湿法研磨超细碳酸钙用分散剂及其制备方法与应用

摘要

本发明公开了一种湿法研磨超细碳酸钙用分散剂及其制备方法与应用。该分散剂的制备方法包括以下步骤：取还原剂与单体混合物混合，加热至65-75℃；加入氧化剂溶液，0.5-1小时滴加完；再同时滴加氧化剂溶液和余下的单体混合物，2-3小时内滴加完；加热升温至75-85℃，加入余下的氧化剂溶液，保温时间0.5-1小时；冷却至20-30℃，调节其pH值至5～6，即得湿法研磨超细碳酸钙用分散剂。本发明分散剂能改善超细重质碳酸钙的分散性能，特别是明显降低分散液的粘度；此外，本发明制备方法简单、用设备要求低，且节省能耗，有利于推广应用。

说明书

技术领域

本发明属于造纸材料领域，具体涉及一种用于湿法研磨超细碳酸钙的分散剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着造纸表面涂布技术的飞速发展，对涂布颜料的要求越来越高，特别是受欧洲高碳酸钙配比的配方影响，涂布级超细碳酸钙的粒度从10年前的小于2μm的粒子占总数的90％，到现在市场上经常见到的98级(占98％)，甚至100％全部小于2μm，同时还要求其流动性好，分散液粘度低，如粒度2μm达到95％以上，固含量≥75％，初始粘度≤250cp，回粘度≤350cp(回粘度是指静置1h后检测的粘度)。有的厂家，采用全碳酸钙为颜料，这就要求更高品质的研磨碳酸钙，要求碳酸钙的粒径分布尽量的窄，小于1μm达到90％以上。如此高的粒度要求和流动性要求，碳酸钙浆料制备过程中必须添加合适的分散剂。

分散剂的作用原理是，加入分散剂后，颗粒表面吸附了聚电解质。此类聚电解质是一个大分子，由可电离的基团单位构成。通过吸附分散剂(如聚丙烯酸钠)，颗粒不仅获得了较厚的吸附层，提高了空间位阻，而且骨架大离子所带的电荷密度较高，因此其双电层作用增强，通过静电、位阻所用，所以粘度迅速减小。随着研磨的进行，碳酸钙颗粒在与研磨介质互相碰撞中分裂并变得越来越细，比表面积也迅速增加，产生了越来越多的未被聚电解质包覆的断面，这部分空间位阻和静电作用相对薄弱，容易絮聚并引发粘度升高。这就需要不断补充分散剂，以保证有足够的聚电解质包覆碳酸钙粒子。为了保证研磨后期分散剂对碳酸钙颗粒的包覆效果，针对后段研磨的特性，必须开发出有别于前段研磨分散剂的新型分散剂，特点是相对分子质量小，吸附能力弱，对粒子细小的包覆作用也很明显，润湿作用也比前段的强，对于大量出现的GCC颗粒断面，能发挥很好的润湿分散作用。同时具有一定的耐高温特性，随着研磨时间延长，大量的能量转换为热能，使GCC浆料的温度升高时分散剂作用能维持。

常用的满足90级碳酸钙制备要求的聚丙烯酸钠分散剂在更细粒度分散液制备过程中不能满足要求，即使增加用量也不能满足要求，因而必须开发超细研磨碳酸钙浆料的专用分散剂。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用于湿法研磨超细碳酸钙的分散剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述方法所制备得到的分散剂。

本发明的再一目的在于提供上述分散剂的应用，其可用于改善超细重质碳酸钙的分散性能，特别是明显降低分散液的粘度。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种湿法研磨超细碳酸钙用分散剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取氧化剂溶于水中，配制成氧化剂溶液；再称取总量为氧化剂质量10-12倍的单体混合物，备用；

(2)配制还原剂水溶液，加入单体混合物总量的1/5，加热至65-75℃；

(3)往步骤(2)反应体系中加入氧化剂溶液总质量的1/5，0.5-1小时滴加完；

(4)向步骤(3)反应体系中滴加氧化剂溶液总质量的3/5和余下的单体混合物，2-3小时内滴加完；

(5)将步骤(4)反应体系加热升温至75-85℃，加入余下的氧化剂溶液，保温时间0.5-1小时；

(6)待步骤(5)反应体系冷却至20-30℃，调节其pH值至5～6，即得湿法研磨超细碳酸钙用分散剂；

所述的氧化剂溶液中氧化剂的质量浓度是11.1-16.7％；

所述的还原剂水溶液中还原剂的质量浓度是0.5-4％；

步骤(2)所述还原剂的用量为单体总质量的0.2-4％；

所述的氧化剂为双氧水、过硫酸铵或过硫酸钾中的一种；

所述的还原剂为硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠或次亚磷酸钠中的一种；

所述的单体混合物由丙烯酸单体和功能单体组成，优选为丙烯酸单体和功能单体按质量比100∶10～25混合得到；

所述的功能单体优选为丙烯酰胺、马来酸酐、富马酸、衣康酸、甲基丙烯酸或甲基丙烯酰胺中的至少一种。

所述的水是指去离子水。

一种用于湿法研磨超细碳酸钙的分散剂是由上述制备方法制备而成的。

本发明分散剂用于湿法研磨超细碳酸钙过程中降低碳酸钙的粘度、改善其流动性。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明所述的分散剂能改善超细重质碳酸钙的分散性能，特别是明显降低分散液的粘度。

(2)本发明所述的分散剂的制备方法简单、用设备要求低，且节省能耗，有利于推广应用。

附图说明

图1是样品A分散液的粒度分布。

图2是样品B分散液的粒度分布。

图3是进口分散剂分散液的粒度分布。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种湿法研磨超细碳酸钙用分散剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取双氧水10克溶解于80克去离子水中，配制成氧化剂溶液；

(2)称取120克的单体(其中丙烯酰胺13克，马来酸酐7克，丙烯酸100克)，混合均匀；

(3)向四口瓶中加入硫酸亚铁0.5克和100克的去离子水，配制还原剂水溶液，再加入单体总质量的1/5，加热至70℃；

(4)向四口瓶中滴加氧化剂溶液总质量的1/5，30min内滴完；

(5)向四口瓶中加入氧化剂溶液总质量3/5和余下的单体，3h内滴完；

(6)升温至75℃，加入余下的氧化剂溶液，保温时间为1h；

(7)冷却至25℃后，用质量浓度为40％的氢氧化钠溶液中和反应体系pH值至5～6，即得湿法研磨超细碳酸钙用分散剂，为样品A。

实施例2

一种湿法研磨超细碳酸钙用分散剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取过硫酸铵10克溶解于50克去离子水中，配制成氧化剂溶液；

(2)称取110克的单体(丙烯酸100克，衣康酸10克)，混合均匀；

(3)向四口瓶中加入亚硫酸氢钠5克和120克的去离子水，配制还原剂水溶液，再加入单体总质量的1/5，加热至65℃；

(4)向四口瓶中滴加氧化剂溶液总质量的1/5，1h内滴完；

(5)同时向四口瓶中加入氧化剂溶液总质量3/5和余下的单体，2h内滴完；

(6)升温至85℃，加入余下的氧化剂溶液，保温时间为0.5h；

(7)冷却至30℃，用质量浓度为40％的氢氧化钠溶液中和反应体系pH值至5～6，即得湿法研磨超细碳酸钙用分散剂，为样品B。

实施例3

一种湿法研磨超细碳酸钙用分散剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取过硫酸钾10克溶解于50克去离子水中，配制成氧化剂溶液；

(2)称取100克的单体(丙烯酸80克，甲基丙烯酰胺9克，甲基丙烯酸8克，富马酸3克)，混合均匀；

(3)向四口瓶中加入次亚磷酸钠5克和120克的去离子水，配制还原剂水溶液，再加入单体总质量的1/5，加热至75℃；

(4)向四口瓶中滴加氧化剂溶液总质量的1/5，30min内滴完；

(5)同时向四口瓶中加入氧化剂溶液总质量3/5和余下的单体，2.5h内滴加完；

(6)升温至80℃，加入余下的氧化剂溶液，保温时间为1h；

(7)冷却至20℃后，用质量浓度为40％的氢氧化钠溶液中和反应体系pH值至5～6，即得湿法研磨超细碳酸钙用分散剂，为样品C。

上述样品对超细重质碳酸钙的分散效果。采用工厂现在应用的进口产品(法国DC分散剂)进行比较，采用高速分散机5000rpm分散30分钟，原料采用1250目工业用超细重质碳酸钙粉，分散结果如下表示。结果表明样品A、B、C的分散效果比进口分散剂好，尤其在回粘度上。

样品A/B/C与进口样对70％固含量超细重钙粘度和回粘度对比(粘度单位：cp)

其中样品A和样品B与进口分散剂的分散液粒度测量结果如图1-3所示。图中明显看出样品A和B比进口分散剂所得分散液的粒子更细，尤其是样品A。说明本发明分散剂对分散更细碳酸钙效果更好。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。