碳酸鈣的“超細(xì)粉碎+表面改性”及其常見表面改性劑

碳酸鈣是目前用量的填料之一，分為輕鈣和重鈣。重鈣以其物美價(jià)廉在橡膠、涂料、造紙和塑料等工業(yè)中被用作填充劑。隨著現(xiàn)代復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展，具有各種優(yōu)異性能的活性碳酸鈣已成為一種重要的功能性增強(qiáng)劑而在復(fù)合材料中發(fā)揮越來越重要的作用。要使碳酸鈣從一般體積填料轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄蕴盍媳仨殞ζ溥M(jìn)行深加工處理。對碳酸鈣深加工處理主要有兩個(gè)途徑，即超細(xì)粉碎和表面改性。通常這兩項(xiàng)工藝是單獨(dú)完成的。近些年，碳酸鈣的一體化深加工技術(shù)越來越受到關(guān)注。一體化工藝是指在超細(xì)粉碎的同時(shí)進(jìn)行表面改性。

碳酸鈣一體化工藝的機(jī)理

王林江用氣流粉碎機(jī)為主要設(shè)備，對重質(zhì)碳酸鈣同時(shí)進(jìn)行了超細(xì)粉碎和表面改性處理，并揭示了碳酸鈣一體化工藝的機(jī)理：由高速氣流作用于礦物的機(jī)械能，一部分用于粉碎礦物，另一部分用于改變礦物晶格和表面性質(zhì)，對礦物表面產(chǎn)生作用，有利于礦物表面與改性劑之間的吸附和化學(xué)成鍵，使改性劑分子對礦物表面均勻包覆。同時(shí)，改性劑在粉碎過程中可起助磨作用，有利于超細(xì)粉碎，經(jīng)改性處理礦物的表面自由能被降低，表面自由能的降低導(dǎo)致顆粒粉碎斷裂的小應(yīng)力降低，結(jié)果使粉碎變得容易，效果提高。

碳酸鈣一體化工藝效果的影響因素

在分析了工藝機(jī)理之后，王林江又討論了一體化工藝過程中影響粉碎與改性效果的幾個(gè)因素。通過試驗(yàn)分別考察了改性劑種類、改性劑用量對粉碎與改性效果的影響以及給料速度、給料粒度對改性效果的影響。

通過實(shí)驗(yàn)研究了重質(zhì)碳酸鈣顆粒在氣流粉碎與表面改性處理一體化工藝過程中改性劑溶液流量、改性劑溶液濃度及粉碎氣流溫度對重質(zhì)碳酸鈣顆粒性質(zhì)的影響，并同時(shí)研究這些參數(shù)對重質(zhì)碳酸鈣粉碎出料速率的影響。

碳酸鈣一體化工藝效果的評價(jià)

改性效果采用活化率和吸油率兩項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)，活化率越高、吸油率越低，改性效果越好。粉碎效果用產(chǎn)品粒度評價(jià)，用激光粒度儀測定。采用氣流粉碎機(jī)超細(xì)與改性一體化工藝處理后的產(chǎn)品性能發(fā)生了很大變化。產(chǎn)品粒度(d50)達(dá)8.0μm，吸油率16.20%，二十天吸水率為7.01%，產(chǎn)品白度略有下降，但不影響其應(yīng)用。重質(zhì)碳酸鈣已由親水性填料轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油疏水性填料。

碳酸鈣一體化工藝的主要設(shè)備

已有的研究中，使用的粉碎與改性設(shè)備主要有氣流粉碎機(jī)或氣流粉碎與表面改性一體機(jī)。另外，國內(nèi)某粉碎設(shè)備企業(yè)通過把改性設(shè)備串聯(lián)于粉碎設(shè)備后，粉碎后的粉體直接進(jìn)行改性處理，改以往的二步法為一步完成，從而實(shí)現(xiàn)物料超細(xì)粉碎與改性一體化，這種一體化工藝是通過改性粉碎機(jī)組來實(shí)施，與前面的氣流粉碎機(jī)或氣流粉碎與表面改性一體機(jī)有所不同。

碳酸鈣一體化工藝的意義

通常要實(shí)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(shí)間和較高機(jī)械力條件下進(jìn)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(shí)現(xiàn)常溫條件下改性劑對重質(zhì)碳酸鈣均勻的包覆。楊雷等著重研究了碳酸鈣一體化工藝對改性工序的優(yōu)化。通過碳酸鈣一體化試驗(yàn)得出結(jié)論，在氣流粉碎的同時(shí)進(jìn)行表面改性處理，可以提高超細(xì)重鈣粉的出料速率，當(dāng)粉碎氣流溫度為60℃，改性劑溶液中偶聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，改性劑溶液流量為1.5mL/min時(shí)，重鈣顆粒的粉碎出料速率由21.0g/min提高到56.7g/min，出料速率提高了170%。一體化工藝可提高生產(chǎn)效率并降低成本。

小結(jié)：

作為非金屬礦物的兩項(xiàng)重要深加工技術(shù)，超細(xì)粉碎和表面改性的工藝結(jié)合，對強(qiáng)化生產(chǎn)工藝、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本從而增加產(chǎn)品的競爭力具有重要的意義。

常見表面改性劑品種

粉體的表面改性主要是依靠表面改性劑在粉體顆粒表面的吸附、反應(yīng)、包覆或包膜來實(shí)現(xiàn)的。因此，表面改性劑對于粉體的表面改性或表面處理具有決定性的作用。目前應(yīng)用的表面改性劑主要有偶聯(lián)劑、表面活性劑、有機(jī)低聚物、不飽和有機(jī)酸、有機(jī)硅、水溶性高分子以及金屬氧化物及醇鹽。

1、鈦酸酯偶聯(lián)劑品種：單烷氧基型（NDZ-101、JN-9、YB-203、JN-114、YB-201、T1-1、T1-2、T1-3等）；螯合型（YB-301、YB-401、JN-201、YB403、JN-54、YB404、JN-AT、YB405、T2-1、T3-1等）；配位型（KR-41B、KR-46等）。2、鋁酸酯偶聯(lián)劑品種：DL系列：411-A、411-B、411-C、411-D、412-A、412-B、414、481、881、882、452、471、472等；F系列：F-1、F-2、F-3、F-4等；H系列：H-2、H-3、H-4；L系列：L-1A、L-1B、L-1H、L-2、L-3A。3、陰離子表面活性劑品種：硬脂酸（鹽）、磺酸鹽及其脂、高級磷酸酯鹽。4、陽離子表面活性劑品種：高級胺鹽（伯胺、仲胺、叔胺及季銨鹽）。5、非離子表面活性劑品種：聚乙二醇型、多元醇型。6、水溶性高分子品種：聚丙烯酸（鹽）、聚丙烯酸（鹽）及其共聚物、聚乙烯醇、聚馬來酸等。