我國滑石粉產(chǎn)量的50% 以上用于造紙業(yè)。主要用于造紙?zhí)盍?、樹脂吸附?少量用于造紙涂布顏料。

1滑石粉結(jié)構(gòu)及其特殊性質(zhì)

滑石粉即水合硅酸鎂,其理論分子式為3MgO· 4SiO2·H2O。它具有層狀結(jié)構(gòu),共分三層,中間是一個八 面體的MgO層,上下均為四面體的硅石層[1];滑石粉的 兩個-OH基在里面,因此,其表面具有疏水性。這是滑 石粉具有不同于其他顏料特殊性質(zhì)的原因。

滑石粉在造紙工業(yè)中的應(yīng)用

滑石粉有其獨特的性質(zhì):層狀結(jié)構(gòu):滑石粉的層間 范德華力較弱使其在研磨時容易裂為薄層;疏水性(親 油性):即較低的表面能,有機物易吸附到它的層狀表 面上,在彩色紙的生產(chǎn)中,滑石粉的加入,減少了染料 的消耗,有效地節(jié)約成本,另外,它的表面親油性使其 可用作樹脂、膠黏劑控制劑和廢紙脫墨劑;柔軟性:使 涂層表面平滑、柔順,可減少涂層的斷裂,降低印刷壓 力等;較低的摩擦因數(shù):可降低對設(shè)備(成形網(wǎng)、刮刀和 印刷機)的磨蝕,從而延長其使用壽命;化學(xué)惰性:不與 任何化學(xué)品反應(yīng),也不受其他任何助劑的影響,與其它 涂料組分有很好的兼容性,也意味著對pH值變化不 敏感,這種化學(xué)惰性也使其對環(huán)境有利。

2滑石粉用作造紙?zhí)盍?/p>

20世紀(jì)90年代初,滑石粉在造紙領(lǐng)域使用的主 要技術(shù)意義仍是填料,占全國滑石消費總量的60%左 右。

滑石粉白度高、密度大、折光指數(shù)高,作為造紙工 業(yè)的填料有其優(yōu)點:化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不但適于在酸性條 件下抄紙,也可與碳酸鈣配合使用在中性條件下抄紙; 它的摩擦系數(shù)小(低于碳酸鈣),可以延長抄紙網(wǎng)的使 用壽命,也適于高車速紙機;它是片狀粒子,有利于在 紙頁中存留和改善紙張不透明度、平滑度和印刷適性; 表面具有親油性,可以吸附有機物,在作為填料的同 時,也收到了免除樹脂障礙的效果,在廢紙脫墨中有助 于油墨的脫除,這是高嶺土和碳酸鈣填料所不能比擬 的;可以與施膠劑結(jié)合良好而改善施膠劑留著,并能減 輕紙頁的吸收性,防止印刷油墨滲透紙頁。

20世紀(jì)90年代末,國內(nèi)造紙工業(yè)由酸性造紙工 藝轉(zhuǎn)向中堿性抄紙,同時由于碳酸鈣質(zhì)優(yōu)價廉,使其逐 漸取代了滑石粉在填料市場中的主導(dǎo)地位。2002年 CaCO3總消費量124萬t,超過滑石粉,而滑石粉的市 場占有率由2001年的41. 3%下降到2005年的 23.5%。預(yù)計今后幾年仍會下降[2]。

3滑石粉用作功能性材料

在造紙工業(yè)中,低、中檔滑石粉仍將作為重要的填 料使用,而高檔滑石粉由于其價格較高,主要作為功能 性材料使用。如:樹脂吸附劑、廢紙脫墨助劑等。這方 面美國消費量最多,其市場潛在需求量很大。

滑石粉的主要成分是MgO·SiO2,滑石粉特殊的 層狀晶體結(jié)構(gòu)使得其表面具有疏水親油性。此外,滑 石粉除了和水、甘油、甲酸、苯胺等表面張力較大的物 質(zhì)有接觸角外,與其他大部分物質(zhì)的接觸角在任何方向都是0,因而易吸附有機物。

滑石粉在樹脂控制方面的應(yīng)用始于20世紀(jì)60年 代。目前,滑石粉用于樹脂和膠粘物的控制已遍及全 世界。每年30萬t以上是消耗在這一用途上,這一用 量還在增加。其原理是:滑石粉表面具有親油性,能夠 吸附樹脂,把它加入到漿液中就能使新游離的尚未聚 集的薄膜狀樹脂吸附到它扁平形的表面上,降低樹脂 表觀能量,使樹脂失去其特有的黏性,從而抑制樹脂的 粘附、聚結(jié)和沉積。

滑石粉的純度、粒度以及濃度與控制樹脂沉積有 很大的關(guān)系。純度越高,越易發(fā)生層狀剝離,親油性表 面越多,效果就越好。粒度越小,比表面越大,表面能 也越大,其吸附能力就越大。濃度增加,則滑石粉吸附 樹脂的量呈直線增加。一般來講,用于控制樹脂沉積 的微細滑石粉(細度不低于800目的高品質(zhì)滑石),呈 片狀薄層結(jié)構(gòu),其吸附樹脂效率高達90%以上。

滑石粉在廢紙脫墨中的作用機理是當(dāng)廢紙進行脫 墨處理時,可以使用滑石粉吸附油墨和其它有機物質(zhì)。 滑石粉在浮選脫墨過程中,能聚集在泡沫和油墨的周 圍,然后通過篩選和凈化,使油墨和有機物質(zhì)同滑石粉 一起從纖維中分離出去。

4滑石粉用作涂布顏料

在造紙工業(yè)中使用滑石粉已經(jīng)有很長的歷史,20 世紀(jì)初滑石粉首次被用作填料。隨著造紙工業(yè)技術(shù)的 發(fā)展,1982年滑石粉在芬蘭和法國被作為涂布顏料引 入工業(yè)試用。此后,滑石粉就作為配料應(yīng)用于凹印 LWC紙、涂布不含機械木漿紙(無光和亞光涂布紙)和 特種涂布紙(壁紙和標(biāo)簽紙)中。

滑石粉在造紙工業(yè)中的應(yīng)用 

由圖2和圖3可見,高嶺土和滑石粉顆粒為片狀。 片狀顏料可賦予涂層良好的纖維覆蓋率和較高的平滑 度;由于其顏料粒子在涂層中有序的排列,涂層結(jié)構(gòu)密 實,從而可提高印刷光澤度、降低涂層透氣度。

由于滑石具有較大的形態(tài)比及其特殊性,國外有 關(guān)研究表明,高質(zhì)量的滑石加工品可以大比例或全部 代替水選高嶺土用于涂料顏料,生產(chǎn)中、高檔涂布紙。

4.1滑石粉用作涂布顏料的主要優(yōu)勢[3]

滑石粉可提高涂布紙白度、不透明度、平滑度和印 刷光澤度,賦予紙張較高的吸墨性。

作為高形態(tài)比的涂布顏料,滑石粉具有卓越的纖 維覆蓋能力及很好的印刷效果,也可改善凹版印刷質(zhì)量。

與高嶺土混合使用,可改變涂料流變性,呈剪切稀 化的假塑性流動。能配制高固形物含量的涂料,該涂 料能具有良好的流變性和穩(wěn)定性。

滑石粉顆粒具有質(zhì)軟、多層和較低摩擦系數(shù)的特 性,從而降低摩擦作用和提高耐磨蝕性,它能改善無光 澤涂布紙的油墨磨損問題(在印刷品的加工過程中,紙 張自重和紙張間的相互摩擦?xí)贡砻嫔袭a(chǎn)生應(yīng)力作 用,從而會磨蝕印刷品的表面油墨層),從而提高印刷 品質(zhì)量;滑石的低摩擦因數(shù)使紙層間更易滑動而減少 紙芯的斷裂,保證了凹印紙卷有好的卷繞質(zhì)量,也可改 善印刷機運行性能。

滑石粉具有特殊的潤滑性,由其制成的涂布紙在 壓光機上可獲得高整飾度并可減少涂料中潤滑劑的使 用量。

硬度低,磨耗較小,有利于刮刀涂布。

4.2滑石粉的主要缺點

滑石粉由于其疏水性,在制備涂料時很難潤濕和 分散,制成的涂料也呈剪切膨脹性。

滑石粉在膠版印刷涂布紙中的應(yīng)用容易引起油墨 堆聚和紙張掉毛、掉粉。

4.3滑石粉在國內(nèi)用作涂布顏料沒有普及的間接原因 國內(nèi)凹版印刷還未普及。

九十年代以來,滑石的開發(fā)利用主要以粗加工生 產(chǎn)為主,少數(shù)企業(yè)從事超細粉加工,表面修飾與改性復(fù) 合深加工則基本上仍未起步,總體加工技術(shù)落后[4]。 因此涂布級滑石粉質(zhì)量較差。

近年,由于滑石粉應(yīng)用領(lǐng)域的擴展,導(dǎo)致高品位滑 石價格的不斷上漲。

國內(nèi)優(yōu)質(zhì)高嶺土資源較少,而且大部分是棒形(不 適于涂布),涂布用片狀高嶺土大部分是從國外進口, 價格較高;而國內(nèi)滑石粉資源豐富,雖然滑石粉和高嶺 土在各自使用的難易和效果上有差別,但它們的用途 基本上是可以互替的,如果用國產(chǎn)的滑石粉部分代替 進口的高嶺土生產(chǎn)涂布紙,既能節(jié)約資源,又能滿足涂 布印刷紙性能的不同需求。

5滑石粉在造紙工業(yè)中的發(fā)展趨勢

滑石自身特有的性能決定了它在造紙領(lǐng)域的特有 地位。

從今后造紙用途的前景分析,低檔滑石粉仍將作 為重要的填料使用,而高品質(zhì)滑石粉則將發(fā)揮其應(yīng)有 的功能特性,最具經(jīng)濟和技術(shù)價值的用途是在特種紙、 樹脂和膠黏劑吸附劑以及造紙涂料顏料中應(yīng)用。 改性滑石粉的應(yīng)用:對滑石粉進行表面處理,使其 陽離子化,可提高其吸附性,如可更好地吸附造紙過程 中產(chǎn)生的陰離子垃圾等。 高含鈣量滑石的開發(fā)應(yīng)用:白度95%以上,可用 于SC紙、新聞紙和造紙涂料。有關(guān)資料表明,用于填 料時比單一使用GCC有更為理想的不透明度、白度和 填料保留率,亦可減少陰離子沉積物。也可用于造紙 涂料,提高紙頁涂層白度、平滑度、印刷適性和涂料的 保水性。

黑滑石的開發(fā)研究:經(jīng)煅燒超細后,白度可達到 94%以上,改變了其原有的疏水性,使顏料具有更好的 配伍性?？捎糜谠旒?zhí)盍虾屯苛?代替部分TiO2和 煅燒高嶺土。