高岭土分散液流变性的初步研究_王成海

・9・《中国造纸》2007 年第 26 卷第 10 期• 高岭土流变性 •高岭土分散液流变性的初步研究王成海1　刘金刚1　陈　麒2(1. 中国制浆造纸研究院，北京，100020；2. 国家知识产权局专利局，北京，100088)摘　要：对2种高岭土(MMO1和Premium)的流变性进行了研究，探讨了固含量、分散剂用量以及pH 值对颜料分散液高剪切黏度的影响。

结果表明，MMO1的最佳分散剂用量为0.15％，Premium 的最佳分散剂用量为0.10％；要获得较好的高剪切特性，MMO1分散液pH 值应调至8.0以上，但不应太高，Premium 分散液pH 值也应调至8.6左右较好。

MMO1的固含量控制在68％左右较合适。

而Premium 固含量对高剪切黏度的影响较MMO1的明显，其分散液固含量一般控制在69％~70％。

关键词：流变性；高岭土；固含量；pH 值；分散剂中图分类号：TS727＋.3 文献标识码：A 文章编号：0254-508X(2007)10-0009-03高岭土作为一种主要涂布颜料，其分散液可看成胶体溶液，因此分散液的稳定性以及在稳定状态下的流动特性受多种因素的影响和制约。

本研究主要探讨了国内应用最为普遍的2种高岭土分散液的固含量、分散剂用量以及pH 值对分散液流变性的影响，通过测定分散液的高剪切黏度来表征其流变性的变化，同时对2种高岭土的特性进行比较。

1　实　验1.1　原料与试剂颜料：茂名MMO1，平均粒径约0.2 μm ，粒径小于2 μm 的粒子占99％；巴西面涂用Premium ，平均粒径约0.15 μm ，粒径小于2 μm 的粒子占99％以上。

试剂：DS-PS142分散剂(固含量42.16％，上海东升)；质量分数为10％的NaOH 溶液(配制)。

1.2　仪器及设备ACA V-A2超高剪切黏度仪(芬兰)；高速分散机(上海)；SediGraph 5000ET 颜料粒度检测仪(美国)；NDJ-5S 黏度计(上海)；model 211pH 计；325目标准筛。

1.3　实验方法1.3.1 颜料的分散根据相关资料[1]，按实验需要，MMO1的初始分散固含量定为69％，分散剂用量为0.12％(对绝干颜料，下同)；Premium 的初始分散固含量定为72％，分散剂用量0.04％。

颜料经分散后备用。

1.3.2　最佳分散剂用量的确定在一定固含量下分散高岭土：分散机转速3000~4000 r/min ，时间25 min 。

分散后的试样在 60 r/min 条件下测定黏度。

然后向分散液中加入分散剂，每次加入后分散2~3 min ，再测分散液黏度，黏度最低点时的分散剂用量为最佳用量。

1.3.3　最佳NaOH 用量的确定最佳分散剂用量下测定分散液pH 值，然后加入质量分数为10％ 的NaOH 溶液，每次加入后分散2~3 min ，再测分散液黏度和pH 值，黏度最低点时的NaOH 用量为最佳用量。

1.3.4　分散液剪切黏度的测定称取一定量分散液，经325目标准筛筛选后，用NDJ-5S 黏度计在60 r/min 下测定低剪切黏度。

用ACA V-A2超高剪切黏度仪测定高剪切黏度。

2　结果与讨论2.1　最佳分散条件的确定2种高岭土分散液低剪切黏度与分散剂用量的关系如图1和图2所示。

由图1和图2可见，随分散剂用量的增加，2种高岭土分散液的黏度都是先减小后增大。

这是因为在初始阶段，分散剂电离出的负离子吸附到颜料粒子表面，使分散液中的电荷重新分配，形成复合双电层。

随着分散剂用量的增加，颜料粒子表面会吸附更多的负电荷，增加扩散层的厚度，粒子间的斥力增强，降低了分散液的黏度，有效防止粒子的絮凝。

但粒子对电荷的吸附作用总是有限的，随着分散剂用量的增收稿日期：2007-05-23(修改稿)作者简介：王成海先生，在读硕士研究生；研究方向：纸张涂布工艺。

China Pulp & Paper Vol.26, No.10, 2007・10・加，过量的分散剂会提高分散液中电解质的浓度，压缩扩散层，导致扩散层厚度降低。

粒子间的斥力作用减弱，增加了分散液的不稳定性以及黏度的上升[2-3]。

实验结果也说明Premium 的分散性要优于MMO1，这可能是由于颜料粒子形态以及粒径分布不同造成的。

图1和图2还表明，MMO1最佳分散剂用量为0.13％，Premium 的最佳分散剂用量为0.08％。

但一般来说，为防止颜料在后序的混合和配料过程中分散剂的不足，通常适当增加分散剂用量。

因此，MMO1和Premium 的适宜最佳分散剂用量分别为0.15％和0.10％。

最佳NaOH 用量测定的实验结果显示，MMO1和Premium 分散液加入碱后黏度都上升，即不需要调碱。

2.2　分散液高剪切黏度2.2.1　固含量对高剪切黏度的影响不同固含量下2种高岭土分散液的高剪切黏度如图3和图4所示。

由图3和图4可知，黏度与固含量密切相关。

随着固含量增大，2种高岭土分散液的高剪切黏度均上升，这是由于固含量增大，单位体积内的粒子数目增多，粒子相互间距减小而作用力增强的缘故。

而在某一固含量下，分散液高剪切黏度都是先增加后减小，最后趋于牛顿型的稳定状态。

这是因为开始时分散液粒子处于杂乱无序状态，受到剪切作用时粒子作用剧烈，表现为黏度升高。

在剪切力作用下，粒子逐渐呈层状排列，更容易互相流动，使得黏度下降。

一旦分散液粒子排列成剪切层面，分散液就会具有稳定的牛顿黏度。

对于MMO1分散液，固含量为68.17％和67.68％时，高剪切黏度随剪切速率的变化相对比较平缓，因此，MMO1的固含量控制在68％左右比较合适。

而对于Premium 分散液，固含量对高剪切黏度的影响较MMO1的明显，综合考虑各种因素，分散液固含量控制在69％~70％时较容易操作。

2.2.2　分散剂用量对高剪切黏度的影响分散剂用量对高剪切黏度的影响如图5和图6所示。

如前文所述，对于2种高岭土分散液来说，总的趋势是随着分散剂用量的增加，高剪切黏度降低。

原因可能是分散剂的过量加入会导致分散液中电解质浓度升高，进而导致粒子周围的扩散层变薄，增加了粒子周围的自由水，当受到高剪切作用时，粒子间相对移动的阻力减小，从而高剪切黏度下降。

与MMO1分散液相比，分散剂用量对Premium 分散液的高剪切黏度的影响更为显著。

图3　不同固含量下MMO1分散液的高剪切黏度图4　不同固含量下Premium 分散液的高剪切黏度图5　不同分散剂用量下MMO1分散液的高剪切黏度图2　不同分散剂用量下Premium 分散液的低剪切黏度图1　不同分散剂用量下MMO1分散液的低剪切黏度黏黏・11・《中国造纸》2007 年第 26 卷第 10 期2.2.3　pH 值对高剪切黏度的影响最佳分散剂用量下，pH 值对高剪切黏度的影响如图7和图8所示。

图6　不同分散剂用量下Premium 分散液的高剪切黏度由图7和图8可见，总体来说，虽然随着pH 值的升高，2种高岭土分散液的高剪切黏度均呈下降趋势。

但是，当pH 值增大到一定程度后，高剪切黏度随pH 值升高而下降的幅度较小。

另外考虑到pH 值过高，会使体系中的电解质大幅度增加，从而增加了颜料粒子絮凝的几率。

因此，对于高岭土分散液来说，适当调节碱用量对降低高剪切黏度有益。

其中，MMO1分散液pH 值应调至8.0以上，但不应太高；Premium 分散液pH 值调至8.6左右较好。

3　结　论3.1　MMO1和Premium 对DS-PS142分散剂的最佳用量分别为0.15％、0.1％；随着分散剂用量的增加，颜料分散液的高剪切黏度一直下降。

3.2　MMO1和Premium 的分散固含量一般分别为64％~69％、68％~72％；分散液的高剪切黏度均随固含量的增加而升高，综合考虑各种因素，MMO1的固含量控制在68％左右较合适。

而对于Premium ，固含量对高剪切黏度的影响较MMO1的明显，分散液固含量控制在69％~70％比较好。

3.3　适当调节碱用量对降低高岭土分散液的高剪切黏度有益。

其中，MMO1分散液pH 值应调至8.0以上，但不应太高；Premium 分散液pH 值调至8.6左右较好。

参　考　文　献[1]　Esa Lehtinen. 纸张颜料涂布与表面施胶[M]. 曹邦威, 译. 北京: 中国轻工业出版社, 2005[2]　颜进华, 陈克复. 分散剂对颜料分散液流变特性的影响[J]. 中国造纸学报, 1995, 10(2): 84[3]　Paper Coating Additives[M]. Georgia:Mc Daniel Printing Company,1978The Investigation of Rheological Property of Clay SlurryWANG Cheng-hai 1,*　LIU Jin-gang 1　CHEN Qi 2（1. China National Pulp and Paper Research Institute，Beijing，100020；2. State Intellectual Property Office of the People's Republic China，Beijing，100088）( * E-mail:zhuwaiyun810@)Abstract ：The rheological properties of two types of clay were studied in the lab ，the effects of solid content , dosage of dispersant and pH on low shear rate viscosity and high shear rate viscosity of the slurries were investigated . The results showed that the optimum addition of dispersant for MMO1 is 0.15％(wt ％), while for Premium is 0.08％ . In order to get better high shear rate property , the pH of the slurry containing MMO1 should maintain over 8.0, and the pH of Premium slurry should be about 8.6. The solid content of the slurry containing MMO1 is better to control at 68％, and for the slurry containing Premium is 69％~70％ .Key words ：rheology ；clay ；solid content ；pH value ；dispersant (责任编辑：郭彩云)CPP图8　不同pH 值下Premium 分散液的高剪切黏度注　固含量70％。