（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）作為一種重要的無機顏料填料，重質(zhì)碳酸鈣廣泛地應(yīng)用于橡膠、涂料、造紙和塑料行業(yè)中。然而未經(jīng)改性的重質(zhì)CaCO3表面親水性強，與有機物之間的親和性和相容性比較差，容易在基質(zhì)材料中團聚，從而在填料與高分子聚物的界面上形成缺陷。這種界面缺陷十分容易產(chǎn)生局部應(yīng)力，使得復(fù)合材料的力學(xué)性能降低， 韌性降低， 從而使重質(zhì)CaCO3顆粒的補強作用喪失。
采用表面改性劑對重質(zhì)碳酸鈣進行表面包覆改性，改性劑中的親油基團可以牢固地與高分子聚合物結(jié)合，而改性劑中的親水基團則與重質(zhì)CaCO3顆粒表面相互結(jié)合。這樣可以降低無機填料（重質(zhì)碳酸鈣） 與基質(zhì)材料之間的界面能， 從而使重質(zhì)碳酸鈣和聚合物這2 種相容性較差的材料通過表面包覆改性劑這一“分子橋”緊密地結(jié)合在一起，有利于大幅改善復(fù)合材料的整體性能。
因此，為了獲得綜合性能良好的復(fù)合材料，需采用表面包覆改性的方法，充分提高重質(zhì)CaCO3顆粒材料在基質(zhì)材料中的分散性。用于重質(zhì)碳酸鈣的表面包覆改性劑一般采用低分子量和具有雙親結(jié)構(gòu)的有機化合物。其中，硬脂酸是應(yīng)用廣泛的重質(zhì)碳酸鈣表面包覆改性劑。但是，要實現(xiàn)改性劑對重質(zhì)碳酸鈣之間均勻的包覆，需要在較高溫度、較長時間和較高機械力條件下進行，這又會導(dǎo)致重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)工序的增加。
研磨工藝能夠磨碎顆粒，形成較大的新生成的表面。這些新生成的表面具有較高的表面能，容易吸附表面改性劑，因此有利于實現(xiàn)常溫條件下改性劑對重質(zhì)碳酸鈣均勻的包覆。筆者探討了重質(zhì)碳酸鈣研磨和表面改性一體化的新工藝，以期對重質(zhì)碳酸鈣的改性提供參考。
1 實驗
1.1 改性重質(zhì)CaCO3的制備
稱取900 g 粒度約為45 μm 的CaCO3干粉，配成固體質(zhì)量分數(shù)為75%的漿料，加入硬酯酸，硬酯酸為CaCO3干粉質(zhì)量的1%~3%。漿料在42 ℃時初始黏度為147 mPa·s，靜止20 min 后黏度228 mPa·s。CaCO3漿料體積約為600 mL。在攪拌分散機中以1 000 r/min 的速度攪拌90 min。停止攪拌，取出漿料，置于180℃的干燥箱中烘干，烘干后取出改性塊體，采用粉碎機高速粉碎3 min，得到改性的CaCO3干粉。
1.2 樣品的性能及表征
采用LS-POP（6）型激光粒度分析儀分析重質(zhì)CaCO3的粒度；采用YQ-Z-48A 白度儀測量樣品的白度； 重質(zhì)CaCO3的活化度和吸油值按照HG/T2567—1994《工業(yè)活性沉淀碳酸鈣》的標(biāo)準(zhǔn)要求進行分析。
2 結(jié)果與討論
2.1 改性重質(zhì)CaCO3的粒度分析
 硬脂酸添加量下的激光粒度分布。由圖1 可見，經(jīng)過研磨后，產(chǎn)品峰值粒度為2 μm，粒度主要分布在0~6 μm 區(qū)間，粒度分布范圍窄，基本符合高斯分布。與原始的45 μm 顆粒相比，重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品的顆粒明顯減小。從累計粒度分布看，當(dāng)硬脂酸的添加量（ 質(zhì)量分數(shù)， 下同） 分別為0%、1%、2%、3%時， 粒度≤4.24 μm 的顆粒分別占98.4%、98.4%、98.99%、98.53%。說明隨著硬脂酸的添加，一定程度上起到了助磨效果，使重質(zhì)碳酸鈣的粒度略有減小。但從總體上看，硬脂酸的添加量對產(chǎn)品的粒度分布影響不大。
2.2 活化度和吸油值分析
圖2 為不同硬脂酸添加量對改性重質(zhì)CaCO3的活化度和吸油值的影響。
由圖2 可見， 硬脂酸添加量對產(chǎn)品的活化度和吸油值有較大影響。隨著硬脂酸添加量的增加，重質(zhì)CaCO3的活化度大幅提高。當(dāng)硬脂酸的添加量增至2%后，重質(zhì)CaCO3的活化度超過98%。與此同時，隨著硬脂酸添加量的增加，重質(zhì)CaCO3的吸油值反而降低。當(dāng)硬脂酸的添加量增至2%后，重質(zhì)CaCO3的吸油值達到0.267 g/g。
圖3 為不同硬脂酸添加量對改性重質(zhì)CaCO3白度的影響。
由圖3 可見， 隨著硬脂酸添加量的增加， 重質(zhì)CaCO3的白度略有降低。當(dāng)添加量由0%增至3%時，活性重質(zhì)CaCO3的白度由94.2%降至92.44%，依然可以滿足白色顏料的需求。
3 結(jié)論
在粒度為45 μm 的重質(zhì)CaCO3漿料中加入硬脂酸，利用研磨改性法，在研磨粉碎的同時制備了改性CaCO3漿料，烘干粉碎后對CaCO3干粉改性。利用激光粒度分析等手段分別對CaCO3干粉的粒徑、活化度和吸油值做了研究。結(jié)果表明，常溫下可以實現(xiàn)對重質(zhì)碳酸鈣研磨改性一體化的工藝。研磨后CaCO3顆粒粒徑由45 μm 降至2 μm。隨著硬脂酸的添加量逐漸增加，重質(zhì)碳酸鈣的活化度增加，吸油值下降。當(dāng)硬脂酸的添加量增至2%（質(zhì)量分數(shù)）后，重質(zhì)CaCO3的活化度超過98%， 吸油值降至0.267 g/g。研磨改性一體化工藝有助于降低重質(zhì)CaCO3的生產(chǎn)成本，增加產(chǎn)品的競爭力。
?歡迎進入【粉體論壇】
|
