造纸涂布高岭土的黏度特性_赵丽红

［２ ］亓春英，刘星，周跃飞．高岭土的综合利用与开发前景［Ｊ］．昆明理工 大学学报：理工版， ２００３（２）：４２７．
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［４ ］喻智． 高岭土粘度的测 试 方 法 和 影 响 因 素 及 改 善 高 岭 土 粘 度 指 标的生产实践［Ｊ］． 上海造纸，１９９５， ２６（ １） ：２０－ ２４．
造纸化学品
造纸涂布高岭土的黏度特性
● 赵丽红， 何北海， 李军荣
（ 华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室， 广州 ５１０６４０）
摘要： 介绍了高岭土的黏度改进加工方法， 如机械加工， 分散剂处理等。
关键词： 高岭土； 黏度； 颜料
中图分类号： ＴＳ７２７
文献标识码： Ａ
文章编号： １００１－ ６３０９（ ２００７） ０２－ ００５４－ ０３
对液体颜料来讲， 固含量高可降低运输成本， 同时不需加昂贵的增稠剂， 并且涂料固含量高对纸 张表面覆盖性好， 因此希望在尽可能高的固含量条 件 下 输 送 浆 料 。这 就 要 求 选 择 合 适 的 分 散 剂 和 制 浆 条件， 使高岭土泥浆达到最优状态。河北沙河造纸 瓷土纯度高， 黏度低， 通过选择矿石和分散剂， 调整 分散剂的用量和产品的 ｐＨ 值， 国内首家生产出了 浓度≥６５％ 的瓷土浆料。产品在山东泉林纸业公司 进行了小试、中试和生产使用， 取得了成功。使用该 浆 料 瓷 土 比 粉 状 瓷 土 成 本 大 幅 度 降 低［１３］。
提高高岭土黏度特性即改善它在高固含量下 的流动性。影响高岭土黏度的因素错综复杂， 包括 高岭土自然属性和后续加工应用过程的影响， 因此 判断其黏度特性也需要从多角度入手， 对样品进行 深入细致的分析， 针对高岭土的特点提出相应的工 艺方法改进黏度。目前采用的方法主要有以下几 种：
１ 机械加工
不同材质的加工设备会得到不同黏度特性的 高岭土。以往原矿分级之后， ７０％￣８０％ 的产品只能 作 为 填 料 级 高 岭 土 应 用 。将 填 料 级 高 岭 土 加 工 成 为 涂布级， 通常采用湿法粉碎中所使用的砂磨机， 用 玻璃球、氧化锆球等硬介质处理。这样的方法， 高岭 土的结晶会破坏， 矿浆的黏度提高却难以获得优质 的涂布液。日本介绍了一种新方法， 通过应用合成 树脂球的湿法球磨机或介质搅拌型磨机将平均粒 径为 １．５￣６μｍ 之间的高岭土磨碎。通过这种方法 获得涂布级高岭土， 既不会破坏高岭土的结晶， 又
煅烧使高岭土颗粒黏结或熔合成多孔的聚集 体， 这样的颜料折射率更高， 光散射面积更大， 因此 比 水 洗 高 岭 土 的 光 散 射 能 力 更 强 。煅 烧 高 岭 土 比 水 洗高岭土颜料赋予纸张的不透明度高， 但是它的严
重缺陷就是磨耗值高， 同时成本较高， 光泽度不如 水洗高岭土。因此在涂布颜料中， 通常配入少量煅 烧高岭土组分。
不会使涂布液黏度提高， 特别是代替剥片黏土［３］。 不同高岭土矿， 甚至同一矿源的不同部分， 高
岭 石 颗 粒 的 杂 质 含 量 、粒 径 分 布 、形 状 和 厚 径 比 会 有很大不同， 因此采用单独加工以及配矿等方式是 一 种 改 善 黏 度 的 途 径 。江 苏 省 青 山 白 泥 矿 为 热 液 蚀 变型矿床， 以埃洛石为主。在造纸工业应用中， 表现 出 流 动 性 差 而 难 以 配 制 高 固 含 量 的 涂 料 。针 对 该 矿 的特点， 生产工艺流程采用将不同性质的矿石单独 精制加工， 然后混配压滤出产品的方法。不仅可改 善黏度指标， 黏浓度 （ 对高岭土来说， 是指黏度 ５００ｍＰａ·ｓ 时 的 固 含 量 ） 由 原 来 的 ４８％ 提 高 到 ６３．６％ ， 同时可实现粒度和晶形的最佳组合［４］。
２ 煅烧处理
煅烧改性是通过物理方法对高岭土进行热处 理， 把表面的部分或全部羟基脱掉， 从而获得特殊 的 理 化 性 能 。煅 烧 高 岭 土 的 性 质 随 煅 烧 条 件 的 不 同 而不同， 高岭土随温度将发生以下变化： １１０℃各种 吸附水排出； 在约 ５００℃时， 高岭土中的－ Ｏ Ｈ 基以 蒸汽状态逸出； 在 ６５０℃时完成脱羟， 变成偏高岭 石 ； 在 ９００～１ ０００℃以 上 时 偏 高 岭 石 产 生 新 的 结 晶， 其物理性能发生变化； 经 １ ５００℃煅烧的高岭石 已 莫 来 石 化 ［１０］。
Ｋｕｎｋｌｅ 等 人 发 现 ， 对 于 原 矿 黏 度 较 高 的 高 岭 土， 在液体浆料状态下， 用无机氢氧化铝聚合物络 合 体 可 将 其 黏 度 显 著 降 低［７］。 且 用 如 上 无 机 聚 合 物
作者简介： 赵丽红女士（ １９７８－ ） ， 华南理工大学在读博士生， 研究方向： 纸浆流送及纸页成形机理与加工。
３ 分散剂降黏
加入分散剂改善高岭土黏度特性是目前最常 用的一种有效方法， 应用最广的是加入聚丙烯酸 盐 、聚 磷 酸 盐 等 负 电 性 分 散 剂 来 调 节 料 浆 的 黏 度 。
有机聚合物分散剂在高剪切力的作用下， 对高 岭土的分散作用已显示明显的优越性， 如纸厂普遍 应用的聚丙烯酸钠（ ＤＣ） 。湖南省矿产测试研究所 针对汨罗高岭土矿浆黏度大、流变性差的特点， 在 碱性矿浆中采用加入分散剂进行高速强烈搅拌的 技术工艺， 矿浆的流变性能得到显著改善。可以配 制 成 性 能 稳 定 、流 动 性 好 的 造 纸 刮 刀 涂 料 ， 当 矿 浆 浓度 ６５％ 时， 矿浆黏度可达 ０．３８ Ｐａ·ｓ［１２］。
一般处理就能达到刮刀涂布指标要求。
因此需要造纸工作者针对国内高岭土的矿物
基础， 借鉴已有的理论研究思路， 以及其他行业对
高岭土的改性研究方法， 探索出适合本国涂料级高
岭土改性加工的方法， 服务于造纸工业。
参考文献：
［１ ］Ｈａｙｄｎ Ｈ Ｍｕｒｒａｙ． Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｎｄ ｎｅｗ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｋａｏｌｉｎ， ｓｍｅｃｔｉｔｅ， ａｎｄ ｐａｌｙｇｏｒｓｋｉｔｅ： ａ ｇｅｎｅｒａｌ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ［Ｊ］． Ａｐｐｌｉｅｄ． Ｃｌａｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ， ２０００（１７）：２０７－ ２２１．
煅烧会导致高岭土粒径增大， 虽然比表面积减 小， 但表面能降低， 使高岭土分散性提高。煅烧还可 以 使 高 岭 土 的 晶 体 结 构 发 生 改 变 （主 要 由 层 间 的 氢 键断裂及结晶水脱除 引 起）， 由 原 来 有 序 的 片 层 晶 体结构的高岭石变成无序结构的偏高岭石， 无定型 化使结构变得松散， 也可以提高分散性。当用作涂 料时， 煅烧温度可以偏高， 因为它主要是替代部分 颜料， 但也不能过高， 以免高岭石转变成莫来石［１１］。
高岭土是一种层状黏土矿物， 在造纸工业中用 作涂料， 具有优越的性能［１］。我国高岭土资源极其丰 富 ， 已 探 明 储 量 为 ３０ 亿 ｔ， 资 源 总 量 居 世 界 前 列［２］。 但目前造纸行业大量涂布级高岭土原料仍需从国 外进口， 因此迫切需要通过科学的方法来研究改善 国内高岭土的黏度特性， 生产出符合造纸行业要求 的优质高岭土， 以替代进口涂布颜料。
对于高岭土黏度特性的研究， 目前还没有形成 完善的理论和普遍适用的工艺方法。就整体而言， 除了少数利用机械方法和添加分散剂来降低黏度 取得一定的效果之外， 大多数研究还都停留在理论 的 探 讨 。国 外 虽 然 对 影 响 高 岭 土 矿 浆 黏 度 的 各 种 因 素研究比较细致， 但所有理论和试验探索方面的研 究都是在原矿黏浓度值较高的前提下进行的， 这是 由于国外高岭土原矿固有的特性黏度普遍较好， 经
Ｐ ａｐｅｒ ａｎｄ Ｐ ａｐｅｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｖｏｌ．２６ Ｎｏ．２ Ｍａｒ ２００７
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Ｙｏｒｄａｎ 进行了用锂基代替钠基分散剂研究， 用 聚丙烯酸锂与聚丙烯酸钠的比较实验结果表明， 传 统的钠基膨润土， 在相同固含量条件下， 分散的浆 料黏度要高。而将水和锂基分散剂混合， 然后加入 工程高岭土， 得到的浆料黏度低， 同时锂基分散剂 用 量 少 第 ２６ 卷 第 ２ 期 纸和造纸
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络合体和捏炼加工， 对降低原矿特性黏度高的高岭 土黏度具有协同作用。研究还发现， 去除粗大颗粒 后， 不加分散剂和不调节 ｐＨ 值， 在 没 有 进 行 传 统 加工过程之前， 向原矿泥浆中加入氢氧化铝络合体 就能够显著降低黏度。Ｂｉｄｗｅｌｌ 指出， 该氢氧化铝络 合体显然不是与黏土本身反应， 而是与其中的杂质 反应， 如蒙脱石［８］。
偶联剂改性是目前最主要的方法， 目的在于改 变高岭土表面亲水亲油性， 提高与有机相中的相容 性 。 表 面 包 覆 、表 面 接 枝 也 是 用 来 对 高 岭 土 表 面 改 性的方法。实际上， 煅烧是通过物理作用使高岭土 脱羟的表面改性方法。目前， 还没有专门为改善水 溶液中高岭土悬浮体黏度的表面改性研究。这就需 要我们在充分认识高岭土表面结构特征和性质的 基础上， 探索如何通过改变表面官能团或引入新的 基团， 降低其表面能， 从而提高分散性， 降低黏度。
高 岭 土 中 的 其 他 矿 物 成 分 ， 如 蒙 脱 石 、斑 脱 岩 以及其他未知的污染物， 用传统的方法加工处理难 以 得 到 精 细 高 岭 土 。传 统 湿 法 加 工 过 程 中 加 入 四 烷 基胺， 降低受这些可膨胀矿物污染的高岭土的低剪 切 黏 度［５］。 具 体 地 讲 ， 这 些 矿 石 通 常 特 性 黏 度 高 于 ３００ｍＰａ·ｓ（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ，７０％ ｓｏｌｉｄｓ）， 经常要超过 １ ２００￣ １ ５００ｍＰａ·ｓ。这些矿物黏滑， 集中于 ０．２μｍ 或更细 的部分。因此， 可通过物理除去黏质矿物以降低低 剪切黏度。例如， 施加高速剪切后进行离心处理。专 利 ５ １２８ ０２７ 介绍的一种方法是过度分散高岭土 浆 料， 从而使颗粒絮凝， 然后沉淀絮凝体， 分离［６］。
４ 表面改性
高 岭 土 表 面 改 性 是 指 用 物 理 、化 学 方 法 对 高 岭 土 粉 体 表 面 进 行 处 理 ， 以 改 变 其 表 面 电 性 、表 面 浸 润 性 、表 面 吸 附 性 和 反 应 特 性 等 性 质 。 高 岭 土 表 面 的 结 构 官 能 团 有 ： － Ｓｉ （Ａｌ）－ Ｏ Ｈ ， － Ｓｉ－ Ｏ － Ａｌ－ 和－ Ｓｉ（Ａｌ））－ Ｏ ， 这 些 活 性 点 是 对 高 岭 土 进 行 表 面 改 性 的 基 础［１８］。