CN103740137A

CN103740137A - 窄粒径重质碳酸钙的制备方法

Info

Publication number: CN103740137A
Application number: CN201310750358.1A
Authority: CN
Inventors: 施晓旦; 刘莹; 田雨; 田久旺
Original assignee: Shanghai Dongsheng New Material Co Ltd
Current assignee: Shanghai Dongsheng New Material Co Ltd; Shandong Dongsheng New Material Co Ltd
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2014-04-23

Abstract

本发明提供了一种窄粒径重质碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：选取最小粒径0.3微米、最大粒径25微米、且平均粒径在12-22微米的重质碳酸钙粗粉为原料，经湿法研磨，获得窄粒径重质碳酸钙；所述窄粒径重质碳酸钙小于2微米的颗粒占全部颗粒体积的95%以上，小于1微米的颗粒占全部颗粒体积的75%以上，小于0.1微米以下颗粒占全部颗粒体积的15%以下。本发明制得的窄粒径重质碳酸钙应用于造纸涂料，由于其粒度分布曲线窄、粒径微细，固含量高，粘度低，具有更好的流动性，更高的固含量，对于提高涂布纸板、铜版纸、轻涂纸的光泽度、白度、拉毛强度，改善油墨吸收性具有重要意义。

Description

窄粒径重质碳酸钙的制备方法

技术领域

本发明涉及一种重钙的制备方法，尤其涉及一种窄粒径重质碳酸钙的制备方法。

背景技术

碳酸钙是无机化工产品中重要的化工原料，广泛的应用于造纸、塑料、橡胶、涂料、油墨、日用化工、医药、食品加工、密封剂、胶黏剂等领域。根据加工方法的不同，可将其分为重质碳酸钙又称研磨碳酸钙（GCC）和轻质碳酸钙又称沉淀碳酸钙（PCC）。重钙按生产工艺的不同又可以分为干法和湿法两种。干法生产主要采用球磨机配分级机工艺，适用于生产平均粒径大于3um的微细重钙；湿法研磨主要用于生产平均粒径小于2um、最大粒径小于10um的填料和涂布级重钙，多应用于造纸和高档涂料。

随着高速涂布技术的发展，要求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。目前国内的重质碳酸钙生产存在着以下问题：1、粗粒径产品多，超细产品少，高级别产品粒径分布较宽，粒径分布不均匀，-0.1um颗粒含量较高，通常在10%以上。2、高固含量的高级别产品粘度及返粘较高，通常粘度在300mPa.s以上，产品流变性能较差。3、多数生产工艺及设备相对落后，自动化精细化控制程度不高，生产效率低，能耗高，产品质量存在较大波动。

发明内容

本发明的目的是提供一种窄粒径重质碳酸钙的制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明所述的窄粒径重质碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：

选取最小粒径0.3微米、最大粒径25微米、且平均粒径在12-22微米的重质碳酸钙粗粉为原料，经湿法研磨，获得窄粒径重质碳酸钙；所述窄粒径重质碳酸钙小于2微米的颗粒占全部颗粒体积的95%以上，小于1微米的颗粒占全部颗粒体积的75%以上，小于0.1微米以下颗粒占全部颗粒体积的15%以下。

所述重质碳酸钙粗粉可以通过对石粉原料进行粗磨获得相应粒径范围内的粗粉，然后通过选择合适的筛网去除粒径过大和过小的碳酸钙颗粒，从而留下特定粒径要求的重质碳酸钙粗粉。

作为优选技术方案，所述湿法研磨为两台磨机串联研磨，第一段研磨产物小于2微米的颗粒占全部颗粒体积的70-75%，小于1微米的颗粒占全部颗粒体积的45-55%，小于0.1微米以下颗粒占全部颗粒体积的4%以下，然后进入第二段研磨。

第一段研磨采用中性分散剂，加入量为重质碳酸钙粗粉重量的0.2～2.0%；第二段研磨采用酸性分散剂，加入量为重质碳酸钙粗粉重量的0.1～1.5%；

所述中性分散剂采用如下方法制备：

（1）将过渡金属卤化物，在溶剂中，氮气保护下，40～60℃，与2,2′-联二吡啶反应0.5～1小时，得到均匀配合物溶液；

（2）然后在70～120℃，加入乙烯基羧酸酯单体和光引发剂或光敏剂，紫外光照射30～60分钟，再反应5～20小时；

（3）过氧化铝柱子，除去过渡金属，后将所得溶液与氢氧化钠溶液混合，80～120℃水解3～10小时，使聚羧酸酯转变为聚羧酸钠；

（4）蒸馏除去溶剂和醇副产物，再加重量浓度为20～50%的NaOH溶液调节体系的pH为7～8，并加水调节重量固含量至41～43%，即可获得高效重钙研磨分散剂；

原料的重量份数配比如下：

所述氢氧化钠溶液的用量为步骤（3）中的用量，氢氧化钠溶液的重量浓度为20～50%；

其中：

乙烯基羧酸酯单体优选丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯；

过渡金属卤化物为CuCl₂等过渡金属氯化物或溴化物；

2,2′-联二吡啶是用于络合过渡金属以提高其溶解度；

引发剂为二苯甲酮、二苯甲酮衍生物、安息香、安息香衍生物、甲基乙烯基酮、荧光素或曙红；溶剂为苯、甲苯、乙苯、二甲苯或乙酸乙酯。

酸性分散剂的主要成分为低分子量聚丙烯酸钠，例如可使用上海东升新材料有限公司生产的DS-FS5325A酸性分散剂。

作为进一步优选的方案，第一段研磨采用1.8-2.2mm的硅酸锆，真密度为4g/cm³，介质填充率（球料比）为60-65%；第二段研磨采用0.8-1.3mm的陶瓷珠，真密度为2.65g/cm³，介质填充率为50-55%。

研究发现，原料本身的粒径分布情况是决定产品粒度分布范围宽窄的关键因素，如果原料中细粒径颗粒含量过高，超细研磨后会导致成品中0.1um颗粒含量升高。因此需要选择合适的粒径和粒径分布的碳酸钙原料。

本发明优选采用两段串联研磨，第一段对碳酸钙粗粉进行初步研磨，并得到特定粒径和粒径分布的中间产物，然后再进入第二段研磨，由于两段研磨分别采用不同的分散剂和研磨介质，并通过调节分散剂和研磨介质用量，可以很好的控制研磨产物的粒径分布，从而得到所需要的窄粒径分布的重钙产品。

本发明制得的窄粒径重质碳酸钙应用于造纸涂料，由于其粒度分布曲线窄、粒径微细，固含量高，粘度低，具有更好的流动性，更高的固含量，对于提高涂布纸板、铜版纸、轻涂纸的光泽度、白度、拉毛强度，改善油墨吸收性具有重要意义。

具体实施方式

实施例中，组分的用量均为重量份。

实施例1

中性分散剂的制备：

在反应釜中加入CuCl₂8.03g，充分通氮驱氧后加入甲苯350.20g，搅拌混合，继续通氮30分钟后加入18.60g2,2′-联二吡啶，氮气保护下升温到50℃反应1小时，得到均匀配合物溶液。调整温度至90℃，加入经过通氮驱氧的甲基丙烯酸叔丁酯176g、丙烯酸叔丁酯单体160g和5.37g二苯甲酮，恒温通氮反应10小时。通过氧化铝柱子过柱除去过渡金属后将所得溶液和氢氧化钠溶液（浓度32%）70.05g混合后加热水解5小时，使共聚羧酸酯转变为聚羧酸钠。蒸馏除去溶剂和叔丁醇副产物。再加NaOH溶液（32%）调节pH至7.2，并加水调节固含量至42%，得到最终的分散剂样品。所得分散剂重均分子量为4808，分子量分布指数为1.33。

窄粒径重质碳酸钙的制备：

选择100-200目方解石粉，用常规球磨机干法粗磨至平均粒径25微米左右，筛分除去粒径超过25微米和小于0.3微米的颗粒，得到重质碳酸钙粗粉。

将上述重质碳酸钙粗粉加入落地磨机中进行第一段湿法研磨，研磨介质采用1.8-2.2mm的硅酸锆，真密度为4g/cm³，介质填充率（球料比）为60%，并添加上述中性分散剂，加入量为重质碳酸钙粗粉重量的0.5%，研磨1小时后，取样测定研磨产物的粒径，当小于2微米的颗粒占全部颗粒体积的70-75%，小于1微米的颗粒占全部颗粒体积的45-55%，且小于0.1微米以下颗粒占全部颗粒体积的4%以下时，进入第二段湿法研磨，若未达到上述粒径要求则继续研磨，并每隔10分钟取样检测直至符合要求；第二段湿法研磨同样为落地磨机，研磨介质采用0.8-1.3mm的陶瓷珠，真密度为2.65g/cm³，介质填充率为50%，并添加上海东升新材料有限公司生产的DS-FS5325A酸性分散剂，加入量为重质碳酸钙粗粉重量的1.5%，研磨时间1.5小时，研磨得到的窄粒径重质碳酸钙小于2微米的颗粒占全部颗粒体积的95.5%，小于1微米的颗粒占全部颗粒体积的76.3%，小于0.1微米以下颗粒占全部颗粒体积的12.7%。

实施例2

中性分散剂的制备：

在反应釜中加入CuCl₂10.91g，充分通氮驱氧后加入甲苯350.30g，搅拌混合，继续通氮30分钟后加入25.20g2,2′-联二吡啶，氮气保护下升温到50℃反应1小时，得到均匀配合物溶液。升温到95℃，加入经过通氮驱氧的甲基丙烯酸叔丁酯单体355.24g和8g二苯甲酮，再恒温通氮反应7小时。通过氧化铝柱子过柱除去过渡金属后将所得溶液和氢氧化钠溶液（浓度32%）70.05g混合后加热水解4小时，使聚甲基丙烯酸叔丁酯转变为聚甲基丙烯酸钠。蒸馏除去溶剂和叔丁醇副产物。再加NaOH溶液（32%）调节pH至7.0，并加水调节固含量至42%，得到最终的分散剂样品。所得分散剂重均分子量为3660，分子量分布指数为1.30。

窄粒径重质碳酸钙的制备：

选择100-200目方解石粉，用常规球磨机干法粗磨至平均粒径15微米左右，筛分除去粒径超过25微米和小于0.3微米的颗粒，得到重质碳酸钙粗粉。

将上述重质碳酸钙粗粉加入落地磨机中进行第一段湿法研磨，研磨介质采用1.8-2.2mm的硅酸锆，真密度为4g/cm³，介质填充率（球料比）为65%，并添加上述中性分散剂，加入量为重质碳酸钙粗粉重量的2%，研磨1小时后，取样测定研磨产物的粒径，当小于2微米的颗粒占全部颗粒体积的70-75%，小于1微米的颗粒占全部颗粒体积的45-55%，且小于0.1微米以下颗粒占全部颗粒体积的4%以下时，进入第二段湿法研磨，若未达到上述粒径要求则继续研磨，并每隔10分钟取样检测直至符合要求；第二段湿法研磨同样为落地磨机，研磨介质采用0.8-1.3mm的陶瓷珠，真密度为2.65g/cm³，介质填充率为55%，并添加上海东升新材料有限公司生产的DS-FS5325A酸性分散剂，加入量为重质碳酸钙粗粉重量的0.2%，研磨时间2小时，研磨得到的窄粒径重质碳酸钙小于2微米的颗粒占全部颗粒体积的96.5%，小于1微米的颗粒占全部颗粒体积的77.3%以上，小于0.1微米以下颗粒占全部颗粒体积的9.8%。

Claims

1.一种窄粒径重质碳酸钙的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：选取最小粒径0.3微米、最大粒径25微米、且平均粒径在12-22微米的重质碳酸钙粗粉为原料，经湿法研磨，获得窄粒径重质碳酸钙；所述窄粒径重质碳酸钙小于2微米的颗粒占全部颗粒体积的95%以上，小于1微米的颗粒占全部颗粒体积的75%以上，小于0.1微米以下颗粒占全部颗粒体积的15%以下。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述湿法研磨为两台磨机串联研磨，第一段研磨产物小于2微米的颗粒占全部颗粒体积的70-75%，小于1微米的颗粒占全部颗粒体积的45-55%，小于0.1微米以下颗粒占全部颗粒体积的4%以下，然后进入第二段研磨。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，第一段研磨采用中性分散剂，加入量为重质碳酸钙粗粉重量的0.2～2.0%；第二段研磨采用酸性分散剂，加入量为重质碳酸钙粗粉重量的0.1～1.5%。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述中性分散剂采用如下方法制备：

（1）将过渡金属卤化物，在溶剂中，氮气保护下，40～60℃与2,2′-联二吡啶反应0.5～1小时，得到均匀配合物溶液；

（2）然后在70～120℃加入乙烯基羧酸酯单体和引发剂，紫外光照射30～60分钟，再反应5～20小时；

（3）过氧化铝柱子，后将所得溶液与氢氧化钠溶液混合，水解；

（4）蒸馏除去溶剂和醇副产物，再加NaOH溶液调节体系的pH为7～8，并加水调节重量固含量至41～43%，即可获得所述中性分散剂。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，原料的重量份数配比如下：

所述氢氧化钠溶液的用量为步骤（3）中的用量，氢氧化钠溶液的重量浓度为20～50%。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，乙烯基羧酸酯单体为丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，过渡金属卤化物为过渡金属氯化物或溴化物；引发剂为二苯甲酮、二苯甲酮衍生物、安息香、安息香衍生物、甲基乙烯基酮、荧光素或曙红；溶剂为苯、甲苯、乙苯、二甲苯或乙酸乙酯。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第一段研磨采用1.8-2.2mm的硅酸锆，真密度为4g/cm³，介质填充率（球料比）为60-65%；第二段研磨采用0.8-1.3mm的陶瓷珠，真密度为2.65g/cm³，介质填充率为50-55%。