如何準(zhǔn)確測定活性碳酸鈣粉體粒度分布？
活性碳酸鈣作為塑料、橡膠、涂料等行業(yè)的主要填充料，因其分散性能好、使用方便已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。評價活性碳酸鈣質(zhì)量優(yōu)劣的技術(shù)指標(biāo)主要為吸油量和粒度分布，其中粒度分布差異將直接影響制品的機(jī)械性能和表面質(zhì)量。
目前活性碳酸鈣粒度測試方法主要為激光粒度法，采用標(biāo)準(zhǔn)推薦測試方法時發(fā)現(xiàn)[3]：由于活性碳酸鈣親油疏水，采用乙醇浸濕后的活性碳酸鈣粉體不易在水介質(zhì)中實現(xiàn)良好分散。因此，建立一種簡單、適應(yīng)活性碳酸鈣粒度分布的檢測方法，對指導(dǎo)工藝改良和生產(chǎn)質(zhì)量控制具有實際意義。
本文采用熱分析儀分別對兩種不同改性劑包覆的活性碳酸鈣進(jìn)行熱分解實驗，通過對活性碳酸鈣表面的改性劑進(jìn)行分解脫除，實現(xiàn)用激光粒度分析儀直接測定活性碳酸鈣粒度分布的目的。
1 實驗部分
1.1 儀器、樣品與試劑
儀器：法國setram 公司labsys evo 熱分析儀；英國Malern 公司Mastersizer 2000 激光粒度分析儀；樣品：活性碳酸鈣，1# 樣品（偶聯(lián)劑表面包覆），2# 樣品（硬脂酸表面包覆）；實驗用水為Millipore Q 純水機(jī)生產(chǎn)的一級純水。
1.2 實驗方法
1.2.1 熱分析方法
分別稱取約20mg 活性碳酸鈣樣品（1#、2#），放入氧化鋁熱分析坩堝。熱分析儀參數(shù)： 載氣N2 流量20mL/min；升溫范圍：室溫～600℃；升溫速率：10℃/min。
1.2.2 激光粒度分析方法
稱取少量樣品，放入分散器（分散介質(zhì)：一級純水）內(nèi)分散，濃度以不超過儀器遮光度20%。如有必要需超聲數(shù)分鐘，待遮光度穩(wěn)定后開始進(jìn)行粒度測試。
2 結(jié)果與討論
2.1 熱分解實驗
選取兩種不同改性劑包覆的樣品進(jìn)行熱重試驗，結(jié)果見圖1、圖2。從實驗結(jié)果看：1# 樣品在溫度范圍39.24℃～167.49℃出現(xiàn)一次失重?zé)岱纸?，失重率?.14%，顆粒表面的吸附水脫出；227.00℃～376.79℃出現(xiàn)第二次失重，應(yīng)是因庫侖力物理吸附在碳酸鈣粉體表面的偶聯(lián)劑脫出，失重率為0.12%；400.37℃～550.21℃出現(xiàn)第三次失重，偶聯(lián)劑與碳酸鈣之間的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂、分解脫出，失重率為0.65%；自550.21℃后碳酸鈣開始分解。
2#樣品在溫度范圍73.81℃～179.48℃出現(xiàn)一次失重?zé)岱纸?，失重率?.045%，顆粒表面的吸附水脫出；215.79℃～277.52℃出現(xiàn)第二次失重，應(yīng)是因庫侖力物理吸附在碳酸鈣粉體表面的改性劑脫出，失重率為0.04%；310.72℃～552.30℃出現(xiàn)第三次失重，改性劑與碳酸鈣之間的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂、分解脫出，失重率為0.56%；自550.21℃后碳酸鈣開始分解。
由于碳酸鈣分子和包覆的改性劑大分子之間的化學(xué)鍵力要小于碳酸鈣分子內(nèi)部的晶格鍵合力，所以碳酸鈣表面包覆的改性劑首先發(fā)生分解脫出后碳酸鈣才開始分解，這與熱重實驗結(jié)果相吻合。
2.2 粒度分析實驗
2.2.1 樣品預(yù)處理
由于活性碳酸鈣難以在水分散介質(zhì)中進(jìn)行粒度試驗，現(xiàn)對活性碳酸鈣樣品進(jìn)行熱處理，將表面改性劑脫除。根據(jù)表面改性劑的脫出溫度和碳酸鈣分解溫度，將熱處理溫度設(shè)置為450℃、500℃、550℃，保溫時間為30min。將不同熱處理溫度下的1#、2# 樣品按照激光粒度分析的操作方法重復(fù)測試5 次，5 次測試結(jié)果的平均值和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD 見表1、圖3、圖4。結(jié)果顯示，5 次粒度分布重復(fù)測試的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD 均小于5%，這表明樣品粒度測試的結(jié)果具有良好的重復(fù)性。
2.2 粒度分析實驗
2.2.1 樣品預(yù)處理
由于活性碳酸鈣難以在水分散介質(zhì)中進(jìn)行粒度試驗，現(xiàn)對活性碳酸鈣樣品進(jìn)行熱處理，將表面改性劑脫除。根據(jù)表面改性劑的脫出溫度和碳酸鈣分解溫度，將熱處理溫度設(shè)置為450℃、500℃、550℃，保溫時間為30min。將不同熱處理溫度下的1#、2# 樣品按照激光粒度分析的操作方法重復(fù)測試5 次，5 次測試結(jié)果的平均值和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD 見表1、圖3、圖4。結(jié)果顯示，5 次粒度分布重復(fù)測試的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD 均小于5%，這表明樣品粒度測試的結(jié)果具有良好的重復(fù)性。
450℃處理后，粒度分布出現(xiàn)“拖尾”現(xiàn)象，表明表面包覆的活性劑未完全分解脫出。相對于500℃的處理溫度，550℃處理溫度下的樣品粒度要略有降低，這可能是碳酸鈣在550℃下發(fā)生了少量的分解所致。分析表明，熱處理溫度設(shè)置在500℃較為合適，此時的粒度分布呈單峰，無拖尾現(xiàn)象發(fā)生。
2.2.2 熱處理前后的粒度差異性分析
從熱重試驗結(jié)果看，改性劑的用量不到樣品質(zhì)量的1%，而粒度測試的偏差要求不大于5%，所以活性碳酸鈣樣品熱處理前后粒度分布的變化差異可忽略不計。
3 結(jié)論
將活性碳酸鈣加熱至500℃，保溫30min 進(jìn)行處理后，再用激光粒度分析儀直接進(jìn)行粒度分布的測定是可行的。該方法操作簡便，重復(fù)性好，為激光粒徑法測定活性碳酸鈣的粒度分布提供借鑒和參考。
2.2.2 熱處理前后的粒度差異性分析
從熱重試驗結(jié)果看，改性劑的用量不到樣品質(zhì)量的1%，而粒度測試的偏差要求不大于5%，所以活性碳酸鈣樣品熱處理前后粒度分布的變化差異可忽略不計。
3 結(jié)論
將活性碳酸鈣加熱至500℃，保溫30min 進(jìn)行處理后，再用激光粒度分析儀直接進(jìn)行粒度分布的測定是可行的。該方法操作簡便，重復(fù)性好，為激光粒徑法測定活性碳酸鈣的粒度分布提供借鑒和參考。
來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng)
