目前，国内外大型造纸碳酸钙生产企业多采用湿法研磨制备重质碳酸钙，但高浓度的碳酸钙极易絮聚，特别是当颗粒粒径达到亚微米级时，碳酸钙颗粒表面会产生很多活性点，表面吸附能增大，碳酸钙粒子间的吸引力也会急剧增大，十分容易发生絮聚，能否形成稳定的悬浊液是研磨碳酸钙乳液的一个重要指标，因此，研磨碳酸钙分散剂的选择和使用至关重要。
 

▲造纸碳酸钙湿法研磨现场

 
1、碳酸钙研磨分散剂的作用机理
 
　　从宏观来看，碳酸钙研磨分散剂的作用主要有以下3个方面：
　　（1）改善碳酸钙悬浮液的流变性质，降低浆料黏度，提高碳酸钙颗粒的分散稳定性能；
　　（2）提高研磨介质对碳酸钙颗粒的冲击和改善研磨作用，提高研磨效率，降低研磨成本；
　　（3）提高成品浆料的稳定性，防止碳酸钙颗粒絮聚。
 
2、碳酸钙研磨常用分散剂
 
　　碳酸钙研磨常用的分散剂有三大类：

　　无机类，如六偏磷酸钠、二硅酸钠等；

　　有机类，如烷基苯磺酸盐等；

　　高分子类，如聚羧酸盐、聚丙烯酸衍生物等。
 

　　目前在碳酸钙的超细研磨中普遍采用的是高分子类分散剂。
 

▲碳酸钙浆料
 

 
（1）无机类分散剂
 
　　无机类分散剂的作用机理是通过增加碳酸钙颗粒表面的电荷，增强表面的静电斥力，使粒子在热运动、布朗运动过程中难以进一步靠拢而絮聚。部分无机类分散剂还能够增强颗粒表面的润湿程度。
　　主要有聚磷酸盐（如六偏磷酸钠）、硅酸盐、碳酸盐等，其中以六偏硫酸钠最为常用。但需要注意的是无机分散剂会对导电率、介电常数带来不良影响，也因此使得无机类分散剂的应用尤其是在超细研磨中受到极大的限制。
 
（2）有机类小分子分散剂
 
　　有机类小分子分散剂主要为各种表面活性剂，可分为3类：阴离子型、非离子型和阳离子型。
　　离子型的分散剂主要通过表面电荷的静电斥力作用，非离子型分散剂主要通过空间位阻作用来改善悬浮液的稳定性能，另外此类分散剂在改善碳酸钙颗粒表面润湿性能方面也有很大的作用。
　　常用的有机小分子分散剂主要有烷基聚醚或烷芳基的硫酸盐、烷基吡啶氯化物、烷基酚聚乙烯醚等。
 
（3）高分子类分散剂
 
　　高分子类分散剂的相对分子质量一般在1000-100000，其功能基团一般包含2个部分：
　　一部分为锚固基团，主要通过离子键、共价键、氢键和范德华力等作用以单点或多点锚固的形式紧密地吸附或结合在颗粒表面，常见的锚固基团有—NR3+、—R2、—COOH、—COO-、—SO3H、—SO3-、—PO42-、多元胺、多元醇及聚醚等；
　　另一部分为可被分散介质溶剂化的聚合物链，用于构建空间位阻基团，产生空间位阻，防止碳酸钙颗粒絮聚，常见的空间位阻基团构建聚合物链有聚酯、聚醚、聚烯烃以及聚丙烯酸酯等。
　　碳酸钙研磨分散用高分子类分散剂主要有聚羧酸盐、聚丙烯酸衍生物、顺丁烯二酸酐共聚物、缩合萘磺酸盐和非离子型水溶性高分子（聚乙烯吡咯酮、聚醚衍生物等，其中使用最多的是相对分子质量在2000-3000的聚丙烯酸钠分散剂。
　　高分子类分散剂现已成为超细碳酸钙研磨分散剂的主流，具有以下优势：

　　在生产过程中容易对相对分子质量进行有效控制，拥有较高的相对分子质量的分散剂在碳酸钙表面的吸附膜厚度达到数十纳米，其分散稳定作用范围可在碳酸钙颗粒距离相当远时即发生作用，从而可获得较好的分散稳定性；

　　分散能力强且稳定，对分散体系中的离子、pH和温度等因素不敏感，作用稳定性好；

　　可显著降低分散体系黏度，改善其流变性，能节省研磨能耗。
 

　　虽然高分子分散剂的优势明显，但仍存在一些缺点：

　　颜色普遍呈现黄色或者在改性颗粒烧结后颜色变深；

　　分散作用和絮聚作用能够相互转化，若聚合物的分子链过长，会导致解吸附或再碳酸钙颗粒表面发生折叠，引起粒子之间的缠结作用，形成絮聚。所以聚合物的相对分子质量必须控制在最佳范围内。
 

3、展望
 
　　碳酸钙研磨中应用最多的聚丙烯酸盐分散剂，但目前国内的产品只适用于研磨65级碳酸钙，应用于98级碳酸钙研磨生产时会出现粒径较大、用量偏多、浆钙黏度较高及回黏严重等问题。
　　目前国内开发的NBZ-3、DA-50、WH-1和PD-5等高分子分散剂效果并不理想，与国外同类产品相比仍存在较大差距。
　　因此，改进分散剂的合成工艺或者将不同作用机理的分散剂有效地结合在一起，优势互补，得到性能更好、更加容易调节控制的高品质分散剂必然成为今后主要的研究方向之一。
 

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来源：纸用研磨碳酸钙分散研究及进展，作者：程富江、刘廷志
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