活性碳酸钙粒度分布的测定方法

2015-12-12张立新

安徽化工 2015年4期

张立新

（国家非金属矿深加工产品质量监督检验中心，安徽池州247000）

活性碳酸钙作为塑料、橡胶、涂料等行业的主要填充料，因其分散性能好、使用方便已经获得广泛应用[1]。评价活性碳酸钙质量优劣的技术指标主要为吸油量和粒度分布[2]，其中粒度分布差异将直接影响制品的机械性能和表面质量。目前活性碳酸钙粒度测试方法主要为激光粒度法，采用标准推荐测试方法时发现[3]：由于活性碳酸钙亲油疏水，采用乙醇浸湿后的活性碳酸钙粉体不易在水介质中实现良好分散[4，5]。因此，建立一种简单、适应活性碳酸钙粒度分布的检测方法，对指导工艺改良和生产质量控制具有实际意义。

本文采用热分析仪分别对两种不同改性剂包覆的活性碳酸钙进行热分解实验，通过对活性碳酸钙表面的改性剂进行分解脱除，实现用激光粒度分析仪直接测定活性碳酸钙粒度分布的目的。

1 实验部分

1.1 仪器、样品与试剂

仪器：法国setram公司labsysevo热分析仪；英国Malern公司Mastersizer2000激光粒度分析仪；样品：活性碳酸钙，1#样品（偶联剂表面包覆），2#样品（硬脂酸表面包覆）；实验用水为MilliporeQ纯水机生产的一级纯水。

1.2 实验方法

1.2.1 热分析方法

分别称取约 20mg活性碳酸钙样品（1#、2#），放入氧化铝热分析坩埚。热分析仪参数：载气N2流量20mL/min；升温范围：室温～600℃；升温速率：10℃/min。

1.2.2 激光粒度分析方法

称取少量样品，放入分散器（分散介质：一级纯水）内分散，浓度以不超过仪器遮光度20%。如有必要需超声数分钟，待遮光度稳定后开始进行粒度测试。

2 结果与讨论

2.1 热分解实验

选取两种不同改性剂包覆的样品进行热重试验，结果见图1、图2。从实验结果看：1#样品在温度范围39.24℃～167.49℃出现一次失重热分解，失重率为0.14%，颗粒表面的吸附水脱出；227.00℃～376.79℃出现第二次失重，应是因库仑力物理吸附在碳酸钙粉体表面的偶联剂脱出，失重率为0.12%；400.37℃～550.21℃出现第三次失重，偶联剂与碳酸钙之间的化学键发生断裂、分解脱出，失重率为0.65%；自550.21℃后碳酸钙开始分解。2#样品在温度范围73.81℃～179.48℃出现一次失重热分解，失重率为0.045%，颗粒表面的吸附水脱出；215.79℃～277.52℃出现第二次失重，应是因库仑力物理吸附在碳酸钙粉体表面的改性剂脱出，失重率为0.04%；310.72℃～552.30℃出现第三次失重，改性剂与碳酸钙之间的化学键发生断裂、分解脱出，失重率为0.56%；自550.21℃后碳酸钙开始分解。

由于碳酸钙分子和包覆的改性剂大分子之间的化学键力要小于碳酸钙分子内部的晶格键合力[6，7]，所以碳酸钙表面包覆的改性剂首先发生分解脱出后碳酸钙才开始分解，这与热重实验结果相吻合。

2.2 粒度分析实验

2.2.1 样品预处理

由于活性碳酸钙难以在水分散介质中进行粒度试验，现对活性碳酸钙样品进行热处理，将表面改性剂脱除。根据表面改性剂的脱出温度和碳酸钙分解温度，将热处理温度设置为450℃、500℃、550℃，保温时间为30min。将不同热处理温度下的1#、2#样品按照激光粒度分析的操作方法重复测试5次，5次测试结果的平均值和相对标准偏差RSD见表1、图3、图4。结果显示，5次粒度分布重复测试的相对标准偏差RSD均小于5%，这表明样品粒度测试的结果具有良好的重复性。

表1 1#、2#样品粒度测试结果

从不同温度处理后1#、2#样品的粒度测试结果看，经450℃处理后，粒度分布出现“拖尾”现象，表明表面包覆的活性剂未完全分解脱出。相对于500℃的处理温度，550℃处理温度下的样品粒度要略有降低，这可能是碳酸钙在550℃下发生了少量的分解所致。分析表明，热处理温度设置在500℃较为合适，此时的粒度分布呈单峰，无拖尾现象发生。

2.2.2 热处理前后的粒度差异性分析

从热重试验结果看，改性剂的用量不到样品质量的1%，而粒度测试的偏差要求不大于5%[8]，所以活性碳酸钙样品热处理前后粒度分布的变化差异可忽略不计。