了解膨润土在造纸领域中的应用

了解膨润土在造纸领域中的应用
膨润土是一种以蒙脱石为重要成分的细粒粘土，具有离子交换性、吸水性、膨胀性、触变性、粘结性、吸附性等特别性能，作为一种性能
优良的助剂，在制浆造纸助留助滤、污水处理、树脂掌控、废纸脱墨及
加工纸等方面的具有紧要作用。

▼膨润土在造纸行业的应用
1、膨润土在助留助滤中的应用
随着更高速、更多而杂纸机以及多种化学添加剂的显现，封闭白
水循环，填料负荷加添及二次纤维用量上升，使造纸技术有了很大的进展。

加添细小纤维和填料的留着；同时改善纸机的滤水情形，可以大大
提高经济效益。

并可改善纸张的某些性能。

另外，纸机车速的提高必定
引起纸页成形时受到更大的剪切力。

这就要求所形成的絮聚体必需有肯
定的耐剪切性，传统的工艺改进以及机械方法已不能适应这种要求。

为
了达到这些目的我们必需开发更多清洁、有效而又经济的助留助滤剂。

海德罗科尔（Hydrocol）系统是由英国联合胶体公司开发的一种
由改性的膨润土和高分子阳离子型聚合物构成的新型多元微粒助留助滤
系统。

助留机理是添加高分子量聚合物在浆料中，所形成的絮聚体被混
合泵和筛浆机剪断，改性膨润土在浆料中使其凝集，结果就形成了独特
的凝集体结构。

即使在白水中也能看到极强的再凝集效果。

助留助滤系统膨润土的典型粒子为层厚0.9nm，层叠5～7层，表
面约为300nm100nm的层片状结构。

其水化时的比表面积较大，约为700～800m2/g。

膨润土片层有负电性表面和正电性边缘，易于吸附胶体
物质。

当膨润土在水中被水解，阳离子以钠离子形式形成带负电荷的粒子。

这种带负电荷的粒子，不受pH值的影响，在酸性和碱性中同样显
示良好的性能。

适合在机制纸和纸板的全部领域中的酸性和中性抄纸，
可获得以往的单一聚合物所不能收到的高留着率和高滤水效果。

膨润土的上述特性，被广泛地用于助留助滤剂和白水回收处理等
造纸工艺中。

下面为采纳Hydrocol的微粒子助留体系用于白水封闭系
统的生产实例：加拿大蒙大拿的一家用OCC生产瓦楞纸板的工厂，在白
水封闭后使用Hydrocol膨润土助留助滤系统，使造纸废水的排放量从6000m3/d削减为零，留着率从85%提高到92%，且白水回用后节省能源5%。

2、膨润土在施胶中的应用
膨润土由于在水相中能形成分散良好的悬浮液，因而可以用作一
些助剂在水相中的稳定剂。

美国一项专利报道了膨润土在施胶中的应用，其将反应性施胶剂
加入膨润土的悬浮液中，从而可以少用甚至不用表面活性剂，施胶剂受
分散在水中的膨润土的影响，具有较好的分散性和稳定性。

这种胶料悬
浮液可用作造纸过程内部或外部的施胶。

以膨润土代替表面活性剂有好的物理性能，改善了化学稳定性，
削减了水解作用的发生，同时也降低了表面活性剂对造纸过程的不良影响，当用作内部施胶时，膨润土还可在微粒助留助滤体系中起到助留助
滤的作用。

所用膨润土为钠基、锂基或经钠盐活化后的膨润土。

3、膨润土在废水处理中的应用
膨润土在制浆造纸工业废水处理中的应用优势在于吸附性能和脱
色本领较强，通过对废水中污染物的吸附来达到降低COD和脱色的目的。

用于废水处理的膨润土通常要进行有机改性以加强其对有机污染
物的吸附本领。

常用的有机改性剂为有机胺阳离子表面活性剂，如氯化
十六烷基吡啶（CPC）、溴化十六烷基三甲铵（CTMBA）、氯化十四烷基
吡啶（TPC）等。

改性膨润土对有机质有很强的亲合力，有机质不仅可
以被吸附于颗粒表面，而且也可以进入到膨润土的层间，形成膨润土有
机物复合体，另外改性膨润土对重金属离子都有良好的吸附作用。

在碱法造纸或硫酸盐造纸制浆过程中，产生的蒸煮废水称为黑液，其颜色深黑，有臭味，生产1t纸浆产生的黑液为15～20m3，全国水污
染总量的30%来自造纸黑液，污染严重。

用膨润土处理造纸黑液在国外
早有报道。

武汉化工学院的孙家寿等经硅交联和有机物改性制成有机交联膨
润土（TBC），讨论发觉，当pH值=4.5，TBC用量为24g/LH2O时，在常温下搅拌吸附60min后，其对COD的吸附效率为61.5%，吸附容量为549.3mgCOD/g。

此外，膨润土可与高分子絮聚剂连用，用于脱墨废水的处理及污
泥脱水。

杨久义等介绍了一种采纳膨润土制备处理造纸黑液废水用的絮
凝剂的方法，经正交试验，选择出优化的工艺条件，色度、COD去除率
分别达90%和70%。

邵红等以钠基膨润土为原材料，合成了镍锆—无机柱撑、镍锆—
有机柱撑系列改性膨润土，比较了不同改性膨润土对造纸废水的处理效果，讨论结果表明，有机柱撑膨润土对造纸废水的处理效果最好，COD、色度、浊度去除率分别为77.8%、94%、97.4%。

4、膨润土在树脂掌控中的应用
在制浆过程中，大量的水溶性聚合物和胶体物释放至生产过程的
水中，木材的胶体物和树脂物有沉积在设备和产品表面的趋向，会引起
生产问题和纸页缺陷。

树脂掌控的方法重要可分为物理掌控法和化学掌
控法。

其中化学掌控法是目前最为常用和比较有效的树脂掌控方法，它
是利用一些树脂掌控剂使树脂附着在纤维表面或稳定地分散在浆料系统中，从而避开树脂在设备表面的沉积。

经改性处理的有机膨润土由于具有较大的比表面积和有机物亲和力，因而也是一种有效的树脂掌控剂。

它可以吸附系统中憎水性的胶状
树脂，降低树脂的表面能量，使树脂失去其特有的粘性，从而抑制了树
脂的粘附、聚结和沉积，将0.5%～1%的膨润土加入纸浆悬浮液中，可以
有效地吸附这些杂质及防止它们聚集。

膨润土除了能吸附胶状树脂外，也可以附着在已聚结的树脂颗粒上，从而降低树脂的粘性。

然而当系统中存在剪切力时，已聚结的树脂
颗粒可能会重新暴露出新鲜的表面，而又具有聚结与沉积的趋势，因此
合理选择膨润土加入的位置特别紧要。

5、膨润土在废纸脱墨中的应用
在废纸回收系统中，膨润土（单独用或和滑石粉组合使用）可以
通过将油墨和胶粘物吸附和系缚到纤维上，从而使油墨和胶粘物沉积到
纸机各部件的趋势减到最小程度。

废纸循环使用中，成纸中有用裸眼可
见的斑点，这些斑点是由于油墨粒子具有“难于分散性质”而分散得差
的结果。

粒子通常是片状，厚度值从几微米（小粒子）到10m（较大粒子），在废纸制浆过程中用机械分散的方法掌控斑点，粒子被机械碎裂，减小粒子尺寸使斑点成为不可见的。

这些粒子不被除去而留于浆料中，
故纸浆成为灰色，使白度大大降低。

若加入膨润土到废纸配料中，可防止斑点形成，膨润土能减小油
墨粒子尺寸，使其能通过洗涤从浆中除去，或者聚集小油墨粒子成大尺
寸的粒子，可以通过浮选或离心净化达到有效的除去，从而提高纸浆的
白度。

膨润土在整个过程中起到了吸附、分散、沉积物掌控、抗再沉淀
等多种作用。

6、膨润土在颜料涂布加工中的应用
用于生产涂布加工纸的涂料重要由颜料、胶粘剂和助剂所构成。

在所使用的助剂中有一类流变掌控剂，其作用是调整涂料的流变性能，
使其符合生产工艺的要求，避开由于涂料流变性能不佳而产生的产品质
量问题。

当蒙脱土分散于水相中时，表面水合作用和层间双电层的排斥
作用会造成膨润土层间距的增大和体积的膨胀，这一作用可使膨润土在
水相体系中起到增稠的效果，因而在纸张涂料中可使用膨润土来作为流
变掌控剂。

同时由于膨润土具有规整的片层结构，也有利于提高涂料的遮盖
性能以及涂层的平整性，从而起到肯定的颜料的作用。

有专利报道了以
膨润土作为颜料生产涂布加工纸的工艺，其产品经压光后特别适合于相
片打印和胶印。

7、膨润土作为填料的应用
前面提到膨润土具有猛烈的水化作用，因而能够形成更细小的片
状结构，呈胶体状态，大量吸附带正电荷的电解质，可与带负电荷的纤
维结合，从而使膨润土留着在纤维上。

在助留助滤的同时，膨润土也起
到了造纸填料的作用。

另外膨润土具有“物美价廉”的特点，可应用于低定量纸的生产，能够获得高加填量但不降低成纸强度，尤其是撕裂度。

杭州某讨论所应
用讨论表明，改性膨润土可作为低白度纸和纸板的填料（膨润土本身白
度不高），表现出猛烈的吸附性和高度的分散性，高留着率，对成纸强
度影响小。

同时，由于改性膨润土能吸附细小纤维和其他细小物质，降
低了纸厂排放白水的浓度，能够减小排放污水对水域造成的污染。

8、膨润土在纸张显色中的应用
用盐酸、硫酸或磷酸处理过的天然膨润土被称为酸性白土。

酸性
白土与膨润土原矿物相比，比表面积显著加添，具有很高的吸附性能和
触媒活性。

传真纸、发票和计算机记录用的压敏复写纸就是应用了酸性
白土与白色（无色）染料接触发生的化学反应来实现化学显色的。

膨润土在无碳复写纸中作为力敏色素的显色剂，用于无碳复写纸
的酸活化处理膨润土产品，在英国、德国、日本早已生产使用。

浙江某
讨论所利用仇山优质膨润土，制成无碳复写纸用特种漂土，产品经北京
造纸讨论所等单位使用，认为完全可以替代进口产品。

以三层的无碳复写纸为例，在上层纸和中层纸背面所用的粘结剂
中包有含色素的明胶、阿拉伯树胶微胶囊在中层纸和下层纸的表面粘有
酸性白土作为显色剂。

纸中的色素受微胶囊保护，重叠后不自行显色。

但当用笔尖或打字机针头对纸面施加压力时，微胶囊就会分裂，染料外
溢后与涂层面接触，酸性白土显色剂具有吸附力并能供给质子，无色染
料获得质子后内酯环断裂形成极化离子结构而实现显色。

总之，膨润土除了作为微粒助留助滤体系方面的讨论与应用较为
广泛之外，在其他方面的讨论与应用都还不多，有待进一步地开展。

膨润土性能优越，从膨润土的物理化学特性进行分析，其在制浆
造纸的多个工段中都有着巨大的潜在应用价值。

随着有关膨润土的开发、改性及深加工等工作的深入开展，其应用领域必将进一步扩大。

国内目
前很多企业还倚靠于进口膨润土，我国膨润土储量居世界第一位，分布
地区广，充分利用这得天独厚的优越条件，自行开发高质量的膨润土产品，对于造纸工业提高产品质量和经济效益都有着特别紧要的意义。