分散剂对高岭土分散特性的影响

1、分散剂对高岭土分散特性的影响刘攀 何北海 赵丽红( 华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广东广州， 510640) 摘要：未剥片高岭土是高岭土生产过程中的中间产品，作者考察了聚丙烯酸钠 和六偏磷酸钠两种分散剂用量对未剥片高岭土浆料黏度和pH 值的影响并且对两种分散剂起作用的 pH 值范围进行了初步探讨关键词：未剥片高岭土；分散剂；pH值；黏度作为涂料用高岭土，黏度特性是衡量其产品质量的重要指标，一定浓度的 高岭土矿浆，黏度越低，流动性越好，其产品的黏浓度特性越好。参加分散剂 改善高岭土分散性是目前最常用的一种有效方法。分散剂作用于颜料粒子的过 程是一物理化学过程颜料的分散是用化学分散剂同时

2、借助于机械外力来增湿 颜料粒子，排出颜料粒子间的空气，调节颜料粒子的外表电荷，从而防止粒子 絮凝，降低涂料黏度。用于涂布颜料分散体系的分散剂分为两类：第一类为无 机分散剂，如聚磷酸盐，常用的有六偏磷酸钠；另一类为有机分敞剂，常用的 有聚丙烯酸钠。本实验选用国内外最普遍的两种分散剂一聚丙烯酸钠(Dc) 和六偏磷酸钠，研究这两种分散剂的添加对高岭土浆料分散性的作用，以及这两种 分散剂的最正确使用条件。1 实验局部11 实验原料未剥片高岭土由广东茂名某厂提供；DC分散剂；六偏磷酸钠；NaOH和HCI 为分析纯。12 实验与分析方法121 高岭土质量指标测定 ( 结果见表 l>Zeta 电位和平

3、均粒径用 Malvern NanoZS(Malvern Instruments Ltd ，England)于800mg/L 土浓的条件下测定。同时用 pH计测定其pH值。122 对未剥片高岭土浆料黏度的测定取一定量的蒸馏水参加到预先已参加分散剂六偏磷酸钠和Dc的搅拌容器中。两种分散剂的参加范围都为 001-070(相对于土样的质量分数 )，在离 速分散桃的低速搅拌下慢慢参加试样，加完试样后在3000rmin 的转速下搅拌lOmin所得到的浆料，测定其pH值，不同剪切速率下的黏度用 AR550流变仪TA Instrument LTD 来测定，所有朱剥片土浆料的黏度都是在同含量为35和剪切速率O-

4、1000S。的情况下测定的。1. 2. 3不同PH值下高岭土粘度测定将分别参加该两种分散剂的浆料配制好后篇 NaOH和HCl改变其PH值，用高 速分散机分散均匀后，再用旋转黏度计在 60r/min的转速下测定不同PH值下 的浆料黏度值。所有未剥片土浆料的黏度都是在固含量为50%勺情况下测定的,同时测定固含量为35%的空白样在不同PH值下的黏度值.2结果与讨论2. 1未剥片土的物理质量指标素剥片土樹理册擋斥項目-未料片土平均粒径pH Bl4 04Zeta,电J,喊192.2分散剂参加量对浆料黏度的影响图I和图2说明了来剥片土浆料黏度随分散剂性质和用量的变化而变化的关 系曲线。从图中可以看出，对于

5、参加不同的分散剂，高岭主浆料表达出的共同 趋势是：黏度先随分散剂的参加量增加而降低，不同的是：对参加六偏磷酸钠 的浆料来说，当黏度降低到一定数值后，变化不大，对加DC的浆料来说，黏度将一直随着参加量增加而降低。图I是未剥片土浆料黏度与分散剂六偏磷酸钠用量的关系曲线。如以下图， 随着分散剂的逐渐参加，从0. 01-0 . 70%，浆料黏度逐渐降低。这是因为六 偏磷酸钠是一种无视分散帮，其阴离子具有很高的负电荷，在高岭土浆料中， 它们解离出来的大量阴离子在高岭石侧面及底面的凹凸处通过与A13+离子作用,生成稳定的螯合物而产生特性吸附，使高岭石侧面产生高的负性外表电位，其 底面和侧面之间双电层作用的

6、总位能呈现出很强的排斥作用，从而使高岭土浆 料处于比拟稳定的分散状态。但是高岭石侧面由于断键而暴露出来的可供其吸 附的活性点有限，因而在高岭石外表的吸附和对浆料体系的分散能力是有限度 的；当其用量到达0. 30%时。浆料黏度到达最低值，再继续增加六偏磷酸钠 的用量，浆料黏度变化不大，说明此时分散剂六偏磷酸钠在高岭土颗粒外表的 吸附量和分散程度到达饱和。鉴于工艺本钱问题，分散剂的最正确分散剂用量 为0.30-0.50 %。由图1(a)可知，在分散剂刚量低于0.07 %时，参加六偏磷酸 钠的悬浮液的黏度要高于未加时的浆料黏度。这说明当其用量还未到达最正确 分散剂用量时，即用量缺乏时，分散剂的参加就

7、像浆料中引入了电解质一样， 反而会破坏浆料的双电层结构，影响浆料的静电平衡，从而形成大量的絮凝体， 导致浆料黏度有稍微的增加。如图2时参加聚丙烯酸钠浆料的黏度特性.从图中可以看出，当参加量为 0. 01%时，高岭土浆料黏度比未加分散剂时候有所升高。当继续增加分散剂用 量时，直达参加量到达0.70 %，浆料黏度没有骤然下降，而是逐渐下降。聚丙 烯酸钠是一种有机分散剂，在浆料较低的 pH值下，很少电离，而未电离的羧基 官能团与未剥片土颗粒外表的羟基之间形成氢键，高岭土外表有大量的羟基，因而能在高岭土颗粒外表产生较厚的物理吸附层，而它可以被分散介质溶剂化, 聚合物链以链状形式伸向介质中，这样不仅转变

8、了其边缘处电荷极性而使整个 颗粒外表带有大量的负电荷，并且产生强烈的空间位阻效应，大大增强了颗粒 间的排斥作用，从而形成比拟稳定的分散体系。与六偏磷酸钠相比，在浆料中分散剂浓度较低的情况下，聚丙烯酸钠对浆料 黏度的升高影响并不剧烈；当分散剂浓度升高的时候，浆料黏度也是个缓慢下 降的过程。这是和分散剂的分散机制相一致的。2001B00140010006002000200400 6008001000 6.00%1 05*0. 10%X0 30110.50% *am0200400600 »00 1QO0叩训谨犀也ZQQ 400600800 JOOO5、35需耒剧片土+DC高于笨加苛眩剂时兼

9、料 粘厭的用嶽335%未剧片上+為佚嵐瀬制咼丁诛如井散 刑时嬪料粘度的用堪>08o o Q4000501 1O8-10041ffil粘曜与町切環辜的关麻怖线e35Vfe 剥片土六占楝静钠tti未如甘耿利时笫斛 粘變前用前、* 0,* o.1 0. 10% + 0.301-0. 50* "Q. 70%60C2000冊 0400 600 BOO IW剪切m站厦与團切趣辛的蛙系仙线怙35弔未轴片上+DC 貳F*側分St削时集料剃顷的用軸2.3分散剂的参加对浆料PH值的影响如图3所示，六偏磷酸钠的纯水溶液 PH值随分散剂的参加不断下降，PH 值从六偏磷酸钠浓度为0.01%时的6.82下

10、降到0.7%时的5.88。这种现象是由 于随着六偏磷酸钠浓度的升高，离子强度有所增加，从而增强了Na与磷酸盐的结合，阻碍了 P-0的质子化作用。未剥片土的浆料 PH值为3.57，处于酸性范 围，六偏磷酸钠的参加使浆料 PH值先是在分散剂浓度为0.01-0.05%的范围内 有稍微的降低，在浓度为0.05-0.07%之间到达最低，而后随着离子浓度的增加 又有稍微的升高。这是因为六偏磷酸钠解离出的大量阴离子与AL3+离子作用，生成稳定的螯合物而产生特性吸附，降低了对浆料PH值的影响。当特性吸附到达饱和时，浆料中存在的一些没被吸附或者吸附较差的阴离子，发生质子化作 用导致浆料PH值又有所上升。连续流动

11、条件下浆料的流变性变化和所测量的 PH值之间有很好的一致性。 浆料PH值上升的开始对应着黏度开始下降的分散剂浓度。进一步提高分散剂的 参加量，未吸附的和弱吸附的负离子使高岭土悬浮液的 PH值上升。分敬制参加虽俱图3六偏纯水浦液浓度和5呢土浓六偏怀入盘浓度与曲值变化胎坡图4所示,DC纯水溶液的PH值随其浓度的变化曲线与六偏磷酸钠的相类似， 都是PH值随着分散剂浓度的升高而不断降低。而未剥片土浆料的PH值那么随着DC的不断参加先略有下降，到达一个最低值之后又逐渐升高，在浓度为 0.10-0.30%时到达PH值最低。六偏磷酸钠纯水溶液在测定浓度范围内PH值最大和最小值之间相差大约1左右，与之相比，聚

12、丙烯酸钠分散剂溶液的变化范 围只有0.5左右，其对高岭土悬浮液的PH值调节幅度也较六偏磷酸钠小。札SQ O1 O. 0307 O. 13 O. S O. 7分肚刺参加敷O0'图韦 X純水诰緬浓稚糊35%衆X参加翳诜程2.4PH值对浆料黏度的影响由图5可知，空白样浆料黏度随PH值在7-12之间变化而变化的情况； 浆料粘度随着PH值的增加而逐渐下降。当PH值增大到11时黏度到达最低，随 后黏度又有上升的趋势。高岭石属于 1： 1型的层状硅酸盐矿物，其底面那么带 恒定的负电荷，与介质PH值无关。而其侧面中的八面体 AL-OH键具有两性水解 的作用，在酸性介质中失去 OH-,外表带正电，浆料容

13、易絮聚；在碱性介质中， 络合OH-,外表带负电，颗粒间存在双电层排斥力，能够更好分散于浆料中。 未剥片土浆料初始PH值在酸性范围内，黏度较高。由图可知，在碱性条件下， 要使颗粒在水介质中足够分散，颗粒间必须保持足够的排斥力，颗粒外表必须 荷足够的负电，因此在PH>7时，随着PH值的增加黏度逐渐下降，在 PH值在 11左右时，浆料黏度不再下降，反而随着 PH值的继续升高而又稍微增大，说 明未剥片土浆料的PH值为11左右时，浆料有最正确分散效果。未剥片土在固含量50%勺情况下，分别参加0.3%DC和0.4%六偏磷酸钠的浆 料黏度随PH值的变化曲线如果5所示。当浆料处于酸性范围时，无论参加哪一

14、 种分散剂，浆料的分散性都较差，一方面因为 PH值较低时，高岭土外表越易荷 正电，即负电性减弱，颗粒间的静电吸引作用也相应增强，从而分散作用较差； 另一方面因为分散剂DC和六偏磷酸钠在较强酸性条件下很难电离，无法进行吸 附，从而使浆料黏度较高。因此要保持浆料的 PH值在碱性范围内分散剂才能有 更好的分散效果。在PH值为5左右时，两种浆料的黏度值根本上已到达最低值， 且两者相差不大，但随着PH值的不断升高，参加DC分散剂的浆料黏度随PH值 升高有稍微增大的趋势，而参加六偏磷酸钠的浆料黏度那么变化不大。这是由 于随着PH值的升高，浆料中含有大量的 OH离子，从而压缩所形成的双电层， 对浆料黏度产生一定的影响，而参加六偏磷酸钠的浆料比加DC的浆料更稳定。并且在相同PH值下，参加六偏磷酸钠的浆料黏度偏低，而且六偏磷酸钠比DC有更宽更稳定的PH值区域，那么六偏磷酸钠作为未剥片土的分散剂更为适宜。未剥芹3闊|来剥片土旳辭R316DC .En. 亠9 ".J-. “Z 斗 - -4 6 8 10 12 .曲值凰