1、前言
近10年來(lái)，隨著中堿性造紙和涂布加工技術(shù)的發(fā)展，碳酸鈣作為涂布顏料和填料在北美和歐洲得到了廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)，碳酸鈣在涂布顏料中也逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位。
碳酸鈣在自然界中有多種存在形態(tài)，而對(duì)造紙涂料最有用的是方解石。但天然方解石必須經(jīng)過(guò)機(jī)械粉碎、研磨、分級(jí)，制成細(xì)微的顆粒(我們稱之為重質(zhì)碳酸鈣或研磨碳酸鈣，GCC)，方可用于紙張涂料的制備。
分散劑是靠吸附在顏料顆粒表面，產(chǎn)生靜電斥力和空間位阻，從而使得顆粒能以懸浮態(tài)穩(wěn)定地存在。碳酸鈣研磨中有了分散劑的幫助，才能得到高固含量、低粘度的碳酸鈣漿料，研磨效率也得以提高，并能節(jié)約研磨所需耗費(fèi)的能量，通用的分散劑有三大類，即無(wú)機(jī)類、有機(jī)類和高分子類，而目前普遍采用的是高分子類分散劑。相比之下，高分子類分散劑具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)無(wú)機(jī)分散劑會(huì)對(duì)導(dǎo)電率、介電常數(shù)帶來(lái)不良影響，在某些領(lǐng)域內(nèi)使用受到限制，而高分子類分散劑則不受這個(gè)限制
(2)與有機(jī)類分散劑不一樣，高分子類分散劑在生產(chǎn)時(shí)具有可控的分子量，而較高的分子量有較好的分散穩(wěn)定性
(3)高分子類分散劑分散能力強(qiáng)，穩(wěn)定效果好，對(duì)分散體系中的離子、pH值、溫度等因素敏感程度小
(4)高分子類分散劑可顯著降低分散體系的粘度，改善分散體系的流變性，能節(jié)省機(jī)械操作時(shí)所需的能源。
基于以上優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是在碳酸鈣的研磨中，還是在紙張涂料的制備中，都廣泛采用了高分子類分散劑。
2、研磨過(guò)程
在碳酸鈣原料中加水配成一定的固含量(一般從70～75％)，再按比例加入分散劑(從寬的范圍講，干比不超過(guò)1％)，然后依次經(jīng)過(guò)若干臺(tái)砂磨機(jī)，每臺(tái)機(jī)內(nèi)均裝有一定量的石英砂或鋯珠，進(jìn)行連續(xù)研磨，最終得到成品。研磨碳酸鈣的特性最主要的是粒徑分布和粘度，分別討論如下。
2.1粒徑分布
研磨前的碳酸鈣原料的粒徑通常在350目(約45μm)左右，經(jīng)分散劑研磨后的碳酸鈣按要求細(xì)度可達(dá)到90級(jí)或60級(jí)等。所謂90級(jí)或60級(jí)是指研磨碳酸鈣中直徑小于2μm的顆粒占到整體的90％或60％。碳酸鈣原料的粒徑分布如圖1所示：
圖1 90級(jí)和60級(jí)碳酸鈣的粒徑分布
粒徑分布的決定因素有：研磨時(shí)間、固含量和設(shè)備等。
(1)研磨時(shí)間
顯然，研磨時(shí)間的長(zhǎng)短從根本上決定了粒徑的細(xì)度。研磨時(shí)間越長(zhǎng)，碳酸鈣受砂子研磨的作用時(shí)間越長(zhǎng)，碳酸鈣會(huì)被研磨的更細(xì)。
(2)固含量
固含量的高低決定了研磨的效率。固含量高，碳酸鈣顆粒與砂子的碰撞機(jī)會(huì)多，碳酸鈣顆粒也就更容易被粉碎。
(3)設(shè)備
研磨設(shè)備對(duì)研磨效率同樣有著舉足輕重的作用。用組合砂磨機(jī)連續(xù)式研磨效率是最高的，所以目前被碳酸鈣研磨廠廣泛采用。
2.2粘度
研磨碳酸鈣的粘度一般希望控制在500-1000cps之間。如果粘度大于1000cps，那么在配制涂料時(shí)難以達(dá)到高的固含量，而且在研磨過(guò)程中設(shè)備易發(fā)熱而導(dǎo)致更大的損耗如果粘度低于500cps，那么研磨碳酸鈣在貯存期間容易沉淀。
影響粘度的因素有：分散劑用量、固含量和溫度等。
(1)分散劑用量
分散劑用量決定著對(duì)碳酸鈣顆粒的包覆程度，而碳酸鈣顆粒的被包覆程度決定了整個(gè)體系的穩(wěn)定性和粘度。但如果包覆已經(jīng)充分，分散劑用量再增加，體系的粘度也不會(huì)再有明顯的降低，甚至可能起相反的作用。
(2)固含量
粘度對(duì)固含量的變化非常敏感，如圖2所示：
圖2不同的初始粘度下，粘度和固含量的關(guān)系
曲線1表示在較高的粘度下，固含量每下降1％，粘度下降平均超過(guò)20％，下降幅度非常明顯曲線2表示在不太高的粘度下，固含量每下降1％，粘度下降也超過(guò)20％，下降幅度也很顯著。固含量下降，碳酸鈣顆粒之間也越顯得松散，粘度隨之下降。
(3)溫度
溫度對(duì)粘度存在影響，但非常微小。
2.3粒徑分布和粘度的相互關(guān)系
研磨碳酸鈣的粒徑分布和粘度存在著密切的關(guān)系。在同樣的分散劑用量下和同樣的固含量下，粒徑如果相對(duì)較小，那么一定體積下碳酸鈣顆粒數(shù)量就顯得比較密集，粘度就會(huì)升高。反之，粒徑如果相對(duì)較大，那么一定體積下碳酸鈣顆粒數(shù)量就顯得比較疏松，粘度就會(huì)降低。
3 結(jié)語(yǔ)
碳酸鈣研磨的過(guò)程中，如果沒(méi)有分散劑的作用，研磨根本無(wú)法進(jìn)行。所以針對(duì)研磨必須做的工作是選擇高效的分散劑，使得研磨碳酸鈣的幾項(xiàng)主要指標(biāo)最佳化，并能節(jié)約成本，降低能耗�，F(xiàn)階段對(duì)有開(kāi)發(fā)前景的分散劑的研究就是對(duì)超分散劑的研究，通過(guò)對(duì)其錨固段和溶劑化段兩部分的研究，制得最適合研磨的分散劑。
近10年來(lái)，隨著中堿性造紙和涂布加工技術(shù)的發(fā)展，碳酸鈣作為涂布顏料和填料在北美和歐洲得到了廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)，碳酸鈣在涂布顏料中也逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位。
碳酸鈣在自然界中有多種存在形態(tài)，而對(duì)造紙涂料最有用的是方解石。但天然方解石必須經(jīng)過(guò)機(jī)械粉碎、研磨、分級(jí)，制成細(xì)微的顆粒(我們稱之為重質(zhì)碳酸鈣或研磨碳酸鈣，GCC)，方可用于紙張涂料的制備。
分散劑是靠吸附在顏料顆粒表面，產(chǎn)生靜電斥力和空間位阻，從而使得顆粒能以懸浮態(tài)穩(wěn)定地存在。碳酸鈣研磨中有了分散劑的幫助，才能得到高固含量、低粘度的碳酸鈣漿料，研磨效率也得以提高，并能節(jié)約研磨所需耗費(fèi)的能量，通用的分散劑有三大類，即無(wú)機(jī)類、有機(jī)類和高分子類，而目前普遍采用的是高分子類分散劑。相比之下，高分子類分散劑具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)無(wú)機(jī)分散劑會(huì)對(duì)導(dǎo)電率、介電常數(shù)帶來(lái)不良影響，在某些領(lǐng)域內(nèi)使用受到限制，而高分子類分散劑則不受這個(gè)限制
(2)與有機(jī)類分散劑不一樣，高分子類分散劑在生產(chǎn)時(shí)具有可控的分子量，而較高的分子量有較好的分散穩(wěn)定性
(3)高分子類分散劑分散能力強(qiáng)，穩(wěn)定效果好，對(duì)分散體系中的離子、pH值、溫度等因素敏感程度小
(4)高分子類分散劑可顯著降低分散體系的粘度，改善分散體系的流變性，能節(jié)省機(jī)械操作時(shí)所需的能源。
基于以上優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是在碳酸鈣的研磨中，還是在紙張涂料的制備中，都廣泛采用了高分子類分散劑。
2、研磨過(guò)程
在碳酸鈣原料中加水配成一定的固含量(一般從70～75％)，再按比例加入分散劑(從寬的范圍講，干比不超過(guò)1％)，然后依次經(jīng)過(guò)若干臺(tái)砂磨機(jī)，每臺(tái)機(jī)內(nèi)均裝有一定量的石英砂或鋯珠，進(jìn)行連續(xù)研磨，最終得到成品。研磨碳酸鈣的特性最主要的是粒徑分布和粘度，分別討論如下。
2.1粒徑分布
研磨前的碳酸鈣原料的粒徑通常在350目(約45μm)左右，經(jīng)分散劑研磨后的碳酸鈣按要求細(xì)度可達(dá)到90級(jí)或60級(jí)等。所謂90級(jí)或60級(jí)是指研磨碳酸鈣中直徑小于2μm的顆粒占到整體的90％或60％。碳酸鈣原料的粒徑分布如圖1所示：
圖1 90級(jí)和60級(jí)碳酸鈣的粒徑分布
粒徑分布的決定因素有：研磨時(shí)間、固含量和設(shè)備等。
(1)研磨時(shí)間
顯然，研磨時(shí)間的長(zhǎng)短從根本上決定了粒徑的細(xì)度。研磨時(shí)間越長(zhǎng)，碳酸鈣受砂子研磨的作用時(shí)間越長(zhǎng)，碳酸鈣會(huì)被研磨的更細(xì)。
(2)固含量
固含量的高低決定了研磨的效率。固含量高，碳酸鈣顆粒與砂子的碰撞機(jī)會(huì)多，碳酸鈣顆粒也就更容易被粉碎。
(3)設(shè)備
研磨設(shè)備對(duì)研磨效率同樣有著舉足輕重的作用。用組合砂磨機(jī)連續(xù)式研磨效率是最高的，所以目前被碳酸鈣研磨廠廣泛采用。
2.2粘度
研磨碳酸鈣的粘度一般希望控制在500-1000cps之間。如果粘度大于1000cps，那么在配制涂料時(shí)難以達(dá)到高的固含量，而且在研磨過(guò)程中設(shè)備易發(fā)熱而導(dǎo)致更大的損耗如果粘度低于500cps，那么研磨碳酸鈣在貯存期間容易沉淀。
影響粘度的因素有：分散劑用量、固含量和溫度等。
(1)分散劑用量
分散劑用量決定著對(duì)碳酸鈣顆粒的包覆程度，而碳酸鈣顆粒的被包覆程度決定了整個(gè)體系的穩(wěn)定性和粘度。但如果包覆已經(jīng)充分，分散劑用量再增加，體系的粘度也不會(huì)再有明顯的降低，甚至可能起相反的作用。
(2)固含量
粘度對(duì)固含量的變化非常敏感，如圖2所示：
圖2不同的初始粘度下，粘度和固含量的關(guān)系
曲線1表示在較高的粘度下，固含量每下降1％，粘度下降平均超過(guò)20％，下降幅度非常明顯曲線2表示在不太高的粘度下，固含量每下降1％，粘度下降也超過(guò)20％，下降幅度也很顯著。固含量下降，碳酸鈣顆粒之間也越顯得松散，粘度隨之下降。
(3)溫度
溫度對(duì)粘度存在影響，但非常微小。
2.3粒徑分布和粘度的相互關(guān)系
研磨碳酸鈣的粒徑分布和粘度存在著密切的關(guān)系。在同樣的分散劑用量下和同樣的固含量下，粒徑如果相對(duì)較小，那么一定體積下碳酸鈣顆粒數(shù)量就顯得比較密集，粘度就會(huì)升高。反之，粒徑如果相對(duì)較大，那么一定體積下碳酸鈣顆粒數(shù)量就顯得比較疏松，粘度就會(huì)降低。
3 結(jié)語(yǔ)
碳酸鈣研磨的過(guò)程中，如果沒(méi)有分散劑的作用，研磨根本無(wú)法進(jìn)行。所以針對(duì)研磨必須做的工作是選擇高效的分散劑，使得研磨碳酸鈣的幾項(xiàng)主要指標(biāo)最佳化，并能節(jié)約成本，降低能耗�，F(xiàn)階段對(duì)有開(kāi)發(fā)前景的分散劑的研究就是對(duì)超分散劑的研究，通過(guò)對(duì)其錨固段和溶劑化段兩部分的研究，制得最適合研磨的分散劑。
