CN103468028B - 一种高效钙浆分散剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钙浆分散剂及其制备方法。在制备过程中，将如烯丙基磺酸钠类的带有强电负性的基团加入到钙浆分散剂分子中，增强了分散剂分子在碳酸钙颗粒表面的吸附力，提高钙浆体系对机械、温度等的稳定性；同时，引入如烯丙基聚乙二醇这类大单体作为溶剂化链，可防止细小的碳酸钙颗粒再一次絮凝，进而防止钙浆沉降。该方法制备的钙浆分散剂固含量为35-55%，pH=3-8，粘度=5-200cps，比重=1.01-1.3g/mL。

Description

一种高效钙浆分散剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及钙浆制备所用的分散剂，以及该分散剂的制备方法。

背景技术

碳酸钙是一种无机填料。由于其来源广泛、价格低廉、无毒，被广泛运用于塑料、橡胶、涂料和造纸等行业。在造纸行业中碳酸钙主要作为涂布颜料使用。随着人们的环保意识和对纸张质量要求的提高，对碳酸钙的细度、均匀性以及碳酸钙浆料的固含量的要求也日益提高。

但是随着涂布用碳酸钙颗粒的粒径越来越小，钙浆固含量越来越高，研磨制备碳酸钙浆体变得越来越困难。这主要是因为：碳酸钙颗粒粒径减小，颗粒的表面能增大，为减小表面能，颗粒之间倾向于互相结合；随着碳酸钙颗粒粒径的减小，颗粒之间的相互作用力增大，导致了碳酸钙浆体粘度的增大。目前体系不稳定和粘度大是高固含超细碳酸钙浆体无法广泛使用的最主要的原因。

研究者们通过添加合适的分散剂，来解决高固含超细碳酸钙浆体应用中的这两大问题。例如：加入的分散剂中存在能够提高钙浆体系稳定性的强负电性基团；在分散剂中引入大单体防止钙浆沉降。

此项专利申请所要解决的技术问题

随着造纸行业的不断发展，要求作为涂布颜料的碳酸钙具有超细的粒径，窄的粒度分布曲线，高的固含量和好的流变性。但高固含超细碳酸钙受体系不稳定及粘度大这两大问题的限制，而不能广泛使用。

本发明通过在钙浆分散剂分子中，加入如烯丙基磺酸钠这样的带有强电负性的基团，增强了分散剂分子在碳酸钙颗粒表面的吸附力，提高钙浆体系对机械、温度等的稳定性；同时，通过引入如烯丙基聚乙二醇这样的大单体作为溶剂化链，可防止细小的碳酸钙颗粒再一次絮凝，进而防止钙浆沉降。

此项专利申请的技术方案简介

一、发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种高效分散剂的制备方法，该方法是以丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸酐、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸聚乙二醇单酯、烯丙基聚乙二醇甲醚、烯丙基聚乙二醇乙醚、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠等为乙烯基单体，水为溶剂，以过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾或者它们的混合物为引发剂，以次亚磷酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠或者它们的混合物为还原剂，以氢氧化钠、氨、氢氧化钾、氢氧化镁或者上述碱的混合物为中和剂，合成分散剂。其最终产品的固含量为35-55%，pH=3-8，粘度=5-300cps，比重=1.01-1.3g/mL。

其中各种乙烯基单体占合成分散剂总单体的质量百分数如下：

制备分散剂的步骤如下：

（1）将装有回流冷凝装置和机械搅拌装置的四口烧瓶放置于恒温水槽中。

（2）将部分乙烯基单体和还原剂溶于水，加入上述四口烧瓶中。将剩下还原剂溶于剩下的单体，加入恒压漏斗①中。将过氧化物引发剂溶于水，加入恒压漏斗②中。

（3）开启搅拌，速度为100-800r/min。将水槽温度升至60-90℃，温度稳定后。缓慢均匀地滴加恒压漏斗①和恒压漏斗②中的液体，两者滴加速率比为1.5:1-3.5:1。

（4）恒压漏斗①和恒压漏斗②中的液体均已滴加完后，恒温搅拌2-6小时。

（5）将反应体系的温度降低至25-55℃。缓慢加入碱的水溶液至反应体系的pH值为3-8，固含量为35-55%。

二．具体实施方式

本发明所需的乙烯基类单体不局限于以下实施例中的所涉及到的。

实施例1

以丙烯酸15g，甲基丙烯酸5g，衣康酸5g，马来酸酐5g，丙烯酸聚乙二醇单酯25g，烯丙基磺酸钠10g，次亚磷酸钠2g，过硫酸铵2g，苯乙烯2.5g，氢氧化钠等制备分散剂。详细步骤如下：

1、将衣康酸、丙烯酸聚乙二醇单酯、马来酸酐、烯丙基磺酸钠和次亚磷酸钠加入带有回流冷凝和机械搅拌装置的四口烧瓶中，加入30g水。

2、将剩余单体加入恒压漏斗①中；过硫酸铵溶于12g水，加入恒压漏斗②中。

3、开启搅拌，温度升至75℃，缓慢均匀的滴加恒压漏斗①和恒压漏斗②中的液体，两者的滴加速率比为2.5:1。

4、恒压漏斗①和恒压漏斗②中的液体均已滴加完后，恒温搅拌2小时

5、将反应体系的温度降低至30℃。缓慢加入氢氧化钠的水溶液至反应体系的pH值为5，固含量为40%。

该方法制得分散剂pH=5，粘度为15.3cps，比重为1.196g/mL，固含量为40%，该产品用于研磨98级涂布钙浆，能够使浆体粘度低于15cps，并且7个工作日不发生絮凝现象。

实施例2

以丙烯酸乙酯2.5g，甲基丙烯酸25g，衣康酸5g，马来酸酐5g，丙烯酸聚乙二醇单酯15g，烯丙基磺酸钠5g，甲基丙烯酸酸钠5g，次亚磷酸钠1.8g，过硫酸铵1.6g，苯乙烯1.5g，氢氧化钠等制备分散剂。详细步骤如下：

1、将丙烯酸聚乙二醇单酯、苯乙烯、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠和次亚磷酸钠加入带有回流冷凝器和机械搅拌装置的四口烧瓶中，加入35g水。

2、将剩余单体加入恒压漏斗①中；过硫酸铵溶于12g水，加入恒压漏斗②中。

3、开启搅拌，温度升至80℃，缓慢均匀的滴加恒压漏斗①和恒压漏斗②中的液体，两者的滴加速率比为3.0:1。

4、恒压漏斗①和恒压漏斗②中的液体均已滴加完后，恒温搅拌3小时

5、将反应体系的温度降低至30℃。缓慢加入氢氧化钠的水溶液至反应体系的pH值为4.5，固含量为43%。

该方法制得分散剂pH=4.5，粘度为76.3cps，比重为1.184g/mL，固含量为42%，该产品用于研磨98级涂布钙浆，能够使浆体粘度低于15cps，并且7个工作日不发生絮凝现象。

实施例3

以丙烯酸羟乙酯5g，甲基丙烯酸25g，衣康酸5g，马来酸酐5g，烯丙基聚乙二醇甲醚15g，甲基丙烯酸酸钠4.5g，次亚磷酸钠2g，过硫酸铵2g，苯乙烯2.5g，氢氧化钠6g和氢氧化镁3g等制备分散剂。详细步骤如下：

1、将苯乙烯、烯丙基磺酸钠和次亚磷酸钠加入带有回流冷凝器和机械搅拌装置的四口烧瓶中，加入25g水。

2、将剩余单体加入恒压漏斗①中；过硫酸铵溶于12g水，加入恒压漏斗②中。

3、开启搅拌，温度升至75℃，缓慢均匀的滴加恒压漏斗①和恒压漏斗②中的液体，两者的滴加速率比为2.5:1。

4、恒压漏斗①和恒压漏斗②中的液体均已滴加完后，恒温搅拌2小时

5、将反应体系的温度降低至50℃，加入氢氧化镁，溶解完后，加入氢氧化钠溶液，调节pH为5.2，固含量为43%。

该方法制得分散剂pH=5.2，粘度为64.4cps，比重为1.209g/mL，固含量为43%，该产品用于研磨98级涂布钙浆，能够使浆体粘度低于15cps，并且7个工作日不发生絮凝现象。

三．本发明的优点

由于加入了（甲基）丙烯酸羟乙酯、（甲基）丙烯酸羟丙酯和带有聚乙二醇侧链的乙烯基单体，赋予所制备的分散剂良好的分散稳定性，和更低的分散粘度。

四．本发明分散剂的作用机理

1.分散剂溶解于碳酸钙钙浆，在搅拌或者研磨的过程中和碳酸钙颗粒发生碰撞。

2.分散剂分子中带负电的基团如羧基和磺酸基，与碳酸钙表面发生化学结合，即分散剂分子吸附于碳酸钙表面，由此形成双电层，防止碳酸钙颗粒絮凝和沉降。

3.未发生吸附的羧酸基团、磺酸基团、聚乙二醇长链和其它不电离的聚合链在水分子的作用下，充分地伸展开来，形成空间位阻，进一步防止碳酸钙颗粒的絮凝和沉降。

此项专利申请与以往技术相比的有益效果

本发明制备的分散剂比以往的聚羧酸盐分散剂的优点表现在：

（1）研磨超细碳酸钙浆体时，粘度低，可以减少研磨过程中发热现象。

（2）研磨制备出的超细碳酸钙浆体的粘度低，对机械、热稳定性好。

Claims (4)

1.一种钙浆分散剂的制备方法，其特征在于：

(1)将装有回流冷凝装置和机械搅拌装置的四口烧瓶置于恒温水槽中；

(2)将部分乙烯基单体和还原剂溶于水，加到上述烧瓶中，将剩下还原剂溶于剩下的单体、过氧化物引发剂溶于水，分别加到恒压漏斗①、②中；

(3)开启搅拌，速度为100-800r/min，待水槽温度稳定至60-90℃后，缓慢均匀地滴加恒压漏斗①和②中的液体；

(4)恒压漏斗①和②中的液体均已滴加完后，恒温搅拌2-6小时；

(5)将反应体系的温度降低至25-55℃，缓慢加入碱的水溶液至反应体系的pH值为3-8，其中所述乙烯基单体为丙烯酸聚乙二醇单酯、烯丙基聚乙二醇甲醚、烯丙基聚乙二醇乙醚中的一种，以及烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酸磺酸钠中的一种，所述乙烯基单体还包括以下酯类单体和醚类单体：丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯。

2.如权利要求1所述钙浆分散剂的制备方法，其特征在于所制备的钙浆分散剂的固含量为35-55％，pH＝3-8，粘度＝5-200cps，比重＝1.01-1.3g/mL。

3.如权利要求1所述的钙浆分散剂的制备方法，其特征在于在制备过程中，采用同时滴加的方式滴加恒压漏斗①和②中的液体，滴加速率比为1.5:1-3.5:1。

4.如权利要求1所述的钙浆分散剂的制备方法，其特征在于制备分散剂所用的碱占反应物的质量分数是1％—50％。