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  分散劑在碳酸鈣研磨中的應(yīng)用

1、前言
     近10年來，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，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)，而對造紙涂料最有用的是方解石。但天然方解石必須經(jīng)過機械粉碎、研磨、分級，制成細微的顆粒(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，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(yōu)點：
     (1)無機分散劑會對導(dǎo)電率、介電常數(shù)帶來不良影響，在某些領(lǐng)域內(nèi)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(chǎn)時具有可控的分子量，而較高的分子量有較好的分散穩(wěn)定性
     (3)高分子類分散劑分散能力強，穩(wěn)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(jié)省機械操作時所需的能源。
     基于以上優(yōu)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。
    2、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(jīng)過若干臺砂磨機，每臺機內(nèi)均裝有一定量的石英砂或鋯珠，進行連續(xù)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(jīng)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1 90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(shè)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(shè)備
     研磨設(shè)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(xù)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(shè)備易發(fā)熱而導(dǎo)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(wěn)定性和粘度。但如果包覆已經(jīng)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(guān)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(guān)系
     研磨碳酸鈣的粒徑分布和粘度存在著密切的關(guān)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(shù)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(shù)量就顯得比較疏松，粘度就會降低。
    3結(jié)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(jié)約成本，降低能耗。現(xiàn)階段對有開發(fā)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。