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重质碳酸钙湿法超细研磨分散剂的效果研究与国外产品和企业的发展情况
2021/05/31 点击 1381 次

中国粉体网讯  在重质碳酸钙(GCC)的超细研磨过程中,随着研磨的进行,细小颗粒的含量逐渐增加,平均粒径减小,表面积增加,GCC研磨浆液的悬浮稳定性发生变化,因此对研磨用分散剂的分子量及其分布、电荷密度等性能要求也随之发生变化。也就是说,随着重钙粉粒度变小,对分散剂会有更高性能要求。


图1不同分散剂在碳酸钙浆料中 TEM图

 

一般来说,分散剂分为三大类,即无机类(如二硅酸钠、六偏磷酸钠等),有机类(如烷基苯磺酸盐等)和高分子类(如聚丙烯酸衍生物、聚羧酸盐等),而目前普遍采用的是高分子类分散剂,即超分散剂。

 

一、重质碳酸钙湿磨分散剂介绍

 

在工业生产中,按照研磨阶段不同,研磨分散剂一般分为两种:前段分散剂和后段分散剂。一般来说,后段分散剂较前段分散剂分子量小、电荷密度高、合成工艺复杂、生产成本高。实际生产中,以小于2μm含量为65%为分界点,即粒径等级达到65级之前使用的是前段分散剂,达到65级之后再继续研磨时,改用后段分散剂。

 

目前,在工业生产中广泛使用的前段分散剂是,低分子量聚丙烯酸钠。由于其生产工艺较为成熟,国内多家化工厂已经实现了工业生产,且产品的使用效果也都较为理想。但是,关于后段分散剂还有许多技术问题需要解决。现在广泛使用的后段分散剂是,聚丙烯酸类的高分子化合物,一般以丙烯酸为主要单体、丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、衣康酸(IA)、苯乙烯、烯丙基磺酸钠等有机单体中的一种或几种单体为辅助单体,采用通用自由基聚合法或活性可控自由基聚合法共聚。

 

总的来说,前段分散剂和后段分散剂的作用机理相似,都是在研磨过程中,吸附在无机颜料表面,产生空间位阻和静电斥力,从而使颜料粒子能以悬浮态稳定地存在于GCC浆液中而不发生聚沉。在GCC研磨过程中加入了合适的分散剂,才能使GCC研磨浆液的黏度降低,使研磨顺利进行,得到高固含量、低黏度的GCC浆料,研磨效率也得以提高,并能降低研磨能耗。

 

二、重质碳酸钙湿磨分散剂效果研究

 

1、研磨过程分散剂添加方式对碳酸钙研磨效果的影响


 

图2分散剂添加方式对GCC浆液表观黏度和粒径的影响


观察图2得知:在碳酸钙研磨过程中,分段多次加入分散剂有助于减小产品粒径,并可以持续降低其表现黏度;此外,分散剂加入时,添加时间的选择需要精准把握,可减少分散剂用量,提高产品质量稳定性。

 

2、分散剂用量对碳酸钙研磨效果的影响


图3分散剂用量对碳酸钙粒径和粘度的影响

 

观察图3得知:增加分散剂的用量有助于研磨进行,且黏度和粒径性能都有不同程度的改善,因此在研磨过程中需要根据产品要求选择性价比较合适的研磨分散剂用量。

 

3、不同分散剂对碳酸钙研磨效果的影响

 

为验证自制分散剂对研磨碳酸钙研磨分散性能,与市售两种产品进行了对比应用,2#、3#分散剂均由国内某代理公司提供,其中2#由日本某企业、3#为德国某企业生产。


表Ⅰ不同分散剂对研磨碳酸钙的影响效果


图4不同分散剂对研磨碳酸钙的影响效果

 

三、国外对高分子分散剂的研究

 

国外对高分子分散剂的研究开始于20世纪70年代,并于80年代中期正式提出了高分子分散剂(超分散剂,hyperdispersant)的概念,同时推出了相关产品。至90年代中期,高分子分散剂以其独特的应用功能, 在众多的分散剂中脱颖而出,成为最引人注目的分散助剂。ICI、Dupont等许多国际大公司都已经成功开发出了一系列的高分子分散剂,众多跨国公司“携”分散剂大量涌入中国。而随着经济的快速发展,中国也成为了亚太地区最大的分散剂市场。

 

1、ICI公司的Solsperse系列

 

ICI是英国帝国化学工业集团的简称,是一个全球性的化工集团,是财富世界500强企业之一。其主要业务范围包括油漆业务;粘胶剂,食品及工业淀粉,合成树脂业务;食品香料及调味品业务;树脂添加剂及催化剂业务等。

 

Solsperse系列的高分子分散剂影响最大,适用于各种有机颜料和无机颜料的分散。它们可以明显地降低研磨基料的粘度,提高研磨分散速率。是12-羟基硬脂酸的聚合物,属于聚酯型高分子分散剂。

 

2、Daniel公司的Disperse-AYD系列

 

德国丹尼尔公司成立于1877年,是一家综合性高科技跨国公司,在全球70多个国家和地区建厂。主要研究内容包括:化工产品、塑料、环保科学、造纸、医药、中间体、农药、化工、生物信息、生物肥料、食品、保健品等。

 

该公司AYD系列高分子分散剂具有多种功能,如加速颜料粒子的润湿,增加分散体的含固量;降低研磨基料粘度,增加研磨效率及产出量;分散体具有高的颜色饱和度与着色强度;长时间稳定性好。其主要组分是改性的热塑性聚丙烯酸树脂、丙二醇单甲醚酸性溶液。

 

3、毕克化学公司的Disperse BYK系列分散剂

 

毕克化学助剂和仪器事业部是全球助剂和测量仪器的领先供应商之一。该公司的高分子分散剂DISPER BYK系列,组分主要是高分子嵌段共聚物,包括聚丙烯酸酯类、聚酞胺等,对颜料粒子表面的吸附作用强,明显地改进润湿效果,缩短研磨时间,有优良的抗絮凝作用,阻止其分散粒子重新聚集,尤为适于制备溶剂型涂料;不影响涂料表面的耐久性能。

 

4、美国美利肯化工集团有限公司的BNK-NSF系列高分子分散剂

 

美利肯化工集团始创于1900年,主要从事一些特殊化学品的制造与研发,特别是涂料油墨助剂/分散剂,得到多家知名涂料和油墨公司的应用,这一系列产品适用于作印墨的润湿剂和稳定剂,可以提高印墨着色强度,改进墨性。

 

该公司对高分子分散剂的研究主要集中在AB型嵌段共聚物和接枝共聚物方面。他们开发的以羧基为尾基的聚甲基丙烯酸甲酸(AB)型分散剂, 以羧酸基为锚基, 丙烯酸酯为溶剂化链。对TiO2 进行分散, 所得分散体系显示出良好的分散稳定性。

 

5、美国罗门哈斯公司

 

美国罗门哈斯公司成立于1909年,并于1979年进入中国,先后在中国建立了北京东方罗门哈斯有限公司、上海东方罗门哈斯有限公司和上海罗门哈斯化工有限公司。

 

其造纸用碳酸钙分散剂ACUMER9400,是一种低分子量的固体含量为42.5的聚丙烯酸钠盐溶液,在任何温度均能降低(填料)浆料的粘度,特别适合于需要长时间较高温度的各种颜料(填料)系统。

 

参考来源

李祥祥,等:分散剂在碳酸钙研磨中的作用,天津科技大学造纸学院

张雪,等:重质碳酸钙湿法超细研磨分散剂的应用研究,天津市制浆造纸重点实验室

搜狗百科,ACUMER 9400碳酸钙分散剂

美国BNK助剂

百度百科,ICI公司

德国丹尼尔公司

比克化学公司

(来源:中国粉体网)


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