分散劑在碳酸鈣研磨中的應(yīng)用

分散劑在碳酸鈣研磨中的應(yīng)用

1、前言

    近10年來(lái)，隨著中堿性造紙和涂布加工技術(shù)的發(fā)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(yīng)用。在我國(guó)，碳酸鈣在涂布顏料中也逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位。

    碳酸鈣在自然界中有多種存在形態(tài)，而對(duì)造紙涂料有用的是方解石。但天然方解石必須經(jīng)過(guò)機(jī)械粉碎、研磨、分級(jí)，制成細(xì)微的顆粒(我們稱之為重質(zhì)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(chǎn)生靜電斥力和空間位阻，碳酸鈣生產(chǎn)商，從而使得顆粒能以懸浮態(tài)穩(wěn)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(jié)約研磨所需耗費(fèi)的能量，通用的分散劑有三大類(lèi)，即無(wú)機(jī)類(lèi)、有機(jī)類(lèi)和高分子類(lèi)，而目前普遍采用的是高分子類(lèi)分散劑。相比之下，高分子類(lèi)分散劑具有以下優(yōu)點(diǎn)：

    (1)無(wú)機(jī)分散劑會(huì)對(duì)導(dǎo)電率、介電常數(shù)帶來(lái)不良影響，在某些領(lǐng)域內(nèi)使用受到限制，而高分子類(lèi)分散劑則不受這個(gè)限制

    (2)與有機(jī)類(lèi)分散劑不一樣，高分子類(lèi)分散劑在生產(chǎn)時(shí)具有可控的分子量，而較高的分子量有較好的分散穩(wěn)定性

    (3)高分子類(lèi)分散劑分散能力強(qiáng)，穩(wěn)定效果好，對(duì)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(lèi)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(jié)省機(jī)械操作時(shí)所需的能源。

    基于以上優(yōu)點(diǎn)，無(wú)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(lèi)分散劑。

塑料加工企業(yè)對(duì)所使用的碳酸鈣的基本要求

碳酸鈣作為塑料常用的粉體材料具有許多其它粉體材料所不具備的優(yōu)點(diǎn)，活性納米碳酸鈣生產(chǎn)，如白度高、易表面有機(jī)化處理、對(duì)加工設(shè)備及模具的磨損輕、成型加工流動(dòng)性好等，加之資源豐富、價(jià)格低廉，成為塑料加工行業(yè)的無(wú)機(jī)礦物粉體材料。依據(jù)目前塑料加工企業(yè)的思路和經(jīng)驗(yàn)，在選用碳酸鈣時(shí)所考慮的因素構(gòu)成對(duì)碳酸鈣的基本要求。

   (1)價(jià)格低廉

盡管碳酸鈣相對(duì)合成樹(shù)脂其價(jià)格已十分低廉，相對(duì)其它任何一種粉體材料也稱得上價(jià)格很便宜，但因供應(yīng)商多，企業(yè)仍然對(duì)價(jià)格敏感，碳酸鈣生產(chǎn)，在可以使用的前提下越便宜越好。

   (2)白度越高越好

碳酸鈣本身的色澤較之其它無(wú)機(jī)礦物粉體材料都要白，從具體數(shù)值上說(shuō)達(dá)到90度就可以了，白度對(duì)填充塑料性能的影響并不顯著，但塑料加工企業(yè)仍然希望白度越高越好是基于

   如下原因：

   ①白度越高表明純度越高，生產(chǎn)碳酸鈣屬于行業(yè)，非碳酸鈣的其它礦物成份含量越低。

鈣粉發(fā)灰表明可能存在游離碳，發(fā)黃表明可能有較多的鐵化合物，發(fā)暗表明硅的含量高。雜質(zhì)含量高有時(shí)會(huì)影響填充塑料制品的色澤、外觀及在加工過(guò)程中對(duì)加工設(shè)備和模具造成較重的磨損等。

   ②白度越高，直觀印象越好，越顯檔次高。

   ③白度越高，搭配其它顏料后，后的色澤越正、越穩(wěn)定均一。

  碳酸鈣具有原料易得、價(jià)格低廉、穩(wěn)定性好、無(wú)獨(dú)等諸多優(yōu)點(diǎn)，用于填充HDPE，不僅可降低材料成本且可起增韌補(bǔ)強(qiáng)、提高材料抗沖擊強(qiáng)度、改善材料彈性模量和拉伸性能等作用，已成為HDPE重要的的填充材料之一。

一、偶聯(lián)劑活化碳酸鈣改性HDPE：經(jīng)偶聯(lián)劑處理的微米碳酸鈣與高聚物鏈段間的相互作用可減緩或限制鏈段間的運(yùn)動(dòng)，使復(fù)合材料的銀紋減少?zèng)_擊韌性提高。在再生HDPE加入2%歸烷偶聯(lián)劑活化納米CaCO3，可使改性樹(shù)脂的拉伸、彎曲、沖擊性能均有明顯提高，接近甚至達(dá)到工程塑料的水平。

   二、有機(jī)物活化碳酸鈣改性HDPE：用于改性碳酸鈣粉體常見(jiàn)的有機(jī)物有脂肪酸（鹽）、硬酯酸等。利用脂肪酸處理CaCO3用于填充改性再生HDPE，復(fù)合材料的熔點(diǎn)升高、抗拉應(yīng)力和沖擊強(qiáng)度比HDPE有顯著提高。用硬脂酸處理CaCO3用于改性HDPE發(fā)現(xiàn)該復(fù)合材料在較低溫度下還能保持較高的沖擊韌性和斷裂伸長(zhǎng)率，這主要?dú)w因于CaCO3的成核效應(yīng)減少了材料的球晶尺寸的形成，使材料的楊氏模量和屈服強(qiáng)度提高。

   三、聚合物活化碳酸鈣改性再生HDPE：聚合物表面處理可分為反應(yīng)性纖維素表面處理和接枝聚合物表面處理兩種。通過(guò)界面改性，制備以CaCO3為核，馬來(lái)酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物彈性體(POE)為殼的（再生HDPE／POE／CaCO3）三元復(fù)合材料，由于“核-殼”結(jié)構(gòu)的形成，彈性體和CaCO3表現(xiàn)出協(xié)同的增韌作用，同未經(jīng)表面處理的CaCO3復(fù)合材料相比，在相同的CaCO3含量的情況下，表面處理的CaCO3由于與彈性體形成更強(qiáng)的界面粘結(jié)，使得三元復(fù)合材料的“脆-韌”轉(zhuǎn)變發(fā)生在較低的彈性體含量。經(jīng)表面活性劑活化后的納米碳酸鈣由于分散性的提高、與HDPE基體之間的纏結(jié)作用加強(qiáng)而使復(fù)合材料性能得到較大提高，未經(jīng)活化的納米碳酸鈣由于易產(chǎn)生團(tuán)聚作用，在HDPE中成為應(yīng)力點(diǎn)，反而會(huì)降低復(fù)合材料的性能。

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