鼎元6500滑石粉的特殊性質及其在造紙填料 、功能性材料和涂布顏料方面的應用。 滑石粉;造紙填料 ;樹脂吸附劑;涂布顏料 我國滑石儲量豐富, 質地優良 , 名列世界前茅, 是 世界上最大的滑石生產國之一 。我國滑石資源主要分 布于各個大省分 。滑石粉以其優良的耐 熱、潤滑、抗酸堿、絕緣等特性而被廣泛應用于涂料 、造 紙、軍工、陶瓷、塑料等行業。我國滑石粉產量的 50 % 以上用于造紙業 。主要用于造紙填料、樹脂吸附劑 ,少 量用于造紙涂布顏料 。

1 滑石粉結構及其特殊性質 滑石粉即水合硅酸鎂, 其理論分子式為 3MgO · 4SiO2 ·H2O 。它具有層狀結構,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 ;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的原因。滑石粉的層狀晶體結構 滑石粉有其獨特的性質:層狀結構 :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 ,在彩色紙的生產中, 滑石粉的加入 , 減少了染料 的消耗,有效地節約成本, 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:可降低對設備(成形網 、刮刀和 印刷機)的磨蝕 ,從而延長其使用壽命;化學惰性:不與 任何化學品反應 ,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 值變化不大。

這種化學惰性也使其對環境有利 。 2 滑石粉用作造紙填料 20 世紀 90 年代初 , 滑石粉在造紙領域使用的主 要技術意義仍是填料 ,占全國滑石消費總量的 60 %左 右。滑石粉白度高 、密度大、折光指數高, 作為造紙工 業的填料有其優點:化學性質穩定 ,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; 它的摩擦系數小(低于碳酸鈣), 可以延長抄紙網的使 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 90 年代末, 國內造紙工業由酸性造紙工 藝轉向中堿性抄紙, 同時由于碳酸鈣質優價廉 ,使其逐 漸取代了滑石粉在填料市場中的主導地位。 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 %。預計今后幾年仍會下降。 3 滑石粉用作功能性材料 在造紙工業中, 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 M gO · SiO2 , 滑石粉特殊的 層狀晶體結構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 質有接觸角外, 與其他大部分物質的接觸角在任何方， 滑石粉在造紙工業中的應用。因而易吸附有機物 。 滑石粉在樹脂控制方面的應用始于 20 世紀 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 很大的關系。純度越高, 越易發生層狀剝離, 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 目的高品質滑石), 呈 片狀薄層結構, 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。 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 在造紙工業中使用滑石粉已經有很長的歷史, 20 世紀初滑石粉首次被用作填料 。隨著造紙工業技術的 發展 , 1982 年滑石粉在芬蘭和法國被作為涂布顏料引 入工業試用 。此后 , 滑石粉就作為配料應用于凹印 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(壁紙和標簽紙)中 。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,涂層結構密 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比及其特殊性 ,國外有 關研究表明,高質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 ,生產中 、高檔涂布紙。 滑石粉用作涂布顏料的主要優勢[ 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 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定性。 滑石粉顆粒具有質軟 、多層和較低摩擦系數的特 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會使表面上產生應力作 用,從而會磨蝕印刷品的表面油墨層), 從而提高印刷 品質量;滑石的低摩擦因數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用容易引起油墨 堆聚和紙張掉毛 、掉粉。 4 .3 滑石粉在國內用作涂布顏料沒有普及的間接原因 國內凹版印刷還未普及。 九十年代以來, 滑石的開發利用主要以粗加工生 產為主,少數企業從事超細粉加工 ,表面修飾與改性復 合深加工則基本上仍未起步, 總體加工技術落后[ 4] 。 因此涂布級滑石粉質量較差。 近年 ,由于滑石粉應用領域的擴展 ,導致高品位滑 石價格的不斷上漲。 國內優質高嶺土資源較少 ,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, 如果用國產的滑石粉部分代替 進口的高嶺土生產涂布紙 ,既能節約資源,又能滿足涂 布印刷紙性能的不同需求 。 5 滑石粉在造紙工業中的發展趨勢 滑石自身特有的性能決定了它在造紙領域的特有 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, 而高品質滑石粉則將發揮其應有 的功能特性,最具經濟和技術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用。 改性滑石粉的應用: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 中產生的陰離子垃圾等。 高含鈣量滑石的開發應用:白度 95 %以上, 可用 于SC 紙、新聞紙和造紙涂料 。有關資料表明 , 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。