【doc】 滑石粉的性质及其在造纸中的作用

【doc】 滑石粉的性质及其在造纸中的作用 滑石粉的性质及其在造纸中的作用 雾嗣 滑石粉的性质及其在造纸中的作用 滑石粉的性质爱其在造纸中的作用 滑石粉是一种具有层状结构的 硅酸镁水合物,共分三层,中间是一 个八面体的MgO层,上下均为四面 体的硅石层.这种结构是滑石粉具 有不同于其它颜料的特殊性质的原 因.它的柔软,层状,亲油和化学惰 性相结合的特点使其成为一种独特 的矿物.也为其在一些特殊应用中 打开了门户. 1O 体si层 00 00H 41’Si -Mg 图1滑石粉结构图 滑石粉可以改善脱水,减少网 子的磨蚀.提高留着率,延长切纸刀 的寿命.并减少SC凹版印刷纸生产 过程中纸芯的断裂.此外,它所具有 的树脂和胶粘物控制的功能可以减 少粘性沉积的产生,并可提高纸机 的运行性能.对纸张的质量来说,滑 石粉可以提高纸页的平滑度和适印 性,也可以加深彩色纸的色度,且具 有比其它填料更小的强度影响. 1柔软性影响纸的生产过程和纸 张的面性质 当颜料用量较高或当被用于表 面时,矿物的硬度就十分重要.造纸 中所用的大部分颜料的Mohs硬度 为2~3,但滑石粉例外,其Mohs硬 度可能是最低的,仅为1.与其层状 结构相结合,这种柔软性对降低磨 蚀十分有效,当使用一定大小的球 32 周林杰,王立军,陈夫山 (天津科技大学制浆造纸工程系,天津300222) 中图分类号:TS727,6文献标识码:B 状颜料时.这些球状颗粒会嵌在矿 物薄片的孔隙中,从而导致网子的 严重磨蚀,而层状结构的颜料就不 会这样.此外.由于网子和矿物薄片 之间摩擦的减少.使得网子的磨蚀 也大大降低,哪怕是少量的片状颜 料也能显着降低网的磨蚀. 网子—— 有孑L的瓷上薄片 图2网子受颜料的磨蚀作用 滑石粉作为可能选择的最柔软 的填料,对网子的磨蚀最小.在 Einlehnerl000磨蚀测试中.纯的滑 石粉磨蚀量为3—7mg,而白垩和粘土 各为1o~15mg和12Omg.当然这些 值也与颗粒大小和产品中的杂质含 量有关,如石英和其它硬的,磨蚀作 用较强的矿物.当用Einlehner2000 进行测试时,滑石粉与其它矿物的 磨蚀量差别就更为显着. 除了这个由滑石粉的柔软性所 带来的有效降低成本的好处之外. 它对纸张表面性质也有影响.滑石 粉加填或涂布的纸张往往非常平 滑,也很柔顺,并且这一平滑的表面 与滑石粉的层状结构相结合可降低 表面摩擦.以下是两个常见的例子: 标签纸:大大延长了切纸刀的 寿命,且在死切过程中也有抗阻挡 作用. 纸卷:由于纸层问更易滑动而 减少了纸芯的断裂,SC凹版印刷纸 厂家更注意利用这一点. 2层状结构对造纸过程的作用 滑石粉的层状结构除了可以减 少磨蚀以外,还有其它一些作用: ?提高填料留着率在造纸过 程中,层状结构能在纤维问更好的 留着.因为一个片状颗粒不能象球 状颗粒那样轻松的穿过纤维网状结 构.而被留着下来.提高了一次留着 率.从而节省了助留剂用量,减少了 白水中的灰分含量,大大降低了成本. ?减少两面差由于较少的颗 粒被水从纸页内部带走,减少了纸 页内部的运动,从而使得成形后纸 页中的矿物分布变得更好.减少了 两面差.提高了纸张的质量. 使用滑石粉的另一个原因是由 它的亲油性和层状结构所带来的界 面作用.滑石粉的组成和颗粒大小 的特性,减少了水向纸张内部的渗 透.在有些应用中,它还与其它特殊 的化学品配合使用. 2.1滑石粉用于涂布颜料的主要 优点 1)高自然白度,一般不需化学 漂白,加工成本低. 2)可提高涂布纸表观白度,柔 软性,平滑度,提高或保持纸页光泽. 3)赋予纸张良好的印刷适性和 操作性. 4)能配制高固形物含量的涂 料,该涂料能具有良好的流变性和 稳定性. 5)由其制成的涂布纸在压光机 上可获得高整饰度.并可减少涂料 中润滑剂的使用量.国外的涂布级 滑石粉近年在高光泽纸中的使用. 由南连纸2005年34卷第6期 滑石粉的性质及其在造纸中的作用 罩j:用 由于受到GCC的冲击,增长缓慢, 但在低光泽涂布纸和纸板以及软质 涂层要求的纸种方面,仍居重要地 位. 研究表明:涂料用滑石粉颗粒 的晶型应以片状为佳.它有利于涂 层的有序排列,减少成纸光泽损失, 提高平滑度,使涂料获得适宜的流 变性能. 3亲油表面产生的特殊作用 除了柔软性.滑石粉的另一个 独特性质便是其表面的亲油/憎水 性,它较低的表面能,使得有机物易 吸附到它的层状表面上.在彩色纸 的生产中,滑石粉的加入,减少了染 料的消耗,有效地节约了成本.在获 得相同色度的情况下可节省20%的 染料;换句话说,等量染料可得到更 高的色度. 当染料被滑石粉固定后,它在 纸页的XY方向和Z向的分布将更 为均匀,可以消除或减小两面差.此 外.更多的染料留在了纸页中,白水 中的染料就减少了,从而降低了排 水负荷,同时也加快了纸页在纸机 上的变色. 同时.滑石粉可在化学制浆厂 用于对阔叶木和针叶木的硫酸盐法 和亚硫酸盐法制浆过程中的树脂控 制…,也可用于机械浆和脱墨浆的 生产过程中.可在新闻纸,超级压光 纸(SC),低定量涂布纸(LWC),非木 材印刷纸,薄页纸以及纸板生产中, 用以解决胶粘杂质问.它还可用 于特种纸的生产. 滑石粉的表面亲油性是它被用 作树脂和胶粘物控制剂的原因.用 叔胺或季铵处理滑石粉,然后加入 到浆料中,通过把树脂和胶粘物固 定到滑石粉上予以除去.另外滑石 粉携带的阳电荷还可以中和浆料悬 浮液中所含的溶解和胶体阴离子, 即通常所说的阴离子垃圾.尽管任 何一种季铵在目前的研究中都能应 用,但是通常选用以下两种:聚二烯 丙基二甲基氯化铵(Poly—DAMAC) 和聚胺(Polyamine,PA).所用的聚 胺分子是直链的.分子量大约100 万.叔胺一般选用聚乙烯亚胺 (Polyethyleneimine,PEI),分子是球 形的,分子量在100万左右.比较用 Poly—DAMAC,PA和PEI作为阳离 子化剂,结果表明PA效果最好[2]. 一 般用于树脂和胶粘物控制的 滑石粉的质量比填料用滑石粉更 好.这使得其效率更高.因而用量就 减少了.填料用滑石粉不具有用于 树脂控制的滑石粉那么好的效果, 故其用量较高.沉积问题的减少也 改善了纸机的运行性能.纸机运行 性能的另一个影响因素是纤维的脱 水速率.滑石粉比其它填料更具亲 油/憎水的特性使得水更快,更容易 从纤维上脱掉,从而提高了车速. 滑石粉的这一特殊性质使其具 有了另一种特殊的用途,如:造纸和 其他工业中的污泥处理.滑石粉常 被用于处理废水中的污泥,通过絮 凝和重力沉降的方法.当使用滑石 粉时,这一作用与吸附机理相结合 可使废水变得更干净. 4滑石粉具有很好的留着和增强 作用 柔软性所带来的低磨蚀性是滑 石粉的另一优点.一般地,颜料颗粒 的粗度对网子的磨蚀是有害的.但 是对于滑石粉,更高的粗度对磨蚀 的影响也:不会很大.由于滑石粉的 这种粗大颗粒的存在使它对强度性 能的影响比其它更细的填料还小, 因此填料用量增加后纸张的耐破度 和抗张强度变化不大,并由此而节 约了成本.这种颗粒大小分布的第 二个作用是提高了纸页中粗大颗粒 的留着.进而使得纸厂中的灰分循 环量减少,废水中灰分含量也减少, 并最终提高了填料留着率. 5滑石粉的惰性使无故障控制成 SouthWestPulpAndPaper2005.Vo1.34,No.6 为可能 滑石粉具有绝对的化学惰性. 不与任何化学品反应.也意味着对 pH值变化不敏感.因此.在酸性或 中性条件下都可以添加,此外,它也 不受所加入的酸或碱,漂白化学品 或其它任何助剂的影响.这种化学 惰性也使其对环境有利,因为它不 会干扰水体.且在土壤中也是中性 的.在工厂的废水处理车间中.它 不会与任何细菌作用,有利于水的 净化. 6结语 滑石粉是最柔软的矿物.它的 柔软性可以降低网子的磨蚀,延长 切纸刀的寿命,减少纸芯的断裂.并 使纸张更为柔滑.滑石粉的层状特 性可以提高填料的留着率.同时使 其在纸页中的分布更为均匀.此外, 它的阻挡作用很小可以提高纸张表 面的平滑度,从而提高了凹版印刷 适性. 滑石粉的表面亲油性有助于降 低彩色纸的染料用量和两面差.滑 石粉较低的表面能也是它之所以能 减少树脂和胶粘物引起的沉积的原 因.加快纸页脱水和改善水的净化 是其亲油性所带来的另外两个作 用.更粗大颗粒的留着(与其它填料 相比).使得其在纸页中的留着率提 高.且对纸张的强度性能影响很小. 滑石粉的化学惰性使其成为一 种非常独特的矿物,一种在工厂循 环中不与任何化学品反应的矿物, 并且对水和土壤也没有影响.这种 化学惰性加上它无毒的特性使其在 各种操作和贮存中都是安全的. 以上优点的结果便是:随着酸性 造纸向中碱性造纸转变,尽管滑石粉 在湿部加填中的用量逐渐减少.但它 仍被大量应用于造纸工业中. 参考文献 [1]何凤鸣,童建平.滑石粉——解决树脂和 胶牯物的新办法.西南造纸,2002,(2): 29—31. 『2]US.Patent.US2003143144,2003—07—31 33