CN111808438B - 一种碳酸钙粉体专用助磨剂及其使用方法 - Google Patents

一种碳酸钙粉体专用助磨剂及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于助磨剂领域，具体涉及一种碳酸钙粉体专用助磨剂及其使用方法。所述助磨剂包括：A组份和B组份；其中A组份是含有氨基(或亚氨基)、磺酸基的活性物质；B组份是含有C‑C长链的活性物质。依据助磨产品应用需求，将一定比例的A组份和B组份加入到水中搅拌即可。本发明提供的一种碳酸钙专用助磨剂，助磨剂中含有大量活性物质，对超细无机粉体可同时实现高效助磨和改性；另外，本发明可通过控制两种组份的相对含量，调控助磨碳酸钙的表面性能。

Description

一种碳酸钙粉体专用助磨剂及其使用方法
【技术领域】
本发明属于助磨剂领域，具体涉及一种碳酸钙粉体专用助磨剂及其使用方法。
【背景技术】
碳酸钙粉体在研磨过程中，都会经过“裂纹形成→裂纹扩展→裂纹断裂→裂纹形成”的循环过程。随着粉碎过程的循环，碳酸钙的粒径在变小，微颗粒的表面会形成越来越多的不饱和价键和带有正负电荷的结构单元，使颗粒处于亚稳定的高能状态，粉体的比表面积在增加，颗粒间的分子力也逐渐增加，当分子力增大到一定程度时，团聚现象开始出现，团聚现象随粒径的变小而变突出，直至达到粉碎和团聚的动态平衡，被粉碎钙粉的表观粒径将不发生变化。粉体的团聚现象影响设备的产能、增加了吨电耗和增加粉尘污染，更重要的是产品粒度及其分布过宽，这也是碳酸钙行业存在的共性关键问题。通过前期调研、分析和国内权威机构报道，我国碳酸钙企业普遍存在超细加工成套工艺技术滞后和产品粗放的特点，过于关注产能，忽略对碳酸钙粉体表面形貌、结构、细度及其粒径分布和功能化特征的设计。
重质碳酸钙粉体的改性方法，要考虑其应用领域、加工方式、共混对象，来选择不同的改性剂和改性方法。然而西方国家企业更注重在粉碎时对重质碳酸钙进行改性(通过添加助磨剂)。在粉碎过程中矿物进行反向解离，露出不饱和质点Ca2+和CO32-，而Ca2+和CO32-这些质点的不饱和程度很高，活性很强，可与附着在其表面的水分进行作用，发生水解，形成活性点，助磨剂改性就是利用颗粒研磨时重质碳酸钙表面的质点活性最强时进行改性。实践证明，此时是改变粉体亲水疏油性，降低表面极性的最佳时段，对提高改性重质碳酸钙在基体中的分散性和相容性效果显著。助磨剂改性不同传统改性方法，是在粉体表面能最强时、也就是循环破碎的同时，进行无数层次的包覆，彻底消除了二次团聚的源动能，同时消除热聚能和静电引力，有效地保证了稳定耐久的分散性和流动性。
我国目前只有生产高目数碳酸钙粉体的企业添加助磨剂，现有助磨剂产品主要集中在乙二醇、三乙醇胺、单一阴离子表面活性剂等。一方面，由于乙二醇、三乙醇胺、阴离子表面活性剂等为短链结构，沸点较低，对于D50稳定在1.8～2.2μm的超细研磨局部高温易造成助磨剂的挥发分解损耗，从而降低磨粉效率和造成环境污染；另一方面，由于乙二醇、三乙醇胺、阴离子表面活性剂等性能单一、适应性差，在非水性分散体系中不能形成足够大的空间位阻效应，稳定性差，使亲水基团与极性较低或非极性的颗粒易解吸；另外目前的助磨剂产品都是单一组份，助磨生产的碳酸钙表面结构单一，不能实现差异化生产，制约碳酸钙粉体的高值化利用。因此，现在无机粉体助磨剂仍有待改善。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种碳酸钙粉体专用助磨剂及其使用方法，以解决现有技术中的不足，它能够实现调控助磨生产的碳酸钙粉体吸油值和流动性，实现精细化制备碳酸钙粉体。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种碳酸钙粉体专用助磨剂，所述的助磨剂包括A组份和B组份，所述A组份是含有氨基、亚氨基或磺酸基的活性物质；所述B组份是含有C-C长链的活性物质。
进一步地，所述A组份占A组份和B组份质量之和的比例为0-100％。
进一步地，所述A组份按照如下方法制得：将物质1和物质2混合均匀，再加入水，搅拌均匀，静止至表面没有泡沫即得；所述物质1选自十二烷基苯磺酸钠、苯磺酸钠或木质素磺酸钠中的至少一种；所述物质2选自一乙醇胺、二乙醇胺、二甘醇胺、一异丙醇胺、二异丙醇胺、异丙醇胺和甲基二乙醇胺中的至少一种。
进一步地，所述物质1、物质2和水的质量比为1：(0.5-10)：(1-100)。
进一步地，所述B组份按照如下方法制得：采用深冷粉碎工艺粉碎物质3，粉碎后过150目振动筛收集粉体，再加入粉体质量0.1-0.5％的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀即得，所述物质3选自硬脂酸、单硬脂酸甘油酯、辛癸酸甘油酯和甘油三酯中的至少一种。
一种本发明所述的碳酸钙粉体专用助磨剂的使用方法，包括以下步骤：将A组份和B组份加入到水中搅拌，搅拌均匀后喷洒到矿石表面。
进一步地，所述水的质量是A组份和B组份质量之和的10-100倍。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明制备的是双组份的碳酸钙粉体专用助磨剂。可通过控制的两种组份的相对含量，调控助磨碳酸钙的表面性能，且两种组份相容性好，不分相。
(1)助磨效率好：本发明助磨剂中A组份通过磺酸基(物质1)和氨基或亚氨基(物质2)之间的静电作用形成大分子高活性的水性助磨分子，这些活性物质易吸附在Ca2+和CO3 2-这些不饱和位点，避免因静电力导致粉体团聚、粘附和扬尘，生产粉体的粒度分布变窄，实现助磨效果；另外，组份2中C-C长链包裹在粉体表面，实现改性粉体。
(2)双组份相容性好：本发明中A组份是液体，B组份是固体，通过深冷粉碎工艺结合筛分工艺，制备B组份的粉体，保证两种组份混合均匀；为避免B组份团聚，采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性。
另外，当用水稀释助磨剂时，γ-氨丙基三乙氧基硅烷水解形成碱性的环境，在碱性的环境下B组份中脂肪酸(或水解形成脂肪酸)同A组份的钠盐反应形成脂肪酸钠，脂肪酸钠不仅可助磨包覆粉体，还形成胶凝体系，保证B组份不沉淀，进而实现双组份较好的相容性。
(3)粉体表面结构可控：A组份含有大量的亲水基团(助磨效果)，B组份以亲油基团为主，通过调控A组份和B组份相对含量，可实现调控助磨粉体的表面特性。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明制备的助磨剂中含有大量活性物质，对无机粉体助磨效果好且可防止扬尘；另外，可通过控制两种组份的相对含量，调控助磨碳酸钙的表面性能。
【附图说明】
图1：使用本发明实施例1助磨剂获得的碳酸钙粉体(a)与未使用助磨剂获得的碳酸钙粉体(b)对比图。
【具体实施方式】
本发明的具体实施方案和效果将通过以下实施例说明，但不以此限定本发明的实施范围。
实施例1：
首先将十二烷基苯磺酸钠和一乙醇胺混合均匀，再加入水，十二烷基苯磺酸钠、一乙醇胺和水的质量比为1：0.5：1，搅拌均匀，静止至表面没有泡沫即制备得A组份；再采用深冷粉碎工艺粉碎甘油三酯，粉碎后过150目振动筛收集粉体，再加入粉体质量0.1％的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀即制备的B组份。
本发明制备的助磨剂使用前将一定比例的A组份和B组份加入水中搅拌，其中水的质量是A组份和B组份质量之和的20倍，搅拌均匀后喷洒到方解石矿石表面(加入量为矿石质量的0.1％)，采用立磨粉碎制备2200目碳酸钙粉体，获得的碳酸钙粉体参数如表1-6所示(其中空白样品为未使用助磨剂获得的样品)。
表1助磨工艺参数
名称 主机电流 风机电流 分级机电流 产量
助磨样品 83-88A 58-60A 33.7-34.2A 1.025T/H
空白样品 95-100A 58.5-61A 33-34A 0.913T/H
表2 A组份含量为0％助磨生产的碳酸钙粉体参数
名称 D97 比表面积 D50 白度 吸油值 流动角
助磨样品 8.9383 1185 2.909 96.1 18.6％ 22°
空白样品 9.921 1211 2.813 95.7 33％ 36°
表3 A组份含量为20％助磨生产的碳酸钙粉体参数
名称 D97 比表面积 D50 白度 吸油值 流动角
助磨样品 8.913 1188 2.862 95.3 25.4％ 24°
空白样品 9.921 1211 2.813 95.7 33％ 36°
表4 A组份含量为50％助磨生产的碳酸钙粉体参数
名称 D97 比表面积 D50 白度 吸油值 流动角
助磨样品 8.922 1190 2.913 95.6 28.2％ 25°
空白样品 9.921 1211 2.813 95.7 33％ 36°
表5 A组份含量为80％助磨生产的碳酸钙粉体参数
名称 D97 比表面积 D50 白度 吸油值 流动角
助磨样品 8.911 1196 2.898 95.3 30.40％ 28°
空白样品 9.921 1211 2.813 95.7 33％ 36°
表6 A组份含量为100％助磨生产的碳酸钙粉体参数
名称 D97 比表面积 D50 白度 吸油值 流动角
助磨样品 8.888 1192 2.919 95.8 33.4％ 31°
空白样品 9.921 1211 2.813 95.7 33％ 36°
如表1所示，加了助磨剂生产主机电流降10-15按电流，产量增加12％左右，表明助磨剂可实现增加产量和降低能耗。另外，如表2-6所示，加入助磨剂可降低生产粉体的D97和增加D50，表明助磨生产的的碳酸钙粉体粒度分布窄。当助磨剂中A组份含量分别为100％、80％、50％、20％和0％时，吸油值分别为33.4％、30.4％、28.2％、25.4％和18.6％，且流动角依次降低，说明可通过调控助磨剂中A和B组份的相对含量实现调控助磨生产的碳酸钙粉体的吸油值和流动性，另外加入助磨剂可缓解生产碳酸钙的粘附性和扬尘(如图1所示)。
依据助磨产品应用需求，自主调控A组份和B组份的相对含量，实现调控助磨生产的碳酸钙粉体吸油值和流动性。本发明中助磨剂助磨生产的碳酸钙粉体具有窄粒度分度、低能耗和差异化的表面结构，进而实现精细化制备碳酸钙粉体。
实施例2：
首先将苯磺酸钠和二乙醇胺混合均匀，再加入水，苯磺酸钠、二乙醇胺和水的质量比为1：10：100，搅拌均匀，静止至表面没有泡沫即制备A组份；再采用深冷粉碎工艺粉碎硬脂酸，粉碎后过150目振动筛收集粉体，再加入粉体质量0.5％的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀即制备B组份。
本发明制备的助磨剂使用前将一定比例的A组份和B组份加入到水中搅拌，其中水的质量是A组份和B组份质量之和的100倍，搅拌均匀后喷洒到方解石矿石表面(加入量为矿石质量的0.2％)，采用气流磨粉碎制备3000目碳酸钙粉体。
加了助磨剂产量增加11％左右，表明助磨剂可实现增加产量和降低能耗。另外，加入助磨剂可降低生产粉体的D97(降低约12％)和增加D50(增加约8％)，表明助磨生产的的碳酸钙粉体粒度分布窄。当助磨剂中A组份含量分别为100％、80％、50％、20％和0％时，吸油值分别为32.8％、29.9％、27.5％、24.1％和17.2％，且流动角依次为30°、28°、27°、24°、和21°，说明可通过调控助磨剂中A和B组份的相对含量实现调控助磨生产的碳酸钙粉体的吸油值和流动性，另外加入助磨剂可缓解生产碳酸钙的粘附性和扬尘。
依据助磨产品应用需求，自主调控A组份和B组份的相对含量，实现调控助磨生产的碳酸钙粉体吸油值和流动性。本发明中助磨剂助磨生产的碳酸钙粉体具有窄粒度分度、低能耗和差异化的表面结构，进而实现精细化制备碳酸钙粉体。
助磨生产的重钙粉体不改性(A组份含量为20％)，直接用于PE的填料，吹塑法制备的塑料袋性能优异。
助磨生产的重钙粉体不改性(A组份含量为50％)，直接用于PP填料，注塑制备的板材性能优异。
实施例3：
首先将木质素磺酸钠和二甘醇胺混合均匀，再加入水，木质素磺酸钠、二甘醇胺和水的质量比为1：2：8，搅拌均匀，静止至表面没有泡沫即制备A组份；再采用深冷粉碎工艺粉碎单硬脂酸甘油酯，粉碎后过150目振动筛收集粉体，再加入粉体质量0.2％的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀即制备B组份。
本发明制备的助磨剂使用前将一定比例的A组份和B组份加入到水中搅拌，其中水的质量是A组份和B组份质量之和的50倍，搅拌均匀后喷洒到方解石矿石表面(加入量为矿石质量的0.15％)，采用立磨粉碎制备2800目碳酸钙粉体。
加了助磨剂产量增加11％左右，表明助磨剂可实现增加产量和降低能耗。另外，加入助磨剂可降低生产粉体的D97(降低约10％)和增加D50(增加约6％)，表明助磨生产的的碳酸钙粉体粒度分布窄。当助磨剂中A组份含量分别为100％、80％、50％、20％和0％时，吸油值分别为33.1％、30.6％、28.6％、23.2％和19.1％，且流动角依次为31°、29°、28°、25°、和22°，说明可通过调控助磨剂中A和B组份的相对含量实现调控助磨生产的碳酸钙粉体的吸油值和流动性，另外加入助磨剂可缓解生产碳酸钙的粘附性和扬尘。
依据助磨产品应用需求，自主调控A组份和B组份的相对含量，实现调控助磨生产的碳酸钙粉体吸油值和流动性。本发明中助磨剂助磨生产的碳酸钙粉体具有窄粒度分度、低能耗和差异化的表面结构，进而实现精细化制备碳酸钙粉体。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (4)

1.一种碳酸钙粉体专用助磨剂，其特征在于：所述的助磨剂包括A组份和B组份，所述A组份按照如下方法制得：将物质1和物质2混合均匀，再加入水，搅拌均匀，静止至表面没有泡沫即得；所述物质1选自十二烷基苯磺酸钠、苯磺酸钠或木质素磺酸钠中的至少一种；所述物质2选自一乙醇胺、二乙醇胺、二甘醇胺、一异丙醇胺、二异丙醇胺、异丙醇胺和甲基二乙醇胺中的至少一种；所述B组份按照如下方法制得：采用深冷粉碎工艺粉碎物质3，粉碎后过150目振动筛收集粉体，再加入粉体质量0.1-0.5％的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀即得，所述物质3选自硬脂酸、单硬脂酸甘油酯、辛癸酸甘油酯和甘油三酯中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种碳酸钙粉体专用助磨剂，其特征在于：所述物质1、物质2和水的质量比为1：(0.5-10)：(1-100)。
3.一种权利要求1-2任一项所述的碳酸钙粉体专用助磨剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：将A组份和B组份加入到水中搅拌，搅拌均匀后喷洒到矿石表面。
4.根据权利要求3所述的碳酸钙粉体专用助磨剂的使用方法，其特征在于：所述水的质量是A组份和B组份质量之和的10-100倍。
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