【技術(shù)】分散劑及其在粉體研磨行業(yè)中的應(yīng)用（一）

摘要：分散劑是一種在分子內(nèi)同時(shí)具有親油性和親水性?xún)煞N相反性質(zhì)的界面活性劑。分散劑可均一分散難溶解于液體中的無(wú)機(jī)、有機(jī)顏料固體顆粒，同時(shí)也能防止固體顆粒的沉降和凝聚，從而形成穩(wěn)定懸浮液所需的藥劑。 

1 分散劑及其分散機(jī)理

1.1 分散劑

分散劑是一種在分子內(nèi)同時(shí)具有親油性和親水性?xún)煞N相反性質(zhì)的界面活性劑。分散劑可均一分散難溶解于液體中的無(wú)機(jī)、有機(jī)顏料固體顆粒，同時(shí)也能防止固體顆粒的沉降和凝聚，從而形成穩(wěn)定懸浮液所需的藥劑。

1.2 分散劑的分散機(jī)理

分散劑作用于顏料粒子的過(guò)程是一化學(xué)過(guò)程。首先，分散劑溶解于水中發(fā)生電離，且電離程度較大，形成大的陰離子和等量異種電荷的小陽(yáng)離子。該正負(fù)離子牢牢地吸附在顏料粒子表面，使離子帶有相同的電荷。帶相反電荷的離子自由擴(kuò)散到周?chē)后w介質(zhì)中，形成一個(gè)帶電離子的擴(kuò)散層，即雙電層。

自顏料表面至擴(kuò)散層最遠(yuǎn)處( 即帶相反電荷為零的地方) 的兩層離子間電位差為zeta 電位，由于帶相同電荷的離子互相排斥，形成靜電斥力，可防止顏料在水性介質(zhì)中絮凝，從而達(dá)到分散的目的。

在電斥力存在的情況下，分散劑必須具有高的電離性質(zhì)。電離程度越大，顏料粒子表面吸附離子的親和力越大，則分散作用越有效。通用的分散劑有三大類(lèi)，即無(wú)機(jī)類(lèi)、有機(jī)類(lèi)、聚合物類(lèi)，目前普遍采用的是聚合物類(lèi)分散劑。

1.3 聚合物類(lèi)分散劑的優(yōu)點(diǎn)

①無(wú)機(jī)分散劑會(huì)對(duì)電導(dǎo)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，而聚合物分散劑則不受這個(gè)限制; ②與有機(jī)分散劑不一樣，聚合物類(lèi)分散劑在生產(chǎn)時(shí)具有可控的相對(duì)分子質(zhì)量，而較高的相對(duì)分子質(zhì)量有較好的分散穩(wěn)定性; ③聚合物類(lèi)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聚合物類(lèi)分散劑可顯著降低分散體系的黏度，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)論是在紙張涂料的制備中，還是在粉體研磨中，都廣泛采用高分子聚合物類(lèi)分散劑。具有代表性的是聚丙烯酸鈉類(lèi)分散劑。根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量大小，聚丙烯酸鈉類(lèi)分散劑可分為低分子質(zhì)量聚丙烯酸鈉( 1000～5000) ，起分散作用; 中相對(duì)分子質(zhì)量( 104～106 ) ，起增稠作用; 高相對(duì)分子質(zhì)量( 106～107 ) ，起絮凝作用。低相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酸鈉分散劑，應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋造紙、涂料、紡織、日用化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)、礦業(yè)、建筑和陶瓷等行業(yè)。由于聚丙烯酸鈉類(lèi)分散劑應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，研究和開(kāi)發(fā)分散劑有非常重要的意義。

2 分散劑在超細(xì)碳酸鈣研磨中的應(yīng)用

隨著涂布技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)涂布顏料的要求越來(lái)越高，特別是隨著碳酸鈣研磨技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)碳酸鈣研磨設(shè)備和研磨專(zhuān)用分散劑的要求也日益提高。在國(guó)內(nèi)，涂布級(jí)研磨碳酸鈣市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也促進(jìn)了涂布顏料質(zhì)量的提高。各大紙廠均引進(jìn)先進(jìn)的進(jìn)口設(shè)備，國(guó)內(nèi)各紙廠的研磨碳酸鈣水平達(dá)到了一個(gè)新的高度，從而使得碳酸鈣涂料的質(zhì)量水平和成本控制成為市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的要點(diǎn)。

隨著生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，對(duì)涂布碳酸鈣的粒度要求也越來(lái)越高，特別是受歐洲高碳酸鈣配比的配方影響，涂布級(jí)超細(xì)碳酸鈣的粒度分布從10 年前的小于2 μm 達(dá)90%的要求，發(fā)展到現(xiàn)在市場(chǎng)上經(jīng)常見(jiàn)到的98 級(jí)，甚至99 級(jí)( 即粒徑小于2 μm 的達(dá)到98%，甚至99% 以上)。

另外，國(guó)內(nèi)有的廠家嘗試全碳酸鈣配比的涂布配方，這就對(duì)研磨碳酸鈣及其粒徑分布提出了更高的要求。因此，為保證超細(xì)碳酸鈣涂料質(zhì)量的穩(wěn)定性，需要有更好的碳酸鈣研磨設(shè)備和更高品質(zhì)的研磨專(zhuān)用分散劑。

2.1 涂布對(duì)碳酸鈣的要求

隨著高速涂布技術(shù)的發(fā)展，要求碳酸鈣具有超細(xì)的粒徑，窄的粒度分布曲線(xiàn)，高的固含量和好的流變性。目前適合高質(zhì)量涂布要求的碳酸鈣漿料一般控制指標(biāo)如下: 粒徑小于2 μm 達(dá)到95%以上，固含量≥75%，初始黏度≤250 mPa·s，回黏度≤350mPa·s( 回黏度是指靜置1 h 后檢測(cè)的黏度，此數(shù)據(jù)對(duì)涂布的流變性影響很大) ，pH 值為9.0 ～ 9.5。

超細(xì)研磨碳酸鈣，現(xiàn)在一般是通過(guò)濕磨的方法，以漿料的形式供涂布廠家使用。由于碳酸鈣具有高白度、低成本、流變性好的優(yōu)點(diǎn)，促使各廠紛紛投產(chǎn)碳酸鈣研磨項(xiàng)目。

但是，超細(xì)碳酸鈣的研磨工藝較為復(fù)雜。首先，對(duì)研磨設(shè)備的選擇很重要，它將直接影響產(chǎn)品最終的粒度及粒徑分布，并且對(duì)生產(chǎn)成本也有很大的影響。其次，分散劑是否合適，是影響碳酸鈣漿料質(zhì)量的另一重要因素。因?yàn)樵谌绱烁咭蟮墓毯亢土６鹊那闆r下，要降低碳酸鈣漿料的黏度，并且使回黏度不至于過(guò)高而影響涂布，就需要選擇合適的分散劑來(lái)達(dá)到這種要求。由于碳酸鈣顆粒是通過(guò)研磨機(jī)內(nèi)的研磨介質(zhì)，即陶瓷珠或鋯珠( 成本高) 高速旋轉(zhuǎn)碰撞而磨細(xì)的，因此研磨過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高溫，散發(fā)大量的熱，這就需要選擇與常規(guī)分散劑不同的、適應(yīng)高溫研磨的分散劑。

2.2 超細(xì)碳酸鈣研磨分散劑的選擇

一般情況下，超細(xì)碳酸鈣的研磨需要選擇兩種不同類(lèi)型的分散劑( A 和B) ，來(lái)適應(yīng)不同研磨階段的需要。分散劑A 為常規(guī)顏料聚合物分散劑，在重鈣研磨上一般稱(chēng)前添加分散劑; 分散劑B 為低pH值后段研磨專(zhuān)用聚合物分散劑，一般稱(chēng)后添加分散劑。分散劑A 和分散劑B 的區(qū)別在于是否適合高溫研磨，這是選擇分散劑的關(guān)鍵。在具體的工藝流程中，后添加分散劑B 加入點(diǎn)的選擇也是很重要的，需要根據(jù)漿料在流程中的粒度情況和研磨的溫度來(lái)確定。表1、表2 分別為某進(jìn)口分散劑DC( 使用前添加和DC 后添加分散劑) 的90 級(jí)研磨重鈣漿與常規(guī)分散劑研磨重鈣漿成品的指標(biāo)。試驗(yàn)使用同組設(shè)備，取樣點(diǎn)均為成品罐。

從表1、表2 可以看出，在研磨成品的指標(biāo)上，表1 的產(chǎn)品要比表2 好得多，特別是漿料黏度的穩(wěn)定性、粒度的分布等，這是常規(guī)分散劑達(dá)不到的。常規(guī)的分散劑在固含量70% 的情況下，黏度就非常高了。而表1 所示的分散劑DC 研磨的成品性能指標(biāo)則是非常理想的。要獲得高固含量、低黏度、粒度分布好、流變性好的超細(xì)碳酸鈣漿料，分散劑的選擇是非常重要的。