一种用于功能性碳酸钙的专用研磨助剂及其制备方法与流程

本发明属于研磨助剂领域，具体涉及一种用于功能性碳酸钙的专用研磨助剂及其制备方法。

背景技术：

1、碳酸钙是一种常见的无机化合物，呈白色粉末状，具有资源丰富、价格低廉、无毒无害、白度高等优点，在塑料、橡胶、造纸、混凝土、涂料、油墨、医药等领域中发挥着重要作用。碳酸钙作为填充剂，可以用于改善产品的加工性能、机械性能及外观品质，还能降低产品的加工成本。根据生产工艺的不同，碳酸钙可分为干法和湿法两种类型。其中干法生产的碳酸钙受限于研磨分级技术，难以实现超细化。相比之下，湿法工艺是超细碳酸钙通常采用的生产方法，湿法研磨不仅能够制备出纯度高、粒度细且均匀、质量稳定的碳酸钙制品，还能通过表面改性降低碳酸钙的表面极性和比表面能，减少颗粒团聚，提高碳酸钙粒子与其他助剂的亲和性，但是湿法研磨碳酸钙目前也存在研磨效率较低、浆液容易挂壁的问题。

2、研磨助剂通常包括但不限于三乙醇胺、醇类、聚丙烯酸或其它有机物等，在碳酸钙的生产中研磨助剂可以提高研磨效率、降低能耗、改善粉体性能。下述现有专利也提供了一些碳酸钙的研磨工艺中所用助剂配方，例如，中国专利cn102220032a公开了一种超细重质碳酸钙的研磨方法，其中所述研磨助剂包括聚乙二醇、聚二甲基硅氧烷、碳酸钾/碳酸钠，该助剂可减少重质碳酸钙研磨过程中产生的团聚，提高研磨效率。中国专利cn103012637a公开了一种重质碳酸钙湿磨分散剂及其制备方法，所述湿磨分散剂(研磨助剂)包括丙烯酸、亚硫酸氢钠、过硫酸铵、碳酸钠、聚乙二醇、氢氧化钠及水反应制得，该助剂可以提升助剂对碳酸钙的静电排斥力和空间位阻作用，保证研磨的顺利进行。中国专利cn107674243a公开了一种塑料橡胶用碳酸钙助磨改性剂及其加工工艺，所述助磨改性剂包括饱和脂肪酸7-10份、七聚倍半硅氧烷10-20份、聚乙二醇油酸酯10-15份、水70-100份，该助磨剂有助于颗粒的研磨，使得粉体活化，不仅可以分散好碳酸钙，同时可以提高产品的力学性能。但是上述这些助剂在提高研磨效率方面的表现仍不够理想，而且残留的助剂成分还可能会对下游产品造成不良影响，影响下游产品的某些性能。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种用于功能性碳酸钙的专用研磨助剂，通过优选各原料组合及其浓度配比，调整研磨助剂的最佳加入量，有效提高了碳酸钙的研磨产量和研磨效率，降低了研磨能耗，同时研磨得到的碳酸钙颗粒分散性好，稳定性高。本发明还提供了上述研磨助剂的制备方法。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种用于功能性碳酸钙的专用研磨助剂，包括以下原料：

4、油酸钠、醇胺、棕榈酸、甲醇、乙醇、水。

5、优选的，一种用于功能性碳酸钙的专用研磨助剂，包括以下原料：

6、油酸钠20-30wt%、醇胺5-10wt%、棕榈酸0.1-1wt%、甲醇1-5wt%、乙醇1-5wt%、水为余量。

7、优选的，一种用于功能性碳酸钙的专用研磨助剂，包括以下原料：

8、油酸钠23.5-24.5wt%、醇胺7-8wt%、棕榈酸0.2-0.5wt%、甲醇2-3wt%、乙醇2.5-3.5wt%、水为余量。

9、优选的，所述醇胺为三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺中的一种或两种以上的混合物。

10、目前行业超细粉体制备工艺中，原材料的破碎对能源消耗极大，80%的能源被用于原材料的破碎与粉磨，采用适当的研磨助剂可以提高研磨产量、降低能耗。但是研磨助剂种类繁多助磨效果差异也很大，以及研磨助剂的加入量比例都对碳酸钙粉磨效果有很大的影响，本发明通过优选各原料组合及其浓度配比，调整研磨助剂的最佳加入量，在相同环辊磨生产相同粒径的重质碳酸钙，并进行物理性能检测，得到了研磨助剂的最佳原料组合及配比，对原材料具有很好的润湿性，降低表面吸油值，改善原材料的可磨性和流动性，有效提高了碳酸钙的研磨产量和研磨效率，碳酸钙颗粒分散性好，稳定性更高。

11、优选的，所述专用研磨助剂的原料中还包括增效助剂。

12、优选的，一种用于功能性碳酸钙的专用研磨助剂，包括以下原料：

13、油酸钠23.5-24.5wt%、醇胺7-8wt%、棕榈酸0.2-0.5wt%、甲醇2-3wt%、乙醇2.5-3.5wt%、增效助剂2-3.5wt%、水为余量。

14、优选的，所述增效助剂的制备方法如下：

15、将丙烯酸、季戊四醇三丙烯酸酯与3-乙酰基-n-乙烯基吡咯烷酮混合均匀，得到单体混合物；将水加热后滴加单体混合物、引发剂过硫酸钠水溶液与还原剂焦亚硫酸钠水溶液，滴加结束后升温反应，冷却，调节ph与固含量，得到增效组分a；

16、将纳米二氧化硅加入乙醇中超声，然后加入四乙氧基硅烷升温反应，再加入n-(3-三甲氧基硅基乙基)乙二胺与水继续反应，冷却，调节ph与固含量，得到增效组分b；将增效组分a与增效组分b混合均匀，得到所述增效助剂。

17、本发明采用的增效助剂包括增效组分a与增效组分b，其中增效组分a通过引入季戊四醇三丙烯酸酯、3-乙酰基-n-乙烯基吡咯烷酮等功能单体与丙烯酸单体反应合成多官能团有机聚合物，在研磨过程中能够在碳酸钙粒子周围形成空间网络结构，增强了粒子间的空间位阻作用和静电斥力作用，可以达到优异的分散效果和降粘效果，从而发挥助磨作用；季戊四醇三丙烯酸酯带有的多极性官能团，以及3-乙酰基-n-乙烯基吡咯烷酮带有的吡咯烷酮和乙酰基具有强吸附性，可以促进碳酸钙粒子表面吸附膜的形成，改善粒子的分散性，不饱和烯基用于聚合反应，含有的环状结构有助于提高稳定性，避免碳酸钙颗粒发生团聚、粘附，颗粒粒度分布变窄，实现助磨效果。

18、其中增效组分b以纳米二氧化硅为主体，其表面含有大量极性官能团，且硬度较高，研磨时纳米二氧化硅通过与碳酸钙粒子表面相互作用吸附其上，增强颗粒表面的粗糙度和摩擦力，从而促进研磨的有效进行，提高研磨效率，降低能耗，进一步本发明通过加入四乙氧基硅烷、n-(3-三甲氧基硅基乙基)乙二胺对纳米二氧化硅进行改性，有助于在无机物之间形成接触桥梁，提高无机物的分散效果，改善原料中无机物与有机物的相容性，也能避免纳米二氧化硅相互吸附而导致颗粒的团聚。本发明增效助剂中增效组分a与增效组分b二者协同作用，显著提高助磨效果，改善产品的的综合性能。在相同生产条件下，本发明的上述碳酸钙专用研磨助剂可实现增加产量和降低能耗，产品的粘度低，加工性能优异。

19、优选的，所述增效助剂的制备方法如下：

20、将100-150重量份丙烯酸、10-15重量份季戊四醇三丙烯酸酯与5-10重量份3-乙酰基-n-乙烯基吡咯烷酮混合均匀，得到单体混合物；将30-60重量份水加热至85-90℃，然后滴加70-80重量份单体混合物、5-10重量份引发剂过硫酸钠水溶液与15-20重量份还原剂焦亚硫酸钠水溶液，控制100-150min滴加结束，再升温至90-95℃恒温反应50-100min，冷却至室温，将ph调至中性、固含量调至40-50wt%，得到增效组分a；

21、将1-3重量份纳米二氧化硅加入80-120重量份乙醇中超声20-50min，然后加入1-1.5重量份四乙氧基硅烷升温至55-60℃恒温反应10-20min，再加入0.2-0.5重量份n-(3-三甲氧基硅基乙基)乙二胺与20-30重量份水继续反应100-150min，冷却至室温，将ph调至中性、固含量调至40-50wt%，得到增效组分b；将增效组分a与增效组分b按照重量比1:0.5-2混合均匀，得到所述增效助剂。

22、优选的，所述过硫酸钠水溶液的浓度为10-15wt%。

23、优选的，所述焦亚硫酸钠水溶液的浓度为10-15wt%。

24、优选的，所述超声的条件为：超声功率100-300w、超声频率20-40khz。

25、本发明还公开了上述用于功能性碳酸钙的专用研磨助剂的制备方法，具体包括如下步骤：

26、按原料配方称取原料，将醇胺、甲醇、乙醇、增效助剂与水混合均匀，然后加入油酸钠与棕榈酸搅拌至均匀，得到所述用于功能性碳酸钙的专用研磨助剂。

27、本发明的有益效果：

28、本发明制备的碳酸钙专用研磨助剂可以提高碳酸钙的研磨产量和研磨效率，降低研磨能耗。在碳酸钙生产研磨中研磨助剂的最佳加入量在0.3-1.0%范围内，研磨得到的碳酸钙颗粒分散性好，稳定性高，具有良好的物理性能。