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活性碳酸鈣特點及碳酸鈣粒度分布測試經驗介紹
2015年02月05日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:6561
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      活性碳酸鈣是以普通碳酸鈣(可以是輕鈣也可以是重鈣)為基料,采用多功能表面活性劑對無機碳酸鈣粉體表面進行改性活化處理而成。經改性處理后的碳酸鈣粉體,表面形成一層包覆層,能顯著改善其在高分子有機物基體中的分散性和親和性,并且能與高聚物基體間產生界面作用,從而提高制品的抗沖擊強度,是一種性能優良的增量型填充助劑。由于活性碳酸鈣由普通碳酸鈣改性而獲得的,故有時又被稱為改性碳酸鈣。


      不少行業中輕鈣的使用性能優于重鈣,早期多數的活性碳酸鈣作為高檔碳酸鈣是使用輕鈣生產的。這導致不少人有一個誤解,認為輕鈣就是活性碳酸鈣。其實輕鈣是使用石灰石為原料,通過化學方法生產的碳酸鈣粉體。重鈣則是直接使用高純度石灰石(大理石、方解石)用機械粉碎的方法生產的碳酸鈣粉體。這二者都可通過活化(改性)工藝制成活性碳酸鈣。


       活性碳酸鈣的特點:


     (1)外觀:白色粉末、無毒、無味、無刺激、不燃、不爆、折光率低、易于著色,不溶于水,在空氣中穩定。


      (2)該產品經過活化處理后,分子結構改變、粒度分布均勻,呈極強的疏水性。


      (3)具有白度高、流動性好、光澤度好、分散均勻、填充量大等特點。并有極好的潤滑性、流動性、分散性和有機性。


      (4)與橡膠、塑料的分子間親和力強、填充量比普通碳酸鈣可多填充2-5倍。


      (5)吸油值低、白度高,延伸度高,而且其特有的超強金屬剝離性和顯著的潤滑效果還能提高制品表面的光亮度,磨損和抗沖擊強度。


      (6)可減小對加工機械的磨耗度,改善產品加工工藝,提高制品性能,具有較好的補強作用。


       眾所周知,碳酸鈣粉體的粒度分布是重要的性能規格指標。目前最普及的碳酸鈣粉體粒度分布測試手段是使用激光粒度分析儀采用濕法分散的方法進行測試。采用這種方法測試通碳酸鈣粉體時,操作流程非常簡單。直接將粉體加入到水中制成懸浮液,然后加入到激光粒度儀的進樣器中測試即可。


       但是在面對活性碳酸鈣時,這種測試方法遇到了障礙。由于活性碳酸鈣具有極強的的疏水性,加入到水中后粉體受到水的表面張力作用漂浮在水面。樣品極難充分分散,根本無法進行測試。活性碳酸鈣粉體顆粒較細,顆粒間的吸附力也較強,使用干法激光粒度儀(使用高壓空氣分散樣品)進行測試依然存在分散效果不理想問題。因此找到合適分散劑處理樣品,成為解決活性碳酸鈣粒度測試問題的主要思考方向。


        造成活性碳酸鈣不易分散的主因并非粉體分散性不好,而是因為其較強疏水特性。一般的離子型表面活性劑并不能很好解決其疏水性問題。因此我們將目光放到了一端為親水基一端為親油基的高分子活性劑上。十二烷基苯磺酸鈉是常見化學試劑,其分子一端為親水基一端為親油基。將其配置成濃度為1%左右的溶液,滴入到適量的活性碳酸鈣粉體中,將粉體充分浸潤后加入到水中。此時,我們發現粉體已經不再頑固的漂浮在水面。充分攪拌后,活性碳酸鈣在水中分散懸浮開了。活性碳酸鈣粉體無法在水中分散進行粒度測試的問題得到解決。日常生活中經常使用的洗滌劑與十二烷基苯磺酸鈉具有近似功效,故我們也常用優質洗潔精替代十二烷基苯磺酸鈉作為活性碳酸鈣的分散劑,使用方法相同。這種方法存在三點不足之處:一、分散劑的特性導致碳酸鈣粉體懸浮液非常容易產生氣泡,處理不慎,這些氣泡將嚴重影響測試數據的真實性。二、由于碳酸鈣的活化工藝不同,使用的活化劑不同,這種分散劑的使用效果是有明顯差異的。某些活性鈣粉體使用這種分散方法依然存在分散效果不佳問題,測試重復性很差。三、高分子材質分散劑在碳酸鈣粉體上形成一層包覆層。在活性鈣的平均粒徑大于5微米以上時,包覆層對粒徑真值影響不大。但測試平均粒徑大幅小于5微米超細活性鈣時,這層包覆對粒徑的影響已經不可完全忽略。


       為了改進上述測試方法的不足之處,行業專家提出了一種新的分散方法——使用有機溶劑為分散和測試介質分散活性碳酸鈣。最常見、最經濟的有機溶劑介質當屬乙醇(酒精)。使用乙醇作為分散介質,可以很好的解決活性碳酸鈣的漂浮不易分散問題。筆者做了大量的實驗,使用工業乙醇測試活性碳酸鈣粒度分布。總體的測試數據,無論是真實性還是重復性都有出色表現。唯一的不足之處在于乙醇使用成本比水加分散劑的組合高幾十倍以上。在測試較為頻繁的企業,依然存在成本問題。解決這個問題方法有兩個:一是使用工業級純度乙醇替代實驗室用的分析純乙醇。這個方法可以降低大約70%的乙醇采購成本。二是選擇具有微量或者超微量取樣分析功能的激光粒度儀。普通激光粒度儀測試一個樣品大約需要2-3升分散介質。配備微量、超微量進樣器的激光粒度儀只需100-800毫升分散介質。丹東百特公司作為國內知名粒度儀企業,為其粒度儀主機配置了多種型號進樣器,其中就有微量和超微量樣品池供用戶選擇。


       兩種測試活性碳酸鈣的測試方法同樣可以推廣到其它的活性非金屬礦物粉體粒度測試上。以上時筆者的一點日常工作經驗,希望能給各位業內同行一點啟示和幫助。

(粉體圈  作者:梧桐)

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