分散剂在碳酸钙研磨中的应用

1、前言
     近10年来，随着中碱性造纸和涂布加工技术的发展，碳酸钙作为涂布颜料和填料在北美和欧洲得到了广泛的应用。在我国，碳酸钙在涂布颜料中也逐渐占据了主导地位。
     碳酸钙在自然界中有多种存在形态，而对造纸涂料最有用的是方解石。但天然方解石必须经过机械粉碎、研磨、分级，制成细微的颗粒(我们称之为重质碳酸钙或研磨碳酸钙，GCC)，方可用于纸张涂料的制备。
     分散剂是靠吸附在颜料颗粒表面，产生静电斥力和空间位阻，从而使得颗粒能以悬浮态稳定地存在。碳酸钙研磨中有了分散剂的帮助，才能得到高固含量、低粘度的碳酸钙浆料，研磨效率也得以提高，并能节约研磨所需耗费的能量，通用的分散剂有三大类，即无机类、有机类和高分子类，而目前普遍采用的是高分子类分散剂。相比之下，高分子类分散剂具有以下优点：
     (1)无机分散剂会对导电率、介电常数带来不良影响，在某些领域内使用受到限制，而高分子类分散剂则不受这个限制
     (2)与有机类分散剂不一样，高分子类分散剂在生产时具有可控的分子量，而较高的分子量有较好的分散稳定性
     (3)高分子类分散剂分散能力强，稳定效果好，对分散体系中的离子、pH值、温度等因素敏感程度小
     (4)高分子类分散剂可显著降低分散体系的粘度，改善分散体系的流变性，能节省机械操作时所需的能源。
     基于以上优点，无论是在碳酸钙的研磨中，还是在纸张涂料的制备中，都广泛采用了高分子类分散剂。
    2、研磨过程
     在碳酸钙原料中加水配成一定的固含量(一般从70～75％)，再按比例加入分散剂(从宽的范围讲，干比不超过1％)，然后依次经过若干台砂磨机，每台机内均装有一定量的石英砂或锆珠，进行连续研磨，最终得到成品。研磨碳酸钙的特性最主要的是粒径分布和粘度，分别讨论如下。
    2.1粒径分布
     研磨前的碳酸钙原料的粒径通常在350目(约45μm)左右，经分散剂研磨后的碳酸钙按要求细度可达到90级或60级等。所谓90级或60级是指研磨碳酸钙中直径小于2μm的颗粒占到整体的90％或60％。碳酸钙原料的粒径分布如图1所示：
    
    图1 90级和60级碳酸钙的粒径分布
     粒径分布的决定因素有：研磨时间、固含量和设备等。
     (1)研磨时间
     显然，研磨时间的长短从根本上决定了粒径的细度。研磨时间越长，碳酸钙受砂子研磨的作用时间越长，碳酸钙会被研磨的更细。
     (2)固含量
     固含量的高低决定了研磨的效率。固含量高，碳酸钙颗粒与砂子的碰撞机会多，碳酸钙颗粒也就更容易被粉碎。
     (3)设备
     研磨设备对研磨效率同样有着举足轻重的作用。用组合砂磨机连续式研磨效率是最高的，所以目前被碳酸钙研磨厂广泛采用。
    2.2粘度
     研磨碳酸钙的粘度一般希望控制在500-1000cps之间。如果粘度大于1000cps，那么在配制涂料时难以达到高的固含量，而且在研磨过程中设备易发热而导致更大的损耗如果粘度低于500cps，那么研磨碳酸钙在贮存期间容易沉淀。
     影响粘度的因素有：分散剂用量、固含量和温度等。
     (1)分散剂用量
     分散剂用量决定着对碳酸钙颗粒的包覆程度，而碳酸钙颗粒的被包覆程度决定了整个体系的稳定性和粘度。但如果包覆已经充分，分散剂用量再增加，体系的粘度也不会再有明显的降低，甚至可能起相反的作用。
     (2)固含量
     粘度对固含量的变化非常敏感，如图2所示：
    
    图2不同的初始粘度下，粘度和固含量的关系
     曲线1表示在较高的粘度下，固含量每下降1％，粘度下降平均超过20％，下降幅度非常明显曲线2表示在不太高的粘度下，固含量每下降1％，粘度下降也超过20％，下降幅度也很显著。固含量下降，碳酸钙颗粒之间也越显得松散，粘度随之下降。
     (3)温度
     温度对粘度存在影响，但非常微小。
    2.3粒径分布和粘度的相互关系
     研磨碳酸钙的粒径分布和粘度存在着密切的关系。在同样的分散剂用量下和同样的固含量下，粒径如果相对较小，那么一定体积下碳酸钙颗粒数量就显得比较密集，粘度就会升高。反之，粒径如果相对较大，那么一定体积下碳酸钙颗粒数量就显得比较疏松，粘度就会降低。
    3结语
     碳酸钙研磨的过程中，如果没有分散剂的作用，研磨根本无法进行。所以针对研磨必须做的工作是选择高效的分散剂，使得研磨碳酸钙的几项主要指标最佳化，并能节约成本，降低能耗。现阶段对有开发前景的分散剂的研究就是对超分散剂的研究，通过对其锚固段和溶剂化段两部分的研究，制得最适合研磨的分散剂。