(yáng)性穩(wěn)定劑按照1-3%的比例加入；穩(wěn)定劑可以在反應(yīng)完成后或者反應(yīng)初期加入。為了檢驗(yàn)本發(fā)明方法制備的碳酸鋯鉀抗水劑是否具有優(yōu)異的耐水性，將該碳酸鋯鉀跟涂料混合后對(duì)紙張進(jìn)行涂布，再對(duì)涂布紙進(jìn)行耐水性測(cè)試。涂料按照造紙涂料配方配制，為重質(zhì)碳酸鈣漿料、瓷土粉末以及羧基丁苯膠乳的混合物。具體配制方法如下 I、先將瓷土分散成乳液，固含量60%。分散劑添加量為分散劑絕干量為瓷土絕干量的O. 08%，高速分散10分鐘，保持一定深度的攪拌漩渦。2、以瓷土和碳酸鈣絕干比例為30 70，將瓷土和固含量75%碳酸鈣乳液混合，高速分散。3、加入50%固含量的羧基丁苯膠乳，并充分分散。膠乳添加量為顏料絕干膠乳絕干=100 11。4、該涂料固含量為67%，使用10%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)該涂料PH至8-9.5、分別按照統(tǒng)一絕干量加入本方法制備的碳酸鋯鉀抗水劑、乙二醛抗水劑、碳酸鋯銨抗水劑，涂布后，對(duì)紙張進(jìn)行測(cè)試。為了比較用氧氯化鋯制備的碳酸鋯鉀抗水劑跟用堿式碳酸鋯制備的碳酸鋯鉀抗水劑耐水性差異，本發(fā)明也用堿式碳酸鋯制備了碳酸鋯鉀抗水劑。通過(guò)耐水性能測(cè)試，用氧氯化鋯制備的碳酸鋯鉀抗水劑耐水性跟用堿式碳酸鋯制備碳酸鋯鉀抗水劑相當(dāng)。氧氯化鋯的價(jià)格是堿式碳酸鋯價(jià)格的五-六成左右，大量節(jié)約了產(chǎn)品成本，有利于碳酸鋯鉀抗水劑的廣泛使用；并且直接采用氧氯化鋯作為原料，省去生產(chǎn)堿式碳酸鋯步驟，減少生產(chǎn)堿式碳酸鋯洗滌步驟所造成的環(huán)境污染，并且本法制備的碳酸鋯鉀抗水劑與碳酸鋯銨抗水劑相t匕，耐水性能基本相當(dāng)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :碳酸鋯鉀抗水劑的制備在四口燒瓶中加入125g水和17g碳酸鈉。將50g氧氯化鋯配成65%的溶液，在40°C下開(kāi)始滴加氧氯化鋯溶液，并持續(xù)攪拌，30min左右滴加完成后，保溫3h在攪拌下繼續(xù)緩慢加入28g碳酸鉀，保持?jǐn)嚢?，直至完全溶解，升溫?0°C保溫2h，最后體系中加入3g酒石酸作為穩(wěn)定劑，持續(xù)攪拌10分鐘。最后得到無(wú)色透明的液體，固含量為30%，pH = 10. I。實(shí)施例2 :碳酸鋯鉀抗水劑的制備在四口燒瓶中加入125g水和25g碳酸鈉。將50g氧氯化鋯配成65%的溶液，在30°C下開(kāi)始滴加氧氯化鋯溶液，并持續(xù)攪拌，30min左右滴加完成后，保溫3h在攪拌下繼續(xù)緩慢加入22g碳酸鉀，保持?jǐn)嚢?，直至完全溶解，升溫?0°C保溫2h，再升溫至60°C保溫lh，最后體系中加入7g丙三醇作為穩(wěn)定劑，持續(xù)攪拌10分鐘。最后得到無(wú)色透明的液體，固含量為31%，pH = 10.7。實(shí)施例3 :碳酸鋯鉀抗水劑的制備將200g水加入四口燒瓶中，在30°C下緩慢加入25碳酸鉀，反應(yīng)Ih后升溫至60°C并補(bǔ)加5g碳酸鉀，在60°C下保溫4hhou加入3g酒石酸繼續(xù)攪拌反應(yīng)40分鐘后降溫過(guò)濾放料，得到產(chǎn)物為無(wú)色透明液體，固含量30%，pH = 10. 5。實(shí)施例4 :耐水性測(cè)試采用碳酸鈣、瓷土以及丁苯膠乳制備固含量為69%的涂料，并按涂料絕干的
O.5%的量分別添加實(shí)施例I、實(shí)施例2和實(shí)施例3中制備的碳酸鋯鉀抗水劑、乙二醛抗水 劑、碳酸鋯銨抗水劑與空白對(duì)照。 采用螺桿對(duì)未涂覆的紙張進(jìn)行涂布，并在105°C下干燥2分鐘。將處理好的紙樣品切成4張邊長(zhǎng)為30mm的正方形試樣，將試樣的四邊折起，做成底約為20mm*20mm的小盒。一半正面向上,一半反面向上。隨后進(jìn)行液體滲透測(cè)試。液體滲透測(cè)試方法在培養(yǎng)皿內(nèi)倒入適量的2%硫氰酸鐵溶液，將小盒浮置于硫氰酸銨溶液的液面上，同時(shí)用滴管在距盒底約Icm處滴人I滴I %三氯化鐵溶液，并同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)三氯化鐵溶液中剛一出現(xiàn)紅點(diǎn)時(shí)停止計(jì)時(shí)，記錄時(shí)間準(zhǔn)確至Is。重復(fù)上述步驟直至測(cè)試全部片紙樣。計(jì)算平均的滲透時(shí)間(S)，時(shí)間越長(zhǎng)，表示耐水性越好。結(jié)果如下表I。表I
測(cè)試樣品 _夢(mèng)寧旬...(S)_
_平行測(cè)試I 平行測(cè)試2 平行測(cè)試3 平行測(cè)試4 平均
_ 空白6058615759~
實(shí)施例 I8886878486.25
實(shí)施例 28285868684.75
實(shí)施例 38584898786.25
乙二醛抗水劑7170706869.75
碳酸鋯銨抗水劑9089889089.25實(shí)施例5 :吸水性測(cè)試將用涂料處理好的紙張進(jìn)行Cobb吸水性測(cè)試。測(cè)試時(shí)，將一片干燥的紙樣稱重，記下重量為Hi1 ;放入不銹鋼樣品杯中后倒IOOml水，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，將水倒掉，將測(cè)試樣取出，置于吸水紙上，再將另外一張吸水紙蓋在紙樣上，用不銹鋼滾輪在上面滾動(dòng)，除去紙樣上多余的水分，然后再將紙樣取出進(jìn)行稱重，記下重量為Hi2，最后計(jì)算出吸水度0 -! )/紙樣面積，單位(g/m2)。吸水度越小，表示耐水性越好。結(jié)果如下表2。表權(quán)利要求
1.一種碳酸鋯鉀抗水劑的制備方法，其特征在于由氧氯化鋯做為原料而反應(yīng)得到，并包括以下實(shí)驗(yàn)方法在一定溫度下將工業(yè)氧氯化鋯水溶液跟碳酸鈉水溶液反應(yīng)，得到含白色沉淀的溶液；在此含白色沉淀的溶液中緩慢加入碳酸鉀，攪拌一定時(shí)間以后最終得到無(wú)色透明的液體，加入弱陽(yáng)性穩(wěn)定劑提高產(chǎn)品穩(wěn)定性。
2.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于氧氯化鋯跟碳酸鈉的投料摩爾比1:1-1: 3。
3.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于氧氯化鋯跟碳酸鉀的投料摩爾比為1:1-1: 2。
4.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于反應(yīng)溫度為30°C-60°C。
5.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于氧氯化鋯溶液跟碳酸鉀溶液反應(yīng)時(shí)間為2-6個(gè)小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用氧氯化鋯制備碳酸鋯鉀抗水劑的制備方法，該制備工藝操作簡(jiǎn)單，成本低，不產(chǎn)生環(huán)境污染，制備出的碳酸鋯鉀沒(méi)有任何刺激氣味，并包含以下步驟在一定溫度下將工業(yè)氧氯化鋯水溶液跟碳酸鈉水溶液反應(yīng)，得到含白色不溶物水溶液；在此含白色不溶物水溶液中緩慢加入碳酸鉀，攪拌一定時(shí)間后最終得到無(wú)色透明的液體。
文檔編號(hào)C01G25/00GK102776803SQ20121012195
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者潘好學(xué), 王傳杰, 胡志濱 申請(qǐng)人:深圳市瑞成科訊實(shí)業(yè)有限公司