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●行業新聞

分散劑在碳酸鈣研磨中的使用方法

近10年來,隨著中堿性造紙和涂布加工技術的發展,碳酸鈣作為涂布顏料和填料在北美和歐洲得到了廣泛的應用。 碳酸鈣在自然界中有多種存在形態,而對造紙涂料最有用的是方解石。但天然方解石必須經過機械粉碎、研磨、分級,制成細微的顆粒(亚游 稱之為重質碳酸)。近10年來,隨著中堿性造紙和涂布加工技術的發展,碳酸鈣作為涂布顏料和填料在北美和歐洲得到了廣泛的應用。

碳酸鈣在自然界中有多種存在形態,而對造紙涂料最有用的是方解石。但天然方解石必須經過機械粉碎、研磨、分級,制成細微的顆粒(亚游 稱之為重質碳酸鈣或研磨碳酸鈣,gcc),方可用于紙張涂料的制備。

分散劑是靠吸附在顏料顆粒表面,產生靜電斥力和空間位阻,從而使得顆粒能以懸浮態穩定地存在。碳酸鈣研磨中有了分散劑的幫助,才能得到高固含量、低粘度的碳酸鈣漿料,研磨效率也得以提高,并能節約研磨所需耗費的能量,通用的分散劑有三大類,即無機類、有機類和高分子類,而目前普遍采用的是高分子類分散劑。相比之下,高分子類分散劑具有以下優點:

(1)無機分散劑會對導電率、介電常數帶來不良影響,在某些領域內使用受到限制,而高分子類分散劑則不受這個限制

(2)與有機類分散劑不一樣,高分子類分散劑在生產時具有可控的分子量,而較高的分子量有較好的分散穩定性

(3)高分子類分散劑分散能力強,穩定效果好,對分散體系中的離子、ph值、溫度等因素敏感程度小

(4)高分子類分散劑可顯著降低分散體系的粘度,改善分散體系的流變性,能節省機械操作時所需的能源。

基于以上優點,無論是在碳酸鈣的研磨中,還是在紙張涂料的制備中,都廣泛采用了高分子類分散劑。

研磨過程

在碳酸鈣原料中加水配成一定的固含量(一般從70~75%),再按比例加入分散劑(從寬的范圍講,干比不超過1%),然后依次經過若干臺砂磨機,每臺機內均裝有一定量的石英砂或鋯珠,進行連續研磨,最終得到成品。研磨碳酸鈣的特性最主要的是粒徑分布和粘度,分別討論如下。

2.1粒徑分布

研磨前的碳酸鈣原料的粒徑通常在350目(約45μm)左右,經分散劑研磨后的碳酸鈣按要求細度可達到90級或60級等。所謂90級或60級是指研磨碳酸鈣中直徑小于2μm的顆粒占到整體的90%或60%。碳酸鈣原料的粒徑分布如圖1所示:

圖190級和60級碳酸鈣的粒徑分布

粒徑分布的決定因素有:研磨時間、固含量和設備等。

(1)研磨時間

顯然,研磨時間的長短從根本上決定了粒徑的細度。研磨時間越長,碳酸鈣受砂子研磨的作用時間越長,碳酸鈣會被研磨的更細。

(2)固含量

固含量的高低決定了研磨的效率。固含量高,碳酸鈣顆粒與砂子的碰撞機會多,碳酸鈣顆粒也就更容易被粉碎。

(3)設備

研磨設備對研磨效率同樣有著舉足輕重的作用。

用組合砂磨機連續式研磨效率是最高的,所以目前被碳酸鈣研磨廠廣泛采用。
2.2粘度

研磨碳酸鈣的粘度一般希望控制在500-1000cps之間。如果粘度大于1000cps,那么在配制涂料時難以達到高的固含量,而且在研磨過程中設備易發熱而導致更大的損耗如果粘度低于500cps,那么研磨碳酸鈣在貯存期間容易沉淀。

影響粘度的因素有:分散劑用量、固含量和溫度等。

(1)分散劑用量

分散劑用量決定著對碳酸鈣顆粒的包覆程度,而碳酸鈣顆粒的被包覆程度決定了整個體系的穩定性和粘度。但如果包覆已經充分,分散劑用量再增加,體系的粘度也不會再有明顯的降低,甚至可能起相反的作用。

(2)固含量

粘度對固含量的變化非常敏感,如圖2所示:

圖2不同的初始粘度下,粘度和固含量的關系

曲線1表示在較高的粘度下,固含量每下降1%,粘度下降平均超過20%,下降幅度非常明顯曲線2表示在不太高的粘度下,固含量每下降1%,粘度下降也超過20%,下降幅度也很顯著。固含量下降,碳酸鈣顆粒之間也越顯得松散,粘度隨之下降。

(3)溫度

溫度對粘度存在影響,但非常微小。

2.3粒徑分布和粘度的相互關系

研磨碳酸鈣的粒徑分布和粘度存在著密切的關系。在同樣的分散劑用量下和同樣的固含量下,粒徑如果相對較小,那么一定體積下碳酸鈣顆粒數量就顯得比較密集,粘度就會升高。反之,粒徑如果相對較大,那么一定體積下碳酸鈣顆粒數量就顯得比較疏松,粘度就會降低。

結語

碳酸鈣研磨的過程中,如果沒有分散劑的作用,研磨根本無法進行。所以針對研磨必須做的工作是選擇高效的分散劑,使得研磨碳酸鈣的幾項主要指標最佳化,并能節約成本,降低能耗。現階段對有開發前景的分散劑的研究就是對超分散劑的研究,通過對其錨固段和溶劑化段兩部分的研究,制得最適合研磨的分散劑。

 
 
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