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碳酸钙的“超细粉碎+表面改性”

碳酸钙的“超细粉碎+表面改性”

发布时间:
2018/12/26 17:52
碳酸钙是目前用量的填料之一,分为轻钙和重钙。重钙以其物美价廉在橡胶、涂料、造纸和塑料等工业中被广泛用作填充剂。随着现代复合材料技术的发展,具有各种优异性能的活性碳酸钙已成为一种重要的功能性增强剂而在复合材料中发挥越来越重要的作用。要使碳酸钙从一般体积填料转变为功能性填料必须对其进行深加工处理。对碳酸钙深加工处理主要有两个途径,即超细粉碎和表面改性。通常这两项工艺是单独完成的。近些年,碳酸钙的深加工技术越来越受到关注。工艺在超细粉碎的同时进行表面改性。
 
通过实验研究了重质碳酸钙颗粒在气流粉碎与表面改性处理工艺过程中改性剂溶液流量、改性剂溶液浓度及粉碎气流温度对重质碳酸钙颗粒性质的影响,并同时研究这些参数对重质碳酸钙粉碎出料速率的影响。
碳酸钙工艺效果的评价
改性效果采用活化率和吸油率两项指标评价,活化率越高、吸油率越低,改性效果越好。粉碎效果用产品粒度评价,用激光粒度仪测定。采用气流粉碎机超细与改性工艺处理后的产品性能发生了很大变化。产品粒度(d50)达8.0μm,吸油率16.20%,二十天吸水率为7.01%,产品白度略有下降,但不影响其应用。重质碳酸钙已由亲水性填料转变为亲油疏水性填料。
 
碳酸钙工艺的机理
气流粉碎机为主要设备,对重质碳酸钙同时进行了超细粉碎和表面改性处理,并揭示了碳酸钙工艺的机理:由高速气流作用于矿物的机械能,一部分用于粉碎矿物,另一部分用于改变矿物晶格和表面性质,对矿物表面产生激活作用,有利于矿物表面与改性剂之间的吸附和化学成键,使改性剂分子对矿物表面均匀包覆。同时,改性剂在粉碎过程中可起助磨作用,有利于超细粉碎,经改性处理矿物的表面自由能被大大降低,表面自由能的降低导致颗粒粉碎断裂的应力降低,结果使粉碎变得容易,效果提高。 
 
碳酸钙工艺的意义
通常要实现改性剂对重质碳酸钙之间均匀的包覆,需要在较高温度、较长时间和较高机械力条件下进行,这又会导致重质碳酸钙生产工序的增加。研磨工艺能够磨碎颗粒,形成较大的新生成的表面。这些新生成的表面具有较高的表面能,容易吸附表面改性剂,因此有利于实现常温条件下改性剂对重质碳酸钙均匀的包覆。
在气流粉碎的同时进行表面改性处理,可以提高超细重钙粉的出料速率,当粉碎气流温度为60℃,改性剂溶液中偶联剂的质量分数为50%,改性剂溶液流量为1.5mL/min时,重钙颗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%。工艺可提高生产效率并降低成本。
 
碳酸钙工艺的主要设备
已有的研究中,使用的粉碎与改性设备主要有气流粉碎机或气流粉碎与表面改性一体机。另外,国内某粉碎设备企业通过把改性设备串联于粉碎设备后,粉碎后的粉体直接进行改性处理,改以往的二步法为一步完成,从而实现物料超细粉碎与改性,这种工艺是通过改性粉碎机组来实施,与前面的气流粉碎机或气流粉碎与表面改性一体机有所不同。
 
小结:
作为非金属矿物的两项重要深加工技术,超细粉碎和表面改性的工艺结合,对强化生产工艺、提高生产效率、降低生产成本从而增加产品的竞争力具有重要的意义。