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应用分散改性剂的轻钙其生产、储存和填加中的粒径分析

2020-09-23

应用分散改性剂的轻钙其生产、储存和填加中的粒径分析

沈兴志吴瑾1黄德红2

1珠海欧美克仪器有限公司,珠海,5190852 东莞市澳达化工有限公司,东莞,523053

摘要轻钙的生产工艺、储存和应用中的碳酸钙颗粒粒径变化是其应用中颇受关注的环节。本文选取在轻钙生产碳化后浆料中添加AD755分散改性剂和未添加分散改性剂的两个轻钙样品,对其粒度进行测试。测试研究了AD755分散改性剂对最终成品轻钙的粒度的影响。比较了在储存年限超过1年的改性超细轻钙的粒径变化。与此同时也了解了不同类型分散试剂例如OM7、六偏和一种流动改性剂等的测试结果粒度的差异。研究结果表明,AD755分散改性剂能在轻钙生产中,通过包覆原生碳酸钙颗粒,减少其硬团聚,发挥改善终产品粒径的作用AD755在碳酸钙粒度测试时亦可减缓碳酸钙颗粒溶解,发挥分散稳定作用。制作优良的改性超细轻钙在存储一定时间后,粒径变化非常细微。使用不同的分散试剂,对轻钙在具体的填加应用时,其真实分散粒径是各不相同的。

关键词:轻钙; 超细轻钙 分散改性剂; 粒度 粒径; 激光粒度仪

 

  1. 引言

    轻钙的生产过程中,碳化后的碳酸钙浆料,在经过脱水、烘干等工序中,很难保持其原始粒径,这主要是由于超细碳酸钙颗粒的容易发生团聚造成的。碳酸钙粉体的团聚将影响后续其做为塑料,橡胶,涂料等产业的填加剂的填加量和最终产品性能。在碳化浆料中加入分散改性剂等化学助剂,可以降低浆料的粘度、减少滤饼的含水量、节省脱水烘干时间、减少轻钙团聚,达到节能降耗并提高成品质量的目的。激光粒度仪通常被用来分析了解不同加工工艺下碳酸钙成品的粒度特性,评估不同组分、浓度、添加条件的分散改性剂的使用效果,以达到最优化利用助剂、保障产品质量的目的。

    由于分散改性剂在粉体粉碎和抗团聚的作用效果有明显的选择性,不同种类的物料,通常有与之相对应的特有助磨剂,且用法和用量也不尽相同。我们希望通过分散改性剂AD755作为例子,采用激光粒度仪进行粒度分析,来了解轻钙碳化生产工序添加中的成品粒度差异,进而了解AD755的促进样品分散、防止二次团聚的效果。同样的方法也可以用来做其他物料和助磨分散改性剂的添加效果的评估,及最适宜添加量的选择指导。

    在传统的激光粒度仪对普通碳酸钙的测试中,通常以水为介质,加入乙醇六偏磷酸钠试剂作为促分散、抑制溶解试剂,操作过程较复杂,六偏磷酸钠的浓度很难控制,导致测试结果重复性较差。在对AD755的防止再团聚性能了解后,我们希望采用新的AD755作为碳酸钙测试的分散剂,来改善测试过程,并确认其对测试重复性的是否符合改善的预期

    与此同时,我们也希望对轻钙的具体应用时的粒径变化有更多的了解,分析了OM7、六偏磷酸钠和一种流动改性剂对轻钙填加应用时其粒径的异同。

     

  2. 实验

    2.1实验原材料、仪器与试剂

    实验样本:在碳化过程中加入AD755的轻钙成品(简称AD755+)、同样工艺的未加AD755的轻钙成品(简称AD755-)、福建某轻钙厂生产#200改性超细轻钙、日本进口改性超细轻钙(简称#JP超细轻钙)

    粒度测试所使用主机及进样器型号:珠海欧美克仪器有限公司Topsizer +SCF-108LS-609 +SCF-105B

    分散试剂:2%六偏磷酸钠(简称六偏);东莞市澳达化工有限公司AD755分散改性剂,该试剂集助磨、改性、润滑、偶联、分散等功能于一体,基本可以保持原生粒子的粒径,白度保持好,润湿分散性佳OM7超细轻钙专用分散剂;一种流动改性剂等

     

    2.2 测试方法

    2.2.1 普通轻钙的测试方法

    普通轻钙一般中值粒径在微米级范围,其粒度测试相对较容易。在本文中均采用欧美克LS-609全自动激光粒度仪进行SOP标准化测试,以市政自来水加分散稳定剂作为介质。SOP全自动测试设置为:自动排气泡,进样器内置超声2min后测试,循环泵转速设定为2500rpm,加样自动遮光比控制在8%左右,并采用“通用模式”进行粒度分析。

     

    2.2.2超细碳酸钙的粒度测试方法

纳米碳酸钙属于超细粉体,不易分散彻底,因此在传统进样器内置超声外进行了细胞粉碎机的大功率的超声分散。超细轻钙测试采用欧美克公司Topsizer激光粒度仪,以纯净水作为测量介质,加入分散解聚试剂,采用细胞粉碎机分散15分钟,并以“通用模式”进行粒度分析。

 

  1. 实验结果及讨论

    3.1轻钙生产中应用分散改性剂AD755的成品粒度差异,即AD755+AD755-轻钙样品粒度对比

     

    1. AD755+AD755-样品的粒度D50D97测试结果对比

    在普通轻钙的粒度测试中,通常使用六偏作为分散稳定剂,我们同时也对比了不添加分散剂、添加AD755对粒度测试结果的影响。由图1可见,生产过程中添加了AD755分散改性剂的轻钙粉(AD755+)粒度D50D97均比未添加的对照样品(AD755-)粒径小。可以看出AD755分散改性助磨剂可以有效的较少轻钙生产中的团聚,同时最终的轻钙成品质地松散,流动性更好。

    实际的AD755改性轻钙粉在塑料中的应用中,也显示出,其粉体流动性得到了增加,吸油值有所下降,机械加工性能和与高分子塑料材料的亲和性及相容性都得到了改善,填充的塑料成品亮度、光洁度等质地更佳,抗冲击强度高、韧度好,或者也可以在同等质量要求前提下增加碳酸钙的填充比例,提高了经济效益。

     

    3.2 AD755为分散剂对AD755+AD755-粒度测试分散效果

     

样品

分散剂

D(4,3),um

D50,um

D97,um

5次测量D97相对均方差

AD755-

6.73

5.90

17.20

0.90%

六偏

6.61

5.27

16.20

2.21%

AD755

7.61

6.80

18.12

0.80%

AD755+

5.94

5.17

15.84

1.07%

六偏

5.37

4.50

15.58

1.62%

AD755

6.77

5.94

17.23

0.68%

1AD755-轻钙、AD755+轻钙不同分散剂测试结果比较

 

对比采用六偏、AD755作为测试分散稳定剂和不添加分散稳定剂,由表1可以看到在测试中加入了AD755作为分散稳定剂的测试结果,其相应的特征粒径值稍大一些。由于碳酸钙在水中微溶的属性,而六偏的极性分子特性在加入过量时会加速碳酸钙溶解,AD755低聚合物的特性有利于包覆碳酸钙颗粒并减缓其溶解。从5次平行测试的D97相对标准偏差上看,也印证了AD755作为分散稳定剂时,测试结果波动最小,体系稳定性较六偏与不加分散剂时更佳。上述也证实了AD755试剂更适合于在生产过程中添加,而在最终成品的应用中再添加,并不会进一步减小轻钙的粒径。




AD755低聚物每个分子有多个极性基团,它在无机粉体表面的吸附是部分极性基团朝无机粉体表面,另一部分则朝溶液,并通过分子间力或氢键与溶液产生缔合,从而形成立体屏障防止颗粒间接触聚集,起到粒子间分散和防止溶解作用。测试结果与预期一致。


3.3 利用OM7分散改性剂对在放置一段时间前后的超细轻钙成品粒径测试

使用生产日期为2014年初的标号为#200改性超细轻钙样品和日本进口改性超细轻钙样品,进行再次测试,两次均采用OM7作为分散剂,在保持其他所有测试条件参数相同的情况下,2014年4月测试结果和2015年9月测试结果对比图2、图3所示。同时我们也利用六偏以及一种流动改性剂进行测试对比。



图2、采用不同分散剂对#200超细轻钙粒度测试

 

 


图3、 采用不同分散剂对#JP超细轻钙粒度测试


由图2、图3可见,两种超细轻钙在相隔1年多时间,同样以OM7为分散剂的粒度测试(红色、黑色曲线),粒径值相差无几,结果均为超细亚微米级。显示出改性后的超细轻钙在存放一段时间后,其粒径并未有太大改变。


 

3.4 利用多种分散改性剂对超细轻钙成品分散效果的粒径测试

 

样品

分散剂

D(4,3)μm

D50μm

D90,μm

D97,μm

#200

某流动改性剂

2.212

0.421

7.284

12.675

#200

OM7

0.258

0.127

0.271

1.096

#200

六偏

0.457

0.144

0.605

3.935

#JP

某流动改性剂

2.392

0.360

8.367

17.284

#JP

OM7

0.150

0.130

0.257

0.350

#JP

六偏

0.163

0.134

0.281

0.434

2采用不同分散剂对#200#JP超细轻钙测试结果比较

 

在图2、图3中,以多种不同的分散改性剂对超细轻钙进行分散,其中以六偏为分散剂(蓝色曲线)的测试结果较OM7略粗一些,显示出六偏分散效果较OM7略弱。这些测试的结果中#200、#JP两种超细轻钙粒径差异不大,仅在微米级大颗粒处#200样品明显较#JP多。同时我们测试了一种流动改性剂作为添加剂的(绿色曲线)的超细轻钙粒径,在两个样品中都存在部分微米级的团聚颗粒,即使进行了长时间的细胞粉碎超声后,显示其分散仍然不会完全彻底。在此测试条件下,#200和#JP样品其D50,D90,D97都表现出了较大的差异。由于在塑料母粒生产填加碳酸钙的应用场合中分散改性剂的使用品种颇多,测试显示出不同的分散改性剂对超细轻钙分散的二次粒径各有不同,同时也说明了不同的分散改性剂在对塑料成品的不同性能的改善同时,碳酸钙颗粒的实际填加粒径也是有所差异的。

  1. 结论

  1. AD755分散改性剂在轻钙碳化生产过程中的添加,能有效促进轻钙的分散,使生产成品轻钙粒径更细,同时其他理化性能也有所改善。

  2. AD755分散改性剂在碳酸钙粒度测试时作为分散助剂过量添加入介质中,能减缓碳酸钙的溶解,可以用来做除超细轻钙外的碳酸钙粒度测试的分散稳定剂,同时可以减缓由于常规测试体系不稳定造成的结果波动。

  3. 改性良好的超细轻钙在较长时间存放后,其原始粒径基本能保持原始结果。

  4. 碳酸钙填加工艺中为了达到不同的改性目的,使用不同的分散改性剂对碳酸钙粉体的分散效果不同,对应其碳酸钙颗粒的粒度分布也不尽相同。

     

    参考文献

  1. 盛晨军,何豫基. 化学助剂在碳酸钙生产中的应用 ,中国无机盐工业协会钙镁盐分会2014论文集

  2. 刘英俊. 碳酸钙在塑料中的应用进展,无机盐工业,第40卷,第3期,20083

  3. 沈兴志、吴瑾. 立磨碳酸钙的激光粒度仪测试方法探讨,2015年中国非金属矿科技与市场交流大会论文集

     

     

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